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WK1 (S) > Urformen > Flashcards

Urformen Flashcards

1
Q

Was versteht man unter Urformen?

A

Urformen ist die Herstellung eines Werkstückes aus formlosem Stoff durch Schaffen eines Stoffzusammenhalts.

(Urformen ist ein Fertigungsverfahren, dass einen formlosen Stoff zu einem Werkstück macht)

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2
Q

Nach was werden Urformverfahren eingeteilt ?

Welche Ausgangszustände gibt es?

A

Nach dem Zustand des formlosen Stoffes seingeteilt.

Ausgangszustand: - flüssig

                                  - plastisch, viskos („teigig)
                                  - körnig, pulvrig
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3
Q

Ordne den Ausgangszuständen ihre Urformverfahren zu.

A

flüssig —> Gießen
plastisch, viskos („teigig“) —> Extrudieren (Strangpressen),
Spritzgussverfahren
körnig, pulvrig —> Sintern

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4
Q

Mit was beginnt die Kristallbildung?

A

Mit Keimbildung

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5
Q

Keim = ??

A

= Kristallgitter aus einigen tausend Atomen (Folie 9)

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6
Q

Was bedeutet endkonturnahe Fertigung im Bereich des Urformens?

A

Endkonturnah - geringer Aufwand zur Fertigbearbeitung
(Vorteil Gießen)
—> wird angestrebt

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7
Q

Was sind jeweils die wichtigsten Urformverfahren für Keramiken, Metalle und Polymeren ?

A

Polymeren —> Extrudieren, Spritzgießen
Keramiken —> Sintern
Metalle —> Gießen (Dauerform, verlorene Form)

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8
Q

Zu was kommt es bei der Erstarrung aus der Schmelze i.d.R?

A

Zu Keimbildung an vers. Stellen (mehr als ein Keim)

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9
Q

Woraus wachsen Kristallite und wie?

A

wachsen aus Keimen, indem an der Grenzfläche zur
Schmelze Atome aus der Schmelze eingebunden werden
(Übergang vom ungeordneten in den geordneten Bindungszustand).

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10
Q

Gießen-Grundlagen-Keimbildung
T > TK?

TK = Kristallisationstemperatur

A
  • Lebhafte Wärmebewegung

- Ständiger Aufbau und Zerfall gitterähnlicher Bereiche

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11
Q

Gießen-Grundlagen-Keimbildung
T = TK

TK = Kristallisationstemperatur

A
  • Schmelze und feste Phase im Gleichgewicht
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12
Q

T < TK mit dT = TK - T ?

dT = Unterkühlung

—> siehe Folie 10

A

Wachstumsfähige Keime bei Unterschreitung der GG-Temperatur.

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13
Q

Folie 11 ansehen
Triebkraft:
Absenkung der freien Enthalpie: dG(T,p) = dH - TdS

A

—> Überschüssiger Wärmeinhalt aus Gliquid > Gsolid
—> steht dem System als Arbeitsleistung zur Verfügung
—> Energieaufwand zur Bildung einer Oberfläche (Grenzfläche
zur Schmelze) -> Erhöhung der freien Enthalpie (Hemmnis)

dG = dGV+dGA(+dGE)

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14
Q

Die Keimbildung wird unterteilt in?

A

Primäre und sekundäre Keimbildung.

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15
Q

In was lässt sich die primäre Keimbildung unterteilen?

A

In heterogene und homogene Keimbildung.

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16
Q

Entstehung homogener Kristallbildung?

A
  • Homogene Keimbildung (d.h. ohne Fremdkeime) erfordert eine
    starke Unterkühlung der Schmelze
  • für Lösungen: aufgrund der Übersättigung der Lösung aus dem
    gelösten Stoff
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17
Q

Entstehung heterogene Keimbildung?

A
  • Fremdstoffe oder Verunreinigungen in der Lösung /Schmelze
    initiieren die Kristallbildung
  • auch Oberflächen können keimbildend wirken
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18
Q

Was kennzeichnet die sekundäre Keimbildung ?

A
  • Zugabe von Kristallen des gleichen Materials

(„Impfen“, „Seeding“)

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19
Q

Wahr oder falsch?

Bei der heterogenen Keimbildung (primär) ist ein geringerer Energieaufwand nötig?

A

Wahr

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20
Q

Wahr/Falsch

Bei der sekundären Keimbildung ist ein hoher Energieaufwand nötig?

A

Falsch!

—> geringerer Energieaufwand

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21
Q

Wahr/Falsch

Bei der homogenen (primär) Kristallbildung ist ein geringerer Energieaufwand nötig?

A

Falsch!

—> Hoher Energieaufwand!

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22
Q

Erstarrung von Metallschmelzen.

—> Vergleiche homogene und heterogene Keimbildung
—> Abb. Folie 15

A

Folie 15

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23
Q

Nach was lassen sich Gießverfahren unterteilen (mit Bsp.):

A
  1. Nach der Formfüllung (Schwer-, Druck-, Zentrifugalkraft)
  2. Nach der Formenart (Sandformguss, Kokillenguss)
  3. Nach der Genauigkeit (Normalguss, Feinguss, Präzisionsguss)
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24
Q

Nenne 6 Vorteile des Gießens.

A
  • auch komplizierteste Geometrie lässt sich realisieren
  • Endkonturnah – geringer Aufwand zur Fertigbearbeitung
  • alle technisch bedeutenden Werkstoffe sind gießbar
    —> Blei, Zinn, Kupfer, Gold, Aluminium, Magnesium, Eisen,Stahl
    —> aber nicht alle Werkstoffe sind umformbar!!!!
  • Werkstoff-Vielfalt = maßgeschneiderte Eigenschaften
  • Wirtschaftlichkeit
  • 100 % Recycelbarkeit = Umweltverträglichkeit
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25
Q

Nenne 4 Gussverfahren.

A
  • Sandformgussverfahren
  • Druckgussverfahren
  • Schleudergussverfahren
  • Kokillengussverfahren
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26
Q

Erkläre Sandgussverfahren kurz.

A
  • Gussverfahren für Metall und andere Werkst.
  • arbeitet mit Formen aus Sand
  • es funktioniert nach dem Prinzip der verlorenen Form
    —> d.h., dass die Form nach einmaliger Verwendung zum Entformen
    des Gusskörpers zerstört wird.
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27
Q

Erkläre Druckgussverfahren kurz.

A

Schmelze mit hohem Druck und Formfüllgeschwindigkeit in eine Druckgussform gedrückt, wo sie erstarrt

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28
Q

(Erkläre Schleudergussverfahren kurz.)

A

Schmelze in eine um ihre Mittelachse rotierte Kokille gefüllt…

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29
Q

Erkläre Kokillengussverfahren kurz.

A
  • Schmelze über oben liegenden Einguss in eine Kokille gegossen
  • deren Hohlraum wird allein aufgrund der Schwerkraft ausgefüllt
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30
Q

Was sind kurz gesagt Kokillen?

A

wiederverwendbare Formen zum Gießen von Metallen und Legierungen

31
Q

Vergleich Sandguss und Kokillenguss:

  1. Stückgewichte
  2. Mindeststückzahl
  3. Maßgenauigkeit
A

Stückgewichte:
—> große Bauteile bis > 4t, 5 m Raumdiagonale (Sandguss)
—> bis 100 kg, 1,2 m Raumdiagonale (Kokillenguss)

Mindeststückzahl:
—> 1 (S)
—> ~ 500 (K)

Maßgenauigkeit:
—> allgemein niedriger (S)
—> hoch (K)

32
Q

Vergleich Sandguss und Kokillenguss:

  1. Grad der Mechanisierung
  2. Reproduzierbarkeit
  3. Oberflächengüte
  4. Erstarrungsgeschwindigkeit
A

Grad der Mechanisierung:
—> allgemein niedriger (S)
—> hoch (K)

Reproduzierbarkeit:
—> gut (S)
—> besser (K)

Oberflächengüte:
—> niedriger (S)
—> hoch(K)

Erstarrungsgeschwindigkeit:
—> niedriger (S)
—> hoch (K)

33
Q

Gussgefüge- einphasige Erstarrung

Warum kommt es bei der Erstarrung von Metallschmelzen zu einem Temperaturhaltepunkt?

A

aufgrund freiwerdender Kristallisationswärme Q.

—>vgl. Folie 29

34
Q

Gussgefüge- einphasige Erstarrung

Wann spricht man von einer stabilen Kristallisationsfront?

A

Wenn ein positiver Temperaturgradient und eine ebene Kristallisationsfront vorliegt.

—> Abb. Folie 30

35
Q

Gussgefüge- einphasige Erstarrung

Wie ist das Erstarrungsgefüge, wenn eine stabile Kristallisationsfront vorliegt und wovon ist es abhängig?

A

Abhängig von Abkühlbedingungen:

  • gleichmäßige Abkühlung: globulitische Körner (isotopes Gefüge)
  • ungleichmäßige Abk.: längliche Stengelkristalle(anisotropes Gefüge)
36
Q

Gussgefüge- einphasige Erstarrung

Ein negativer Temperaturgradient und ein dendritisches Kristallwachstum kennzeichnen eine…?

A

Instabile Kristallisationsfront (siehe Folie 31)

37
Q

Wie ist das Erstarrungsgefüge bei der instabilen Kristallisationsfront?

A

Es ist dendritisch (siehe Folie 31)

38
Q

Gussgefüge - zweiphasige Erstarrung

Konstitutionelle Unterkühlung (siehe Abb. Folie 34)
Erstarrung in einem Temperaturintervall(siehe Abb. Folie 35+36)

A

—> 35: Verlauf der Konzentration c vor der Kristallisationsfront einer erstarrenden Leierung

—> 36: Verlauf der Liquidustemperatur TL vor der Kristallisationsfront einer erstarrenden Legierung

39
Q

Gussgefüge - zweiphasige Erstarrung

Wovon ist die Art der Erstarrungsfront abhängig ?

A

Von der Wärmeabfuhr!

40
Q

Beschreibe wie ein gewöhnliches Erstarrungsgefüge aufgebaut ist und es durch die Wärmeleitung beeinflusst wird.

A
  • am Rand des Werkst. bildet sich ein feines Korn aus
    —>weil Wärmeleitung noch gut funktioniert
  • in weiteren Schicht, die größer ist, entstehen Stängel
    —>lang gezogene Körner
    —>senkrecht zur Werkstückoberfläche in Richtung Wärmeabfuhr
    orientiert
  • im Zentrum des Blocks bildet sich ein grobes Korn aus
    —>weil Wärmeleitung nur noch schwach
41
Q

Gussgefüge - Quantitative Beschreibung von Erstarrungsvorgäng.

1) pro Zeiteinheit gebildete Zahl von Keimen = ??
2) Längenzunahme eines Kristalls in bestimmter Richtung = ??

A

1) = Keimzahl (KZ)

2) = lineare Kristallisationsgeschwindigkeit (KG)

42
Q

Gussgefüge - Quantitative Beschreibung von Erstarrungsvorgäng.

Wahr/Falsch
—> lineare Kristallisationsgeschw.(KG) und Keimzahl(KZ) sind konstant?

A

FALSCH, sind nicht konstant!

43
Q

Gussgefüge - Quantitative Beschreibung von Erstarrungsvorgäng.

Was ist der Einflussfaktor von Keimzahl(KZ) und (KG)?
Wie berechnet man ihn?

A

Einflussfaktor: Unterkühlung
—> dT = TS - TErstarrung

TErstarrung = tatsächliche Erstarrungstemp.
TS = Schmelz- oder Solidustemp.
44
Q

Wahr/Falsch

  • Mit steigender Unterkühlung steigen Keimzahl (KZ) und lineare Kristallisationsgeschwindigkeit (KG).
  • Bei TS noch keine Unterkühlung.
A

Beides Wahr!

45
Q

Gussgefüge

Ausbildung einer dreizonigen Gussstruktur, nenne alle Zonen und einige Eigenschaften.

A

Rand:
- durch große Unterkühlung viele, polygone Kristalle

Säulenzone (Stängelkristalle):

  • Transkristallisationszone
  • gerichtete Kristallisation
  • Keime wachsen entgegen dem Wärmeabfluss in die Schmelze hinein

Globularzone(„Kern“):

  • (=Grobkristallzone)
  • durch schlechte Wärmeabfuhr relativ grobe globulare Kristalle

—> mehr Folie 42

46
Q

Gussgefüge

Nenne einen wichtigen Parameter zur Beeinflussung des Gussgefüges und durch was dieser beeinflusst ist (3).

A

Keimzustand —> beeinflusst durch:

  • Gießtemperatur
  • Haltedauer auf Gießtemperatur
  • Abkühlgeschwindigkeit
47
Q

Gussgefüge

Wie kann man ein feineres Gefüge erreichen?

A
  • Niedrigere Gießtemperaturen und/oder höhere Abkühlgeschw.
    —> führt zu hoher Unterkühlung
  • Impfbehandlung
    —> f.z. Herabsetzen der Keimbildungsarbeit

—> Fotos Folie 45-48, um Unterschied im Aussehen zu erkennen.

48
Q

Gießbarkeit

Nenne Anforderungen an die Gießbarkeit. (6)

A

Material füllt den Hohlraum auch kompliziert gestalteter Formen vollst. Und weitgehend fehlerfrei aus.

  • gutes Formfüllungsvermögen
  • gutes Fließvermögen
  • gutes Speisungsvermögen
  • geringe Fehlerneigung
  • günstiges Oxidationsverhalten
49
Q

Eine generell gute Gießbarkeit liegt vor bei? (3)

A
  • reinen Metallen
  • eutektischen Legierungen
  • naheutektischen Legierungen
50
Q

Nenne Einflussgrößen für Formfüllungsvermögen und Fließvermögen.

A

Einflussgrößen:
- Oberflächenspannung
- Viskosität
- Erstarrungsmorphologie der Schmelze
—> ungünstig : brei- oder schwammartige Erstarrungsmorphologie
—> insb. Legierungen mit großem Erstarrungsintervall

51
Q

Bedeutung des Speisungsvermögen ? (3)

A
  • wichtig zum Ausfüllen innerer Schwindungshohlräume
    —> auch abh. von Erstarrungsmorphologie
  • bei schlagartiger Erstarrung:
    —> Ausbildung von Makrolunkern (gut beherrschbar)
  • bei schwamm- oder breiartiger Erstarrung:
    —> oberflächliche Einfallstellen, Schwindungsporen, Warmrisse
52
Q

Günstig für das Speisungsvermögen ist eine ?

A

Untereutektische Legierung mit hohem Anteil an eutektischer Restschmelze.

53
Q

Welche Fehler können bei Gussverfahren auftreten? (5)

A
  • Lunker
  • Poren
  • Warmrisse
  • Seigerungen (Kornseigerungen, Blockseigerungen)
  • Bindefehler
54
Q

Wodurch entstehen Lunker und Poren beim Gießen?

Kurz und knapp

A
  • Lunker
    —> entstehen durch plötzliche Volumenabnahme beim
    Phasenübergang von flüssig zu fest.
  • Poren
    —> entstehen, weil Gaslöslichkeit der Schmelze größer ist als die des
    Festkörpers.
55
Q

Maßnahmen zur Verhinderung von Lunkern in Gussstücken? (3)

A
  • Speisen (lunker-füllendes Nachfließen der Schmelze)
  • Lenkung der Erstarrung (z.B. durch gezieltes Heizen o. Kühlen)
  • Materialanhäufungen (Kerne einlegen)
56
Q

Maßnahme zur Verhinderung von Poren?

A 
- Entgasung 
 —> Abbinden der Gase durch O2 (Desoxidieren) oder N2   
         (Denitrieren) 
 —>Vakuumbehandlung der Schmelze 
—> Spülgasbehandlung der Schmelze
57
Q

Wodurch entstehen Warmrisse beim Gießen?

A

Sie entstehen während der Abkühlung, wenn noch flüssige Bestandteile erstarren und von vorhandenen Spannungen “auseinander gezogen” werden.

58
Q

Ursache Seigerungen? (Korn-, Blockseigerungen)

A

Fehlende Diffusion zum Konzentrationsausgleich im Kristall.

59
Q

Gegenmaßnahmen Seigerungen? (3)

A
  • verbesserte Abkühlung (gleichmäßig)
  • Diffusionsglühen (= Homogenglühen)
  • Warmverformung

—> Folie 71

60
Q

Ursachen Bindefehler (Kaltschweißstellen) ? (4)

A
  • zu geringe Fließfähigkeit und oxidiertes Gießmetall
  • unterbrochenes oder zu langsames Gießen
  • ungenügende Formentlüftung
  • unvollst. Zsm.laufen von zwei Metallströmungen bei Druckguss
61
Q

Welche Vorbereitungsschritte sind für das Sintern notwendig?
(3)

A

Pulverherstellung
—> Verfahren von Eigens. Des Ausgangsmaterials und
Anforderungen an das Pulver(Teilchengröße, Reinheitsgrad)abh.
—> mechanisch: Mahlen, Verdüsen von Schmelzen
—> chemisch: z.B. reduzieren gemahlener Oxidpulver, Ausfällen
—> z.B. Wasserverdüsung, Gasverdüsung, Reduktionsverfahren

Pulveraufbereitung
—> Klassieren(Trennen nach Teilchengröße), Glühbehandlung, Zugabe
von Presshilfsmitteln, Legieren, Granulieren

Formgebung
—> Partikelgröße + beim Pressen eingestellte Dichte wichtig
—> Einstellung der Porosität durch Wahl des Pressdrucks
—> Pressverfahren (Druckverteilung, Temp. —> Kalt-, Warmpressen)
—> Verdichtung auf 80-90 % pth —> Grünling

  • ganz genau Folien 77- 83
62
Q

Beschreiben Sie, welche physikalischen Vorgänge zws. den Körnern beim Sintern stattfinden.

A

Beim Sintern führen Diffusionsvorgänge zu einer Reduzierung der Gesamtoberfläche durch wachsen großer Körner gegenüber kleineren Körnern. (eigene Antw. mit 86,87,88)
—> Oberflächen-, Korngrenzen-, Volumendiffusion
—> Folie 87 ansehen

63
Q 
Sintern 
—> ohne Schwindung:
1. , 2. ,3. ?
mit Schwindung: 
4. , 5. , 6. ?
A

Ohne Schwindung:

  1. Verdampfung/Kondensation
  2. Oberflächendiffusion
  3. Volumendiffusion von der Oberfläche

Mit Schwindung:

  1. Volumendiffusion von den Korngrenzen
  2. Grenzflächendiffusion entlang der Korngrenzen
  3. Kristallplastisches Fließen

—> Abb. Folie 88

64
Q

Def. Schwindung:

A

Schwindung ist die Volumenänderung eines Werkstückes
(o. Materials) ohne dass Material entfernt wird oder Druck ausgeübt wird. (Wiki)
—> durch Trocknung, Abkühlung, chem. bzw. physikalische
Umbaumechanismen im Material (Wiki)
—> Verringerung der Porosität (IV)
—> Verdichtung des Materials (IV)

65
Q

Einfluss der Prozessparameter?

—> Tabelle Folie 92

A

.

66
Q

Standardverhalten zur Herstellung keramischer Bauteile ?

A

Pulvermetallurgie (Sintern)

67
Q

Nenne 3 Vorteile Pulvermetallurgie ? (als Bsp. für Sintern etc.)

A
  • wirts. Herstellung von Massenteilen begrenzter Größe
  • Eignung für metallische und nicht-metallische Werkstoffe
  • Herstellung definierter Werkstoffzusammensetzungen

(Noch mehr:)
- Herstellung hochschnellender Metalle
- Herstellung von Metallen mit sehr unters. Schmelzpunkten
- Herstellung von Werkstoffen mit Hartstoffen in duktiler Matrix
- Einstellen eines kontrollierten Porenraums
—> Nachteil: 100%-ige Dichte sintertechnisch nicht herstellbar

68
Q

Nenne 4 Nachteile der Pulvermetallurgie (als Bsp. für Sintern etc.)

A
  • 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
69
Q 
Mit welcher der  gegebenen Gussformen kann die Lunkerbildung am ehesten eingeschränkt werden ?
A. Geschlossene Metallform
B. Offene Metallform
C. Offene Sandform
D. Sandwände mit Metallboden
A

D

70
Q

Analog zum Urformen aus dem flüssigen Zustand für Metalle, ist das Urformen von Polymeren aus welchem Zustand definiert ?

A

plastischen Zustand

71
Q

Welcher Gussfehler kann durch Gießen unter Vakuumatmosphäre vermieden werden ?

A

Poren

72
Q

Wahr/Falsch

Beim Sintern können bis zu 99,9% der theoretischen Dichte erreicht werden.

A

Wahr

73
Q

Leitet Metall oder Sand Wärme schlechter?

Bei was schreitet die Erstarrung darum langsamer voran?

A

Metall leitet schneller, darum ist bei Sand die Erstarrung der folglich langsamer.

(Erstarrungsfront, die am Metall begann wird zu einem Zeitpunkt x nach dem Start der Erstarrung weiter voran gekommen sein)

74
Q

Was geschieht wenn die Wände der Gussform aus einem einheitlichen Material bestehen? (Sand/Metall)

—> welchen Unterschied gibt zws. Metall und Sand hier und warum?

A

Dann ist es wahrscheinlich, dass sich ein Lunker bildet.

—> Sandform einen weniger tiefen Lunker induziert
—> ,weil Wärmeabgabe langsamer abläuft + die viskose
Schmelze Zeit hat sich auf der Oberfläche zu verteilen

—> die geschlossene Metallform hat überall Kontakt mit der Schmelze
, darum kann die Erstarrungsfront von den Wänden voranschreiten, was zu einem Lunker im Zentrum des Gussblocks führt.

WK1 (S) (8 decks)

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