1. Aufbau kristalliner Stoffe

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Louisa Schmitz
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1 1. Aufbau kristalliner Stoffe 1.1 Im unten stehenden Bild sind einige Gitterstörungen dargestellt. Geben Sie bitte die Bezeichnung, die Dimension, eine mögliche Ursache sowie Auswirkungen an!

1 1 1. Aufbau kristalliner Stoffe 1.1 Im unten stehenden Bild sind einige Gitterstörungen dargestellt. Geben Sie bitte die Bezeichnung, die Dimension, eine mögliche Ursache sowie Auswirkungen an! Benutzen Sie dazu die Tabelle. Bezeichnung Dimension Ursache Auswirkungen 1 Leerstelle 0 Bei der Erstarrung oder bei erhöhten Temperaturen = gesteigerte Atombewegung, Auslöschung von Erleichtert Diffusion, erhöht die Festigkeit, da es ein Hindernis für Versetzungen darstellt Versetzungen 2 Zwischengitteraton 0 3 Austauschatom Substitutionsatom 0 Legieren MK-Verfestigung 4 Einlagerungsatom Interstitionsatom 0 Legieren oder Diffusion MK-Verfestigung Die Dimensionen geben bei richtiger Antwort je 0,25 Pkte /11

2 2 2. Der Zugversuch Eine Probe aus Baustahl S 235 (Ø 20 mm) wurde gehärtet und anschließend im Zugversuch geprüft. Die Probe war ein kurzer Proportionalstab. Unten finden Sie das Spannungs-Dehnungs-Diagramm sowie einen vergrößerten Ausschnitt davon. Vergrößerter Ausschnitt aus obigem Diagramm R P0,2 = 400 N/mm²

3 3 2.1 Ermitteln Sie die wichtigen Kennwerte für diese Probe und tragen sie in die Tabelle ein: R eh oder R P0,2 [N/mm²] Rm [N/mm²] Das Streckgrenzenverhältnis A 5 [%] R eh oder R P0,2 /Rm 400 Abgelesen aus unterem Diagramm, Parallelverschiebung bei 0,2% bleibender Dehnung 630 0,63 oder 63% 14 Parallelverschiebung der Hookschen Gerade /4 2.2 Berechnen Sie die Probengesamtlänge unmittelbar vor Eintreten des Bruchs! Unmittelbar vor Eintreten des Bruchs heißt, daß die Probe noch nicht elastisch zurückgefedert ist! Im Diagramm beim Bruch senkrecht unten die Dehnung ablesen = 14,2%! Wenn die Probe unmittelbar darauf bricht, federt sie elastisch zurück Parallelverschiebung der Hookschen Gerade und Sie bekommen die Bruchdehnung A 5 (s.o.) von 14% d 0 = 20 mm Kurzer Proportionalstab bedeutet: L 0 = 5 X d 0! L 0 = 100 mm => L 1 = (100 + A 5 ) L 0 = 114,2 mm /1 2.3 Berechnen Sie die Maximallast! Die Maximallast ist die Kraft, die an Rm wirkt! S 0 = Pi * d 0 ²/4 = Pi * 20²/4 = 314,16 mm² Rm = Fm / S 0 Fm = Rm * S 0 Fm = 630 N/mm² * 314,16 mm² = 197,9 kn /1

4 4 2.3 Skizzieren Sie in dem oberen Diagramm (so weit möglich) die Spannungs Dehnungs-Linie für einen unbehandelten S 235! Streckgrenze bei 235 N/mm² Rm bei 370 N/mm² ( S235 ist der alte ST37, Rm = 370 N/mm²) Dehnung erheblich länger, ca. 25% /3 2.5 Kommentieren Sie stichpunktartig die Unterschiede! Bei gehärtetem Stahl: Härten steigert Festigkeit Dabei nimmt Dehnung ab Gehärteter Stahl besitzt keine ausgeprägte Streckgrenze siehe Praktikumsversuch! => R P0,2 Wenn Sie es für den ungehärteten Stahl andersherum beschreiben auch ok /3 /12

5 5 3. Kaltverformung 3.1 Geben Sie durch Ankreuzen X an, wie sich Kaltverformung auf das Gefüge und die Eigenschaften von Stahl auswirkt! Veränderung durch Kaltverformung E-Modul Festigkeit Bruchdehnung wird größer bleibt gleich wird kleiner X X X Schweißbarkeit X (X) Sonderpunkt für Einschränkung der Schweißbarkeit im Radienbereich /4 3.2 Was bedeutet Rekristallisation? Umkristallisation des Verformungsgefüges in ein neues Gefüge mit anderer Korngröße und Kornform, Gefügeneubildung im festen Zustand /1 3.2 Unter welchen Voraussetzungen findet eine Rekristallisation statt? Es muss eine Mindestverformung vorausgegangen sein (kritischer Verformungsgrad etwa 5 bis 8%) und Erwärmung auf Temperatur oberhalb der Rekristallisationsschwelle.muß gewisse Zeit gehalten werden /2 3.4 Berechnen Sie die Mindestrekristallisationstemperatur für Reines Kupfer (T S = 1064 C) Reines Zink (T S = 419 C) Reines Kupfer: T R 0,4 T S (K) T SCU = ,15 = 1337,15 K T R 0,4 * 1337,15 = 534,86 K T R = 534,86 273,15 = 261,71 C Reines Zink: T R 0,4 T S (K) T SCU = ,15 = 692,15 K

6 6 T R 0,4 * 692,15 = 276,86 K T R = 276,86 273,15 = 3,71 C /2 3.5 Was bedeutet Ihr Ergebnis für die Verarbeitung von Zink? Reines Zink läßt sich somit bei Raumtemperatur praktisch nicht kaltverfestigen! Festigkeitssteigerung nur über Legieren möglich /1. /10

7 7 4. Das Eisen-Kohlenstoffschaubild 4.1 Bei der Abkühlung aus der Schmelze verhalten sich Legierungen, je nach ihrem Umwandlungsverhalten unterschiedlich. Zeichnen Sie schematisch die Abkühlkurven für folgende Werkstoffe C45 Einen perlitischen Stahl Einen Stahl mit 0,16% C Benutzen Sie dazu das Fe-Fe 3 C-Diagramm auf der folgenden Seite. (metastabiles System! = durchgezogene Linie!) Der Einfluß von Legierungselementen, außer dem des Kohlenstoffs, kann vernachlässigt werden. Markieren Sie die Umwandlungspunkte deutlich, Angabe der Temperaturen und deutliche Zuordnung zum Werkstoff, jeweils 0,5 Pkte. T [ C] Stahl mit 0,16% C: Knickpunkt bei 1520 C Haltepunkt bei 1492 C Knickpunkt bei ca C Knickpunkt bei 845 C Knickpunkt bei 769 C (magn. Umwandlung)* Haltepunkt bei 723 C C45 (Knickpunkt bei 1495 C) Haltepunkt bei 1492 C Knickpunkt bei 1450 C Knickpunkt bei 780 C Knickpunkt bei 769 C (magn. Umwandlung)* Haltepunkt bei 723 C Perlitischer Stahl Knickpunkt bei 1480 C Knickpunkt bei 1390 C Haltepunkt bei 723 C /6

8 8 BITTE UM ENTSCHULDIGUNG!!!! Auf dem Monitor sieht das Diagramm VIEL schärfer aus als auf den Kopien Wikipedia, , 16:00

9 9 4.2 Wie heißt die eutektische Zusammensetzung im Fe-C-System und wie viel Zementit enthält sie? Ledeburit 4,3/6,67 = X / 100 => X = 4,3 * 100 / 6,67 = 65% Ledeburit enthält rund 65% Zementit Fe 3 C /2 4.3 Wie heißt die eutektoide Zusammensetzung im Fe-C-System und wie viel Zementit enthält sie? Perlit 0,8 / 6,67 = X / 100 => X = 0,8 *100 / 6,67 = 11,9% Perlit enthält rund 12% Zementit Fe 3 C /2 /10

10 10 5. Der Kerbschlagbiegeversuch Im Kerbschlagbiegeversuch wurden folgende Ergebnisse ermittelt: Temperatur [ C] Kerbschlagzähigkeit [J/cm²] ,5 Stellen Sie bitte diese Ergebnisse auf dem Millimeterpapier graphisch dar.. Dazu gehört selbstverständlich auch die Achsbezeichnung mit Einheiten!!! /1 5.1 In welche drei Bereiche kann die Kurve eingeteilt werden? Markieren Sie diese Bereiche in Ihrer Kurve. Und welche Brucharten treten dort auf? Tieflage - Sprödbrüche, Trennbrüche Übergangsbereich, Steilabfall der Kerbschlagzähigkeit Mischbrüche Hochlage Verformungsbrüche /6

11 Welche Werkstoffe versagen so, wie Sie es in der Kurve dargestellt haben? Mit Angabe der Kristallstruktur. Baustähle, Titan, Wolfram, Molybdän, Mangan, Vanadium Krz, hdp /3 /10

12 12 6. Gemischtes Sie finden im Folgenden einige Multiple Choice-Fragen. Es können eine oder mehrere Antworten richtig sein. Nur vollständig richtiges Ergebnis bringt 1 Pkt, teils richtig 0,5 Pkt, teils falsch 0 Pkt. 6.1 Welche Stahlbegleiter sind auch Legierungselemente?: A B C D E Phosphor P (im Gußeisen) gibt auch Pkt Mangan Mn Schwefel S (für Werkzeugstähle) gibt auch Pkt Wasserstoff H Aluminium Al Alle Elemente dieser Liste außer Wasserstoff können auch Legierungselemente sein. Volle Punktzahl gibt es aber auch für Antwort B und E 6.2 Die Bezeichnung S355J2G3 bedeutet: A S für schweißbar B Stahl für den Stahlbau C Mindeststreckgrenze von 235 N/mm² D Mindestkerbschlagarbeit von 27J bei 29 C E unberuhigt vergossen 6.3 Die Bezeichnung C45 bedeutet: A B C D E Unlegierter Stahl, Edelstahl => C45E wäre Edelstahl Stahl für Wärmebehandlung, Vergütungsstahl 4,5% Kohlenstoff C für kaltzäh Mindestzugfestigkeit von 450 N/mm² 6.4 Die Bezeichnung 17CrNiMo6 bedeutet: A Hochlegierter Stahl, schließlich ist er mit 17% Chrom legiert B Niedriglegierter Stahl, Einsatzstahl C Chromgehalt 1,5% D Chromgehalt 6% E 1,7% Kohlenstoff

13 Die Bezeichnung X12CrNiWTi16-13 bedeutet? A Xenongehalt 12% B 12% Cr, 16% Ni, 13% W C 0,12% C, 16% Cr, 13% Ni D ferritischer Stahl, krz E Hochlegierter, austenitischer Stahl kfz 6.6 Die obere kritische Abkühlgeschwindigkeit ist definiert als A B C D E die Abkühlgeschwindigkeit, bei der erstmals eine vollständige Martensitbildung eintritt die Abkühlgeschwindigkeit, bei der mehr als 30 % Martensit auftritt die Abkühlgeschwindigkeit, bei der im Gefüge kein Ferrit, Perlit und kein Bainit mehr auftritt die Abkühlgeschwindigkeit, bei der neben anderen Gefügearten erstmals Martensit auftritt die Abkühlgeschwindigkeit, ab der Härterisse nicht mehr zu befürchten sind 6.7 Welche Begleitelemente sind bei unlegierten Stählen unerwünscht? A B C D E Aluminium Mangan Schwefel Stickstoff Silizium Herzlichen Glückwunsch!!!! /7 Ihre ehrliche Meinung zur Klausur (ohne Bewertung und nur zum Ankreuzen, wenn die Zeit noch reicht!) Der allgemeine Eindruck - Von den Aufgaben fühlte ich mich glattweg überfordert - Der Schwierigkeitsgrad war o.k., die Zeit war jedoch zu knapp - Der Schwierigkeitsgrad und die Zeit waren vernünftig bemessen - Es war zu leicht und ich fühlte mich unterfordert Verständlichkeit der Aufgaben: - Die Aufgaben waren größtenteils verständlich formuliert - Die Aufgaben waren größtenteils eher unverständlich formuliert

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