Kapitel 11

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Author:
sparxer
ID:
159733
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Kapitel 11
Updated:
2012-07-14 14:43:15
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Werkstoffe
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  1. Was versteht man unter Restaustenit? Welche negativen Einflüsse hat er auf die Eigenschaften des gehärteten Bauteiles und wie kann er beseitigt werden?
    • Restaustenit: Beim Härten C-reicher Stähle ist die Martensitumwandlung nur selten vollständig, da die Mf      Temperatur („martensite finish“) häufig unterhalb RT (Raumtemperatur) liegt. Es wandelt sich nicht der gesamte Austenit um, sondern es bleibt ein Rest im Martensitgefüge    zurück.
    • Negative Einflüsse des Restaustenits: Restaustenit kann als zäher und weicher Gefügebestandteil die Härte des Bauteils mindern.
    • Beseitigung von Restaustenit: Tiefkühlen: Kühlen unter Mf  wandelt den gesamten Austenit um. Anlassen: Durch Ausscheidung sinkt der Gehalt an gelösten Legierungselementen, wodurch Mf zu höheren Temperaturen verschoben wird. Verformung: Mechanisch aufgebrachte Spannungen bringen die γ -Struktur zum  spannungsinduzierten Umklappen in die martensitische Struktur.
  2. Skizzieren Sie Härte und Restaustenitgehalt des Schnellarbeitstahles HS6-5-2 in Abhängigkeit von der Härtetemperatur.
  3. Welche Wärmebehandlung wird zum Aushärten von Al-Legierungen durchgeführt? Welche Voraussetzung muss von Seiten des Zustandsschaubildes erfüllt sein?
    • Ausscheidungshärtung von Aluminiumlegierungen:
    • 1) Lösungsglühen: Die später zur Aushärtung genutzten Fremdatome werden im Mischkristall gelöst.
    • 2) Abschrecken
    • 3) Auslagern: Fremdatome werden entsprechend der Gleichgewichtslöslichkeitaus aus dem Mischkristall gedrängt und ausgeschieden. Ausscheidungen bilden sich häufig an Gitterfehlstellen, da diese Keimbildungsenergie zur Verfügung stellen.Ausscheidungen wachsen durch Ostwaldreifung bis sie dieVersetzungsbewegung behindern.
    • -> Anstieg Härte, Zugfestigkeit, Streckgrenze
    • Voraussetzung an das Zustandsschaubild: Ein zur Aushärtung geeignetes Zweistoffsystem wird benötigt.
  4. Eine Möglichkeit zur Festigkeitssteigerung bei Al-Legierungen ist dieAusscheidungshärtung. Skizzieren Sie den Verlauf der Zugfestigkeit über der Zeitfür das Kalt- und Warmauslagern!
  5. a) Welche Härtemechanismen werden bei AL-Legierungen zurFestigkeitssteigerung angewendet?
    b) Wie wirken sie sich auf die elektrische Leitfähigkeit aus?
    • a) Härtemechanismen:
    • - Mischkristallhärtung durch Fremdatome
    • - Ausscheidungshärtung
    • - Kaltverfestigung
    • b) Während sich die Fehlordnungen (Fremdatome, Versetzungen, Ausscheidungen) positiv auf die Festigkeit auswirken, wird die elektrische Leitfähigkeit deutlichgesenkt.
  6. Wie verändert sich die Zähigkeit von Al-Legierungen durch
    a) Kaltverformung und
    b) Ausscheidungshärtung?
  7. Welche zwei Mechanismen führen zu einer Erhöhung der Zeitstandfestigkeit?Nennen Sie jeweils zwei Legierungselemente, die dabei eine Rolle spielen.
    • - Mischkristallhärtung durch W, Mo, V, Ti, Nb
    • - Ausscheidung der γ ' -Phase Ni3 (Al, Ti) durch Ni, Al, Ti
  8. Bei welchen Temperaturen werden Werkzeuge gehärtet (Härtetemperatur)?Welcher Gefügezustand liegt dann (bei Härtetemperatur) vor: Martensit, Bainit,Perlit, Austenit, Monolit, Ferrit, Zementit?
    Die Härtetemperatur beim Härten von Werkzeugen liegt nahe der Solidustemperatur bei 1150 - 2000°C.

    Bei Härtetemperatur liegt Martensit vor.
  9. Erklären Sie die Begriffe Einhärtung und Aufhärtung. Wodurch lassen sich
    a) dieEinhärtung und
    b) die Aufhärtung verbessern?
    • Einhärtung: Härtung bis zu einem gewissen Abstand vom Rand des Werkstoffs
    • Aufhärtung: unter optimalen Bedingungen maximal erreichbare Oberflächenhärte

    • a) Einhärtung lässt sich durch schnellere Abkühlung verbessern.
    • b) Aufhärtung ist von der im Austenit gelösten Kohlenstoffmenge abhängig.
  10. Die Härtbarkeit von Stählen setzt sich aus Auf- und Einhärtbarkeit zusammen.
    a) Welches Legierungselement bestimmt die Aufhärtbarkeit?
    b) Wovon ist die Einhärtbarkeit abhängig?
    c) Wozu führen hohe Gehalte dieses Elements in Verbindung mit Cr, V oder Ti?
    • a) Kohlenstoff
    • b) Abkühlgeschwindigkeit bzw. von der Dicke des Werkstoffs (siehe Frage 10)
    • c)
  11. Skizzieren Sie die Abhängigkeit der Härte des gehärteten Werkzeugstahles C60 unddes sekundärhärtenden Stahles X40CrMoV5-1 von der Anlasstemperatur(Anlassschaubild). Worauf beruhen die Kurvenverläufe? Bei welchen Temperaturenwerden Werkzeuge angelassen?
    • Erklärung für Kurvenverläufe:
    • - Bei Erwärmung entspannt sich zunächst Martensit durch Diffusion von C.
    • - Mit steigender Temperatur und Dauer scheiden sich Karbide aus, zunächst vom Typ Fe2C , später dann Fe3C , die im weiteren Verlauf wachsen.
    • - Bei Temperaturen oberhalb von 400°C kommt es bei höher legierten Stählen zurAusscheidung von Sonderkarbiden (Cr, W, Mo, V), was einen erneuten Härteanstieg(Sekundärhärtemaximum) zur Folge hat.
    • Anlasstemperatur von Werkzeugen: Harte Bauteile wie Werkzeuge werden bei niedrigen Temperaturen angelassen, um eine hohe Härte beizubehalten (C60 als Werkzeug bei 200°C).
  12. Nennen Sie einen Warmarbeitsstahl mit Sekundärhärtemaximum. Welche Elementefördern die Aushärtung?
    Warmarbeitsstahl mit Sekundärhärtemaximum: X40CrMoV 5-1

    Aushärtungsfördernde Elemente: Cr, W, Mo, V
  13. Skizzieren Sie die Abhängigkeit der Härte des gehärteten Werkzeugstahles C70 undeines sekundärhärtenden Stahles von der Anlasstemperatur. In welchemTemperaturbereich werden Wellen angelassen?
    Anlassschaubild für C70 nicht im Skript – wahrscheinlich aber so ähnlich wie C60 (sieheFrage 34)

    Anlasstemperatur von Wellen: Bauteile wie Wellen werden hoch angelassen, um eine gute Zähigkeit zu erhalten (C60 alsWelle bei 650°C)
  14. Bei welchen Temperaturen werden Werkzeuge angelassen?
    Harte Bauteile wie Werkzeuge werden bei niedrigen Temperaturen angelassen um einehohe Härte beizubehalten (C60 als Werkzeug bei 200°C)
  15. a) Welches Element ist für die Korrosionsbeständigkeit eines nichtrostendenStahls verantwortlich?
    b) Was bewirkt es?
    c) Wie hoch ist der Mindestgehalt?
    • a) Chrom
    • b) Bildet in Verbindung mit Sauerstoff eine ca. 1nm dicke Schicht aus Cr2O3 , die mitzunehmendem Cr-Gehalt eine dichte amorphe Struktur annimmt und das Metall vorweiterer Reaktion mit Sauerstoff schützt.
    • c) Damit Cr seine passivierenden Eigenschaften entfalten kann, müssen mindestens 12% in der Matrix gelöst sein und dürfen nicht in Karbiden oder Nitriden abgebunden sein.
  16. Worauf beruht die Korrosionsbeständigkeit eines nicht rostenden Austenits? Nennen Sie die chemische Zusammensetzung eines nicht rostenden Austenits.Warum enthalten solche Stähle Ni?
    • Korrosionsbeständigkeit beruht auf hohem Chromgehalt.
    • Chemische Zusammensetzung: mindestens 17-18% Cr und 10% Ni (X5CrNi18-10). Ni-Äquivalent wird benötigt, um den Austenit zu stabilisieren.
  17. Aus welchem Grund besitzt Aluminium eine gute Korrosionsbeständigkeit? NennenSie mindestens drei wichtige Eigenschaften des Aluminiums.Welche Maßnahmen sind aus diesem Grund beim Schweißen von Al zu beachten? Welche Schweißverfahren sind aus diesem Grund zu verwenden?
    • Exzellente Korrosionswiderstände aufgrund einer festhaftenden Aluminiumoxidschicht Al2O3
    • Eigenschaften von Aluminium:
    • - Geringe Dichte von 2,7 g/cm³ für reines Aluminium
    • - Hohe Beständigkeit gegen Korrosion, auch unter Einfluss von Seewasser
    • - Gute Umformbarkeit
    • - Gute Spanbarkeit
    • - Hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit- Zugfestigkeiten lassen sich im Bereich von 60-530 MPa variieren
    • - Hohe Affinität zu Sauerstoff
    • Schweißbarkeit von Aluminium:
    • - Al2O3 - Deckschicht nachteilig beim Schweißen
    • - Aufgrund der hohen Affinität zu Sauerstoff muss unter Schutzgas geschweißtwerden (MIG, WIG)
  18. Worauf beruht die Oxidationsbeständigkeit von hochwarmfesten Ni-Legierungen?
    • Auf hohem Chromgehalt (10-20%)
    • -> Bildung dichter, fest haftender Cr2O3 - Schichten
    • -> Oxidationswiderstand bis 1000°C
  19. In welche zwei Gruppen werden die NE-Metalle eingeteilt? Nennen Sie das Einteilungskriterium und die zugehörige Grenze für die Einteilung.
    • Leichtmetalle: Dichte < 5 g/cm³
    • Schwermetalle: Dichte > 5 g/cm³
  20. Welche Metalle gehören zur Gruppe der Leichtmetalle?
    a) Nennen Sie drei Beispiele
    b) Was ist das besondere Merkmal der Leichtmetalle?
    • a) Al, Ti, Ni, Be, Li
    • b) Dichte < 5 g/cm³
  21. Welche Metalle gehören zur Gruppe der Schwermetalle?
    a) Nennen Sie drei Beispiele.
    b) Was ist das besondere Merkmal der Schwermetalle?
    • a) Fe, Cu, Ni, Zn, Sn, Pb, W, Ag, Au, Pt
    • b) Dichte > 5 g/cm³
  22. Nennen Sie die Ihnen bekannten Glühverfahren (mit Temperatur, Glühdauer, Zielund Anwendung).
  23. Eisengusslegierungen können sowohl grau als auch weiß erstarren. CharakterisierenSie die Kohlenstoffausscheidung bei grauer und bei weißer Erstarrung.

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