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K & T

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Bei der Anwendungstemperatur von 25°C sind bekannt: a) der metallische Bauteilwerkstoff, b) die mechanische Belastung und c) das Grenzflächenmedium. Erörtern Sie potentielle Versagensmöglichkeiten.
-C45 → Schwingende Belastung → Wasser → Schwingungskorrosion
Wie wird die Welt der technisch angewandten Materialien üblicherweise eingeteilt?
Metalle, Nichtmetalle, Verbundwerkstoffe
Erörtern Sie den Begriff Pulvermetallurgie sowie deren Vor-und Nachteile gegenüber Werkstoffen, die schmelzmetallurgisch hergestellt wurden.
Herstellung von Metallpulvern und deren Weiterverarbeitung
-Vorteil: fast 100% Werkstoffnutzung
-Nachteil: -hohe Kosten
Warum werden im Maschinen- und Anlagenbau bevorzugt Fe-Basiswerkstoffe eingesetzt?
günstig, gut schweißbar, relativ hohe Festigkeit
Welche metallischen Werkstoffe werden in vielen Fällen in der Energietechnik eingesetzt?
Eisenbasislegierung und Ni-Basis-Legierungen
Nennen Sie begründet die Werkstoffgruppe, die häufig als Dichtungsmaterial verwendet wird
TPE
Nennen Sie 4 Werkstoffgruppen, die bevorzugt bei der Herstellung verfahrenstechnischer Aggregate eingesetzt werden.
-Eisenbasislegierungen
-Warmfeste Stähle
-Kaltzähe Stähle
-Korrosionsbeständige Stähle
Beschreiben Sie Methoden zur Produktion höchstfester Stähle. Welche dieser Methoden führt zu einer Optimierung der Kenngrößen Rp 0,2 und Z?
TM-Walzen
Nennen Sie Werkstoffeigenschaften, die bei Dampfturbinenteilen (Anwendungs- temperatur 600 °C) von Bedeutung sind.
-Warmfest
-Korrosionsbeständig
-Kriechbeständig
Eine Sandstrahldüse ist herzustellen. Begründen Sie Ihre Werkstoffwahl.
Werkzeugstahl, da günstig und relativ verschleiffest
Höchstbeanspruchte Getriebeteile sind zu produzieren. Begründen Sie Ihre Werkstoffwahl.
Einsatzstahl, Harte Randschicht und einen zähen Kern
Nennen Sie die Gruppen der korrosionsbeständigen Stähle. Erörtern Sie Vor- und Nachteile.
-Nichtrostende und Hitze-/Zunderbeständige Stähle
Beschreiben Sie den Gefügezustand der Werkstoffe GJL400 und GJS400.
-GJL: Laminar
-GJS: Kugelgraphit
Welche Eigenschaften haben Ni-Basis-Superlegierungen?
-Zunder- und Hochwarmfest
-Sehr gute Korrosions Beständigkeit
Warum sind Titan-Basiswerkstoffe besonders gut für Implantate geeignet?
Leichter jedoch sehr fester Werkstoff, hohe Korrosionsbeständigkeit und gute Verschleißeigenschaften.
Nennen Sie Anwendungsbereiche, die für Cu-Basiswerkstoffe von hoher Bedeudeutung sind.
Wasserleitungen, elektrische Leitungen
Beschreiben Sie ein verschäumtes Polystyrol in Kurzform.
Amorphes Thermoplast
Gesucht ist ein Keramikmaterial mit hoher Bruchzähigkeit.
-Zirkonoxid
Beurteilen Sie die thermische Beständigkeit von Polymerwerkstoffen sowie von Keramikmaterial.
Polymerwerkstoffe haben eine niedrige thermische Beständigkeit, wogegen Keramikmaterialien eine hohe haben.
Welche Verbundstruktur liegt bei einem Hartmetall vor?
Teilchen-Verbund
Erläutern Sie den Begriff Korrosion.
Korrosion ist die Reaktion eines Werkstoffs mit seiner Umgebung, die eine messbare Veränderung des Werkstoffs bewirkt und zu einer Beeinträchtigung der Funktion eines Bauteils oder Systems führen kann.
Ermitteln Sie die Standardreaktionsenthalpien und -entropien der folgenden Reaktion: C2H5OH + 3 O2 ⇀ 2 CO2 + 3 H2O aus den Standardbildungsenthalpien und -enthropien. Geben Sie an, in welche Richtung die Reaktion abläuft und ob dabei Energie abgeben oder benötigt wird.
Wenn ΔG > 0 ist, findet eine Endotherme Reaktion statt und wenn ΔG < 0 läuft eine Exotherme Reaktion ab.
Interpretieren Sie die Änderung der freien Standardenthalpie bei der Oxidation von Fe zu Fe2O3 (‐741 kJ/mol), von Tantal zu Ta2O3 (‐1970 kJ/mol) und Au zu Au2O3 (163 kJ/mol).
-Negatives Vorzeichen → Reaktion läuft freiwillig ab
-Positives Vorzeichen → Rückreaktion läuft freiwillig ab
Nennen Sie allgemein zu erwartende Korrosionsschäden bei einer Bauteilkorrosion an der Außenseite sowie im angreifenden Korrosionsmedium.
-Außen: Materialabtrag und Außenrisse
-Im Medium: Verunreinigungen
Nennen Sie drei Beispiele für physikalische Korrosionsvorgänge.
-Alterungsprozesse bei Kunststoffen
-Wasserstoffinduzierte Rissbildung
-Lötbruch
Erläutern Sie die Begriffe Hochtemperaturkorrosion und katastrophale Oxidation.
Metall-Oxidation in heißen Gasen mit Deckschichtbildung, durch die ein Elektronenstrom fließt und Ionen wanden

Metall-Oxidation und Reduktion des Oxidationsmittels finden an der inneren und äußeren Phasengrenze statt
Beschreiben Sie den allgemeinen Ablauf einer Zunderreaktion mit Hilfe einer einschlägigen Reaktionsgleichung.
-Fe+O2 →FeO
Leiten Sie das parabolische Zeitgesetz der Verzunderung 𝑺 = 𝒌′ × (𝒕)𝟎,𝟓 auf Grundlage des 1. ****sehen Gesetzes ab.
Wüstit mit 24 gew.% Sauerstoffgehalt wird von 1200°C auf RT langsam abgekühlt. Erläutern Sie die zu erwartenden werkstofflichen Vorgänge.
Wüstit -> Wüstit + Magnetit -> α-Eisen + Magnetit
Entwickeln Sie auf Basis eines linearen Zeitgesetzes der Verzunderung eine Formel zur Berechnung der Wandstärkenabnahme einer einseitig durch Oxidationsgas (Luft) beaufschlagten Metallplatte.
Erläutern und skizzieren Sie die Temperaturabhängigkeit von Zunderkonstanten.
Die Zunderkonstante ist Temperaturabhängig, je höher T desto höher die Konstante (umso mehr Zunder entsteht).
Beschreiben Sie den Mechanismus der Verzunderung von Eisen unter ausschließlicher Bildung von Wüstit.
-Fe-Oxidation > 570°C
-Aufgrund von Bildungsenthalpien entsteht fast nur Wüstit
Die parabolische Zunderkonstante von Wüstit bei 1000°C beträgt ca. 10‐4 kg2/m4s. ln welchen Größenordnungen bewegen sich die Zunderkonstanten von Cr2O3 und Al2O3 bildenden Legierungen unter sonst gleichen Bedingungen.
Ein Cu‐Blech (S = 3 mm) wird einseitig in Luft (p= 1 bar) bei 850°C stationär thermisch belastet. Wie groß ist die Dickenabnahme des Bleches auf Basis der folgenden Versuchswerte (Oxidationsversuch an Luft) in einem Monat.Zeit in Sek./flächenbezogene Massenzunahme in g/cm2
0/0, 500/2,2x10‐3, 1500/3,9x10‐3, 2000/4,5x10‐3, 2500/5x10‐3, 3500/5,9x10‐3. Korrosionsprodukt Cu2O, MCu = 64, MO = 16, ρCu = 9 g/cm3.
x = [MMetall/(MOxid*ρMetall)] Kl t
Kl= 3500-0/9*10-3-0 = 0,39

X= [64g/mol / 16g/mol 9g/cm3] 0,39 * 2 629 743s =
Nennen Sie drei wesentliche Stahl-Legierungselemente, die eine Verminderung der Verzunderungsneigung des Eisens bei höheren Temperaturen bewirken.Nennen Sie die Wirkungsursache.
Cr, Si, Al, Ti => Bildung einer Passivierungsschicht
Was verstehen Sie unter Beständigkeit eines Stahles unter Druckwasserstoffeinwirkung?
Elemente mit starker Neigung zur Karbidbildung können Methanbildung und damit die Einleitung von Trennungen verhindern
Erläutern Sie die Begriffe Taupunktkorrosion und innere Oxidation.
Taupunktkorrosion => Korrosion bei niedirgen Temperaturen unter Schwefeloxiden

Innere Oxidation=> entsteht aufgrund der erhöhten Sauerstoffaffinität der Legierungskomponenten und somit entstehenden Verarmungen an Legierungselementen
Welche Werkstoffe werden bevorzugt unter der Bedingung einer potentiellen Verzunderung eingesetzt?
austentitische Stähle aufgrund des hohen Chromgehaltes
Ein ferritischer Stahl mit 25 % Cr soll bei 500°C bzw. bei 600°C längere Zeit in Luft eingesetzt werden. Erörtern Sie a) die Verzunderungsneigung, b) die Gefügeänderungen und c) die Veränderung der mechanischen Eigenschaften nach dem Prozess.
a=> geringe Verzunderungsneigung;
b=> Bildung von σ-Phase / Entmischung und Versprödung bei 450°C;
c=> Versprödung und damit geringere Dehnungs- und Festigkeitswerte
In einer HTK-Atmosphäre mit einer gewissen Schwefelaktivität und möglichen Temperaturänderungen (700°C - 900°C) sind gleichartige Bauelemente aus X9Cr17 und X6CrNi18-10 eingebaut. Erörtern Sie die nach längerer Einsatzzeit zu erwartenden werkstoffliehen Veränderungen.
-Der Cr-Stahl ist ferritisch, er wird spröde mit der Zeit und erleidet Ermüdungsanrisse aufgrund der Temperatur
-Der Cr-Ni-Stahl ist austenitisch, wenn er im Einsatz mit Schwefel in Berührung kommt, bildet sich ein Ni-Sulfid-Eutektikum was zu irreversiblen Schäden führt.
Wie wird die Beständigkeit von hitzebeständigen Werkstoffen geprüft?
Messung der Sauerstoffzunahme mit Thermowaage
Nennen Sie die Teilreaktionen der elektrochemischen Korrosion.
Erläutern Sie den Begriff und den Ablauf der Sauerstoffkorrosion.
-In der elektrochemischen Korrosion wird die Sauerstoffreduktion als Sauerstoffkorrosion bezeichnet.
-Ablauf: Als ersten Oxidiert das Metall, anschließend Reduktion des Oxidationsmittels, dabei läuft die Sauerstoffkorrosion ab.
Was ist ein Standardpotential? Erläutern Sie die Bedeutung eines negativen Standardpotentials.
Das elektrochemische Potenzial zwischen einem Metall und der standart Wasserstoffelektrode. Je negativer das Potenzial, desto leichter lässt es sich oxidieren.
In der elektrochemischen Spannungsreihe zeigt Ti mit -1,63 V ein wesentlich unedleres Verhalten als beispielsweise Fe mit -0,44 V. Dennoch ist Ti bei fast allen Korrosionsprozessen den Eisenbasiswerkstoffen überlegen. Erörtern Sie diesen scheinbaren Widerspruch.
Es kommt zu einer kompakten Oxidschichtbildung, welche dann in der Spannungsreihe wieder weitaus positiver liegt.
Erläutern Sie die Nernst'sche Beziehung.
Das Standardpotential der kathodischen Teilreaktion bei der Zinkkorrosion beträgt -0,76 V. Berechnen Sie das in der Praxis einzusetzende Potential bei der Zinkauflösung bei 25°C.
E= -0,76V + 0,059/2 * log 10-6 = -0,937 V
Welche Informationen sind den Pourbaix-Diagrammen zu entnehmen?
Zeigen pH-Abhängigkeit der Gleichgewichtspotentiale verschiedener Systeme.
Wie verändert sich das Ruhepotential und die Korrosionsstromdichte mit fallendem pH- Wert von pH 4 auf pH 1 bei Säurekorrosion (Skizze, Stichworte)?
Bei sinkendem pH-Wert, nimmt die Korrosionsstromdichte zu und das Ruhepotential verschiebt sich.
Verdeutlichen Sie den Einfluss einer erhöhten Sauerstoffzufuhr auf die Korrosionsstromdichte?
Der Korrosionsstrom nimmt zu.
Die Korrosionsgeschwindigkeit nimmt zu.
Verdeutlichen Sie mit einer entsprechenden Gleichung den zeitlichen Massenverlust bei einer Nasskorrosion von den maßgeblichen Größen, wenn Deckschichtbildungen keinen Einfluss auf das Geschehen haben.
Was ist eine Passivierung? Nennen Sie die Folgen. Erläutern Sie die Stromdichte- Potential-Kurve passivierbarer Metalle.
Bildung dünner Oxidschichten durch Luftsauerstoff; starke Minderung der Korrosionsgeschwindigkeit bis zur Beendigung
Nennen Sie fünf werkstoffbedingte Korrosions-Elemente.Warum korrodiert der Werkstoff S 235 in sauerstoffhaltigem Wasser gleichmäßig?
Mn, S, Ni, Mo, Cu;
Der S235 korrodiert gleichmäßig weil der keine Korrosionshemmende Legierungselemente enthält.
Sofern technisch beherrschbar, wird bei gleichmäßiger Korrosion ein Werkstoffverlust bei der Auslegung von Anlagenteilen berücksichtigt. Nennen Sie die bei den Werkstoffgruppen Baustähle, Al-Legierungen, CrNi -Stähle üblichen Beständigkeitsgrenzen.
-Baustahl: bis 0,3 mm/a
-Al-Legierung: bis 0,15 mm/a
-Cr-Ni-Stahl: bis 0,075 mm/a
Beschreiben Sie mit Hilfe entsprechender Skizzen den Einfluss des pH-Wertes des Sauerstoffgehaltes und der Temperatur auf die Korrosionsgeschwindigkeit von unlegierten Baustählen in belüftetem Wasser.
Erläutern Sie mit Hilfe entsprechender Skizzen den Einfluss des Salzgehaltes auf die Korrosionsgeschwindigkeit von S235 in belüftetem Wasser.
Heizkörper einer Zentralheizung aus Baustahl weisen i.d.R. nach vielen Jahren nur eine geringe Innenkorrosion auf. Erläutern Sie diese Beobachtung.
Gleichmäßiges Gefüge mit wenig Begleitelementen und einem gleichmäßigen Abtrag und kaum Sauerstoff in den Leitungen
Unter korrosiven Bedingungen erreicht die Korrosionsstromdichte in galvanisiertem Stahl 6 x 10-3 A/m2. Bestimmen Sie die Dicke einer Schicht, wenn diese für einen Zeitraum von 5 Jahren Rostschutz gewährleisten soll (ρZn = 7,13 g/cm3, MZN = 65,38 g/mol, Faradaykonstante 9,6486 · 104 A s/mol).
Erläutern Sie die Flächenregel im Zusammenhang mit Korrosionsvorgängen.
Ik x AK = IA x AA
Je größer AK/AA dest schlechter ist die Korrosionsbeständigkeit
Erläutern Sie die Begriffe Kontaktkorrosion und Spannungsrisskorrosion.
Kontakt = Bildung einer galvanischen Zelle mittels Kontakt unter Auflösung des unedleren Metalls

Spannung= Rissbildung durch Spannung führt zu erhöhter Korrosion in den Rissen bis zum Gewaltbruch des Reststückes
Was verstehen Sie unter interkristalliner Korrosion? Welche Stähle sind davon betroffen?
Korrosion durch Lokalelementbildung an den Korngrenzen;
Cr und Cr-Ni-Stähle
Was verstehen Sie unter Kornzerfall? Welcher Werkstoff ist anfälliger X5Cr17 oder X5CrNi18-8? Begründen Sie die Aussage.
Als Kornzerfall wird interkirstalline Korrosion die entlang einer Korngrenze verläuft bezeichnet.
Erläutern Sie mit einer Skizze und Stichworten den Begriff "Spaltkorrosion".
Spaltkorrosion, tritt an konstruktiv oder nicht konstruktiv verursachten Spalten (<1mm) auf.
Beschreiben Sie den Begriff "Lochfraßkorrosion" und eine häufig benutzte Größe zur Beschreibung der Lochfraßbeständigkeit.
-Die Lochfraßkorrosion tritt bei Werkstoffen mit Passiv-Schichten auf, wenn lokal die Passivität zerstört wird.

-Eine häufig benutzte Größe ist die Wirksumme W
Erörtern Sie kurz den Einfluss der Chloridkonzentration und des pH-Wertes auf das kritische Lochfraßpotential.
-Bei steigender Chloridkonzentration erniedrigt sich das Lochfraßpotential.
-Bei sinkendem pH-Wert erniedrigt sich das Lochfraßpotential.
Nennen Sie zwei lonenarten, die bereits in geringen Konzentrationen bei austenitischen Eisen-Basis-Werkstoffen Spannungsrisskorrosion auslösen können.
-Cl & Br
Wie kann interkristaline Korrosion bei Cr- bzw. CrNi-Stählen verhindert werden?
-Den C-Gehalt absenken oder mehr Cr einbringen.
-Stabiliesieren durch Zugabe von Ti, Ta oder Nb.
Beschreiben Sie die Vorgänge, die an einer Fe/Cu-Paarung in einer belüfteten 3%igen NaCI-Lösung ablaufen, wenn a) Kontakt und b) Isolation zwischen diesen beiden Elementen vorliegt.
-a. Es kommt zur Kontaktkorrosion, das Fe korrodiert und es kommt zur Metallauflösung (anode).
-b. Bei Fe kommt es zur Flächenkorrosion und Fe löst sich auf, wogegen das Cu nicht korrodiert.
Lochkorrosion im Boden (S = 1,1 mm) eines Al-Bootes (Standort: Malta) führte nach 12 Monaten zu einer Undichtigkeit. Der Durchmesser der schadhaften Stelle ist mit 0,2 mm anzugeben. Wie groß war die Korrosionsstromdichte in A/m2? (MAl = 26,98 g/mol, Faradaykonstante = 9,6486 · 104 A s/mol)
In belüftetem Trinkwasser ist mit dem Flächenverhältnis von 1:1 ein ferritischer Cr- Stahl jeweils mit unlegiertem Stahl, Zn, Al, Cu und Ti in Kontakt. ln welcher Reihenfolge erwarten Sie bei den Kontaktwerkstoffen den jährlichen Abtrag?
Zn, Al, Cu, Ti
In künstlichem Meerwasser ist der Werkstoff 1.4541 mit unlegiertem Stahl mit dem Flächenverhältnis 1:1 in Kontakt. Begründen Sie die für die Flächenverhältnisse 1:10 bzw. 10:1 zu erwartenden Änderungen im Korrosionsverhalten.
-Bei 10:1 liegt ein hohes Verhältnis vor, hoher lokaler Metallabtrag

-Bei 1:10 gibt es nur einen kleinen Metallabtrag.
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