Werkstoffkunde
Werkstoffe im Automobilbau Grundlagen Oberflächentechnik Werkstoffe Leichtbau Fügetechnik
Werkstoffe im Automobilbau Grundlagen Oberflächentechnik Werkstoffe Leichtbau Fügetechnik
Zeichnen Sie das Spannungs-Dehnungs-Diagramm beim Presshärten.
Anlieferzustand
bei 980°C
Bauteil
Warum werden Oberflächen gereinigt?
- Entfernung von Oberflächenbelegungen (Umformöle, Schmiermittel, Salzreste)
- Schaffung einer benetzbaren Oberfläche
- Basis für nachfolgende Behandlungen
Beschreiben Sie den Ablauf einer Spritz-/Bürstenreinigung in Bandanlagen.
Becken 1: grobe Vorreinigung, Aufspritzen des Reinigers mit 55°C
Becken 2: Reinigung mit oszillierenden Bürsten, grobe Partikel werden gelockert und teilweise gelöst
Becken 3: gelöste Partikel werden abgespült und Ölreste entfernt
Becken 4: Reinigerrückstände werden abngespült (Kaskadenprinzip)
Überlaufprinzip: schmutziges Wasser läuft immer in vorheriges Becken.
Nennen Sie die Eigenschaften einer Phosphatierung.
sehr guter Korrosionsschutz
gute tribologische Wirkung beim Umformen
direkte Lackierbarkeit
schlechte Entfernbarkeit
Wie viel Prozent weniger Verbrauch bedeuten 15% weniger Gewicht?
7% weniger Verbrauch
Nennen und beschreiben Sie Leichtbaukonzepte bei OEM`s.
Werkstoffleichtbau: hochfeste Stähle, Alu, Magnesium, Kunststoffe
Formleichtbau: Sicken, bombierte Bleche
Konzeptleichtbau: gutes Verhältnis von Funktion und Gewicht
Fertigungsleichtbau: tailored blanks- tubes, patchwork technik, bonded blanks
Beschreiben Sie die Auslegungskriterien für Bauteile hinsichtlich ihrer Stoffkennwerte.
steifigkeitsbestimmende Bauteile: E-Modul
festigkeitsbestimmende Bauteile: Rm und Dauerfestigkeit
schadenskritische Bauteile: Rissempfindlichekeit, Risswachstum
energieaufnehmende Bauteile: aufgenommene plastische und elastischen Formänderungsenergie
Wie groß ist der E-Modul von:
Stahl
Alu
Magnesium
Titan?
Stahl: 210.000 N/mm²
Alu: 70.000 N/mm²
Magnesium: 45.000 N/mm²
Titan: 105.000 N/mm²
Kennzeichnen Sie die profitalben Stückzahlbereiche über die Kosten der pro Fahrzeug.
siehe Bild.
Nennen Sie die Vorteile von Tailored Blanks.
weniger Gewicht
bessere Struktureigenschaften
weniger Einzelteile
kürzere Fertigungszeit
weniger Kosten
Beschreiben Sie den Vorgang beim Punktschweißen. (Strom- und Kraftverlauf)
zufahren
kraft aufbauen
halten
strom einschalten
strom abschalten und kraft halten
kraft lösen
Beschreiben Sie die Widerstände beim Widerstandspunktschweißen.
1 und 2: Widerstand der Elektroden oben und unten
3 und 4: Widerstand Kontaktstelle Blech und Elektrode
5 und 6: Widerstand des Blechs
7: Widerstand Kontaktfläche zwischen den Blechen
Beschreiben Sie die zwei Kühlverfahren von Elektrodenkappen.
- direkte Kühlung mit Durchgangsbohrung und größerer Kühlwirkung. Aber schneller Wasserstopp nötig.
- indirekte Kühlung mit Sackloch.
Erklären Sie den Schweißbereich und die Standmenge beim Widerstandspunktschweißen.
Schweißbereich: Stromeinstellbereich, in dem Schweißpunkte ausreichender Tragfähigkeit erzeugt werden. Untergrenze (Mindeststromstärke): Mindestdurchmesser des Schweißpunktes 4xwurzel t; Obergrenze (maximale Stromstärke): Schweißspritzer aufgrund Überhitzung an der Oberfläche
Standmenge: Anzahl der Schweißpunkte, die mit einem Elektrodenpaar geschweißt werden können. Der Verschleiß der Elektroden wird verursacht durch Belegungsmechanismen an der Oberfläche (Zink, Phosphatierungen, organische Beschichtungen,...)
Nennen Sie die wichtigsten Lichtbogenarten.
Kurzlichtbogen
Impulslichtbogen
Langlichtbogen
Sprühlichtbogen
Rotationslichtbogen
Beschreiben Sie den Vorgang des Clinchens.
Niederhalter fahren auf die Bleche
Stempel fährt auf das Blech in die Matrize
Matrize fährt nach oben
Bleche werden plastisch verformt und mittels Hinterschnitt verbunden
Nennen Sie die Kriterien für den Einsatzbereich des Clinchens.
Blechdicken 0,5 bis 3 mm
Überlappung mind. 10 mm
dynamische Last besser geeignet als Punktschweißen
drei- oder mehrblechverbindungen eingeschränkt möglich
Nennen Sie die Kriterien für den Einsatzbereich des Clinchens.
Blechdicken 0,5 bis 3 mm
Überlappung mind. 10 mm
dynamische Last besser geeignet als Punktschweißen
drei- oder mehrblechverbindungen eingeschränkt möglich
Beschreiben Sie den Vorgang einer FDS- Verschraubung.
- hohe Andrückkraft und Drehzahl- Erwärmung des Blechs
- durchdringen des Materials mit konischer Schraubenspitze
- ausformen eines zylindrischen Durchzugs
- spanlosen Furchen eines metrischen Gewindes
- durchschrauben
- anziehen mit Drehmoment
Wie verhält sich die Fügekraft zum Stempelweg beim Stanznieten?
Schneiden
Spreizen
Stauchen
Was sind die Anforderungen an einen PKW aus Kundensicht?
Verbrauch, CO2, Fahrverhalten, Sicherheit, Design, Lack, Ausstattung, Langlebigkeit (Korrosion, Verschleiß), Kosten (Kauf, Wartung, Betrieb)
Was sind die Anforderungen an einen PKW aus der Sicht der Hersteller?
Gewichtsreduktion, CO2-Einsparung, Steifigkeit und Energieaufnahme beim Crash, Konzept und Design, Fertigungssicherheit (Umformen, Fügen), Kosten (Beschaffung, Fertigung, Recycling)
Nennen Sie die bauteilspezifischen Bauteilanforderungen und je ein Beispiel.
Beulfestigkeit, Beulsteifigkeit, Lackglanz- Außenteile
Festigkeit, Umformbarkeit- Fahrgastzelle, B-Säule
Energieaufnahmevermögen- Längsträger, Crash
Was sind die typischen Fügeverfahren im Karosseriebau?
Widerstandspunktschweißen
Laserschweißen
Kleben
Stanznieten
MAG
Clinchen
Beschreiben Sie die Kosten für folgende Karosseriebauarten:
- Stahl
- Alu
- Carbon
- Stahl: 2.500€
- Alu: 7.500€
- Carbon: 15.000€
Was geschieht beim Kaltwalzvorgang?
- Erhöhung der Versetzungsdichte
- Linienförmige Störungen
- Korngrenzen
- Ausscheidungen
- Gefügedeformationen
- Versprödung
- geringe Umformbarkeit
Nennen Sie Maßnahmen gegen die Folgen der Kaltverfestigung und die Folgen.
- Folgen: Verringerung der Bruchdehnung
- Maßnahmen: Rekristallisation und Entfestigung durch Glühen
- Bildung neuer, versetzungsärmerer Kristallkörner
- Steuergrößen: Temperatur und Dauer
Welche drei Stahlbezeichnungen gibt es? Nennen Sie je ein Beispiel und beschreiben Sie jede kurz.
- Kurznamen
H X 340 LA D - höherfester Stahl zum kaltumformen inkl. Eloverzinkung
H- Verwendungszweck
X- Walzzustand (wahlweise kalt- oder warmgewalzt)
340- mind. Streckgrenze (mechanische Eigenschaft)
LA- Gefügeverhalten (Mikrolegiert)
D- Oberflächenzustand (Schmelztauchüberzug)
- chemische Zusamensetzung
C35- 0,35% Kohlenstoff
28Mn6- 0,28% Kohlenstoff, 1,5% Mangan
22MnB5- 0,22% C, 4% Mn, 0,005% B
Cr, Mn, Ni, Si - 4
Al, Cu, Mo, Nb, Ti, V - 10
C, N, P, S - 100
B - 1000
- Werkstoffnummernsystem
Registrierung der Werkstoffe, EDV-Tauglich
1.0933
1 - Werkstoffhauptgruppennummer (Stahl)
09 - Stahlgruppennummer
33 - Zählnummer
Wie groß ist ein krz und ein kfz Gitter?
krz - 0,286 nm
kfz - 0,364 nm
kfz > krz (27,27%)
Nennen Sie die festigkeitssteigernden Gitterfehler.
- 0-dim; Punkt; Leerstelle, Fremdatom
- 1-dim; Linie; Versetzung
- 2-dim; Fläche; Korngrenzen, Stapelfehler
- 3-dim; Volumen; Einschluss, Ausscheidung, intermetallische Phasen
Nennen Sie Legierungsarten und Beispiele dafür.
homogene Legierungsbildung: Einlagerungs- und Substitutionsmischkristall
heterogene Legierungsbildung: Ausscheidung, Verbindungsbildung, Entmischung
Wie groß darf der Unterschied der Atome maximal sein, um Atome in das Eisengitter einbauen zu können?
max. delta r - 15%
In Abhängigkeit von der Temperatur tritt für Fe-C Legierungen zwischen 150°C und 350°C ein besonderer Effekt auf. (Zugversuch)
- wie heißt dieser Effekt?
- welche Partner sind daran beteiligt?
- warum tritt dieser Effekt nur bei dieser Temperatur auf?
- welche weitere Regelgröße spielt hier eine Rolle?
- Portevin-Le-Châtelier- Effekt
- gelöste C-Atome und Versetzungen
- die C-Atome bewegen sich genauso schnell wie die Versetzungen. Sie haken ineinander und lösen sich wieder.
- die Umformgeschwindigkeit
Zeichnen Sie das Temperatur- Diagramm für ein Einstoffsystem am Beispiel von Eisen.
> 1.536°C Schmelze
1.536°C Erstarrungstemp. delta ferrit, krz
1.392°C gamma ferrit, kfz
906°C beta ferrit, paramagn. krz
769°C alpha-ferrit. Curietemp. ferromagn. krz
Was ist die "Belt-Strip-Anlage"?
Gießpfanne
Zuführsystem
Gießband mit Primärkühlung (Caster)
Sekundärkühlung
In-line-Walzen
Tertiärkühlung
Coiler
Nennen Sie die Dichten von:
- Stahl
- Alu
- Magnesium
- Kunststoff
- Stahl 7,85 g/cm³
- Alu 2,70 g/cm³
- Magnesium 1,74 g/cm³
- Kunststoff 1,35 g/cm³
Kennzeichnen Sie:
- Sekundärdentritenabstand
- Wärmeabfuhr
- Wachstumsrichtung
- Orden Sie dies einem Gießverfahren zu.
Lösung siehe Bild
Nennen Sie typische Mikrolegierungselemente von Eisen.
- Ti
- V
- Nb
- Cr
- Mo
- W
Wie groß darf der Atomdurchmesser eines interstitiell gelösten Atoms bei einem
- krz
- kfz
Kristall sein?
- krz - TL 0,036 nm
- kfz - OL 0,053 nm
mit rL/r
Zeichnen Sie das Prinzip der Verfestigung durch Versetzungen. (Härten)
Behinderung von Versetzungsbewegungen und Entstehung von Versetzungen.
-
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Flashcards
Was sind die Anforderungen an einen PKW aus Kundensicht?
Verbrauch, CO2, Fahrverhalten, Sicherheit, Design, Lack, Ausstattung, Langlebigkeit (Korrosion, Verschleiß), Kosten (Kauf, Wartung, Betrieb)
Was sind die Anforderungen an einen PKW aus der Sicht der Hersteller?
Gewichtsreduktion, CO2-Einsparung, Steifigkeit und Energieaufnahme beim Crash, Konzept und Design, Fertigungssicherheit (Umformen, Fügen), Kosten (Beschaffung, Fertigung, Recycling)
Nennen Sie die bauteilspezifischen Bauteilanforderungen und je ein Beispiel.
Beulfestigkeit, Beulsteifigkeit, Lackglanz- Außenteile
Festigkeit, Umformbarkeit- Fahrgastzelle, B-Säule
Energieaufnahmevermögen- Längsträger, Crash
Was sind die typischen Fügeverfahren im Karosseriebau?
Widerstandspunktschweißen
Laserschweißen
Kleben
Stanznieten
MAG
Clinchen
Beschreiben Sie die Kosten für folgende Karosseriebauarten:
- Stahl
- Alu
- Carbon
- Stahl: 2.500€
- Alu: 7.500€
- Carbon: 15.000€
Was geschieht beim Kaltwalzvorgang?
- Erhöhung der Versetzungsdichte
- Linienförmige Störungen
- Korngrenzen
- Ausscheidungen
- Gefügedeformationen
- Versprödung
- geringe Umformbarkeit
Nennen Sie Maßnahmen gegen die Folgen der Kaltverfestigung und die Folgen.
- Folgen: Verringerung der Bruchdehnung
- Maßnahmen: Rekristallisation und Entfestigung durch Glühen
- Bildung neuer, versetzungsärmerer Kristallkörner
- Steuergrößen: Temperatur und Dauer
Welche drei Stahlbezeichnungen gibt es? Nennen Sie je ein Beispiel und beschreiben Sie jede kurz.
- Kurznamen
H X 340 LA D - höherfester Stahl zum kaltumformen inkl. Eloverzinkung
H- Verwendungszweck
X- Walzzustand (wahlweise kalt- oder warmgewalzt)
340- mind. Streckgrenze (mechanische Eigenschaft)
LA- Gefügeverhalten (Mikrolegiert)
D- Oberflächenzustand (Schmelztauchüberzug)
- chemische Zusamensetzung
C35- 0,35% Kohlenstoff
28Mn6- 0,28% Kohlenstoff, 1,5% Mangan
22MnB5- 0,22% C, 4% Mn, 0,005% B
Cr, Mn, Ni, Si - 4
Al, Cu, Mo, Nb, Ti, V - 10
C, N, P, S - 100
B - 1000
- Werkstoffnummernsystem
Registrierung der Werkstoffe, EDV-Tauglich
1.0933
1 - Werkstoffhauptgruppennummer (Stahl)
09 - Stahlgruppennummer
33 - Zählnummer
Wie groß ist ein krz und ein kfz Gitter?
krz - 0,286 nm
kfz - 0,364 nm
kfz > krz (27,27%)
Nennen Sie die festigkeitssteigernden Gitterfehler.
- 0-dim; Punkt; Leerstelle, Fremdatom
- 1-dim; Linie; Versetzung
- 2-dim; Fläche; Korngrenzen, Stapelfehler
- 3-dim; Volumen; Einschluss, Ausscheidung, intermetallische Phasen
Nennen Sie Legierungsarten und Beispiele dafür.
homogene Legierungsbildung: Einlagerungs- und Substitutionsmischkristall
heterogene Legierungsbildung: Ausscheidung, Verbindungsbildung, Entmischung
Wie groß darf der Unterschied der Atome maximal sein, um Atome in das Eisengitter einbauen zu können?
max. delta r - 15%
In Abhängigkeit von der Temperatur tritt für Fe-C Legierungen zwischen 150°C und 350°C ein besonderer Effekt auf. (Zugversuch)
- wie heißt dieser Effekt?
- welche Partner sind daran beteiligt?
- warum tritt dieser Effekt nur bei dieser Temperatur auf?
- welche weitere Regelgröße spielt hier eine Rolle?
- Portevin-Le-Châtelier- Effekt
- gelöste C-Atome und Versetzungen
- die C-Atome bewegen sich genauso schnell wie die Versetzungen. Sie haken ineinander und lösen sich wieder.
- die Umformgeschwindigkeit
Zeichnen Sie das Temperatur- Diagramm für ein Einstoffsystem am Beispiel von Eisen.
> 1.536°C Schmelze
1.536°C Erstarrungstemp. delta ferrit, krz
1.392°C gamma ferrit, kfz
906°C beta ferrit, paramagn. krz
769°C alpha-ferrit. Curietemp. ferromagn. krz
Was ist die "Belt-Strip-Anlage"?
Gießpfanne
Zuführsystem
Gießband mit Primärkühlung (Caster)
Sekundärkühlung
In-line-Walzen
Tertiärkühlung
Coiler
Nennen Sie die Dichten von:
- Stahl
- Alu
- Magnesium
- Kunststoff
- Stahl 7,85 g/cm³
- Alu 2,70 g/cm³
- Magnesium 1,74 g/cm³
- Kunststoff 1,35 g/cm³
Kennzeichnen Sie:
- Sekundärdentritenabstand
- Wärmeabfuhr
- Wachstumsrichtung
- Orden Sie dies einem Gießverfahren zu.
Lösung siehe Bild
Nennen Sie typische Mikrolegierungselemente von Eisen.
- Ti
- V
- Nb
- Cr
- Mo
- W
Wie groß darf der Atomdurchmesser eines interstitiell gelösten Atoms bei einem
- krz
- kfz
Kristall sein?
- krz - TL 0,036 nm
- kfz - OL 0,053 nm
mit rL/r
Zeichnen Sie das Prinzip der Verfestigung durch Versetzungen. (Härten)
Behinderung von Versetzungsbewegungen und Entstehung von Versetzungen.
Mit welcher Formel kann der Schweißstrombereich bestimmt werden?
4√t
Beschreiben Sie das Wirkprinzip der Phosphatierung.
- Phosphorsäure
- Oberfläche wird gebeizt, dabei wird Säure verbraucht, der pH-Wert steigt
- gleichmäßige Zinkphosphatschicht fällt an der Oberfläche ab
- Kristalle bilden sich an der Oberfläche ab
Welchen Zweck und welches Wirkprinzip hat die Aktivierung bei der Phosphatierung?
Titanphosphate legen sich auf der Oberfläche ab.
Diese bilden Startpunkte für ein gleichmäßiges Kristallwachstum.
Welche Glühverfahren sind für die Rekristallisation geeignet? Beschreiben Sie diese kurz.
Rekristallisation muss ohne Gefügeumwandlung stattfinden.
- Haubenglühen
- max. 720°C
- langsamer Anstieg
- langsame Abkühlrate
- Durchlaufglühen
- zwischen 700- 850°C
- schneller Tempanstieg
- kurze Haltedauer
- allg. kürzer
Was geschieht bei der Rekristallisation?
Die in den Versetzungen gespeicherte Energie wird zur treibenden Kraft für die Bildung neuer, versetzungsarmer Kristallkörner. Ihre Größe nimmt in Abhängigkeit von Glühtemperatur und Glühdauer zu. Die Rekristallisation ist die Funktion von:
- Versetzungsdichte (kaltwalzgrad)
- Temperatur
- Dauer der Wärmebehandlung
Welche Forderungen werden an die Oberflächenstruktur hinsichtlich Umformbarkeit und Lackaussehen gestellt?
- hohe Mittenrauhwerte in Verbindung mit hohen Spitzenzahlen - Umformbarkeit
- extrem hohe Spitzenzahlen - Lackglanz
Welche Zink-Beschichtungsprozesse gibt es. Erklären Sie diese kurz.
- kontinuierliche Schmelztauchbeschichtung
- Regulierung der Zinkschicht mittels Luft-Stickstoffdüsen
- warmes Band wird durch Zinkbad geführt
- nur beidseitige Beschichtung
- kontinuierliche elektrolytische Beschichtung
- einseitiges zu- bzw. abschalten der Elektroden
- ein- oder beidseitige Zinkabscheidung
- vorheriges Haubenglühen notwendig
Wie dick ist die
- Feuerverzinkung
- Elo-Verzinkung
Zeichnen Sie die typischen Stoffdiagramme beider Beschichtungsarten.
- Feuerverzinkung 7 - 20 μm
- Elo-Verzinkung 2,5 - 7,5 μm
Nennen Sie die 3 Grundprinzipien der Korrosionsbeschichtung.
- konstruktiver Korrosionsschutz
- Belüftung von Hohlräumen
- optimimierte Fügetechnik der Blechteile
- Vermeiden enger Spalte und Hohlräume
- Karosserielackierung
- Phosphatierung
- KTL
- Decklack
- sekundärer Korrosionsschutz
- Oberflächenveredeltes Stahlblech
- metallische Überzüge
- werkseitige Nachbehandlung
- organische Bandbeschichtung
Beschreiben Sie den Lackaufbau inkl. Schichtdicken und Funktionen bei einem PKW.
- Stahl 0,7 - 0,8 mm
- Zink 5-10 μm; kathodischer Schutz
- Phosphatierung 1 - 2 μm Korrosionsschutz
- KTL 18 - 20 μm Korrosionsschutz
- Füller 30- 40 μm Glättung der Oberfläche
- Basislack 10 -20 μm Farbgebung
- Klarlack 40 - 50 μm UV Schutz und Glanz
Welche Werkstoffkriterien sind wichtig für:
- die Umformbarkeit
- die Beanspruchung
?
- Umformbarkeit: Bruchdehnung A
- Beanspruchung: Beulsteifigkeit, Zug-, Druck- und Scherfestigkeit, Biegefestigkeit
Beschreiben Sie die Wirkweise von Bake-Hardening Stählen.
gute Umformbarkeit
größere Streckgrenze am Bauteil
- Ausgangszustand: gelöste C-Atome, einige Versetzungen
- nach dem Tiefziehen: Erhöhung der Versetzungsdichte
- nach Einbrennlackieren: Diffusion gelöster C-Atome in dilatierte Bereiche von Versetzungen und Blockade dieser + Ausscheidungsvorgänge
Wie entstehen Fließfiguren?
- interstitiell gelöste C- und N- Atome verankern Versetzungen- Blockade der plastischen Verformung
- Spannungsüberhöhung- vereinzelte Versetzungen reißen sich los
- Prozess findet nicht gleichzeitig statt (örtlich diskret)
- ausreichende Versetzungsdichte im gesamten Volumen- gleichmäßiges Fließen des Werkstoffes
- wechselnde Bereiche mit unterschiedlichen Umformgraden
- Fließfiguren sind die Folge
Wie können Fließfiguren vermieden werden?
- Ausscheidung von Carbiden und Nitriden (Bindung von C-und N-Atomen an Mikrolegierungselementen (Titan, Niob)
- plastische Umformung vor Tiefziehen. Erhöhung der Versetzungsdichte durch Dressieren.
- MP-Stahl mit hoher Versetzungsdichte. Gitterverspannung aufgrund Martensit
Zeichnen Sie die Spannungs-Dehnungs-Diagramme die Entstehung von Fließfiguren und wie diese vermieden werden können.
siehe Bild
Welche zwei Blecheigenschaften sind beim Dressieren einzustellen?
Reibungseigenschaften (tribologisch)Umformbarkeit: hoher Mittenrauhwert, hohe Spitzenzahlen, hohe Schmiertaschenanzahl
Lackglanz: extrem hohe Spitzenzahl
Nennen Sie die Anforderungen an Mehrphasenstähle am Beispiel eines Längsträgers.
- Festigkeit
- Energieabsorptionsvermögen
- Schweißbarkeit
- Umformbarkeit
- Korrosionsbeständigkeit
sie sind nicht hochwertig lackierbar
Wie groß ist das Streckgrenzenverhältnis Rp/Rm in % bei:
- weichen Umformstahl
- einer Aluminiumlegierung
- und einer Magnesiumlegierung
?
- weicher Umformstahl: 35 ... 70 %
- Al- Leg.: 45 ... 55 %
- Mg-Leg.: 55 ... 70 %
Wie sind höherfeste Stähle zum kaltumformen gekennzeichnet?
gemäß ihrer Dehngrenze Rp0,2
Wie sind Mehrphasenstähle zum kaltumformen gekennzeichnet?
gemäß ihrer Festigkeitsuntergrenze Rm
