Spezielle Werkstoffe

Fragenkatalog Spezielle Werkstoffe (vertiefte Werkstofftechnik / Werkstoffkunde); Maschinenbau (Master / Diplom); HS-Mittweida (HSMW); Hr. Prof. Hahn

Fragenkatalog Spezielle Werkstoffe (vertiefte Werkstofftechnik / Werkstoffkunde); Maschinenbau (Master / Diplom); HS-Mittweida (HSMW); Hr. Prof. Hahn


Ka St
Diese Karteikarten behandeln spezielle Werkstoffe auf Universitätsniveau und konzentrieren sich auf Eigenschaften, Verarbeitung und Anwendungen von Materialien wie Stählen, Keramiken und Hartmetallen. Sie beleuchten Themen wie Sekundärhärte, Anisotropie, Tiefziehen und Streckziehen, sowie die Bedeutung von Verfestigungsexponenten und elastischer Rückfederung. Ideal für Studierende der Materialwissenschaften und Ingenieure, die ihr Verständnis von Werkstoffeigenschaften und -verhalten vertiefen möchten.
Flashcards
56
Students
1
Language
German
Category
Chemistry
Level
University
Created / Updated
05.02.2014 / 16.02.2015

Lernkarten

Welche ist die treibende Kraft beim Sintern?

[K'11] Die treibende Kraft für das Sintern ist das Bestreben eines Systems, den Zustand geringster Freier Enthalpie einzunehmen. Dies geschieht durch die Verringerung der Oberflächen- und Grenzflächen-Energie, indem es zum Kornwachstum kommt.
[Quelle: Salmang, Scholze: Keramik (2007)]

Was ist ein Dualphasen-Stahl? Erklären Sie dessen Herstellung über die Warmbandroute!

[K'11] Ein Dualphasen-Stahl ist ein Flacherzeugnis, bei dem der (M) feinkörnig und inselförmig mit einem Anteil von 10 … 30 % in einer (F)-ischen Matrix eingebettet ist.

Im vollständig (A)-isierten Zustand wird das Blech zunächst gewalzt. Es erfolgt eine Abkühlung in den, zeitlich durch
- Si (Verschiebung der (F)-Nase zu nidrigeren Zeiten) und
- C, Cr, Mo, V und W (Verschiebung der (P)-Nase zu höheren Zeiten)
geweiteten (F)-Bereich, ein weiteres Walzen und das Halten in diesem Bereich, in dem ein Großteil des (A) in (F) umwandelt. Es folgt eine weitere Abkühlung (vorbei(!) am (B)- und (P)-Gebiet) und das anschließende Haspeln unterhalb der MS-Temperatur. Auf der Haspel wandelt der noch verbleibende (RA) in (M) um.

Was sind presshärtbare Stähle?

[K'11] Presshärtbare Stähle sind Flacherzeugnisse mit folgendem Konzept:
- Blech liegt in einem gut kaltverformbaren (F)- / (P)-ischen Zustand vor
- (A)- / Teil-(A)-isierung vor der Umformung
- Warmumformung mit anschließender schneller Abkühlung im Werkzeug (Form- / Presshärten)
- (M)-Bildung während / nach der Umformung mit hoher Festigkeit
- B verbessert die Härtbarkeit
- Einstellung der Festigkeit über Mn- und C-Gehalt sowie über Prozessparameter

Was ist Anisotropie und was ist ihre Ursache in einem Blechwerkstoff?

[K'11] Anisotropie bezeichnet die Richtungsabhängigkeit von mechanischen und physikalischen Eigenschaften. Anisotropie entsteht in einem Blechwerkstoff durch das Walzen, bei dem sich Kristalle im Werkstoff in eine/mehrere Richtungen bevorzugt orientieren.

Was ist der Verfestigungsexponent und wie wird er berechnet?

[K'11] Der Verfestigungsexponent n ist ein Maß für die, bei der Umformung zu erzielende größtmögliche Formänderung.

n = ∆ln( kf ) / ∆ln( φ )

kf … wahre (Fließ-) Spannung
φ  … logarithmische Dehnung

Si3N4 hat eine bessere Leitfähigkeit und eine geringere Wärmeausdehnung. Was hat das zur Folge?

[K'11] Der Werkstoff

- ermöglicht bessere Spanleistungen und somit höhere Vorschübe.
- hat eine bessere Thermoschockbeständigkeit und ist somit für eine spanende Bearbeitung ohne KSS geeignet.
- kann besserer die Wärme ableiten und dehnt sich dadurch sowie aufgrund seiner geringeren Wärmeausdehnung weniger stark aus. Dies führt zu geringeren Spannungen sowie zur verbesserten Maß- und Geometriehaltigkeit.

[Antwort(en) ohne Gewähr!]

Was bedeutet HW-K15?

[K'11] HW steht für die Kennung der Werkstoffgruppe 'unbeschichtetes Hartmetall, Hauptbestandteil: WC (Wolfram-Karbid) mit einer Korngröße ≥ 1 µm'.

K steht für die Kennung des Werkstück-Werkstoffs 'Gusseisen: Gusseisen mit Lamellengraphit, Gusseisen mit Kugelgraphit, Temperguss'.

15 steht für die Anwendungsgruppe:
- erhöhte Verschleißfestigkeit: mittlerer bis höherer vc (Schnittgeschwindigkeit) möglich
- verringerte Zähigkeit: geringerer bis mittlerer f (Vorschub) möglich

Warum sollten HW-Werkzeuge nicht über 600 °C erwärmt werden?

[K'11] (Anm.: HW steht für die Kennung der Werkstoffgruppe 'unbeschichtetes Hartmetall, Hauptbestandteil: WC (Wolfram-Karbid) mit einer Korngröße ≥ 1 µm'.)

Bei Überschreitung einer bestimmten Temperaturen (hier: 600 °C) beginnt der Hartstoff (hier: WC (Wolfram-Karbid)) sich teilweise aufzulösen und es kommt zur Minderung der gewünschten Eigenschaften (Härte, „Festigkeit“, etc.).

Was bedeutet die Bezeichnung HW?

[Z] HW steht für die Kennung der Werkstoffgruppe 'unbeschichtetes Hartmetall, Hauptbestandteil: WC (Wolfram-Karbid) mit einer Korngröße ≥ 1 µm'.

Was bedeutet die Bezeichnung HF?

[Z] HF steht für die Kennung der Werkstoffgruppe 'unbeschichtetes Hartmetall, Hauptbestandteil: WC (Wolfram-Karbid) mit einer Korngröße < 1 µm'.

Was bedeutet die Bezeichnung HT?

[Z] HT steht für die Kennung der Werkstoffgruppe 'unbeschichtetes Hartmetall, Hauptbestandteil: TiC (Titan-Karbid), TiN (Titan-Nitrid) oder beides'.

Was bedeutet die Bezeichnung HC?

[Z] HC steht für die Kennung der Werkstoffgruppe 'beschichtetes Hartmetall, Hauptbestandteil: TiC (Titan-Karbid), TiN (Titan-Nitrid) oder beides'.

Warum wird Warmarbeitsstahl für Umformwerkzeuge verwendet?

[K'11] (Anm.: Warmarbeitsstähle finden bei der Bearbeitung von Werkstücken bei höheren(!) Temperaturen (Warmumformen) Anwendung.)

Warmarbeitsstähle besitzen eine
- gute Warmhärte,
- hohe Warmfestigkeit (und
- hohe Warmzähigkeit),
Dies Eigenschaften entstehen nach dem Härten und Anlassen und sind zurückzuführen auf die
- Ausscheidung von feinstverteilten, i. d. R. globularen Sonderkarbiden (Cr, Mo, V, W) während des i. d. R. zweimaligen hohen Anlassens (4. Anlassstufe) sowie die
- Legierung mit Co, das die Anlassbeständigkeit (Widerstand des Werkstoffs gegen die härte-mindernde Wirkung während des Anlassens) verbessert, indem es das Austenit-Kornwachstum behindert, und somit hohe Anlasstemperaturen erst ermöglicht.

Thermische Spannungen (durch häufige Temperaturwechsel) im Werkzeug, können durch Spannungsarmglühen beseitigt und somit die Eigenschaften des Werkzeugs wiederhergestellt werden.

[Z] Warmarbeits- (bzw. allg. Werkzeug-)Stähle dürfen nicht über der Anlasstemperatur (WA-Stähle besitzen keinen festen Temperaturbereich) eingesetzt werden, da es sonst zur Wiederaufnahme des Anlassvorgangs und somit zur Entfestigung kommt.

Welches Oxid kann Risse verschließen und warum?

[K'11] Das ZrO2 (Zirkon-Oxid) kann Risse verschließen. Voraussetzung ist, dass Y (Yttrium) als Legierungselement enthalten ist. Y2O3 (Yttrium-Oxid) stabilisiert bei RT einen Anteil von höchsten 8 % der Hochtemperaturphase des ZrO2, in der es tetragonal vorliegt. Erst unter Zugspannung klappen Anteile dieser stabilisierten Phase martensitisch in die monokline Phase um. Diesen Umklappvorgang bezeichnet man als Umwandlungsverstärung, da es bei ihm zur 3 … 5-%igen Volumenzunahme und somit zur Rissabschirmung (Verschließung des Risses) oder zur Rissverzweigung kommt.

Warum soll Stahl nicht mit Diamant bearbeitet werden?

[K'11] Werkstoffe mit karbid-bildenden Elementen sollen nicht mit Diamant bearbeitet werden, da die Affinität vom Eisen zum Kohlenstoff (Diamant) hoch ist, (mit zunehmender Temperatur) der Kohlenstoff somit aus dem Diamant in den Stahl diffundiert und dadurch die Werkzeug-Standzeit erheblich herabgesenkt wird.

Was bedeutet die Bezeichnung DM?

[K'11] DM steht für die Kennung der Werkstoffgruppe 'monokristalliner Diamant'.

Was bedeutet die Bezeichnung DP?

[Z] DP steht für die Kennung der Werkstoffgruppe 'polykristalliner Diamant'.

Was bedeutet die Bezeichnung BL?

[Z] BL steht für die Kennung der Werkstoffgruppe 'kubisch-kristallines Bor-Nitrid mit niedrigem Bor-Nitrid-Gehalt'.

Was bedeutet die Bezeichnung BH?

[Z] BH steht für die Kennung der Werkstoffgruppe 'kubisch-kristallines Bor-Nitrid mit hohem Bor-Nitrid-Gehalt'.

Was bedeutet die Bezeichnung BC?

[Z] BC steht für die Kennung der Werkstoffgruppe 'beschichtetes kubisch-kristallines Bor-Nitrid mit hohem Bor-Nitrid-Gehalt'.

Was bedeutet die Bezeichnung CA?

[Z] CA steht für die Kennung der Werkstoffgruppe 'Schneidkeramik, Hauptbestandteil: Aluminiumoxid (Al2O3)'.

Was bedeutet die Bezeichnung CM?

[Z] CM steht für die Kennung der Werkstoffgruppe 'Mischkeramik, Hauptbestandteile: Aluminiumoxid (Al2O3) mit anderen Bestandteilen als Oxiden'.

Was bedeutet die Bezeichnung CN?

[Z] CN steht für die Kennung der Werkstoffgruppe 'Silizium-Nitrid-Keramik, Hauptbestandteil: Silizium-Nitrid (Si3N4)'.

Was bedeutet die Bezeichnung CR?

[Z] CR steht für die Kennung der Werkstoffgruppe 'verstärkte Schneidkeramik, Hauptbestandteil Aluminiumoxid (Al2O3)'.

Was bedeutet die Bezeichnung CC?

[Z] CC steht für die Kennung der Werkstoffgruppe 'verstärkte und beschichtete Schneidkeramik, Hauptbestandteil Aluminiumoxid Al2O3)'.

Was sind Cermets?

[Z] Cermets sind ursprünglich Metall-Oxid-Verbundwerkstoffe.

Heutzutage bestehen moderne Cermet-Verbundwerkstoffe aus
- komplexen Carbonitriden auf der Basis von (Ti, Mo, W, Ta)(C, N), die in einer
- metallischen Bindematrix (Ni, Co, Fe, Al) eingebettet sind.

Was muss beim Einsatz von Werkzeugstählen beachtet werden?

[Z] Werkzeugstähle (KA-, WA- und HS-Stähle) dürfen nicht über der Anlasstemperatur eingesetzt werden, da es sonst zur Wiederaufnahme des Anlassvorgangs und somit zur Entfestigung kommt.

Was sind Hartmetalle?

[K'12] Hartmetalle sind Verbundwerkstoffe, die aus
- Hartstoffen (WC, TiC, TaC, NbC) und einem
- Bindemittel (Co evtl. mit Zusätzen an Fe & Ni)
durch Sintern hergestellt wurden.

Was sind die Ursachen für die Umwandlungsverstärung beim ZrO2 (Zirkon-Oxid)?

[K'12] Ursache ist das im ZrO2 als Legierungselement enthaltene Y (Yttrium). Dieses verbindet sich mit Sauerstoff zu Y2O3 (Yttrium-Oxid) und stabilisiert bei RT einen Anteil von höchsten 8 % der Hochtemperaturphase des ZrO2, in der es tetragonal vorliegt. Erst unter Zugspannung klappen Anteile dieser stabilisierten Phase martensitisch in die monokline Phase um. Durch diesen Umklappvorgang kommt es zur 3 … 5-%igen Volumenzunahme und somit zur Rissabschirmung (Verschließung des Risses) oder zur Rissverzweigung.

Wie ist das Tiefziehen definiert?

[K’12] Das Tiefziehen ist ein Zug-Druck-Umformverfahren, bei dem das Blech durch den Niederhalter, dessen Kraft nur so groß sein darf, dass es gerade zu kleiner Faltenbildung kommt, nachgezogen wird.

Was sind die Anforderungen an den Werkstoff beim Tiefziehen?

[K’12] Anforderungen:
- ↓↓ Re
- ↑ Ag
- Große Ziehtiefe ohne Faltenbildung und Bodenreißer (↑↑ n).
- Fließen aus Länge und Breite und nicht aus der Dicke des Bleches (↑↑ r), auch wenn die Spannungen im Bodenbereich mit zunehmender Umformung immer größer werden.

Welche Beanspruchung erfolgt beim Tiefzeihen?

[K’12] Beanspruchung:
- Zug-Druck-Beanspruchung
- Beachtung des Grenzziehverhältnisses

Wie ist das Streckziehen definiert?

[K’12] Das Streckziehen ist ein Zug-Umformverfahren, bei dem das Blech durch die Niederhaltekraft am Nachfließen gehindert wird.

Was sind die Anforderungen an den Werkstoff beim Streckziehen?

[K’12] Anforderungen:
- ↓↓ Re
- ↑ Ag
- ↑↑ n
- Fließen aus der Blechdicke (↓↓ r (≈ 1))

Welche Beanspruchung erfolgt beim Streckziehen?

[K’12] Zug-Beanspruchung

Wie ist die Bedeutung des Verfestigungsexponenten im Bezug auf das Tiefziehen?

[K’12] Mit einem hinreichend hohen Verfestigungsexponenten können die mit zunehmender Verformung ansteigenden Spannungen im Bodenbereich aufgenommen werden, ohne dass es zu Bodenreisern kommt.

Welche Auswirkung auf den Blechwerkstoff hat die Anisotropie bei der Tiefzieh- und Streckziehfähigkeit?

[K’12]
↑ r:
Das Material fließt mehr aus der Breite
gute Tiefzieheignung

↓ r
Das Material fließt aus der Dicke
gute Streckzieheignung

Nennen Sie die Folgen einer richtungsabhängigen senkrechten Anisotropie r?

[K’12]
- unerwünschte Zipfelbildung
- unterschiedliche Wandstärken

Was sind Ursachen für die elastische Rückfederung?.

[K’12] Bei identischer Werkzeuggeometrie entstehen bei jedem Werkstoff unterschiedliche Ziehformen.

Kleinste Änderungen in der chemischen Zusammensetzung, dem Gefüge oder der vorangegangenen Verformungs- und Wärmebehandlungsgeschichte führen zur Änderung des Verformungs- und Rückfederungsverhaltens.
[Keine Gewährleistung]

Welche Folgen hat die elastische Rückfederung?

[K’12] Die Umformwerkzeuge müssen nicht nur an die Geometrie der herzustellenden Bauteile, sondern an den umzuformenden Werkstoff angepasst werden, damit das erwünschte Werkstück entsteht.

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