Arbeitsblatt: Werken Metall und Lötkunde

Metalle Eisenmetalle vs. Nicht-Eisenmetalle Eisenmetalle: Roh-, Gusseisen Stahl 4-5% der Erdkruste besteht aus Eisen Eisen verbindet sich leicht mit Sauerstoff Eisenhaltiges Gestein Eisenerz Chemisch reines Eisen ist sehr weich und als solches nicht unbedingt industriell verwertbar Roheisen Herstellung im Hochofen, wo die Eisenerze lagenweise mit Koks gemischt und unter grosser Hitze geschmolzen werden. C-Anteil viel zu hoch um geschmiedet zu werden. Gusseisen Eisen mit Silizium (Si) ergibt graues Roheisen, welches als Gusseisen verwendet wird. Gusseisen ist sehr spröde und kann nicht gehärtet oder geschmiedet werden, C-Gehalt 1,7 – 4,5%. Stahl Stahl mit mehr als 0,3% C-Gehalt ist härtbar Normale C-Gehalt liegt bei 1.7% 4 Hauptgruppen 1. Baustahl (C-Gehalt: 0,05 – 0,5%) 90% gesamter Stahlproduktion weltweit meist unlegiert Legierte Baustähle enthalten Nickel und/oder Chrom rost- und säurebeständig 1.1 Chromstahl: 13-17% Chromanteil 1.2 Chromnickelstahl 18/8: 18% Chrom, 8% Nickel auch als Inox o. stainless steel 2. Werkzeugstahl (C-Gehalt: 0,5 – 2,06%) (WS: Werkzeugstahl, SS: Schnellstahl, HSS: Hochleistungsschnellstahl, HM: Hartmetallbestückte Werkzeuge) C-Gehalt höher als 0,3% härtbarer Stahl 3. Legierter Stahl 3.1 niedrig legierter Werkzeugstahl: max. Legierungsanteil 12% (Chrom, Vanadium, Nickel, Mangan, Wolfram. Härteverlust bei 400 Grad 3.2 hoch legierter Werkzeugstahl: Anteil der Legierungselemente min. 12%. Härteverlust bei 560 Grad 4. Unlegierter Stahl: Verwendung für kaltverarbeitende Werkzeuge: Hammer, Meissel, Feilen, Holzsägeblätter Nicht-Eisenmetalle Buntmetalle: Kupfer und seine Legierungen, Messing, Neusilber, Bronze, Gebrauchssilber, Aluminium Kupfer (Cu): seit 9000 v. Chr. verarbeitet, 250 verschiedene Mineralformen. Walzen, Pressen oder Hämmern kann Cu so hart machen, dass es nicht mehr verarbeitet werden kann. Durch Ausglühen wird es wieder weich. Patina/unechter Grünspan (dunkle Oxidschicht) entsteht an feuchter Luft. Durch Fruchtsäure oder Essig entsteht echter Grünspan (sehr giftiges Kupfersalz). Kupfergefässe die mit Nahrungsmitteln in Berührung kommen, müssen bleifrei verzinnt sein! Kupferlegierungen (Silber, Aluminium, Neusilber, Bronze, Messing) Messing (CuZn) Zinkanteil erhöht Festigkeit aber verringert Leitfähigkeit (Strom Wärme) Korrosionsbeständig in Luft und Wasser, dennoch oxidiert es an der Luft Geringer Cu-Anteil hellgelbes Messing Hoher Cu-Anteil goldrotes Messing Gussmessing: Ms 63 Cu-Anteil 63-67%, Kaltverformung Schmiedemessing: Cu-Anteil 60%, lässt sich vorwiegend in glühendem Zustand verformen Neusilber (CuZnNi) Fügt man Messing noch Nickel bei, erhöht sich die Festig- und Korrosionsbeständigkeit Bronze (CuSn) 3000 v. Chr. Begann die Herstellung von CuSn Legierung von Kupfer und Zinn (Sn) Sehr gute Giesseigenschaften, deshalb sind viele Glocken aus Bronze Silber (Ag) Reines Silber ist weich, weissglänzend und dehnbar, als Gebrauchsgegenstand unbrauchbar Höchste Wärm- Elektrizitätsleitfähigkeit! Gebrauchssilber ist mit Kupfer (Cu) legiert, üblicherweise bei 925 Teilen auf 1000 Teile Aluminium (Al) Herstellung Mitte des 19. Jhd. Durch den deutschen F. Wöhrler Herstellung: Aluminium-Erz (Bauxit) mit Natronlauge vermischen, unter Hitzezufügung entsteht Tonerde, unter Beigabe von Natrium- und Aluminiumfluorid wird die Tonerde im Elektrolyseofen zu Aluminium reduziert. 4 Tonnen Bauxit 2 Tonnen Tonerde 1 Tonne Aluminium Al lässt sich kalt und warm verformen Kann auch gelötet und geschweisst werden, verlangt aber ein hohes Mass an Erfahrung was SuS nicht haben können. Metallbohrer Erhältlich in verschiedenen Stahlqualitäten. Für Schule HSS, aber zum Bohren von Chromstahl ungeeignet. Bis 3mm Bohrungen ist der Verschleiss ertragbar, für grössere Durchmesser sind Kobaltlegierungen sinnvoller. Chromstahl welches Borhlochdurchmesser von 3mm und mehr haben sollten, sollte man mit Kobaltlegierungen bohren. Blechschälbohrer Damit lassen sich wirklich runde Löcher in Bleche bohren. Mit tiefen Bohrdrehzahlen arbeiten! Grösse des Bohrlochs wird mit dem Tiefensteller angegeben. Bohrdrehzahlen Abhängig vom Werkstoff und Vorschub. Vorschub wir meistens durch Hand angegeben, daher ist es nicht möglich dazu Angaben zu machen Probebohrungen sind unerlässlich 3 Faustregeln 1- je kleiner das Bohrloch, desto höher die Drehzahl 2- je härter der Werkstoff, desto kleiner die Drehzahl 3- Vorschub: Holz/gross, Metall/klein Plastik/klein Kühlen/Schmieren Beim Bohren in Metallen IMMER eine Bohremulsion zum Kühlen und Schmieren benutzen. Schmieren hilft die Späne abzuführen, Kühlen schützt vor Überhitzung. Kühlschmiermittel sind als Konzentrat erhältlich und vor Gebrauch immer mit Wasser zu vermischen. Für Bohrungen in Acryl kann Petrol zur Kühlung verwendet werden. Schleifen und Polieren Schleifen von Holz: Immer in Faserrichtung! Schleifen von Metallen und Kunststoffen Bei jeder neuen Körnung rechtwinklig zur vorhergehenden Arbeitsrichtung schleifen. Dadurch können alte Kratzspuren erkannt werden Je härter ein Werkstoff, umso konsequenter muss eine Körnungsstufe nach der anderen abgearbeitet werden. Sonst erscheinen alte Kratzspuren bei späterem Polieren Schleifen auf Strich, heisst wenn keine Politur verwendet wird Kunststoff- und Aluminiumoberflächen können ab einer Körnungsstufe von 400 mit Nassschleiftüchern verfeinert werden Al wird grundsätzlich mit Petrol geschliffen Polieren von Metallen und Kunststoffen Mit Polierwachs können Metalle und Thermoplaste auf Hochglanz gebracht werden Poliermaschinen haben eine oder zwei Polier- bzw. Schwabbellscheiben je nachdem wie viele Maschinendorne sie haben. Auf die Polierscheibe wird Polierpaste aufgetragen Werkstück wird auf Unterseite der Schwabbelscheibe gedrückt Schraubenmutter müssen durch Plastikkappen abgedeckt sein IMMER Schutzbrille Metallteile mit Lederhandschuhe polieren, wegen Erhitzungsgefahr. Ein heisses Werkstück kann die Gefahr bergen, dass das Polierwachs schmilzt und das Metall nicht mehr fasst, was dazu führt, dass das Werkstück aus den Händen gerissen wird. Kunststoffe können schnell schmelzen, immer nur kurz polieren! Metallschrauben Zylindrisches Gewinde, wiederlösbare Verbindungen, Schlossschraube (4-Kant-Ansatz verhindert mitdrehen der Schraube im Holz). Sechskantmuttern: (Verschraubung mit Gabelschlüssel) Hutmuttern: Abschluss aus ästhetischer oder Sicherheitsaspekten Flügelmuttern: Zum Fixieren und Lösen von Hand Gewindekappen: für durchgehende Metallschrauben-Verbindungen in allen Werkstoffen Rundmuttern: für wiederlösbare Metallschrauben-Verbindungen Einschlagmuttern: für durchgehende Metallschrauben-Verbindungen in Holz Einschraub- Einschlagmuffen: für nicht durchgehende Metallschrauben-Verbindungen in Holz Unterlagsscheiben: Vergrößerung von Auflagefläche vin Schrauben und Muttern (zwingend bei weichen Werkstoffen) Schraubenrosetten: Vergrößerung der Auflagefläche von Senkkopf- und Linsenkopf-Schrauben. Fächerscheiben: verhindert das unbeabsichtigte Lösen der Mutter Autogenanlage (Acetylen 0,5 Bar, Sauerstoff 2,5 Bar) Brenngas -Sauerstoffanlage Brenngas (Acetylen oder Erdgas) 3000 Grad Bei Brenngas-Luft-Anlagen wird vom ausströmenden Gas, Luft aus der Umgebung angezogen. Max. 850 Grad heiss, gut für Weichlöten oder kleinere Hartlötungen. Viel Lüften, da der Autogenbrenner viel Umgebungsluft verbraucht Wenn Verdacht auch Acetylenanreicherung in Luft herrscht – Querlüften und Fehler suchen Einstellen der Flamme 1. Sauerstoffüberschuss: innerster und hellster Flammenkegel sehr klein 2. Neutrale Flamme: innerster und hellster Flammenkegel ist max. Gross 3. Acetylenüberschuss: um den innersten und hellsten Kegel bildet sich ein gelblicher Mantel Gelötet wird mit Acetylenüberschuss oder neutraler Flamme Weiche vs. Harte Flamme Weiche Flamme: Ventile wenig offen, säuselnd(Verwendung beim Löten) Harte Flamme: Ventile ganz offen, zischend Der Brenner knallt, wenn die Gaszufuhr unterbrochen wird. Das passiert z. B., wenn Durchströmgeschwindigkeit zu klein ist Knallt der Brenner auch wenn die Ventile voll aufgedreht sind, muss der Arbeitsdruck auf 3 bis 3,5 Bar erhöht werden Autogenanlage muss vom Experten gewartet werden Acetylen Acetylen in der Luft kann durch Lichteinschalten explodieren Nach Gebrauch Gasflasche schliessen, Schläuche entleeren und alle Ventile schliessen Wird nicht richtig entleert, kann Sauerstoff in Acetylenschlauch und umgekehrt geraten, was ein explosives Gemisch ergibt Schläuche bei Inbetriebnahmen und Ausbetriebnahmen entleeren! Acetylen ist bei 1,5 bar oder mehr hochexplosiv! Acetylen ist leichter als Luft Sauerstoff Kann sich selbst entzünden, wenn mit Öl oder Fett in Verbindung kommt Armaturen und Schläuche müssen fettfrei sein! Sauerstoff schwerer als Luft und intensiviert jede Verbrennung massiv Gasflaschen Acetylenflasche: 18 Bar, Sauerstoff 200 Bar Schwachstelle: Haupthahn, deshalb immer anketten, wenn in Betrieb und beim Wechsel immer Schutzkappe montieren Flaschen vor Hitze schützen Löten • Weichlöten bis 330 Grad • Hartlöten ab 500 Grad • Optimale Spaltbreite: 0,05 bis 0,25 mm Flussmittel Metalle reagieren mit Sauerstoff und oxydieren. Durch das Erwärmen wird dieser Vorgang intensiviert. Lot verbindet sich aber nur mit metallisch reinen Oberflächen. Deshalb braucht es Flussmittel. 1. Sie halten Sauerstoff fern und verhindern das Oxidieren 2. Sie lassen das Lot mehr fliessen 3. Bei optimaler Temp. verändert sich die Konsistenz, was ein guter Signalgeber für den Lotstart ist. Flussmittel und Lot müssen aufeinander angestimmt sein Flussmittel für Messinglot: 800 – 1100 Grad Flussmittel für Silberlot: 500 – 800 Grad Ist das Flussmittel zu trocken kann es mit Wasser weich gemacht werden Flussmittel nicht mit Augen, Haut oder Schleimhäute in Berührung kommen! Hartlote Schmelzpunkt des Lotes muss tiefer sein als der des Grundwerkstoffes! Cadmiumhaltiges Lot nicht gebrauchen, weil giftig. Silberlot ist 15-mal teurer wie Messinglot Silberlot: niedriger Schmelzpunkt von 700 Grad. Eignet sich gut für Kupfer, Silber, Stahl. Durch die tiefe Temperatur wird der Grundwerkstoff weniger verformt oder gespannt. Dünne Bleche immer mit Silberlot löten. Messing- Neusilberlot: Schmelzpunkt bei 900 Grad. Eignet sich nur für Stahl Blindnieten Vor allem dann sinnvoll wenn nur von einer Seite her gearbeitet werden kann.