WFT 4 - Eisen- & Nicht-Eisen-Metalle

Question 1

4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle

Kontrollfrage 1.01

^{________________________________________________________}

Welche Werkstoffe werden als Stahl bezeichnet?

Was verstehen Sie in diesem Zusammenhang unter Eisenbegleiter?

Answer 1

• Werkstoffe, die eine Legierung von Eisen als Grundmaterial und Kohlenstoff (i. Allg. weniger als 2 %) enthalten, werden als Stahl bezeichnet.
• Eisenbegleiter sind weitere Legierungselemente, die zusätzlich in die Schmelze eingebracht werden oder durch den eingebrachten Schrott in den Stahl gelangen und die Eigenschaften und Verarbeitung des Stahls beeinflussen.

Question 2

4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle

Kontrollfrage 1.02

^{________________________________________________________}

Nennen und beschreiben Sie die beiden prinzipiellen Verfahrenswege vom Erz zum Stahl.
Nutzen Sie dazu auch B1.5 und die Filmsequenzen F1.1 und 1.2 der Lektion 3 innerhalb der Multimedialen Ergänzungen.

Answer 2

Herstellung von Rohstahl entweder aus Eisenerz im Hochofen und Konverter oder aus Stahlschrott im Elektro-Lichtbogenofen.

• Im Hochofenprozess erfolgt die Reduktion des Eisenerzes mittels CO zu einer noch verunreinigten und kohlenstoffreichen Eisenschmelze (Roheisen).
• Im Konverter werden durch Frischen der noch verbliebene Kohlenstoff u. a. störende Begleitelemente weitgehend beseitigt.
• Im Elektrolichtbogenofen wird durch Umwandlung von elektrische in thermische Energie der Schrott eingeschmolzen.
• Der über beide Wege erzielte Rohstahl gelangt in die Sekundärmetallurgie, wo die Zusammensetzung und Qualität des Stahls durch gezielte Hinzugabe von Legierungselementen dem Wunsch des Kunden gemäß eingestellt wird.
• Danach wird der flüssige Stahl meistens mittels Stranggussverfahren in die gewünschten Formen (Brammen, Knüppel etc.) vergossen, die im sich anschließenden Walzwerk entweder durch Warm- oder Kaltformgebung zu Blechen gewalzt und je nach Verwendungszweck weiterverarbeitet werden (z. B. Oberflächenveredlung).

Question 3

4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle

Kontrollfrage 1.03

^{________________________________________________________}

Geben Sie den Unterschied zwischen einem niedrig- und einem hochlegierten Stahl an.

Answer 3

• Niedriglegierte Stähle haben i. Allg. weniger als 5 % an einzelnen Legierungsbestandteilen, während bei
• hochlegierten Stählen der Gehalt eines Legierungselements > 5 % beträgt.

Question 4

4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle

Kontrollfrage 1.04

^{________________________________________________________}

Unterscheiden Sie Qualitätsstähle und Edelstähle.

Answer 4

Qualitäts- und Edelstähle kennzeichnen die Hauptgüteklassen.

• Qualitätsstähle haben keine besondere Anforderung an den Reinheitsgrad bzgl. nichtmetallischer Einschlüsse.
  
  • Sie sprechen nicht gleichmäßig auf eine Wärmebehandlung an.
  • Sie sind zum Vergüten oder zur Oberflächenhärtung nicht vorgesehen.
  • Für sie gelten besondere zusätzliche Anforderungen hinsichtlich Sprödbruchempfindlichkeit, Korngröße und Verformbarkeit, so dass zu ihrer Herstellung eine besondere Sorgfalt notwendig ist.
• Edelstähle zeichnen sich gegenüber den Qualitätsstählen durch einen höheren Reinheitsgrad aus, insbesondere bzgl. nichtmetallischer Einschlüsse.
  
  • Sie sind für das Vergüten oder Oberflächenhärten vorgesehen.
  • An sie werden hohe Forderungen bzgl. Härtbarkeit, Verformbarkeit, Schweißeignung und Zähigkeit gestellt.
  • Sie haben einen vorgeschriebenen Höchstwert an P und S (0,025 %).

Question 5

4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle

Kontrollfrage 1.05

^{________________________________________________________}

Geben Sie für Allgemeine Baustähle ein Beispiel (Stahlmarke) an und kennzeichnen Sie diese Werkstoffgruppe hinsichtlich ihrer Möglichkeiten der Festigkeitssteigerung und Anwendung.

Answer 5

Allgemeine Baustähle finden Einsatz insbesondere in Gebieten wie Stahl- und Maschinenbau.

BEISPIEL: S235JR

• Ein unlegierter Baustahl, Grundstahl, der im Stahlbau verwendet wird.
• Allgemeine Baustähle finden für Schweißkonstruktionen, im Stahl-, Anlagen-, Maschinenund Fahrzeugbau Verwendung. Weiterhin werden aus diesem Werkstoff Hebel, Wellen, Stangen und Stangen des Allgemeinen Maschinenbaus hergestellt.
• Seine Mindeststreckgrenze beträgt 235 N/mm2,
• der Stahl hat eine Mindestschlagarbeit von 27 J bei Raumtemperatur.
• Die Stähle sind mit einem C-Gehalt bis 0,22 % gut schmelzschweißbar.
• Die Festigkeitssteigerung erfolgt in erster Linie durch höhere C-Gehalte, so dass diese Stähle dann nicht mehr schweißbar sind. Deswegen wurde zur Festigkeitssteigerung, ohne Erhöhung des C-Gehaltes über den o. g. Grenzwert hinaus, die Gruppe der schweißgeeigneten Feinkornbaustähle entwickelt.

Question 6

4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle

Kontrollfrage 1.06

^{________________________________________________________}

Worauf ist die Eigenschaft wetterfester Baustähle zurückzuführen (siehe auch F1.7)?

Answer 6

Die vorgenommenen Legierungszusätze (Cr, Cu, Ni, P etc) bewirken, dass in dieser Zusammensetzung sich an der Luft eine dichte und festhaftende Sperrschicht bildet, die vor einem weiteren Fortschreiten dieser Korrosion schützt (Prinzip der Passivierung).

Question 7

4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle

Kontrollfrage 1.07

^{________________________________________________________}

Kennzeichnen Sie mechanische Eigenschaften und Anwendung von schweißgeeigneten Feinkornbaustählen. Begründen Sie diese.

Answer 7

Die Festigkeitssteigerung bei schweißgeeigneten Feinkornbaustählen erfolgt, wie der Namen ihrer Gruppe besagt, zum einen durch ein feines Korn.

• Die Kornverfestigung ist die Möglichkeit der Festigkeitssteigerung, um nicht nur die Festigkeit, sondern gleichzeitig die Zähigkeit zu steigern.
  
  • Die Stähle sind mikrolegiert, d. h., sie enthalten geringe Gehalte an Karbid- und Nitridbildnern wie V, Mo, Al usw., die in der Schmelze wegen ihres hohen Schmelzpunktes beim Erstarren als Kristallisationskeime wirken und damit ein feines Korn hervorrufen.
  • Diese Karbide und Nitride sind im Gefüge fein verteilt und wirken damit zum anderen dispersionsverfestigend. Sie blockieren bzw. erschweren wegen ihrer gleichmäßigen und feinen Verteilung die Versetzungsbewegung. Sie liegen im normalisierten, im thermomechanisch behandelten oder im vergüteten Zustand vor.
• Diese Stähle werden im Behälter-, Kran- und Brückenbau sowie für Öl- und Gasfernleitungen und Kfz-Karosserieteilen eingesetzt.
• BEISPIEL: S355N
  
  • Ein schweißgeeigneter Feinkornbaustahl mit einer Mindeststreckgrenze von 355 N/mm2, der im normalisierend gewalzten Zustand vorliegt.
  • Der Mindestwert der Schlagarbeit ist bei – 20 °C gewährleistet, wenn keine weitere Angabe erfolgt.

Question 8

4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle

Kontrollfrage 1.08

^{________________________________________________________}

Vergleichen Sie Einsatz- und Vergütungsstähle hinsichtlich Eigenschaften und Anwendung. Geben Sie Beispiele (Stahlmarken) an.

Answer 8

Einsatz- und Vergütungsstähle sind Baustähle.

• Einsatzstähle haben eine verschleißfeste Oberfläche und einen zähen Kern.
  
  • Ihr C-Gehalt beträgt max. 0,22 %,
  • die Härtesteigerung der Oberfläche erfolgt durch Aufkohlung. Entsprechend dem C-Gehalt der Oberfläche (meistens 0,8 %) erfolgt das Härten.
  • Aus diesen Stählen werden Wellen und Zahnräder gefertigt. Der Vorteil ist eine konturengerechte Oberflächenhärtung.
  • Einsatzstähle haben eine verschleißfeste Oberfläche und einen zähen Kern, so dass auch eine schlagartige Beanspruchung aufgenommen werden kann.
• Vergütungsstähle werden gehärtet und bei höheren Temperaturen angelassen. Ziel ist es, eine hohe Zähigkeit zu erhalten.
  
  • Gegenüber dem Härten ergibt sich ein deutlicher Rückgang der Festigkeit und Härte. Über den Querschnitt hinweg tritt eine Vergleichmäßigung der mechanischen Eigenschaften durch das Vergüten auf.
  • Aus Vergütungsstählen werden Stangen, Schrauben, Hebel, Kurbelwellen und Ritzel sowie Fahrwerksteile im Fahrzeugund Flugzeugbau gefertigt.

BEISPIELE

• C10E: Unlegierter Einsatzstahl mit 0,1 % C.
• 20MnCr5: Legierter Einsatzstahl mit 0,2 % C, 1,2 % Mn, weiterhin ein nicht angegebener Cr-Gehalt.

Question 9

4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle

Kontrollfrage 1.09

^{________________________________________________________}

Unterscheiden Sie Einsatz- und Nitrierstähle.

Answer 9

• Einsatzstähle
  
  • enthalten zu wenig C, um beim Härten Martensit zu bilden (i. Allg. weniger als 0,22 %).
  • Sie werden deshalb in ein Kohlenstoff abgebendes Medium eingesetzt, so dass der C in die Randschicht eindiffundiert und anschließend wird gehärtet, so dass eine harte und verschleißbeständige martensitische Randschicht durch Gefügeumwandlung von Austenit zu Martensit entsteht. (Der Kern bleibt weich, so das er schlagartige Beanspruchungen infolge seiner höheren Zähigkeit aufnehmen kann.)
  • Infolge der Eindiffusion des Kohlenstoffs liegen die Temperaturen hoch. Durch die Gefügeumwandlung vom Austenit zum Martensit am Randkommt es zu einer Volumenvergrößerung am Rand (gegenüber dem nicht umgewandelten Kern) und dadurch zu Verzug.
• Nitrierstähle
  
  • werden in ein N abgebendes Medium eingesetzt:
  • Die Diffusionstemperatur liegt niedriger, es bilden sich Nitride am Rand aus. Die Nitrierstähle enthalten deshalb auch Nitridbildner als Legierungselemente.
  • Da sich das Gefüge nicht umwandelt, kommt es nicht zum Verzug.
  • Die Nitrierschichten sind härter als die Einsatzhärteschichten, sie sind aber dünner, so dass die Nitrierstähle nicht bei hohen flächenpressungen einsetzbar sind.

Question 10

4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle

Kontrollfrage 1.10

^{________________________________________________________}

Wie wird die für Automatenstähle notwendige Kurzspanigkeit für die spanende Bearbeitung erreicht? Überlegen Sie, wozu vor allem Kurzspanigkeit gefordert wird.

Answer 10

Durch Zusatz von S und z. T. auch Pb ergeben sich Einschlüsse im Gefüge, die den Span brechen lassen.

Kurze Späne sind erforderlich, weil lange Band- und Wirrspäne die Maschine
und das Werkstück beschädigen können, einen großen Raumbedarf haben und die Gefährdung des Maschinenbedieners zur Folge haben können.

Question 11

4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle

Kontrollfrage 1.11

^{________________________________________________________}

Welche korrosionsbeständigen Stähle unterscheidet man hinsichtlich ihrer chemischen Zusammensetzung?

Weshalb sind solche Stähle für Teile geeignet, die chemisch aggressiven
Stoffen ausgesetzt sind?

Answer 11

Unterschieden wird zwischen

• ferritischen,
• martensitischen und der wichtigsten Gruppe – den
• austenitischen Stählen.

Mit über 12 % Cr bewirkt Cr im Werkstoff die Bildung einer dünnen Oxidschicht. Sie ist gegenüber Umwelteinflüssen resistent (Passivierung, edelmetallähnliches
Verhalten).

Question 12

4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle

Kontrollfrage 1.12

^{________________________________________________________}

Was sind Werkzeugstähle und welche Eigenschaften müssen sie haben?

Geben Sie Beispiele an. Machen Sie sich dazu auch noch einmal mit den B1.18 und B1.19 vertraut. Für welche Temperaturbereiche sind die Stahlsorten Kaltarbeitsstahl (unlegiert und legiert) und Warmarbeitsstähle geeignet?

Answer 12

• Werkzeugstähle sind Stähle mit einem C-Gehalt oberhalb 0,6 %.
• Die Werkstoffeigenschaften sind wesentlich komplexer als bei den Baustählen. Sie sollen nicht nur eine große Härte infolge der häufig auftretenden Verschleißbeanspruchung besitzen, sondern darüber hinaus auch bei höheren Temperaturen eine Anlassbeständigkeit sowie eine Schneidhaltigkeit aufweisen.
• Sie müssen fernerhin eine gewisse Zähigkeit besitzen, so dass auf die Einstellung einer maximalen Härte verzichtet werden muss, da sie häufig auch schlagartig beansprucht werden.
• Kaltarbeitsstähle finden Anwendung für Betriebstemperaturen i. Allg. nicht über 200 °C.
• Warmarbeitsstähle werden weit oberhalb 300 °C, häufig im rotwarmen Zustand eingesetzt.

BEISPIELE

• C70U
  
  • unlegierter Werkzeugstahl
  • mit 0,7 % C,
  • der für Druckluftwerkzeuge Anwendung findet.
• 90MnCrV8
  
  • legierter Kaltarbeitsstahl
  • mit 0,9 % C und 2 % Mn
  • sowie einem nicht näher definierten Cr- und V-Gehalt.
• X37CrMoV5-1
  
  • legierter Warmarbeitsstahl
  • mit 0,37 % C,
  • 5 % Cr,
  • 1 % V, Mo nicht näher angegeben.
  • Er findet Anwendung für Tiefziehwerkzeuge (Druckgussformen und Gesenke).

Question 13

4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle

Kontrollfrage 1.13

^{________________________________________________________}

Wodurch zeichnen sich Schnellarbeitsstähle aus?

Was bedeuten z. B. in HS6-5-2-5 die angegebenen Zahlen?

Answer 13

• Schnellarbeitsstähle sind hochlegierte ledeburistische Werkzeugstähle.
• Die Legierungselemente erhöhen die Warmhärte und Anlassbeständigkeit.
  
  • W,
  • Mo,
  • Cr,
  • V und
  • Co
• Der hohe Anteil feindispers verteilter Karbide und der Effekt der Sekundärhärtung beim Anlassen führen zu hoher Schneidhaltigkeit.

BEISPIEL

• HS6-5-2-5:
  
  • Schnellarbeitsstahl
  • mit 6 % W,
  • 5 %, Mo,
  • 2 % V,
  • 5 % Co.

Question 14

4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle

Kontrollfrage 1.14

^{________________________________________________________}

Erläutern Sie die Zusammensetzung, Herstellung und Anwendung von Hartmetallen

Answer 14

• Hartmetalle bestehen zum überwiegenden Teil aus
  
  • WC (etwa 90%) und
  • Die hohe Härte dieser Werkstoffgruppe wird durch Wolframkarbid erreicht.
  • Co (etwa 10%)
  • Co wirkt als Bindemittel zwischen den Karbiden und besitzt eine gute Benetzbarkeit für WC.

Die Herstellung der Hartmetalle erfolgt in der Regel auf pulvermetallurgischem Wege und zwar durch Flüssigphasensintern. Die flüssige Co-Phase füllt die Hohlräume des WC-Skeletts aus, so dass eine hohe Dichte erreicht wird.

Die Hartmetalle finden Anwendung für Hochleistungsschneidstoffe. In der Grundform WC-Co sind sie jedoch nicht für die Stahlbearbeitung geeignet, da es
zu Anschweißvorgängen beim Spanen kommt.

Question 15

4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle

Kontrollfrage 1.15

^{________________________________________________________}

Welche gießtechnisch nachteiligen Erscheinungen müssen beim Hartguss in Kauf genommen werden?

Answer 15

Gießtechnische nachteilige Erscheinungen sind eine hohe Gießtemperatur, starkes Schwindmaß und nadelartiges Kristallwachstum.

Question 16

4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle

Kontrollfrage 1.16

^{________________________________________________________}

Unterscheiden Sie Grau- und Weißerstarrung bei Gusseisen.

Answer 16

• Bei der Weißerstarrung von Gusseisen wird der eutektische C in Form von Fe3C ausgeschieden, was auch der Werkstoffgruppe nach dem Bruch- bzw. Gefügebild den Namen gibt.
  
  • Die Weißerstarrung wird durch Mn-Zusätze gefördert
• Bei der Grauerstarrung wird der eutektische C in Form von Graphit ausgeschieden. Dieser kann entweder in Lamellenform (graues Gusseisen mit Lamellengraphit) bzw. in Kugelform (graues Gusseisen mit Kugelgraphit) vorliegen.
  
  • Die Grauerstarrung wird durch Si-Zusätze begünstigt wird.

Weiterhin ist die Art der Erstarrung abhängig von der Wanddicke und damit von der Abkühlgeschwindigkeit.

• Bei geringen Wanddicken, d. h. bei hohen Abkühlgeschwindigkeiten, liegt ein Trend zur Weißerstarrung vor. Damit ist bei Gusseisen das Gefüge in hohem Maße von der Wanddicke abhängig, d. h., die mechanischen Eigenschaften sind wanddickenabhängig, was bei der Konstruktion zu beachten ist.

Question 17

4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle

Kontrollfrage 1.17

^{________________________________________________________}

Was ist Grauguss? Welche Arten gibt es? Nennen Sie deren Eigenschaften und daraus resultierende Einsatzgebiete. Geben Sie Graugusssorten als Beispiele an.

Answer 17

Bei Grauguss liegt der eutektische C als Graphit vor. Er erstarrt in eutektischen Zellen in Rosettenform und erscheint im Anschliff in Lamellenform.

Beim Gusseisen mit eutektischen oder dem Eutektikum nahen Konzentrationen tritt nicht nur eine Erstarrung bei niedriger Temperatur auf, sondern mit der Graphitphase entsteht ein Gitter geringer Packungsdichte, so dass die Schwindung beim Erstarren reduziert ist. Das nach dem stabilen System erstarrende Gusseisen wird als graues Gusseisen bezeichnet, da die Bruchfläche infolge der Graphitausscheidung dunkel ist.

Man Unterscheidet:

• Gusseisen mit Lamellengraphit und

Beim Gusseisen mit Lamellengraphit wirken die Lamellen als innere Kerben und rufen somit Spannungsspitzen hervor.

An diesen Spannungsspitzen kommt es zum plastischen Fließen, so dass Energie verbraucht wird. Der Werkstoff wirkt deshalb gut schwingungsdämpfend.

Da die Lamellen keine Zugspannungen übertragen, hingegen jedoch Druckspannungen, ist die Druckfestigkeit etwa 3- bis 4-mal höher als die Zugfestigkeit.

Die Bruchdehnung von Gusseisen mit Lamellengraphit ist nur sehr gering. Die Graphitlamellen bewirken einen kurzen bröckligen Span, so dass Gusseisen mit Lamellengraphit gut spanbar ist.

Gusseisen mit Lamellengraphit besitzt eine sehr gute Vergießbarkeit, d. h., es können dünnwandige Teile hergestellt werden.

Auf Grund der guten schwingungsdämpfenden Wirkung werden z. B. Getriebegehäuse daraus hergestellt.

Da Graphit schmierend wirkt, hat Gusseisen mit Lamellengraphit gute Notlaufeigenschaften und findet deswegen auch als Lagerwerkstoff Anwendung.

• Bei Gusseisen mit Kugelgraphit

Die Spannungskonzentration ist an den Graphitkugeln nicht so hoch wie bei den Graphitlamellen. Damit ist der Werkstoff besser auf Zug beanspruchbar.

Der Unterschied zwischen Zug- und Druckfestigkeit ist gering. Der Werkstoff hat bis etwa 100 mm keine Wanddickenabhängigkeit der mechanischen Eigenschaften.

Gusseisen mit Kugelgraphit hat eine höhere Zähigkeit und kombiniert die guten mechanischen Eigenschaften des Stahls mit der guten Vergießbarkeit des Gusseisens mit Lamellengraphit, so dass z. B. Kurbelwellen aus Gusseisen mit Kugelgraphit hergestellt werden können.

BEISPIELE

• EN-GJL-200
  
  • Graues Gusseisen
  • mit Lamellengraphit
  • mit einer Mindestzugfestigkeit von ungefähr 200 N/mm2,
  • Anwendung für Laufbuchsen, Kolbenringe und Werkzeugmaschinenteile.
• EN-GJS-400-15
  
  • Graues Gusseisen
  • mit Kugelgraphit
  • mit einer Mindestzugfestigkeit von 400 N/mm2,
  • Bruchdehnung 15 %,
  • Anwendung z. B. für Pressenständer.

Question 18

4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle

Kontrollfrage 1.18

^{________________________________________________________}

Wie lassen sich die Eigenschaften von Gusseisen mit Kugelgraphit verbessern?

Answer 18

Durch Legieren und Wärmebehandeln können die Eigenschaften von Gusseisen mit Kugelgraphit in weiten Grenzen variiert werden. So können z. B. durch Zusatz von Legierungselementen die Warmfestigkeit bzw. die Verschweißfestigkeit erhöht werden.

Question 19

4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle

Kontrollfrage 1.19

^{________________________________________________________}

Welche Eigenschaften weisen schwarzer und weißer Temperguss auf?

Answer 19

Die mechanischen Eigenschaften und das Dämpfungsvermögen liegen zwischen Stahl und Gusseisen mit Lamellengraphit und sind dem Gusseisen mit Kugelgraphit ähnlich (wird daher zunehmend von diesem Gusseisen ersetzt).

• Weißer Temperguss besitzt eine hohe Korrosionsbeständigkeit und lässt sich gut schweißen.
• Schwarzer Temperguss ist sehr gut spanbar und hat wegen der Schmierwirkung des Graphits gute Notlaufeigenschaften.

Question 20

4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle

Kontrollfrage 1.20

^{________________________________________________________}

Erläutern Sie das Recycling von Eisenwerkstoffen.

Answer 20

Der Einsatz von Schrott zur Eisen- und Stahlerzeugung hat bereits Tradition.

• Für das Einschmelzen von Schrott wird im Vergleich zur Gewinnung aus Erz 60 % weniger Primärenergie benötigt. Weltweit werden etwa 500 kg Schrott pro Tonne Rohstahl eingesetzt. Allerdings ist dies abhängig von der Art der Erschmelzung.
• Von den Schrottarten ist der Produktionsschrott (Neuschrott) am unproblematischsten, da er direkt bei den Hüttenwerken oder in den Gießereien bzw. Stahlwerken anfällt.
  
  • Durch die vermehrte Anwendung des Stranggusses nimmt dieser Anteil jedoch kontinuierlich ab.
• Problematischer ist der Konsumschrott (Altschrott) wie Automobil-, Maschinen- und Müllschrott. Dabei erlangt der Automobilschrott immer größere Bedeutung und ist ein Welthandelsprodukt.
  
  • Die Ausbringungsrate für Eisenschrott beträgt bei der Automobilschredderung etwa 70 %.
  • Beim Altschrott ist besondere Sorgfalt auf die Entfernung von Kupfer und Zinn zu legen, um die Qualität des über den Schrott erschmolzenen Stahls nicht negativ zu beeinflussen.
  • Maximal sind 0,35 % Cu ohne Beeinträchtigung der Eigenschaften zulässig.

Question 21

4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle

Kontrollfrage 1.21a

^{________________________________________________________}

Erläutern Sie die folgenden Werkstoffe und geben Sie deren Einsatzgebiete an:
S235JR

Answer 21

S235JR:

• Unlegierter Baustahl, Allgemeiner Baustahl
• mit einer Mindeststreckgrenze von 235 N/mm2,
• einer Mindestschlagarbeit von 27 J bei Raumtemperatur,
• Einsatz in Schweißkonstruktionen im Stahl-, Maschinen-, Anlagen- und Fahrzeugbau.

Question 22

4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle

Kontrollfrage 1.21b

^{________________________________________________________}

Erläutern Sie die folgenden Werkstoffe und geben Sie deren Einsatzgebiete an:
C10E

Answer 22

C10E

• Einsatzstahl
• mit 0,1 % C.
• Anwendung für verschleißbeanspruchte Teile geringer bis mittlerer Kernfestigkeit.

Question 23

4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle

Kontrollfrage 1.21c

^{________________________________________________________}

Erläutern Sie die folgenden Werkstoffe und geben Sie deren Einsatzgebiete an:
15MnCr5

Answer 23

15MnCr5:

• Einsatzstahl
• mit 0,15 % C,
• 1,25 % Mn sowie
• einem nicht näher angegebenen Cr.
• Anwendung für Getriebeteile wie Zahnräder, Gelenkwellen höherer Festigkeit.

Question 24

4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle

Kontrollfrage 1.21d

^{________________________________________________________}

Erläutern Sie die folgenden Werkstoffe und geben Sie deren Einsatzgebiete an:
C60E

Answer 24

C60E:

• Vergütungsstahl
• mit 0,6 % C,
• besondere Reinheitsforderungen bzgl. P und S.
• Einsatz für Bauteile mit höherer Beanspruchung wie Stangen, Schrauben und Hebel.

Question 25

**4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle** **Kontrollfrage 1.21e** **^{________________________________________________________}** Erläutern Sie die folgenden Werkstoffe und geben Sie deren Einsatzgebiete an: **C70U**

Answer 25

**_C70U:_** * Unlegierter Werkzeugstahl * mit 0,7 % C, * Einsatz z. B. für Druckluftwerkzeuge.

Question 26

**4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle** **Kontrollfrage 1.21f** **^{________________________________________________________}** Erläutern Sie die folgenden Werkstoffe und geben Sie deren Einsatzgebiete an: **42CrMo4**

Answer 26

**_42CrMo4:_** * Vergütungsstahl * mit 0,42 % C, * 1 % Cr und * einem nicht näher angegebenen Mo-Gehalt. * Einsatz für hochbeanspruchte Bauteile im Maschinen- und Anlagenbau.

Question 27

**4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle** **Kontrollfrage 1.21g** **^{________________________________________________________}** Erläutern Sie die folgenden Werkstoffe und geben Sie deren Einsatzgebiete an: **X6CrNiTi18-10**

Answer 27

X6CrNiTi18-10: * Hochlegierter austenitischer und korrosionsbeständiger Stahl * mit 0,06 % C, * 18 % Cr und * 10 % Ni. * Durch den Zusatz von Ti ist der Werkstoff stabilisiert, so dass er beim Schweißen nicht zum interkristallinen Kornzerfall neigt. * Einsatz für korrosionsbeanspruchte Schweißkonstruktionen.

Question 28

**4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle** **Kontrollfrage 1.21h** **^{________________________________________________________}** Erläutern Sie die folgenden Werkstoffe und geben Sie deren Einsatzgebiete an: **HS6-5-3**

Answer 28

**_HS6-5-3:_** * Schnellarbeitsstahl * mit 6 % Wo, * 5 % Mo, * 3 % V. * Einsatz für Bohrer und Drehmeißel.

Question 29

**4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle** **Kontrollfrage 1.21i** **^{________________________________________________________}** Erläutern Sie die folgenden Werkstoffe und geben Sie deren Einsatzgebiete an: **EN-GJL-300**

Answer 29

**_EN-GJL-300:_** * Gusseisen * mit Lamellengraphit, * Mindestzugfestigkeit 300 N/mm2. * Einsatz vfür Maschinenbetten, Rohre und Heizkörper.

Question 30

**4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle** **Kontrollfrage 1.21j** **^{________________________________________________________}** Erläutern Sie die folgenden Werkstoffe und geben Sie deren Einsatzgebiete an: **EN-GJS-500-7**

Answer 30

**_EN-GJS-500-7:_** * Gusseisen * mit Kugelgraphit, * Mindestzugfestigkeit 500 N/mm2, * Bruchdehnung 7 %. * Einsatz für Hebel und Werkzeugteile.

Question 31

**4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle** **Kontrollfrage 1.21k** **^{________________________________________________________}** Erläutern Sie die folgenden Werkstoffe und geben Sie deren Einsatzgebiete an: **EN-GJMW-450-7**

Answer 31

EN-GJMW-450-7: * Weißer Temperguss * mit einer Mindestzugfestigkeit von 450 N/mm2 und * 7 % Bruchdehnung. * Einsatz für Kupplungsteile.

Question 32

**4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle** **Kontrollfrage 1.21l** **^{________________________________________________________}** Erläutern Sie die folgenden Werkstoffe und geben Sie deren Einsatzgebiete an: **EN-GJMB-550-4**

Answer 32

**_EN-GJMB-550-4:_** * Schwarzer Temperguss * mit einer Mindestzugfestigkeit von 550 N/mm2, * 4 % Bruchdehnung. * Einsatz für Bremsgehäuse.

Question 33

**4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle** **Kontrollfrage 1.21m** **^{________________________________________________________}** Erläutern Sie die folgenden Werkstoffe und geben Sie deren Einsatzgebiete an: **GS200**

Answer 33

**_GS200_** * unlegierter Stahlguss * für das Bauwesen, * Mindeststreckgrenze 200 N/mm2

Question 34

**4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle** **Kontrollfrage 1.21n** **^{________________________________________________________}** Erläutern Sie die folgenden Werkstoffe und geben Sie deren Einsatzgebiete an: **GE400**

Answer 34

**_GE400_** * unlegierter Stahlguss * für den Maschinenbau, * Mindestreckgrenze 400 N/mm2

Question 35

**4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle** **Kontrollfrage 1.21o** **^{________________________________________________________}** Erläutern Sie die folgenden Werkstoffe und geben Sie deren Einsatzgebiete an: **GC15E**

Answer 35

**_GC15E_** * unlegierter Stahlguss * mit 0,15 % C * für das Einsatzhärten

Question 36

**4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle** **Kontrollfrage 1.21p** **^{________________________________________________________}** Erläutern Sie die folgenden Werkstoffe und geben Sie deren Einsatzgebiete an: **GP240GH**

Answer 36

**GP240GH** * unlegierter Stahlguss * Mindeststreckgrenze von 240 N/mm² * für Druckbehälterbau * G = Güte * H = Hochtemperatur

Question 37

**4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle** **Kontrollfrage 2.01** **^{________________________________________________________}** Unterscheiden Sie Messinge und Bronzen, und geben Sie typische Eigenschaften sowie Anwendungsgebiete an.

Answer 37

**_Messinge sind Cu-Zn-Legierungen._** * Am bekanntesten ist die Legierung CuZn37, * die gut kaltformbar und gut spanbar ist. * Sie ist zudem gut korrosionsbeständig, so dass daraus Hülsen, Rohre und massive Umformteile hergestellt werden, die einer korrosiven Beanspruchung unterliegen. **_Bronzen sind Cu-Legierungen mit anderen Elementen als Zn._** * Am bekanntesten sind die Sn-Bronzen (CuSn-Legierungen). * Sie zeichnen sich durch * hohe Festigkeit, * Verschleißbeständigkeit und * gute Gleiteigenschaften sowie * Korrosionsbeständigkeit aus. * **Be-Bronze** ist aushärtbar und für funkenfreie Werkzeuge verwendbar. * **Ni-Bronzen** (CuNi-Legierungen) haben eine gute Korrosions- und Verschleißbeständigkeit. * **CuNi25** ist eine Münzlegierung.

Question 38

**4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle** **Kontrollfrage 2.02** **^{________________________________________________________}** Welche Rolle spielen die Leichtmetalle Al und Mg und deren Legierungen im Kraftfahrzeugbau?

Answer 38

Die Anwendung von Al und Mg und deren Legierungen ist vor allem durch die niedrige Dichte gekennzeichnet. * Damit sind sie für Leichtbaukonstruktion besonders geeignet. Sie kommen im Fahrzeugbau und in der Luft- und Raumfahrt zur Anwendung. * Durch Aushärtung von Cu- und Zn-haltigen Al-Legierungen lassen sich die Festigkeitswerte weiter erhöhen. * Aluminiumlegierungen finden als Knet- und Gusslegierungen im Fahrzeugbau Anwendung, so * für Motorgehäuse und Kolben als Gusslegierung * Für den Einsatz als Kolbenwerkstoff spielt auch die gute thermische Leitfähigkeit von Al eine Rolle. Sie sind zudem warmfest und verschleißbeständig. * für Karosserieteile kommen sie als Knetlegierung * Als Gusswerkstoffe haben sie wegen der häufig eutektischen Zusammensetzung von AlSi-Legierungen eine gute Vergießbarkeit. In zunehmenden Maße werden auch Mg-Legierungen eingesetzt, da deren Dichte noch niedriger ist als die von Al-Legierungen. **Al und Mg lassen sich energetisch günstig als Sekundärmetalle herstellen, über den Automobilschrott ist eine hohe Rückführquote gewährleistet. Durch die Verwendung dieser Leichtmetalle im Fahrzeug wird Treibstoff gespart bzw. die Nutzlast der Fahrzeuge erhöht.**

Question 39

**4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle** **Kontrollfrage 2.03** **^{________________________________________________________}** Welche Anforderungen müssen Lotwerkstoffe erfüllen? Unterscheiden Sie Weich- und Hartlote.

Answer 39

Lotwerkstoffe müssen einen niedrigen Schmelzpunkt aufweisen und sind deshalb bevorzugt eutektische Legierungen, da deren Schmelzpunkt unterhalb des Schmelzpunktes der beteiligten Komponenten liegt. * Die **Grenze** zwischen Weich- und Hartloten liegt bei einer Arbeitstemperatur von 450 °C. * **Weichlote** sind meistens Pb-Sn-Legierungen, zu deren Härtesteigerung weitere Legierungselemente zugesetzt werden können. Auch der Liquidusbereich lässt sich durch Zusätze variieren. * Typische Vertreter von **Hartloten** sind Legierungen auf Cu-Basis, wobei entweder nahezu reines Cu oder Messinglote Anwendung finden.

Question 40

**4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle** **Kontrollfrage 2.04** **^{________________________________________________________}** Nennen Sie Eigenschaften und Einsatzgebiete von Ti-Werkstoffen.

Answer 40

Ti-Legierungen werden wegen ihrer * hohen Festigkeit und * niedrigen Dichte sowie * guten Korrosionsbeständigkeit eingesetzt. **Durch Legierungszusätze kann die schlecht verformbare hexagonal dichteste Struktur des Ti in die gut verformbare kubisch raumzentrierte Struktur überführt werden.** * Ein typischer Vertreter ist die Legierung TiAl6V4, * aus der Antriebsteile für die Luft- und Raumfahrt, Pumpen, Behälter und Armaturen in der chemischen Industrie und in der Verfahrenstechnik sowie Implantate für die Biomedizintechnik hergestellt werden können.

Question 41

**4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle** **Kontrollfrage 2.05** **^{________________________________________________________}** Weshalb finden Ni - Legierungen in Rohrleitungen für Heizungsanlagen und in Brennkammern Anwendung?

Answer 41

Sie erfüllen diese Anwendungen durch eine hohe Korrosionsbeständigkeit und bei hochwarmfeste Legierungen zusätzlich durch eine gute Warmfestigkeit.

Question 42

**4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle** **Kontrollfrage 2.06** **^{________________________________________________________}** Warum zeichnen sich Zn-Legierungen als besonders geeignete Gusswerkstoffe aus? Anderseits wird Zn nicht für Bauteile in der Nahrungsgüterindustrie eingesetzt. Was ist der Grund hierfür?

Answer 42

Zn-Legierungen besitzen * eine ausgezeichnete Gießbarkeit und ein gutes Formfüllungsvermögen und bieten sich daher als Gusswerkstoffe vor allem auch für kleine Teile mit komplizierter Form und hoher Oberflächengüte an. * Andererseits korrodiert Zn in destilliertem Wasser und in Wasserdampf, da sich keine Schutzschicht bildet und verbietet sich damit als Einsatzwerkstoff in der Nahrungsgüterindustrie.

Question 43

**4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle** **Kontrollfrage 2.07** **^{________________________________________________________}** Welche Nichteisenmetalle und deren Legierungen kommen als Gleitlagerwerkstoff zum Einsatz?

Answer 43

* Weißmetalle, * Bronze und * Messing, * Sinterwerkstoffe, * Gusseisen, * Hochpolymere.

Question 44

**4 - Eisenwerkstoffe und Nicht-Eisen-Metalle** **Kontrollfrage 2.08** **^{________________________________________________________}** Erläutern Sie die Notwendigkeit des Recyclings der Nichteisenmetalle.

Answer 44

Das Recycling von Nichteisenmetallen erfolgt einmal zur Energieeinsparung bei der Werkstoffherstellung und zum anderen zur Ressourcenschonung. * Während der Anteil von **Cu**-Legierungen beim Schrott infolge der langen Lebensdauer der entsprechenden Bauteile und ihrer Einsatzgebiete z. B. in der Haustechnik noch relativ gering ist, * wird bei **Pb** eine sehr hohe Recyclingquote erreicht, da es vorwiegend in Akkumulatoren mit relativ kurzer Nutzungsdauer eingesetzt wird und die Rückführung dieser gut organisiert ist. * Bei den Leichtmetallen beträgt der Energiebedarf z. B. von **Sekundäraluminium** gegenüber dem Primäraluminium nur **ca. 5 ... 10 %.** Ursache sind die **hohen Bindungskräfte der Al-Verbindung Al2O3 in den Erz-vorkommen** (Bauxit). * Wenn auch bei der Ressourceneinschätzung in der letzten Zeit z. B. gegenüber der Analyse des Club of Rom, der schon ein frühzeitigeres Versiegen von Ressourcen voraussagte, eine optimistischere Grundstimmung vorherrscht, so sind die Vorkommen jedoch nicht unbegrenzt, so dass eine Ressourcenschonung notwendig ist. * Außerdem muss die Deponie als Alternative für diese Werkstoffe aus Umweltgründen vermieden werden. * Die zunehmenden Forderungen an die Reinheit der Werkstoffe bewirken jedoch einen zunehmend höheren Aufwand für die Sortentrennung beim Schrott.