Klausur Werkstofftechnologie II am

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Regina Wetzel
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1 Prof. Dr.-Ing. K. Stiebler Fachbereich MMEW FH Gießen-Friedberg Name: Matr.-Nr.: Studiengang: Punktzahl: Note: Klausur Werkstofftechnologie II am Achtung: Studierende der Studiengänge EST und TGA müssen ein Zusatzblatt mit Aufgaben zur Technologie bearbeiten! Zeit: 90 min für alle Teilnehmer/-innen I. Aufgabe (insgesamt 36 Punkte) Gegeben ist die Stahlecke des Eisen-Kohlenstoff-Systems: 1. Ein Stahl mit 0,45 % Kohlenstoff wird aus dem Austenitgebiet von 900 o C auf Raumtemperatur abgekühlt. Kennzeichnen Sie diesen Stahl im Diagramm und beschreiben Sie den Abkühlverlauf:

2 2. Skizzieren Sie das Gefüge des Stahls mit 0,45 % C. Achten Sie dabei auch auf den ungefähren Anteil der auftretenden Gefügebestandteile: 3. Der Stahl mit 0,45 % C soll normalgeglüht werden. Kennzeichnen Sie die Austenitisierungstemperatur in obigem Diagramm und lesen Sie sie ab: T =... C 4. Warum ist das Fe-C-Diagramm bei 600 C abgeschnitten? a) Wie bezeichnet man die intermediäre Verbindung Fe 3 C auch?... b) Nennen Sie die typische Eigenschaft der intermediären Verbindung Fe 3 C? a) Welches Gitter hat die Phase α-mk (oder Ferrit)?... b) Was ergibt sich daraus für die (max.) Löslichkeit des Kohlenstoffs? a) Welches Gitter hat die Phase γ-mk (oder Austenit)?... b) Was ergibt sich daraus bezüglich der Umformbarkeit: a) Der Stahl mit 0,45 % C wird durch schroffes Abschrecken gehärtet. Welcher Gefügebestandteil, der im obigen Zustandsdiagramm nicht auftaucht, entsteht dabei?... b) Welches Abschreckmittel wählen Sie?... 2

3 9. Eine Welle von 60 mm Durchmesser aus dem oben genannten Stahl wird gehärtet. a) Was können Sie zur Einhärtbarkeit sagen?... b) Welche Gefügeanteile liegen in der Wellenmitte vor? Wie wird ein unlegierter Stahl mit 0,45 % Kohlenstoff nach Norm bezeichnet?... II. Aufgabe: (insgesamt 28 Punkte) 1. Was versteht man unter Kriechen? Gegeben ist die Kriechkurve 1 für die Spannung σ 1 und die Temperatur T 1 : ε pl 1 log t a) Kennzeichnen Sie einen vernünftigen Bereich für die Lebensdauer. b) Zeichnen Sie eine Kriechkurve 2 ein, für die gilt: σ 2 < σ 1 und T 2 = T 1. c) Zeichnen Sie eine Kriechkurve 3 ein, für die gilt: σ 3 = σ 1 und T 3 > T 1. d) Zeichnen Sie eine Kurve 4 ein, für die gilt: σ 4 = σ 1 und T 4 << 0,4 T S. 3. Blei hat eine Schmelztemperatur von T S = 327 o C. Ab etwa welcher Temperatur muss mit Kriechen gerechnet werden? (Lösungsweg der Berechnung muss erkennbar sein!). 3

4 4. Ein wichtiger Kriechmechanismus ist das Gleiten von Versetzungen. Welche metallurgischen Möglichkeiten zur Verringerung der Kriechgeschwindigkeit bzw. Steigerung der Kriechfestigkeit sind besonders wirkungsvoll? a) Wie bezeichnet man die Stahlgruppe, die sich durch einen erhöhten Kriechwiderstand bei höherer Temperatur auszeichnet und somit z.b. im Kraftwerksbau Verwendung findet?... b) Zwei dieser Stähle sind im folgenden aufgeführt. Geben Sie die chem. Zusammensetzung an. 13 CrMo 4-4: X20 CrMoV 12-1: Einer der unter 5b) genannten Stähle zeichnet sich außerdem durch eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit aus: a) Welcher?... b) Warum?... III. Aufgabe: (insgesamt 18 Punkte) 1. Das T - p - Zustandsdiagramm eines reinen Metalls könnte schematisch wie folgt aussehen: T. [ C] p [bar] a) Tragen Sie in die Felder die Aggregatzustände Dampf, Schmelze und Festkörper ein. b) Kennzeichnen Sie und lesen Sie ab für Normalbedingungen: die Schmelztemperatur:... C die Siedetemperatur:... C c) Kennzeichnen Sie den Punkt im Diagramm, in dem alle drei Aggregatzustände gleichzeitig auftreten. 4

5 2. Charakterisieren Sie die Aggregatzustände Dampf, Schmelze und kristalliner Festkörper anhand des Abstandes, der Geschwindigkeit und der Ordnung der Atome des reinen Metalls: (Benutzen Sie die Begriffe: groß/hoch, mittel, klein/niedrig) Dampf: Abstand:... Geschwindigkeit:... Ordnung:... Schmelze: Abstand:... Geschwindigkeit:... Ordnung:... kristalliner Festkörper: Abstand:... Geschwindigkeit:... Ordnung:... IV. Aufgabe: (insgesamt 18 Punkte) Bitte kreuzen Sie die Antworten, die Sie für richtig halten, deutlich und eindeutig an. Bei jeder Frage ist mindestens eine Antwort richtig. Innerhalb eines Fragenblockes löscht jedes falsch gesetzte Kreuz jeweils ein richtig gesetztes; allerdings gibt es keine negativen Punkte. 1. Eine typische Eigenschaft für eine Keramik ist der hohe Schmelzpunkt die Sprödigkeit die gute chemische Beständigkeit die Duktilität die gute elektrische Leitfähigkeit 2. Das Eigenschaftsprofil eines Wärmetauschers (z.b. Kühler im Auto) ist bestimmt durch spezifisches Gewicht Verschleißwiderstand Härte Wärmeleitfähigkeit Korrosionsbeständigkeit 3. Anisotropie ist immer unerwünscht die Richtungsabhängigkeit von Eigenschaften typisch für Glas typisch für Einkristalle typisch für einen polykristallinen Werkstoff 5

6 4. Erholung ist charakterisiert durch starke Änderung der mechanischen Eigenschaften starke Änderung der physikalischen Eigenschaften starkes Kornwachstum Ausheilen und Umordnen von Gitterbaufehlern Ansteigen der Gitterenergie 5. Ein feinkörniges Gefüge bei der Erstarrung der Schmelze entsteht durch niedrige Keimzahl ist erwünscht besitzt gute Festigkeitseigenschaften besitzt gute Duktilität entsteht durch sehr langsames Abkühlen 6. Ein Zweistoffsystem mit vollkommener Löslichkeit im festen Zustand ergibt bei der Erstarrung einen Mischkristall ergibt bei der Erstarrung ein Kristallgemisch hat keine Soliduslinie hat keine Liquiduslinie hat für jede seiner Legierungen ein Schmelzintervall 7. Das Rekristallisationsglühen von Stählen erfordert die Austenitisierung oberhalb der A 3 -Linie kann auch auf austenitische Stähle angewendet werden führt zu großer Verzunderung aufgrund der hohen Glühtemperatur erfordert eine ausreichende Kaltverformung kann die Auswirkungen der Kaltverformung rückgängig machen 6

7 Aufgaben zur Technologie für die Studiengänge EST und TGA Name: Matr.-Nr.: V. Aufgabe (insgesamt 12 Punkte) 1. Mit Schwindung und Schrumpfung werden die Volumenänderungen an erkaltenden Gussstücken beschrieben. Dabei setzt sich die gesamte Volumenkontraktion zusammen aus: I.) der flüssigen Schwindung und der Erstarrungsschwindung II.) der kubischen Schwindung (auch Schrumpfung) des Festkörpers. a) Zu welchen Gussfehlern können Schwindung und Schrumpfung führen?:... b) Wie wirkt man I.) entgegen? (Abhilfemaßnahme):... c) Wie wirkt man II.) entgegen? (Abhilfemaßnahme):... d) Wie heißt die Methode zur Bemessung von Wanddicken, um die Erstarrung zu lenken?: Skizzieren und Beschreiben Sie das Gießverfahren Schleuderguss VI. Aufgabe (insgesamt 6 Punkte) 1. Bis zu welchem Kohlenstoffgehalt ist beim Schweißen eines unlegierten Stahles nicht mit Rissbildung zu rechnen? Durch Anwenden welcher Maßnahme kann auch ein unlegierter Stahl mit höherem Kohlenstoffgehalt geschweißt werden?... 7

8 VII. Aufgabe (insgesamt 12 Punkte) 1. Skizzieren Sie schematisch das Verfahrensprinzip des (Widerstands-)Punktschweißens 2. Aus welchem Grund entsteht die Schweißlinse zwischen den zu fügenden (Stahl-) Blechen und nicht zwischen Elektrode und Blech? Nennen Sie die drei wichtigsten Einstellwerte beim Widerstandspunktschweißen:

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