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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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
Was ist Induktionshärten?
Oberflächenhärten. Austenitisierung der Oberfläche durch Induktionserwärmung. Abschreckung, beispielsweise durch nachfolgende Wasserdusche. (mit Öl-Wasser-Emulsion)
- Nitrierung: hohe Härte, Korrosionsbeständigkeit, geringer Verzug des Bauteils, Erhalt der Oberflächengüte. Hier müssen Werkstoffe verwendet werden, die durch eingebundene Legierungsbestandteile Nitride bilden (z.B. Al-Nitrid)
- - Induktion: Wirtschaftlichkeit, variable Härtetiefe für Werkstoffe ab 0,3%C-Gehalt.
- - Einsatzhärtung. Für C-arme Werkstoffe (Stähle), die ohne Randschicht-Einsatz von Kohlenstoff kein martensitisches Gefüge bilden können.
- a) Durch das Eindiffundieren von Kohlenstoff in die Randschicht und durch die größere Unordnung im Gitter kommt es zur Volumenvergrößerung und somit zu Druckvorspannungen.
- b) Die Druckvorspannungen stellen eine Belastungsreserve gegen die Biegezugspannungen dar und sind somit dauerfestigkeitserhöhend.
Erläutern Sie den Vorgang des Anlassens als Nachbehandlung des Härtens.
Nach dem Abschrecken: Härtespannungen => Anlassen bei ca. 180°C => tetragonaler M wandelt sich in kubischen M um
Was bedeuten folgende Bezeichnungen:
- S 235 JRG1:
- C 45 E:
- 24 CrMoV 5-5
- X 5 CrNiMo 18-10:
- S 235 JRG1: unlegierter Baustahl, 235 MPa Streckgrenze, Kerbschlagarbeit 27J bei 20°C, G1 unberuhigt vergossen
- C 45 E: Vergütungsstahl, 0,45% Kohlenstoff, E kleiner Schwefelgehalt
- 24 CrMoV 5-5: Stahl mit 0,24% Kohlenstoff, 1,25% Chrom, 0,5% Molybdän, Spuren von Vanadium
- X 5 CrNiMo 18-10: hochlegierter Stahl, 0,05% Kohlenstoff, 18% Chrom, 10% Nickel, Spuren von Molybdän
Geben Sie die Legierungszusammensetzungen an:
a.) S 6-5-2: Schnellarbeitsstahl
b.) 50 SiMn 7
c.) 13 CrMo 4-4
a.) 6% Wolfram, 5% Molybdän, 2% Vanadium
b.) Stahl, 0,5% Kohlenstoff, 1,75% Silizium, Spuren von Mangan
c.) Stahl, 0,13% Kohlenstoff, 1% Chrom, 0,4% Molybdän
- 34 CrNiMo 6: 0,34% Kohlenstoff, 1,5% Chrom, Spuren von Nickel und Molybdän ungefähr gleiche Anteile Perlit / Ferrit, Vergütungsstahl
- X 8 CrNiMoTi 18-11: 0,08 % Kohlenstoff, 18 % Chrom, 11% Nickel, Spuren von Molybdän und Titan, hoher Anteil an Nickel => beim Abkühlen aus Austenitgebiet: Umklappen kfz zu krz wird verhindert: austenitischer Stahl, rost- und säurebeständiger Stahl
Was bedeuten folgende Bezeichnungen?
- S 275 J2 G3
- 85 CrMn 4-4
- GS-35 CrMoV 10-4
- a) S 275 J2 G3: Baustahl, Streckgrenze 275 MPa, Kerbschlagarbeit 27J bei -20°C, besonders beruhigt
- b) 85 CrMn 4-4: Werkzeugstahl, 0,85% Kohlenstoff, 1% Chrom, 1% Mangan
- c) GS-35 CrMoV 10-4: Stahlguß, 0,35% Kohlenstoff, 2,5% Chrom, 0,4% Molybdän, Spuren von Vanadium
Schwefel: wirkt versprödend, begünstigt Rotbruchneigung, vermindert Schweißbarkeit Automatenstahl: kurze Späne
- Kaltversprödung: tiefe Temperatur => Gleitwiderstand größer als Trennfestigkeit => Trennbruch begünstigt durch Phosphor
- Kaltverfestigung: Kaltumformung => Zunahme Versetzungsdichte => Festigkeitsanstieg
- Alterung: bei Raumtemperatur nach mehreren Wochen, Anstieg der Zugfestigkeit und Härte, Abfall der Bruchdehnung, begünstigt durch Stickstoff
Erläutern Sie folgende Werkstoffbezeichnungen:
a.) DC 04
b.) 10 S 20 N
c.) 27 CrAl 6
a.) Karosserieblech (Stahlband mit Tiefziehgüte)
b.) Automatenstahl, 0,1 % Kohlenstoff, 0,2 % Schwefel, normalgeglüht
c.) Stahl, 0,27% Kohlenstoff, 1,5% Chrom, Spuren von Aluminium
Vermindert interkristalline Korrosionsanfälligkeit.
Nennen Sie jeweils zwei Legierungswirkungen für jedes folgender Legierungselemente von Stahl: Chrom, Nickel, Aluminium und Molybdän! (Sollten Ihnen bei Al oder Mo nur je eine Wirkung einfallen, können Sie dies durch die Angabe weiterer Wirkungen von Chrom oder Ni ausgleichen!)
Cr: Korrosionsbeständigkeit, Herabsetzung der kritischen Abkühlgeschwindigkeit
Ni: ermöglicht austenitischen Stahl in Verbindung mit Cr verbessert die Warmfestigkeit
Al: bewirkt magnetische Härte, verbessert Zunderbesändigkeit bei hochlegierten Stählen
Mo: Sonderkarbidbildner, fördert die Säurebeständigkeit
- S 235 JRG 3: Baustahlkostruktion
- - 16MnCr5: Einsatzhärtbares Zahnrad
- - 34CrNiMo6: Vergütbare Welle
- - 65 Si 7: Blattfeder
- - X10CrAl24: Hochtemperaturwärmetauscherrohr
- - 16MnCr5: 1,25% Mangan, Spuren von Chrom
- - X10CrAl24: =24%Chrom
- - G3: besonders beruhigt vergossen
- - G-X22CrMoV 12 1 hochlegierter korrosionsbeständiger Guß, Hitze- und Säurebeständigkeit.
- - 16 MnCr 5 Einsatzhärtbarer Stahl für Zahnräder
- - S 275 JRG3 Baustahlkonstruktionen, gute Schweißeignung
- - 34 CrNiMo6 vergütbarer Stahl z.B. Welle
- - 38 Si 7 Federstahl
- - 45 S 20 Automatenstahl
- - S 6-5-2-5 Schnellarbeitsstahl z.B. Spiralbohrer
- - GJS-400-15 Gusseisen mit Kugelgraphit z.B. hochbeanspruchte Gussbauteile im Motorenbau
Welcher Werkstoff eignet sich für welches Bauteil?
- 60SiMn7 Schraubenfeder
- C 45 einfache vergütete Welle
- 13 CrMo 4 - 4 Kesselwerkstoff (für 500°C Betriebstemperatur)
- X8CrTi17 Säurebeständige Platte für Molkereieinsatz
- S 12-1-4 Fräserwerkzeug
- 10S20 Automatendrehteil
- S 275 JRG3 Baustahlschweisskonstruktion
- GJL-150 Getriebegehäuse
Ordnen Sie folgende Stahlsorten folgenden Anwendungen zu (nur eine Zuordnung):
a.)S 235 JRG 3; 16 MnCr 5; 34 CrNiMo 6; 65Si 7; X10 CrAl 24.
Blattfeder; Vergütbare Welle; Baustahlkonstruktion; Einsatzhärtbares Zahnrad; Hochtemperaturwärmetauscherrohr.
b.) Wieviel Mangan enthält 16 MnCr 5 und wieviel Chrom der Stahl X10 CrAl 24?
c.) Was bedeutet das G3 in S235 JRG3?
a.)
- S 235 JRG 3: Baustahlkostruktion
- 16MnCr5: Einsatzhärtbares Zahnrad
- 34CrNiMo6: Vergütbare Welle
- 65 Si 7: Blattfeder
- X10CrAl24: Hochtemperaturwärmetauscherrohr
b.)
- 16MnCr5: 1,25% Mangan, Spuren von Chrom
- X10CrAl24: =24%Chrom
c.)
- G3: besonders beruhigt vergossen
siehe Skizze
- C 35 E;
- X 8 CrNiMoTi 18-11;
- X 10 CrAl 13;
- X 120 Mn 12;
- C 110 W1;
- 35 S 20;
- GS–35 Mn 6;
- DC03;
- S 235;
- S 3-3-2-0
- Werkzeugstahl,
- säurebeständiger Stahl,
- unlegierter Vergütungsstahl,
- Automatenvergütungsstahl,
- zunderbeständiger Stahl,
- Hartstahl,
- Tiefziehbandstahl,
- Schnellarbeitsstahl,
- Stahlguss und
- Baustahl.
- C 35 E unlegierter Vergütungsstahl
- X8CrNiMoTi 18 11 Säurebeständiger Stahl
- X10CrAl13 zunderbeständiger Stahl
- X120Mn12 Hartstahl
- C110W1 Werkzeugstahl
- 35S20 Automatenvergütungsstahl
- GS–35Mn6 Stahlguß
- DC03 Tiefziehbandstahl
- S 235 Baustahl
- S 3-3-2-0 Schnellarbeitsstahl
Wählen Sie aus folgenden 7 Werkstoffen jeweils den geeignetsten für folgende 5 Werkstückanwendungen!
Werkstoffe: C 60 ; C 10 ; 13 CrMo 4-4 ; 10 S 20 ;
S 6-5-2 ; S 355 J2G3 ; 50 SiMn 7
Anwendungen: A) – Heißdampfrohr bei 400 °C
B) – Spiralbohrer
C) – Massendrehteil
D) – Schraubenfeder
E) – Baustahlschweißteil
a) Heißdampfrohr bei 500°C -> 13CrMo4-4
b) Spiralbohrer -> S6-5-2
c) Massendrehteil (einsatzhärtbar) -> 10S20
d) Schraubenfeder -> 50SiMn7
e) Baustahlschweissteil -> S 355 J2G3
GJL: gut zerspanbar, gute Dämpfungseigenschaften, gut vergießbar (niederer Schmelzpunkt und geringer Schwund)
- a) Warum ist bei Aluminium keine martensitische Härtung möglich?
- b) Warum ist bei Titan nur geringfügige martensitische Härtung möglich?
- a) Aluminium: kfz-Gitter, keine Polymorphie!
- b) Titan: Polymorphie, allerdings nur geringer Löslichkeitsunterschied zwischen hdp und krz
Knetlegierung: weniger als 3% Legierungselemente. „Aushärtbare“ Legierungselementen, wie Cu, Cu/Mg, Si/Mg, Zn/Mg müssen vorhanden sein. Im ungehärteten Zustand sind Al-Knetlegierungen gut verformbar (kaltumformbar). Erforderliche Warmbehandlung: Diffusionsglühen, Abschrecken und Auslagern.
Aluminium: kfz-Gitter. Das kfz-Gitter weist mehr Gleitebenen als das hdp-Gitter des Magnesiums auf und ist dadurch besser umformbar.
Ordnen Sie den verarbeitungs- bzw. anwendungsbezogenen Stahlbezeichnungen „Einsatzstahl“, „Vergütungsstahl“, „Federstahl“, „Automatenstahl“, „Rostbeständiger Stahl“, „Baustahl“, „Werkzeugstahl“, „Nitrierstahl“ die entsprechenden Stähle aus folgender Liste zu:
S 275JRG2 ; C 15 ; C 35 E ; C 85 WS ; 45 CrMoV 6-7 46 Si 7 ; 22 S 20 ; X 5 Cr Ni 18-9 ; 60 S 20 ; 27 CrAl 6
Einsatzstahl C15
Vergütungsstahl C35E
Federstahl 46Si7
Automatenstahl 22S20 und 60S20
Rostbeständiger Stahl X5CrNi 18 9
Baustahl S275JRG2
Werkzeugstahl C85WS
Nitrierstahl 25CrAl6 und 45CrMoV 6-7
- Pkw-Bleche : EN AW 5457 (AlMg3), EN AW 6016 (AlMg0.4Si1.2),
- Sfz Strangpressprofil: EN AW 6005 (AlMgSi0.7)
- Mountain Bike: EN AW 7075 (AlZnMgCu)
Nennen Sie die vielseitigste Titanlegierung und erläutern Sie deren Legierungsbestandteile.
TiAl6V4: Titanlegierung mit 6% Aluminium und 4% Vanadium
Zu welchen Stahlgruppen gehören die Stähle:
S 355 JRG3 ; C 45 ; 16 MnCr 5 ; 34 Cr 4 ; 35 CrAl 6 ;
X 10 CrNi 18-9 ; S 3-3-2-0 ; 65 SiMn 7 ; DC 04
S 355 JRG3: Baustahl
C45: unlegierter Vergütungsstahl
16 MnCr 5: (legierter) Einsatzstahl
34 Cr 4: Vergütungsstahl
35 CrAl 6: Vergütungsstahl oder Nitrierstahl
X 10 CrNi 18 9: Rostfreier austenitischer Stahl
S3-3-2-0: Schnellarbeitsstahl
65 SiMn 7: Federstahl
DC04: Stahlblech mit sehr guter Tiefziehgüte
Was ist eine Opferanode?
Die Opferanode ist ein unedler Werkstoff als der zu schützende Auflösung der Opferanode geschütztes Werkstück wird zur Kathode, deshalb auch kathodischer Schutz genannt. Opferanode ist unedleres Metall, das beim Hinzukommen eines Elektrolyten die Korrosion auf sich zieht.
Was macht lamellaren Grauguss (GJL) für große Werkstücke so beliebt (Werkstoffaufbereitung bis zur Vergießbarkeit, Vergießeigenschaften, Weiterbearbeitbarkeit)?
Nennen Sie auch mindestens 3 Nachteile gegenüber anderen Gusswerkstoffen!
kostengünstiger Gußwerkstoff, wenig Schwund, gut zerspanbar, niederer Schmelzpunkt, gute Dämpfungsfähigkeit, gute Vergießbarkeit. Nachteile: stoßempfindlich, geringe Bruchdehnung, d.h. sehr spröde, nicht schweißbar.
- a) Was versteht man unter aktivem Korrosionsschutz? Nennen Sie 2 Beispiele!
- b) Welches sind die 3 Hauptverfahren des passiven Korrosionsschutzes?
Aktiver Korrosionsschutz ist ein Eingriff in die Korrosionsreaktion. Es bedeutet immer eine Verschiebung der Korrosion auf eine andere Oberfläche, also keine Vermeidung. - durch Legierung - durch Einbringen einer Opferanode - durch kathodischen Schutz
Gusseisen: was bedeuten die Abkürzungen GJL, GJS, GJM?
GJL: Lamellares Graphit
GJS: Globulares Graphit
GJM: Flockengraphit (Temperkohle)
