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Stahlkunde (Subject) / Grundlagen (Lesson)

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• Beschreiben Sie den Hochofenprozess! -Hochofen=Ca. 30m hoher Bau mit ca. 12m Duirchmesser -In diesen werden abwechselnd Möller (Erz+Kalk) und Koks geschüttet -1300°C heißer Luftstrom wird unten in den HO hineingeblasen -Kohenstoff verbrennt, Temp steigt auf 2000, es entsteht CO2 (C + O2 -> CO2) - (2) CO2 wird beim Aufsteigen durch das glühende Koks reduziert (CO2 + C -> 2CO) - (3) Das Monoxid reduziert nun das Eisenerz (3CO + Fe2O3 -> 3CO2 + 2Fe) -Schritt 2 und 3 wechseln sich jetzt ab, das austretende Monoxid wird zum Heizen der Luft verwendet -Schlacke und ROheisen werden alle 4-6h abgegossen
• Welche Aufgaben erfüllen Feuerfeststoffe in der Metallurgie? Welche Eigenschaften müssen sie dazu besitzen? Feuerfeststoffe: temperaturbeständige, mineralhaltige oder keramische Stoffe, werden für Auskleidung von Schmelzöfen, Warmhalteöfen, Pfannen etc. verwendet. Eigenschaften: halten Temp. über 2500°C stand, beeinflussen die Reaktionen bei Stahl und Eisenherstellung nicht,dreuckfeuerbeständig,temperaturwechselbeständig, chemische Beständigkeit gegen Gase & Schlacke
• Beschreiben Sie die Herstellung von Koks! Welche Vor- und Nachteile hat Koks in der Eisenherstellung? Koks wird hergestellt durch Erhitzen von Stein- oder Braunkohle auf 1000°C. Kohlenstoff u. Asche verbinden sich (verschmelzen), flüchtigen Bestandteile treiben aus. (+) geringer Schwefelanteil, simpel (-)hoher CO2 Ausstoß, Koks u. Eisenerz müssen als Brocken vorhanden sein (Luftdurchströmung)
• Wie kann eine Raffination von Stahl durch Vakuum- bzw. Elektroschlackeumschmelzen erfolgen Elektroschlacke-Umschmelzverfahren: Bei diesem Verfahren wird ein fester Stahlblock in das Schlackenbad einer Kokille eingetaucht, welches gleichzeitig als elektrischer Widerstand fungiert. Der Block fungiert als stromführende Elektrode und schmilzt ab. Beim Durchgang durch die Schlacke werden Schwefel und nichtmetallische Einschlüsse von der Schlacke aufgenommen und später abgeschieden. Der Stahl erstarrt unter der Schlacke in einer Kupferkokille.
• Welche Verfahren werden in der Gruppe des endabmessungsnahen Gießens von Flachprodukten zusammengefasst? Welche Eigenschaften besitzen sie? Welche Ziele verfolgt man? bezeichnet zusammenfassend alle kontinuierlichen Verfahren zum direkten Vergießen von Stahlschmelzen zu dünnen Brammen oder Bändern. Direkt bedeutet dabei: ohne warmzuwalzen. Je nach Abmessungen des bei dieser Urformung erzeugten Produktes spricht man von Dünnbrammen, Vorband oder Band. Die Verfahren heißen entsprechend Dünnbrammen-, Vorband- oder Bandgießen. Gegenüber dem Stranggießen weisen derart hergestellte Produkte eine gleichmäßiges Erstarrungsgefüge ohne Mittenseigerungen auf. Das liegt an der hohen Erstarrungsgeschwindigkeit, die keine Zeit für Diffusionsvorgänge läßt.
• Warum sind allgemeine Baustähle schweißbar? Weil Baustähle weniger als 0,22% C haben. Ab ca. 0,22% C fängt der Stahl beim Schweißen an, Härtespitzen zu bilden, es entsteht Ruissbildung -Zu viel Kohlenstoff führt zu unerwünschten Eigenspannungen im Schweißteil.
• Welche Modifikationen treten bei Eisen in Abhängigkeit vom Druck und von der Temperatur auf? Raumtemp.: Ferrit (α-Eisen) krz, unterhalb 910°C stabil Ab 911°C: Austenit, kfz (γ-Eisen) Ab 1310°C:krz (δ-Modifikation) Ab 1535°C: Schmelze Druck > ca. 10GPa (einige hundert Grad): hexagonal dichtest gepackte Kugelpackung
• Wie werden die Bearbeitungs- und Behandlungsverfahren von Werkstoffen eingeteilt? 1. Urformen: Schaffen der Form, Zusammenhalt schaffen. 2. Umformen: Ändern der Form, Zusammenhalt beibehalten 3. Trennen:--------------"------------, Zusammenhalt vermindern 4. Fügen: -----------------"-----------, Zusammenhalt vermehren 5. Beschichten: -----------------"-----------, Zusammenhalt vermehren 6. Stoffeigenschaften ändern. Ändern der SToffeigenschaften
• Welche Produkte werden durch flache Walzen und welche durch Kaliberwalzen hergestellt? flache Walzen: Bleche, Bänder Kaliberwalzen: Beim Kaliberwalzen wird durch das Umformen mit Walzen, in die Profile konzentrisch eingedreht sind, ein festgelegtes Profil maßgenau gewalzt, z.B.: T-Träger, Drähte, Stäbe, Knüppel
• Beschreiben Sie die Stahlherstellung im Konverter! Bei der STahlherstellung im Konverter wird das Roheisen mit Schrott in einem feuerfesten Behälter vermischt. Nun fährt ein wassergekühltes Rohr hinein und bläst Sauerstoff auf die Schmelze, dieser reagiert nun heftig mit den Eisenbegleitelementen in der Schmelze ->Entfernen der unerwünschten Elemente (C,Si,MnP,S) -> Frischen CO, CO2, Si=2, MnO
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• Welche Qualitätsanforderungen werden an Eisenerze gestellt? möglichst hoher Eisengehalt geringer Anteil unerwünschter Begleitelemente (Oside, Sulfide, etc.) in der Gangart
• Was ist Gusseisen mit Kugelgraphit? Vergleichen Sie seine Eigenschaften mit denen anderer Eisenwerkstoffe! Gusseisen: Eisen-C-Legierung mit C-Anteil > 2.06% Anders als beim Stahl liegt der Kohlenstoff nicht als Zementit vor, sondern bildet unterschiedlich geformte Graphitphasen  -----> Gusseisen mit kugelförmigen Graphitphasen Die Eigenschaften sind mit denen von Stahl vergleichbar
• Was versteht man unter Normalglühen? -Wärmebehandlungsverfahren für Stahl -knappe Erhitzung oberhalb des Umwandlungspunktes->Gefüge wird austenitisiert ----->Führt zur Beseitigung von Gefügeungleichmäßigkeiten und kann gezielt zur Kornfeinung genutzt werden. ->feinkörniges, gleichmäßiges Gefüge mit optimalen Festigkeits und Verformbarkeitseigenschaften
• Welche Anlagen findet man in Kaltwalzwerken? Welche Arbeiten werden jeweils ausgeführt? -Befreiung von Zunder & ROst: Streckbiegen und Beizen: -Beizen: feine Verunreinigungen werden mit Säure gereinigt -Walzen am Walzgerüst (evtl. mehrere hintereinander) Spann-Haspel (Haspel= techn. Hilfsmittel zum Auf- und Abwickeln von langgestreckten Materialien) DressierenMit diesem Prozessschritt wird eine ausgeprägte Streckgrenze beseitigt, die Blechoberfläche geglättet beziehungsweise gezielt aufgerauht und verdichtet. Ziehen ist eine spanlose Kaltumformung. Das warmgewalzte entzunderte Vormaterial erhält in mehreren Ziehvorgängen sein endgültiges Profil.
• Wie unterscheiden sich Schmiedehämmer und Schmiedepressen in der Anwendung und in der Entwicklung des Gefüges? Bei Schmiedehämmern treten große Umformgeschw. auf, während bei Pressen die Kraft langsamer aufgebracht wird, dadurch kann der Fließvorgang tiefer in den Werkstoff eindringen (die EIndringtiefe ist beim Hämmern wegen Reibverlusten beschränkt) =>Schmiedehämmern schnell-->Eindringtiefe gering
• Beschreiben Sie die Aufbereitung von Erz und von Schrott! Welches Erz wird abgebaut? Erz: Brechen, Mahlen, Klassieren, Flotieren, Eindicken, Filtrieren, Trocknen, Lagern Schrott: Schreddern, Schneiden, Pressen, (Schneiden, Pressen => Lagern)                     |                     v                trennen Erze: Erzmineralien mit Metallen: Eisen, Blei, Gold Erze mit Nichtmetallen: Schwefel
• Was ist Blankstahl? Wie wird er hergestellt? Blankstahl ist ein Stahl mit blanker, glatter Oberfläche mit einer wesentlich höheren Maßgenauigkeit als warmgeformte Stahlprodukte -Blankstahl wird meist durch Ziehen auf Ziehbänken spanlos hergestellt und nach dem Ziehen gerichtet.
• Welche Verfahren werden zum Schweißen von Stahl eingesetzt? -Punktschweißen -Reibschweißen Lasertiefschweißen Elektronenstrahlschweißen
• Welche Rolle spielt die Pfannenmetallurgie bei der Stahlherstellung? Eine große! Sie dient zur Steigerung der Stahlqualität und bezeichnet alternativ oder in Abfolge anwendbare, die Stahlschmelze entschwefelnde, desoxidierende oder "beruhigende" Maßnahmen.
• Was ist Roheisen? Roheisen ist das Produkt des Hochofenprozesses. Roheisen besitzt viele Verunreinigungen wie 4-5% Kohlenstoff, Silicium, Mangan, Schwefel und Phosphor, was es im kalten Zustand sehr spröde macht. Roheisen wird im Konverter zu Stahl weiterverarbeitet
• Wie kann man nahtlose Stahlrohre herstellen? -der glühende Block wird mit einer hydr. Presse duch ein ringförmiges Werkzeug (Matrize genannt) gepresst (Strangpressen) -Schleuderguss -Schrägwalzen
• Beschreiben Sie das LD-Verfahren! LD: (Linz-Donawitz) ist ein Sauerstoffblaseverfahren zum Frischen (also Umwandlung vom kohlenstoffreichen Roheisen in Stahl) Roheisen+Schrott werden mit reinem Sauerstoff von oben beblasen. Die heftig einsetzende Verbrennung sorgt für eine Durchwirbelung der Schmelze. Da von unten noch Argon hineingeblasen wird, ist eine gute Durchmischung gewährleistet. ---->  Die Gehalte von Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Schwefel und Phosphor nehmen ab.
• Beschreiben Sie das OBM-Verfahren. Methode der Stahlerzeugung, bei der durch gasgekühlte Ringspaltdüsen im Boden Sauerstoff in die Schmelze geblasen wird und die Elemente Silicium, Mangan, Kohlenstoff und Phosphor verbrannt werden. Der Schwefel wird mit Calcium und den gebildeten Oxiden in der Schlacke gebunden. Die Ausgangsstoffe sind Roheisen, Kühlschrott, Zuschläge, Propan bzw. Methan.
• Wie werden Flacherzeugnisse eingeteilt? -warmgewalzt -kaltgewalzt -bandbeschichtet
• Skizzieren Sie die Festigkeits- und Bruchdehnungswerte von C-Stählen in Abhängigkeit vom C-Gehalt im gehärteten, vergüteten und normal geglühten Zustand! Siehe Folie mit Antwort 24
• Beschreiben Sie den Reaktionsweg des Möllers durch den Hochofen! Möller. Erz+Koks+Zuschlag Heißluft verbrennt Kohlenstoff : C+O2 -->CO2 CO2 steigt auf und wird reduziert: CO2 + C --> 2CO CO (Monoxid) reduziert Eisen: 3CO + Fe2O3 --> 3CO2 + 2Fe
• Woraus besteht ein Walzgerüst? Wozu dienen diese Teile? -Arbeitswalzen: Zur Verformung der Werkstoffe (Bleche), direkte Kontaktaifnehmer mit dem Werkstück -Stützwalzen: Ünterstützung der Arbeitswalzen, Schutz vor Walzendeformation -Stützwalzen haben eine höhere Biegesteifigkeit und einen größeren Durchmesser
• Was versteht man unter direkter und indirekter Reduktion? s. Vorlesungsfolie 35
• Was versteht man unter direkter und indirekter Reduktion? Geben Sie das Boudouard-Gleichgewicht an und erläutern Sie es! indirekt: 􀂾 3Fe2O3 + CO → 2Fe3O4 + CO2􀂾 Fe3O4 + CO → 3FeO + CO2􀂾 FeO + CO → Fe + CO2 direkt: 􀂾 3Fe2O3 + C → 2Fe3O4 + CO􀂾 Fe3O4 + C → 3FeO + CO􀂾 FeO + C → Fe + CO Boudard-GW: C + CO2 (hinzurück) 2CO https://de.wikipedia.org/wiki/Boudouard-Gleichgewicht
• Welche Eigenschaften besitzen Klebverbindungen im Stahlbau? -Festigkeit -Verformbarkeit -Beständigkeit gegen schädliche Umwelteinflüsse
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• Wie wird das Strangpressen durchgeführt? EIn Block wird auf Umformtemp. erhitzt und von einem Stempel durch eine Form (Matrize) gepresst.
• Wann wird Schwefel aus dem Eisen entfernt? Welche Chemikalien können dazu verwendet werden? Was ist dabei zu beachten? Wann? Direkt nach dem Abstich in der Pfanne. Dies erfolgt z.:b mit Klak (CaO) Beachten: CaS wasserlöslich (Entsorgung in abgedichteten Deponien) ; CaO muss feinkörnig sein
• Wann wird Schwefel aus dem Eisen entfernt? Welche Chemikalien können dazu verwendet werden? Was ist dabei zu beachten? Schwefel wird direkt nach dem Abstich in der Pfanne entfernt. Dies erfolgt z.B. mit Kalk (CaO) Beachten: CaS wasserlöslich-> Entsorgung in abgedichteten Deponien & CaO muss feinkörnig sein
• Welche Merkmale und Systeme kennzeichnen den technologischen Stand heutiger Stranggussanlagen? -Pfannendrehturm zum Einsetzen der Stahlgießpfanne -Verteiler, leitet die Schmelze zur Kokille -Kokille mit der Schmelze -Kokillenoszillations- und haltevorrichtung -Strangführungssystem (Gießbogen) mit Sekundärkühlung -Treib & Richtapparaten -Auslaufrollgang -Querteilanlage (Schere) -Markiermaschine -Kaltstrang
• Wie unterscheiden sich die Eisen-Produkte des Hochofens von denen der Direktreduktion? Hochofen: stückig & harte Eisenträger sowie Koks (Hohlräume) Direktreduktion: erzeugt festen Einsenschwamm (welcher porös ist, daher der Name "schwamm") & Pellets
• Welche Auswirkungen hat Phosphor in Stahl? -bewirkt Anlasssprödigkeit -Erhöht Tü -Lunker & Hohlräume -Entmischung der Schmelze -bewirkt Primär und Sekundärzeilengefüge
• Wie entsteht Perlit? Welchen Einfluss hat die Abkühlgeschwindigkeit? (Perlit=feinkörniges Kristallgemisch aus Ferrit und Zementit, oft lamellar verteilt) Perlit entsteht durch eutektoide Entmischung aus der Austenitphase: -kohlenstoffreiches kfz γ-Fe zerfällt in α-Fe und Zementit -lamellenartige Morphologie: weil sich nur durch kurzreichweitige Diffusion die Konzentrationsunterschiede einstellen und die beiden Phasen (Fe3C und α-Fe) so nebeneinander entstehen -Abkühlgeschw.: schnellere Abkühlung-> Ausweitung des Perlitgebiets in unter- u. übereutektoiden Bereich Abkühlgeschw. > Diffussionsgeschwindigkeit des Kohlenstoffs: Keine Perlitbildung, sondern Martensit
• Welche Maßnahmen ordnet man der Sekundärmetallurgie zu? -Vakuumbehandlung-> Vakuumlichtbogenofen: Legierungsmetalle werden in einem evakuierten Lichtbogenofen eingeschmolzen (zum Entgasen) -Pfannenofen: Lichtbogenofen, dient zur korrekten Temp.-Einstellung und zum Homogenisieren der Schmelze mit Argon
• Welchen Vorteil hat Gusseisen mit Kugelgraphit gegenüber Gusseisen mit Lamellengraphit? -Lamellen wirken bei Zugbelastung als Kerben-> geringe Zugfestigkeit -Kugeln haben höhere Zugfestigkeit
• Was versteht man unter Blockguss? Wann wird er eingesetzt? Blockguss: Verfahren zum Gießen von Halbzeug aus Metallen und ihren Legierungen. -flüssiges Metall wird in eine stehende Form (Kokille) gegossen und erstarrt (von oben aufgegossen oder von unten hineingegossen) -Nach dem Erstarren wird die Kokille gestrippt, also vom erstarrten Metall gezogen. Wird verwendet: bei großen Schmiedestücken, schlecht vergießbare Legierungen, geringe STückzahlen
• Warum muss der Kohlenstoffgehalt in niedriglegierten Baustählen klein gehalten werden? Ab einem C-Gehalt von 0,25% sind Baustähle nicht mehr schweißbar.
• Welche Reaktionen finden im Konverter statt? Sauerstoff verbrennt Kohelsntoff: O2 + C -> CO2  &&   O + C -> CO (Energie wird frei, Schrott schmilzt) Was auch reagiert: Fe + O -> FeO &&    FeO + C -> Fe + CO (Schlacke wird reduziert) -Begleitelemente werden verbrannt: MnO + O -> MnO -Zum Entschwefeln: Kalk -> S + CaS + C -> CaS + CO
• Wie ist der Begriff Stahl definiert? metallische Legierungen mit überwiegend Fe und einem C-Gehalt < 2%
• Wie verändern die Wälzkräfte die Walzgeometrie? Wie kann man das korrigieren? -Walzendurchbiegung -Walzensprung: Vergrößerung der Walzöffnung durch Nachgeben der Bauteile -Veränderung der Walzspalthöhe aufgrund elastischer Durchbiegung zu verhindern druch: Stützwalzen (Clusterwalzsysteme)
• Ordnen Sie folgende Prozessschritte bei der Stahlerzeugung nach der Reihenfolge im Fertigungsprozess! Frischen, Vergießen, Reduktion des Eisenerzes, Legieren 1. Reduktion Eisenerz 2.Frischen 3.Legieren 4.Vergießen
• Was sind Halbzeuge? Halbzeug ist der Oberbegriff für vorgefertigte Rohmaterialformen wie z.B. Bleche, Stangen, Rohre
• Was ist Frischen? Verfahren in der Roheisenherstellung, bei denen: Kohlenstoffanteil & andere unerwünschte Bestandteile des Roheisens (Phosphor, Schwefel) mithilfe von Sauerstoff reduziert (und aus der Schmelze beseitigt werden)
• Beschreiben Sie die Verfahrensschritte beim Warmwalzen von Stahl! Vorbramme -> Stoßofen (erwärmen) ->Zunderwaschen (Zunder entfernen) Vorgerüst ->Schopfschere (Fuß- u. Kopfschere entfernen) ->Fertigstraße (Walzen) Wasserkühlung -> Haspel (aufrollen)
• Welches Legierungselement wird bei Stählen für den Korrosionsschutz zulegiert? Chrom, ab 12,2% (bei Edelstählen) sowie Nickel (8%)
• Wie gestaltet sich der Arbeitsablauf eines Elektrolichtbogenofens? 1. Einsetzen: Schrott, Eisenschwamm 2. Einschmelzen: Zugabe von Sauerstoff und/oder Brennstoff (Oxidation + Reduktion) 3. Abstich: Probenahme, Tempmessung->Stahl

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