Prüfungsrelevante Zusammenfassung Werkstoffkunde, Zusammenfassungen von Werkstoffkunde

Nur auf Docsity: Lade Prüfungsrelevante Zusammenfassung Werkstoffkunde und mehr Zusammenfassungen als PDF für Werkstoffkunde herunter! 1 PRÜFUNGSRELEVANTE ZUSAMMENFASSUNG, WERKSTOFFKUNDE bei Dr. Schwarz – Trotz Sorgfalt: Keine Gewähr für Vollständigkeit und Richtigkeit der Inhalte Verfasser: Shakib Mohammad-Gou – E-mail: [email protected] Festigkeit: Widerstand gegen Trennen oder Verformen Rp0.2.-Rm Plastizität: bleibender Verformung/Zähigkeit A ; Z Duktilität: plastische Verformbarkeit 103 Elemente: 78 Metalle; 17 Nichtmetalle; 11 gasig; 2 flüssig(Hg, Br);90 fest; 8 Halbmettahle (Ge, Te, B, Po) Metall Dichte E-Modul Ts Gitter Al 2,7 70.000 660 KFZ Fe 7,86 210.000 1536 KRZ Ti 4,5 105.000 1668 HDP Cu 8,93 ******* 1083 KFZ Os 22,48 ******* ***** ***** Li 0,54 ******* ***** ***** Kerndurchmesser: 10 ^ -14 m -- Atomdurchmesser: 10 ^ -10 Gitter Füllung Richtung Ebene KRZ 68% Cr Mo V α-Fe β-Ti 2 6 KFZ 74% Cu Ni Al Au γ-Fe 3 4 HDP 74% Mg Zn α-Ti 3 1 DIA ***** ***** **** **** Kristallwachstum: Homogene Keimbildung (Eigenkeim) -- heterogene Keimbildung (Fremdkeimbildung) Wachstumsbedingung: υ schmelze ≤ Ts Ac = Ar = Ts >> bei langsamer Temperaturzufuhr Feinkorn – Ø : 0,015 mm Grobkorn – Ø : 0,25 mm 0 -Dim 1- Dim 2-Dim 3-Dim Leerstelle Stufen- Versetzung Korn-Grenze Kohärent Austauschatom Schrauben- Versetzung Phasen- Grenze Teilkohärent Substitut. Atom Zwillings- Grenze Inkohärent Frenkeldeffekt Textur: Bevorzugte Orientierung der Kristallite >> Anisotropie >>Walz- / Guß- Textur CK45 : E-Modul : 210.000 Diffusion: Diffusionsglühen -- Diffusionscoatings -- Nitrieren & Borieren -- Aufkohlen v. Einsatzstählen -- Abkohlen v. Temperguß σ = E * ε -- σ = F / A -- ε = ∆l / lo Versetzungen im Realkristall: 10 ^ 6 pro cm² Wandern v. Versetzungen – Zwillingsbildung -- Korngrenzgleiten KFZ>> beste plastifizierbarkeit Gleitrichtungen: dichteste Besetzungen mit Atomen Gleitebenen: geringe Atomabstände innerhalb der Ebene, große Atomabstände zur nächsten gleichartigen Parallelebene Gleitblockierung: Gleitebene v. anderen Versetzungen durchstoßen -- stoßen auf Korngrenze 2 Verfestigung durch : 2-Dim Korn- /Phasengrenze 3-Dim Teilchen Schneiden der Teilchen 0-Dim Mischkristallbildung 1-Dim Verformung Nb, Ti, V Umgehen der Teilchen Ausscheidungs- härtung Vergüten Dispersionshärten φ krit= minimaler Umformgrad nach der die Rekristallisation einsetzt hoher Umformgrad: Feinkorn (und umgekehrt) Legierungsbildung Verhalten der Komponenten im flüssigen Zustand Vollständige Löslichkeit Vollständige Unlöslichkeit Beschränkte Löslichkeit Cu – Zn Fe – NI Fe – Pb Cu – Pb Verhalten der Komponenten im festen Zustand Substitutions-Mischkristalle >>vollständ. Lösl. >>teilweise löslich Einlagerungs-Mischkristalle (beschränkte Löslichkeit) Cu – Ni Mo – W Au – Ag Cu – Au Cr – Mo Al – Cu Al – Mg Pt – Ag Ti – H Fe – C >> Vollständige Löslichkeit wenn: kleiner Abstand in der elektrochem. Spannungsreihe gleiche Gitterstruktur ; geringer Unterschied der Atomradien (>15%) Diagramme: Cu – Ni ; Cd – Bi ; Al – Si (S. 50/52/53) Abkühlungskurve des reinen Eisen (S. 58) System Fe – C (S. 62): >>Diagramm<< Stabiles System : Fe + C (Kohlenstoff liegt als Graphit vor) Metastabiles System: Fe3C (Kohlenstoff gebunden im Eisencarbid) Höchster C- Gehalt (100% Eisencarbid) : 6,67 % γ- Mischkristall (Austenit) : 2,06 % C bei 1147 °C -- 0,8 % C bei 723 °C α- Mischkristall (Ferrit) : 0,02 % C bei 723°C -- ≈ 10^-5 % C bei RT Austenitzerfall: 723°C -- Der Stahlbereich : C < 2,06 % & Metastabile Erstarrung Benennung der Eisenwerkstoffe: Hauptgruppennummern: 0. ) Roheisen 1.) Stahl, Stahlguss 2.) Nichteisen Schwermetalle (ohne Cu) 3.) Leichtmetalle ohne Al Stahlgruppennummern: UQ LQ UE LE UQ LQ | | | | | | | | | | | | 0 7 8 9 10 19 20 89 90 97 98 99 Alt (StRm/10) Neu (SRp) St 37 St 44 St 52 S235 S275 S355 St 50 St 60 St 70 E295 E335 E360 GG-xx GGG-xx EN-GJL-Rm EN-GJS-Rm Sxxx = Stähle für Stahlbau GJ (Gusseisen) L : lammelar S: kugelig M: Temperk. Exxx = Maschinenbaustahl 5 BEGINN zweites Semester PRÜFUNGSRELEVANTE ZUSAMMENFASSUNG, WERKSTOFFKUNDE bei Dr. Schwarz – Trotz Sorgfalt: Keine Gewähr für Vollständigkeit und Richtigkeit der Inhalte Verfasser: Shakib Mohammad-Gou – E-mail: [email protected] Benennung der Nichteisenschwermetalle: 2.000 - 21799 CU ; 3.0000 - 3.4999 Al ; 3.5000 - 3.5999 Mg; 3.7000 - 3.7999 Ti Kurzbezeichnung der NE-Metalle: G:Guß, GD:Druckguß, GK:Kokillenguß; GC:Strangguß; GZ:Schleuderguß; GF:Feinguß Beispiele: GD-ZnAl4Cu1 : Zinkdruckgusslegierung mit den Hauptlegierungselemnten Al (ca. 4% ) und Cu (1%) AlMg4,5Mn: Aluminiumlegierung mit dem Hauptlegierungselement Mg (4,5%) und Mn W = weichgeglüht -- F = kaltverfestigtigungs- bzw. Aushärtungszustand G=rückgeglüht nach Kaltverfestigung Behandlungszustand: w =weich ; p=gepresst; wh=gewalzt; zh=gezogen Knetlegierungen g=geglüht und abgeschreckt; ho=homogenisiert; ka=kaltausgelagert; wa=warmausgelagert; t=teilausgehärtet (Gusslegierungen) EN AW-yyyyy W: Knetlegierung EN AC- yyyyy C: Gussstück Kennzeichen für das Hauptlegierungselement: 1)Al ;2)Cu; 4)Si; 5)Mg 7)Zn 0: weichgeglüht -- F:unbehandelt -- W:lösungsgeglüht,abgeschreckt T3: w + kaltverfestigt & kaltausgelagert -- T4: w+kaltausgelagert T6: w+warmausgelagert auf höchste Festigkeit -- T7: w+überhärtet T8: w+kaltverfestigt & warmausgelagert -- T9: w+warmausgelagert dann kaltverfestigt T10: Abgeschreckt von hoher Temperatur,warmausgelagert & kaltverfestigt H1: kaltverfestigt 1855 Aluminium der Weltöffentlichkeit vorgestellt Bayerverfahren: Verfahren zur Herstellung von Aluminum Schmelzflusselektrolyse: 85 % Kryolith + 15% Tonerde --Elektrolythtemperatur: 950-970°C Anode & Kathode bestehen aus Kohlenstoff Korrosionsbeständigkeit: Al-Oxidschicht -- pH Bereich: 4,8-8,5 Anodische Oxidation: künstliche Verstärkung der Oxidschicht -- pH Bereich: 3,5- 9 Legierungselmente Verfestigende Leg.-elemente: Mg, Mn, Si, Cu, Fe >> Mg bis zu 7 % Kupfer Cu : Rm/Rp0.2 werden erhöht -- verbessert die Warmfestigkeit -- mindert die elektr. Leitfähigkeit -- bewirkt Aushärtbarkeit -- mindert die Korrosionsbeständigkeit Magnesium Mg: Rm/Rp0.2 werden erhöht -- mindert die elektr. Leitfähigkeit -- bewirkt die Aushärtbarkeit -- verbessert die Korrosionsbeständigkeit Mangan Mn: erhöht Rm/Rp0.2 -- verbessert Warmfestigkeit Nickel Ni: verbessert die Warmfestigkeit Silizium Si: erhöht Rm,Rp0.2 --mindert die elektr. Leitfähigkeit -- bessert die Gießbarkeit -- bewirkt Aushärtbarkeit 1906 Alfred Willm entdeckt die erste aushärtbare Al-Legierung. Al - Cu (Kaltaushärtungsverhalten: Bild S.214) -- Rückbildung: nach Kaltauslagerung Werkstoff kurz auf 120-180°C erwärmen >> GPI Zonen lösen sich auf Al -Cu (Warmaushärtungsverhalten Bild S.216) Aushärtbare Akuminiumlegierungen Al - Cu - Mg: Auslagerung: Kalt -- Temperaturbereich 450-250°C schnell durchlaufen, sonst interkristalline Korrosion -- Lösungstemp: 495-505 °C --Abschreckm.: Wasser RT Al - Mg -Si: Auslagerung: Kalt & Warm -- Kaltumformung beschleunigt Aushärtung. Führt aber zu niedrige Festigkeitswerte -- Al - Zn - Mg: Auslagerung: Kalt & Warm -- Überhärtung zur geringe Festigkeitswerte, verbessert die Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion Al-Zn-Mg-Cu: Auslagerung: warm -- Überhärtung verbessert die Beständigkeit geg. Spannungsrisskorrosion -- höchste Festigkeitswerte Vorkühlzeit: Die Zeit zw. Öffnen des Luftumwälzofens, bzw. dem Auftauchen des Werkstücks aus dem Salzbad und dem vollständigen Eintauchen in das Abschreckmittel. Stufenabschreckung können Eigenspannungen bzw. Verwerfungen verringern: 1.Stufe: Öl oder Salzbad(150-200°C) -- 2.Stufe: Wasser von RT Teilentfestigung (Rückglühen): Einstellung von Zwischenzuständen zwischen „hart“ & „weich“ bei Nichtaushärtbahren Knetlegierungen Durch Glühen im Temperatur- und Zeitbereich der Rekristallisationsschwelle EN AC-AlSi12 Hauptvertreter der Al-Si (Nichtaushärtbahre Al-Gusslegierung) Anodische Oxidation: Erzeugung einer Oxidschicht auf der Al-Oberfläche : 10 - 80 µm (natürliche Oxidschicht 0,003-0.1 µm) -- pH : 3,5 - 9 Oberflächenhärte: 300-600 HV (GS-Verfahren: 250-350 HV) -- Die Struktur der Oxidschicht: Sperrschicht & Deckschicht Verdichten: Die Poren der Oxidschicht werden geschlossen, damit eine Nachträgliche Veränderung der Oberflächenschicht verhindert wird. GS-Verfahren: besteht aus Schwefelsäure -- GSX-Verfahren: Schwefelsäure+Oxalsäure Hartanodisation: Dicke der Oxidschicht bis 150 µm -- Härte: 600HV Galvanisiern: Verchromen: dekorative Zwecke - hohe Anforderung an Oberflächenhärte und Verschleißfestigkeit 6 Vermessingen: verbessert die Haftfestigkeit beim Vulkanisieren auf Gummi Titanerze in der Natur: Rutil (TiO2) -- Ilmenit (FeTiO3) Krollverfahren: übliche Verfahren der Titanherstellung Reduktion des Titanchlorids mit: Magnesium Mg Lichtbogenschmelzen: der gereinigte Titanschwamm im LBS-Ofen unter Schutzgas(Argon zu Blöcken eingeschmolzen. Anwendung v. Reintitan beschränkt: niedrige Warmfestigkeit und ungünstiges Zeitstandsverhalten) ungünstiges Formänderungsverhalten Luft und Raumfahrt chem. Industrie Biomedizin Stickstoffgehalt (N) : 0,04 - 0,08 % Kohlenstoffgehalt (C): 0,1 % Sauerstoffgehalt (O): 0,08 - 0,40 % Wasserstoffgehalt (H): 0,013% Korrosionsbeständigkeit- zurückzuführen auf die Oxidschicht auf Werkstoffoberfläche Einsatztemperaturen (max.) von Titan Luft -und Raumfahrt: 300 °C chem. Industrie: 250°C - Bei 882 °C Gitterumwandlung (hdp,krz) Kornverfeinerung bzw. Normalglühen nicht möglich beim Überschreiten des Umwandlungspunktes keine Kornneubildung auftritt. Bild S.269 α-stabilisierende Leg.-elemente: Einlagerungsmischkristalle (C O N) Substitutionsmischkristalle: Al - Hf - Sn - Zr β-stabiliserende Leg.-elemente : isomorpher Leg.typ (Erweiterung des ß-Gebietes auf RT) Mo - V - Nb - Ta eutektoider Leg.typ (Erweiterung des ß-Gebietes bis Grenz-T) Mn - Cr - Fe ELI- Sorten : (Extra Low Interstitial) α-Legierungen mit guten Zähigkeitseigenschaften Aushärtbare Legierungstyp: α+β α- und β- Titan sind nicht aushärtbar α-Titan kann durch Cu aushärtbar gemacht werden. (AlCu2,5 =aushärtbare Al-Legierung) TiAl5Sn2,5 (bekannteste α-Legierung) - - TiAl6V4 (bekannteste α+ß Legierung) Einsatztemperaturen: reines Titan: 300 α-Legierung: 450-600 α+β-Legierung: 300-450 (600) β-Legierung: bis 350 Korrosionserscheinungen bei Kontakt zwischen Titan und Aluminum werden verhindert durch Zink- und Kadmiumüberzüge Kupfergewinnung: im Schwebeschmelzofen ... Feuerraffination: Oxidationsperiode Entschlackung Reduktionsperiode (Polen) Zur Reduktion wird verwendet: feuchte Baumstämme - Propan -Phosphor Eigenschaften von Reinkupfer: Festigkeit von Kupfer lässt sich durch Kaltformung erheblich steigern die Zähigkeit nimmt dabei deutlich ab. Leitfähigkeit hoch. Korrosionsbeständigkeit: gegen Witterung, Wasser, Dampf beständig (Patinabildung)- Grünspan-bildung beim Einwirken von Essigsäure auf Kupfer. Festigkeitserhöhung in Leitbronze: Cd -Ni-Zn-Ag Gießbarkeit: schlecht Zerspanbarkeit: schlechte Qualität der Werkstoffoberfläche / hoher Werkstoffverschleiss Verformbarkeit ist sehr gut. Kupfer-Zink-Legierungen (Messing) Cu-Zn = Messing bei mehr als 67% CU auch TOMBAK genannt α-Messing: 37% Zn -- α+β-Messing: 37-46% Cu -- β-Messing: 46-50 % Cu Messing ist nicht aushärtbar. Zähigkeitsmaximum des Messing: 30% -- Festigkeitsmaximum: 45% Maximaler Zn- Gehalt in technischem Messing : 50% - ab 50 % zu spröde! Cu-Zn30 : beste Kaltverformbarkeit -- Cu-Zn-37: am häufigsten verwendet in D Festigkeit (Cu-Zn nicht aushärtbar) nur durch Legierungsverfestigung oder Kaltverformung. Korrosionsbeständigkeit kann durch Ni - Mn verbessert werden. Ebenso durch Al -Sn Cu-Al Korrosionsbeständigkeit gut. - - Schweißbarkeit: gut. - - Zerspanbarkeit: mäßig bis mittel Kaltumformbarkeit: gut -- Warmumformbarkeit: gut Cu - Sn - Zn : Rotguss -- Cu - Ni - Zn Neusilber -- Cu -Sn -P Phosphorbronze Cu-Zn + weiteres Legierungselement Sondermessing CuNi44Mn1 : Konstantan eingesetzt in der Elektrotechnik , da der Temperaturkoeffizient des elektrischen Widerstandes vernachlässigbar klein ist. G-CuPb22Sn : verwendet für Verbundlager in fester Trägerschalen G-CuPb5Sn : hauptsächlich für säurebeständige Armaturen verwendet Kupfer-Zinn-Legierungen: gute Festigkeit und Zähigkeit - gute Gleiteigenschaften - hoher Verschleißwiderstand - hohe Korrosionsbeständigkeit Hochwarmfeste Legierungen: Hauptbestandteile Nickel & Kobalt Leg. auf Nickel-Basis : Einsatztemperatur: 1100 °C -- Warmfestigkeits- und Zeitstandseigenschaften: Mischkristallverfestigung Verfestigung durch Teilchen Behinderung des Korngrenzgleitens (Durch Ausscheidung eines Netzwerkes aus harten Carbidteilchen) Abbindung unerwünschter Begleitelemente Leg. auf Kobalt-Basis: Cr -Gehalt bei ca. 25% gutes Korrosionsverhalten geringe Warmfestigkeitswerte günstige Herstellung & Verarbeitung Einsatztemperatur: 1050°C Bei Bauteilen mit hoher thermischer & korrosiver Beanspruchung verwendet. 7 ODS - Oxide Dispersion Strengthened Hochtemperaturkorrosion: Zundern + Heißgaskorrrosion (Sulfidation) Zundern: erhebliche Oxidschichtwachstum. Heißg.korrosion: beschleunigte Oxidationsprozess 550-900°C Coatings: zum Schutz gegen Hochtemperaturkorrosion Anhebung des Cr & Al - Anteils Diffusionscoatings: Die Diffusionstiefe beschränkt auf 0,1 mm