Stahl und Gusseisen Flashcards
Wahr oder falsch?
Die Dichte und das Elastizitätsmodul von Stahl ist weit höher als die von Aluminium und Magnesium.
Wahr!
Nenne die Vor- und Nachteile von Aluminum.
Pro
- Gewichtseinsparung
Contra
- Hoher Energiebedarf in der Produktion
- Hohe CO2 Emissionen in der Produktion
Wahr oder falsch?
Roheisen besteht aus reinem Eisen.
Falsch!
Roheisen enthält Verunreinigungen wie C, Mn, Si etc.
Wann spricht man von Gusseisen und wie lässt sich dieser i. R. bearbeiten?
> 2,1 Ma% C
Gießen
Wann spricht man von Stahl und wie lässt sich dieser i. R. bearbeiten?
< 2,1 Ma% C
Umformen
Abb. Allotropie des reinen Eisens und seine Lösungsphasen
vgl. Folie 21
Was versteht man unter Allotropie?
Auftreten eines chemischen Elements in verschiedenen Modifikationen (festen Zustandsformen).
- Unterscheidung des Kristallgitters
- Unterscheidung der thermodynamischen Stabilität (Druck- und Temperaturabhängigkeit)
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
Allotropie des reinen Eisens
Nenne den Gittertypen, die Phase und beurteile die technische Bedeutsamkeit der Raumtemperaturphase.
krz, a-Fe, technisch bedeutsam
–> Ferrit
Was ist das wichtigste Lösungselement von Eisen?
Kohlenstoff
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)
Ein Fe-C-Mischkristall kann bei gleicher Stoffkonzentration mit unterschiedlichen Kristallgittern auftreten. Warum?
Polymorphie
Wo existieren größere Gitterlücken kfz oder krz?
kfz
Technisch wichtige Legierungen
Was versteht man unter unlegiertne Stählen?
Eisen mit Kohlenstoff
Abb. Stabiles Phasendiagramm bei unendlich langsamer Abkühlung
vgl. Folie 33
Stabiles Phasendiagramm bei unendlich langsamer Abkühlung
Welche Phasen kennst du?
a-Fe (krz), g-Fe (kfz), d-Fe (krz), Schmelze und Graphit
Meta-stabiles Phasendiagramm bei technisch langsamer Abkühlung
Welche Phasen kennst du?
a-Fe (krz), g-Fe (kfz), d-Fe (krz), S, Fe3C
Abb. Meta-stabiles Phasendiagramm bei technisch langsamer Abkühlung
phasenmäßige Betrachtung
vgl. Folie 37
Meta-stabiles Phasendiagramm bei technisch langsamer Abkühlung
Beschreibe die eutektische Reaktion.
S –> g + Fe3C
Meta-stabiles Phasendiagramm bei technisch langsamer Abkühlung
Beschreibe die eutektoide Reaktion.
g (Austenit) –> a + Fe3C (beides zsm: Perlit)
Meta-stabiles Phasendiagramm bei technisch langsamer Abkühlung
Wie benenne die Gefüge der folgenden einphasiger Phasen.
a-Fe
g-Fe
Fe3C
a-Fe = Ferrit
g-Fe = Austenit
Fe3C = Zementit
Abb. Meta-stabiles Phasendiagramm bei technisch langsamer Abkühlung
gefügemäßige Betrachtung
vgl. Folie 40
Meta-stabiles Phasendiagramm bei technisch langsamer Abkühlung
Wahr oder falsch?
Bei eutektoider Reaktion entsteht aus dem Austenit
Perlit.
Wahr
Meta-stabiles Phasendiagramm bei technisch langsamer Abkühlung
Was versteht man unter Perlit und wie entsteht es?
Bei eutektoider Reaktion entsteht aus dem Austenit Perlit.
Perlit ist ein feinstreifiges Gemenge aus Ferrit und
Zementit.
Meta-stabiles Phasendiagramm bei technisch langsamer Abkühlung
Was versteht man unter Ledeburit I und wie entsteht es?
Bei eutektischer Reaktion entsteht aus der Schmelze Ledeburit I.
Ledeburit I ist ein feines Gemenge aus Austenit und Zementit.
Meta-stabiles Phasendiagramm bei technisch langsamer Abkühlung
Was versteht man unter Ledeburit II und wie entsteht es?
Bei Abkühlung und eutektoider Reaktion entsteht Ledeburit II.
Ledeburit II ist ein feines Gemenge aus Perlit und Zementit.
Meta-stabiles Phasendiagramm bei technisch langsamer Abkühlung
Was versteht man unter Sekundärzementit?
Fe3CII
Meta-stabiles Phasendiagramm bei technisch langsamer Abkühlung
Was versteht man unter Tertiärzementit?
Fe3CIII
Meta-stabiles Phasendiagramm bei technisch langsamer Abkühlung
eutektische Reaktion und eutektoide Reaktion
Zeichne die Gefüge!
vgl. Folie 41
Welches Gefüge entsteht bei der eutektioden Reaktion?
Perlit
Gleichgewichtsgefüge der Stähle
Was entsteht wenn man bei unter c < 0,02 Ma.% abkühlt?
Austenit –> Ferrit + Fe3CII, III
Gleichgewichtsgefüge der Stähle
0,02 < cC < 0,8 (Ma.-%)
Wie nennt man diesen Stahl?
Wie nennt man dieses Gefüge?
Untereutektoider Stahl
Ferritisch-perlitischem Gefüge
Gleichgewichtsgefüge der Stähle
Wie verändert sich der Perlitgehalt bei untereutektoidem Stahl mit zunehmendem c?
Der Perlitgehalt steigt linear an
Gleichgewichtsgefüge der Stähle
0,8 < cC < 2,06 (Ma.-%)
Wie nennt man diesen Stahl?
Übereutektioden Stahl
Gleichgewichtsgefüge der Stähle
cC = 0,8 (Ma.-%)
Wie nennt man diesen Stahl?
Um welches Gefüge handelt es sich?
Eutektioden Stahl
Perlit = Ferrit + Fe3CII, III
Einfluss von weiteren Legierungselementen
Ferritstabilisatoren vs. Austenitstabilisatoren
vgl. Folie 50
Einfluss von weiteren Legierungselementen
Ferritbildende Elemente entsprechen einem äquivalenten Anteil an?
Cr (Chrom)
Einfluss von weiteren Legierungselementen
Austenitbildende Elemente entsprechen einem äquivalenten Anteil an?
Ni (Nickel)
Schaeffler Diagramm
vgl. Folie 52
Maurer Diagramm
vgl. Folie 57
Gusseisen - Worum geht es?
Gefüge mit ferritischer, ferritisch-perlitischer oder perlitischer Matrix, in die Graphitlamellen eingebettet sind.
Bei Wachstumsrichtung entlang der kristallografischen a-Richtung, d.h. in Richtung der hexagonalen Ebene.
Lamellengraphit
Gusseisen - Worum geht es?
Gefüge mit ferritischer, ferritisch-perlitischer oder perlitischer Matrix, in die Graphitlamellen eingebettet sind.
Wenn Wachstum in a- Richtung durch Mg- oder Ce- Atomen (sog. Kugelbildner) blockiert wird
–> Wachstum in c-Richtung
Kugelgraphit
Ordne Lamellen-, Vermicular- und Kugelgraphit den Bildern zu.
Folie 60
vgl. Folie 60
Gusseisen
Ordne die Bilder auf Folie 61 zu.
vgl. Folie 61
Wahr oder falsch?
Kugeliger Zementit hat eine höhrere Härte als feinlamellarer Perlit.
Falsch! Anders herum!
Es gilt (absteigend):
Feinlamellarer Perlit
Groblamellarer Perlit
Kugeliger Zementit
Wahr oder falsch?
Kugeliger Zementit hat eine höhrere Duktilität als feinlamellarer Perlit.
Wahr
Es gilt (absteigend):
Kugeliger Zementit
Groblamellarer Perlit
Feinlamellarer Perlit
Welche Legierungselemente begünstigen die Bildung von Zementit?
V, Zr
Mo, Mn
Wieviele Einphasengebiete gibt es im metastabilen Fe-C-Diagramm?
5
Welche Phasenumwandlung tritt tatsächlich im metastabilen Fe-C-Diagramm auf?
eutektische Umwandlung
peritektische Umwandlung
eutektoide Umwandlung
alle
Ordnen Sie den Gleichungen ihre Bezeichnung zu.
1) g-MK –> a-MK + Fe3C
2) Schmelze + d-MK –> g-MK
3) Schmelze –> g-MK + Fe3C
1) eutektoid
2) peritektisch
3) eutektisch
Wo wird Kohlenstoff im Ferrit und im Austenit bevorzugt eingelagert? Antworten Sie nur mit einem Wort.
Oktaederlücke
Bei wieviel Gewichts-% Kohlenstoff verläuft die Definitionsgrenze zwischen Stahl und Gusseisen?
2,06 Ma. %
Wieviele Arten Zementit gibt es? Antworten Sie mit einer Ziffer.
Primär-, Sekundär- und den Tertiärzementit
Also 3
Welche Eigenschaften ordnen Sie Gusseisen zu?
Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: A. schweißbar B. hart und spröde C. schmiedbar D. wird durch Gießen urgeformt E. plastisch verformbar F. hat eine geringe Bruch- und Schlagfestigkeit
B. hart und spröde
D. wird durch Gießen urgeformt
F. hat eine geringe Bruch- und Schlagfestigkeit
Welche Eigenschaften kann man Stahl im Vergleich zu Gusseisen zuordnen?
Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: A. durch Gießen urgeformt B. schmiedbar und schweißbar C. plastisch verformbar D. besitzt geringe Bruch- und Schlagfestigkeit E. zugfest F. hart und spröde
C. plastisch verformbar
E. zugfest
B. schmiedbar und schweißbar
Wahr oder falsch?
Weißes Gusseisen kommt nur im stabiles Phasendiagramm vor.
Falsch!
Weißes Gusseisen kommt nur im meta-stabilen Phasendiagramm vor.
Graues Gusseisen kommt nur im stabiles Phasendiagramm vor.
Weißes Gusseisen - Gefüge?
Austenit + Zementit (Ledeburit)
Graues Gusseisen - Gefüge?
Lamellarer, globularer (kugeliger) oder vermikularer Graphit + Austenit
Worum geht es?
Als “…” Gusseisen werden Verbindungen bezeichnet, die stabil und metastabil erstarren.
“meliertes”
Wahr oder falsch?
Bei allen Graphitausscheidungen beeinflusst das Kristallgitter die mechanischen Eigenschaften.
Falsch!
Allen Graphitausscheidungen ist gleich, dass sie im hexagonalen Gitter kristallisieren (Zementit kristallisiert im rhombischen Gitter). Es ist also NICHT die Kristallstruktur, die die mechanischen Eigenschaften beeinflusst.
Inwiefern sind die Aussagen des Fe-C-Diagramms relevant?
Da es ein Phasendiagramm ist, zeigt es den thermodynamisch günstigsten Zustand an, also die jeweilige Phase, die bei sanfter Abkühlung und guter Diffusion entsteht. Der technische Alltag weicht von dieser Forderung meist stark ab. Metalle werden im Wasserbad abgeschreckt und übersättigte Mischkristalle “eingefroren”. Zur Beschreibung der nicht-Gleichgewichtszustände werden so genannte ZTU- oder ZTA-Diagramme benutzt.
Dilatationsversuch
In dem Praktikum wurde ein Versuch durchgeführt, der die Längenänderung (Dilatation) eines Eisendrahts bei Temperaturändrung sichtbar macht. Es sind sowohl “…” Längenänderung beobachtbar. Die Phasen α-Eisen und γ-Eisen besitzen “…” Wärmeausdehnungskoeffizienten, was sich in dem Anstieg einer Gerade abzeichnet.
“lineare, als auch sprunghafte”
“unterschiedliche”
Was heißt es für die Gefügezusammensetzung nach dem Fe-C-Diagramm, dass die Zusammensetzung genau eutektoid ist (0,8 Gewichts-% C)? Wenden Sie das Hebelgesetz an, um zu bestimmen, welchen Gewichtsanteil (auf zwei Kommastellen / in Prozent) Zementit im Perlit besitzt!
(Abb. in Nachbereitung)
(08-0,02)/(6,67-0,02)*100= 11,73% (0,02% C Löslichkeit im Fe berücksichtigt)
Die richtige Antwort ist: 11,99 %
Bestimmen Sie mit Hilfe des Hebelgesetzes welchen Gewichtsanteil (in Prozent) Austenit im Ledeburit I direkt nach der eutektischen Umwandlung hat! Beachten Sie, im Diagramm steht 2% aber Punkt E liegt bei 2,06%!
(Abb. in Nachbereitung)
(6,67-4,3)/(6,67-2,06)*100= 51,41%
Die richtige Antwort ist: 50,75 %
Welches dieser Gefüge (-bestandteile) kann lammelar auftreten?
A. Graphit
B. beide
C. Perlit
B. beide
Ordnen Sie den Verbindungen ihre Kristallstrukturen zu!
Graphit
Diamant
Zementit
Graphit –> Hexagonal
Diamant –> Siliziumgitter
Zementit –> Rhombisch
Wie viel Atomprozent Fe sind im Zementit enthalten?
75 %
Wie heißt das Diagramm mit dem sich nach dem Anteil an Kohlenstoff und Silizium abschätzen lässt, welche Art von Gusseisen sich einstellen wird?
Maurer-Diagramm
Welche Formen der Graphitausscheidungen gibt es wirklich?
Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: A. globularer Graphit B. lapidarer Graphit C. lamellarer Graphit Richtig D. vertikularer Graphit E. vermikularer Graphit F. Kugelgraphit
Kugelgraphit
vermikularer Graphit
lamellarer Graphit
globularer Graphit
Weisen Sie den Typen von Gusseisen ihr beschreibendes Diagramm zu.
weißes Gusseisen
graues Gusseisen
meliertes Gusseisen
weißes Gusseisen → metastabiles Fe-C-Diagramm
graues Gusseisen → stabiles Fe-C-Diagramm
meliertes Gusseisen → beide Diagramme
Wahr oder falsch?
Gusseisen mit Kugelgraphit ist mechanisch fester als Gusseisen mit lamellarem Graphit.
Wahr
Existiert die Zementitphase im stablien Eisen-Kohlenstoff-Diagramm?
Nein.
C1 (0,01 Ma.-% Kohlenstoff):
Ferrit und (Tertiär-)Zementit an den Korngrenzen (geringe Menge)
(Folie 44)
Beschreibe den Entstehungsprozess.
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
C15 (0,15 Ma.-% Kohlenstoff):
Ferritisch-perlitisches Gefüge: Ferrit, Perlit (geringe Menge), Tertiärzementit an den Korngrenzen
(Folie 45)
Beschreibe den Entstehungsprozess.
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 T, sinkt die
Löslichkeit von C im Ferrit
–> Zementit scheidet aus
