Werkstoffkunde Niedermeier
Prüfungsvorbereitung HS Weingarten
Prüfungsvorbereitung HS Weingarten
Kartei Details
| Karten | 88 |
|---|---|
| Lernende | 18 |
| Sprache | Deutsch |
| Kategorie | Technik |
| Stufe | Universität |
| Erstellt / Aktualisiert | 04.07.2013 / 28.05.2023 |
| Weblink |
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Was bedeuten die Begriffe „Element“, „Isotop“ und „Ion“?
Element: Stoff aus Atomen mit gleicher Kernladungszahl (Protonenzahl) Isotop: => unterschiedliche Neutronenzahl Ion: Atom, bei der sich die Elektronenzahl von der Protonenzahl unterscheidet
Metallbindung: Ferrit (α-Eisen) Metastabile Verbindung: Zementit
Was versteht man unter „Diffusion“ im Zusammenhang mit der Gefügeausbildung?
Diffusion: Platzwechselvorgänge der Atome in der Metallgitterstruktur, ausgelöst durch Wärmezufuhr.
Nennen Sie den für Eisen charakteristischen Elementarzellentyp mit seinen Varianten! Ordnen Sie
diesen Varianten, wenn angebracht, die richtige Auswahl der Gefügenamen „Ferrit“ und „Austenit“
Elementarzelle: kubisch, krz und kfz
krz: Ferrit, hochlegierter Chromstahl X3CrTi17
kfz: Austenit, hochlegierter Chrom-Nickel-Stahl X5CrNi19-10 (Nickel: Austenitbildner)
Was unterscheidet kristalline von amorphen Stoffen im Gefügeaufbau? Durch welche Versuche lässt
sich der kristalline Aufbau eines Stoffes nachweisen (skizzenhafte Beschreibung)?
Welcher Gittertyp verspricht beste, welcher schlechteste plastische Umformbarkeit ?
Was ist Polymorphie? Nennen Sie einen polymorphen Werkstoff!
Kristallin: regelmässige Anordnung
Amorph: ungeordnet
Schmelzuntersuchung: kristalline Stoffe weisen einen Haltepunkt auf
DSC-Untersuchung:
kfz: gute Umformbarkeit hdp: schlechte Umformbarkeit
Polymorphie: Wechsel des Gittertyps, z.B. Fe, Ti
- a) Stengelkristalle: grosse Temperaturdifferenz zwischen überhitzter Schmelze und Kokille.
- b) Unbeliebt durch Anisotropie: weisen Vorzugsrichtung auf => festigkeitsmindernd
- c) Vermeidung: niedere Schmelzstemperatur, Kokille vorheizen, Impfen der Schmelze
- d) Normalglühen
a) Wieso sind die Gefügekörner im Innern eines Gußstückes größer?
b) Wodurch kann bei Stahl ihre Größe vereinheitlicht werden?
a) Schnelle Abkühlung der Schmelze an der Kokillenwand => kleine Körner. Langsame Abkühlung im
Kern => Grobkornbildung.
b) Durch Normalisieren (Normalglühen) => gleichmässiges, feinkörniges Gefüge.
Was sind Korngrenzen und wie werden Sie sichtbar gemacht?
- Korngrenzen: Grenzflächen der Kristallite
- Metallografische Prüfung: Probenentnahme, Schleifen, Einbetten in EP-Harz, schleifen, polieren, säubern,ätzen
Transkristallisation macht Werkstoffe anisotrop! - Erläutern und begründen Sie diese Aussage!
a) Stengelkristalle: grosse Temperaturdifferenz zwischen überhitzter Schmelze und Kokille.
b) Unbeliebt durch Anisotropie: weisen Vorzugsrichtung auf => festigkeitsmindernd
c) Vermeidung: niedere Schmelzstemperatur, Kokille vorheizen, Impfen der Schmelze
d) Normalglühen
- Ideales ZD: langsame Abkühlung aus der Schmelze, Diffusionsvorgänge können bis zum Gleichgewicht ablaufen
- Reales ZD: schnelle Abkühlung aus der Schmelze, Faktor Zeit ist relevant => Anwendung bei der Wärmebehandlung
Wodurch ist ein Legierungssystem bestimmt?
Prozentuales Massenverhältnis der Legierungspartner und die temperaturabhängige Gefügeausbildung.
siehe Skizze
Skizzieren Sie ein Zustandsdiagramm für vollkommene Löslichkeit im flüssigen und vollkommene
Unlöslichkeit im festen Zustand (qualitativ) und beschriften Sie die Bereiche.
siehe Skizze
Skizzieren Sie qualitativ das Zustandsdiagramm eines im flüssigen und festen vollkommen löslichen
Legierungssystems. Skizzieren Sie den qualitativen Abkühlverlauf (ohne Temperaturangaben) über der
Zeit für den Reinwerkstoff und eine Legierung. Kennzeichnen Sie im Zustandsdiagramm die Solidus - und
die Liquiduslinie. Beschreiben Sie den Kristallaufbau nach der Erstarrung. Was ist die wichtigste
Voraussetzung für diesen Legierungstyp? Nennen Sie ein Legierungsbeispiel!
siehe Skizze
Was versteht man unter „Haltepunkten“ und „Knickpunkten“ in Abkühlungskurven?
Haltepunkt: kennzeichnet Phasenwechsel
Knickpunkt: Beginn / Ende von Entmischungsvorgängen
Was ist der Unterschied zwischen Lunkern und Seigerungen?
Lunker: Hohlräume => Volumenschwund Schmelze – Festkörper
Seiger (senkrecht): Entmischung beim Erstarren einer Schmelze
Ordnen Sie den Phasendiagrammen zu: Eutektikum, Eutektoid, Peritektikum, Peritektoid?
siehe Skizze
Welche Wirkung hat zuviel Stickstoff im Stahl während des Erstarrungsvorgangs und welche nach einem Kaltumformvorgang?
Bei Erstarrung aus der Schmelze: Gasblasenbildung
Kaltumformung: Versprödung (Reckalterung: Festigkeit steigt, Bruchdehnung nimmt ab)
- a) Welche Möglichkeiten gibt es, um Lunkerbildung zu verringern?
- b) Halten Sie dies bei Grauguß für gerechtfertigt? Warum oder warum nicht?
- a) beheizte Steigrohre, niedrige Schmelzetemperatur, langsamer Gießvorgang
- b) Grauguß: niedriges Schwindmaß => geringe Lunkerneigung
Was ist Desoxidation von Stahl? Wie wird sie durchgeführt?
FeO im Stahl wird reduziert
Zugabe von Mn und Si => Mn- und Si-Oxide => schwimmt in der Schlacke
Was sind Lunker? Nennen Sie die 3 Arten! Weshalb sind diese so gefährlich?
Blocklunker, Fadenlunker, Mikrolunker => potentielle Rissauslöser
Erläutern Sie folgende Gefügenamen in Stichworten:
Austenit, Ferrit, Zementit, Perlit, Ledeburit
Austenit: γ-MK, kfz-Gitter Ferrit: α-Mk, krz Zementit: Eisenkarbid Fe3C
Perlit: Eutektoid, Stahl mit 0,8% C eutektoidischer Stahl
Ledeburit: Eutektikum des metastabilen Systems
- Langsames Abkühlen
- Vakuum anlegen
- Beimengen von Mn, Si, Al
Beschreiben sie die Gefügeausbildung bei der Abkühlung einer Stahlschmelze mit 0,5% C auf Raumtemperatur.
Schmelze => S + Austenitausscheidung => Austenit => γ−α-Umwandlung ab A3 bis A1 => Ferritkörner in
Perlit
siehe Skizze
Erklären Sie den Unterschied: Kristallerholung <-> Rekristallisation.
KE: sanfte thermische Aktivierung => Zahl der Versetzungen nimmt ab => Gefüge entspannt sich =>
Polygonisierung. Keine Neubildung des Gefüges!
RK: Mindestdeformation notwendig & thermische Aktivierung: Rekristallisationsschwelle. Völlig neues,
entspanntes Gefüge bildet sich!
- Austenit: γ-MK, kfz-Gitter
- Ferrit: α-Mk, krz
- Zementit: Eisenkarbid Fe3C
- Perlit: Eutektoid, Stahl mit 0,8% C eutektoidischer Stahl
- Ledeburit: Eutektikum des metastabilen Systems
Beschreiben sie die Gefügeausbildung bei der Abkühlung einer Stahlschmelze mit 0,5% C auf Raumtemperatur
Schmelze => S + Austenitausscheidung => Austenit => γ−α-Umwandlung ab A3 bis A1 => Ferritkörner in Perlit
- a) 100% Perlit = 0,8% C 15% Perlit = 0,12 % C C12
- b) niedrig beanspruchte Maschinenelemente
- c) Schmelze => S + Austenitausscheidung => Austenit => γ−α-Umwandlung ab A3 bis A1 => Ferritkörner in
Erläutern Sie in Stichworten den Begriff Diffusion, durch was wird diese ausgelöst?
D: Platzwechselvorgänge kleinster Teilchen, thermische Mindestaktivierung notwendig.
An einem unsymmetrischen, ausladenden Alu-Schweißteil wurden unmittelbar nach dem Schweißen die Flanschflächen toleranzgerecht planparallel bearbeitet. Bei der 14 Tage später durchgeführten Montage aber wurde eine mehrfache Toleranzüberschreitung festgestellt. Wie erklären Sie sich das und wie hätten Sie das Schweißteil nach dem Schweißen behandelt, um der Einhaltung der geforderten Toleranz sicher zu bleiben?
Schweißen => Abkühlen => Eigenspannungen
Abhilfe: Spannungsarmglühen nach dem Schweißen
Härten
a) Beschreiben Sie die Rolle des Kohlenstoffs beim Härten von Stahl! Wie hoch muß der Mindestkohlenstoffgehalt zum Härten sein?
b) Worin besteht der wesentliche stoffkundliche Unterschied zwischen „Härten von Stahl“ und
„Aushärten von Aluminium?“
c) Ein vollzylindrisches Werkstück mit 60 mm Durchmesser aus C 45 zeigte nach dem Härten im Ölbad folgende Gefügezustände: Härtegefüge in der Randzone, Zwischenstufengefüge im Übergang und schließlich ferritisch-perlitisches Gefüge im Kern. Erklären Sie diese Gefügeausbildung!
a) Aufheizen ins Austenitgebiet, C-diffundiert ins kfz-Gitter, Umwandlungsvorgang von kfz in krz-Gitter entstehen innere Spannungen => Härte- und Festigkeitssteigerung. Mindestkohlenstoffgehalt: 0,3%
b) Beim Härten von Stahl wird der Lösungssprung des Kohlenstoffs vom Austenit zum Ferrit genutzt um ein versetztes Gitter zu erhalten, hingegen beim Aushärten von Aluminium entstehen Zonen, die die Gleitbewegungen verhindern. Härten von Stahl ist eine martensitische Härtung. Aushärten von Aluminium ist eine Ausscheidungshärtung.
c) Randzone: Schnelle Abkühlung, d.h. Martensitbildung, im Übergang Zwischenstufengefüge da die Abkühlgeschwindigkeit nach innen hin abnimmt. Im Kern langsame Abkühlung, d.h. perlitischferritisches Gefüge.
Nennen Sie zwei Größen, welche die Martensitbildung beeinflussen!
C-Gehalt und die Abkühlgeschwindigkeit.
Welchen Sinn hat das Härten eines Werkstücks? Nennen Sie 3 Gründe!
Verbesserung: Härte, Festigkeit, Verschleiß
- Spannungsarmglühen: Abbau innerer Spannungen, nach dem Schweißen, Gießen, Wärmebehandlung, Umformung
- Rekristallisationsglühen: Mindestdeformation notwendig & thermische Aktivierung: Rekristallisationsschwelle. Völlig neues, entspanntes Gefüge bildet sich!
- Weichglühen: Glühbehandlung vor spanloser Umformung, dicht unter A1
- Grobkornglühen: überhöhte Glühtemperatur, langsames Abkühlen bis A1 => grobes Korn bei untereutektoidischen Stählen => gute zerspanbarkeit
- Normalglühen: feines, gleichmässiges Gefüge durch zweimaliges Durchlaufen der α−γ-Umwandlung
Nennen Sie je ein Verfahren zur Oberflächenhärtung von Stahl mit und ohne Einsatz und beschreiben Sie kurz den Verfahrensablauf.
Einsatzhärten: Für Werkstoffe mit geringem C-Gehalt (< 0,3%C). Werkstück wird sehr hoch erwärmt in
C-reicher Atmosphäre, wobei C-Atome in den Stahl diffundieren (Aufkohlung auf 0,6-0,85%C). Danach wird abgeschreckt.
Induktionshärten: Durch Spule werden im Werkstück Wirbelströme hervorgerufen. Somit Erwärmung. Abschreckung durch nachfolgende Wasserdusche. Für Werkstoffe mit mehr als 0,3% Kohlenstoff.
„Vergüten“ – Beschreiben Sie die beiden gebräuchlichen Verfahren mit ungefähren Wärmebehandlungstemperaturen, -zeiten und Endgefügezuständen!
- „Zwischenstufenvergüten“: Aus dem Austenitbereich (über A3-Temperatur) schnelle Abkühlung auf Temp. Knapp über Martensitstufe (typ. 400°C) durch Warmbadabschrecken plus isothermes Halten für Zwischenstufenumwandlung. Dabei wird die perlitische Umwandlung unterlaufen. Langsame Restabkühlung. Zwischenstufe entspricht Bainit (nadeliges Gefüge, ähnlich wie Martensit mit feinst verteilten Carbiden)
- „Härten + hohes Anlassen“: Abschrecken aus Austenitbereich führt zur Martensitbildung. Anschließendes hohes Anlassen (typ. 550°C) -> Diffusion des Kohlenstoffs aus dem Martensitgefüge und Bildung von feinst verteiltem Zementit. Langsame Restabkühlung. Da die Anlassdauer im Bereich von 1 bis 2 Stunden liegt, ist dort Vergütungsgefüge, wo vor dem Vergüten Martensit war.
siehe Skizze
Was versteht man unter den Begriffen Bainit und Martensit?
- Bainit: Zwischenstufengefüge
- Martensit: Härtegefüge
Wie beeinflussen Kaltumformung einerseits und Vergüten andererseits die Werkstoffkennwerte „Streckgrenze“, „Zugfestigkeit“ und „E-Modul“ bei untereutektoidem Stahl?
Kaltumformung: Streckgrenze, Zugfestigkeit steigen
Vergüten: hohe Zugfestigkeit und hohe Zähigkeit
E.Modul: Fangfrage
