Urformen Flashcards
“…” ist die Herstellung eines Werkstückes aus formlosem Stoff durch Schaffen eines Stoffzusammenhalts.
“Urformen”
Welche Urformverfahren für den Ausgangszustand flüssig kennst du?
Gießen
Welche Urformverfahren für den Ausgangszustand plastisch, viskos kennst du?
Extrudieren (Strangpressen), Spritzgussverfahren
Welche Urformverfahren für den Ausgangszustand körnig, pulvrig kennst du?
Sintern
Grundlagen Gießen
Kristallbildung beginnt mit “…”
Keimbildung
Was ist die Triebkraft bei der Keimbildung?
Absenkung der freien Enthalpie
Abb. Erstarrung von Metallschmelzen
vgl. Folie 19
Was versteht man unter primärer Keimbildung?
homogen: - aufgrund der Unterkühlung in der Schmelze (s.vorherige Seiten) - für Lösungen: aufgrund der Übersättigung der Lösung aus dem gelösten Stoff --> hoher Energieaufwand
heterogen: - Fremdstoffe oder Verunreinigungen in der Lösung / Schmelze initiieren die KB - auch Oberflächen können keimbildend wirken --> geringerer Energieaufwand
Was versteht man unter sekundärer Keimbildung?
Zugabe von Kristallen des gleichen Materials („Impfen“, „Seeding“)
–> geringerer Energieaufwand
Wahr oder falsch?
Die kritischen Keimradien sind bei homogener Keimbildung geringer als bei heterogener Keimbildung.
Falsch!
Die kritischen Keimradien sind bei heterogener Keimbildung geringer als bei homogener Keimbildung.
Wie können Gießverfahren nach der Formfüllung kategorisiert werden?
- Schwerkraft
- Druckkraft
- Zentrifugalkraft
Wie können Gießverfahren nach der Formenart kategorisiert werden?
- Sandformguss
- Kokillenguss
Wie können Gießverfahren nach der Genauigkeit kategorisiert werden?
- Normalguss
- Feinguss
- Präzisionsguss
Nenne die Vorteile vom Gießen.
- Auch die komplizierteste Geometrie lässt sich realisieren
- Endkonturnah – geringer Aufwand zur Fertigbearbeitung
- Alle technisch bedeutenden Werkstoffe sind gießbar
- Werkstoff-Vielfalt = maßgeschneiderte Eigenschaften
- Wirtschaftlichkeit
- 100 % Recycelbarkeit = Umweltverträglichkeit
Abb. Sandformgießen
vgl. Folie 27
Abb. Kokillengießen
vgl. Folie 28
Wahr oder falsch?
Die Erstarrungsgeschwindigkeit ist beim Sandguss niedriger als beim Kokillenguss.
Wahr
Abb. Kontinuierliche Verfahren
vgl. Folie 31
Abb. Semi-solid casting
vgl. Folie 32
Erstarrung von Metallschmelzen - einphasige Erstarrung
Warum kommt es zu einem Temperaturhaltepunkt?
freiwerdender Kristallisationswärme Q
vgl. Folie 35
Wozu führt gleichmäßige Abkühlung bei stabiler Kristallisationsfront?
Stabile Kristallisationsfront
- positiver Temperaturgradient
- ebene Kristallisationsfront
globulitische Körner (isotropes Gefüge)
Wozu führt ungleichmäßige Abkühlung bei stabiler Kristallisationsfront?
Stabile Kristallisationsfront
- positiver Temperaturgradient
- ebene Kristallisationsfront
längliche Stengelkristalle (anisotropes Gefüge)
Wozu führt eine instabile Kristallisationsfront?
Instabile Kristallisationsfront:
- negativer Temperaturgradient
- dendritisches Kristallwachstum
Erstarrungsgefüge ist dendritisch
Wie erfolgt die quantitative Beschreibung von Erstarrungsvorgängen?
Keimzahl (KZ)
–> pro Zeiteinheit gebildete Zahl von Keimen
lineare Kristallisationsgeschwindigkeit (KG) --> Längenzunahme eines Kristalls in bestimmter Richtung
Mit “…” Unterkühlung steigen Keimzahl und lineare Kristallisationsgeschwindigkeit
“steigender”
Morphologie von Erstarrungsgefügen
Welche Erstarrungsarten kennst du und was macht sie aus?
Exogene Erstarrung
Endogene Erstarrung
vgl. Folie 46
Welche exogenen Erstarrungsarten kennst du?
Glattwandige Erstarrung
Rauhwandige Erstarrung
Schwammartige Erstarrung
vgl. Folie 47
Welche endogenen Erstarrungsarten kennst du?
Breiartige Erstarrung
Schalenbildende Erstarrung
vgl. Folie 47
Worin unterscheidet man bei einer dreizonigen Gussstruktur?
Rand
- große Unterkühlung (Abschreckzone)
- heterogene Keimbildung
- feinkristallin
Säulenzone (Stängelkristalle)
- Transkristallisationszone
- gerichtete Kristallisation
- Keime wachsen entgegen dem Wärmeabfluss in die Schmelze hinein
Globularzone („Kern“)
- schlechte Wärmeabfuhr
- Grobkristallzone
- Fremdstoffe ⇒ heterogene Keimbildung
Möglichkeiten zur Beeinflussung des Gussgefüges
Ein wichtiger Parameter ist dabei der Keimzustand. Wie wird dieser beeinflusst?
- Gießtemperatur
- Haltedauer auf Gießtemperatur
- Abkühlgeschwindigkeit
Wahr oder falsch?
Beim Kokillenguss sind die Abkühlgeschwindigkeiten höher als beim Sandguss.
Wahr
Welche Metalle verfügen generell über gute Gießbarkeit?
- reine Metalle
- eutektische Legierungen
- naheutektische Legierungen
Nenne die Einflussfaktoren auf das Formfüllungsvermögen und Fließvermögen
- Oberflächenspannung
- Viskosität
- Erstarrungsmorphologie der Schmelze (ungünstig: brei- oder schwammartige)
Gießbarkeit - Worum geht es?
wichtig zum Ausfüllen innerer Schwindungshohlräume
–> auch abhängig von Erstarrungsmorphologie
Speisungsvermögen
Speisungsvermögen - Wozu führt schalenartige Erstarrung?
Ausbildung von Makrolunkern (gut beherrschbar)
Speisungsvermögen - Wozu führt schwamm- oder breiartige Erstarrung?
oberflächliche Einfallstellen, Schwindungsporen, Warmrisse
Speisungsvermögen - Was ist eine günstige Legierung?
Untereutektische Legierung mit hohem Anteil an eutektischer Restschmelze
Welche Gießfehler kennst du?
- Lunker
- Poren
- Warmrisse
- Seigerungen (Kornseigerungen, Blockseigerungen)
- Bindefehler
- Untermaß
- Verzug (Eigenspannung, –> Spannungsrisse)
- Versetzter Guss
Woraus setzt sich die Volumenänderungen einer erstarrenden Metallschmelze zusammen?
Flüssigschwindung
Erstarrungsschwindung
Festkörperschwindung
Welcher Gießfehler lässt sich nicht vermeiden und warum entsteht er?
Lunker, Volumenabnahme
vgl. Folie 62
Was kann man gegen Lunker unternehmen?
- konstruktive Gestaltung
- gusstechnische Maßnahmen
–> Entstehung des Lunkers außerhalb des eigentlichen Werkstücks
Nenne gusstechnische Maßnahmen zur Verhinderung von Lunkern.
- Speisen (lunker-füllendes Nachfließen der Schmelze)
–> speisender Vorratsraum: Einguss, Steiger,
Speiser - Lenkung der Erstarrung
–> gezieltes Kühlen oder Heizen der Form
–> Unterteilung in einzelne, separat gespeiste
Erstarrungsbereiche
Materialanhäufungen
–> Kerne einlegen
Warum entstehen Schwindungsporen/Mikrolunker?
Engverzweigte dendritische Erstarrung
Wie kommt es zu Gasporosität?
Gaslöslichkeit (H, N, O) nimmt bei der Erstarrung ab Gasblasen in der Schmelze können nicht entweichen
Was kann man gegen Gasporosität tuen?
Abbinden der Gase durch O2 (Desoxidieren) oder N2 (Denitrieren)
Vakuumbehandlung der Schmelze
Spülgasbehandlung der Schmelze
Wie entstehen Warmrisse?
Bei Erstarrung von Legierungen
zwischen Liquidus- und Solidustemperatur
Warmrisse entstehen nur, wenn
–> interkristalline Speisungsfähigkeit mangelhaft
UND
–> verminderte Spannungsaufnahmefähigkeit
Nenne die Ursachen für hohe Warmrissanfälligkeit
- engmaschiges dendritisches Erstarrungsgefüge
- gleichzeitig geringer Restschmelzeanteil bei weitgehend abgeschlossener Erstarrung
- Begleitelemente bilden niedrigschmelzende eutektische Systeme
Wie kann Warmrissanfälligkeit gesenkt werden?
Erstarrung in kleinem T-Intervall
–> naheutektische Zusammensetzung
günstigere Erstarrungsmorphologie
- -> naheutektische Zusammensetzung
- -> größere Unterkühlung
- -> Zusatz kornfeinender Mittel
Druckbeaufschlagung der Schmelze (Dichtspeisen)
Warum entstehen Kornseigerungen?
Bei unvollständiger Diffusion: Kornseigerungen!
Bei bestimmter T im Gleichgewicht unterschiedliche Zusammensetzung der Schmelze und des Mischkristall
Nenne die Ursache für Blockseigerung (Makroseigerung)
Mangelnder Diffusionsausgleich zwischen Bereichen, die aufgrund des Temperaturgradienten zwischen Formwand und Innerem nacheinander erstarren
Zusammensetzung am Kornrand =! Zusammensetzung im Korninneren
Nenne Maßnahmen um Seigerungen zu verhindern
verbesserte Abkühlung (gleichmäßig)
Diffusionsglühen (= Homogenglühen)
–> Abbau von Kornseigerungen
Warmverformung
- -> Kornhomogenisierung gefördert
- -> bei Blockseigerungen eingeschränkte Wirkung
Worum geht es?
- Trennung des Zusammenhangs des gegossenen Metalls - abgerundete, meist senkrecht stehende Kanten
- Entstehung beim Zusammenfließen von Schmelze
Bindefehler: Kaltschweißstellen
Nenne die Ursachen für Bindefehler: Kaltschweißstellen
- zu geringe Fließfähigkeit und oxidiertes Gießmetall
- unterbrochenes oder zu langsames Gießen
- ungenügende Formentlüftung
- unvollständiges Zusammenlaufen von zwei Metallströmungen bei Druckguss
Nenne die Ursache für Untermaß
Schwindung
Nenne die Ursache für Verzug
Abkühlgeschwindigkeiten unterschiedlich dicker Querschnitte
Nenne die Ursache für versetzten Guss
schlechte Formkastenführung
Urformen - Worum geht es?
Pulver –> Formgebung –> Brennen bei hoher Temperatur
Sintern (eigentlich nur letzter Schritt)
Welche Verfahren bei der Pulverherstellung beim Sintern kennst du?
- Wasserverdüsung
- Gasverdüsung
- Reduktionsverfahren
Sintern - Worum geht es?
Klassieren
➢ Trennen noch Teilchengröße
Glühbehandlung
➢ Reduktion oxidischer Bestandteile
Zugabe von Presshilfsmitteln
➢ Verringerung der Reibung zwischen den Pulverteilchen selbst und zwischen Pulver und Presswerkzeug
➢ besserer Formteilausstoß
➢ geringerer Werkzeugverschleiß
Legieren (Anlegieren, mechanisches Legieren)
Granulieren
Pulveraufbereitung
Wie nennt man das Pulver nach einer Verdichtung auf 80 – 90 % beim Sintern?
Grünling
Welche Fehlerquellen beim Pressen (Sintern) kennst du?
Brückenbildung beim Füllen enger Querschnitte
Pressdruck sinkt in Pressrichtung durch Reibungskräfte an Pressformwand
Rissbildung beim Ausstoß
Wahr oder falsch?
Beim Sintern ohne Flüssigphase gilt: Tsinter > Tschmelz der Bestandteile
Falsch
Es gilt: Tsinter < Tschmelz
Wahr oder falsch?
Beim Sintern mit Flüssigphase gilt: Tsinter > Tschmelz eines oder weniger Bestandteile
Wahr
Was ist die Triebkraft beim Sintern?
–> Verringerung der Oberflächen- und der Defektenergie
Bei mehrphasigen Legierungen zusätzlich:
–> Verminderung der freien Enthalpie durch Legierungsbildung
Welcher physikalische Vorgang spielt beim Sintern eine große Rolle und welches Gesetz beschreibt den Vorgang?
Diffusion
- Oberflächendiffusion
- Korngrenzendiffusion
- Volumendiffusion
–> Fick‘sche Gesetz
Was hat beim Sintern einen Einfluss auf die Festigkeit, Porosität und Korngröße?
Sintertemperatur
Sinterzeit
Pressdruck
Porosität
Wahr oder falsch?
Sintern ist das Standardverfahren zur Herstellung keramischer Bauteile
Wahr
Nenne die Vorteile vom Sintern (Pulvermetallurgie)
- wirtschaftliche Herstellung von Massenteilen begrenzter
- Größe Eignung für metallische und nicht-metallische
- Werkstoffe Herstellung definierter
- Werkstoffzusammensetzungen Herstellung
- hochschmelzender Metalle
- Herstellung von Metallen mit sehr unterschiedlichen Schmelzpunkten
- Herstellung von Werkstoffen mit Hartstoffen in duktiler Matrix
- Einstellen eines kontrollierten Porenraums
- -> Nachteil: 100%-ige Dichte sintertechnisch nicht herstellbar
Nenne die Nachteile vom Sintern (Pulvermetallurgie)
- Pressen mit hohen Presskräften erforderlich
- Teure Werkzeuge
- Einschränkungen in der Formgebung, z. B.: keine Querbohrungen und Gewinde möglich
- Begrenzte Werkstückgröße durch hohe Presskräfte und geringe Verdichtung im Werkstückinneren
Gussfehler
“…” entstehen aufgrund der unterschiedlichen Gaslöslichkeit der Schmelze und des Feststoffs. Genauer sinkt die Gaslöslichkeit mit der Temperatur und Blasen werden ausgetrieben, die je nach Größe und Viskosität der Schmelze erhalten bleiben oder an die Oberfläche gelangen können.
“Poren”
Gussfehler
Die “…” genannten Trichter oder Hohlräume entstehen während der Abkühlung durch ungleichmäßige Erstarrung. Man kann sie durch weiteren Materialzufluss verhindern. Einen Lunker kann man auch im oberen Bild zum Erstarrungsgefüge erkennen.
“Lunker”
Gussfehler
Sie entstehen während der Abkühlung, wenn noch flüssige Bestandteile erstarren und von vorhandenen Spannungen “auseinander gezogen” werden. Diese “…” sind also nicht Folge einer Beanspruchung des Bauteils. Die “…” verlaufen interkristallin.
“Warmrisse”
“Risse”
Gussfehler
“…” entsprechen Konzentrationsunterschieden innerhalb der Metalle, die in reellen Gussmaterialien auftreten, weil die Diffusion zwischen den Schichten des Keims nicht in ausrechendem Maße bis zur Homogenisierung stattfindet.
“Seigerungen”
Nach dem Pressen wird der Grünling in einem Ofen bei ca. “…” der Schmelztemperatur gesintert.
“80%”
Für welche Art von Metallen eignet sich Sintern speziell?
Hartmetalle
Nenne die zwei wichtigsten Urformungsverfahren bei Polymeren
Extrudieren und Spritzgießen
Urformungsverfahren bei Polymeren
Das “…” erfolgt innerhalb eines als “…” bezeichneten Geräts, das das zugegebene Granulat schmelzen lässt und über eine Schnecke zu einer Düse befördert, wobei die Schmelze stark durchmischt wird. Hinter der Düse erstarrt die Masse, sie ist dabei noch einer Schwindung unterworfen, was bei der Auslegung beachtet werden muss.
“Extrudieren”
“Extruder”
Urformungsverfahren bei Polymeren
Das “…” beruht auf dem gleichen Prinzip der Plastifizierung, wie die Extrusion. Allerdings wird die plastifizierte Masse nicht durch eine Düse gespritzt, sondern in eine Kavität, deren Form der der Außenwand des späteren Bauteils entspricht.
“Spritzgießen”
Welche der folgend genannten Prozesse zählt man zum Urformen ?
Wählen Sie eine oder mehrere Antworten: A. Mahlen B. Sintern C. Extrudieren D. Stranggießen E. Schmieden
B.
C.
D.
Bei der Erstarrung einer Schmelze in einer homogenen Gussform nimmt die “…” vom Rand des späteren Gussstücks zum Innern hin “…”. Hierdurch ergeben sich im Querschnitt verschiedene charakteristische Gussgefüge. Am Rand liegt “…” Gefüge vor während sich im Innern “…” Kristalle finden lassen. Durch eine stark “…” Kristallisation bilden sich zwischen beiden Zonen “…”.
“Wärmeabfuhr”
“ab”
“feinkristallines”
“globulares”
“gerichtete”
“Stängelkristalle”
Welcher Gussfehler kann aufgrund der Konstitution in reinen Metallen nicht auftreten ?
Seigerung
Wählen Sie einen Sinnvollen Wert für den Faktor A, bei der Bestimmung der Sintertemperatur:
TSinter = 0,1 * A * TSchmelz
7
Welcher Energieanteil wirkt der Keimbildungsenergie entgegen ?
Grenzflächenenergie
Welche Aussagen zur homogenen Keimbildung treffen zu?
Die homogene Keimbildung…
Wählen Sie eine oder mehrere Antworten:
A. …stellt eine primäre Art der Keimbildung dar.
B. …benötigt einen geringeren Energieaufwand als die heterogene Keimbildung.
C. …stellt eine sekundäre Art der Keimbildung dar.
D. …benötigt eine lokal ausreichende Unterkühlung der Schmelze.
E. …führt zu Kristallen die keine innere Konzentrationsunterschiede vorweisen.
A.
D.
Bei welchem Urformverfahren von Polymeren kommt eine Kavität zum Einsatz ?
Spritzgießen, Blasformen
Mit welcher der gegebenen Gussformen kann die Lunkerbildung am ehesten eingeschränkt werden?
A. Geschlossene Metallform
B. Offene Metallform
C. Sandwände mit Metallboden
D. Offene Sandform
C.
Welche der Definitionen ist die passende zum Begriff “Urformen”.
A. Urformen ist ein Fertigungsverfahren, dass einen formlosen Stoff zu einem Körper presst.
B. Urformen ist ein Fertigungsverfahren, dass einen formlosen Stoff zu einem Werkstück macht.
C. Urformen ist ein Fertigungsverfahren, dass einen Körper in eine ursprüngliche Form überführt.
B.
Wahr oder falsch?
Beim Sintern können bis zu 99,9% der theoretischen Dichte erreicht werden.
Wahr
Abb. Einteilung Gießverfahren
vgl. ISIS Theorie
Gießen
Am Rand des Werkstücks bildet sich ein “…” Korn aus, weil die “…” noch gut funktioniert. In einer weiteren Schicht, die verglichen mit der Außenschicht größer ist, entstehen Stängel, lang gezogene Körner, die senkrecht zur Werkstückoberfläche in Richtung der Wärmeabfuhr orientiert sind. Im Zentrum des Blocks bildet sich ein “…” Korn aus, weil die Wärmeleitung nur noch schwach ist. Außerdem entstehen häufig “…”, weil die Außenflächen zuerst erstarren und das Volumen des Blocks gegenüber der Schmelze abgenommen hat. Die Volumendifferenz entspricht den übrig gebliebenen Hohlräumen.
“feines”
“Wärmeleitung”
“grobes”
“Poren”
“…” entstehen aufgrund der unterschiedlichen Gaslöslichkeit der Schmelze und des Feststoffs. Genauer sinkt die Gaslöslichkeit mit der Temperatur und Blasen werden ausgetrieben, die je nach Größe und Viskosität der Schmelze erhalten bleiben oder an die Oberfläche gelangen können.
“Poren”
Die “…” genannten Trichter oder Hohlräume entstehen während der Abkühlung durch ungleichmäßige Erstarrung. Man kann sie durch weiteren Materialzufluss verhindern. Einen Lunker kann man auch im oberen Bild zum Erstarrungsgefüge erkennen.
“Lunker”
Sie entstehen während der Abkühlung, wenn noch flüssige Bestandteile erstarren und von vorhandenen Spannungen “auseinander gezogen” werden. Diese “…” sind also nicht Folge einer Beanspruchung des Bauteils. Die Risse verlaufen “…” .
“Warmrisse”
“interkristallin”
Um den genannten Gussfehlern und der Schwindung des Bauteils nach Erstarren zu entgehen, versucht man entweder “…” oder “…” zu benutzen.
“reine Metalle”
“niedrig schmelzende Eutektika”
Für eine Keramik ist die Forderung nach einem pulverförmigen Ausgangsstoff sinnvoll, weil die Synthese oder Gewinnung von keramischen Stoffen häufig zu einer Pulverform führt. Bei Metallen ist erst ein weiterer Fertigungsschritt, das “…” (ein Umformungsprozess) erforderlich.
“Mahlen”
“…” und “…” sind zwei der wichtigsten Urformungsverfahren bei Polymeren.
“Extrudieren”
“Spritzgießen”
Das “…” beruht auf dem gleichen Prinzip der Plastifizierung, wie die Extrusion. Allerdings wird die plastifizierte Masse nicht durch eine Düse gespritzt, sondern in eine “…”, deren Form der der Außenwand des späteren Bauteils entspricht.
“Spritzgießen”
“Kavität”
Das “…” erfolgt innerhalb eines als Extruder bezeichneten Geräts, das das zugegebene Granulat schmelzen lässt und über eine Schnecke zu einer Düse befördert, wobei die Schmelze stark durchmischt wird. Hinter der Düse erstarrt die Masse, sie ist dabei noch einer Schwindung unterworfen, was bei der Auslegung beachtet werden muss.
“Extrudieren”
