Ingenieurswerkstoffe
Fragenkatalog
Fragenkatalog
Wie setzt sich die Werkstoffnummer für Stähle zusammen? Erläutern Sie.
siehe Bild!
Wie kann nach Norm die Benennung eines Stahles erfolgen? Erläutern Sie.
siehe Bild!
Ist ein „Edelstahl“ immer nichtrostend? Erläutern Sie.
Nein; abhängig vom Chromgehalt und der Umwelt (Seewasser, Chemieanlage)
Definieren Sie die Begriffe Qualitätsstahl, Grundstahl und Edelstahl.
(Frage abgeändert)
siehe Bild!
Benennen Sie die Gütegruppen für Stahl nach DIN EN 10020.
siehe Bild!
Warum ist das Auftreten der Elemente P, Cu und Sn in Stählen unerwünscht?
Erläutern Sie.
siehe Bild!
Was ist Paketschrott?
siehe Bild!
Benennen Sie die Gehalte der unerwünschten Elemente P, S, Cu und Sn in
Roheisen, in Schrott aus der Müllverbrennung und in Paketschrott.
siehe Bild!
Erläutern Sie den Unterschied zwischen Begleit- und Legierungselementen
und geben je vier Beispiele für den Bereich der Stähle an.
Beispiele für Begleitelemente:
Nichtmetalle: H, O, P, S, N ...
Halbmetalle: B, Si, As, Sb, Bi ...
Metalle: Cu, Sn, Zn, Pb, Al, Ni, Cr ...
Nach welchen Verfahren werden heute Stähle hergestellt und abgegossen?
Beschreiben Sie kurz und geben Anteile an der Gesamterzeugung an.
siehe Bild!
Was ist die Sigma-Phase?
Die Sigma-Phase ist eine intermetallische Verbindung (also die Verbindung zwischen zwei metallischen Partnern) in Stählen. Sie kann z.B. aus Cr und Fe oder aus V und Fe bestehen.
Läpple Seite 291
Welches Dreistoffsystem im Bereich der Eisenwerkstoffe hat eine hohe
praktische Bedeutung? Benennen Sie die Elemente und beschreiben die
Bedeutung
Dreistoffsystem: Eisen – Chrom – Kohlenstoff
- Basis für alle nichtrostenden Stähle
- Chromgehalt >= 12-13 m%
- Ermöglicht die Passivbeschichtung (Oxidbildung an der Oberfläche) so das dass darunterliegende Metall vor Korrosionsangriffen geschützt ist.
Skizzieren Sie schematisch die im metastabilen System Fe-Fe3C auftretenden
Gefüge bei Raumtemperatur für Kohlenstoffgehalte zwischen 0,001 Mass-%
und 1,2 Mass-% C. Beschriften Sie die einzelnen Gefügebestandteile.
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Erläutern Sie die Wirkung eines austenitstabilisierenden Elementes anhand
eines schematischen Phasendiagramms für ein binäres System Ihrer Wahl.
siehe Bild!
Erläutern Sie die Wirkung eines ferritstabilisierenden Elementes anhand eines
schematischen Phasendiagramms für ein binäres System Ihrer Wahl.
siehe Bild!
In welchen Modifikationen liegt Kohlenstoff im Gusseisen vor?
In der Regel liegt Kohlenstoff im Gusseisen als Graphit vor. Dieser kann kugelförmig (späroidal), laminar oder wurmförmig (vermicularer !?) Ausprägung im Werkstoffgefüge eingelagert sein.
Ausnahme = weißes Gusseisen -> Kohlenstoff in Form von Karbiden (Zementit oder Sonderkarbiden) gebunden im Werkstoffgefüge enthalten.
Geben Sie vier konkrete Beispiele für Elemente an, die zu 100% im Eisen
löslich sind.
100% Löslichkeit im Gamma-Eisen (Austenit)
- Mangan
- Kobalt
- Nickel
100% Löslichkeit im Alpha-Eisen (Ferrit)
- Chrom
- Vanadium
Benennen Sie jeweils vier austenitstabilisierende und ferritstabilisierende
Elemente.
Austenitstabiliesierende Elemente
- Nickel
- Mangan
- Stickstoff
- Kohlenstoff
- Kobalt
Ferritstabilisierende Elemente
- Chrom
- Molybdän
- Vanadium
- Silizium
Erläutern Sie zwei wesentliche Unterschiede zwischen den Stählen und den
Gusseisen.
siehe Bild!
Skizzieren Sie den schematischen Abkühlverlauf für das reine Eisen von 1600°C bis RT.
siehe Bild!
Ordnen Sie folgende Werkstoffe nach aufsteigender Härte ein: Titancarbid, Kubisches Bornitrid, HS6-5-2, Wolframcarbid, Diamant, WC-25Co, Aluminium-Oxidkeramik.
??
Wodurch unterscheiden sich HIPen von Werkzeugstählen und Sintern von Hartmetallen?
??
Welche Oxidkeramik wird als Schneidstoff eingesetzt? Nennen Sie Beispiele für die Anwendung.
Oxidkeramik (Al2O3) "Aluminiumoxid"
Gleichbleibende Schneidbedingungen und ohne Kühlung
Skizzieren und erläutern Sie den Aufbau von Schleifscheiben bzw. Schleifpapier.
siehe Bild!
Welche Stoffe werden als nichtoxidische Schneidkeramik bezeichnet und wo finden sie Anwendung?
Siliciumnitrid-> Si3N4
Unbeschichtet oder beschichtet, geeignet für Bearbeitung von lamellarem Gusseisen GJL und Gusseisen mit Kugelgraphit GJS bei hohen Schnittdaten
Was ist CBN?
Synthetisches kubisches Bornitrid-> CBN
Zweithärtestes Materials nach dem Diamant, aber bessere Bruchzähigkeit
Ausgezeichnete Warmfestigkeit, zulässige Temperaturen bis 1400°C
CBN wird auf einen Hartmetallträger aufgelötet, um eine Schneidplatte zu bilden
weitläufig für die Schlichtbearbeitung beim Drehen gehärteter Stähle mit einer Härte von mehr als 45 HRC verwendet und für das Hochgeschwindigkeits-Schruppen von Grauguss
Nennen Sie typische Anwendungsfelder für Hartmetalle mit Feinstkorn, mittlerem Korn und Grobkorn.
Feinstkornsorte:
Durchschnittlich Korngröße < 1 μm
Zerspanende Werkzeuge
Fein- bis mittelkörnige Sorte:
Durchschnittliche Korngröße 2 μm
Kaltumformwerkzeuge
Grobkörnige Sorte:
Durchschnittlich Korngröße 3 bis 5 μm
Gesteinsbearbeitung, Bergbau, Bauindustrie
Sonderhartmetall „Ferro-Titanit“:
Durchschnittlich Korngröße 15 μm
Kunststoffrecycling, Kunststoffverarbeitung
Wodurch kommt die hohe Dichte von Hartmetall gegenüber dem Stahl zustande? Erläutern Sie.
siehe Bild!
Wodurch kommt die hohe Dichte von Hartmetall gegenüber dem Stahl zustande? Erläutern Sie.
siehe Bild!
Wodurch können Verschleißfestigkeit und Zähigkeit eines Hartmetalls gezielt eingestellt werden?
Carbidkorngröße und Co-Gehalt beeinflussen die Verschleißfestigkeit des Hartmetalls
(Carbidart)
Carbidkorngröße und Co-Gehalt beeinflussen die Zähigkeit des Hartmetalls
(Bindemetall)
Was versteht man unter dem „Flüssigphasen-Sintern“? Erläutern Sie allgemein und anhand eines konkreten Werkstoffbeispiels.
Sintern unter Anwesenheit einer flüssigen Phase
??
Was ist ein Hartmetall?
Hartmetalle sind Schneidstoffe, die durch Flüssigphasensintern hergestellt werden und am häufigsten aus einer Cobalt-Matrix mit eingelagerten Wolframcarbiden bestehen.
Geben Sie eine begründete Auswahl von Gusswerkstoffen für folgende Anwendungen an:
Mechanisch hoch beanspruchte Gehäuseteile für Gasturbinen
Extruderschnecken zur Betonförderung
Zähe Gehäuse für die Kältetechnik
Preiswerte und lang haltbare Kanaldeckel
PKW-Kurbelwellen
Werkzeugmaschinen-Aufnehmerblock mit guten Dämpfungseigenschaften
Pumpenteile einer Meerwasserentsalzungsanlage
???
Wie unterscheiden sich Gusseisen und Stahlguss? Diskutieren Sie drei wesentliche Unterschiede.
Kohlenstoffgehalt :
Stahlguss unter 2,06
Gusseisen über 2,06
Gießtemperatur:
Stahlg. 1600
Gusse. 1200
Schmiedbarkeit/Verformbarkeit:
Stahlguss ist
Gusseisen nicht
Wodurch erhalten verschleißbeständige Gusseisen ihre gute Verschleißbeständigkeit? Erläutern Sie.
Chrom > 0.3 % -> Carbidbildung, Erhöhung Härte und Verschleißbeständigkeit
Erläutern Sie die Vorgänge beim Glühen von Hartguss in oxidierender Atmosphäre, wodurch eine ferritische Matrix im Gusseisen eingestellt wird.
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Was ist Temperguss und was versteht man unter „Temperkohle“?
Temperguss (lat. temperare = mäßigen) ist ein Eisen-Kohlenstoff-Werkstoff, der anders als andere Gusseisensorten aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung und des Erstarrungsvorgangs nach dem metastabilen System des Eisen-Kohlenstoff-Diagrammsgrafitfrei erstarrt und als vorerst harter, spröder Temperrohguss in der Gussform entsteht. Eine anschließende Wärmebehandlung, das Tempern, bewirkt eine Gefügeumwandlung. Der Zementit im Gussgefüge wird erst nach besonders langer Glühzeit zum Zerfall gebracht. Der dabei entstehende Grafit wird als Temperkohle bezeichnet und zeichnet sich durch seine charakteristische Knöllchenform aus. Durch diese Gestalt unterbrechen die Temperkohleflocken den Zusammenhang der metallischen Grundmasse nicht so ungünstig und mit potentieller Kerbwirkung wie die Grafitlamellen im Gusseisen mit Lamellengrafit. Das ist der Hauptgrund, warum Temperguss bessere mechanische Eigenschaften als normales Gusseisen mit Lamellengrafit aufweist und daher als zäh und gut bearbeitbar bezeichnet werden kann. Anhand des Bruchaussehens wird der Temperguss in schwarzen und weißen Temperguss unterteilt.
Welche Art von Gusseisen ist einzusetzen, wenn hohe Ansprüche an die Korrosionseigenschaften des Gussteils bestehen? Erläutern Sie Ihre Antwort.
Austenitisches Gusseisen; insbesondere lamellengraphit mit unverletzter Gusshaut (schicht die weitestgehen von der Atmosphäre trennt)
Vergleichen Sie die Zähigkeit von Gusseisen mit Kugelgraphit und von Gusseisen mit Lamellengraphit? Wie lässt sich der Unterschied erklären?
Die lamellen wirken als innere Kerbe und verschlechtern somit deutlich die Zugfähigkeit.
Ein Gusseisen enthält 3,5 % Kohlenstoff, 2 % Silizium, 1 % Mangan und 0,35 % Phosphor. Ermitteln Sie mathematisch nachvollziehbar, ob es sich um ein übereutektisches Gusseisen handelt.
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Was verstehen Sie unter einem Schwarzbruch bei einem Stahl?
- Fehlerscheinung infolge Graphitbildung (daher schwarzes Aussehen der Bruchstelle)
- Bei hohem Legierungsanteil an Silizium und hohen Temperaturen wird Fe3C in C + 3 Fe (Graphit und Eisen) zerteilt
Wie verändert eine Erhöhung des C-Gehaltes von 0,2 auf 0,6 m% die Streckgrenze
und die Härtbarkeit von Stählen?
Siehe Bild!
Differenzieren Sie die Werkstoff-Bezeichnungen S355, P355 und E355 sowie Y1000 und
R1000 hinsichtlich ihrer Anwendungsbereiche.
siehe Bild!
Erläutern Sie die Bezeichnungen J3, KR und L6 im Stahlbezeichnungssystem.
siehe Bild!
Wie werden die Werkstoffnummern für Stähle sowie Kupfer- und Aluminium-Legierungen
bezogen auf die Werkstoff-Hauptgruppe bezeichnet? Nennen Sie die Vergrößerungsfaktoren
für die Elemente Cr, Mn, Mo, V, C und S für unlegierte Stähle (> 1 % Mn) und für legierte
Stähle mit einem Komponentengehalt von < 5 %.
‐ 0 = Roheisen, Ferrolegierungen, Gusseisen
‐ 1 = Stahl
‐ 2 = Schwermetalle, außer Eisen
‐ 3 = Leichtmetalle
Erläutern Sie die Bezeichnungen: GG20, EN-GJL – 200, 1.4571.
‐ GG20 (alte Normung)
o Graues Gusseisen mit Lamellengraphit; Benennung nach der Festigkeit;
Zugfestigkeit Rm ≥ 200 N/mm²
‐ EN-GJL-200 (Europäische Normung)
o Siehe oben
‐ 1.4571
o 1 : Stahl
o 45 : Nichtrostender Stahl
o 71 : Zählnummer
Erläutern Sie folgende Zusatzsymbole für Stahlerzeugnisse: +F, +A, +QT und übersetzen Sie
die Kurzbezeichnung HS 3 – 8 – 2 – 6.
+F : Feinkornstahl
+A : Feueraluminiert
+QT : Vergütet
HS 3-8-2-6
o Schnellarbeitsstahl
o 3 % Wolfram
o 8 % Molybdän
o 2 % Vanadium
o 6 % Kobald
Erläutern Sie folgende Kurzbezeichnungen:
a) P235TR
b) S235JRD
c) DD04+ Z
d) C22C
e) 34CrMo4
f) X3CrNi18-10
a) P235TR
Druckbehälterbau
Streckgrenze : 235 N/mm²
Für Rohre und für den Einsatz bei Raumtemperatur
b) S235JRD
Allgemeiner Baustahl
Streckgrenze : 235 N/mm²
Kerbschlagarbeit von 27J bei +20°C
Einsatz bei Schmelzübergängen
c) DD04+ Z
Warmgewalztes Flacherzeugnis zum Kaltumformen
feuerverzinkt
d) C22C
Unlegierter Stahl zum Kaltumformen mit einem mittleren Mn-Gehalt < 1 %
0,22 % Kohlenstoff
e) 34CrMo4
Unlegierter Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,34 % und einem
Mn-Gehlat von mehr als 1 %, bei dem der mittlere Gehalt der einzelnen Legierungselemente unter 5 % liegt
1 % Cr und 0,1 % Mo
f) X3CrNi18-10
Legierter Stahl, bei dem der mittlere Gehalt von mindestens einem Element 5 % oder höher liegt
0,03 % Kohlenstoff
18 % Chrom
10 % Nickel
Nach DIN EN 10088
Der Begriff Edelstahl ist zu erläutern.
Unterteilung in unlegierte und legierte Edelstähle:
Unlegierte Edelstähle:
o Hoher Reinheitsgrad
o Kaltverfestigung im vergüteten Zustand
o Definierte Einhärtetiefe
o Stähle sind für Vergütungs- und Randschichthärtung vorgesehen
o Beispiele: Stahlbau, Einsatz-/Vergütungsstähle, Flacherzeugnisse zum Tiefziehen
Legierte Edelstähle:
o Genaue chemische Zusammensetzung
o Wärmebehandlung vorgesehen (außer Feinkornstahl)
o Besondere chem./physikalische Eigenschaften
o Beispiele: Maschinebaustähle, Werkzeugstähle, Wälzlagerstähle, nichtrostende-
/hitzebeständige- warmfeste Stähle
Ein Stahl beinhaltet einen Cr-Gehalt von 0,24 m%. Liegt ein unlegierter oder ein legierter
Stahl vor?
Es handelt sich um einen unlegierten Stahl, da die Grenze von Chrom bei 0,3 m% liegt
Mit welcher Technik erfolgt in der Stahlindustrie i.d.R. der Übergang vom flüssigen in den
festen Zustand? Erläutern Sie die Technologie in Stichworten.
siehe Bild!
Was versteht man unter Sekundärmetallurgie? Erläutern Sie kurz die Desoxidation von Stahl
mittels Aluminium- und Vakuum-Behandlung.
siehe Bild!
Nennen Sie Ziele der Raffination von Roheisen mittels Sauerstoffblas-Verfahren und
verdeutlichen Sie mit einschlägigen Reaktionsgleichungen die Abläufe bezüglich des C-, Sund
P-Gehaltes der Schmelze während der Raffination.
siehe Bild!
Nennen Sie die Zusammensetzung des Roheisens bezüglich der Elemente C, Mn, Si, P, S.
Wodurch kann der Schwefelgehalt im Roheisen gesenkt werden? Verdeutlichen Sie die
Antwort mit einer chemischen Reaktionsgleichung.
siehe Bild!
Erläutern Sie kurz die Ursache für den niedrigen Schmelzpunkt von Roheisen.
Durch die Kohlenstoffaufnahme hat das Roheisen einen niedrigen Schmelzpunkt von ca.
1150°C
Bei welcher Temperatur verläuft im Wesentlichen der Reduktionsprozess im Hochofen ab?
Erläutern Sie ferner wesentliche Reaktionen der Eisenträger in der Reduktions- und der
Kohlungszone. Verdeutlichen Sie weiterhin die Quellen für den Wärmebedarf und für die
Reduktions-Gaserzeugung.
siehe Bild!
Was verstehen Sie unter einem Hochofen?
siehe Bild!
Durch Verwendung welcher Legierungselemente kann die Perlitbildung bei
Vergütungsstählen weitestgehend unterdrückt werden?
siehe Bild!
Welche Legierungselemente werden in der Regel bei der Herstellung von
Vergütungsstählen eingesetzt? Erläutern Sie die Wirkung dieser Elemente!
siehe Bild!
Wie kann die Zerspanbarkeit von Vergütungsstählen beeinflusst werden?
Erläutern Sie zwei grundsätzlich verschiedene Methoden.
1) Wärmebehandlung
Weichglühen (A) durch Halten nahe Ac1 Bildung eines ferritischen Gefüges mit einformten Carbiden, das Gefüge ist weich und gut zerspanbar oder Glühen auf ferritisch-perlitisches Gefüge (FP) durch Überschreiten von Ac1 und isothermen Halten im Ferrit-Perlit-Gebiet. Ferrit-Perlit ist zwar härter, führt aber zu kurzbrechenden Spänen, wodurch die Zerspanbarkeit verbessert wird.
2) Einstellung eines geregelten Schwefelgehaltes
Durch Zugabe von 0,02 – 0,04 % S bilden sich Mangansulfide, die zu kurzbrechenden Spänen führen wodurch die Zerspanbarkeit verbessert wird.
Was versteht man unter einer „Behandlung auf Kaltscherbarkeit“?
siehe Bild!
Welche Arten der Weichglühung können bei Vergütungsstählen durchgeführt
werden? Welches Gefüge wird dadurch eingestellt?
...
Was versteht man werkstofftechnisch unter einer „Vergütung“? Welche
Werkstoffeigenschaften werden durch diese Behandlung beeinflusst?
Vergütung ist eine Wärmebehandlung bei Stählen. Sie besteht aus einem Austenitisieren mit nachfolgendem Abschrecken (Härten) und einem Anlassen im oberen Temperaturbereich. Durch das Härten wird idealer Weise ein martensitisches Gefüge mit hoher Härte eingestellt. Durch das Anlassen wird der Martensit entspannt, Karbide ausgeschieden, die Härte erniedrigt und die Zähigkeit erhöht.
Ziel der Behandlung ist das Einstellen einer hohen Streckgrenze Re bei möglichst hoher Zähigkeit.
Nach welchem Kriterium können die Baustähle in zwei Untergruppen eingeteilt
werden? Geben Sie einige Beispiele für die Untergruppen an.
siehe Bild!
Welche Art von Prüfbescheinigung gibt dem Werkstoffkäufer die Sicherheit,
dass ein vom Hersteller unabhängiger Sachverständiger die Werkstoffprüfung
überwacht hat? In welchen Fällen ist solch eine Prüfbescheinigung
notwendig?
siehe Bild!
Erläutern Sie die wesentlichen Unterschiede zwischen einer Werksbescheinigung und einem Abnahmeprüfungszeugniss 3.1 nach DIN EN 10204.
Wesentliche Unterschiede bestehen im:
- Inhalt der Bescheinigung
- Der Person des bestätigenden
Werksbescheiningung enthält keine Angaben von Prüfergebnissen
Die Bescheinigung wird durch den Hersteller bestätigt (subjektiv)
Abnahmeprüfungszeugnis enthält Prüfungsergebnisse auf der Grundlage spezifischer Prüfungen
Das Prüfzeugnis wird durch den vom Hersteller beauftragten, von der Fertigungsabteilung unabhängigen Sachverständigen („Werkssachverständigen“) bestätigt (objektivere Sicht)
Geben Sie je ein Beispiel an für die häufige Verwendung des jeweiligen Legierungselementes in Stählen unter Benennung der Stahlgruppe, des mittleren Elementgehaltes sowie einer typischen, normgerechten Werkstoffbezeichnung.
...
Erläutern Sie nachstehende Werkstoffbezeichnungen unter Angabe der
zugrundeliegenden Systematik:
X10Cr13
C20D
S275NL
1.4305
HS10-4-3-10
34CrAlNi7
E335
EN-GJL-HB155
X100CrMoV5
20MnCr5
S235JRG2
C45
X10Cr13
C20D
S275NL
1.4305
HS10-4-3-10
34CrAlNi7
E335
EN-GJL-HB155
X100CrMoV5
20MnCr5
S235JRG2
C45
Nach welcher Systematik werden Gusseisen bezeichnet? Erläutern Sie.
siehe Bild!
Mit welchen Faktoren werden die Elemente B, N, V, Mo, Cr, Ni, P, S und C in
niedrig legierten Stählen mit einem Gesamtlegierungsgehalt < 5 %
angegeben?
siehe Bild!
Wie setzt sich die Werkstoffnummer für Stähle zusammen? Erläutern Sie.
siehe Bild!
Wie kann nach Norm die Benennung eines Stahles erfolgen? Erläutern Sie.
siehe Bild!
Ist ein „Edelstahl“ immer nichtrostend? Erläutern Sie.
Nein; abhängig vom Chromgehalt und der Umwelt (Seewasser, Chemieanlage)
Definieren Sie die Begriffe Qualitätsstahl, Grundstahl und Edelstahl.
(Frage abgeändert)
siehe Bild!
Benennen Sie die Gütegruppen für Stahl nach DIN EN 10020.
siehe Bild!
Warum ist das Auftreten der Elemente P, Cu und Sn in Stählen unerwünscht?
Erläutern Sie.
siehe Bild!
Was ist Paketschrott?
siehe Bild!
Benennen Sie die Gehalte der unerwünschten Elemente P, S, Cu und Sn in
Roheisen, in Schrott aus der Müllverbrennung und in Paketschrott.
siehe Bild!
Erläutern Sie den Unterschied zwischen Begleit- und Legierungselementen
und geben je vier Beispiele für den Bereich der Stähle an.
Beispiele für Begleitelemente:
Nichtmetalle: H, O, P, S, N ...
Halbmetalle: B, Si, As, Sb, Bi ...
Metalle: Cu, Sn, Zn, Pb, Al, Ni, Cr ...
Nach welchen Verfahren werden heute Stähle hergestellt und abgegossen?
Beschreiben Sie kurz und geben Anteile an der Gesamterzeugung an.
siehe Bild!
