Praktikum 8-Umdruck PDF

Preview

Summary

Praktikumsumdruck-Aufgabenblatt...

Description

Fachgebiet Werkstofftechnik Institut für Werkstoffwissenschaften und –technologien

Praktikum 08: Härten und Vergüten Bitte bereiten Sie sich auf das Praktikum vor, indem Sie sich mit dem Härten und Vergüten von Stahl beschäftigen. Sie sollten folgende Fragen verstehen und beantworten können. Das Praktikum 8 und die Fragen beziehen sich auf die Inhalte der IV 3-5 und alle vorhergegangen IVs des Moduls. Sie können auch folgende Literatur und Links nutzen: • • •

• • •

Bergmann 1, 7. Aufl., S. 226ff „Ungleichgewichtsnahe Gefüge (metastabil)“ Bergmann 2, 4. Aufl., S. 237ff „Normalglühen“, „Härten“, „Vergüten“ Bargel, 10. Aufl., S. 166ff „Normalglühen (Normalisieren)“, „Härten (Nichtgleichgewichtszustände)“, „Einfluss der beschleunigten Abkühlung“, „Umwandlung in der Martensitstufe“ Schwab, 1. Aufl., S. 267ff „Von heißen Öfen und kühlen Bädern: die Wärmebehandlung der Stähle“ Wissensfloater - Vom EKZD zum ZTU-Schaubild: https://www.youtube.com/watch?v=vwvkH6NITZ4 Wissensfloater - Erstellen und Anwenden von ZTU-Schaubildern: https://www.youtube.com/watch?v=9PbsiZoFUp0

Zur Teilnahme am Praktikum ist es Voraussetzung, dass Sie sich mit den Prozessen des Härtens und Vergütens von Stahl beschäftigen und die folgenden Fragen verstanden haben und beantworten können. Dies wird zu Beginn des Praktikums überprüft. 1. Vervollständigen Sie den folgenden Ausschnitt aus dem EisenKohlenstoffdiagramm (Abbildung 1) durch Beschriftung der leeren Kästchen mit den entsprechenden Phasennamen.

Abbildung 1: Ausschnitt Eisen-Kohlenstoff-Diagramm 2. Wie lauten die Gefügenamen der in Aufgabe 1 beschrifteten Phasen? Werkstoffkunde – Praktikum 08 – Nur für den Praktikumsgebrauch

1

Fachgebiet Werkstofftechnik Institut für Werkstoffwissenschaften und –technologien 3. Was ist Martensit und wie entsteht es? 4. Für was steht „ZTU-Diagramm“ und was beschreibt es? 5. Welche Auswirkungen hat die Zugabe von Legierungselementen auf die Form der Kurven des ZTU-Diagramms am Beispiel von Stählen? 6. Die A1-, A3- und Acm-Linien spielen bei der Wärmebehandlung von Stählen eine wichtige Rolle. Wo sind diese in dem Fe-C-Diagramm zu finden? 7. Nennen Sie drei Eigenschaften von Stahl, die man durch Wärmebehandlung deutlich beeinflussen kann. 8. Welches Ziel verfolgt man mit folgenden Wärmebehandlungen und wie laufen diese ab? i.

Normalisierung / Normalglühen

ii.

Härten

iii.

Vergüten

9. Zeichnen Sie qualitativ den Temperatur-Zeit Verlauf des Vergütungsprozesses. 10.Was beschreibt die Durchhärtbarkeit / Einhärtbarkeit? 11.Welche Faktoren beeinflussen die Einhärtbarkeit von Stahl? 12.Was beschreibt die Aufhärtbarkeit und wie wird sie beeinflusst? 13.Welche Eigenschaften einer Stahlprobe kann durch die Jominyprüfung bestimmt werden? Zusatzfragen: In der folgenden Abbildung 2 ist ein ZTU-Diagramm dargestellt. Zeichnen Sie die folgenden drei Abkühlkurven ein. i.

AK1: Abkühlkurve mit der höchsten Martensitbildung.

ii.

AK2: Abkühlkurve, bei der Bainit entsteht.

iii.

AK3: Abkühlkurve bei der sowohl Bainit als auch Martensit entsteht.

Werkstoffkunde – Praktikum 08 – Nur für den Praktikumsgebrauch

2

Fachgebiet Werkstofftechnik Institut für Werkstoffwissenschaften und –technologien

Abbildung 2: ZTU Diagramm C80 Aufgabenstellung für das Praktikum Aufgabe A 4 Proben aus dem Stahl 42CrMo4 (entspricht Stahl mit 0,42 % C, 1 % Cr und geringem Anteil Mo) werden unterschiedlich wärmebehandelt und deren Härte nach Rockwell HRC ermittelt. Anschließend wird mit Hilfe der gewonnen Härtewerte ein Diagramm erstellt, indem die Härte über der Anlasstemperatur aufgetragen wird. Proben- Anlasstemperatur Anlasszeit Nr. [°C] [min.] 1 Ausgangszustand 2 Nur Härten Nur Härten 3 4 5

Abbildung 3: Versuchsaufbau Aufgabe A incl. Tabelle Wärmebehandlungsschritte: 1) Proben 2 – 5 Austenitisieren (860°C, 30 min.) 2) Proben 2 – 5 abgeschreckt in Wasser 3) Proben 3 – 5 angelassen bei verschiedenen Temperaturen

Werkstoffkunde – Praktikum 08 – Nur für den Praktikumsgebrauch

3

Fachgebiet Werkstofftechnik Institut für Werkstoffwissenschaften und –technologien Härte HRC 1. Messung 2. Messung 3. Messung Mittelwert

Probe 1

Probe 2 Probe 3

Probe 4 Probe 5

Tabelle 1: Härtemessungen Härteänderung durch Anlassen 60 55

Härte HRC

50 45 40 35 30 25 20 1

Anlasstemperatur T in °C Abbildung 4: Zusammenhang Härte und Anlasstemperatur

Werkstoffkunde – Praktikum 08 – Nur für den Praktikumsgebrauch

4

Fachgebiet Werkstofftechnik Institut für Werkstoffwissenschaften und –technologien

Aufgabe B Vergleichen Sie die verschiedenen Abkühlgeschwindigkeiten (Luft- und Wasserabkühlung) und die verschiedenen Austenitisierungtemperaturen von vier Stahlproben: C10, C22, C45 und C90 (entspricht Stahl mit 0,1 %, 0,22 %, 0,45 % und 0,9 % C). Welche Austenitisierungtemperatur ist für die jeweiligen Stahlproben geeignet? Welche Phasen und Gefüge entstehen? Zeichen Sie die Gefüge schematisch. Ordnen Sie die verschiedenen Abkühlmedien nach ihrer Abkühlgeschwindigkeit (VÖl, VLuft und VWasser).

Es gibt folgende Abkürzungen: Phasen: α; γ; αM; Fe3C Gefüge: F= Ferrit, A= Austenit, P= Perlit, M= Martensit, Z=Zementit

Stahl

C10

Austenitisierung Abkühlung

C22

°C / 25 min Luft

Wasser

°C / 25 min Luft

Wasser

Phasen Gefüge Schematische Gefügebilder

Stahl

C45

Austenitisierung Abkühlung

C90

°C / 25 min Luft

Wasser

°C / 25 min Luft

Wasser

Phasen Gefüge Schematische Gefügebilder

Abbildung 5: Phasen und Gefüge nach verschiedenen Abkühlgeschwindigkeiten

Werkstoffkunde – Praktikum 08 – Nur für den Praktikumsgebrauch

5

Fachgebiet Werkstofftechnik Institut für Werkstoffwissenschaften und –technologien Aufgabe C Vergleichen Sie die zwei Wärmebehandlungen Normalisieren und Vergüten anhand der Gefüge. Zeichen Sie die Gefüge schematisch. Untereutektoider Stahl (C < 0,8 %

Übereutektoider Stahl (C > 0,8 %)

Abbildung 6: Gefüge Normalisieren und Vergüten

Werkstoffkunde – Praktikum 08 – Nur für den Praktikumsgebrauch

6

Fachgebiet Werkstofftechnik Institut für Werkstoffwissenschaften und –technologien Sie werden in zwei Gruppen aufgeteilt und jede Gruppe bekommt folgende Aufgaben. Gruppe 1: 1. Aufgabe Schrecken Sie die Proben 2-5 ab, legen Sie die Proben 3-5 wieder bei verschiedenen Temperaturen in den Ofen zurück. Führen Sie die Härtemessung der Proben 1-2 durch und erklären Sie die Ergebnisse für Gruppe 2 (dies ist Bestandteil der Aufgabe A). 2. Aufgabe Lösen Sie Aufgabe C und erklären Sie die Ergebnisse der Gruppe 2. Nehmen Sie die vorhandenen Gefügebilder und ordnen Sie diese dem Bild zu. Die Bilder sind wie folgt zuzuordnen: • Grün: Austenit • Gelb: Ferrit • Violett: Zementit • Orange: Martensit.

Gruppe 2: 1. Aufgabe Lösen Sie Aufgabe B und erklären Sie die Ergebnisse der Gruppe 1. Nehmen Sie die vorhandenen Gefügebilder und ordnen Sie diese dem Bild zu. Die Bilder sind wie folgt zuzuordnen: • Grün: Austenit • Gelb: Ferrit • Violett: Zementit • Orange: Martensit • Rosa: Bainit. 2. Aufgabe Führen Sie mit den Proben 3-5 das Anlassen durch und messen Sie die Härte der Proben 3-5. Erklären Sie die Ergebnisse und den Versuchsverlauf der Gruppe 1 (dies ist Bestandteil der Aufgabe A).

Werkstoffkunde – Praktikum 08 – Nur für den Praktikumsgebrauch

7...