Kapitel 1 – Einführung

Werkstoffkunde I
Kapitel 1 – Einführung
Kurze Zusammenfassung:
Phasen sind homogen, mechanisch trennbare Teile eines Systems. Einphasig mit einem
Element homogen, zweiphasig oder mehrphasig mit zwei oder mehren Elementen heterogen.
Atomaufbau… Atome sind die kleinsten Teilchen, bestehen aus Protonen und Neutronen (+)
und Elektronen (-)
Metalle: 1-4 Valenzelektronen  leichte Abgabe wegen großem Abstand zum Kern. Gute
Leiter.
Nichtmetalle: 5-7 Valenzelektronen, näher am Kern, stärkere Bindung, nehmen Elektronen
auf. Es entstehen negativ geladene Ionen (Anionen). Nichtleiter.
Halbmetalle: Halbleiter
Kation: positiv geladenes Ion (Elektronendefizit)
Anion: negativ geladenes Ion (Elektronenüberschuss)
Ionengitter (durch Ionenbindung) Aus Natrium wird durch Abgabe des einzigen Elektrons
in der 3. Schale (Außenschale) ein Natrium-Ion, es ist positiv geladen. Dem Chlor fehlt in der
3. Schale (Außenschale) nur 1 Elektron, um diese Schale stabil zu machen. Nimmt es ein
Elektron auf, ist es negativ geladen, es ist jetzt ein Chlorion. Verschieden geladene Ionen
ziehen sich an und bilden eine Verbindung, die Ionenbindung.
Molekül- und Atomgitter (durch Elektronenpaarbindungen) Hier benutzen gleichartige
oder verschiedenartige Atome gleichzeitig Elektronen in ihrer Aussenschale z.B. zwei Atome
Wasserstoff verbinden sich zum Wasserstoffmolekül H + H = H² oder Wasser: H + H + O =
H²O oder Gase: Cl + Cl = Cl², O +O = O², N + N = N²
Entropie S: Maß für den Unordnungszustand eines Systems. (Festkörper geringe Entropie,
Gase haben eine hohe Entrpoie)
Isotope: sind Atome gleicher Kernladung, aber mit verschiedener Massenzahl
1.1)
Wie werden Metalle aufgrund ihrer Dichte eingeteilt?
-Leichtmetalle (Dichte<5kg/cm³) (Titan, Alu, Mag)
-Schwermetalle (Dichte>5kg/cm³) (Cu, Cr, Ni, Sn, Zn)
1.2)
Wie werden Metalle aufgrund ihrer chemischen Beständigkeit eingeteilt?
- edle Metalle, Bsp.: Gold, Silber, Platin.
- unedle Metalle, Bsp.: Cu, Zn, Mg.
1.3)
Wie werden Metalle aufgrund ihrer thermischen Eigenschaften eingeteilt?
- niedrig schmelzende Metalle ( T<1000°C )
- hochschmelzende Metalle ( 1000°C <T<2000°C )
- höchstschmelzende Metalle ( T>2000°C )
1.4)
Nennen Sie die kennzeichnenden Verbindungen:
a) der anorganischen nichtmetallischen Werkstoffe
alle keramischen Werkstoffe : Oxide, Nitride, Boride und seltene Carbide
b) der organischen Werkstoffe
Kohlenstoffverbindungen, wie Kunststoffe (Elastomere, Thermoplaste,
Duroplaste), Schmier und Kühlmittel
1.5)
Zu welchem Bindungstyp gehören folgende Werkstoffe?
a) Stahl
 Metallbindung
b) Aluminiumoxidkeramik
 Ionenbindung
c) Kunststoff
 Elektronenpaarbindung
1.6)
Warum streben Metalle eine Bindung an?
Weil sie nur wenige Außenelektronen (Valenzelektronen) besitzen, allerdings
Edelgaskonfiguration anstreben (da hier das niedrigste Energieniveau liegt). Jedes
Atom hat das Bestreben nach einem stabilen Edelgaszustand auf der Außenschale.
Metalle haben diesen Zustand nicht und versuchen sich deshalb zu binden.
1.7)
Wie verändert sich die Ladung der Atome durch Abgabe von Elektronen?
Es entsteht ein positiv geladenes Ion, ein Kation.
1.8)
Wie verhalten sich Valenzelektronen im Metallverband?
die Atome geben ihreValenzelektronen an den Metallverband ab, und bilden eine
sogenannte „Elektronengaswolke“.  Es entstehen so positiv geladene Atomrümpfe
und negativ geladenes „Elektronengas“
1.9)
Welche Kräfte wirken im Metallverband?
- anziehende Kräfte,
zwischen Elektronengas und Atomrümpfen
- abstoßende Kräfte,
zwischen den einzelnen Atomrümpfen
 dadurch stellt sich ein Gleichgewichtszustand ein, bei dem, bei einem bestimmten
Atomabstand r0 die abstoßenden und anziehenden Kräfte gleich groß sind, so dass
sie sich gerade aufheben.
1.10) Bei bestimmter Temperatur haben die Metallionen einen Abstand r0.
a) Wie verhalten sich anziehende und abstoßende Kräfte?
Sie befinden sich im Gleichgewicht
b) Wie verändert sich der Abstand r0, wenn Wärme zugeführt wird?
Durch Wärmezufuhr wird die Eigenschwingung der Atome gesteigert, womit sich
gleichzeitig auch der Atomabstand vergrößert.
1.11) Welchen Einfluss hat eine Erwärmung auf die anziehenden Kräfte der Teilchen,
bei welchen Fertigungsverfahren wird dies ausgenutzt?
Die Anziehungskräfte werden durch den vergrößerten Atomabstand geringer, was sich
wiederum günstig auf die Verformbarkeit auswirkt
 Einfluss wird bei allen Warmumformverfahren (z.B. Schmieden) ausgenutzt
1.12) Worauf beruht die hohe elektrische Leitfähigkeit der Metalle?
Sie beruht auf der freien Beweglichkeit der Valenzelektronen. Damit sie in ein anderes
Feld gelangen können, müssen sie einen anderen Energiezustand annehmen.
1.13) Beschreiben sie den Bohr`schen Atomaufbau am Bsp: 28 Ni (Nickel) .
Im Kern sind Protonen und Neutronen
Das Bohr`sche Atommodell besitzt
7 Schalen (K-Q) mit jeweils 2n²
Ladungen von Elementen. Da Nickel
Eine Aufenthaltswahrscheinlichkeit
In d hat und in der 4. Spalte im PSE
ist, liegt es auf der 3. Schale.
1.14) Was entnehmen sie der Elementbezeichnung 58 – 28 Ni
28 ist die Ordnungszahl / Protonenzahl
Ni ist das Elementsymbol (Abkürzung des Namens)
58 ist die relative Atommasse
1.15) Was versteht man unter Orbitalen und geben sie diese für Ni an.
Orbitale sind die Aufenthaltswahrscheinlichkeit der Elemente
Ni  1s² 2s²p 3s²p 4s²d
1.16) Wie ist das Periodensystem aufgebaut?
Es beschreibt 103 Elemente von denen 78 Metalle, 18 Nichtmetalle und 7
Halbmetalle. Es ist aufgeteilt in 8 Hauptgruppen und Nebengruppen und 7 Schalen.
Jede Hauptgruppe gibt die Gruppierung an, z.B. 1 Alkalimetalle (ausser H), 2
Erdalkalimetalle, 7 Halogene, 8 Edelgase. Orbitale.
1.17) Welche Eigenschaften lassen sich aus dem Periodensystem ableiten?
Ob ein Element leitend ist oder nicht, wie die relative Atommasse ist, die
Aufenthaltswahrscheinlichkeit lässt sich ableiten, Atomradius und Schmelztemperatur
1.18) Was versteht man unter der Hundschen`Regel?
Sie besagt, dass entartete Orbitale so besetzt werden, dass die größtmögliche Anzahl
ungepaarter Elektronen auftritt, d.h. diese Orbitale werden zunächst einfach besetzt.
1.19) Was sind Haupt- und Nebengruppen?
Hauptgruppen sind die wichtigen Elemente sie werden in römische Ziffern
geschrieben sind von s bis p Orbitalen, kommen auf acht Elektronen und
Nebengruppen sind die Übergangsmetalle die werden in arabischen Ziffern
geschrieben sind d Orbitale
1.20) Was sind Edelgase?
Helium, Neon, Argon,… sind alles Nichtmetalle mit kfz Gitter
1.21) Was sind Edelmetalle?
Sie stehen in den nebengruppen und sind die teuersten Metalle und binden sich ganz
schlecht. Haben die größte Dichte.
Kapitel 2 - Grundlagen der Metallkunde
Kurze Zusammenfassung:
Kristalle sind freiwachsende Körper, die von ebenen Flächen begrenzt sind.
Kräfte bei Metallverbindungen:
Kristallgitter ist beschrieben durch Gitterzellen und Elementarzellen.
2.1)
Was verstehen Sie unter dem Begriff „Elementarzelle“ eines Kristallgitters?
Eine Elementarzelle ist das kleinstmögliche, regelmäßige Element einer
Kristallstruktur, das sich in allen drei Richtungen des Kristallgitters wiederholt.
2.2)
Nennen und zeichnen Sie die drei wichtigsten Kristallgittertypen der Metalle.
a) kubisch-flächenzentriert
b) kubisch-raumzentriert
c) hexagonal-dichttest-gepackt
2.3)
Welche wichtigen mechanischen Eigenschaften der Metalle hängen vom
Kristallgittertyp ab?
Verformbarkeit, Zähigkeit, Festigkeit...?
2.4)
a) Was haben das kubisch-flächenzentrierte und das hexagonal-dichttestgepackte Kristallgitter gemeinsam?
Sie haben die gleiche Packungsdichte, da die kfz-Elementarzelle hexagonale
Gitterebenen enthält
b) Wodurch unterscheiden sich das kubisch- flächenzentrierte und das
hexagonal-dichttest-gepackte Kristallgitter?
Durch die unterschiedliche Stapelfolge der Gitterschichten (hdp:ABAB;
kfz:ABCABC)
2.5)
Was versteht man unter den Begriffen Polymorphie, bzw. Allotropie ?
Unter Allotropie, bzw. Polymorphie versteht man das Auftreten eines Stoffes in
verschiedenen Gittertypen in Abhängigkeit von Druck und Temperatur
Allotropie (bei Elementen)  Ineinander-Umwandelbarkeit
Polymorphie (bei Verbindungen)  Vielgestaltigkeit
2.6)
Wie sind amorphe Stoffe aufgebaut?
Amorphen Stoffen fehlt der kristalline Aufbau, d.h. die Atome oder Moleküle sind
vollkommen ungeordnet. Amorph sind z.B. alle Flüssigkeiten, Glas und zum Teil auch
Kunststoffe.
2.7)
Erläutern Sie den Begriff Gefüge.
Zusammenfügung aus vielen Kristalliten (Körnern). Gefüge besteht aus Körnern, die
durch Krongrenzen getrennt sind.
2.8)
Erläutern Sie den Begriff Quasiisotropie.
Werkstück mit „unendlich“ vielen Kristalliten mit „unendlich“ vielen Gitterlagen.
Die Gefügeeigenschaften sind scheinbar isotrop, also nicht richtungsabhängig
(Vielkristalle)
2.9)
Wie entstehen Texturen in Metallen?
Gleichrichtung der Kristallachsen führt zu anisotropen (richtungsabhängigem)
Verhalten der Werkstoffe, und bildet sich bei
- der Erstarrung (z.B. Stengelkristalle senkrecht zu Gusswänden oder
Schweißnähten)
- der Umformung (z.B. Zeilengefüge in Walzrichtung)
2.10) Skizzieren und beschreiben Sie punktförmige Gitterfehler.
a) Leerstellen
- sind Gitterplätze ohne Atom
- nehmen mit steigender Temperatur zu
b) Zwischengitteratome
- sind zusätzliche Atome, die sich nicht auf Gitterplätzen, sondern zwischen Ihnen
befinden
c) Fremdatome
- nehmen Gitterplätze oder Zwischengitterplätze ein, und werden unterteilt in
i)
Austauschatome (Auf Gitterplätzen der Wirtsgitteratome – z.B. Cr + Ni
im Fe-Gitter )
ii)
Einlagerungsatome (zwischen den Gitterplätzen des Wirtsgitters – z.B.
C und N im Fe-Gitter )
2.11) a) Welche Versetzungsarten kennen Sie?
- Stufenversetzung, Schraubenversetzung, Kantenversetzung
b) Skizzieren Sie zwei Stufenversetzungen mit „ungleichen Vorzeichen“, die sich
gegenseitig auslöschen.
2.12) Beschreiben Sie kurz die flächenförmigen Gitterfehler.
- Korngrenzen (Großwinkelkorngrenzen)
Die Korngrenze ist eine Übergangszone zwischen zwei verschieden orientierten
Kristallen. Da sich die Bindungskräfte der Atome an der Kristalloberfläche anders
verteilen als im Kristallinneren, sind dort die Atome in anderen Abständen
angeordnet  erhöhte Oberflächenenergie.
-
Kleinwinkelkorngrenzen (Subkorngrenzen)
 liegen innerhalb eines Korns
 bilden Subkörner
 haben einen geringeren Orientierungsunterschied zueinander (<10°) als
Großwinkelkorngrenzen
 entstehen bei erhöhten Temperaturen in Versetzungsreichen Kristalliten
 Stufenversetzungen bilden durch ihre Anordnung Kippgrenzen
 Schraubenversetzungen bilden Drehgrenzen
-
Stapelfehler
 entstehen durch Aufspaltung einer Versetzung in zwei Teilversetzungen
 z.B. im Kfz-Gitter ABCAB_ABC.
-
Zwillingsgrenzen
 entstehen durch spiegelbildliches umklappen von Gitterebenen beim
Erstarren oder bei Kaltumformung.
2.13) Wie vollzieht sich die plastische Verformung im Metall?
Plastische Verformung vollzieht sich im Idealkristall...
 durch Abgleiten von Atomschichten (Translation)
 auf den Gleitebenen dichtester Atompackung
 in den Richtungen mit dichtester Atompackung
2.14) Wie berechnet man die Gleitmöglichkeiten eines Kristallgitters?
Anzahl der Gleitmöglichkeiten = Anzahl der Gleitebenen * Anzahl der
Gleitrichtungen
2.15) a) Skizzieren Sie die Elementarzelle des kfz- und des krz-Gitters
b) Zeichnen Sie jeweils eine Gleitebene und die Gleitrichtung ein
2.16) Welcher Gitterfehler spielt bei der plastischen Verformung eine besondere Rolle?
Das „Klettern“ von Versetzungen durch Leerstellen
2.17) Nennen Sie die Verfestigungsmechanismen in metallischen Werkstoffen.
 Mischkristallhärtung
 Kaltverfestigung
 Korngrenzenhärtung
 Ausscheidungshärtung
 (Gitterfehler  Behinderung von Versetzungsbewegung  Anstieg von
Festigkeit und Härte)
2.18) Was versteht man unter Feinkornhärtung?
Da bei feinkörnigem Gefüge eine höhere Wahrscheinlichkeit gegeben ist, auf günstige
Gleitebenen zu treffen, nimmt hier die Festigkeit und die Verformbarkeit zu.
2.19) a) Was ist Diffusion?
Thermisch aktivierte Wanderung von Atomen und Ionen im Raumgitter über mehr als
einen Atomabstand.
b) Nennen Sie Voraussetzungen für Diffusion.
Treibende Kräfte für Diffusion können sein :
 Konzentrationsunterschiede im Kristallgitter
 Ausscheidungsbestreben zwangsgelöster Atome
i.d.R. thermisch aktiviert, da durch erhöhte Temperatur
 größere Schwingungen auftreten und
 eine höhere Leerstellendichte herrscht.
2.20) a) Welche Unterschiede bestehen bei einer Wärmebehandlung zwischen
Erholung und Rekristallation ?
Erholung:
Treibende Kraft Verzerrungsenergie der Gitterfehler
Glühen bei T>0,3Ts führt zum Abbau von Spannungen:
 Kornform und –Größe des Verformungsgefüges bleiben erhalten
 Die Versetzungsdichte nimmt nur geringfügig ab
 Härte und Festigkeit sinken nur wenig
Rekristallation:
Treibende Kraft Verzerrungsenergie der Versetzungen
Glühen bei T>0,4Ts führt im Anschluss an eine Erholung mit Subkornbildung zur
Umkristallation des versetzungsreichen Verformungsgefüges in ein versetzungsarmes
Gefüge mit neuer Kornform, -größe und –orientierung.
b) Was ist die treibende Kraft für Kornwachstum?
Die Verminderung der in den Korngrenzen des feinkörnig kristallisierten Gefüge
gespeicherten Grenzflächenenergie, durch Reduzierung des Flächenanteils und der
Krümmung.
c) Wie erzielt man bei der Rekristallisation feinkörnige Gefüge?
Werden erzielt durch:
 hohen Verformungsgrad
 niedrige Glühtemperatur
 niedrige Glühzeit
 Behinderung des Kornwachstums durch feinverteilte Ausscheidungen
Kapitel 3 – Phasenumwandlungen
3.1)
Warum werden als technische Werkstoffe vor allem Legierungen eingesetzt?
Weil Sie bessere Material-Eigenschaften und vielseitiger einsetzbar sind, als reine
Metalle. Da man sie gewünscht zusammenfügen kann.
3.2)
Was versteht man unter den Komponenten einer Legierung?
Als Komponenten bezeichnet man die einzelnen Legierungselemente aus welchen eine
Legierung besteht
3.3)
Erklären Sie den Unterschied zwischen Stoffgemengen und chemischen
Verbindungen
Stoffgemenge: lassen sich in beliebigen Massenmengen mischen
Chemische Verbindung: Massenverhältnis ist von der chemischen Affinität der
Komponenten abhängig, d.h. sie lassen sich nicht in beliebiger Massenmenge mischen
3.4)
Was verstehen sie unter den Phasen einer Legierung?
Phase: Ein in sich homogener Bereich mit konstanter chemischen Zusammensetzung
und atomarer Struktur: Kristallart/ Schmelze/ Gas. Homogen, einheitliches Gefüge.
3.5)
Welche Unterschiede sind aus den Abkühlungskurven von Reinmetall, Legierung
und amorphem Stoff zu erkennen? Erklären Sie die Unterschiede.
Reine Metalle: Kurven weisen einen Schmelz- und einen Erstarrungspunkt auf
Legierungen: Die Abkühlkurven weisen Knickpunkte auf
Amorphe Stoffe: Die Abkühlkurven weisen weder Halte- noch Knickpunkte auf
3.6)
Nennen Sie 3 Bedingungen, unter denen Legierungen Mischkristalle aufbauen.
Legierungen bauen Mischkristalle auf, wenn die Bedingung für unbegrenzte
Mischbarkeit (Löslichkeit) erfüllt werden:
- Unterschiede zwischen den Atomradien <14%
- Gleicher Gittertyp
- Leiche Wertigkeiten (Anzahl Valenzelektronen)
3.7)
Erklären Sie die Liquidus- und Soliduslinie eines Zweistoffsystems.
Liquiduslinie: Oberhalb dieser Temperaturlinie sind alle Legierungselemente flüssig.
Soliduslinie : unterhalb dieser Temperaturlinie sind alle Legierungselemente
vollkommen fest
3.8)
Aufgrund welcher Bedingungen lassen sich in 2-Phasengebieten die
Massenanteile der Phasen ermitteln?
Die Zusammensetzung der Phasen bei T=konstant lässt sich direkt auf der
Konzentrationsachse im Diagramm ablesen („Hebelarmbeziehung/-gesetz“).
Schnittpunkte der Konode mit der
 Liquiduslinie  Zusammensetzung der Schmelze
 Soliduslinie  Zusammensetzung der Kristalle
3.9)
Berechnen Sie die Kristall- und Schmelzeanteile der Legierung L in Bild 3.18 für
T1 und T2.
Siehe Script
3.10) Wodurch entstehen Kristallseigerungen?
Durch schnelle Abkühlgeschwindigkeiten entstehen Kristallseigerungen mit
Konzentrationsunterschieden vom Kern zum Rand, da kein Diffussionsausgleich
möglich ist  Zonenmischkristalle
3.11) Berechnen Sie für das in Bild 3.15 gegebene Zustandsschaubild die bei den
Temperaturen T1 und T2 vorliegenden Kristall- und Schmelzeanteile.
Siehe Script
3.12) a) Wie lautet die eutektische Reaktion für ein Legierungssystem A-B mit
vollständiger Unlöslichkeit im festen Zustand?
Te  kons tan t
Se 
 4  5
b) Wie lautet Sie für ein System mit beschränkter Löslichkeit im festen Zustand?
Te  kons tan t
Se 
A B
3.13) a) Zeichnen Sie das Zustandschaubild eines eutektischen Systems mit begrenzter
Löslichkeit im festen Zustand
Siehe Script S.61 Kap.:3.4.3.1
b) Bezeichnen Sie die Linien des Schaubilds.
Siehe Script S.61 Kap.:3.4.3.1
c) Skizzieren Sie die bei Raumtemperatur vorliegenden unterschiedlichen
Gefüge.
Siehe Script S.61 Kap.:3.4.3.1
3.14) a) Wie wird der Höchstwert für die Löslichkeit einer Komponente in der anderen
genannt?
Löslichkeitsgrenze (Sättigungskonzentration)
b) Wovon ist die Löslichkeit abhängig?
Von der
 Temperatur
 Kristalliner Aufbau / Gitterart
 ...?
3.15) Was geschieht bei langsamer Abkühlung, wenn die Sättigungskonzentration bei
Raumtemperatur überschritten wird?
Die Löslichkeit sinkt und es findet eine Ausscheidung von Sekundärkristallen statt
3.16) a)
b)
Wie lautet die perlitische Reaktion für ein Legierungssystem A-B mit
beschränkter Löslichkeit im festen Zustand?
Te kons tan t
S p   

Welche Phasen werden dabei umgesetzt?
?
3.17) Welche Merkmale haben intermetallische Phasen?
 neue, eigene Gitterstruktur
 Einbau der Legierungsatome im Verhältnis m:n
 m:n ist ein Mittelwert der Atomverhältnisse (keine Molekül-, sondern
Kristallbildung
3.18) Was ist eine eutektoide Umwandlung?
Phasenumwandlung im festen Zustand, bei der ein einphasiger MK-Eutektoid in ein
zweiphasiges Kristallgemisch zerfällt:     
3.19) Nennen Sie Phasenumwandlungen im festen Zustand
a)
mit und
 Eutektoide Umwandlung
 Ausscheidung von Sekundärkristalliten
b)
ohne Konzentrationsänderung.
 Allotrope Gitterumwandlung
 Martensitbildung
 Rekristallation
 Kornwachstum
Kapitel 4 – Eisen und Eisenlegierungen
4.1)
a) Skizzieren Sie das Zustandschaubild für das metastabile System EisenKohlenstoff
Siehe Script Diagramm S.70
4.2)
Skizzieren und erklären Sie die eutektoide Perlitbildung
Siehe Script S.73
4.3)
Skizzieren Sie die Gefüge einer Fe-C Legierung mit 0,4% C und geben Sie
jeweils die metallographischen Bezeichnungen der Gefügebestandteile an
a) bei 1000°C
-Mk, C
b) bei 800°C
-Mk, Ausscheidung von Ferrit
c) bei 600°C
Ferrit und Perlit
(Skizzen Sie Script S.73)
4.4)
Welche Phasenumwandlungen durchläuft eine Fe-C Legierung mit 4,3% C
zwischen Schmelze und Raumtemperatur? Nennen Sie
- die Umwandlungstemperaturen
- die Gefügenamen und
- die metallographischen Bezeichnungen der Phasen
T > 1150°C
 Schmelze
T < 1150°C bis T> 723°C  -Mk und Fe3C (Austenit + _Zementit =Ledeburit I)
T < 723°C bis 20°C
 -Mk und Fe3C (Perlit + Zementit =Ledeburit II)
4.5)
a) Berechnen Sie für eine Fe-C Legierung mit 4,5% C die bei eutektischer
Temperatur vorliegenden Gefügeanteile.
?
b) Berechnen Sie für eine Fe-C Legierung mit 0,6% C die bei eutektischer
Temperatur vorliegenden Gefügeanteile.
?
4.6)
Welche Funktion hat Koks im Hochofen?
 Brennstoff zur Erzeugung der Schmelztemperatur
 Erzeugung von CO als Reduktionsmittel
 Als C-Lieferant
 Stützwirkung
4.7)
4.8)
Welche Reaktionen laufen im Hochofen ab? (Stichworte)
 Verbrennung von Koks zu C02
 CO-Bindung gemäß der Boudouardreaktion
 Reduktion des Eisenerzes in Stufen
 Aufkohlung von Fe auf ca. 4%
 Aufschmelzen von Fe
 Überführung der Gangart in Schlacke und Abscheidung
a) Welche grundsätzlichen Verfahren dienen der Stahlherstellung?
Konverterverfahren, Elektrostrahlverfahren
b) Welche Stähle können mit welchem Verfahren hergestellt werden?
Konverterverfahren:
 niedrig und unlegierte Stähle
Elektrostahlverfahren:
 hochlegierte Stähle
 sonstige Stahlsorten
4.9)
Wie wird bei der Stahlerzeugung der überschüssige Kohlenstoffgehalt aus dem
Roheisen entfernt?
Durch Frischen (Einblasen von Sauerstoff in die Schmelze)
4.10) Warum wird Stahl beruhigt?
Durch „unberuhigtes“ Vergießen von Stahl bilden sich Sauerstoffblasen in der
Schmelze, welche wiederum zu
 Porenbildung
 Badunruhe und
 ungleichmäßige Verteilung der Legierungselemente
führt. Deshalb wird stahl meist beruhigt vergossen.
4.11) Welche Vorteile hat der Strangguss im Vergleich zum Blockguss? Begründen Sie
diese.
 Ausbringung um 10 bis 15% höher, da weniger „Kopf“-und „Fußschrott“
 Feinkörnige Gefüge durch hohe Abkühlgeschwindigkeiten
 Energieeinsparung durch Weiterwalzen in einer Hitze
 Verringerung der Umformarbeit durch
 endabmessungsnahes Gießen (50mm)
 Gießwalzen (wenige mm)
4.12) Welche Gussfehler können beim Erstarren von Stahl entstehen? Beschreiben Sie
ihre Entstehung in Stichworten.
 Stängelige Strukturen (durch ungleichmäßige Abkühlung vom Rand zum
Kern)
 Seigerungen (Entstehen durch Entmischen der Schmelze bei der
Erstarrung)
 Lunker (durch Volumenschwund beim kristallieren und Abkühlen)
Kapitel 5 – Wärmebehandlung von Eisen und Stahl
5.1) Welche physikalische Eigenschaften der Legierung Fe-C ermöglichen die
Gefügeumwandlung der Stähle im festen Zustand?
5.2) Beantworten sie folgende Fragen jeweils für die Ihnen bekannten Glühverfahren zur
Wärmebehandlung der Stähle:
a) Welchem Zweck dient das Verfahren?
b) Auf welche Temperaturen wird erwärmt?
c) Welche Haltezeiten werden angewandt?
d) Wie muss die Abkühlung verlaufen?
e) Nennen sie Anwendungsbeispiele.
5.3) Was ist Martensit und wie entsteht er (Skizze des kfz-Gitters) ?
5.4) a) Welche Arbeitsschritte sind zum Härten notwendig?
b) Wie können unterschiedliche Abkühlgeschwindigkeiten realisiert werden?
5.5) Auf welchen Mechanismus beruht die Randschickthärtung beim Flamm- und
Einsatzhärten sowie beim Nitrieren?
5.6) Welche Unterschiede bestehen zwischen dem Vergüten und Härten?
5.7) Was versteht man unter Aufhärtbarkeit und Einhärtbarkeit?
5.8) Wie wirken Legierungselemente auf das Härten?
5.9) Wie wird die Härtung und Einhärtung geprüft?
5.10) Durch welche Faktoren wird die Abschreckwirkung beeinflusst?
5.11) Was passiert beim Anlassen?
5.12) Wie erreiche ich maximale Härte?
5.13) Wie erreiche ich maximale Einhärtetiefe?
5.14) Wie erreiche ich eine hohe Zähigkeit?
5.15) Was versteht man unter Perlitstufe, Bainitstufe und Martensitstufe und wie werden sie
erreicht?
5.16) Beschreiben sie das Warmbadhärten.
5.17) Beschreiben sie den Stirnabschreckversuch.
5.18) Vergleichen sie das Einsatzhärten mit dem Nitrieren.
5.19) Was sind ZTU- Schaubilder und welche Aussagen erhält man?