Werkstoffkunde (Fach) / Lernblatt II (Lektion)

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• Frage 50 Skizzieren Sie ein Zustandsdiagramm mit vollkommener Unlöslichkeit im festen und im flüssigen Zustand. Nennen Sie ein Beispiel! Nickel- Kupfer- LegierungSchupfnudeldiagramm
• Frage 51 Skizzieren Sie ein Zustandsdiagramm mit vollkommener Löslichkeit im festen und im flüssigen Zustand. Nennen Sie ein Beispiel! Zn (Zink) – Cd (Cadmium)
• Frage 53 Was versteht man unter dem Begriff Eutektikum? Zusammensetzung mit niederigster TS◦ Dreiphasengleichgewicht (Schmelze, Kristall A und Kristall B)◦ hohe Keimzahl, feinkörniges Gefüge◦ Verwendung als Lot- und Gusslegierung
• Frage 54 Skizzieren Sie ein Zustandsdiagramm mit vollkommener Löslichkeit im flüssigen und begrenzter Löslichkeit im festen Zustand. Nennen Sie ein Beispiel! Warum sinkt mit fallender Temperatur die Löslichkeit für Fremdatome? Bsp: Blei – Antimon (Sb)◦ Löslichkeit sinkt mit T↓ da Gitterschwingung ↓ und Platzangebot ↓◦ A, B Atome bewegen sich zur Korngrenze
• Frage 56 Was bedeutet Ac2, Ac3, Ac4. Wie hoch sind diese Temperaturen für reines Eisen? Haltepunkte beim erwärmen eines StoffesBei Reineisen: AC2=769°C, AC3=911°C, AC4=1392°C
• Frage 57 Vergleichen Sie qualitativ die Größe der Interstitionslücken im α- und γ- Mischkristallen. Was bedeutet dies für die Löslichkeit und Diffusionsgeschwindigkeit von Kohlenstoff im Ferrit und im Austenit? ◦ α-Fe: Lückengröße=0,1 nm; Löslichkeit=0,02% C; Diffusionsgeschwindigkeit=100x so hoch wie bei γ-Fe◦ γ-Fe: Lückengröße=0,04 nm; Löslichkeit=2,06% C; Diffusionsgeschwindigkeit=1/100 so hoch wie bei α-Fe
• Frage 58 Was ist der Unterschied zwischen metastabilem und stabilem EKD. ◦ metastabiles Eisen-Kohlenstoff-Diagramm: technische Abkühlgeschwindigkeit◦ stabiles Eisen-Kohlenstoff-Diagramm: theoretisch, unendlich langsameAbkühlung
• Frage 59 Was ist Zementit, Perlit, Ledeburit? ◦ Zementit: Fe3C, Primärzementit: Bildung aus Schmelze; Sekundärzementit: Ausscheidung aus γ-MK; Tertiärzementit Ausscheidung aus α-MK◦ Perlit: eutektoider Zerfall bei 0,8% C besteht aus 88% Ferrit (α-MK) und 12% Fe3C◦ Ledeburit: eutektischer Zerfall bei 4,3% C besteht aus 51,4% Austenit (γ-MK) und 48,6% Fe3C
• Frage 60 Skizzieren Sie die linke, untere Ecke des Fe - Fe3C- Diagramms bis 2%C und beschreiben Sie die Gefügeausbildung eines Stahles mit 0,4%C, 0,8%C und 1%C bei Abkühlung von 1000°C. 0,4% C: bei 1000°C Austenit, ab ca. 800°C Ferrit+Austenit, ab 723°CFerrit+Perlit, untereutektoid
• Frage 62 Skizzieren Sie ein kontinuierliches ZTU- Diagramm.
• Frage 63 Beschreiben Sie den Stirnabschreckversuch • eine erhitzte Probe wird in einen Halter eingespannt und von unten mit Wasserdurch eine Blende abgeschreckt, danach wird der Härteverlauf in Abstand zuder Stirnfläche untersucht• dies lässt Rückschlüsse auf die Härtbarkeit des untersuchten Materials zu
• Frage 64 Was ist Restaustenit. Wann entsteht er. Wie kann er beseitigt werden? wird beim Härten die kritische Abkühlgeschwindigkeit zur  Martensitbildung unterschritten kann nicht der gesamte Austenit umwandeln → es bildet sich Restaustenit (weich, duktil)◦ Restaustenit ist metastabil, kann unter Druck umwandeln◦ kann beseitigt werden durch Tiefkühlen (wenn Martensitendtemperatur unter RT) oder durch Anlassen
• Frage 65 Skizzieren Sie den Temperaturverlauf (schematisch) einer Wärmebehandlung!
• Frage 66 Nennen Sie die charakteristischen Eigenschaften von Ferrit, Austenit, Perlit, Martensit, Bainit. ◦ Ferrit: krz, ferromagnetisch, geringe Löslichkeit für C, hoheDiffusionsgeschwindigkeit für C, duktil, weich (ca. 60HV)◦ Austenit: kfz, nicht magnetisierbar, hohe C-Löslichkeit, geringeDiffusionsgeschwindigkeit, duktil, weich (ca. 100HV)◦ Perlit: 88% Ferrit + 12% Fe3C (entsteht bei eutektoider Zusammensetzung, 0,8% C) Schichtanordnung, Härte > Ferrit◦ Martensit: Hart, spröde, tetragonal raumzentriert, verspanntes Gefüge◦ Bainit: Gefüge ähnlich Martensit, geringere Abkühlgeschwindigkeit → Diffusion konnte stattfinden, geringere Härte
• Frage 67 Skizzieren Sie im EKD die geeigneten Temperaturbereiche für folgende Wärmebehandlungen: Spannungsarmglühen, Wasserstoffarmglühen, Normalglühen, Diffusionsglühen, Weichglühen, Rekristallisationsglühen
• Frage 68 Welche Bauteile sollten eine Spannungsarmglühung erfahren und warum? ◦ Schlanke Drehteile (Gefahr von Verzug)◦ Bauteile die weiter umgeformt werden sollen◦ Schweißteile◦ keine Gefügeänderung 550-650°C
• Frage 69 Beschreiben Sie den Prozess des Weichglühens! ◦ niedrige Härte soll eingestellt werden (z.B. für Kaltverformung, spanendeBearbeitung◦ Abbau der MK-Härte◦ lamellarer Perlit wandelt in kugeligen um◦ Fe3C wird gröber◦ Versetzungsdichte wird geringer (680-750°C)
• Frage 70 In welchem Temperaturbereich werden austenitische Stähle lösungsgeglüht? ◦ Einstellen eines MK-Gefüges durch Lösen von Ausscheidungen◦ Erwärmung oberhalb der Ausscheidungsnase, ein- bis mehrstündiges Halten◦ verw. Bei nicht umwandelnden Stählen, Gusseisen oderausscheidungshärtenden Stählen (ca. 1100°C im Austenit-Gebiet)
• Frage 74 Tragen Sie in ein schematisches ZTU- Schaubild die Abkühlkurven für a) martensitisches Härten, b) gebrochenes Härten und unterbrochenes Härten ein. Zeit-Temperatur-Austenitisierung-Schaubilder beschreiben die Austenitbildung inAbhängigkeit der Erwärmungsgeschwindigkeit und Zeit und die Temperaturen undZeiten bei denen ein homogener bzw. inhomogener Austenit entsteht
• Frage 76 Wie ändert sich bei einer Welle mit großem Querschnitt das Gefüge vom Rand zum Kern? bei einer gehärteten Welle entsteht außen Martensit → schnelle Abkühlung, je weiter nach innen desto langsamer die Abkühlung → entsprechendes Gefüge
• Frage 77 Erläutern Sie den Begriff Härtbarkeit von Stählen. Zeigen Sie anhand von Skizzen den Einfluss von Kohlenstoff für die Auf- und den Einfluss anderer Legierungselemente für die Einhärtung (Skizze). ◦ Stahl muss C enthalten um härtbar zu sein, da sonst keine Martensitbildung◦ höchste Härte bei 0,8% C da sonst Martensit-Endtemperatur unter RT → keine komplette Umwandlung mehr◦ Aufhärtbarkeit: wird durch die größte am Ran erreichbare Härte gemessen, bestimmt allein durch C-Gehalt, max. 65 HRC◦ Einhärtbarkeit: Tiefe die die martensitische Härtung erreicht, variabel mit Legierungselementen (Änderung der Martensitendtemperatur)
• Frage 78 Nennen Sie je ein Anwendungsbeispiel, bei dem Bauteile aus Stahl nach dem Härten bei a) Temperaturen unterhalb 200°C b) Temperaturen zwischen 350° und 450°C c) bei Temperaturen oberhalb 550°C angelassen werden. ◦ <200°C: Werkzeug; hohe Härte, geringe Zähigkeit◦ 350-450°C: Feder; mittlere Härte (30-50HRC), mittlere Zähigkeit◦ >550°C: Welle; geringe Härte, hohe Zähigkeit
• Frage 79 Skizzieren Sie die Abhängigkeit der Härte der gehärteten Werkzeugstähle C60 und X40CrMoV5-1 von der Anlasstemperatur.
• Frage 80 Was beschreibt der Begriff „Vergüten“? ◦ Erzielen guter Zähigkeit bei gegebener Festigkeit◦ Härten und Anlassen im oberen Temperaturbereich (580-680°C bei un- bzw. niedriglegierten Stählen)
• Frage 81 Welche grundsätzlichen Methoden zur Erwärmung gibt es beim Randschichthärten? Flammhärten, Induktionshärten, Laserstrahlhärten, Elektronenstrahlhärten
• Frage 82 Nennen Sie die Einflussgrößen auf die Randhärtetiefe beim Flammhärten! Brennereinstellung, Brennerposition, Vorschubgeschwindigkeit, Vorwärmen
• Frage 83 Welchen Einfluss hat die Frequenz beim Induktivhärten auf die Einhärtetiefe? Gibt es weitere Einflussfaktoren? je höher die Frequenz desto geringer die Einhärtetiefe (Shin-Effekt)
• Frage 84 Nennen Sie Vor- und Nachteile der Sonderhärteverfahren! ◦ Vorteile:▪ gezielte, lokale Wärmeeinbringung▪ geringe thermische Belastung, wenig Verzug▪ anpassungsfähige Strahlführung▪ Selbsabschreckend◦ Nachteile:▪ hohe Investitionskosten▪ begrenzte Einhärtetiefe▪ begrenzte Spurbreite (Problem mit Überlappungsbereichen)▪ Sicherheitseinrichtung erforderlich▪ Vakuumkammer nötig (bei Elektronenstrahlhärten)
• Frage 85 Beschreiben Sie das Einsatzhärten! C-Konzentration im Randbereich wird gezielt erhöht und dann gehärtet
• Frage 86 Welche Aufkohlungsmittel werden beim Einsatzhärten verwendet. ◦ fest: Holzkohle + Kalzium- oder Bariumcarbonat, Koks (C-Transport über Gasphase)◦ flüssig: Salze in Lösung, z.B. Cyansalze (T=850-930°C), genauer als feste Aufkohlmittel◦ gasförmig: alle C-haltigen Gase, Trägergas hält CO-Gehalt kostant, sehr genau
• Frage 87 Wie ist die Einsatzhärtungstiefe (CHD) definiert? Wird aus Härteverteilung bei Grenzhärte 550 HV zeichnerisch ermittelt
• Frage 89 Nennen Sie 3 typische Einsatzstähle und deren Anwendungsgebiete! ◦ C15: Zahnräder, Bolzen, Gelenke◦ 16MnCr5: Zahnräder, Getrieberäder◦ 17CrNiMo6: Gelenkteile, Achsen, Wellen
• Frage 90 Beschreiben Sie den Aufbau einer Nitrierschicht! ◦ Stickstoff diffundiert in Oberfläche, Ferrit → Austenit + Nitride◦ Fehlstellen werden eingebaut◦ Verbindungsschicht bildet sich (white layer) (Fe4N, Fe3N, N-Angebot)
• Frage 91 Wie ist die Nitrierhärtetiefe (NHD) definiert? Nht= Abstand eines Punktes vom Rand dessen Härte 50HV größer alsKernhärte
• Frage 92 Was versteht man unter dem Begriff Korrosion? Welche 3 Arten der Korrosion sind Ihnen bekannt? ◦ Reaktion eines metallischen (organischen oder anorganischen) Werkstoffes mit seiner Umgebung, messbare Veränderung des Werkstoffes, kann zur Beeinträchtigung eines Bauteils oder eines gesamten Systems führen◦ chemische Korrosion, elektrochemische Korrosion, metallphysikalischeKorrosion
• Frage 93 Warum korrodieren metallische Werkstoffe und was ist die treibende Kraft? ◦ unedle Metalle (Zn, Fe, etc.) sind in vielen Medien unbeständig◦ edle Metalle (Au, Pt, etc.) sind in fast allen Medien beständig◦ Korrosion ist i.d.R. Chemische Reaktion, treibende Kraft: Bestreben nach Zustand niedrigster Energie oder Zunahme der Entropie
• Frage 94 Erläutern Sie die chemische Korrosion bei hohen Temperaturen! ◦ bei hohen Temperaturen verbindet sich z.B. Fe besonders ausgeprägt mit O, es entsteht Zunder◦ 2 Fe + O2 → 2FeO
• Frage 95 Erläutern Sie den Lösungsvorgang von Metallen in einem Elektrolyten! Metall ist in Kontakt mit Elektrolyt, es lösen sich Metallionen M+, zurück bleiben Metallanionen- es bildet sich eine Adsorptionsschicht aus H2O-Dipolen (Potentialdifferenz bildet sich aus)
• Frage 96 Skizzieren Sie ein galvanisches Element! ◦ Zwei Metalle in Elektrolyt zwischen die ein Voltmeter geschaltet wird◦ das unedlere Metall bildet die Anode und korrodiert, das edlere die Kathode◦ es kann eine Spannung zwischen beiden Metallen gemessen werden
• Frage 97 Was versteht man unter dem Begriff Wasserstoff- oder Säurekorrosion. Nennen Sie die anodische und die kathodische Teilreaktion! Wie lautet die Summenreaktion? ◦ Reaktion von Eisen in Säure → Säurekorrosion◦ anodische Teilreaktion: Fe → Fe2+ + 2e-◦ kathodische Teilreaktion: 2 H+ + 2 e- → H2◦ Summenreaktion: Fe + 2 H+ → Fe2+H2
• Frage 98 Was versteht man unter dem Begriff Sauerstoffkorrosion? Nennen Sie die anodische und die kathodische Teilreaktion! Wie lauten die Summenreaktion und die Nachfolgereaktion? ◦ Reaktion von Eisen in sauerstoffhaltigem Wasser → Sauerstoffkorrosion◦ anodische Teilreaktion: 2 Fe → 2 Fe2+ + 4 e-◦ kathodische Teilreaktion: O2 + 2 H2O + 4 e- → 4 OH-◦ Summenreaktion: 2 Fe + 2 H2O + 4 e- → 2 Fe2+ + 4 OH-◦ Nachfolgereaktion: Fe + ½ O2 + H2O → Fe(OH)22 Fe(OH)2 + ½ O2 → 2 FeO(OH) + H2O
• Frage 99 Was versteht man unter dem Begriff Korrosions- oder Lokalelement? Nennen Sie werkstoffbedingte Kenngrößen die Einfluss auf die Korrosionselementbildung haben! ◦ Lokalelement/ Korrosionselement: entstehen in heterogenem Gefüge in denenKathode und Anode sehr klein und nah beieinander sind◦ führen zu Lochkorrosion◦ werkstoffbedingte Einflussgrößen:▪ verformte und unverformte Werkstoffbereiche▪ unterschiedlich orientierte Körner▪ Korninneres und Korngrenze▪ Gleitbänder und gleitbandfreie Bereiche▪ mehr oder weniger legierte Bereiche▪ verschiedene Phasen▪ Werkstoffbereiche mit und ohne Deckschicht
• Frage 100 Was versteht man unter dem Begriff der Passivierung? Welche Arten von Schichten können sich dabei ausbilden? Wie setzen sich korrosionsbeständige krz- und kfz- Stähle zusammen? ◦ Passivierung: Legieren von korrosionsbeständigen Metallen, diePassivschichten aus Reaktionsprodukten bilden (z.B. Al, Ti, Cr, Ni, Zn)◦ Arten von Passivschichten:▪ Gruppe 1: monoatomar -10nm/ kathodische Reaktion möglich, Fe, Cr(Edelmetallcharakter)▪ Gruppe 2: dichte Oxidschichten ca. 100nm, Al, Ti, Zr; Unterbindung desLadungsaustausch zw. Metall und Elektrolyt▪ Gruppe 3: dicke, poröse Schicht, komplexer Aufbau (z.B. Rostschicht bei Wetterfesten Stählen)◦ Korrosionsbeständige Stähle: Fe-Cr (Cr > 13%), Fe-Cr-Ni (>18% Cr, >8% Ni)

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