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)
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
3
Q
Ordne den Ausgangszuständen ihre Urformverfahren zu.
A
flüssig —> Gießen
plastisch, viskos („teigig“) —> Extrudieren (Strangpressen),
Spritzgussverfahren
körnig, pulvrig —> Sintern
4
Q
Mit was beginnt die Kristallbildung?
A
Mit Keimbildung
5
Q
Keim = ??
A
= Kristallgitter aus einigen tausend Atomen (Folie 9)
6
Q
Was bedeutet endkonturnahe Fertigung im Bereich des Urformens?
A
Endkonturnah - geringer Aufwand zur Fertigbearbeitung
(Vorteil Gießen)
—> wird angestrebt
7
Q
Was sind jeweils die wichtigsten Urformverfahren für Keramiken, Metalle und Polymeren ?
A
Polymeren —> Extrudieren, Spritzgießen
Keramiken —> Sintern
Metalle —> Gießen (Dauerform, verlorene Form)
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)
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).
10
Q
Gießen-Grundlagen-Keimbildung
T > TK?
TK = Kristallisationstemperatur
A
- Lebhafte Wärmebewegung
- Ständiger Aufbau und Zerfall gitterähnlicher Bereiche
11
Q
Gießen-Grundlagen-Keimbildung
T = TK
TK = Kristallisationstemperatur
A
- Schmelze und feste Phase im Gleichgewicht
12
Q
T < TK mit dT = TK - T ?
dT = Unterkühlung
—> siehe Folie 10
A
Wachstumsfähige Keime bei Unterschreitung der GG-Temperatur.
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)
14
Q
Die Keimbildung wird unterteilt in?
A
Primäre und sekundäre Keimbildung.
15
Q
In was lässt sich die primäre Keimbildung unterteilen?
A
In heterogene und homogene Keimbildung.
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
17
Q
Entstehung heterogene Keimbildung?
A
- Fremdstoffe oder Verunreinigungen in der Lösung /Schmelze
initiieren die Kristallbildung - auch Oberflächen können keimbildend wirken
18
Q
Was kennzeichnet die sekundäre Keimbildung ?
A
- Zugabe von Kristallen des gleichen Materials
(„Impfen“, „Seeding“)
19
Q
Wahr oder falsch?
Bei der heterogenen Keimbildung (primär) ist ein geringerer Energieaufwand nötig?
A
Wahr
20
Q
Wahr/Falsch
Bei der sekundären Keimbildung ist ein hoher Energieaufwand nötig?
A
Falsch!
—> geringerer Energieaufwand
21
Q
Wahr/Falsch
Bei der homogenen (primär) Kristallbildung ist ein geringerer Energieaufwand nötig?
A
Falsch!
—> Hoher Energieaufwand!
22
Q
Erstarrung von Metallschmelzen.
—> Vergleiche homogene und heterogene Keimbildung
—> Abb. Folie 15
A
Folie 15
23
Q
Nach was lassen sich Gießverfahren unterteilen (mit Bsp.):
A
- Nach der Formfüllung (Schwer-, Druck-, Zentrifugalkraft)
- Nach der Formenart (Sandformguss, Kokillenguss)
- Nach der Genauigkeit (Normalguss, Feinguss, Präzisionsguss)
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
25
Nenne 4 Gussverfahren.
- Sandformgussverfahren
- Druckgussverfahren
- Schleudergussverfahren
- Kokillengussverfahren
26
Erkläre Sandgussverfahren kurz.
- 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.
27
Erkläre Druckgussverfahren kurz.
Schmelze mit hohem Druck und Formfüllgeschwindigkeit in eine Druckgussform gedrückt, wo sie erstarrt
28
(Erkläre Schleudergussverfahren kurz.)
Schmelze in eine um ihre Mittelachse rotierte Kokille gefüllt...
29
Erkläre Kokillengussverfahren kurz.
- Schmelze über oben liegenden Einguss in eine Kokille gegossen
- deren Hohlraum wird allein aufgrund der Schwerkraft ausgefüllt
30
Was sind kurz gesagt Kokillen?
wiederverwendbare Formen zum Gießen von Metallen und Legierungen
31
Vergleich Sandguss und Kokillenguss:
1. Stückgewichte
2. Mindeststückzahl
3. Maßgenauigkeit
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
Vergleich Sandguss und Kokillenguss:
4. Grad der Mechanisierung
5. Reproduzierbarkeit
6. Oberflächengüte
7. Erstarrungsgeschwindigkeit
Grad der Mechanisierung:
—> allgemein niedriger (S)
—> hoch (K)
Reproduzierbarkeit:
—> gut (S)
—> besser (K)
Oberflächengüte:
—> niedriger (S)
—> hoch(K)
Erstarrungsgeschwindigkeit:
—> niedriger (S)
—> hoch (K)
33
Gussgefüge- einphasige Erstarrung
Warum kommt es bei der Erstarrung von Metallschmelzen zu einem Temperaturhaltepunkt?
aufgrund freiwerdender Kristallisationswärme Q.
—>vgl. Folie 29
34
Gussgefüge- einphasige Erstarrung
Wann spricht man von einer stabilen Kristallisationsfront?
Wenn ein positiver Temperaturgradient und eine ebene Kristallisationsfront vorliegt.
—> Abb. Folie 30
35
Gussgefüge- einphasige Erstarrung
Wie ist das Erstarrungsgefüge, wenn eine stabile Kristallisationsfront vorliegt und wovon ist es abhängig?
Abhängig von Abkühlbedingungen:
- gleichmäßige Abkühlung: globulitische Körner (isotopes Gefüge)
- ungleichmäßige Abk.: längliche Stengelkristalle(anisotropes Gefüge)
36
Gussgefüge- einphasige Erstarrung
Ein negativer Temperaturgradient und ein dendritisches Kristallwachstum kennzeichnen eine...?
Instabile Kristallisationsfront (siehe Folie 31)
37
Wie ist das Erstarrungsgefüge bei der instabilen Kristallisationsfront?
Es ist dendritisch (siehe Folie 31)
38
Gussgefüge - zweiphasige Erstarrung
Konstitutionelle Unterkühlung (siehe Abb. Folie 34)
Erstarrung in einem Temperaturintervall(siehe Abb. Folie 35+36)
—> 35: Verlauf der Konzentration c vor der Kristallisationsfront einer erstarrenden Leierung
—> 36: Verlauf der Liquidustemperatur TL vor der Kristallisationsfront einer erstarrenden Legierung
39
Gussgefüge - zweiphasige Erstarrung
Wovon ist die Art der Erstarrungsfront abhängig ?
Von der Wärmeabfuhr!
40
Beschreibe wie ein gewöhnliches Erstarrungsgefüge aufgebaut ist und es durch die Wärmeleitung beeinflusst wird.
- 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
Gussgefüge - Quantitative Beschreibung von Erstarrungsvorgäng.
1) pro Zeiteinheit gebildete Zahl von Keimen = ??
2) Längenzunahme eines Kristalls in bestimmter Richtung = ??
1) = Keimzahl (KZ)
| 2) = lineare Kristallisationsgeschwindigkeit (KG)
42
Gussgefüge - Quantitative Beschreibung von Erstarrungsvorgäng.
Wahr/Falsch
—> lineare Kristallisationsgeschw.(KG) und Keimzahl(KZ) sind konstant?
FALSCH, sind nicht konstant!
43
Gussgefüge - Quantitative Beschreibung von Erstarrungsvorgäng.
Was ist der Einflussfaktor von Keimzahl(KZ) und (KG)?
Wie berechnet man ihn?
Einflussfaktor: Unterkühlung
—> dT = TS - TErstarrung
```
TErstarrung = tatsächliche Erstarrungstemp.
TS = Schmelz- oder Solidustemp.
```
44
Wahr/Falsch
- Mit steigender Unterkühlung steigen Keimzahl (KZ) und lineare Kristallisationsgeschwindigkeit (KG).
- Bei TS noch keine Unterkühlung.
Beides Wahr!
45
Gussgefüge
Ausbildung einer dreizonigen Gussstruktur, nenne alle Zonen und einige Eigenschaften.
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
Gussgefüge
Nenne einen wichtigen Parameter zur Beeinflussung des Gussgefüges und durch was dieser beeinflusst ist (3).
Keimzustand —> beeinflusst durch:
- Gießtemperatur
- Haltedauer auf Gießtemperatur
- Abkühlgeschwindigkeit
47
Gussgefüge
Wie kann man ein feineres Gefüge erreichen?
- 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
Gießbarkeit
Nenne Anforderungen an die Gießbarkeit. (6)
Material füllt den Hohlraum auch kompliziert gestalteter Formen vollst. Und weitgehend fehlerfrei aus.
- gutes Formfüllungsvermögen
- gutes Fließvermögen
- gutes Speisungsvermögen
- geringe Fehlerneigung
- günstiges Oxidationsverhalten
49
Eine generell gute Gießbarkeit liegt vor bei? (3)
- reinen Metallen
- eutektischen Legierungen
- naheutektischen Legierungen
50
Nenne Einflussgrößen für Formfüllungsvermögen und Fließvermögen.
Einflussgrößen:
- Oberflächenspannung
- Viskosität
- Erstarrungsmorphologie der Schmelze
—> ungünstig : brei- oder schwammartige Erstarrungsmorphologie
—> insb. Legierungen mit großem Erstarrungsintervall
51
Bedeutung des Speisungsvermögen ? (3)
- 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
Günstig für das Speisungsvermögen ist eine ?
Untereutektische Legierung mit hohem Anteil an eutektischer Restschmelze.
53
Welche Fehler können bei Gussverfahren auftreten? (5)
- Lunker
- Poren
- Warmrisse
- Seigerungen (Kornseigerungen, Blockseigerungen)
- Bindefehler
54
Wodurch entstehen Lunker und Poren beim Gießen?
| Kurz und knapp
- Lunker
—> entstehen durch plötzliche Volumenabnahme beim
Phasenübergang von flüssig zu fest.
- Poren
—> entstehen, weil Gaslöslichkeit der Schmelze größer ist als die des
Festkörpers.
55
Maßnahmen zur Verhinderung von Lunkern in Gussstücken? (3)
- Speisen (lunker-füllendes Nachfließen der Schmelze)
- Lenkung der Erstarrung (z.B. durch gezieltes Heizen o. Kühlen)
- Materialanhäufungen (Kerne einlegen)
56
Maßnahme zur Verhinderung von Poren?
```
- Entgasung
—> Abbinden der Gase durch O2 (Desoxidieren) oder N2
(Denitrieren)
—>Vakuumbehandlung der Schmelze
—> Spülgasbehandlung der Schmelze
```
57
Wodurch entstehen Warmrisse beim Gießen?
Sie entstehen während der Abkühlung, wenn noch flüssige Bestandteile erstarren und von vorhandenen Spannungen "auseinander gezogen" werden.
58
Ursache Seigerungen? (Korn-, Blockseigerungen)
Fehlende Diffusion zum Konzentrationsausgleich im Kristall.
59
Gegenmaßnahmen Seigerungen? (3)
- verbesserte Abkühlung (gleichmäßig)
- Diffusionsglühen (= Homogenglühen)
- Warmverformung
—> Folie 71
60
Ursachen Bindefehler (Kaltschweißstellen) ? (4)
- zu geringe Fließfähigkeit und oxidiertes Gießmetall
- unterbrochenes oder zu langsames Gießen
- ungenügende Formentlüftung
- unvollst. Zsm.laufen von zwei Metallströmungen bei Druckguss
61
Welche Vorbereitungsschritte sind für das Sintern notwendig?
(3)
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
Beschreiben Sie, welche physikalischen Vorgänge zws. den Körnern beim Sintern stattfinden.
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
```
Sintern
—> ohne Schwindung:
1. , 2. ,3. ?
mit Schwindung:
4. , 5. , 6. ?
```
Ohne Schwindung:
1. Verdampfung/Kondensation
2. Oberflächendiffusion
3. Volumendiffusion von der Oberfläche
Mit Schwindung:
4. Volumendiffusion von den Korngrenzen
5. Grenzflächendiffusion entlang der Korngrenzen
6. Kristallplastisches Fließen
—> Abb. Folie 88
64
Def. Schwindung:
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
Einfluss der Prozessparameter?
—> Tabelle Folie 92
.
66
Standardverhalten zur Herstellung keramischer Bauteile ?
Pulvermetallurgie (Sintern)
67
Nenne 3 Vorteile Pulvermetallurgie ? (als Bsp. für Sintern etc.)
- 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
Nenne 4 Nachteile der Pulvermetallurgie (als Bsp. für Sintern etc.)
- 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
```
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
```
D
70
Analog zum Urformen aus dem flüssigen Zustand für Metalle, ist das Urformen von Polymeren aus welchem Zustand definiert ?
plastischen Zustand
71
Welcher Gussfehler kann durch Gießen unter Vakuumatmosphäre vermieden werden ?
Poren
72
Wahr/Falsch
Beim Sintern können bis zu 99,9% der theoretischen Dichte erreicht werden.
Wahr
73
Leitet Metall oder Sand Wärme schlechter?
| Bei was schreitet die Erstarrung darum langsamer voran?
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
Was geschieht wenn die Wände der Gussform aus einem einheitlichen Material bestehen? (Sand/Metall)
—> welchen Unterschied gibt zws. Metall und Sand hier und warum?
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)
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