Karteikarten Fragenkatalog Kap 2 - FSMB

Welche Grundtypen eines Gussgefüges
kennen Sie?
Grundtypen von Gussgefügen:
(a) gerichtet dendritisch,
(b) ungerichtet dendritisch,
(c) gleichachsig globulitisch
Wovon hängt die Fließfähigkeit von
Schmelzen ab?
Fließfähigkeit von Schmelzen hängt ab von:
• Viskosität
• Oberflächenspannung
• Partikel in der Schmelze
• Erstarrungsart, Erstarrungsintervall
• geometrische Gestalt der Form
• Überhitzung der Schmelze
• Formwandbeschaffenheit
• Gießgeschwindigkeit
• Wärmeübertragung zur Form
Wodurch kann die Schrumpfporosität des
Gusswerkstoffes beeinflusst bzw.
vermieden werden?
Vermeidung von Schrumpfporosität durch:
• hohe Drücke
• richtige Auslegung der Gussform, Vermeidung von Materialanhäufungen
• durch Chills (Abschreckungsplatten) an Materialanhäufungen
• Entgasung
Wie werden Gießverfahren eingeteilt?
Nennen Sie dazu einige Beispiele!
Legierungen welcher Metalle werden
vorrangig durch Druckguss hergestellt?
Niedrigschmelzende Metalle, z.B.:
• Aluminium
• Zink
• Magnesium
• Zinn
Was versteht man unter Verbundguss?
Nennen Sie ein Anwendungsbeispiel!
Verbundguss:
Kombination von zwei Metallen (Legierungen)
Bsp.:
• Grauguss mit Al-Legierung umgossen
• Al-Legierung und Mg-Legierung (z.B. Motorblock)
• Walzen mit Eisenkern und Edelstahloberfläche
Welche Vorteile hat Sandguss?
Vorteile von Sandguss:
• Herstellen von Teilen mit komplexen Geometrien
• verschiedene Materialquerschnitte möglich
• Hinterschneidungen möglich
• geringe Investitionskosten
• mäßige Stückkosten
• keine Beschränkung bez. Masse oder Material
Nennen Sie mindestens 2 Möglichkeiten um
heterogene Keimbildung beim Kokillenguss zu
fördern.
Förderung heterogener Keimbildung durch:
• Erhöhung der Keimzahl
• Erhöhung der Abkühlgeschwindigkeit
• Zugabe von Fremdkristallen
Die Ursache für die Erstarrung einer Schmelze durch
Kristallisation in Form von Dendriten (Tannenbäumen)...
□ ... ist energetischer Natur (Minimierung der Phasengrenzfläche).
□ ... sind Instabilitäten der Erstarrungsfront durch
Konzentrationsschwankungen in der Schmelze.
□ ... ist die Kristallstruktur des erstarrenden Festkörpers.
□ ... ist energetischer Natur (Minimierung der Phasengrenzfläche).
□ ... sind Instabilitäten der Erstarrungsfront durch
Konzentrationsschwankungen in der Schmelze.
□x ... ist die Kristallstruktur des erstarrenden Festkörpers.
Dendriten entstehen bei der Kristallisation einer
übersättigten Gasphase oder Schmelze, wenn die
Kristallstruktur bevorzugte Wachstumsrichtungen aufweist.
Erläutern Sie mindestens zwei
unterschiedliche Arten von Seigerungen, die
beim Gießen von Bauteilen entstehen.
Mikroseigerung:
• Kristallseigerung: Durch Konzentrationsunterschiede bei der Bildung von
Mischkristallen kommt es zur Entstehung von Mikro- oder Kristallseigerungen. Dieser
Konzentrationsunterschied wird bei sehr langsamer Erstarrung durch
Diffusionsvorgänge wieder ausgeglichen. Bei der technischen Erstarrung, d. h. bei der
nicht gleichgewichtsnahen Erstarrung, ist der Konzentrationsausgleich durch Diffusion
auf Grund der zu schnellen Abkühlung nicht möglich
Makroseigerung:
• Blockseigerung: Entmischungen im gesamten Gussstück. Es handelt sich dabei um
den gleichen Vorgang wie bei der Kristallseigerung, jedoch im größeren Maßstab bei
der Erstarrung eines Gussblockes. Da die Löslichkeit von Verunreinigungen im
Festkörper geringer ist als in der Schmelze, sammeln sie sich in der Restschmelze. Weil
die Schmelze von außen nach innen erstarrt, ist die als letztes erstarrende
Gussstückmitte somit übersättigt mit den typischen
Begleitelementen Kohlenstoff, Phosphor, Schwefel.
• Schwerkraftseigerung: Die Schwerkraftseigerung tritt häufig bei Blei- und WolframLegierungen auf. Hier erfolgt das Entmischen durch die unterschiedliche Dichte der
Legierungsbestandteile. Ihr kann nur entgegengewirkt werden, indem die Gussform
samt Schmelze während der Erstarrung langsam rotiert.
Beurteilen Sie die Korrektheit der folgenden
Aussagen zum Sandguss.
x
x
x
x
Wie lautet die Bernoulli-Gleichung, wenn
Reibungsverluste vernachlässigt werden
können?
Bernoulli-Gleichung:
(wenn Reibung vernachlässigt)
Reynolds-Zahlen in welcher Größenordnung
werden beim Gießen noch akzeptiert?
Reynolds-Zahl:
Wie lautet die Chvorinov-Beziehung, und
was sagt sie aus?
Chvorinov-Beziehung:
t… Erstarrungszeit
V… Volumen
A… Oberfläche
C… Konstante
n ~ 1,5 - 2
Die Regel von Chvorinov gibt den Zusammenhang zwischen
der Erstarrungszeit eines Gussstückes in der Form und dessen
Volums- bzw. Oberflächenabmessungen wieder.
Ordnen Sie die folgenden Geometrien gleichen Volumeninhalts
hinsichtlich der notwendigen Erstarrungszeit eines in dieser Form
gegossenen Massivkörpers (1=kurz, 3=lang).
Kugel
Würfel
Zylinder
Kugel
Würfel
Zylinder
3
1
2
Nennen Sie jeweils 2 Gießverfahren mit
verlorenen Formen und mit Dauerformen.
Verlorene Form:
• Wachsausschmelzverfahren (Feinguss)
• Lost-Foam-Verfahren (Vollformguss)
• Sandguss
Dauerform:
• Kokillenguss
• Druckguss
• Schleuderguss
Wofür eignet sich das Schleudergussverfahren,
und wie läuft es ab?
Schleuderguss eignet sich zur Herstellung von
Hohlkörpern mit zylindrischer Innenkontur, wie z.B.
Rohre, Büchsen
Worin unterscheiden sich Sand- und
Schwenkguss?
Schwenkguss (Schalenguss) hat ein besseres Gefüge
(schnellere Abkühlung) und eine bessere
Oberflächenqualität als Sandguss.
Wie wirkt sich die unterschiedliche Löslichkeit
von Gasen in Schmelzen und Festkörpern auf die
Qualität von Gussbauteilen aus?
Beim Übergang zum Festkörper entsteht Gas das im
Bauteil eingeschlossen werden kann. Unerwünschte
Porosität verschlechtert die Festigkeit deutlich.
Die beiden im Folgenden abgebildeten Bauteile sind in
unterschiedlichen Gießverfahren hergestellt worden.
Ordnen Sie diese den Verfahren Feinguss bzw. Sandguss zu.
Feinguss
Deutlich feineres Gefüge
-> bessere mechanische
Eigenschaften
Sandguss
Warum entwickelt sich im Feinguss gegenüber
dem Sandguss ein viel feineres Gefüge?
Beim Feinguss kann das Bauteil schneller gekühlt
werden, die Keimbildungsrate steigt.
Warum verjüngt sich die Kokille beim
Strangguss?
Durch die thermische Schrumpfung des
Festkörpers muss die Kokillenform entsprechend
angepasst werden.
Was passiert, wenn es beim Kokillenguss
zu einer Ablösung des Gusswerkstoffs von
der Kokille kommt?
Bildung von Porosität und Lunkern, aufgrund der
Belüftung der Schmelze.
Wozu wird in Stranggussanlagen die sog.
Kokillenoszillation eingestellt?
Damit der Strang sich von der Kokille löst und
abgezogen werden kann.
Im Druckguss verarbeitet man i.d.R.
□ nieder□ hochschmelzende
Legierungen.
Im Druckguss verarbeitet man i. d. R.
niederschmelzende Legierungen.
Erläutern Sie das sog. Thixogießen.
Thixogießen:
Variante des Druckgießenverfahrens, Werkstoff liegt allerdings im 2Phasengebiet aus Schmelze und Kristall -> breiartige Schmelze
(hoher Druck bewirkt flüssigkeitsähnliches Verhalten)
Voraussetzung ist spezielles Vormaterial mit feinkörnigem,
globulitischem Gefüge.
Produkt hat sehr hohe mechanische Eigenschaften, ist besonders Dicht
und ohne Poren. Hauptsächlich für Al- und Mg-Legierungen
Wodurch unterscheiden sich Rheo- und
Thixogießen?
„Semi-Solid Material“ wird beim Rheo-Gießen direkt
aus der Schmelze hergestellt, während beim
Thixogießen spezielles Vormaterial benötigt wird.
Erläutern Sie ein Verfahren zur
Einkristallherstellung (Name & Vorgehen).
Zonen-Schmelzverfahren (nach Bridgeman):
Ein Polykristall wird gedreht und eine
Induktionsspule von unten nach oben
bewegt. Fremdelemente reichern sich in der
Schmelze an, an der Unterseite entsteht ein
Einkristall
Czochralski-Verfahren:
Extraktion aus der Schmelze mit
einem Impfkristall
Wozu dient die sog. Abschnürzone bei der
Herstellung von Turbinenschaufeln, und wie
sieht sie aus?
Helixförmige Abschnürzone dient dazu einen einzelnen Kristall zu
isolieren.
Wodurch zeichnen sich im Schmelzspinnverfahren
hergestellte Metallbänder aus? (Geometrie,
Kristallographie, Anwendung)
Schmelze erstarrt amorph („metallische Gläser“), da sehr hohe
Abkühlraten erreicht werden.
Metallbänder können sehr dünn hergestellt werden,
Anwendungsbsp.: Transformatorkerne
Nennen Sie Methoden zur Vermeidung von
Schrumpfporosität.
Vermeidung von Porosität durch:
• Chills: innen- und außenliegende Metallplatten, die
Wärmeübertragung (und somit Erstarrung) dort beschleunigen,
wo sich Materialanhäufungen befinden
• geeignete Konstruktion: Vermeiden von Materialanhäufungen
Warum werden Anstrengungen zum Entgasen der
Schmelze unternommen? Nennen Sie ein
gängiges Verfahren zur Entgasung.
Gas in der Schmelze verursacht Porosität.
Entgasung durch:
• Beaufschlagung der Schmelze mit Vakuum
• Spülgaseinbringung