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und Prüftechnik 3.1 Unterscheidung Messen

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Inhalt<br />

Metalltechnologie I<br />

1 Werkstoff Metall............................................................................................................2<br />

1.1 Einteilung der Werkstoffe.........................................................................................................2<br />

1.2 Aufbau <strong>und</strong> Eigenschaften metallischer Werkstoffe................................................................2<br />

Molekularer Aufbau ....................................................................................................................2<br />

KrÄfte..........................................................................................................................................2<br />

Physikalische Eigenschaften........................................................................................................3<br />

1.3 Stahl ...........................................................................................................................................3<br />

Einteilung der StÄhle ...................................................................................................................3<br />

Chemische Zusammensetzung.....................................................................................................4<br />

Einteilungssysteme......................................................................................................................5<br />

2 Fertigungsverfahren nach DIN 8580.............................................................................5<br />

2.1 Äberblick ...................................................................................................................................5<br />

Formschaffende Fertigungsverfahren...........................................................................................5<br />

FormÄndernde Fertigungsverfahren .............................................................................................5<br />

Fertigungsverfahren zum Åndern der Stoffeigenschaften .............................................................6<br />

2.2 Umformen..................................................................................................................................6<br />

Biegen.........................................................................................................................................6<br />

2.3 Trennen (spanend) ....................................................................................................................7<br />

SÄgen ..........................................................................................................................................7<br />

Feilen ..........................................................................................................................................7<br />

Bohren ........................................................................................................................................8<br />

Gewinden....................................................................................................................................8<br />

Gewinden....................................................................................................................................9<br />

Drehen ........................................................................................................................................9<br />

2.4 Stoffeigenschaften Åndern.......................................................................................................10<br />

Legierungen ..............................................................................................................................10<br />

Mechanisches Bearbeiten ..........................................................................................................10<br />

Thermisches Bearbeiten.............................................................................................................10<br />

3 Mess- <strong>und</strong> PrÇftechnik ................................................................................................11<br />

<strong>3.1</strong> <strong>Unterscheidung</strong> <strong>Messen</strong> É PrÇfen............................................................................................11<br />

3.2 Messwerkzeuge........................................................................................................................11<br />

3.3 PrÇfen mit Lehren...................................................................................................................11<br />

Formlehren................................................................................................................................11<br />

MaÇlehren .................................................................................................................................11<br />

Grenzlehren...............................................................................................................................11<br />

Stand: Oktober 2009 Binder 11 Seiten - 1


1 Werkstoff Metall<br />

Metalltechnologie I<br />

1.1 Einteilung der Werkstoffe<br />

Nichtmetalle<br />

natÄrliche<br />

Werkstoffe<br />

kÄnstliche<br />

Werkstoffe<br />

ErklÅren: Einteilung der Werkstoffe<br />

1.2 Aufbau <strong>und</strong> Eigenschaften metallischer Werkstoffe<br />

Molekularer Aufbau<br />

Eisen-<br />

Werkstoffe<br />

Eisen-<br />

Gussstoffe StÅhle<br />

Gusseisen<br />

Kugelgraphit<br />

Temperguss<br />

...<br />

Allg. BaustÄhle<br />

AutomatenstÄhle<br />

VergÉtungsstÄhle<br />

SchnellarbeitsstÄhle<br />

FederstÄhle<br />

Rostfreie StÄhle<br />

GehÄrtete StÄhle ...<br />

Werkstoffe<br />

Metalle<br />

NE-<br />

Metalle<br />

Schwermetalle<br />

Blei<br />

Kupfer<br />

...<br />

Leichtmetalle<br />

Alu<br />

Titan<br />

...<br />

faserverstÄrkte<br />

VSt<br />

Ä Kristalliner Aufbau von Metallen: Festes GefÉge in einem WÉrfelgitter.<br />

Verb<strong>und</strong>werkstoffe<br />

Edelmetalle<br />

Gold<br />

Platin<br />

...<br />

teilchenverstÅrkte<br />

VSt<br />

Ä Je nach Zusammensetzung ergeben sich unterschiedliche Eigenschaften.<br />

Ä Das GefÉge lÄsst sich nach dem Bruchbild unterscheiden (GleichmÄÇigkeit, Farbe, KorngrÑ-<br />

Çe)<br />

KrÄfte<br />

Nach der Belastung wird unterschieden zwischen Zug-, Druck-, Biege-, Torsions- <strong>und</strong> KnickkrÄften<br />

Stand: Oktober 2009 Binder 11 Seiten - 2<br />

schichtverstÄrkte<br />

Vst


Physikalische Eigenschaften<br />

Werkstoff Dichte ElastizitÅt<br />

Metalltechnologie I<br />

SchmelzWÅrmeleittemperaturfÅhigkeit kg/dm3 kp/mm2 Grd Celsius cal/<br />

cm*sec*grd<br />

Ausdehnung<br />

Elektrische<br />

LeitfÅhigkeit<br />

m/m*grd m/Ohm*mm2<br />

Aluminium 2,70 6750 660 0,53 23,8 35<br />

Blei 11,34 1600 327 0,083 28,3 4,82<br />

Bronze 8,73 11100 915-1040 0,16 17,3 9<br />

Grauguss 7,20 8000-13000 1150-1300 0,13 9,0 1-2<br />

Kupfer 8,96 12500 1083 0,94 16,2 60<br />

Messing 8,5 9000 910 0,22 19 16<br />

Stahl C 15 7,85 20800 1510 0,12 11,1 9,3<br />

Stahl C 60 7,83 20400 1470 0,11 11,1 7,9<br />

Vanadium 6,0 15000 1735 k.A. 8,5 3,84<br />

Zink 7,14 9400 419 0,27 29,8 16,9<br />

Zinn 7,3 5500 232 0,16 20,5 8,7<br />

Wissen: Atome, MolekÉhle, GefÉge, Bruchbild<br />

ErklÅren: Einfluss des Kristallgitters auf mechanische Eigenschaften Ä Unterschiede von mechanischen Belastungen<br />

1.3 Stahl<br />

Eisenmetall mit Kohlenstoffgehalt Ö 2%. Dadurch ist Stahl, anders als Eisen, schmiedbar. Ab einem<br />

Kohlenstoffgehalt von 0,2% ist Stahl hÄrtbar.<br />

Einteilung der StÄhle<br />

Allgemein<br />

Ä Einteilung in die beiden Hauptgruppen BaustÄhle <strong>und</strong> WerkzeugstÄhle<br />

Ä Beide Gruppen enthalten legierte <strong>und</strong> unlegierte StÄhle<br />

Ä Weitere Unterteilung in MassenstÄhle, QualitÄtsstÄhle <strong>und</strong> EdelstÄhle hÄngt von Reinheit <strong>und</strong><br />

GleichmÄÇigkeit des GefÉges ab.<br />

Anwendungsbezogene Einteilung<br />

BaustÄhle<br />

Ä Verwendung: Maschinen, Fahrzeuge, Motoren, Baukonstruktionen<br />

Ä Allgemeine BaustÄhle: StÄhle fÉr normale Beanspruchung<br />

o Bsp.: St 37-2, St 44-3, St 52-3, St 60-2.<br />

o Steigende Zugfestigkeit wird durch mehr Kohlenstoff erreicht (St 37: 0,17%, St 60:<br />

0,40%).<br />

o GÉtezahl gibt (abfallenden) Phosphor- <strong>und</strong> Schwefelgehalt an. Je weniger Phosphor bzw.<br />

Schwefel, desto besser schweiÇbar <strong>und</strong> umformbar (also 3 Übesserá als 2).<br />

o Herstellung: BaustÄhle werden gewalzt als StÄbe, Bleche, BÄnder, Profile, Rohre.<br />

Ä VergÉtungsstÄhle: Durch WÄrmebehandlung (VergÉten) hohe Festigkeit <strong>und</strong> ZÄhigkeit, dadurch<br />

unempfindlich gegen StÑÇe.<br />

o Einsatz: Kurbelwellen, Achsen, SchraubstÑcke...<br />

o Kohlenstoffgehalt 0,25 bis 0,65<br />

Ä AutomatenstÄhle: Besonders gute Zerspaneigenschaften<br />

Stand: Oktober 2009 Binder 11 Seiten - 3


Metalltechnologie I<br />

o durch hÑheren Phosphpor- oder Schwefelgehalt bzw. durch Legierung mit Blei oder Mangan<br />

brechen SpÄne kÉrzer ab <strong>und</strong> behindern Maschinen nicht.<br />

Ä EinsatzstÄhle: Besonders verschleiÇfeste OberflÄche bei zÄhem InnenkÑrper<br />

o Einsetzen: Aufkohlen der OberflÄche mit anschlieÇendem HÄrten<br />

o Wellen, ZahnrÄder, Nockenwellen, Messwerkzeuge<br />

Ä NitrierstÄhle: harte <strong>und</strong> verschleiÇfeste OberflÄchen<br />

o HÄrte durch Stickstoffverbindungen (Nitride) an der OberflÄche<br />

o Werkzeuge, FeinmessgerÄte, Kurbelwellen<br />

WerkzeugstÄhle<br />

Allgemein: EdelstÄhle mit besonders guter Beeinflussbarkeit der Eigenschaften (HÄrte, ZÄhigkeit,<br />

VerschleiÇfestigkeit)<br />

KaltarbeitsstÄhle: behalten HÄrte bis 200 o C<br />

Chemische Zusammensetzung<br />

Legierungen<br />

Å Zugabe metallischer oder nichtmetallischer Stoffe zur Steuerung der Materialeigenschaften. Beeinflusst werden<br />

kann Festigkeit, HÄrtbarkeit, Korrosionsfestigkeit, OberflÄchenbeschaffenheit...<br />

Unlegierte StÄhle<br />

Å Allgemeine BaustÄhle: nicht fÉr WÄrmebehandlung geeignet<br />

Kennzeichnung Mittelteil: St = Allgemeine BaustÄhle Ä Zugfestigkeit in N/mm2/10 Ä GÉtegruppe<br />

Bsp.: St 44-2 (Allg. Baustahl mit Zugfestigkeit 440 N/mm2 der GÉtegruppe 2)<br />

Å QualitÄtsstÄhle: FÉr WÄrmebehandlung geeignet<br />

Kennzeichnung Mittelteil: C = QualitÄtsstahl Ä Kohlenstoffgehalt in h<strong>und</strong>ertstel Prozent<br />

Bsp.: C 45 (QualitÄtsstahl mit Kohlenstoffgehalt 0,45%)<br />

Å EdelstÄhle: besonders geringer Phosphor- <strong>und</strong> Schwefelgehalt<br />

Kennzeichnung Mittelteil: Ck oder Cm: geringer Schwefel- <strong>und</strong> Phosphorgehalt, Cf oder Cq: besondere<br />

HÄrtbarkeit Ä Kohlenstoffgehalt in h<strong>und</strong>ertstel Prozent<br />

Bsp.: Cq 22 (hÄrtbarer Edelstahl mit 0,22% Kohlenstoff)<br />

Legierte StÄhle<br />

Å Niedrig legierte StÄhle: Legierungselemente < 5%<br />

Kennzeichnung Mittelteil: Kohlenstoffgehalt in h<strong>und</strong>ertstel Prozent Ä Legierungselemente Ä Anteil der Legierungselemente<br />

in Viertel, Zehntel oder H<strong>und</strong>ertstel (je nach Éblichem Gehalt)<br />

Bsp.: 21 CrMoV 5 11 (niedrig legierter Stahl mit Kohlenstoff 0,21%, 1,25% (=5/4) Chrom, 1,1% (=11/10)<br />

MolybdÄn, geringer Anteil Vanadium)<br />

Å Hochlegierte StÄhle: Legierungselemente > 5%<br />

Kennzeichnung Mittelteil: X = Hochlegierter Stahl Ä Kohlenstoff in h<strong>und</strong>ertstel Prozent Ä Legierungselemente<br />

Ä Anteil der Legierungselemente in Prozent<br />

Bsp.: X 12 CrNiMo 18 9 (Hochlegierter Stahl mit 0,12% Kohlenstoff, 18% Chrom, 9% Nickel, geringem<br />

Anteil MolybdÄn)<br />

Å SchnellarbeitsstÄhle: Sehr verschleiÇfeste hochlegierte StÄhle.<br />

Kennzeichnung Mittelteil: S = Schnellarbeitsstahl Ä Anteil der Legierungselemente Wolfram, MolybdÄn, Vanadium<br />

<strong>und</strong> Kobalt in Prozent.<br />

Bsp.: S 2-10-1-8 (Schnellarbeitsstahl mit 2% Wolfram, 10% MolybdÄn, 1% Vanadium <strong>und</strong> 8% Kobalt)<br />

Stand: Oktober 2009 Binder 11 Seiten - 4


Einteilungssysteme<br />

Metalltechnologie I<br />

Kurznamensystem (EN 10027-1): schneller Åberblick Çber Hauptsorten<br />

Bsp: P 295 GH<br />

1. Stelle: Anwendung/Zusammensetzung<br />

G Ä Guss<br />

S Ä Baustahl<br />

E Ä MaschinenbaustÄhle (engineering)<br />

D Ä Kaltumformbar<br />

P Ä StÄhle fÉr DruckbehÄlterbau (pressure)<br />

HS Ä SchnellarbeitsstÄhle<br />

C Ä unlegierte StÄhle<br />

X Ä legierte StÄhle mit Legierung > 5%<br />

2. Stelle: Eigenschaften, Kohlenstoffgehalt<br />

à Streckgrenze<br />

à Kohlenstoffgehalt n/100 (0,n%)<br />

Werkstoffnummernsystem (EN 10027-2)<br />

Bsp.: 1 . 0503 C45<br />

1.Stelle: Werkstoffhauptgruppe<br />

0 Ä Gusseisen<br />

1 Ä Stahl<br />

2 Ä Schwermetalle<br />

3 Ä Leichtmetalle<br />

4 Ä Sinterwerkstoffe<br />

5-8 Ä Nichtmetalle<br />

2. Stelle: Stahlgruppennummer (zweistellig)<br />

0-9 Ä BaustÄhle<br />

10-19 Ä EdelstÄhle<br />

à C Ä kaltgewalzt<br />

à D Ä warmgewalzt<br />

3. Stelle: mechanische Eigenschaften, Legierungselemente<br />

JR Ä Kerbschlagarbeit 27J bei 20oC<br />

4. -7. Stelle: Herstellung, Eigenschaften, Zusammensetzung<br />

M Ä warm gewalzt<br />

O Ä vergÉtet<br />

20-29 Ä WerkzeugstÄhle<br />

30-39 Ä versch. StÄhle<br />

40-49 Ä chem. bestÄndige StÄhle<br />

50-79 Ä Maschinen- <strong>und</strong> BehÄlterstÄhle,<br />

BaustÄhle<br />

3. Stelle: ZÄhlnummer des Herstellers (zweistellig)<br />

4. Stelle: Zusatz chemische Zusammensetzung<br />

Hier: Kohlenstoffgehalt 45/100<br />

Wissen: Stahl, anwendungsbezogene Einteilung von StÄhlen, Legierung, DIN, EN<br />

ErklÅren: Zusammenhang C-Gehalt â mechanische Eigenschaften Ä Auswirkung von Legierungen Ä Grobaufbau<br />

des Kurznamen- <strong>und</strong> Werkstoffnummernsystems<br />

2 Fertigungsverfahren nach DIN 8580<br />

2.1 Åberblick<br />

Formschaffende Fertigungsverfahren<br />

Hauptgruppe 1: Urformen<br />

Aus flÉssigem / plastischem / kÑrnigem bzw. pulverfÑrmigem... Zustand<br />

FormÄndernde Fertigungsverfahren<br />

Hauptgruppe 2: Umformen<br />

Druck- Zugdruck-, Zug-, Biege-, Schubumformen<br />

Stand: Oktober 2009 Binder 11 Seiten - 5


Metalltechnologie I<br />

Hauptgruppe 3: Trennen<br />

Zerteilen, Spanen mit geometrisch bestimmter <strong>und</strong> unbestimmter Schneide, Abtragen, Zerlegen, Reinigen<br />

Hauptgruppe 4: FÇgen<br />

Zusammensetzen, FÉllen, An-/Einpressen, FÉgen durch Urformen, FÉgen durch Umformen, Schwei-<br />

Çen, LÑten, Kleben<br />

Hauptgruppe 5: Beschichten<br />

Aus flÉssigem, plastischem... Zustand<br />

Fertigungsverfahren zum Éndern der Stoffeigenschaften<br />

Hauptgruppe 6: Stoffeigenschaften Ändern<br />

Verfestigen durch Umformen, WÄrmebehandlung, Sintern, Magnetisieren...<br />

Wissen: 6 Hauptgruppen der Fertigungstechniken + Beispiele<br />

ErklÅren: 6 Hauptgruppen der Fertigungstechniken<br />

2.2 Umformen<br />

Biegen<br />

Å Beim Biegen treten nicht nur Formsondern<br />

auch LÄngenÄnderungen<br />

<strong>und</strong> StoffeigenschaftsÄnderungen<br />

(fester, hÄrter, sprÑder) auf.<br />

Å Gefahr der Rissbildung erhÑht sich,<br />

o je dicker das Material<br />

o je kleiner der Biegeradius<br />

o je grÑÇer der Biegewinkel (Au-<br />

Çenwinkel)<br />

o wenn parallel zur Walzrichtung<br />

gebogen wird<br />

Å Erfahrungswerte fÉr Mindestbiegeradien:<br />

Werkstoff<br />

Blechdicke in mm<br />

1 1,5 2,5 3 4<br />

Stahl bis Rm= 490 N/mm 2<br />

1,2 2 3 4 5<br />

AlCuMg-Legierung 2,5 4 6 10 16<br />

CuZn-Legierung 1,6 2,5 4 6 9<br />

Kupfer (weichgeglÉht) 1,6 2,5 4 6 8,5<br />

Å Um Ausbauchungen zu vermeiden, werden bei sich schneidenden<br />

Kanten Ausklinkungen vorgenommen<br />

Berechnung der gestreckten LÄnge eines WerkstÉcks: Die gestreckte<br />

LÄnge ist das AblÄngmaÇ des Halbzeugs. Da die neutrale Zone in der<br />

LÄnge unverÄndert bleibt, wird die LÄnge der neutralen Zone berechnet.<br />

Hier: l = 2 Ä l1 + 2 Äl2 + 2Äl3 + l4<br />

Die Werte fÉr l2 <strong>und</strong> l4 ergeben sich aus der Berechnung der Radien<br />

Stauchungszone:<br />

à gestauchtes GefÉge<br />

à Ausbauchung<br />

Dehnungszone:<br />

à gestrecktes GefÉge<br />

à Rissbildung<br />

Neutrale Zone:<br />

à keine GefÉgeÄnderung<br />

à keine LÄngenÄnderung<br />

Stand: Oktober 2009 Binder 11 Seiten - 6


Metalltechnologie I<br />

Å Fertigungsorientierte BemaÇung: Ausgangspunkt ist<br />

die MaÇbezugslinie, also die Linie, auf die sich entsprechende<br />

MaÇe beziehen. Bei symmetrischen<br />

WerkstÉcken ist die MaÇbezugslinie oft die Symmetrieachse.<br />

Andere MÑglichkeit: Abstand von einer<br />

Bohrung oder einer Formkante<br />

Å Biegen von Profilen: GroÇe Gefahr der QuerschnittsverÄnderung.<br />

GegenmaÇnahmen:<br />

o Bei L- oder U-Profilen Ausklingung<br />

o Bei Rohren: mit Sand fÉllen <strong>und</strong> Enden abdichten;<br />

Einsatz von Rohrbiegevorrichtungen<br />

2.3 Trennen (spanend)<br />

SÄgen<br />

Ä HandsÄgearten<br />

o Gespannte SÄgen: MetallbÉgelsÄge, PUK- SÄge, LaubsÄge, UhrmachersÄge<br />

o Ungespannte SÄgen: FeinsÄge (EinstreichsÄge)<br />

Ä Freischnitt durch SchrÄnken, Wellen, Hinterschleifen<br />

Ä Geometrie an der Schneide<br />

o SÄgezahn zum Schneiden â ZahnlÉcke zur Spanabfuhr<br />

o Schnittrichtung: Gegen die Zahnrichtung, MetallsÄgen arbeiten auf StoÇ.<br />

o Zahnteilung: Harter Werkstoff: viele ZÄhne pro mm<br />

o Winkel<br />

Å Keilwinkel: Winkel des SÄgezahns<br />

Å Schnittrichtung<br />

Å Spanwinkel: Winkel vor dem SÄgezahn (vordere Flanke bis zum rechten Winkel in Bezug<br />

auf die ArbeitsflÄche). Bestimmt FlieÇ- bzw. Abbruchverhalten des Spans.<br />

Å Freiwinkel: Winkel hinter dem SÄgezahn<br />

Å Harter Werkstoff: grÑÇerer Keilwinkel (bei spitzem Winkel wÄre SÄgezahn Üschwachá),<br />

kleiner Spanwinkel.<br />

Feilen<br />

Å Aufbau: Blatt, Angel, Heft<br />

Å Hiebe: Einhiebfeilen (weiche Werkstoffe: Alu, Kupfer, Zinn, Kunststoff), Kreuzhiebfeilen (harte<br />

Werkstoffe) mit Oberhieb <strong>und</strong> Unterhieb. Besonderheit: Spanbrechernuten.<br />

Hiebzahl: Hieb-Nr. 1(Schruppfeile): 6-17 Hiebe pro cm; Hieb-Nr. 2 (Schlichtfeile): 9-23 Hiebe<br />

pro cm; Hieb-Nr. 3 (Schlichtfeile): 13-28 Hiebe; Hieb-Nr. 4 (Feinschlichtfeile): 16-34 Hiebe.<br />

Å Herstellung: Gehauene Feilen mit negativem Spanwinkel Å sehr harte Werkstoffe, gefrÄste Feilen.<br />

Å Querschnitt- Arten: 3-Kant, 4-Kant, Flach, R<strong>und</strong>, Kabinett.<br />

Å SchlÉsselfeilen<br />

Stand: Oktober 2009 Binder 11 Seiten - 7


Bohren<br />

Spiralbohrer: HSS, Vollhaartmetall<br />

Metalltechnologie I<br />

Das vc-d-Nomogramm zum Ermitteln der Bohrfrequenz:<br />

Ermittlung der Umdrehungsfrequenz:<br />

à Durchmesser suchen <strong>und</strong> im<br />

Nomogramm senkrecht nach<br />

oben gehen<br />

à Schnittgeschwindigkeit (s. u,)<br />

suchen <strong>und</strong> waagrecht gehen<br />

à schrÄg gehen <strong>und</strong> Umdrehungsfrequenz<br />

ablesen<br />

Schnittgeschwindigkeiten in Metall:<br />

Stand: Oktober 2009 Binder 11 Seiten - 8


Gewinden<br />

Metalltechnologie I<br />

Bohrdurchmesser bei metrischen Gewinden<br />

Ä Faustformel: Bohrdurchmesser= 0,8*Gewindedurchmesser<br />

Gewinde<br />

AuÇendurchmesser<br />

Steigung<br />

M3 3 0.5 2.4<br />

M4 4 0.7 3.2<br />

M5 5 0.8 4.0<br />

M6 6 1.0 4.8<br />

M8 8 1.25 6.4<br />

M10 10 1.5 8.0<br />

Kerndurchmesser<br />

= Bohrung<br />

AuÑengewinde<br />

Å Planfeilen<br />

Å anfasen<br />

Å Schneideisen in Schneideisenhalter einsetzen, verschrauben<br />

Å schmieren, Werkzeug ansetzen (Partnerarbeit!), schneiden<br />

Innengewinde<br />

Å Ansenken<br />

Å Gewindebohrer in Windeisenhalter einsetzen<br />

Å Schmieren, Werkzeug ansetzen, Schneidvorgang. Tiefe bei SacklÑchern beachten<br />

Å Werkzeugk<strong>und</strong>e: Schneideisen <strong>und</strong> Schneideisenhalter<br />

Drehen<br />

Arbeitsschritte<br />

Å WerkstÉck spannen<br />

Å Werkzeug spannen<br />

Å HÑhe des Werkzeugs justieren<br />

Å Schnittgeschwindigkeiten<br />

Å Plan drehen<br />

Å Ankratzen <strong>und</strong> MaÇbestimmung<br />

Å LÄngsdrehen<br />

Wissen: spanendes Trennen, nichtspanendes Trennen, Freischnitt, Spanwinkel, Freiwinkel, Keilwinkel, Hieb,<br />

Schruppfeile, Schlichtfeile, SchlÉsselfeile, AblÄngen, metrisches Gewinde, Nenndurchmesser, Kerndurchmesser,<br />

Schneideisen, Schneideisenhalter, Windeisen, Windeisenhalter<br />

ErklÅren: Schneidengeometrie Ä FreischnittÄBestimmen des Bohrdurchmessers beim Gewindeschneiden Ä<br />

AuÇen- <strong>und</strong> Innengewindeschneiden<br />

Stand: Oktober 2009 Binder 11 Seiten - 9


Metalltechnologie I<br />

2.4 Stoffeigenschaften Ändern<br />

Gr<strong>und</strong>sÄtzlich lassen sich die Eigenschaften von Stahl durch Legieren, mechanische Behandeln oder<br />

WÄrmebehandeln Ändern.<br />

Legierungen<br />

Gezieltes Legieren ist das Einbringen von Fremdatomen in die Metallschmelze, wobei sich ein einheitliches<br />

Gemisch ergibt. Legierungsstoffe sind z.B.<br />

Ä Kohlenstoff C: steigert Festigkeit <strong>und</strong> HÄrte, mindert Schmied- <strong>und</strong> SchweiÇbarkeit<br />

Ä Chrom (Cr): steigert HÄrte, vermindert Korrosion<br />

Ä Nickel (Ni) oder MolybdÄn (Mo): steigert HÄrte <strong>und</strong> ZÄhigkeit, vermindert Zerspanbarkeit<br />

Mechanisches Bearbeiten<br />

Beim Schmieden wird das GefÉge verdichtet <strong>und</strong> dadurch hÄrter. Allerdings entstehen dabei auch Materialverspannungen.<br />

Thermisches Bearbeiten<br />

Reines Eisen bildet beim Kristallisieren ein kubisch-raumzentriertes Kristallgitter (s.o.) Ä Ferrit. Ferrit<br />

ist weich.<br />

Stahl mit einem C-Gehalt von 0,8% (=eutektoider Punkt) bildet entweder ein flÄchenzentriertes Kristallgitter,<br />

in dessen Inneren C-Atome (hier: schwarz) eingeb<strong>und</strong>en werden Ä Austenit. Oder aber 3<br />

Fe-Atome verbinden sich mit einem C-Atom zu einem stark verknÉpften Gitter Ä Zementit. Zementit<br />

ist sehr hart <strong>und</strong> sprÑde.<br />

Durch thermisches Bearbeiten kann der Aufbau dieser Kristallgitter verÄndert werden.<br />

Åberblick<br />

HÄrten<br />

ErwÄrmt sich Metall, z.B.<br />

durch die Reibung beim Bohren,<br />

entspannt sich das Gitter<br />

â das Material wird weich<br />

(blaugeglÉhte Hauptschneiden).<br />

Beim HÄrten wird der Stahl<br />

auf Éber 800 o C erwÄrmt. Die<br />

C-Atome wandern in die Au-<br />

Çenschicht des MolekÉls. Beim langsamen AbkÉhlen wÉrde sich schichtweise Ferrit <strong>und</strong> Zementit bilden<br />

Ä Perlit.<br />

Wird der glÉhende Stahl jedoch abgeschreckt (in Wasser oder äl), bleiben die C-Atome Éberwiegend<br />

in der AuÇenschicht. Es entsteht ein GefÉge aus durch Kohlenstoff verspanntem Ferrit Ä Martensit.<br />

Martensit - Kristalle sind sehr hart, aber auch sprÑde.<br />

Unterschieden werden DurchhÄrten <strong>und</strong> OberflÄchenhÄrten (FlammhÄrten, EinsatzhÄrten...).<br />

Prinzipiell ist jeder Stahl hÄrtbar, der einen Kohlenstoffgehalt von Éber 0,2% hat. Wie stark ein Stahl<br />

hÄrtbar ist, hÄngt aber von seiner Zusammensetzung ab: Ist der Kohlenstoff im Perlit gelÑst oder nicht?<br />

Welche weiteren Legierungselemente sind zugegeben?<br />

Anlassen<br />

Martensit-Metall ist so sprÑde, dass es bei leichten SchlÄgen bereits brechen kann. Daher wird der<br />

Stahl auf 200 o C bis 400 o C erwÄrmt <strong>und</strong> langsam abgekÉhlt. Dadurch wandern die C-Atome in die MolekÉlmitte,<br />

der Stahl verliert einen Teil seiner HÄrte, wird daher aber zÄher.<br />

Stand: Oktober 2009 Binder 11 Seiten - 10


Metalltechnologie I<br />

GlÇhen<br />

GlÉhen gleicht unregelmÄÇige Verteilung von Elementen aus. Ursachen fÉr die unregelmÄÇige Verteilung<br />

kÑnnen unvollkommene VerhÄltnisse beim Schmelzvorgang sein, GefÉgeÄnderungen beim<br />

Schmieden, Kalt- oder Warmumformen usw.<br />

Ä NormalglÉhen: uneinheitliches GefÉge nach dem Urformen wird ausgeglichen<br />

Ä WeichglÉhen: harte StÄhle werden vor dem Zerspanen weichgeglÉht <strong>und</strong> anschlieÇend gehÄrtet.<br />

Ä RekristallisationsglÉhen: kaltgeschmiedete Bleche werden, wenn sie an die Streckungsgrenze<br />

kommen, weichgeglÉht.<br />

Ä SpannungsarmglÉhen: Spannungen im GefÉge durch Umformen, Zerspanen oder FÉgen (Schwei-<br />

Çen) werden entspannt.<br />

VergÇten<br />

HÄrten <strong>und</strong> Anlassen bei hÑheren Temperaturen. Besonders bei stark beanspruchten Teilen.<br />

Wissen: Legieren, Ferrit, Austenit, Zementit, Martensit, HÄrten, Anlassen, GlÉhen, HÄrt- <strong>und</strong> Anlasstemperaturen,<br />

RekristallisationsglÉhen, SpannungsarmglÉhen, VergÉten<br />

ErklÅren: GefÉgeÄnderung beim Schmieden Ä VorgÄnge im Kristallgitter beim GlÉhen, HÄrten, Anlassen<br />

3 Mess- <strong>und</strong> PrÇftechnik<br />

<strong>3.1</strong> <strong>Unterscheidung</strong> <strong>Messen</strong> Ö PrÇfen<br />

Ä <strong>Messen</strong>: Eindeutiges Bestimmen eines MaÇes, Angabe in einer Messeinheit. GrÑÇe Abweichung<br />

kann quantifiziert werden. Å Messwerkzeuge: StahlmaÇstab, Messschieber...<br />

Ä PrÉfen: Digitalisierte Form (MaÇ stimmt â MaÇ stimmt nicht). MaÇ <strong>und</strong> GrÑÇe der Abweichung<br />

kann nicht quantifiziert werden. Vorteil: kurze Einarbeitung, einfacher Arbeitsschritt, schnell, keine<br />

Ablesefehler Å PrÉflehren: Gewindelehren, Abstandlehre bei ZÉndkerzen, GrÑÇenlehrern fÉr<br />

Gurken oder PÄckchen (Post)...<br />

Ä Wichtig im HochprÄzisionsbereich: Eichung der Mess- bzw. PrÉfwerkzeuge<br />

Ä Toleranz: Gesamtabweichung. Abweichung des IstmaÇes oberhalb <strong>und</strong> unterhalb des SollmaÇes.<br />

3.2 Messwerkzeuge<br />

Ä StrichmaÇstÄbe: StahlmaÇstab (Abgrenzung zum Lineal), GliedermaÇstab, RollbandmaÇ<br />

Ä Messschieber: AuÇen-, Innen- <strong>und</strong> TiefenmaÇe. Messgenauigkeit: 1/10-Nonius, 1/20-Nonius<br />

Ä Messschrauben<br />

Ä Messuhren<br />

3.3 PrÇfen mit Lehren<br />

Formlehren<br />

Flachwinkel, Haarlineal, R<strong>und</strong>ungslehren Ä Lichtspaltmethode<br />

MaÑlehren<br />

FÉhlerlehre, Lochlehre, Blechlehre<br />

Grenzlehren<br />

Grenzrachenlehre, Grenzlehrdorn<br />

Wissen: StahlmaÇstab, Messschieber, Messschraube, Lehre, Toleranz, Nonius, Lichtspaltmethode<br />

ErklÅren: Unterschied <strong>Messen</strong> â PrÉfen Ä Eichung der Messwerkzeuge Ä Ablesen am Messschieber<br />

Stand: Oktober 2009 Binder 11 Seiten - 11

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