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Werkstoffkunde 2 > Stahl und Gusseisen > Flashcards

Stahl und Gusseisen Flashcards

1
Q

Wahr oder falsch?

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

A

Wahr!

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2
Q

Nenne die Vor- und Nachteile von Aluminum.

A

Pro
- Gewichtseinsparung

Contra

  • Hoher Energiebedarf in der Produktion
  • Hohe CO2 Emissionen in der Produktion
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3
Q

Wahr oder falsch?

Roheisen besteht aus reinem Eisen.

A

Falsch!

Roheisen enthält Verunreinigungen wie C, Mn, Si etc.

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4
Q

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

A

> 2,1 Ma% C

Gießen

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5
Q

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

A

< 2,1 Ma% C

Umformen

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6
Q

Abb. Allotropie des reinen Eisens und seine Lösungsphasen

A

vgl. Folie 21

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7
Q

Was versteht man unter Allotropie?

A

Auftreten eines chemischen Elements in verschiedenen Modifikationen (festen Zustandsformen).

  • Unterscheidung des Kristallgitters
  • Unterscheidung der thermodynamischen Stabilität (Druck- und Temperaturabhängigkeit)
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8
Q

Allotropie des reinen Eisens

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

A

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

kfz, g-Fe, technisch bedeutsam
–> Austenit

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9
Q

Allotropie des reinen Eisens

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

A

krz, a-Fe, technisch bedeutsam

–> Ferrit

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10
Q

Was ist das wichtigste Lösungselement von Eisen?

A

Kohlenstoff

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11
Q

Was versteht man unter Polymorphie?

A

Auftreten einer Substanz (bestehend aus mind. zwei Komponenten) in verschiedenen Modifikationen (festen Zustandsformen)

  • Unterscheidung des Kristallgitters
  • Unterscheidung der thermodynamischen Stabilität (Druck- und Temperaturabhängigkeit)
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12
Q

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

A

Polymorphie

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13
Q

Wo existieren größere Gitterlücken kfz oder krz?

A

kfz

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14
Q

Technisch wichtige Legierungen

Was versteht man unter unlegiertne Stählen?

A

Eisen mit Kohlenstoff

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15
Q

Abb. Stabiles Phasendiagramm bei unendlich langsamer Abkühlung

A

vgl. Folie 33

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16
Q

Stabiles Phasendiagramm bei unendlich langsamer Abkühlung

Welche Phasen kennst du?

A

a-Fe (krz), g-Fe (kfz), d-Fe (krz), Schmelze und Graphit

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17
Q

Meta-stabiles Phasendiagramm bei technisch langsamer Abkühlung

Welche Phasen kennst du?

A

a-Fe (krz), g-Fe (kfz), d-Fe (krz), S, Fe3C

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18
Q

Abb. Meta-stabiles Phasendiagramm bei technisch langsamer Abkühlung

phasenmäßige Betrachtung

A

vgl. Folie 37

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19
Q

Meta-stabiles Phasendiagramm bei technisch langsamer Abkühlung

Beschreibe die eutektische Reaktion.

A

S –> g + Fe3C

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20
Q

Meta-stabiles Phasendiagramm bei technisch langsamer Abkühlung

Beschreibe die eutektoide Reaktion.

A

g (Austenit) –> a + Fe3C (beides zsm: Perlit)

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21
Q

Meta-stabiles Phasendiagramm bei technisch langsamer Abkühlung

Wie benenne die Gefüge der folgenden einphasiger Phasen.

a-Fe
g-Fe
Fe3C

A

a-Fe = Ferrit

g-Fe = Austenit

Fe3C = Zementit

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22
Q

Abb. Meta-stabiles Phasendiagramm bei technisch langsamer Abkühlung

gefügemäßige Betrachtung

A

vgl. Folie 40

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23
Q

Meta-stabiles Phasendiagramm bei technisch langsamer Abkühlung

Wahr oder falsch?

Bei eutektoider Reaktion entsteht aus dem Austenit
Perlit.

A

Wahr

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24
Q

Meta-stabiles Phasendiagramm bei technisch langsamer Abkühlung

Was versteht man unter Perlit und wie entsteht es?

A

Bei eutektoider Reaktion entsteht aus dem Austenit Perlit.

Perlit ist ein feinstreifiges Gemenge aus Ferrit und
Zementit.

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25
Q

Meta-stabiles Phasendiagramm bei technisch langsamer Abkühlung

Was versteht man unter Ledeburit I und wie entsteht es?

A

Bei eutektischer Reaktion entsteht aus der Schmelze Ledeburit I.

Ledeburit I ist ein feines Gemenge aus Austenit und Zementit.

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26
Q

Meta-stabiles Phasendiagramm bei technisch langsamer Abkühlung

Was versteht man unter Ledeburit II und wie entsteht es?

A

Bei Abkühlung und eutektoider Reaktion entsteht Ledeburit II.

Ledeburit II ist ein feines Gemenge aus Perlit und Zementit.

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27
Q

Meta-stabiles Phasendiagramm bei technisch langsamer Abkühlung

Was versteht man unter Sekundärzementit?

A

Fe3CII

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28
Q

Meta-stabiles Phasendiagramm bei technisch langsamer Abkühlung

Was versteht man unter Tertiärzementit?

A

Fe3CIII

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29
Q

Meta-stabiles Phasendiagramm bei technisch langsamer Abkühlung

eutektische Reaktion und eutektoide Reaktion

Zeichne die Gefüge!

A

vgl. Folie 41

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30
Q

Welches Gefüge entsteht bei der eutektioden Reaktion?

A

Perlit

31
Q

Gleichgewichtsgefüge der Stähle

Was entsteht wenn man bei unter c < 0,02 Ma.% abkühlt?

A

Austenit –> Ferrit + Fe3CII, III

32
Q

Gleichgewichtsgefüge der Stähle

0,02 < cC < 0,8 (Ma.-%)

Wie nennt man diesen Stahl?
Wie nennt man dieses Gefüge?

A

Untereutektoider Stahl

Ferritisch-perlitischem Gefüge

33
Q

Gleichgewichtsgefüge der Stähle

Wie verändert sich der Perlitgehalt bei untereutektoidem Stahl mit zunehmendem c?

A

Der Perlitgehalt steigt linear an

34
Q

Gleichgewichtsgefüge der Stähle

0,8 < cC < 2,06 (Ma.-%)
Wie nennt man diesen Stahl?

A

Übereutektioden Stahl

35
Q

Gleichgewichtsgefüge der Stähle

cC = 0,8 (Ma.-%)
Wie nennt man diesen Stahl?
Um welches Gefüge handelt es sich?

A

Eutektioden Stahl

Perlit = Ferrit + Fe3CII, III

36
Q

Einfluss von weiteren Legierungselementen

Ferritstabilisatoren vs. Austenitstabilisatoren

A

vgl. Folie 50

37
Q

Einfluss von weiteren Legierungselementen

Ferritbildende Elemente entsprechen einem äquivalenten Anteil an?

A

Cr (Chrom)

38
Q

Einfluss von weiteren Legierungselementen

Austenitbildende Elemente entsprechen einem äquivalenten Anteil an?

A

Ni (Nickel)

39
Q

Schaeffler Diagramm

A

vgl. Folie 52

40
Q

Maurer Diagramm

A

vgl. Folie 57

41
Q

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.

A

Lamellengraphit

42
Q

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

A

Kugelgraphit

43
Q

Ordne Lamellen-, Vermicular- und Kugelgraphit den Bildern zu.

Folie 60

A

vgl. Folie 60

44
Q

Gusseisen

Ordne die Bilder auf Folie 61 zu.

A

vgl. Folie 61

45
Q

Wahr oder falsch?

Kugeliger Zementit hat eine höhrere Härte als feinlamellarer Perlit.

A

Falsch! Anders herum!

Es gilt (absteigend):
Feinlamellarer Perlit
Groblamellarer Perlit
Kugeliger Zementit

46
Q

Wahr oder falsch?

Kugeliger Zementit hat eine höhrere Duktilität als feinlamellarer Perlit.

A

Wahr

Es gilt (absteigend):
Kugeliger Zementit
Groblamellarer Perlit
Feinlamellarer Perlit

47
Q

Welche Legierungselemente begünstigen die Bildung von Zementit?

A

V, Zr

Mo, Mn

48
Q

Wieviele Einphasengebiete gibt es im metastabilen Fe-C-Diagramm?

A

5

49
Q

Welche Phasenumwandlung tritt tatsächlich im metastabilen Fe-C-Diagramm auf?

eutektische Umwandlung
peritektische Umwandlung
eutektoide Umwandlung

A

alle

50
Q

Ordnen Sie den Gleichungen ihre Bezeichnung zu.

1) g-MK –> a-MK + Fe3C
2) Schmelze + d-MK –> g-MK
3) Schmelze –> g-MK + Fe3C

A

1) eutektoid
2) peritektisch
3) eutektisch

51
Q

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

A

Oktaederlücke

52
Q

Bei wieviel Gewichts-% Kohlenstoff verläuft die Definitionsgrenze zwischen Stahl und Gusseisen?

A

2,06 Ma. %

53
Q

Wieviele Arten Zementit gibt es? Antworten Sie mit einer Ziffer.

A

Primär-, Sekundär- und den Tertiärzementit

Also 3

54
Q

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
A

B. hart und spröde

D. wird durch Gießen urgeformt

F. hat eine geringe Bruch- und Schlagfestigkeit

55
Q

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
A

C. plastisch verformbar

E. zugfest

B. schmiedbar und schweißbar

56
Q

Wahr oder falsch?

Weißes Gusseisen kommt nur im stabiles Phasendiagramm vor.

A

Falsch!

Weißes Gusseisen kommt nur im meta-stabilen Phasendiagramm vor.

Graues Gusseisen kommt nur im stabiles Phasendiagramm vor.

57
Q

Weißes Gusseisen - Gefüge?

A

Austenit + Zementit (Ledeburit)

58
Q

Graues Gusseisen - Gefüge?

A

Lamellarer, globularer (kugeliger) oder vermikularer Graphit + Austenit

59
Q

Worum geht es?

Als “…” Gusseisen werden Verbindungen bezeichnet, die stabil und metastabil erstarren.

A

“meliertes”

60
Q

Wahr oder falsch?

Bei allen Graphitausscheidungen beeinflusst das Kristallgitter die mechanischen Eigenschaften.

A

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.

61
Q

Inwiefern sind die Aussagen des Fe-C-Diagramms relevant?

A

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.

62
Q

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.

A

“lineare, als auch sprunghafte”

“unterschiedliche”

63
Q

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)

A

(08-0,02)/(6,67-0,02)*100= 11,73% (0,02% C Löslichkeit im Fe berücksichtigt)
Die richtige Antwort ist: 11,99 %

64
Q

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)

A

(6,67-4,3)/(6,67-2,06)*100= 51,41%

Die richtige Antwort ist: 50,75 %

65
Q

Welches dieser Gefüge (-bestandteile) kann lammelar auftreten?

A. Graphit
B. beide
C. Perlit

A

B. beide

66
Q

Ordnen Sie den Verbindungen ihre Kristallstrukturen zu!

Graphit
Diamant
Zementit

A

Graphit –> Hexagonal
Diamant –> Siliziumgitter
Zementit –> Rhombisch

67
Q

Wie viel Atomprozent Fe sind im Zementit enthalten?

A

75 %

68
Q

Wie heißt das Diagramm mit dem sich nach dem Anteil an Kohlenstoff und Silizium abschätzen lässt, welche Art von Gusseisen sich einstellen wird?

A

Maurer-Diagramm

69
Q

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
A

Kugelgraphit
vermikularer Graphit
lamellarer Graphit
globularer Graphit

70
Q

Weisen Sie den Typen von Gusseisen ihr beschreibendes Diagramm zu.

weißes Gusseisen
graues Gusseisen
meliertes Gusseisen

A

weißes Gusseisen → metastabiles Fe-C-Diagramm

graues Gusseisen → stabiles Fe-C-Diagramm

meliertes Gusseisen → beide Diagramme

71
Q

Wahr oder falsch?

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

A

Wahr

72
Q

Existiert die Zementitphase im stablien Eisen-Kohlenstoff-Diagramm?

A

Nein.

73
Q

C1 (0,01 Ma.-% Kohlenstoff):
Ferrit und (Tertiär-)Zementit an den Korngrenzen (geringe Menge)
(Folie 44)

Beschreibe den Entstehungsprozess.

A

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

74
Q

C15 (0,15 Ma.-% Kohlenstoff):
Ferritisch-perlitisches Gefüge: Ferrit, Perlit (geringe Menge), Tertiärzementit an den Korngrenzen
(Folie 45)

Beschreibe den Entstehungsprozess.

A

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

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