Stahl / Gusseisen Flashcards
Skizzieren Sie das Fe-Fe3C-Diagramm (metastabil) und kennzeichnen Sie die wichtigsten Temperaturen, Konzentrationen und die Phasenfelder.
vgl. VL 1 + 2, Folie 36
Beschriften Sie die Phasenfelder im Fe-Fe3C-Diagramm (metastabil) gefügemäßig.
vgl. VL 1 + 2, Folie 40
Nennen und erläutern Sie die peritektische/eutektische/eutektoide Reaktion.
eutektische Reaktion: S g + Fe3C
eutektiode Reaktion: g a + Fe3C
peritektische Reaktion: d + S g
Was versteht man unter Stahl?
max. 2,06 Ma.-% C
Erläutern Sie die Gefügeentstehung für einen Stahl mit maximal 0,02 Ma.-% Kohlenstoff.
- Teilweise Umwandlung von Austenit zu Ferrit (2-Phasen-Gebiet)
- Gesamte Austenit hat sich zu Ferrit umgewandelt und kühlt ab
- Mit abnehmender Temperatur sinkt die Löslichkeit von C im Ferrit –> Zementit scheidet aus
Erläutern Sie die Gefügeentstehung für einen untereutektoiden Stahl.
0,02 < cC < 0,8 (Ma.-%): untereutektioder Stahl
- Teilweise Umwandlung von Austenit zu Ferrit (2-Phasen-Gebiet)
- eutektoide Reaktion:
restliche Austenit wandelt sich zu Perlit um (Perlit = a + Fe3C)
–> es liegt nun Ferrit und Perlit vor - mit abnehmender Temperatur sinkt die Löslichkeit von C im Ferrit –> Zementit scheidet aus
Skizzieren Sie die Gefüge jeweils vor/nach den charakteristischen Umwandlungen.
vgl. VL 1 + 2, Folie 41
Was ist Ferrit – Austenit – Ledeburit I bzw. II – (Primär-, Sekundär-, Tertiär-)Zementit – Perlit?
Ferrit: a-Fe
Austenit: g-Fe
Ledeburit I: feines Gemenge aus Austenit und Zementit
Ledeburit II: feines Gemenge aus Perlit und Zementit
(Primär-)Zementit: Fe3C
Sekundärzementit: Fe3CII
Tertiärzementit: Fe3CIII
Perlit: feinstreifiges Gemenge aus Ferrit und
Zementit
Was versteht man unter einem austenitstabilisierenden Element?
Austenitbildner:
Austenitbildende Elemente entsprechen einem äquivalenten Anteil an Ni.
vgl. Folie 50
Wie wird der Kohlenstoff im Eisengitter gelöst?
Der Kohlenstoff wird im a-, g- und d- Eisen in die Zwischengitterplätze (Oktaeder- oder Tetraederlücken) eingelagert und ist also nur in begrenztem Umfang in dem jeweiligen Eisengitter löslich.
Warum wird das Fe-Fe3C-Diagramm auch „metastabiles Eisen Kohlenstoff-Diagramm“ genannt?
Eisen bildet mit Kohlenstoff die sehr spröde intermediäre Phase Fe3C, die bei hohen Temperaturen, langen Haltezeiten und/oder langsamer Abkühlung zerfällt. Technische Fe-C-Legierungen erstarren überwiegend nach dem metastabilen System. Der Begriff metastabil kennzeichnet lediglich einen bestimmten thermodynamischen Zustand und darf nicht mit “unstabil” gleichgesetzt werden.
Erläutern Sie die Gefügeentstehung für einen übereutektoiden Stahl. Skizzieren Sie die Gefüge jeweils vor/nach den charakteristischen Umwandlungen.
0,8 < cC < 2,06 (Ma.-%): übereutektoider Stahl
- Ausscheidung von Sek.-zementit aus dem Austenit (2-Phasen-Gebiet)
- eutektoide Reaktion:
restliche Austenit wandelt sich zu Perlit um (Perlit = a + Fe3C) –> es liegt nun Sek.-zementit und Perlit vor
vgl. VL 3, Folie 7
Beschriften Sie das stabile Fe-C-Diagramm phasen- und gefügemäßig.
vgl. VL 1 +2, Folie 34
Skizzieren und erläutern Sie das Maurer-Diagramm.
vgl. VL 1 + 2, Folie 57
Welche Arten der Graphitausbildung gibt es. Wie entstehen sie und wie beeinflussen sie die Eigenschaften des Graugusses?
Lamellengraphit
Vermiculargraphit
Kugelgraphit
Härte (absteigend)
Feinlamellarer Perlit
Groblamellarer Perlit
Kugelliger Zementit
Duktilität (absteigend)
Kugeliger Zementit
Groblamellarer Perlit
Feinlamellarer Perlit
Welche Einflussgrößen bestimmen die Graphitausbildung im Grauguss?
Legierungszusätze
Welche Gefüge entstehen bei der beschleunigten Abkühlung?
Bainit (moderate Abkühlung)
Martensit (schnelle Abkühlung)
Skizzieren und erläutern Sie ein isothermes – kontinuierliches Zeit-Temperatur-Umwandlung-Schaubild.
vgl. VL 3, Folie 27
Erläutern Sie den Zusammenhang zwischen dem Fe-Fe3C-Diagramm und dem ZTU-Diagramm.
Sind notwendig, weil Phasendiagramm nicht alle entstehenden Gefüge (Nicht-Gleichgewichtsgefüge) anzeigt
Berücksichtigen Umwandlungskinetik:
Unterschiedliche Gefüge –> unterschiedliche mechanische Eigenschaften
ZTU-Diagramme erlauben die gezielte reproduzierbare Einstellung des Gefügezustands und damit der mechanischen Eigenschaften.
Beschreiben Sie die mikrostrukturellen Vorgänge bei der
beschleunigten Abkühlung von Stählen aus dem Austenitgebiet.
Martensit entsteht aus Austenit durch eine diffusionslose Umwandlung bei schneller Abkühlung auf Raumtemperatur (keine Überschneidung mit der Transformationsnase).
kfz Austenit wird zu trz Martensit (tetragonal-raumzentriert), Verzerrung des Gitters.
Warum entsteht die charakteristische Nase im ZTU-Diagramm?
Die Linien für den Umwandlungsbeginn zeigen vielfach den typischen C-förmigen Verlauf “Nase”: Bei geringer Unterkühlung ist das Umwandlungsbestreben noch gering (lange Anlaufzeit), bei großer Unterkühlung nimmt es stark zu, aber die Beweglichkeit insbesondere der Kohlenstoffatome ist stark behindert (daher ebenfalls lange Anlaufzeit). Die beiden gegenläufigen Einflüsse sind die Ursache für die “Nase”.
Wie wirken sich bestimmte Legierungselemente, wie z.B. Cr, Mo, V, W oder Ni, auf die ZTU-Schaubilder von Stählen aus?
Änderung der Umwandlungstemperatur
Verschiebung der Nase der Austenit-zu-Perlitumwandlung zu längeren Zeiten
Verschiebung der Perlit- und Bainit-Nasen zu längeren Zeiten (Abnahme der kritischen Abkühlgeschwindigkeit)
Bildung einer separaten Bainit-Nase
Skizzieren Sie die ZTU-Schaubilder der entsprechenden
Legierungsvarianten.
vgl. VL 3, Folie 35
Beschreiben Sie den Ablauf der Wärmebehandlung Härten.
- Vollständige oder teilweise Austenitisierung bei TA
- Abkühlung (abschrecken) mit v > vkrit auf T < MS
- untereutektoide Stähle: TA = 30 – 50 °C > A3 und abschrecken
- übereutektoide Stähle:
TA = 30 – 50 °C > A1 und abschrecken
Bei welchen Werkstoffen wird diese Wärmebehandlung (Härten) angewendet?
Stahl?!
Welche mikrostrukturellen Vorgänge laufen beim Härten von Stahl ab?
Martensit entsteht aus Austenit durch eine diffusionslose Umwandlung bei schneller Abkühlung auf Raumtemperatur (keine Überschneidung mit der Transformationsnase).
kfz Austenit wird zu trz Martensit (tetragonal-raumzentriert), Verzerrung des Gitters.
Wie heißt das entstehende Gefüge beim Härten?
Martensit
Was versteht man unter Härtbarkeit – Einhärtbarkeit – Aufhärtbarkeit?
Die Fähigkeit von Stahl, eine vollständig martensitische Struktur in dem gesamten Bauteil bilden, nennt man Durchhärtbarkeit oder Einhärtbarkeit.
Die maximal erreichbare Härte wird durch den Begriff der Aufhärtbarkeit beschrieben. Aufhärtbarkeit wird durch den Martensitgehalt bestimmt und ist damit vom C-Gehalt abhängig.
Welchen Einfluss hat der C-Gehalt auf die Härte/Härtbarkeit?
vgl. VL 4, Folie 38
Welchen Einfluss haben Legierungselemente auf die Härtbarkeit?
Zugabe von Legierungselementen verlangsamt den Diffusionsprozess, dadurch bildet sich leichter Martensit (= geringere kritische Abkühlgeschwindigkeit).
Skizzieren Sie den Härteverlauf über dem Querschnitt einer Welle aus un-/niedrig-/hochlegiertem Stahl für Abschrecken mit Wasser/Öl bzw. Luftabkühlung.
vgl. VL 4, Folie 18
Wie laufen folgende Wärmebehandlungen ab: Normalisieren?
Glühung (> 30 min) und Luftabkühlung --> untereutektoide Stähle: 30-50 K > A3 --> übereutektoide Stähle: 30-50 K > A1 (selten: 30-50 K > Acm (Gefahr Grobkornbildung))
Wie laufen folgende Wärmebehandlungen ab: Weichglühen?
Glühung: lange Glühdauern
Wie laufen folgende Wärmebehandlungen ab: Härten?
- Vollständige oder teilweise Austenitisierung bei TA
- Abkühlung (abschrecken) mit v > vkrit auf T < MS
- -> untereutektoide Stähle: TA = 30 – 50 °C > A3 und abschrecken
- -> übereutektoide Stähle: TA = 30 – 50 °C > A1 und abschrecken
Wie laufen folgende Wärmebehandlungen ab: Vergüten?
Härten und dann Anlassen auf Temperaturen zwischen 250 und 650 °C für 1-2h
Wie laufen folgende Wärmebehandlungen ab: Einsatzhärten?
Aufkohlen oberflächennaher Werkstoffbereiche auf ca. 0,8 Ma.-% C durch Glühung in C-abgebender Atmosphäre bei ca. 900°C und abschrecken (Härten)
–> Direkthärtung: Abschrecken von Aufkohlungstemperatur
–> Einfachhärtung: Abschrecken von einer dem Rand-C-Gehalt entsprechenden oder anderen Härtungstemperatur
–> Doppelhärtung: Abschrecken von einer dem Kern-C-Gehalt entsprechenden Härtungstemperatur und anschließend von einer dem Rand-C-Gehalt entsprechenden Härtungstemperatur
Wie laufen folgende Wärmebehandlungen ab: Nitrieren?
Aufstickung oberflächennaher Werkstoffbereiche auf ca. 0,1 Ma.-% N durch Glühung in N-abgebender Atmosphäre bei ca. 550 – 600 °C dann Ablöschen (kein Abschrecken)
Nenne die Ziele der folgenden Wärmebehandlungen: Normalisieren
- Beseitigung oder Reduzierung der Werkstoffvorgeschichte durch
vollständige oder teilweise Umkristallisation - Feinkörnigkeit und homogeneres Gefüge
- Zähe Stähle
Nenne die Ziele der folgenden Wärmebehandlungen: Weichglühen
- Umwandlung des lamellaren oder Korngrenzenzementits in kugeligen Zementit
- Gute Verform- oder gute Zerspanbarkeit
Nenne die Ziele der folgenden Wärmebehandlungen: Härten
Erzeugung eines überwiegend martensitischen Gefügezustands
Nenne die Ziele der folgenden Wärmebehandlungen: Vergüten
Gezielte Erzeugung von dispers verteilten Carbidausscheidungen in einer ferritischen Matrix, die günstige mechanische Eigenschaften aufweisen
Nenne die Ziele der folgenden Wärmebehandlungen: Einsatzhärten
Erzeugung einer harten, überwiegend martensitischen Randschicht bei Stählen mit relativ kleinen C-Gehalten ( 0,2 Ma.-%)
Nenne die Ziele der folgenden Wärmebehandlungen: Nitrieren
Erzeugung harter Randschichten bei Stählen mit Legierungselementen, die zur Nitridbildung neigen
Erläutern Sie die mikrostrukturellen Vorgänge beim Vergüten (Vergütungsstufen!).
- Anlassstufe:
C-Gehalt des Martensits ist gesunken, der tetragonale Martensit wandelt sich in den weniger verspannten kubischen Martensit um
–> geringe Härteabnahme („Entspannen“) - Anlassstufe:
die Beweglichkeit der Kohlenstoffatome steigt, diffusionsgesteuerte Umwandlung von Restaustenit
ferrit-ähnliche Phase entspricht Bainitstufe (keine GG-Phase hinsichtlich der Konzentration) - Anlassstufe:
Gefüge mit feindispersen Fe3C- Ausscheidungen in ferritischer Matrix
–> Zugfestigkeit sinkt, aber Verformbarkeit und Kerbschlagzähigkeit steigen - Anlassstufe:
Abbau der inneren Fehler (Versetzungen, Kleinwinkelkorngrenzen), vollständige Rekristallisation des Ferrits (Form der ehemals martensitischen Latten und Platten geht verloren)
Skizzieren Sie ein Vergütungsschaubild.
vgl. VL 4, Folie 23
