Stahl und Gusseisen Flashcards Preview

Werkstoffkunde 2 > Stahl und Gusseisen > Flashcards

Flashcards in Stahl und Gusseisen Deck (76):
1

Wahr oder falsch?

Die Dichte und das Elastizitätsmodul von Stahl ist weit höher als die von Aluminium und Magnesium.

Wahr!

2

Nenne die Vor- und Nachteile von Aluminum.

Pro
- Gewichtseinsparung (dadurch verringerter Benzinverbrauch, geringerer Energiebedarf und geringere CO2 Emissionen im Betrieb)

Contra
- Hoher Energiebedarf in der Produktion
- Hohe CO2 Emissionen in der Produktion

3

Wahr oder falsch?

Roheisen besteht aus reinem Eisen.

Falsch!

Roheisen enthält Verunreinigungen wie C, Mn, Si etc.

4

Wann spricht man von Gusseisen und wie lässt sich dieser i. R. bearbeiten?

> 2,1 Ma% C

Gießen

5

Wann spricht man von Stahl und wie lässt sich dieser i. R. bearbeiten?

< 2,1 Ma% C

Umformen

6

Abb. Allotropie des reinen Eisens und seine Lösungsphasen

vgl. Folie 21

7

Was versteht man unter Allotropie?

Auftreten eines chemischen Elements in verschiedenen Modifikationen (festen Zustandsformen)
- Unterscheidung des Kristallgitters
- Unterscheidung der thermodynamischen Stabilität (Druck- und Temperaturabhängigkeit)

8

Nenne drei Beispiele für Allotropie.

Diamantstruktur und Graphitstruktur

Ti: alpha- und beta-Phase (hdp bzw. krz)

Fe: Fe: alpha- und gamma-Phase (krz bzw. kfz)

9

Allotropie des reinen Eisens

Nenne den Gittertypen, die Phase und beurteile die technische Bedeutsamkeit der Hochtemperaturphase.

krz, d-Fe, technisch weniger interessant
--> delta-Ferrit

kfz, g-Fe, technisch bedeutsam
--> Austenit

10

Allotropie des reinen Eisens

Nenne den Gittertypen, die Phase und beurteile die technische Bedeutsamkeit der Raumtemperaturphase.

krz, a-Fe, technisch bedeutsam
--> Ferrit

11

Was ist das wichtigste Lösungselement von Eisen?

Kohlenstoff

12

Was versteht man unter Polymorphie?

Auftreten einer Substanz (bestehend aus mind. zwei Komponenten) in verschiedenen Modifikationen (festen Zustandsformen)
- Unterscheidung des Kristallgitters
- Unterscheidung der thermodynamischen Stabilität (Druck- und Temperaturabhängigkeit)

13

Ein Fe-C-Mischkristall kann bei gleicher Stoffkonzentration mit unterschiedlichen Kristallgittern auftreten. Warum?

Polymorphie

14

Welche zwei Arten von Mischkristallen, hinsichtlich der Art und Weise wie Fremdatome im Wirtsgitter gelöst werden, können unterschieden werden?

Wie wird Kohlenstoff im Eisengitter gelöst?

Interstitions- und Subsititutionsmischkristall

Kohlenstoff wird als Interstitions- oder Subsititutionsatom im Eisengitter gelöst.

(Beides nochmal checken!)

15

Kohlenstoff im gamma-Eisen besetzt die (Gitteratomplätze/Oktaederlückenplätze/Tetraederlückenplätze), da diese größer sind.

Kohlenstoff im gamma-Eisen besetzt die Oktaederlückenplätze, da diese einen größeren Radius haben.

(vgl. Folie 26)

16

Kohlenstoff im aplha-Eisen besetzt die (Gitteratomplätze/Oktaederlückenplätze/Tetraederlückenplätze).

Warum?

Kohlenstoff im aplha-Eisen besetzt die Oktaederlückenplätze, obwohl diese einen kleineren Radius als die Tetraederlückenplätze haben. Grund dafür ist, das die Oktaederlückenplätze asymmetrisch sind und nur zwei nächste Nachbarn haben.

17

Wahr oder falsch?

Die Löslichkeit von C in Fe ist beim krz Gitter aufgrund der größeren Gitterlücken höher als beim kfz Gitter.

Falsch!

Die Löslichkeit von C in Fe ist beim kfz Gitter aufgrund der größeren Gitterlücken höher als beim krz Gitter.

18

Was versteht man unter unlegierten Stählen?

Eisen mit Kohlenstoff

19

Gib das stabile Phasen- bzw. Gefügediagramm bei unendlich langsamer Abkühlung wieder.

vgl. Folie 34

alpha-Fe = Ferrit
gamma-Fe = Austenit
delta-Fe = delta-Ferrit

20

Gib das meta-stabile Phasendiagramm bei technisch langsamer Abkühlung wieder.

vgl. Folie 37

21

Nenne die fünf Phasen des stabilen Phasendiagramms bei unendlich langsamer Abkühlung und gib das jeweilige Gitter an.

alpha-Fe (krz)
delta-Fe (krz)
gamma-Fe (kfz)
Schmelze
Graphit

22

Nenne die fünf Phasen des meta-stabilen Phasendiagramms bei technisch langsamer Abkühlung und gib das jeweilige Gitter an.

alpha-Fe (krz)
gamma-Fe (kfz)
delta-Fe (krz)
Schmelze
Fe3C

23

Gib die eutektische und die eutektoide Reaktion im meta-stabilen Phasen- bzw. Gefügediagramm wieder.

eutektisch
- Phasen: S - gamma-Fe + Fe3C
- Gefüge: Schmelze - Austenit + Zementit (feines Gemenge: Ledeburit 1)

eutektoid:
- Phasen: gamma-Fe - alpha-Fe + Fe3C
- Gefüge: Austenit - Ferrit + Zementit (feinstreifiges Gemenge: Perlit)

24

Gib die Gefügebezeichnungen für die folgenden einphasigen Phasen an:

alpha-Fe
gamma-Fe
Fe3C

alpha-Fe = Ferrit
gamma-Fe = Austenit
Fe3C = Zementit

25

Was entsteht bei Abkühlung und eutektioder Reaktion aus Ledeburit 1?

feines Gemenge aus Perlit und Zementit (Ledeburit 2)

26

Gib das meta-stabile Gefügediagramm bei technisch langsamer Abkühlung wieder.

vgl. Folie 40

27

Zeichne die Gefüge der eutektischen und eutektoiden Reaktion bei 4,3 Ma.% C.

Zeichne die Gefüge der eutektoiden Reaktion bei 0,8 Ma.% C.

vgl. Folie 41

28

Bei der eutektoiden Reaktion wächst das Perlit mit "..." ins Innere des Austenitkorns.

"lamellares Wachstum"

29

Ab wie viel Ma.% spricht man von Stahl bzw. Gusseisen?

max. 2,06 Ma.% C: Stahl
min. 2,06 Ma. % C: Gusseisen

30

Wahr oder falsch?

Weißer Gusseisen ist im Gegensatz zu Stahl bedingt schweißbar und nicht schmiedbar.

Wahr!

31

Wieviel Kohlenstoff enthalten C1 und C15?

C1: 0,01 Ma.% C

C15: 0,15 Ma.% C

32

Gefügebetrachtung:

Welche Farbe haben Zementit, Ferrit, Perlit?

Zementit: dunkel

Ferrit: hell

Perlit: streifig

33

Gleichgewichtsgefüge der Stähle:

Wie nennt man Stahl mit 0,02 < C < 0,8 (Ma.-%) bzw. C = 0,8 (Ma.-%) bzw. 0,8 < C < 2,06 (Ma.-%)?

untereutektoider Stahl
bzw.
eutektoider Stahl
bzw.
übereutektoider Stahl

34

Einfluss von weiteren Legierungselementen:

Zeichne das Diagramm von Ferrit- bzw. Austenitstabilisatoren und gib Bsp. für beides an.

vgl. Folie 50

35

Ferritbildner:
Ferritbildende Elemente entsprechen einem äquivalenten Anteil an "..".

"Cr"

36

Austenitbildner:
Austenitbildende Elemente entsprechen einem äquivalenten Anteil an "...".

"Ni"

37

Abb. Schaeffler-Diagramm

vgl. Folie 52

38

Folie 54: Ordne die Gefügebilder den Gefügen zu.

vgl. Folie 54

39

Was versteht man unter Gusseisen?

Eisen mit 2,06 Ma.% < C

40

Abb. Maurer-Diagramm

Was beschreibt dieses?

vgl. Folie 57

Phasenausbildung in Gusseisen abhängig vom C- bzw. Si-Gehalt

41

Folie 58: Welches der Gefügebilder zeigt untereutektisches-, eutektisches bzw. übereutektisches Gusseisen?

vgl. Folie 58

42

Gusseisen - Um welche Art von Graphitlamellen handelt es sich?

"Wachstumsrichtung entlang der kristallografischen a-Richtung, d.h. in Richtung der hexagonalen Ebene."

Lamellengraphit

43

Gusseisen - Um welche Art von Graphitlamellen handelt es sich?

"Wenn Wachstum in a- Richtung durch Mg- oder Ce- Atomen (sog. Kugelbildner) blockiert wird --> Wachstum in c-Richtung"

Kugelgraphit

44

Nenne zwei sog. Kugelbildner welche bei Gusseisen zu Kugelgraphit führen.

Mg

Ce

45

Folie 60: Ordne Lamellen-, Vermicular und Kugelgraphit im Gusseisen den Bildern zu.

Wo ist die Kerbwirkung am Größten?

vgl. Folie 60

Kerbwirkung: Lamellengraphit > Vermiculargraphit > Kugelgraphit

46

Folie 61: Ordne Lamellen- und Kugelgraphit bzw. ferritisch-perlitische- und ferritische Matrix im Gusseisen den Bildern zu.

vgl. Folie 61

47

Bei Stahl führt eine Zunahme an C bzw. Fe3C zu einer ".." bei der Zugefestigkeit, Brinell-Härte und Streckgrenze.

Bei Stahl führt eine Zunahme an C bzw. Fe3C zu einer ".." bei der Kerbschlagarbeit, Brucheinschnürung der Fläche, Bruchausdehnung (allgemein: Duktilität).

"Zunahme"

"Abnahme"

48

Stahl: Was ist härter?

Kugeliger Zementit, Groblamellarer Perlit, Feinlamellarer Perlit

Kugeliger Zementit < Groblamellarer Perlit < Feinlamellarer Perlit

49

Stahl: Was ist duktiler?

Kugeliger Zementit, Groblamellarer Perlit, Feinlamellarer Perlit

Feinlamellarer Perlit < Groblamellarer Perlit < Kugeliger Zementit

50

Was geschieht bei einer eutektischen/eutektoiden/peritektischen Reaktion?

Eutektischen Reaktion:
Schmelze wandelt sich bei einer bestimmten Temperatur simultan in zwei feste Phasen um
(sehr feines Kristallgemisch)

Eutektiode Reaktion:
Feste Phase wandelt sich bei einer bestimmten Temperatur T simultan in zwei feste Phasen um
(sehr feines Kristallgemisch)

Peritektische Reaktion:
Schmelze und Mischkristall wandeln sich bei einer bestimmten Temperatur simultan in eine andere feste Phase um

51

Erläutere die Gefügeentstehung für einen Stahl mit maximal 0,02 Ma.% C.

Austenit --> Austenit + Ferrit --> Ferrit + Fe3CIII

(Teilweise Umwandlung von Austenit zu Ferrit (2-Phasen-Gebiet), gesamte Austenit hat sich zu Ferrit umgewandelt und kühlt ab, mit abnehmender T --> sinkt die Löslichkeit von C im Ferrit --> Zementit scheidet aus)

52

Erläutere die Gefügeentstehung für einen untereutektoiden Stahl.

Min. 0,02 Ma.% C

Austenit --> Austenit + Ferrit --> Ferrit + Perlit + Fe3CIII

(Teilweise Umwandlung von Austenit zu Ferrit (2-Phasen-Gebiet), eutektoide Reaktion: restliche Austenit wandelt sich zu Perlit um --> es liegt nun Ferrit und Perlit vor, mit abnehmender T --> sinkt die Löslichkeit von C im Ferrit --> Zementit scheidet aus)

(Anmerkung: Perlit Gehalt wächst linear mit zunehmendem C)

53

Erläutere die Gefügeentstehung für einen übereutektoiden Stahl. Skizziere die Gefüge jeweils vor/nach den charakteristischen Umwandlungen.

Austenit --> Austenit + Fe3CII --> Fe3CII + Perlit

(Skizzen: Nochmal checken lassen!)

54

Erläutere die Gefügeentstehung für einen eutektoiden Stahl.

Austenit --> Perlit

(eutektoide Reaktion: gesamte Austenit wandelt sich zu Perlit um)

55

Warum wird das Fe-Fe3C Diagramm auch "metastabiles Eisen Kohlenstoff-Diagramm genannt"?

(Nochmal checken lassen!)

56

Wodurch wird die Erstarrung nach dem stabilen System gefördert?

(Nochmal checken lassen!)

57

Erläutern Sie die Gefügeentstehung für langsame, mittlere und schnellere Abkühlung für untereutektische Eisen-Kohlenstoff-Legierungen. Skizzieren Sie die Gefüge jeweils vor/nach den charakteristischen Umwandlung und geben Sie jeweils an, ob die Umwandlung nach dem metastabilen oder stabilen System abläuft.

(Nochmal checken lassen!)

58

Welche Einflussgrößen bestimmen die Graphitausbildung im Grauguss?

Zusätzliche Legierungselemente, Kugelbildner: Mg und Ce

(Nochmal checken lassen!)

59

Was ist der unterschied zwischen grauem Gusseisen (Grauguss) und weißen Gusseisen?

Grauer Gusseisen (Grauguss)
- C ist in Form von Graphit

Weißes Gusseisen
- C ist in Form Zementit (Fe3C)

(vgl. Maurerdiagramm)

60

Gib die peritektische Umwandlung im Fe-C Diagramm wieder.

Phasen!

Schmelze + δ-MK --> γ-MK

61

Gib die eutektiode Umwandlung im Fe-C-Diagramm wieder.

Phasen!

γ-MK --> α-MK + Fe3C

62

Gib die eutektische Umwandlung im Fe-C-Diagramm wieder.

Phasen!

Schmelze --> γ-MK + Fe3C

63

Worum geht es?

Bei 768°C verliert der Ferrit seine ferromagnetischen Eigenschaften. Das bedeutet, dass er keine dauermagnetischen Eigenschaften aufweist, er verliert seine spontane Magnetisierung. Dieser Prozess ist reversibel, bei Temperaturen unter 768°C wird der Ferrit wieder spontan magnetisiert. Der Ferrit ohne Ferromagnetismus wird auch β-MK genannt. Die Benutzung dieser Bezeichnung ist aber nicht sehr weit verbreitet. Sie erklärt aber die weitergehende Bezeichnung der allotropen Modifikationen zu höheren Temperaturen (β --> γ --> δ).

Curie-Temperatur, 768°C

64

Unter dem Mikroskop erscheint der ".." schimmernd wie Perlmut, daher die Begriffsfindung

"Perlit"

65

Fe-C Diagramm:

Der ".." ist die bei Raumtemperatur stabile Phase.

"Ferrit"

66

Im Austenit können bis zu "..." Gewichts-% C gelöst werden.

"2,06"

67

Dieser Zustand ist "...", denn es ist nicht der energetisch günstigste.

"metastabil"

68

Wie werden Gusseisen Verbindungen genannt, die stabil und metastabil erstarren?

meliertes Gusseisen

69

Allen Graphitausscheidungen ist gleich, dass sie im "..." Gitter kristallisieren (Zementit kristallisiert im rhombischen Gitter).

"hexagonalen"

70

Welche Legierungselemente begünstigen die Bildung von Zementit?

Mo, Mn

71

Wo wird Kohlenstoff im Ferrit und im Austenit bevorzugt eingelagert? Antworten Sie nur mit einem Wort.

Okteaederlücke

72

Bei wieviel Grad Celcius liegt die Curie-Temperatur bei Eisen?

768°C

73

Ordnen Sie den Verbindungen ihre Kristallstrukturen zu!
Diamant
Zementit
Graphit

Diamant Siliziumgitter

Zementit rhombisches Gitter

Graphit hexagonales Gitter

74

Wieviel Atomprozent Fe sind im Zementit enthalten?

75%

75

Wahr oder falsch?

Gusseisen mit Kugelgraphit ist mechanisch fester als Gusseisen mit lamellarem Graphit.

Wahr!

76

Existiert die Zementitphase im stablien Eisen-Kohlenstoff-Diagramm? Antworten Sie mit Ja oder Nein.

Nein!