Metalle Flashcards
Welches nichtmetallische Legierungselement von Eisen ist grundsätzlich immer im Stahl vorhanden?
Kohlenstoff
Welche Stahleigenschaften bzw. Stahlkenngrößen lassen sich durch eine Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes gesuchten Legierungselementes beeinflussen?
Nennen Sie drei.
Welche Auswirkungen hat dies auf die Stahleigenschaften?
Schweißbarkeit: wird verschlechtert
Festigkeit: wird erhöht
Verformbarkeit: wird verringert
Welche Stähle werden durch eine technische Streckengrenze charakterisiert und warum?
- kaltverformte Stähle
- weisen keine deutliche natürliche Streckengrenze mehr auf
Definieren Sie „technische Streckengrenze“.
Spannung bei einer bleibenden Dehnung von 0,2% der Messlänge
Durch die Wärmebehandlung von Stählen lassen sich Festigkeit und Verformbarkeit beeinflussen ohne den Kohlenstoffanteil zu verändern. Erläutern Sie kurz die Verfahren: Glühen, Härten, Vergüten.
Glühen: Langsames Abkühlen, z.B. an der Luft
Härten: Rasches Abkühlen, z.B. in Öl oder Wasser
Vergüten: Härten, wiedererwärmen und langsames Abkühlen
Welche zwei Schweißverfahren gibt es?
- Schmelzschweißen
2. Pressschweißen
Definieren Sie „Schmelzschweißen“ und nennen Sie mindestens ein Beispiel.
- Schweißen bei örtlich begrenztem Schmelzfluss ohne Anwendung von Druck
- mit oder ohne Schweißzusatz
- Beispiele: Elektronenstahlschweißen, Gießschmelzschweißen, Gasschweißen, Lichtbogenhandschweißen
Definieren Sie „Presschweißen“ und nennen sie mindestens ein Beispiel.
- die zu verbindenden Teile werden unter Druck verschweißt
- Beispiele: Reibschweißen, Gaspressschweißen, Punktschweißen, Widerstandspresschweißen
Nennen Sie drei zerstörungsfreie Prüfverfahren, um einen Fehler in der Schweißnaht festzustellen.
- Farbeindringungsverfahren
- Ultraschallprüfung
- Magnetpulverprüfung
- Durchstrahlungsprüfung
Definieren Sie „Farbeindringungsverfahren“.
- Farbe oder ein fluoreszierendes Mittel wird benutzt
- Eindringungsmittel wird nach vorheriger Säuberung und Trocknung der Prüffläche auf diese angebracht
- Kapillarkräfte entfernen an Fehlstellen das überschüssige, nicht eingedrungene Eindringmittel vorsichtig
- Auftragung eines Entwicklers, der das Eindringmittel durch die Kapillarwirkung der eigenen Hohlräume wieder aus dem Prüfkörper zieht und so die Fehlstellen sichtbar macht
Definieren Sie „Ultraschallprüfung“.
- akustisches Signal wird in den Prüfkörper ausgesendet und der Zeitraum bis zum Empfang des Echos wird gemessen
- Laufzeitmessung
Definieren Sie „Magnetpulverprüfung“.
- Verfahren zum Nachweis von Rissen im oberflächennahen Bereich
- Bauteil wird im Bereich der Schweißnaht magnetisiert und mit Eisenpulver bestreut
- Eisenpulver sammelt sich am Riss, wenn dieser nicht parallel zu den Feldlinien des Magnetfeldes verläuft
- Erzeugung eines magnetischen Streufeldes an Fehlstellen, wodurch Magnetpole entstehen, sodass das Eisenpulver angezogen wird
Definieren Sie „Durchstrahlungsprüfung“.
- mit Röntgenstrahlen
- Schweißnähte werden auf einem Film visuell abgebildet und mögliche Fehlstellen können lokalisiert werden
- > auch im Inneren der Schweißnaht
Welche Raumstrukturen kann das Atomgitter von Eisen annehmen?
- kubisch-raumzentriert
- kubisch-flächenzentriert
Welche Raumstruktur des Atomgitters liegt bei Eisen bei Raumtemperatur vor?
kubisch-raumzentriert
Geben Sie die folgenden Kennwerte für Eisen an:
Rohdichte, Schmelztemperatur
Rohdichte: ρst = 7860kg/m³
Schmelztemperatur: Ts = 1530°C
Wie hoch darf der prozentuale Kohlenstoffgehalt eines Betonstahls nach DIN 488 maximal sein?
≤ 0,22 M.-%
Wie hoch darf per Definition der prozentuale Kohlenstoffgehalt maximal liegen?
≤ 2,06M.-%
Welche wichtigen Stahleigenschaften werden durch die Einhaltung dieses Kohlenstoffgehaltes für Betonstahl sichergestellt?
- Schweißbarkeit
2. Walzbarkeit/Umformbarkeit/Biegbarkeit
Welches Zwischenprodukt entsteht bei der Verhüttung von Eisenerz im Hochofen?
Flüssiges Roheisen
Wie nennt sich der Vorgang während der Stahlherstellung, bei dem dem Roheisen ein Großteil des Kohlenstoffs durch Sauerstoffzufuhr entzogen wird?
Frischen
Erklären Sie kurz den grundlegenden Unterschied zwischen dem „Nachlinksschweißen“ und dem „Nachrechtschweißen“.
Für welche sind die jeweiligen Verfahren geeignet?
- man unterscheidet je nach Positionierung und Führung des Stahlstabs und des Brenners
Nachlinksschweißen: - Draht wird vor dem Brenner lang geführt
- für Stahl bis zu 3mm Dicke
Nachrechtsschweißen: - Brenner wird in die Schweißrichtung vor dem Stab geführt
- für Stahl ab 3mm Dicke
Nennen Sie ein Metall mit höherem und niedrigerem Schmelzpunkt als Eisen.
Höherer Schmelzpunkt: 1. Chrom 2. Wolfram 3. Molybdän Niedrigerer Schmelzpunkt: 1. Blei 2. Zink 3. Aluminium
Nennen Sie ein Metall mit größerer und geringerer Rohdichte als Eisen.
Größere Rohdichte: 1. Blei 2. Kupfer 3. Nickel Geringere Rohdichte: 1. Aluminium 2. Magnesium 3. Titan
Nennen Sie drei übliche Verfahren bei der Kaltverformung von Stählen im Bauwesen.
Nennen Sie jeweils beispielhaft ein zugehöriges Stahlerzeugnis.
- Kaltwalzen: dünne Bleche, Folien, Brandstahl
- Kaltziehen und Kaltstrecken: Drähte, Rohre, Betonstahl
- Kaltpressen und Kaltschlagen: Schrauben, Muttern, Drahtstifte, Leichtstahlprofile, profilierte Bleche
- Tordieren: Betonstahl
Worin liegt bei Mischkristallen der maßgebende strukturelle Unterschied im Kristallgitter zwischen einer Eisen-Kohlenstoff-Legierung und einer Eisen-Chrom-Legierung?
Beschreiben Sie die Unterschiede beider Legierungsarten und ordnen Sie dem jeweiligen Fachterminus zu.
Eisen-Kohlenstoff: Kohlenstoffatome lagern sich in den Zwischenräumen des Gitternetzes zwischen den Eisenatomen ein (Eisenlagerung)
Eisen-Chrom: Chromatome ersetzen einige Eisenatome im Gitternetz und nehmen ihren Platz ein (Substitution)
Nennen Sie ein Element, welches die Kaltverformbarkeit von Stahl negativ beeinflusst/herabsetzt.
- Kohlenstoff
- Silizium
- Schwefel
- Phosphor
-> Abnahme der Kaltverformbarkeit
Nennen Sie zwei Elemente, die die Schweißbarkeit von Stahl verschlechtern.
- Kohlenstoff
2. Mangan
Nennen Sie ein Element, welches die Härtbarkeit von Stahl erhöht.
- Kohlenstoff
2. Mangan
Nennen Sie die vier Schritte des Herstellungsprozesses von Baustahl in der richtigen Reihenfolge vom Rohstoffabbau bis zum Endprodukt.
- Abbau von Eisenerz (Eisenoxid-Verbindungen)
- Verhüttung von Roheisen
- Frischen zu Stahl
- (Gießen) und Formgebung
Geben Sie für die Metalle Aluminum, Zink und Blei an, ob ihre Rohdichte und ihre Schmelztemperatur höher sind als Eisen.
Rohdichte höher? Aluminium, Zink: nein Blei: ja Schmelztemperatur höher? Aluminium, Zink, Blei: nein
Wo liegt der Grenzwert der Rohdichte der Leichtmetalle und Schwermetalle differenziert?
ρ = 4.500 - 5.000 kg/m³
Ordnen Sie die Metalle Aluminium, Zink und Blei anhand deren Grenzwert einer Rohdichtklasse zu.
Aluminium: Leichtmetalle
Zink: Schwermetalle
Blei: Schwermetalle
Nennen Sie für die Metalle Aluminium, Zink und Blei eine praxisnahe Verwendungsmöglichkeit im Bauwesen.
Aluminum: Fassadenprofile/-verkleidungen
Zink: Verzinkung zum Korrosionsschutz von Stahlbauteilen, Verzinkung (z.B. feuervezinkt)
Blei: Bedachung, Anschlüsse, Abdeckungen, Einfassungen
Nennen Sie vier Umhüllungen beim Lichtbogenschweißen (umhüllte Elektrode).
- Erhöhung elektrischer Leitfähigkeit
- Schlackenbildung
- enthält Legierungsbestandteile
- Schutzgasmantel
Welche Auswirkung hat das Frischen auf Schweißbarkeit, Festigkeit, Verformbarkeit?
Schweißbarkeit: steigt
Festigkeit: wird geringer
Verformbarkeit: steigt
Nennen Sie die vier wichtigsten Voraussetzungen zum fachgerechten Schweißen.
- Schweißeignung des Werkstoffs
- Schweißsicherheit
- Schweißungen nur vom Fachmann
- Schweißmöglichkeit
Nenne zwei Elemente, die die Korrosionsbeständigkeit von Stahl erhöhen.
- Chrom
2. Nickel
Warum ist es problematisch, eine Eisenlegierung mit einem Substitutionselement herzustellen, das eine viel höhere oder niedrigere Schmelztemperatur hat?
- Mischvorgang geht im Flüssigen vonstatten
- liegt die Schmelztemperatur des Legierungselementes nicht im Größenbereich der Schmelztemperatur von Eisen, erhärten beide Elemente beim Abkühlen zu verschiedenen Zeitpunkten
- > Möglichkeit der Entmischung
Wie beeinflusst eine Steigerung des Kohlenstoffgehaltes folgende Materialeigenschaften des Stahls?
Zugfestigkeit, Härtbarkeit, Streckengrenze, Kaltverformbarkeit
Zugfestigkeit: größer
Härtbarkeit: größer
Streckengrenze: größer
Kaltverformbarkeit: kleiner
Geben Sie die Formeln der Gleichmaß- und der Bruchdehnung an.
Gleichmaßdehnung: Ag = △L(G)/l0 (in %)
Bruchdehnung: A(Bruch) = △L(Bruch)/l0 (in%)
△L(G) = gemessene Länge außerhalb des Bruchbereichs △L0 = Messlänge für die Gleichmaßdehnung (oft 100mm) △L(Bruch) = gemessene Länge im Bruchbereich
Welche Stoffeigenschaften lassen sich durch eine Erhöhung des Sauerstoffgehaltes verändern und welche Auswirkung hat dies?
Nennen Sie drei Eigenschaften.
- Festigkeit: wird erhöht
- Verformbarkeit: wird verringert
- Schweißbarkeit: wird verschlechtert
Ist der berechnete E-Modul realitätsnah? Geben Sie den E-Modul von typischem Bewehrungsstahls an und berechnen Sie die prozentuale Abweichung.
- Üblicher Baustahl: 210.000 N/mm²
- Prozentuale Abweichung bestimmen
- Bewertung: Entweder realitätsnah oder realitätsfern, je nachdem wie nah der berechnete Wert an den 210.000 N/mm² liegt
In welchem Zusammenhang hat eine sehr hohe Temperatur eine erhöhte Bedeutung für die Festigkeit und wie kann man diesen Problemen begegnen?
- Festigkeit nimmt ab und somit ist der Feuerwiderstand eines Gebäudes von Bedeutung
- bei sehr hohen Temperaturen verliert der Stahl an Festigkeit und die Tragfähigkeit der Stahlkonstruktion nimmt stark ab
- entgegenwirken kann man einem Brandfall durch wärmedämmende Anstriche oder Verkleidungen der Bauteile
Beschriften Sie die Spannungs-Dehnungslinien.
Bestimmen Sie anhand der Schliffe, wie hoch der Kohlenstoffgehalt ist und nennen Sie den Fachbegriff des Gefügebestandteils.
- Kohlenstoffgehalt: gering
Fachbegriff: Ferrit - Kohlenstoffgehalt: hoch
Fachbegriff: Perlit
Zeichnen Sie den Zusammenhang zwischen Streckengrenze und Prüfparameter ein.
Tragen Sie Zeitschwingfestigkeit und Dauerschwingfestigkeit in das Diagramm ein.
Tragen Sie folgende Begriffe in das Diagramm ein:
Oberspannung δo, Mittelspannung δm, Unterspannung δu, Schwingbreite △δ
Geben Sie die Formel der Streckengrenze an.
Re = Fe / As (N/mm²)
Geben Sie die Formel der Zugfestigkeit an.
Rm = Fmax / As (N/mm²)
Zeichnen Sie die Spannungs-Dehnungslinie eines kaltverformten Stahls in das untenstehende Diagramm. Beschriften Sie die Achsen, benennen Sie die wichtigsten Kenngrößen und die drei Phasen des Verlaufs im Diagramm und markieren Sie diese jeweils in der Skizze.
Ordnen Sie die Raumgitterstrukturen von Eisen in das Diagramm ein.
Zeichnen Sie die Atomanordnung der Mischkristallstrukturen.
Berechnen Sie den E-Modul anhand des Kurvenverlaufs.
Wählen Sie für die Berechnung einmal den Nullpunkt als Hilfspunkt und einmal den Hilfspunkt nach Norm.
△l = 100mm
Fmax = 56 kN
Rm = 713,0 N/mm²
1. Vereinfacht 0,5 * Fmax = 0,5 * 56kN = 28kN 0,5 * Rm = 0,5 * 713N/mm² = 356,5N/mm² △l (0,5 Fmax) = 0,125mm (abgelesen) ε0,5 = △l/l0 = 0,125mm / 100mm = 0,00125 E-Modul = (0,5 * Rm) / ε0,5 = 356,5N/mm² / 0,00125 = 282.200N/mm²
2. nach Norm 0,5 * Fmax = 0,5 * 56kN = 28kN 0,5 * Rm = 0,5 * 713N/mm² = 356,5N/mm² △l (0,5 Fmax) = 0,125mm (abgelesen) 0,2 * Fmax = 11,2 kN 0,2 * Rm = 142,6N/mm² △l (0,2 Fmax) = 0,05mm (abgelesen) ε0,2 = △l/l0 = 0,05mm / 100mm = 0,0005 E-Modul = △Rm / △ε = (356N/mm² - 142,6N/mm²) / (0,00125 - 0,0005) = 285.200N/mm²
