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FTE105 Beschichten+Ändern von Stoffeigenschaften (Fach) / Fertigungstechnik (Lektion)
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- Erklären Sie den Unterschied zwischen dem Korrosionsschutz durch Verzinnen und Verzinken. Verzinnen ist passiver Korrosionsschutz. Durch Aufbringen einer edleren Zinnschicht auf das Werkstück wird der Grundwerkstoff gegenüber korrosiven Einflüssen isoliert. Wird die Schutzschicht verletzt, korrodiert der Grundwerkstoff.Verzinken ist aktiver Korrosionsschutz. Das unedlere Zink korrodiert vor dem Grund-werkstoff. Die Korrosionsprodukte bilden eine reaktionsträge Schicht, die den Fort-schritt der Korrosion verlangsamt. Wenn die Zinkschicht „verbraucht“ ist, korrodiert der Grundwerkstoff.
- Nennen Sie drei Verfahren zum Verzinken eines Werkstücks aus Stahl und erläutern Sie jeweils kurz den Beschichtungsmechanismus. P Feuerverzinken: Abscheiden einer Schicht durch Eintauchen des Werkstücks in schmelzflüssiges Zinn; gleichzeitig erfolgt eine Diffusion von Zinkatomen in das oberflächennahe Gefüge des Werkstücks.P Thermisches Spritzen: Zink wird aufgeschmolzen und durch einen Gasstrom auf das Werkstück geschleudert. Dabei entsteht eine mechanische Bindung des Zinks an das Werkstück.P Sherardisieren: Trommeln der zu beschichtenden Teile in einer Mischung aus Zink-staub und Quarzsand, meist bei erhöhter Temperatur; eventuell erfolgt eine Diffusion von Zinkatomen in das Werkstück.P Elektrolytisches Verzinken: Das als Kathode gepolte Werkstück wird in ein Elektro-lytbad getaucht. Aus einer Zinkanode, die sich ebenfalls im Elektrolytbad befindet, löst sich Material und scheidet sich durch den Gleichstromfluss auf dem Werkstück ab.Auftragschweißen und -löten, PVD-/CVD-Verfahren und elektrisches Abscheiden spie-len beim Verzinken keine besondere Rolle.
- Nennen Sie je ein Verfahren zum Beschichten mit thermoplastischen und duroplastischen Kunststoffen. Beschreiben Sie jeweils kurz die Verfahrenscharakteristik. P Thermoplast: Wirbelsintern (Aufschmelzen von Kunststoffpulver an der erhitzten Werkstückoberfläche), Flammspritzen (geschmolzenes Kunststoffpulver wird auf das Werkstück gespritzt.P Duroplast: Pulverlackieren (elektrostatisches Beschichten, geladene Kunststoff-pulverteilchen werden auf das geerdete Werkstück gesprüht).
- Nennen Sie zwei Verfahren, mit denen sehr gleichmäßige, dünne funktionale Schichten erzeugt werden können. Für welches Verfahren entscheiden Sie sich, wenn diese Schicht auf ein Kunststoffteil aufzubringen ist? Warum? P CVD: hohe Temperatur, daher nicht für Kunststoffsubstrate geeignet,P chemisches Abscheiden: durch Metallisierung kann auch Kunststoff beschichtet werden.
- Wodurch unterscheiden sich PVD und CVD? PVD: – geeignet für dünne Carbidschicht auf schon gehärtete Werkzeuge – Beschichtungswerkstoff liegt direkt vor,– geringere Temperatur,– Abscheiderate unabhängig von der Prozesstemperatur.CVD:– Beschichtungswerkstoff entsteht während des Prozesses durch chemische Reaktion,– größere Gleichmäßigkeit und Reinheit der Schicht,– bessere Haftfestigkeit der Schicht,– eventuell Beeinflussung des Substratgefüges durch hohe Prozesstemperatur möglich.
- Nennen Sie vier Ziele des Beschichtens. Ziele des Beschichtens:– Erhöhung der Verschleißfestigkeit/Korrosionsbeständigkeit,– Verbesserung der Optik,– Ergänzung fehlenden Materials,– Aufbringung stromisolierender Schichten,– Verbesserung der Gleiteigenschaften,– Verbesserung der thermischen Beständigkeit,– etc.
- Beschreiben Sie kurz die Unterschiede zwischen Adhäsion, Chemisorbtion und Physio- sorbtion bei der Schichtabscheidung. Als Adhäsion werden die Wechselwirkungskräfte zwischen zwei festen Stoffen be-zeichnet. Nach der Schichtabscheidung wirken Adhäsionskräfte zwischen Schichtwerk-stoff und dem Substrat.Nach der Art der wirkenden Kräfte lässt sich die Adhäsion unterscheiden in Chemi-sorbtion und Physiosorption. Bei der Physiosorption entsteht die Wechselwirkung durch relativ schwache Nebenvalenzen, wie z. B. Wasserstoffbrückenbindungen. Sol-che Beschichtungsprozesse sind meist reversibel. Bei der Chemisorption hingegen ent-steht die Schichthaftung durch sehr viel stärkere Hauptvalenzen, wie z. B. Ionen- oder Atombindungen. Diese Beschichtungen sind i. d. R. irreversibel, das heißt die Schicht lässt sich nicht ohne Beschädigung oder bleibende Veränderung des Substrats entfernen.
- Nennen Sie je ein Verfahren, das folgende Mechanismen der Stoffeigenschaftsänderung K [8] nutzt: – Phasenänderung, -umwandlung, – Bildung von Versetzungen, – Änderung der Korngröße, – Diffusion, – Bildung von Mischkristallen. – Phasenänderung, -umwandlung: Härten, alle Diffusionsverfahren;– Bildung von Versetzungen: Verfestigen durch Umformen;– Änderung der Korngröße: Rekristallisationsglühen, Grobkornglühen;– Diffusion: Diffusionsglühen, Auf-, Abkohlen, Nitrieren, Carbonitrieren, Borieren etc.;– Bildung von Mischkristallen: Inchromieren, Ausscheidungshärten
- Was passiert beim Verfestigungsstrahlen? Mit welchem Ziel setzt man es ein? Durch Aufprall der auf das Werkstück geschleuderten Hartstoffpartikel werden Druck-eigenspannungen in den oberflächennahen Bereich eingebracht. Dadurch steigt die Härte. Man setzt das Verfahren ein, um Zugeigenspannungen aus vorhergehenden Fertigungsschritten und/oder Zugbetriebsspannungen zu kompensieren und dadurch die Schwingfestigkeit zu verbessern.
- Welchen Zweck haben das Erwärmen und das Abkühlen beim Härten von Stahlwerk- stoffen? Erwärmen: Austenitisieren des Werkstücks.Austenit bildet sich oberhalb der Austenitisierungstemperatur und liegt nur dort stabil vor.Abkühlen: Durch Abschrecken wandelt sich der Austenit in andere Gefügearten um. Welches Gefüge oder Gefügegemisch dabei entsteht, hängt von der Abkühlgeschwin-digkeit ab. Zum Härten ist Martensit erforderlich, der eine besonders hohe Abkühl-geschwindigkeit erfordert.
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- Erklären Sie den Unterschied zwischen Normalglühen und Rekristallisationsglühen. Durch Normalglühen wird der Gleichgewichtszustand bei Raumtemperatur wiederher-gestellt. Dabei wird das bestehende Gefüge umgewandelt. Eine Austenitisierung des Werkstücks sowie langsame Abkühlung sind erforderlich.Beim Rekristallisationsglühen entsteht kein neues Gefüge, lediglich die Körner werden neu gebildet und Versetzungen abgebaut. Dadurch erhält der Werkstoff seine Umform-barkeit wieder. Dies erfordert eine vorausgegangene Kaltverfestigung. Die Glühtempe-ratur liegt deutlich unter der Austenitisierungstemperatur.
- Wann wendet man Einsatzhärten an? Wie ist der Verfahrensablauf? Das Einsatzhärten setzt man ein, um Stähle mit einem geringen Kohlenstoffgehalt, der zum konventionellen Härten nicht ausreicht, im Bereich der Randschicht zu härten. Dazu muss zunächst der Randbereich des Werkstücks durch Aufkohlen (langes Glühen in Kohlenstoff abgebender Atmosphäre) mit Kohlenstoff angereichert werden. Das Werkstück wird aus der Aufkohlungswärme oder nach separatem Austenitisieren abge-schreckt und anschließend angelassen oder weiteren Diffusionsverfahren unterzogen, um die Gebrauchseigenschaften einzustellen.
- Welchen Sinn hat das Anlassen nach dem Härten? Nur gehärtet sind Bauteile sehr hart und spröde. Die Sprödigkeit lässt zwar hohe Druck-, aber nur geringe Zug- oder Torsionsbelastungen zu. Für den Einsatz oder die Weiterver-arbeitung brauchen Werkstücke zumeist auch eine gewisse Zähigkeit. Nach Erkalten des gehärteten Teils wird es erneut erwärmt (angelassen), wodurch sich ein gleich-gewichtsnäherer Zustand einstellt. Dabei sinkt die Härte, die Zähigkeit steigt
- Welchen Vorteil hat das thermomechanische Behandeln? Beim thermomechanischen Behandeln wird die Prozesswärme aus anderen Fertigungs-schritten (Warm-, Halbwarmumformung) für die Stoffeigenschaftsänderung genutzt. Dadurch erspart man sich häufig ein Abkühlen und erneutes Erwärmen und dadurch Fertigungszeit, Transportwege und Energie.
- Nennen Sie zwei Beispiele für die Herstellung von Karosserieteilen aus höherfesten und höchstfesten Stählen. Welche Verfestigungsmechanismen werden hierbei genutzt? Höherfeste Tiefziehteile lassen sich durch Verwendung sogenannter IP-Stähle (engl.: Induced Plasticity) herstellen. Diese Stahlsorten enthalten Restaustenit, der sich bei der Verformung im Tiefziehwerkzeug ganz oder teilweise in Martensit umwandelt. Höchstfeste Stähle lassen sich durch Formhärten herstellen. Hierbei wird das Bauteil auf die Austenitisierungstemperatur erhitzt und in der Tiefziehpresse oder unmittelbar nach dem Tiefziehen rasch abgekühlt. Durch das Abschrecken wandelt sich der Auste-nit in Martensit um.Der Verfestigungsmechanismus ist in beiden Fällen also eine martensitische Umwand-lung des Gefüges.