Klausur Werkstofftechnologie II am

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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 Zusatzaufgaben zur Technologie bearbeiten! Zeit: 90 min für alle Teilnehmer/-innen I. Aufgabe (insgesamt 22 Punkte) Zur Rekristallisation: 1. a) Was passiert bei der Rekristallisation mit dem Gefüge eines Metalls?... b) Welche Voraussetzung muss das Metall erfüllen, damit überhaupt Rekristallisation stattfindet? Ab welcher Temperatur T R muss man bei Blei mit Rekristallisation rechnen? (Dichte = 11,3 g/cm 3, Schmelztemperatur = 327 C, Ausdehnungskoeffizient = K -1 ) Berechnung muss nachvollziehbar sein! 3. Was hat die Rekristallisationstemperatur T R mit der metallurgischen Definition der Kalt- bzw. Warmumformung zu tun? 4. Welche Vorteile hat das Rekristallisationsglühen gegenüber dem Normalglühen? a)... b)... c)...

2 5. Ein Stab wird kalt stark gebogen und dann einem Rekristallisationsglühen unterzogen: A (Außenfaser) B (in der Nähe der neutralen Faser) C (neutrale Faser) Beschreiben Sie das Gefüge an den bezeichneten Stellen? A:... B:... C:... II. Aufgabe (insgesamt 22 Punkte) 1. Die Skizze zeigt (als Beispiel für eine Umwandlung im festen Zustand) die Ausscheidung einer intermediären Phase aus einem Mischkristall : T [ C] S 1000 A L 1 L 2 B a) Ergänzen Sie die fehlenden Phasenbezeichnungen in den Zweiphasenfeldern. b) Beschreiben Sie den Abkühlverlauf der Legierung L 1 von der Schmelze ausgehend bis Raumtemperatur (RT): 2

3 c) Skizzieren Sie schematisch die Gefüge der Legierung L 1 bei T = 400 C und bei RT. Berücksichtigen Sie dabei, dass die intermediäre Phase zur Ausscheidung an den Korngrenzen neigt. T = 400 C RT d) Was kann in Bezug auf die Zähigkeit der Legierung L 1 auf Grund des Gefüges bei RT (s. 1.c)) vorausgesagt werden?... e) Welchen Weg würde ein Riss bei RT durch das Gefüge von L 1 nehmen? (Auch in Bild unter 1.c) einzeichnen!) Die Phase ist ein kfz-austausch- (Substitutions-) Mischkristall. a) Welche Zusammensetzung hat die Legierung L 2? (Ermittlung muss nachvollziehbar sein!) b) Wie ist die Zugfestigkeit von L 2 im Vergleich zu den Zugfestigkeiten der Komponenten A und B?... c) Wie ist die Verformungsfähigkeit der Legierung L 2 einzuschätzen? Warum ist das so?... III. Aufgabe (insgesamt 30 Punkte) Ein Bolzen aus dem Vergütungsstahl 50 CrMo 4 wird zunächst gehärtet. Der Temperaturverlauf des Randes (Oberfläche) ist dabei wie folgt: T 850 C t 3

4 1. Zeichnen Sie den Temperaturverlauf im Kern des Bolzens in obiges Diagramm ein. 2. Zwischen Rand und Kern ergibt sich eine Temperaturdifferenz T. a) Von welchen Parametern hängt T ab? b) Welcher dieser Parameter ist beeinflussbar (steuerbar)? Welche Folgen kann ein großes T haben? 4. Die Härtetemperatur beträgt 850 o C. Was passiert bei dieser Temperatur mit dem 50 CrMo 4? 5. Laut Stahlschlüssel soll der 50 CrMo 4 in Öl und nicht in Wasser abgeschreckt werden. Warum? 6. Welcher Wärmebehandlungsschritt muss nach dem Härten erfolgen, damit man von Vergüten sprechen kann? 7. Was liest man aus einem Vergütungsschaubild ab? Welche chemische Zusammensetzung hat der Stahl 50 CrMo 4? 9. Sie möchten bei einem Bolzen lediglich die Randschicht gehärtet haben. a) Warum ist der Stahl 50 CrMo 4 nicht die beste Wahl?... b) Schlagen Sie einen anderen Stahl vor, der diese Forderungen besser erfüllt:... 4

5 IV. Aufgabe (insgesamt 26 Punkte) Kreuzen Sie die richtigen Aussagen an. (Achtung: Ankreuzen von falschen Aussagen führt zu Punktabzug!) Die Eigenschaften eines isotropen Werkstoffs sind in allen Richtungen gleich. Ein Gleitsystem eines Kristalls besteht aus Gleitebene und Gleitrichtung. Die eutektische Legierung eines Zweistoffsystems hat den höchsten Schmelzpunkt. Keramiken sind im allgemeinen chemisch sehr beständig. Ein kfz-gitter bedingt eine gute Verformungsfähigkeit. Ionenkristalle zeichnen sich durch eine gute elektrische Leitfähigkeit aus. Reines Eisen ist ein billiger Konstruktionswerkstoff. Martensit ist durch Kohlenstoff verzerrter Ferrit. Perlit ist die lamellare Anordnung von Ferrit und Graphit. Bei einem Mischkristall sind kleine Kristalle (Kristallite) vermischt. Durch Normalglühen wird ein feinkörniges Gefüge eingestellt. Die gute Leitfähigkeit der Metalle ergibt sich direkt aus der Metallbindung. Durch Impfen der Schmelze werden Keime beseitigt. Austenitische Stähle sind hervorragend zum Härten geeignet. Voraussetzung für jede Diffusion ist ein Konzentrationsgefälle. In der Elementarzelle sind sämtliche Gesetzmäßigkeiten des Kristalls vorgezeichnet. Am absoluten Nullpunkt bewegen sich die Atome im Gitter nur noch um die Mittellage. Die Plastizität der Metalle beruht auf der Erzeugung und Bewegung gleitfähiger Versetzungen. Metalllegierungen haben meistens keinen Schmelzpunkt, sondern ein Schmelzintervall. Die Diffusionsgeschwindigkeit ist linear von der Temperatur abhängig. Mit Kriechen bezeichnet man die Zunahme der plastischen Dehnung mit der Zeit. Unterhalb der Soliduslinie können keine Phasenumwandlungen mehr stattfinden. Fremdatome sind im Metallgitter immer unerwünscht. Der Stahl S235 hat eine Zugfestigkeit von 235 N/mm 2. Grobes Korn entsteht durch hohe Glühtemperaturen. Ein Idealkristall enthält keine Gitterbaufehler. 5

6 Aufgaben zur Technologie für die Studiengänge EST und TGA Name: Matr.-Nr.: V. Aufgabe (insgesamt 15 Punkte) 1. Die Schweißeignung der Werkstoffe hängt wesentlich von den nachfolgend genannten Eigenschaften ab. Nennen Sie jeweils die am stärksten gefährdete Werkstoffgruppe: a) Neigung zum Sprödbruch:... c) Neigung zur Heißrissbildung:... d) Neigung zum Terrassenbruch: Was bedeutet die Abkürzung WEZ?: Warum stellt sich als schwächste Stelle beim Bruch meistens nicht die Schweißnaht an sich heraus, sondern der Bereich dicht daneben? 4. Warum kann der Hersteller des Materials keine allgemeine Gewährleistung der Schweißbarkeit geben? VI. Aufgabe (insgesamt 15 Punkte) 1. Skizzieren Sie schematisch das Schweißverfahren Lichtbogenhandschweißen : 2. Welche Aufgaben hat die Schlacke beim Lichtbogenhandschweißen? a)... b)... c) Wieso kann die Ausbringung beim Schweißen mit Hochleistungselektroden > 100 % sein?... 6

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