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Lernmaterialien für Erstarrung von Metallen an der Hochschule Hannover

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Wie ist die Gefügeausbildung bei einem ungerichteten stabilen Wärmefluss? Wo tritt dieser ein?

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globular z.B. Kokilleninneres

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Was sind Seigerungen und warum entstehen sie?

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Seigerungen = Entmischungen


reale Abkühlen nicht unendlich lang -> keine Diffusion/kein Konzentrationsausgleich -> Außen erstarrt die Schmelze schneller -> Erstarrungsfront schiebt die Atome vor sich her -> in der Mitte Anreicherung von Legierungselementen -> Entmischungen -> Seigerungen


-> in Zweistoffsystemen

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Was ist eine Segregationslinie, Mischungslücke, Eutektikum?

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Segregationslinie: Ausscheidung eines festen Bestandteiles aus einem anderen festen Bestandteil

Mischungslücke: Konzentrationsbereich, in dem mehrere Phasen auftreten können

Eutektikum: feines Kristallines Gemische zweier oder mehrerer Kristallarten, das aus einer erstarrten, einheitlichen Schmelze entstanden ist und den niedrigsten möglichen Schmelz- bzw. Erstarrungspunkt zeigt (Phasengleichgewicht)

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Wie ist die Gefügeausbildung bei einem gerichteten stabilen Wärmefluss? Wo tritt dieser ein?

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stengelförmig z.B. Kokillenwand

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Was ist homogene bzw. heterogene Keimbildung?

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homogene Keimbildung: erfolgt aus der reinen Schmelze heraus, unter Aufbringung der notwendigen Umwandlungsenergie durch die Unterkühlung -> starke Unterkühlung notwendig


heterogene Keimbildung: erfolgt an vorhandenen festen Partikeln (Fremdkeime) oder Oberflächen -> starke Absenkung der notwendigen Oberflächenenergie, da keine neuen Keime geschaffen werden müssen -> wesentlich kleinere Aktivierungsenergie, da nur die Strecke x überwunden werden muss um r,min zu erreichen -> es ist keine Unterkühlung notwendig

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Wie wird die Kristallisationswärme abgeführt? Welche ist Erstarrung ist endogen, welche exogen? Wie ist das Wachstum der Kristalle? 

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stabile Kristallisationsfront: Die Kristallisationswärme Q wird über die bereits erstarrten Anteile bzw. über die Wand der Gießform abgeführt; Exogene Erstarrung; planeres Wachstum


instabile Kristallisationsfront: Die Kristallisationswärme Q wird vor allem über die stark unterkühlte flüssige Schmelze abgeführt; endogene Erstarrung; dentritisches Wachstum

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Erklären sie die grundlegende Erstarrung von Metallen

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1. Keimbildung: es bilden sich erste Elementarstrukturen, die sich auf atomarer Ebene im 3D-Bereich anordnen -> Metallbindung in geordneter Struktur


2. Keimwachstum: Bildung eines stabilen Keims und Vergrößerung zum Kristallit mit der Bildung von Oberflächen zwischen den unterschiedlichen Phasenbereichen (zw. fest und flüssig)


3. Kristallwachstum: wenn kritische Keimgröße überschritten -> Kristallwachstum. Neue Atome lagern sich an die Kristalloberflächen (Einbau in den Atomgitterverband durch Abbau von Oberflächenenergie) welche sich irgendwann berühren -> Korngrenzen


(4. Erstarrung)

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Wie ist die Gefügeausbildung bei niedriger Abkühlgeschwindigkeit?

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grob

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Wie entstehen Keime energetisch? 

Was ist der kritische Keimradius?

Was geschieht, wenn er nicht erreicht wird?

Wie wirkt sich die Unterkühlung der Schmelze aus?

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Die Oberflächenenergie steigt bei der Erstarrung -> soll aber gering sein (alle Vorgänge in einem stofflichen System streben ein minimum der freien Energie an) -> frei werdende Energie ansteht aus der Unterkühlung -> Nutzung zur Bildung von Keimoberflächen


Der kritische Keimradius (r,min) ist der für das Keimwachstum notwendige minimale Keimradius


Keimradius (r,k) < kritische Keimradius (r,min) -> Keime werden wieder aufgelöst (unter Verminderung der Enthalpie)

Keimradius (r,k) >  kritische Keimradius (r,min) -> es wird mehr Energie durch die Ausscheidung fester Phasen abgegeben, als zu deren Oberflächenbildung erforderlich ist -> Überschussabgabe in Form von Wärmeenergie


Je größer die Unterkühlung -> mehr Energie wird frei -> kleinerer kritischer Keimradius -> mehr Keime -> mehr Körner -> kornfein -> fester


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Was ist ein Haltepunkt? Wann wird Energie abgegeben/aufgenommen? Was ist ein Knickpunkt? Was ein Erstarrungsintervall

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Haltepunkt: eine Phasenumwandlung findet statt, nur bei reinen Stoffen.

Energieabgabe: von fest -> flüssig (Abkühlen) -> Erstarrungswärme

Energieaufnahme: von flüssig -> fest (Aufwärmen) -> Schmelzwärme

Knickpunkt: nur ein Teil erstarrt, Restschmelze bleibt -> Erstarrungsintervall

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Wie ist die Gefügeausbildung bei heterogener Keimbildung mit wenig Fremdkeimen?

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grob

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Wie ist die Gefügeausbildung bei einem ungerichteten Wärmefluss mit großer Unterkühlung?

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dendritisch

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Beispielhafte Karteikarten für deinen Erstarrung von Metallen Kurs an der Hochschule Hannover - von Kommilitonen auf StudySmarter erstellt!

Q:

Wie ist die Gefügeausbildung bei einem ungerichteten stabilen Wärmefluss? Wo tritt dieser ein?

A:

globular z.B. Kokilleninneres

Q:

Was sind Seigerungen und warum entstehen sie?

A:

Seigerungen = Entmischungen


reale Abkühlen nicht unendlich lang -> keine Diffusion/kein Konzentrationsausgleich -> Außen erstarrt die Schmelze schneller -> Erstarrungsfront schiebt die Atome vor sich her -> in der Mitte Anreicherung von Legierungselementen -> Entmischungen -> Seigerungen


-> in Zweistoffsystemen

Q:

Was ist eine Segregationslinie, Mischungslücke, Eutektikum?

A:

Segregationslinie: Ausscheidung eines festen Bestandteiles aus einem anderen festen Bestandteil

Mischungslücke: Konzentrationsbereich, in dem mehrere Phasen auftreten können

Eutektikum: feines Kristallines Gemische zweier oder mehrerer Kristallarten, das aus einer erstarrten, einheitlichen Schmelze entstanden ist und den niedrigsten möglichen Schmelz- bzw. Erstarrungspunkt zeigt (Phasengleichgewicht)

Q:

Wie ist die Gefügeausbildung bei einem gerichteten stabilen Wärmefluss? Wo tritt dieser ein?

A:

stengelförmig z.B. Kokillenwand

Q:

Was ist homogene bzw. heterogene Keimbildung?

A:

homogene Keimbildung: erfolgt aus der reinen Schmelze heraus, unter Aufbringung der notwendigen Umwandlungsenergie durch die Unterkühlung -> starke Unterkühlung notwendig


heterogene Keimbildung: erfolgt an vorhandenen festen Partikeln (Fremdkeime) oder Oberflächen -> starke Absenkung der notwendigen Oberflächenenergie, da keine neuen Keime geschaffen werden müssen -> wesentlich kleinere Aktivierungsenergie, da nur die Strecke x überwunden werden muss um r,min zu erreichen -> es ist keine Unterkühlung notwendig

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Q:

Wie wird die Kristallisationswärme abgeführt? Welche ist Erstarrung ist endogen, welche exogen? Wie ist das Wachstum der Kristalle? 

A:

stabile Kristallisationsfront: Die Kristallisationswärme Q wird über die bereits erstarrten Anteile bzw. über die Wand der Gießform abgeführt; Exogene Erstarrung; planeres Wachstum


instabile Kristallisationsfront: Die Kristallisationswärme Q wird vor allem über die stark unterkühlte flüssige Schmelze abgeführt; endogene Erstarrung; dentritisches Wachstum

Q:

Erklären sie die grundlegende Erstarrung von Metallen

A:

1. Keimbildung: es bilden sich erste Elementarstrukturen, die sich auf atomarer Ebene im 3D-Bereich anordnen -> Metallbindung in geordneter Struktur


2. Keimwachstum: Bildung eines stabilen Keims und Vergrößerung zum Kristallit mit der Bildung von Oberflächen zwischen den unterschiedlichen Phasenbereichen (zw. fest und flüssig)


3. Kristallwachstum: wenn kritische Keimgröße überschritten -> Kristallwachstum. Neue Atome lagern sich an die Kristalloberflächen (Einbau in den Atomgitterverband durch Abbau von Oberflächenenergie) welche sich irgendwann berühren -> Korngrenzen


(4. Erstarrung)

Q:

Wie ist die Gefügeausbildung bei niedriger Abkühlgeschwindigkeit?

A:

grob

Q:

Wie entstehen Keime energetisch? 

Was ist der kritische Keimradius?

Was geschieht, wenn er nicht erreicht wird?

Wie wirkt sich die Unterkühlung der Schmelze aus?

A:

Die Oberflächenenergie steigt bei der Erstarrung -> soll aber gering sein (alle Vorgänge in einem stofflichen System streben ein minimum der freien Energie an) -> frei werdende Energie ansteht aus der Unterkühlung -> Nutzung zur Bildung von Keimoberflächen


Der kritische Keimradius (r,min) ist der für das Keimwachstum notwendige minimale Keimradius


Keimradius (r,k) < kritische Keimradius (r,min) -> Keime werden wieder aufgelöst (unter Verminderung der Enthalpie)

Keimradius (r,k) >  kritische Keimradius (r,min) -> es wird mehr Energie durch die Ausscheidung fester Phasen abgegeben, als zu deren Oberflächenbildung erforderlich ist -> Überschussabgabe in Form von Wärmeenergie


Je größer die Unterkühlung -> mehr Energie wird frei -> kleinerer kritischer Keimradius -> mehr Keime -> mehr Körner -> kornfein -> fester


Q:

Was ist ein Haltepunkt? Wann wird Energie abgegeben/aufgenommen? Was ist ein Knickpunkt? Was ein Erstarrungsintervall

A:

Haltepunkt: eine Phasenumwandlung findet statt, nur bei reinen Stoffen.

Energieabgabe: von fest -> flüssig (Abkühlen) -> Erstarrungswärme

Energieaufnahme: von flüssig -> fest (Aufwärmen) -> Schmelzwärme

Knickpunkt: nur ein Teil erstarrt, Restschmelze bleibt -> Erstarrungsintervall

Q:

Wie ist die Gefügeausbildung bei heterogener Keimbildung mit wenig Fremdkeimen?

A:

grob

Q:

Wie ist die Gefügeausbildung bei einem ungerichteten Wärmefluss mit großer Unterkühlung?

A:

dendritisch

Erstarrung von Metallen

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