Fichas
09 Eisen und Stahl
Fichas del conjunto (26)
- 1"1. Welche Umwandlungen vollzieht reines Eisen bei der Abkühlung von 1600°C auf Raumtemperatur? (S. 4 – 7""1.) Schmelztemperatur 1536°C
2.)1392 bis 1536°C δ-Eisen KRZ wie α-Eisen, aber paramagnetisch
3.) 911 bis 1392°C γ-Eisen (Austenit) KFZ, dichter gepackt → Volumenschrumpfung beim α→γ Übergang, paramagnetisch
4.) bis 911°C α-Eisen (Ferrit) KRZ, bis 769°C ferromagnetisch, oberhalb Curie-Temperatur paramagnetisch" - 2Was ist die Curie Temperatur? Was bedeuten der Buchstabe A und die Indizes c und r"Curie Temperatur: Temperatur, bei der das Eisen von para- zu ferromagnetisch wird (769 °C)
Buchstabe A → kommt von franz. Arrêt = halten, bedeutet Haltepunkte bzw. Temperaturen der Umwandlungen
Indizes c: c = chauffage (Heizen), Umwandlung beim Aufheizen mit „c“ gekennzeichnet
r: r = refroidissement (Abkühlen): Umwandlung beim Abkühlen mit „r“ gekennzeichnet" - 33. Definition von Stahl? (S. 9)"Stahl nennt man Legierungen aus Eisen und Kohlenstoff, die ohne Nachbehandlung schmiedbar
sind (Kohlenstoffgehalt < 2 Ma.-%)" - 44. Was ist das EKD? Warum ein Doppelschaubild? (S. 10 – 15)"EKD= Eisen-Kohlenstoff-Diagramm
Doppelschaubild da metastabiles und stabiles System in einem Diagramm dargestellt.
Ausschitt des Zweistoffsystem Fe-C, häufig C>500°, C(Kohlenstoff) < 6,67 Ma%
Stabiles System (gestrichelte Linie):
- Erstarrung theoretisch unendlich langsam
- thermodynamisches Gleichgewicht bei der Erstarrung
- Kohlenstoff bildet Graphit aus
- Diffusion findet statt
Metastabiles System (durchgezogene Linie):
- reale Erstarrungszeiten
- Kohlenstoff erstarrt als Zementit (Fe3C, C=6,67%)
- sehr schnelle Abkühlung jedoch nicht berücksichtigt (abschrecken)
- Andere Legierungselemente zunächst nicht berücksichtigt" - 5"5. Vorgegebenes EKD komplett beschriften können (T, C % + Gebiete (s. S. 16, 17 vereinfachtes EKD + Temperaturen) SEHR SEHR WICHTIG!!!"
- 6"6. Was ist Zementit? (S. 13) Drei Arten der Zementit-Ausscheidung erklären. (S. 14)""Zementit (Fe3C)/ Eisenkarbid: mit 6,67% Kohlenstoff, intermediäre Phase aus Fe und C mit kompliziertem verwinkeltem Gitter, rhomboedrisches Gitter, hart, 800 HV, hohe Festigkeit jedoch nicht verformbar
- Primärzementit: aus der Schmelze, bei c größer gleich 4,3%, bildet aus der Schmelze zunächst grobe Nadeln
- Sekundärzementit: aus dem Austenit, Zusammensetzungen scheiden Zementit bei sinkender Temperatur, aufgrund von geringer Löslichkeit, bis die Konzentration 0,8 Ma.-% C entspricht im Mischkristall enthält
- Tertiärzementit: aus dem Ferrit. Tertiärzementit lagert sich an den nächstliegenden vorhandenen Zementit an, aus reinem Ferrit scheidet er sich an den Korngrenzen aus. Daneben kann durch Weichglühen erreicht werden, dass der Zementit sich globular zusammenball." - 7"7. Was ist eine peritektische (peritketoide) Umwandlung? Nennen sie ein Beispiel aus dem EKD. (S. 17)""Fe-C Legierungen mit C-Gehalten von 0,1 - 0,53 Ma.-% erstarren peritektisch.
Peritektischer Punkt bei 0,16% C.
(grie.: peri = um; tektos = gebaut).
Beispiel EKD: Umwandlung δ-Eisen
In diesem Punkt wandeln die 2 Phasen δ-Fe und Schmelze gleichzeitig in eine Phase (γ-Fe)
um" - 88. Wie hoch ist die Löslichkeit von Fe + C im flüssigen und im festen Zustand? (S. 18)"d-Fe; 0,09 Ma.-% bei 1493°C
a-Fe: 0,02 Ma.- % bei 723 °C; g-Fe: 2,06 Ma.- % bei 1147 °C
a-Fe: ≈ 0 % bei Raumtemperatur • g-Fe: 0,8 % bei 723 °C" - 9"9. Was ist eine eutektoide, unter- bzw. übereutektoide Umwandlung? Welche Gefüge entstehen? (S. 29 – 39)""*Bild einfügen*
- Übereutektoide Zusammensetzungen scheiden Zementit aus (sog. Sekundärzementit, da aus g-Fe), bis die Konzentration 0,8 Ma.-% C entspricht.
- Untereutektoide Zusammensetzungen scheiden Ferrit aus, bis die Konzentration 0,8 % C entspricht.
- Eutektoide Zusammensetzungen (0,8 % C) zerfallen direkt in Perlit" - 10—a
- 11"10. Welche Gefügearten entstehen bei langsamer Abkühlung, bei unterschiedlichem C-Gehalt? Ferrit, Perlit, Korngrenzenzementit erläutern. Was ist Martensit? Wie entsteht Martensit (Diffusion)?""Bei schneller Abkühlung von g-Fe mit z. B. 0,8 % C entsteht ein „verspanntes“ Gefüge: Martensit
der Kohlenstoff kann das g-Gitter nicht mehr verlassen. Trotzdem verändert sich das Gittervom g–Gitter zum a–Gitter, das Gitter klappt um. Es entsteht einverspanntes Gitter: Martensit
*s.39 bild*
Ferrit: weich: 60 HV, hat eine geringe Festigkeit, Fe-C-Einlagerungsmischkristall
Perlit: lamellenartiges Gefüge aus Fe3C und Ferrit, Härte liegt bei etwa 210 HV, die Zugfestigkeit bei 700 N/mm² und die Bruchdehnung bei 48 % (mittlere Härte)
Korngrenzenzementit: entsteht bei übereutektoiden Gefügen, aus dem Austentit, da durch sinkende Löslichkeit von C im Austenit diese ausgeschieden wird, an den Korngrenzen, da dort Diffusion am wahrscheinlichsten ist" - 12"11. Was sind Ledeburit I + II? Erläutern Sie die eutektische sowie die unter- & übereutektische Erstarrung? (S. 43 – 46)""Eutektische Erstarrung Ledeburit:
- bei 1147°C / 4,3%C eutektischer Punkt des EKD
- hier erstarren beide Legierungselemente (Fe und Fe3C) gleichzeitig
→ gute Gießeigenschaften, da kein Erstarrungsintervall
- Zunächst entsteht feine Gefüge aus Austenit und Zementit (Ledeburit I)
- Dieses Zementit wird Primärzementit genannt, da es aus Schmelze entsteht
- Unterhalb 723°C (Ledeburit II) liegt Prim. Zementit mir ankristallisiertem Sek.
Zementit vor (durch Ausscheidung aus Austenit und Austenit zerfällt zu Perlit) (oder Bainit oder
Martensit - 13aa
- 14—
- 15—
- 16"12. Nennen sie drei Unterschiede zwischen a-Eisen und g-Eisen. Alle Begriffe können. (S. 40)"Ferrit:
- a-Fe, Fe-C-Einlagerungsmischkristall, KRZ-Gitter, weich 60HV, geringe Festigkeit, löst max. 0,02%C bei 723°C, entsteht unterhalb von 911°C bei reinem Eisen und bei 723°C für Fe-C Legierungen. Die C-Löslichkeit nimmt mit der Temperatur ab. Der ausgeschiedene Kohlenstoff bildet Tertiärzementit. Ferromagnetisch
Austenit:
- g-Fe, Fe-C-Einlagerungsmischkristall, KFZ-Gitter, Hochtemperaturform des Eisens. Unterhalb 723°C nicht beständig, sondern wandelt sich in a-Fe um. Löst max. 2,06%C bei 1147°C. Die C-Löslichkeit nimmt bei fallender Temperatur bis 0,8% bei 723°C ab. Der ausgeschiedene Kohlenstoff bildet Sekundärzementit an den Korngrenzen. Paramagnetisch - 17"12. Nennen sie drei Unterschiede zwischen a-Eisen und g-Eisen. Alle Begriffe können. (S. 40)"Zementit:
- Fe3C: intermediäre Phase aus FE und C mit kompliziertem verwinkeltem Gitter, rhomboedrisches Gitter, hart 800HV, hohe Festigkeit jedoch nicht verformbar
d-Fe:
- Fe-C-Einlagerungsmischkristall, KRZ-Gitter, nur oberhalb 1329°C beständig
Perlit:
- Umwandlungsgefüge eines Stahles mit 0,8%C. Es besteht aus Streifen von a-Fe undFe3C (Kristallgemisch)
Ledeburit:
- das eutektische Gefüge (Kristallgemisch aus a-Fe und Fe3C) des Stahles. ist weder kalt noch warm verformbar. Daher können Eisenlegierungen mit C-Gehalt über 2,06% nur noch durch Gießen verarbeitet werden - 1813. Nennen Sie Ferrit- und Austenitbildner. (S. 21 + 22)"Austenitbildner: Ni, C, Co, Mn, N “NiCCo-Mn macht Gamma an”
- nicht martensitisch härtbar. “Edelstähle” für küche
- ACHTUNG: Cr ist in Cr-Ni-Stählen der Korrosionsschutz und kein Austenitbildner
Ferritbildner: Cr, Al, Ti, Ta, Si, Mo, W “CrAlTiTaSiMoVW macht Gamma off”
- Bei hohen Gehalten ebenfalls nicht härtbar" - 19"14. Einfluss der Abkühlgeschwindigkeit auf das Gefüge des Stahls. (Perlit, Martensit) (S. 50 – 52)""Einfluss der Abkühlgeschwindigkeit:
- Die Ausbildung des Gefüges ist abhängig von der Umwandlungszeit
- Je kürzer die Zeit, desto geringere Diffusionswege kann C zurücklegen, desto
feinstreifiger wird Perlit desto besser die mechanischen Eigenschaften des Gefüges
- Bei sehr kurzer Umwandlungszeit kann C nicht aus dem Gitter diffundieren. Es klappt
diffusionslos um.
- Der im Gitter zwangsgelöste C führt zur Verzerrung des Gitters. Es entsteht
Martensit, das hochfeste, jedoch spröde Härtegefüge des Stahls
- Mit steigender Abkühlgeschwindigkeit verschiebt sich die Umwandlungstemp. des
Stahls zu niedrigeren Temperaturen
- Dann werden keine a-Kristalle mehr ausgeschieden sondern nur noch Bildung von
Perlit auch wenn der C-Gehalt in den Kristallen geringer als 0,8% ist
- Mit weiterer zunehmender Abkühlgeschwindigkeit kann C das g-Gitter nicht mehr
verlassen. Trotzdem klappt das gitter vom g-Gitter zum a-Gitter um. Es entsteht ein
verspanntes Gitter: Martensit" - 20"15. ZTU-Diagramm? Härteangaben, Gefügebestandteile, Abkühlgeschwindigkeit (kontinuierlich / isotherm) (S. 53 – 57)"Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubilder
- 2116. Stirnabschreckversuch erklären (S. 58 + 59)"Versuch beweist, dass Stähle in der Tiefe weniger hart sind
ein massives Stück Stahl wird sehr schnell abgekühlt an Stirnfläche --> Martensitbildung
im Tiefen des Stahls ist Durchhärtung langsam, Energieflussungerichtet --> grobe Körner, genug Zeit für Diffusion" - 22"17. Stirnabschreckkurven unterschiedlicher Stähle erkennen und erläutern. Einfluss von C und der Legierungselemente?""- Die Legierung beeinflusst die Martensitbildung.
- Fremdatome im Gitter behindern die Diffusion des Kohlenstoffs und begünstigen dadurch die Martensitbildung.
- Legierungselemente wirken deshalb so, als wäre die Abkühlgeschwindigkeit erhöht worden.
- Ein- und Durchhärtung werden durch Legierungselemente verbessert
- höherer C-Gehalt sorgt für höhere Kurve
- Legierungselemente sorgen für größter Härte in der Tiefe (Oberflächenhärte weniger stark beeinflusst)" - 2318. Einfluss des C auf die Eigenschaften von Stahl (S. 64)"- Mischung aus a-Fe und Fe3C bestimmt die Eigenschaft des Eisens
- Mit zunehmendem Gehalt von Kohlenstoff nimmt die Festigkeit zu und die
Verformbarkeit ab
- a-Fe hat geringe Festigkeit von 60HV, Fe3C eine hohe von 800HV" - 2419. Wodurch werden Grund-, Qualitäts- und Edelstähle unterschieden (S. 70)*bild*
- 25Einfluss der Legierungselemente N, H ,Al, Cr, Mg, Mn, Ni, Si, Ti?C Kohlenstoff, Nichtmetall:
Festigkeitsanstieg, Abnahme Duktilität, bildet
Ausscheidungen (Karbide)
H Wasserstoff, Nichtmetal:l
Versprödung (Wasserstoffversprödung), Risse
N Stickstoff, Nichtmetall:
Festigkeitsanstieg, Abnahme Duktilität, bildet
Ausscheidungen (Nitride)
Si Silicium, Halbmetall:
Mischkristallverfestigung, steigert Härtbarkeit und Korrosionsbeständigkeit, fördert Zementitzerfall bei Guss --> es entsteht Grauguss - 26Einfluss der Legierungselemente N, H ,Al, Cr, Mg, Mn, Ni, Si, Ti?Al Aluminium, Metall:
Bildet mit Stickstoff Ausscheidungen, für Nitierstahl geeignet (Nitride), erhöht Zunderbeständigkeit
Cr Chrom, Metall:
Steigert Festigkeit und Härtbarkeit, ab 12% Cr rostträg, Senkt im Eisen die kritische Abkühlgeschwindigkeit
Mg Magnesium, Metall:
In Gusseisen erzeugt Magnesium Kugelgraphit, wird als Desoxydations- und Entschwefelungsmittel hinzulegiert
Mn Mangan, Metall:
Mischkristallverfestigung, steigert Festigkeit und Härtbarkeit bei guter Zähigkeit, Perlitfeinung, Wird zur Entschwefelung zugesetzt.
Ni Nickel, Metall:
Verbessert Härtbarkeit, Schweißbarkeit, Festigkeit und Verschleißwiderstandes, Verringerung der Rotbruch-Neigung
Ti Titan, Metall:
Verhindert die interkristalline Korrosion durch Bildung von TiC, Mikrolegierungselement, Keimbildner
Información
- Descripción
- Fichas sobre 09 Eisen und Stahl, creado por juli nega el 07/01/2025.
- Creado por
- juli nega · ene 2025
- Actualizado
- 7 ene 2025
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