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Versetzung: Was ist damit gemeint?

Linienförmiger Gitterfehler, entlang dessen die Anordnung der Atome im Kristall gestört ist. Metalle verformen sich plastisch, indem sich Versetzungen auf Gleitebenen bewegen. Man unterscheidet Stufen-, Schrauben- und gemischte Versetzungen.

Japanische Bezeichnung: 転位

„Versetzung“ kommt in 15 Übungsfragen aus 7 Themen vor, darunter Hochtemperaturwerkstoffe und Kriechen, Kristallbaufehler und Diffusion, Mechanische Eigenschaften und Bruch.

Fachgebiet: Kristallbaufehler und Diffusion

Selbst ausprobieren: Fragen zu Versetzung

Der Burgersvektor einer vollständigen Versetzung in einem kfz-Metall ist (a/2)<110>. Welcher Wert kommt seinem Betrag bei Aluminium (Gitterkonstante 0,405 nm) am nächsten?

  1. Aca. 0,405 nm
  2. Bca. 0,351 nm
  3. Cca. 0,286 nm
Lösung und Erläuterung anzeigen

Lösung: C. ca. 0,286 nm

Der Betrag von (a/2)<110> ist (a/2) × √(1² + 1² + 0²) = a/√2, also 0,405/1,414 ≈ 0,286 nm. Das entspricht dem kürzesten Atomabstand im kfz-Gitter: Versetzungen wählen als Burgersvektor den kürzesten Gittertranslationsvektor in dichtest gepackter Richtung. Ca. 0,405 nm ist die Gitterkonstante selbst (Translation in <100>-Richtung); da die Versetzungsenergie proportional zu b² ist, wäre dies ungünstig. Ca. 0,351 nm wendet den krz-Wert (a/2)<111>, also √3a/2, an. Die elastische Energie einer Versetzung pro Längeneinheit beträgt etwa Gb²/2; Versetzungen mit kleinem b sind stabiler.

„Versetzung“ in den Erläuterungen

Fragen, in denen „Versetzung“ vorkommt (15)

  1. Der Burgersvektor einer vollständigen Versetzung in einem kfz-Metall ist (a/2)<110>. Welcher Wert kommt seinem Betrag bei Aluminium (Gitterkonstante 0,405 nm) am nächsten?
  2. Welche Beziehung besteht bei einer Stufenversetzung zwischen Burgersvektor und Versetzungslinie?
  3. Welche Aussage über den Elastizitätsmodul von Stahl trifft zu?
  4. Welcher Werkstoff zeigt bei tiefen Temperaturen einen deutlichen Übergang vom zähen zum spröden Verhalten (Zäh-Spröd-Übergang)?
  5. Welche Aussage über die Mischkristallverfestigung durch Substitutionsatome trifft zu?
  6. Welche Aussage über die Rekristallisation beim Erwärmen eines kaltverformten Metalls trifft zu?
  7. Welches Paar gelöster Elemente bildet in Eisen Einlagerungsmischkristalle?
  8. Ein kaltumgeformtes Metall wird auf eine Temperatur erwärmt, bei der noch keine Rekristallisation einsetzt. Welche Aussage über die dabei ablaufende Erholung trifft zu?
  9. Welche Aussage über die Entstehung von Ermüdungsrissen trifft zu, wenn auf einen metallischen Werkstoff mit glatter Oberfläche wiederholt eine Spannungsamplitude unterhalb der Streckgrenze aufgebracht wird?
  10. Ein massives metallisches Glas auf Zr-Basis hat eine Streckgrenze von 1,8 GPa und einen Elastizitätsmodul von 90 GPa. Welche Kombination aus der mit σy/E abgeschätzten elastischen Grenzdehnung und dem Vergleich mit kristallinen metallischen Werkstoffen ist richtig?
  11. Welche Aussage über die drei Stadien einer bei konstanter Last und Temperatur gemessenen Kriechkurve (Dehnung über der Zeit) trifft zu?
  12. Ein feinkörniges polykristallines Metall wurde bei etwa dem 0,5-Fachen seiner Schmelztemperatur (als absolute Temperatur) unter niedriger Spannung im Kriechversuch geprüft. Die stationäre Kriechgeschwindigkeit war nahezu proportional zur Spannung (Spannungsexponent n ≈ 1) und nahezu umgekehrt proportional zur dritten Potenz der Korngröße. Welcher Kriechmechanismus wirkt hier am wahrscheinlichsten?
  13. Welche Aussage über die Verformungsmechanismuskarte nach Ashby und Mitarbeitern (senkrechte Achse: auf den Schubmodul normierte Spannung σ/G, waagerechte Achse: homologe Temperatur T/Tm) trifft zu? Tm ist die Schmelztemperatur als absolute Temperatur.
  14. Welche Aussage über die γ'-Phase, auf der die Hochtemperaturfestigkeit einer Nickelbasis-Superlegierung beruht, trifft zu?
  15. Warum verwendet man für Turbinenschaufeln von Strahltriebwerken gerichtet erstarrte stängelkristalline oder einkristalline Nickelbasis-Superlegierungen?

Verwandte Begriffe

Kubisch-raumzentriertes Gitter (krz) Kubisch-flächenzentriertes Gitter (kfz) Elastizitätsmodul (E-Modul) Erholung Burgersvektor Rekristallisation Kriechen Diffusionskriechen Potenzgesetz-Kriechen Nickelbasis-Superlegierung

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