Materialwissenschaft und Wekstofftechnik Stahlkunde -II-Fragensammlung PDF

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Fragen und Antworten von manchen Fächern an der Universität des Saarlandes...

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Fragen aus Stahlkunde I & II, Werkstoffkunde & -technologie Allgemeines und Nomenklatur 1. 2. 3. 4.

5. 6. 7. 8.

Wie ist der Begriff Stahl definiert? Define the concept of steel! Bis zu welchem C-Gehalt spricht man normalerweise von Stahl und worin ist das begründet? Which carbon content is the common limit of steel? explain the reason! Wodurch unterscheiden sich Qualitäts- und Edelstähle? What is the difference between ordinary and high quality steels? Ordnen Sie folgende Werkstoffbezeichnungen den untenstehenden Werkstoffgruppen zu! S235JR, C15, C45, 25MoCrS4, Al99,5, Al99,9, HS18-1-2-5, X20CrMo13, AlMgSi1, AlCu2,5Mg, AlMg3, E335, E355, NiCr15Fe, X5CrNi18.12, HS6-5-2, 100Cr6, 42CrMo4V, S335K2G4, 210Cr6 Vergütungsstahl: Einsatzstahl: allg. Baustahl: Maschinenbaustahl: Werkzeugstahl: Schnellarbeitsstahl: Rost- und Säurebeständiger Stahl: Reinaluminium: aushärtbare Al.-Legierung: naturharte Al.-Legierung: Nickelbasislegierung: Relate these material designations to the material groups following thereafter! S235JR, C15, C45, 25MoCrS4, Al99,5, Al99,9, HS18-1-2-5, X20CrMo13, AlMgSi1, AlCu2,5Mg, AlMg3, E335, E355, NiCr15Fe, X5CrNi18.12, HS6-5-2, 100Cr6, 42CrMo4V, S335K2G4, 210Cr6 heat treatable steel, steel for carburization, structural steel, engineering steel, tool steel, high speed steel, corrosion resistant steel, commercially pure aluminum, age hardenable aluminum alloy, aluminum alloy (not age hardenable), nickel base alloy. Was bedeuten die Bezeichnungen S355, L450, 10CrMo9-10, X2CrNi19-11 und C45? What is the meaning of the European standard designations S355, L450, 10CrMo9-10, X2CrNi19-11 and C45? Welche Bedeutung hat das „X“ in einer Stahlbezeichnung? What is the meaning of the „X“ in the European standard designation for steel? Welche Bedeutung haben die Symbole S, P, L und E in den Kurznamen der Stähle der Hauptgruppe 1? Wie entsteht daraus ein vollständiger Kurzname? Wht is the meaning of the symbols S, P, L and E in the short names for steel of the first main group? Single choice question - one answer is true - find and tick  the correct one. The difference between steel and gray cast iron is:  steel can be shaped by hot forging  steel has a higher acoustic damping capacity than gray cast iron  steel contains more carbon than cast iron  steel cannot be deformed when hot  the steel microstructure contains graphite

Metallurgie 9. 10. 11. 12. 13.

Ordnen Sie folgende Prozessschritte bei der Stahlerzeugung nach der Reihenfolge im Fertigungsprozess! Frischen, Vergießen, Reduktion des Eisenerzes, Legieren Beschreiben Sie in groben Schritten einen der möglichen Wege von den Rohstoffen zum Produkt aus Stahl! Welche Stoffkreisläufe innerhalb der Stahlindustrie dienen der nachhaltigen Ressourcennutzung? Welche Betriebseinheiten findet man im Umfeld eines Hochofenwerks? True or false? Tick  the true or the false box but not both. Production of iron and steel: T:  F:  Some blast furnaces produce pig iron in quantities of more than 10000 metric tons per day. T:  F:  Gypsum and sulfur are used in the blast furnace to reduce the melting point of the slag. T:  F:  Pig iron is enriched in aluminum due to the ease of its reduction. T:  F:  Steelmaking in electric arc furnaces uses mostly scrap and preserves alloying elements like chromium which are otherwise easily lost in basic oxygen steelmaking. T:  F:  Secondary metallurgy includes degassing, adjustment of alloying additions and thorough removal of oxygen and sulfur.

Erz 14. Welche primären Rohstoffe, sekundären Rohstoffe und Energieträger werden zur Eisen- und Stahlherstellung verwendet? What primary raw materials, secondary raw materials, and supplies of energy are used to produce iron and steel? 15. Was ist Wüstit? Warum kann diese Substanz nicht als Eisenerz benutzt werden? 16. Welche chemischen Verbindungen bezeichnen die Begriffe Hämatit, Limonit, Magnetit und Siderit? Welche Substanz ist das beste Eisenerz (Warum)? 17. Die unten aufgeführten Rohstoffe stehen zur Verfügung. Welche chemische Zusammensetzung haben sie? Wie gut ist ihre Eignung als Eisenerz (kurze Begründung)? The raw materials detailed below are at your disposal. What is their chemical composition? How well are they suited for iron production (reasons)? Hämatit / hematite: Siderit /siderite: Magnetit / magnetite: Wüstit / wustite: Pyrit / pyrite: Quarz / quartz: 18. Beschreiben Sie die Aufbereitung von Erz und von Schrott! Welches Erz wird abgebaut? 19. Welchen Vorbehandlungen werden Eisenerze unterworfen? 20. Welche Qualitätsanforderungen werden an Eisenerze gestellt? 21. Beschreiben Sie die Herstellung von Koks! Welche Vor- und Nachteile hat Koks in der Eisenherstellung?

Describe the production of coke. What are the advantages and the disadvantages of coke when used to produce iron? 22. Beschreiben Sie die Rohstoffen zur Produktion von Roheisen, deren Gewinnung und Aufbereitung! Describe the raw materials used to produce pig iron, their production and their processing!

Reduktion 23. Beschreiben Sie die Herstellung von Eisenschwamm durch ein Verfahren der Gasreduktion in einem Schachtofen! Describe the production of iron sponge by a reduction with a gas in a top loading furnace. 24. Beschreiben Sie den Hochofenprozess!

Explain the operation of a blast furnace! 25. Beschreiben Sie den Materialfluss und die Reaktionen in einem Hochofen! Describe the flux of materials and the various reactions in a blast furnace! 26. Beschreiben Sie die Herstellung von Eisenschwamm durch ein Verfahren der Gasreduktion in einem Schachtofen! Describe the production of iron sponge by a reduction with a gas in a top loading furnace. 27. Beschreiben Sie den Aufbau einer Hochofenanlage einschließlich der zum Betrieb notwendigen Installationen! (Reaktionen: nächste Frage!) Describe the setup of a blast furnace plant including the auxiliary installations that are necessary for its operation! (Reactions: next question!) 28. Beschreiben Sie den Materialfluss und die Prozesse in einem Hochofen! Describe the flux of materials and the various processes inside a blast furnace! 29. Beschreiben Sie den Aufbau und die Funktionsweise des Hochofens! Explain the setup and the working of the blast furnace. 30. Beschreiben Sie die Materialflüsse durch den Hochofen! Welche chemischen Reaktionen finden statt? Describe the material flows through a blast furnace! What chemical reactions take place?

31. Was versteht man unter direkter und indirekter Reduktion? Geben Sie das Boudouard-Gleichgewicht an und erläutern Sie es! 32. Welche Aufgaben erfüllen Feuerfeststoffe in der Metallurgie? Welche Eigenschaften müssen sie dazu besitzen? 33. Was ist Roheisen? 34. Wie unterscheiden sich die Eisen-Produkte des Hochofens von denen der Direktreduktion? Describe the differences between pig iron as produced in a blast furnace and the product of the direct reduction process? 35. Welche chemischen Reaktionen beobachtet man bei der Direktreduktion vom Hämatit mit Erdgas? 36. Welche Zuschlagstoffe verwendet man im Hochofen? Welche Aufgaben haben sie? 37. Was sind Roheisenvorbehandlungen? Was bringen sie? 38. Warum ist der Schrotteinsatz im Hochofen ungünstig? Wo wird Schrott stattdessen eingesetzt? 39. Was versteht man unter Schmelzreduktionsverfahren? Wie unterscheiden sie sich vom Hochofen? 40. Welche Rolle spielt der Kohlenstoff im Hochofen? What are the tasks of carbon in a blast furnace? 41. Welche Rollen spielen Kohlenstoff und Kalk in Hochofenprozess? What are the tasks of carbon and limestone in the blast furnace? 42. Wie wird Schwefel aus dem Eisen entfernt (Chemikalien, Reaktionen)? Explain the chemicals and reactions which remove sulfur from iron? 43. Welche chemischen Reaktionen des Kohlenstoffs beobachtet man im Hochofenprozess? 44. Welche Gasmengen müssen pro Tonne Roheisen dem Hochofenprozess zugeführt bzw. von ihm abgeführt werden?

Raffination 45. Beschreiben Sie die Stahlherstellung im Konverter! Describe the production of steel in a converter! 46. Beschreiben Sie die Stahlherstellung in einem Konverter, die Materialien und die chemischen Reaktionen! Describe the production of steel in a converter, the materials and the chemical reactions! 47. Beschreiben Sie das LDAC- und das OBM-Verfahren! 48. Was ist Frischen? Explain the conversion process! 49. Welche Ziele verfolgt man beim Frischen von Roheisen zu Stahl? Welche chemischen Reaktionen finden statt? Wie werden die notwendigen Chemikalien bereitgestellt? What are the goals of converting pig iron to steel? What chemical reactions take place? How are the necessary chemicals supplied? 50. Welche Behandlungen erfährt das Roheisen bis es zum Stahl wird? What treatments does the pig iron experience until it becomes steel? 51. Beschreiben Sie das LDAC- und das OBM - Verfahren! Welche Vorteile hat das OBM - Verfahren? 52. Welche Ziele verfolgt man beim Frischen von Roheisen zu Stahl? Welche chemischen Reaktionen finden statt? Wie werden die notwendigen Chemikalien bereitgestellt? What are the goals of converting pig iron to steel? What chemical reactions take place? How are the necessary chemicals supplied? 53. Beschreiben Sie die Stadien (Ablauf) und die Vorteile des Elektrolichtbogen-Verfahrens! Describe the stages when using an electric arc furnace and its advantages! 54. Welche Sauerstoffblasverfahren werden zur Stahlherstellung verwendet? Nennen Sie Vor- und Nachteile! 55. Beschreiben Sie die Verfahrensschritte bei der Stahlherstellung im Elektroofen! Welche Vor- und Nachteile besitzt der Elektroofen? 56. Wie gestaltet sich der Arbeitsablauf eines Elektrolichtbogenofens? What is the sequence of operations in an electric arc furnace? 57. Beschreiben Sie den Ablauf und die Vorteile des Elektrolichtbogen-Verfahrens!

58. Welche Strategie verbirgt sich hinter dem Begriff Sekundärmetallurgie? 59. Wie kann eine Raffination von Stahl durch Vakuum- bzw. Elektroschlackeumschmelzen erfolgen 60. Welche Rolle spielt die Pfannenmetallurgie bei der Stahlherstellung? What is the role of ladle (or secondary) metallurgy during steelmaking? 61. Welche Aufgaben hat die Pfannenmetallurgie bei der Stahlherstellung? What tasks are performed by ladle metallurgy during steel making? 62. Welche Maßnahmen ordnet man der Sekundärmetallurgie zu? 63. Was sind Vakuumbehandlungsverfahren? Wie teilt man sie ein? Was will man damit erreichen? 64. Welche Ziele verfolgt man beim Elektro-Schlacke-Umschmelzverfahren? 65. Worauf beruht die beruhigende Wirkung von Mn-, Si-, oder Al-Zusätzen vor dem Vergießen von Stahl? Weshalb wird Al ein „besonders beruhigender“ Effekt zugeschrieben? What happens when steel is "killed" by the addition of Mn, Si or Al before pouring steel into the mold? Why is Al considered to be a particularly powerful agent to "kill" steel. (Btw., what happens, if steel is not "killed"?)

Metallverarbeitung 66. Welche Gießverfahren für Stahl unterscheidet man? Explain the procedures used to cast steel. 67. Beschreiben Sie den Ablauf des Stranggießverfahrens! Describe the procedure of continuous casting. 68. Beschreiben Sie den Strangguss von Stahl, insbesondere a) die Geometrie einer Anlage (eine der Bauarten genügt), b) die typischen Schwierigkeiten, die beherrscht werden müssen und c) die technologischen Maßnahmen, um einen „guten“ Strang zu produzieren. 69. Welche Bauarten der Anlagentypen für das Stranggießen unterscheidet man? Welche Gründe haben diese Bauformen? 70. Welche Verfahren werden in der Gruppe des endabmessungsnahen Gießens von Flachprodukten zusammengefasst? Welche Eigenschaften besitzen sie? Welche Ziele verfolgt man? 71. Was versteht man unter Blockguss? Wann wird er eingesetzt? 72. Beschreiben Sie Blockguss! Wie entsteht das Gefüge? Wie kann man die Größe von Kopflunkern vermindern? Describe the ingot casting procedure and the formation of the microstructure! How can the size of the shrinkage cavity (pipe) be minimized? 73. Skizzieren Sie das Verfahren des Sprühkompaktierens! 74. Was versteht man unter Blöcken, Brammen und Knüppeln? 75. Was gehört alles zu einem Walzwerk? Was versteht man unter einer Walzstraße? What installations belong to a rolling shop? What is a train of rolls?

Eisenwerkstoffe 76. Welche Unterschiede bestehen zwischen Gusseisen und Stahlguss? In welche Arten unterteilt man Gusseisen? Wodurch unterscheiden sich die Arten? What is the difference between cast iron and steel castings? What types of cast iron exist? What are the differences? 77. Ordnen Sie folgende Eigenschaften dem Gusseisen mit Kugelgraphit bzw. dem Gusseisen mit Lamellengraphit zu! Doppelnennungen sind möglich! zäh, kerbempfindlich, hohe Druckfestigkeit, hohe Zugfestigkeit, korrosionsbeständig, schweißbar, spanbar, warmfest, schwingungsdämpfend 78. Welchen Vorteil hat Gusseisen mit Kugelgraphit gegenüber Gusseisen mit Lamellengraphit? 79. Welche Eigenschaftsunterschiede bestehen zwischen Grauguss mit Lamellengraphit und Stahl? 80. Welche Vor- und Nachteile besitzt Gusseisen mit Lamellengraphit? 81. Was ist Temperguss? 82. Welche beiden grundsätzlichen Ausbildungsarten von Grauguss kennen Sie? 83. Welche Unterschiede bestehen zwischen Gusseisen und Stahlguss? In welche Arten unterteilt man Gusseisen? Wodurch unterscheiden sich die Arten?

What is the difference between cast iron and steel castings? What types of cast iron exist? What are the differences?

Thermodynamik 84. Welche Phasen und Phasenumwandlungen beobachtet man bei reinem Eisen in Abhängigkeit vom Druck und von der Temperatur? 85. Welche Modifikationen treten bei Eisen in Abhängigkeit vom Druck und von der Temperatur auf? 86. What are the phases of iron and their crystal structures as a function of temperature? 87. Welche Möglichkeiten haben Begleit- und Legierungselemente, die / Umwandlung des Eisens zu beeinflussen (Beispiele)? What are the influences of tramp and alloying elements on the / transformation of iron (examples)? 88. True or false? Tick  the true or the false box but not both. Alloying and tramp elements: T:  F:  Nickel is known for its stabilization of ferrite and the formation of carbides. T:  F:  Sulfur causes incipient melting (hot shortness) during forging. T:  F:  Molybdenum is a potent carbide former. T:  F:  Aluminum stabilizes austenite over the entire concentration range. T:  F:  Manganese collects sulfur and forms stable MnS. 89. Wie unterscheiden sich Ferrit und Austenit in ihrem Lösungsvermögen für Kohlenstoff und warum unterscheiden sie sich? 90. Was versteht man unter Inclusion Shape Control? Beschreiben Sie die Maßnahme! 91. Wie wirken sich Mangansulfide auf die mechanischen Eigenschaften von warmgewalztem Blech aus? Wie können eventuell durch MnS auftretende Nachteile vermieden werden? 92. Welche Auswirkungen hat Schwefel in Stahl? Wie kann man die Auswirkungen beherrschen? 93. Welche Auswirkungen hat Phosphor in Stahl? 94. Wie wirken sich Phosphor und Schwefel im Stahl aus? 95. Welches Legierungselement wird bei Stählen für den Korrosionsschutz zulegiert? 96. Welche Aufgaben übernimmt Mangan im Stahl? What are the tasks of manganese in steel? 97. Welche Rollen spielt Mangan im Stahl? What are the roles of manganese in steel? 98. Welche Aufgaben übernimmt Chrom im Stahl? 99. Welche Wirkung hat Nickel im Stahl? 100. Welche Rollen spielt Molybdän im Stahl? What are the roles of molybdenum in steel? 101. Was versteht man unter Inclusion Shape Control? Beschreiben Sie die Maßnahme! 102. Was versteht man unter Primär- und Sekundärzeiligkeit. Wie entsteht sie? 103. Wie werden die Fe-C Stähle nach ihrem Kohlenstoffgehalt eingeteilt? Welche Phasen beobachtet man bei Raumtemperatur in diesen Stählen? 104. Welche Phasen kommen im System Fe - Fe3C vor? Welche Kristallstruktur besitzen sie? Welche (invarianten) 3-Phasen Gleichgewichte beobachtet man? What phases exist in the system Fe - Fe3C? What are there crystal structures? What (invariant) 3 phase equilibriums are observed?

Gefüge und Eigenschaften 105. Erläutern Sie den Einfluss der Kohlenstoffkonzentration und der Bauteildicke auf die mechanischen Eigenschaften ferritisch-perlitischer Stähle. Explain the influence of the carbon concentration and of the part thickness on the mechanical properties of steels with mixed ferritic and pearlitic microstructure. 106. Was ist Ferrit? 107. Beschreiben Sie die Gefügeentstehung bei der Erstarrung und dem weiteren Abkühlen eines weichen Stahls! Welche Auswirkungen haben Segregationen in gewalzten Produkten?

Describe the formation of the microstructure of mild steel during the solidification and the subsequent cooling! What are the consequences of coring in rolled products? 108. Was ist Austenit? 109. Single choice question - one answer is true - find and tick  the correct one. Austenite has the following properties:  austenite is a brittle low temperature phase  the carbon solubility in austenite is low due to the small tetrahedral sites  the austenite structure is fcc and it exists from 911 to 1394°C (for pure iron)  austenite exhibits ferromagnetic order up to the curie temperature  at a given temperature, the iron diffusion in austenite is much faster than that in other phases of iron 110. Was ist Perlit? 111. Was versteht man unter Ledeburit? Welche Phasen und Gefügebestandteile kann man bei 1000°C einerseits und bei Raumtemperatur andererseits beobachten? 112. Was bewirkt fein verteilter Zementit im Stahl? 113. Was ist Martensit? 114. Was ist Restaustenit? 115. Unterscheiden Sie ferritische, perlitische und martensitische (nicht angelassene) Stähle nach ihren mechanischen Eigenschaften (Rp0,2; Rm; A; Z)!

Kinetik und Umwandlungsarten 116. Welche Ferritarten können bei der Austenitumwandlung entstehen? Welche Rolle spielen der C-Gehalt und die Abkühlungsgeschwindigkeit? 117. Erläutern Sie die Entstehung und die Eigenschaften des Widmannstättenferrits. Explain the formation and the properties of Widmannstätten ferrite. 118. Erklären Sie die Vorgänge während der Entstehung des Perlits! Explain the processes during the formation of pearlite! 119. Explain the formation of pearlite upon cooling eutectoid steel! 120. Was versteht man unter entartetem Perlit? Wie entsteht er? Wovon hängt die Lamellenbreite bei der Perlitbildung ab? 121. True or false? Tick  the true or the false box but not both. Phases and their transformations: T:  F:  Cementite is metastable at room temperature and stabilized by an orientation relation to ferrite providing a low energy interface. T:  F:  The formation of martensite is a shear transformation. T:  F:  Ferrite has the bcc structure and a low solubility for carbon. T:  F:  By tempering of hardened steel martensite reverts to austenite. T:  F:  The nucleation of ferrite is more difficult when austenite was heated to high temperatures before cooling 122. Wie erfolgt das Wachstum von - und Fe3C-Lamellen nebeneinander bei der Perlitbildung aus Austenit? Welche Perlitarten kennen Sie? 123. Wie entsteht Perlit? Welchen Einfluss hat die Abkühlgeschwindigkeit? 124. Erklären Sie die Vorgänge während der Entstehung des Perlits! Explain the processes during the formation of pearlite! 125. Sketch the isothermal time-temperature-transformation diagram of eutectoid steel and indicate the characteristic temperatures, phases and transformations! 126. Skizzieren Sie im Fe-Fe3C Diagramm die Abkühlung von C35 beginnend mit 900°C! Beschreiben Sie die Änderungen des Gefüges und der beteiligten Phasen, wenn die Abkühlung mit moderater Geschwindigkeit erfolgt (z.B. Luftabkühlung)! In the Fe-Fe3C diagram, sketch the cooling path of AISI 1035 starting at 900°C! Explain the changes in microstructure and phase composition when the cooling takes place at a moderate speed (e.g. cooling at air)! 127. Wie entsteht Bainit? Welchen Einfluss haben die Abkühlgeschwindigkeit und die Legierungselemente? How does bainite form? What are the influences of the cooling rate and of the alloying elements?

128. Welche Bainitarten kennen Sie. Unter welchen Bedingungen treten sie auf? Wie unterscheiden sie sich? What kinds of bainite do you know? What are the conditions for their formation? What are the differences between them? 129. Welche Martensitarten kennen Sie? Unter welchen Bedingungen treten sie auf? Wie unterscheiden sie s...