Wärmebehandlung des Stahls - Europa-Lehrmittel

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Wärmebehandlung des Stahls - 10. Auflage, Europa-Nr. 13039 Lösungen zur Aufgabensammlung / Prof. Dr.-Ing. V. Läpple Inhaltsverzeichnis 1 Grundlagen der Metallkunde Lösungen zu den Aufgaben zu Kapitel 1 ................................................................. 3 2 Eisenwerkstoffe Lösungen zu den Aufgaben zu Kapitel 2 ................................................................. 8 3 Stahlnormung Lösungen zu den Aufgaben zu Kapitel 3.................................................................. 9 4 Einführung in die Wärmebehandlung der Stähle Lösungen zu den Aufgaben zu Kapitel 4 ................................................................. 10 5 Glühen Lösungen zu den Aufgaben zu Kapitel 5 ................................................................. 11 6 Härten Lösungen zu den Aufgaben zu Kapitel 6 ................................................................. 14 7 Anlassen und Vergüten Lösungen zu den Aufgaben zu Kapitel 7.................................................................. 22 8 Verfahren des Oberflächenhärtens Lösungen zu den Aufgaben zu Kapitel 8.................................................................. 25 9 Verhaltensregeln und Vorsichtsmaßnahmen zum Schutz der Gesundheit Lösungen zu den Aufgaben zu Kapitel 9.................................................................. 32 10 Wärmebehandlungsangaben in Technischen Zeichnungen Lösungen zu den Aufgaben zu Kapitel 10................................................................ 33 2
Wärmebehandlung des Stahls - 10. Auflage, Europa-Nr. 13039 Lösungen zur Aufgabensammlung / Prof. Dr.-Ing. V. Läpple Lösungen zu Kapitel 1 Lösung zu Aufgabe 1.1 a) Atommodell nach Demokrit (um 400 v. Chr.): � Materie ist nicht beliebig teilbar. � Die Teilung von Materie führt zu nicht mehr zerlegbaren Urbestandteilen (Atome). � Zwischen den Atomen herrscht leerer Raum. b) Atommodell nach Dalton (1808): � Materie besteht aus sehr kleinen Atomen. Die Atome können weder zerlegt noch erschaffen werden. � Jedes chemische Element besteht aus einer Atomart. Die verschiedenen Atomsorten unterscheiden sich durch Größe und Masse voneinander. � Bei der Verbindungsbildung vereinigen sich die Atome der Elemente in einem bestimmten Zahlenverhältnis. c) Atommodell nach Thomson (1897): Atome sind gleichmäßig mit positiver Ladung ausgefüllte Kugeln, in welche die kleinen, negativ geladenen Elektronen eingebettet sind („kompakter“ Atombau). d) Atommodell nach Rutherford (1911): � Atome bestehen aus einem positiv geladenen, sehr kleinen Atomkern und einer negativ geladenen Atomhülle. � Die Atomhülle ist relativ zum Kern räumlich ausgedehnt und enthält die fast masselosen Elektronen („Kern-Hülle- Modell“). Lösung zu Aufgabe 1.2 a) Elektronengasmodell: Positiv geladene Metall-Kationen sind von einem negativen Elektronengas (freie Valenzelektronen) umgeben. Der Zusammenhalt erfolgt durch die gegensätzlichen elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen Elektronengas und Metall-Kationen. Da die anziehenden und abstoßenden Kräfte allseits gerichtet sind, kommt es zur Ausbildung eines Kristallgitters. Skizze siehe Lehrbuch, Seite 14, Bild 1.4. b) Die abstoßenden Kräfte zwischen den positiv geladenen Metall-Kationen sowie die Anziehungskräfte zwischen den negativ geladenen Elektronen des Elektronengases und den positiv geladenen Metall-Kationen sind nach allen Richtungen gleich groß. Damit folgt zwangsläufig eine regelmäßige Anordnung der Metall-Kationen und damit die Bildung eines Kristallgitters. Lösung zu Aufgabe 1.3 a) Elementarzelle: Kleinstes geometrisches Raumelement, durch dessen Verschiebung um seine eigenen Kantenlängen man sich das Kristallgitter aufgebaut denken kann. Gitterparameter: Abstände der Atommitten in einem Kristallgitter. b) � Kubisch-raumzentriertes Kristallgitter: Die Metall-Ionen sind an den Ecken eines Würfels angeordnet. Zusätzlich ist auch die Würfelmitte mit einem Metall-Ion besetzt. Siehe Lehrbuch, Seite 16, Bild 1.8. � Kubisch-flächenzentriertes Kristallgitter: Die Metall-Ionen sind an den Ecken eines Würfels angeordnet. Zusätzlich sind auch die Mitten der Würfelflächen mit Atomen besetzt. Die Raummitte des Würfels enthält keine Metall-Ionen. Siehe Lehrbuch, Seite 17, Bild 1.3. � Hexagonales Gitter dichtester Packung: Die Metall-Ionen bilden eine regelmäßige sechseckige Säule. Zwischen der Grund- und Deckfläche befindet sich eine Atomlage „auf Lücke“. Siehe Lehrbuch, Seite 18, Bild 1.10. c) krz-Gitter: �-Eisen (�-Fe); Chrom (Cr) kfz-Gitter: Aluminium (Al); Nickel (Ni) hdP-Gitter: Magnesium (Mg); Zink (Zn) 3
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