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Dieses Quiz als Battle spielen: Deutsch, Klasse 5-6, G-Niveau

Werkstoff - Schmied

Einleitung

Der Werkstoff entscheidet in der Schmiede darüber, ob ein Bauteil sicher geformt, verbunden, wärmebehandelt und dauerhaft eingesetzt werden kann. Ein Stahl für ein dekoratives Geländer benötigt andere Eigenschaften als ein Meißel, ein Gesenk, eine Feder oder ein hoch beanspruchtes Werkzeug. Als angehende Fachkraft musst Du deshalb nicht nur die Form eines Werkstücks planen, sondern auch Werkstoffbezeichnung, Lieferzustand, Schmiedetemperatur, Wärmebehandlung und späteren Einsatz berücksichtigen.

In Deutschland gehören Schmiedearbeiten heute insbesondere zum Ausbildungsberuf Metallbauer beziehungsweise Metallbauerin der Fachrichtung Metallgestaltung. Die duale Ausbildung dauert regulär dreieinhalb Jahre. Zu ihren fachrichtungsspezifischen Inhalten zählen das Handhaben von Schmiedefeuern und schmiedbaren Werkstoffen sowie das manuelle und maschinelle Herstellen von Schmiedeteilen.

Dieser aiMOOC behandelt vor allem Eisenwerkstoffe und Stähle für handwerkliche Schmiedearbeiten. Die Angaben zu Werkstoffsorten und Temperaturen sind Lern- und Orientierungswerte. Für reale Aufträge gelten immer die Zeichnung, die Werkstoffnorm, das Werkstoffzeugnis, die Herstellerangaben, der betriebliche Arbeitsplan und die Gefährdungsbeurteilung.

Lernziele

Nach der Bearbeitung dieses Kurses kannst Du Werkstoffe nach Eigenschaften und Einsatzgebiet auswählen, wichtige Gefügebestandteile des Stahls erklären, Schmiedbarkeit und Wärmebehandelbarkeit beurteilen sowie typische Werkstofffehler erkennen. Du kannst außerdem eine einfache Materialplanung erstellen und begründen, weshalb unbekannte, beschichtete oder verunreinigte Werkstoffe in der Schmiede besondere Risiken verursachen.

Werkstoff und Bauteilanforderung

Ein Werkstoff ist ein Material, aus dem ein Werkstück oder Bauteil hergestellt wird. In der Schmiede sind besonders folgende Anforderungen wichtig:

Schmiedbarkeit: Der Werkstoff muss sich im vorgesehenen Temperaturbereich plastisch umformen lassen, ohne unzulässige Risse zu bilden.
Festigkeit: Das Bauteil muss Belastungen wie Zug, Druck, Biegung, Schwingung oder Schlag standhalten.
Zähigkeit: Der Werkstoff soll Energie aufnehmen können, ohne plötzlich spröde zu brechen.
Härte: Oberflächen und Schneiden müssen je nach Einsatz Verschleiß und Eindrücken widerstehen.
Schweißbarkeit: Bei geschweißten Konstruktionen müssen Werkstoff, Zusatzwerkstoff und Wärmeführung zusammenpassen.
Korrosionsbeständigkeit: Außenbauteile benötigen einen geeigneten Werkstoff und einen abgestimmten Oberflächenschutz.
Wärmebehandelbarkeit: Werkzeuge oder Federn müssen durch Härten, Anlassen oder Vergüten gezielt eingestellt werden können.

Die Werkstoffauswahl beginnt deshalb nicht mit der Frage „Was liegt in der Werkstatt?“, sondern mit der Frage „Welche Funktion muss das Bauteil erfüllen?“. Für sicherheitsrelevante Bauteile, Werkzeuge und tragende Konstruktionen darf unbekannter Schrott nicht als Ersatz für einen eindeutig bezeichneten Werkstoff verwendet werden.

Werkstoffgruppen in der Schmiede

Werkstoffgruppe	Bedeutung für Schmiedearbeiten	Typische Hinweise
Unlegierte Baustähle	Häufig für Beschläge, Zierelemente, Rahmen und allgemeine Metallgestaltung	Meist gut warmumformbar und schweißbar, aber nur begrenzt härtbar
Unlegierte Qualitäts- und Vergütungsstähle	Geeignet für Werkzeuge, Bolzen, Dornen, Meißel oder höher belastete Teile	Kohlenstoffgehalt, Querschnitt und Abkühlung bestimmen die erreichbare Härte
Legierte Vergütungs- und Werkzeugstähle	Für hoch beanspruchte Werkzeuge und Bauteile	Engere Prozessführung; Datenblatt und festgelegte Wärmebehandlung beachten
Nichtrostende Stähle	Für korrosionsbeanspruchte Gestaltungs- und Funktionsteile	Werkstoffabhängige Schmiedefenster, stärkere Zunderbildung und besondere Schweißregeln beachten
Historisches Schmiedeeisen	Relevant bei Restaurierung und Denkmalpflege	Schlackenzeilen und Faserverlauf erfordern materialschonende Bearbeitung
Kupfer und Kupferlegierungen	Für Beschläge, Zierelemente und farbliche Gestaltung	Deutlich andere Temperaturführung als bei Stahl; Legierung eindeutig bestimmen
Aluminiumlegierungen	Für leichte Bauteile und spezielle Umformaufgaben	Die sichtbare Glühfarbe fehlt; Überhitzung und Anschmelzen sind schwer erkennbar

Beispiele für Stahlauswahl

S235JR und vergleichbare unlegierte Baustähle werden häufig für allgemeine Metallgestaltung eingesetzt. Sie lassen sich in der Regel gut umformen und schweißen, sind jedoch keine geeignete Wahl für dauerhaft scharfe Schneiden oder hoch verschleißbeanspruchte Werkzeuge.

C45 ist ein unlegierter Vergütungsstahl mit deutlich höherem Kohlenstoffgehalt. Er kann für bestimmte Hämmer, Bolzen, Dornen und einfache Werkzeuge geeignet sein, wenn Konstruktion, Wärmebehandlung und Belastung zusammenpassen. Große Querschnitte härten nicht automatisch vollständig durch.

42CrMo4 ist ein legierter Vergütungsstahl für höher beanspruchte Bauteile und Werkzeuge. Seine Verarbeitung verlangt eine kontrollierte Temperaturführung und eine passende Wärmebehandlung. Die Werkstoffwahl darf hier nicht allein nach Funkenbild oder Erfahrungsschätzung erfolgen.

Diese Beispiele sind keine pauschalen Freigaben. Entscheidend sind immer Abmessung, Belastung, Norm, Lieferzustand, Wärmebehandlung und betriebliche Vorgabe.

Werkstoff eindeutig bestimmen

Werkstoffverwechslungen können zu Rissen, unzureichender Härte, schlechter Schweißbarkeit oder gefährlichem Bauteilversagen führen. Deshalb werden Stäbe, Bleche und Abschnitte eindeutig gekennzeichnet und getrennt gelagert. Zu einer sicheren Materialwirtschaft gehören Werkstoffbezeichnung, Abmessung, Charge, Lieferzustand und gegebenenfalls ein Prüfzeugnis.

Eine Funkenprobe kann bei unlegierten und niedrig legierten Eisenwerkstoffen grobe Hinweise liefern. Länge, Farbe, Verzweigung und Sternbildung der Funken verändern sich mit der chemischen Zusammensetzung. Das Ergebnis hängt jedoch auch von Schleifscheibe, Anpressdruck, Beleuchtung und Erfahrung ab. Die Funkenprobe ersetzt daher weder ein Werkstoffzeugnis noch eine chemische Analyse.

Bei unbekanntem Material gilt:

Material nicht für sicherheitsrelevante Bauteile oder Werkzeuge einsetzen.
Beschichtungen, Lacke, Verzinkungen und Verunreinigungen vor jeder Erwärmung fachgerecht beurteilen.
Werkstoffkennzeichnung nach dem Abtrennen auf Reststück und Werkstück übertragen.
Verwechslungen durch getrennte Lagerplätze und dokumentierte Materialentnahme vermeiden.

Stahl und Kohlenstoff

Stahl besteht überwiegend aus Eisen. Kohlenstoff ist für viele Stahleigenschaften besonders wichtig. Im technisch verwendeten Eisen-Kohlenstoff-System liegt die Grenze zwischen Stahl und Gusseisen bei ungefähr 2,06 Masseprozent Kohlenstoff. Gusseisen ist wegen seiner spröden Eigenschaften normalerweise nicht wie Stahl schmiedbar.

Mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt können Härte, Festigkeit und Härtbarkeit steigen. Gleichzeitig nehmen Schweißbarkeit und Fehlertoleranz häufig ab. Diese Aussage ist nur eine Grundregel, denn Legierungselemente, Gefüge, Querschnitt und Wärmebehandlung wirken ebenfalls stark auf das Verhalten des Werkstoffs.

Das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm ist ein Gleichgewichtsschaubild. Es zeigt, welche Phasen bei bestimmten Temperaturen und Kohlenstoffgehalten im Gleichgewicht auftreten können. Schnelle Abkühlvorgänge beim Härten lassen sich damit allein nicht vollständig erklären. Dafür werden zusätzlich Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubilder verwendet.

Gefüge und Eigenschaften

Ferrit ist eine kohlenstoffarme, vergleichsweise weiche und gut verformbare Phase. Austenit ist eine kubisch-flächenzentrierte Hochtemperaturphase, die mehr Kohlenstoff lösen kann. Zementit ist Eisenkarbid mit der Formel Fe₃C und ist sehr hart und spröde. Perlit besteht aus lamellar angeordnetem Ferrit und Zementit. Martensit entsteht bei ausreichend schneller Abkühlung aus Austenit und besitzt eine hohe Härte, aber zunächst auch eine hohe Sprödigkeit.

Das Gefüge eines Werkstücks ist nicht direkt mit bloßem Auge sichtbar. Es wird durch metallografische Präparation, Ätzen und Mikroskopie untersucht. Dennoch kannst Du aus Werkstoffbezeichnung, Wärmebehandlung und Härteprüfung Rückschlüsse auf den wahrscheinlichen Gefügezustand ziehen.

Schmiedetemperatur und Glühfarbe

Beim Warmumformen sinkt der Formänderungswiderstand des Stahls. Gleichzeitig können Rekristallisation und Kornneubildung ablaufen. Ein Werkstoff darf weder zu kalt noch zu heiß bearbeitet werden. Zu kaltes Schmieden erhöht die erforderliche Kraft und kann Risse verursachen. Zu langes oder zu starkes Erwärmen führt zu starker Verzunderung, Entkohlung, Kornwachstum oder im Extremfall zum Verbrennen des Stahls.

Sichtbarer Farbeindruck	Grober Temperaturbereich	Fachliche Einordnung
Dunkelrot	ungefähr 600 bis 700 Grad Celsius	Für starke Umformung vieler Stähle meist zu kalt
Kirschrot bis Hellrot	ungefähr 750 bis 900 Grad Celsius	Häufiger Bereich für Fertigschläge und kleinere Korrekturen
Orange bis Gelb	ungefähr 950 bis 1150 Grad Celsius	Typischer Hauptumformbereich vieler unlegierter Stähle
Hellgelb	ungefähr 1150 bis 1250 Grad Celsius	Nur werkstoffabhängig und mit kurzer Haltezeit nutzen
Weißlich	oberhalb von ungefähr 1250 Grad Celsius	Hohe Gefahr von Überhitzung oder Verbrennen, abhängig von der Stahlsorte

Glühfarben sind nur grobe Anhaltswerte. Sie verändern sich durch Umgebungslicht, Zunder, Blickwinkel und persönliche Wahrnehmung. Bei qualitätsrelevanten Arbeiten sind Pyrometer, Ofenregelung und Werkstoffdaten zuverlässiger.

Zunder, Entkohlung und Überhitzung

Zunder entsteht durch Oxidation der heißen Stahloberfläche. Er führt zu Materialverlust, rauen Oberflächen und kann beim Einschmieden Fehlstellen verursachen. Kurze Erwärmungszeiten, passende Feuerführung und regelmäßiges Abbürsten vermindern diese Probleme.

Bei der Entkohlung verliert die Randzone Kohlenstoff. Dadurch kann eine Werkzeugschneide trotz richtiger Härtebehandlung an der Oberfläche zu weich bleiben. Überhitzung verursacht starkes Kornwachstum. Beim Verbrennen werden Korngrenzen so schwer geschädigt, dass das Werkstück in der Regel unbrauchbar ist.

Verhalten beim Umformen

Beim Schmieden wird Stahl nicht einfach „verdichtet“. Entscheidend sind plastische Formänderung, Faserverlauf, Rekristallisation und Gefügeentwicklung. In industriell erzeugten Schmiedeteilen können Poren geschlossen und ein günstiger Faserverlauf erzeugt werden. Unsachgemäße Umformung kann dagegen Falten, Überlappungen, Kerben und innere Risse verursachen.

Wichtige Umformregeln sind:

Das gesamte umzuformende Volumen ausreichend und gleichmäßig erwärmen.
Scharfe Querschnittsübergänge und unnötige Kerben vermeiden.
Werkstück regelmäßig drehen und Formänderung kontrollieren.
Bei sinkender Temperatur rechtzeitig nachwärmen.
Zunder vor dem Überschmieden abbürsten oder ausblasen.
Bei hochlegierten Stählen den zulässigen Temperaturbereich besonders genau einhalten.

Beim maschinellen Schmieden wirken wesentlich höhere Energien als beim Handhammer. Werkstofffehler, falsche Lage oder unzureichende Erwärmung können sich deshalb besonders schnell auswirken.

Wärmebehandlung

Durch Wärmebehandlung werden Eigenschaften eingestellt, ohne die äußere Form wesentlich zu verändern. Der genaue Ablauf hängt von Stahlsorte, Querschnitt und gewünschter Eigenschaft ab.

Verfahren	Zweck	Grundprinzip
Normalglühen	Gleichmäßiges, feineres Gefüge nach Gießen oder starker Warmumformung	Erwärmen in den Austenitbereich und Abkühlen an ruhender Luft
Weichglühen	Bessere Zerspanbarkeit und Umformbarkeit	Längere Wärmebehandlung in einem werkstoffabhängigen Temperaturbereich
Spannungsarmglühen	Verringerung innerer Spannungen	Erwärmen unterhalb wesentlicher Gefügeumwandlungen und langsames Abkühlen
Härten	Erzeugen hoher Härte	Austenitisieren und anschließend ausreichend schnell abschrecken
Anlassen	Verringerung der Sprödigkeit und Einstellung der Gebrauchseigenschaften	Wiedererwärmen des gehärteten Werkstücks auf eine werkstoffabhängige Temperatur
Vergüten	Kombination aus hoher Festigkeit und ausreichender Zähigkeit	Härten mit anschließendem Anlassen bei höherer Temperatur

Datei:Smithy- steel forging (2).webm

Das Abschreckmedium wird nicht nach Gewohnheit, sondern nach Werkstoff, Geometrie und Arbeitsanweisung gewählt. Wasser kühlt sehr schroff und erhöht bei vielen Werkstücken die Riss- und Verzuggefahr. Öl, Polymerlösung, Salzbad oder Luft können je nach Stahl geeigneter sein. Beim Abschrecken sind Brand-, Spritz- und Dampfgefahren zu berücksichtigen.

Werkzeuge und Amboss

Auch Schmiedewerkzeuge bestehen aus sorgfältig ausgewählten und wärmebehandelten Werkstoffen. Hammerbahn, Meißelschneide, Durchschlag und Gesenk müssen hart genug gegen Verschleiß und zugleich zäh genug gegen Schlagbeanspruchung sein. Ein zu harter und nicht ausreichend angelassener Hammer kann ausbrechen. Ein zu weiches Werkzeug verformt sich schnell.

Der Amboss besitzt eine harte Bahn und einen zähen Grundkörper. Direktes Schlagen mit gehärtetem Hammer auf die leere Ambossbahn ist zu vermeiden, weil Werkzeug und Amboss beschädigt werden können. Werkzeuge mit Pilzkopf, Rissen oder Ausbrüchen werden ausgesondert oder fachgerecht instand gesetzt.

Typische Werkstofffehler

Fehlerbild	Mögliche Ursache	Vorbeugung
Oberflächenriss	Zu kaltes Schmieden, Kerbe, ungeeigneter Werkstoff	Rechtzeitig nachwärmen, Übergänge abrunden, Werkstoff prüfen
Faltung oder Überlappung	Material wird umgelegt statt sauber verteilt	Schlagfolge und Materialfluss planen, Falten früh ausschmieden
Starker Zunder	Zu lange Haltezeit oder oxidierende Atmosphäre	Nur erforderliche Zeit erwärmen und Oberfläche reinigen
Weiche Werkzeugschneide	Ungeeigneter Stahl, Entkohlung oder falsche Wärmebehandlung	Werkstoffnachweis, Schutz vor Entkohlung und kontrolliertes Härten
Härteriss	Zu schroffes Abschrecken, Kerbe oder falsche Temperatur	Konstruktiv abrunden, passendes Abschreckmedium und Verfahren wählen
Grobkorn	Zu hohe Temperatur oder zu lange Haltezeit	Temperatur und Haltezeit begrenzen, geeignete Nachbehandlung planen

Eine Qualitätsprüfung kann Sichtprüfung, Maßkontrolle, Härteprüfung, Klangprobe und bei höheren Anforderungen zerstörungsfreie Prüfverfahren umfassen. Die Klangprobe ist nur ein ergänzender Erfahrungswert und ersetzt keine qualifizierte Rissprüfung.

Arbeitsschutz und Umweltschutz

Werkstoffkunde ist unmittelbar mit Arbeitsschutz verbunden. Verzinkte, cadmierte, lackierte, ölverschmutzte oder unbekannt beschichtete Teile dürfen nicht ohne fachgerechte Bewertung erhitzt werden. Beim Erwärmen verzinkter Werkstoffe können zinkoxidhaltige Rauche entstehen. Geeignete Absaugung, Lüftung und betriebliche Schutzmaßnahmen sind erforderlich.

Trage die festgelegte persönliche Schutzausrüstung einschließlich Augen-, Gehör-, Hand- und Fußschutz.
Verwende Kleidung aus geeigneten, schwer entflammbaren Materialien; schmelzende Kunstfasern sind gefährlich.
Lege heiße Werkstücke nur auf gekennzeichneten, nicht brennbaren Flächen ab.
Erwärme keine geschlossenen Hohlkörper, weil sich gefährlicher Druck aufbauen kann.
Halte nasse Werkzeuge und Feuchtigkeit von flüssigen Metallen, heißen Salzbädern und ungeeigneten Abschreckbereichen fern.
Betreibe Kohle-, Gas- und Ölessen nur mit wirksamer Lüftung und nach betrieblicher Unterweisung.
Sammle Zunder, Schleifstaub, Altöl und Chemikalien getrennt nach den betrieblichen Entsorgungsregeln.

Materialplanung für einen Schmiedeauftrag

Eine fachgerechte Materialplanung kann nach folgendem Ablauf erfolgen:

Funktion, Belastung und Einsatzumgebung des Bauteils klären.
Zeichnung, Maße, Toleranzen und Oberflächenanforderungen prüfen.
Werkstoff mit eindeutiger Bezeichnung und geeignetem Lieferzustand auswählen.
Ausgangsquerschnitt und Materialzugabe berechnen.
Schmiedefolge und notwendige Erwärmungen festlegen.
Wärmebehandlung, Richten, Zerspanen und Oberflächenschutz einplanen.
Prüfmerkmale, Kennzeichnung und Dokumentation festlegen.

Ein Materialnachweis sollte mindestens Werkstoffbezeichnung, Abmessung, Lieferant, Charge und Verwendungszweck enthalten. Bei Reststücken muss die Kennzeichnung erhalten bleiben.

Fachliche Quellen und Vertiefung

Ausbildungsordnung Metallbauer und Metallbauerin: Fachrichtung Metallgestaltung und Schmiedearbeiten
Bundesinstitut für Berufsbildung: Berufsprofil Metallbauer und Metallbauerin der Fachrichtung Metallgestaltung
Eisen-Kohlenstoff-Diagramm: Phasen und Gefüge der Eisen-Kohlenstoff-Werkstoffe
Wärmebehandlung: Verfahren zur Einstellung von Härte, Festigkeit und Zähigkeit

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Welche Grundlage ist für die Auswahl eines Schmiedewerkstoffs entscheidend? (Die Anforderungen des späteren Bauteils) (!Die Farbe des unbehandelten Stabs) (!Die Nähe des Materials zur Esse) (!Das Gewicht des vorhandenen Reststücks)

Welche Aussage beschreibt die Wirkung von Kohlenstoff in Stahl am besten? (Er beeinflusst unter anderem Härte und Härtbarkeit) (!Er verhindert grundsätzlich jede Wärmebehandlung) (!Er macht jeden Stahl automatisch rostfrei) (!Er ersetzt alle anderen Legierungselemente)

Wofür ist ein Baustahl wie S235JR typischerweise geeignet? (Für allgemeine Metallgestaltung und Konstruktionsteile) (!Für jede hoch belastete Werkzeugschneide) (!Für vollständig durchgehärtete Großgesenke) (!Für Bauteile aus Gusseisen)

Was kann beim zu langen Erwärmen von Stahl entstehen? (Grobkorn, Zunder und Entkohlung) (!Eine sichere Verbesserung aller Eigenschaften) (!Eine automatische Korrosionsbeständigkeit) (!Eine vollständige Werkstoffkennzeichnung)

Welche Gefügephase liegt bei vielen Stählen während des Härtens vor dem Abschrecken vor? (Austenit) (!Zunder) (!Graphit) (!Kupfer)

Welches Gefüge entsteht bei ausreichend schneller Abkühlung aus Austenit? (Martensit) (!Messing) (!Ferritstaub) (!Schmiedezunder)

Warum wird ein gehärtetes Werkzeug angelassen? (Um Sprödigkeit zu verringern und Gebrauchseigenschaften einzustellen) (!Um den Kohlenstoff vollständig zu entfernen) (!Um den Werkstoff in Gusseisen umzuwandeln) (!Um jede weitere Prüfung überflüssig zu machen)

Welche Aussage zur Funkenprobe ist richtig? (Sie liefert nur grobe Hinweise und ersetzt kein Werkstoffzeugnis) (!Sie bestimmt jede Legierung zweifelsfrei) (!Sie macht eine Kennzeichnung unnötig) (!Sie ist bei allen Metallen gleich aussagekräftig)

Warum dürfen verzinkte Bauteile nicht unkontrolliert erhitzt werden? (Es können gesundheitsschädliche Metallrauche entstehen) (!Zink macht Stahl immer weich) (!Verzinkung verhindert jede Erwärmung) (!Zink löscht automatisch das Schmiedefeuer)

Was beschreibt die Wirkung fachgerechten Schmiedens zutreffend? (Es verändert Form, Gefüge und Faserverlauf) (!Es erhöht immer den Kohlenstoffgehalt) (!Es ersetzt jede Wärmebehandlung) (!Es macht jeden Werkstoff fehlerfrei)

Memory

Ferrit	Weiche und gut verformbare Phase
Austenit	Hochtemperaturphase des Stahls
Zementit	Hartes und sprödes Eisenkarbid
Perlit	Lamellen aus Ferrit und Zementit
Martensit	Hartes Abschreckgefüge
Zunder	Oxidschicht auf heißem Stahl
Anlassen	Verringerung der Sprödigkeit
Werkstoffzeugnis	Dokumentierter Materialnachweis

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Unlegierter Baustahl	Allgemeine Metallgestaltung
Vergütungsstahl	Hohe Festigkeit und Zähigkeit nach Wärmebehandlung
Austenit	Gefügezustand vor dem Abschrecken
Martensit	Hartes Gefüge nach schneller Abkühlung
Zunder	Oxidierte Oberfläche bei hoher Temperatur
Anlassen	Einstellung der Gebrauchshärte
Funkenprobe	Grobe qualitative Werkstoffprüfung

...

Kreuzworträtsel

Ferrit	Welche vergleichsweise weiche Phase enthält nur sehr wenig Kohlenstoff?
Perlit	Welches lamellare Gefüge besteht aus Ferrit und Zementit?
Austenit	Welche Hochtemperaturphase kann mehr Kohlenstoff lösen?
Martensit	Welches harte Gefüge entsteht beim schnellen Abschrecken?
Zunder	Wie heißt die Oxidschicht auf heißem Stahl?
Anlassen	Wie heißt das Wiedererwärmen eines gehärteten Werkstücks?

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Lückentext

Die Auswahl eines Werkstoffs beginnt mit den

. Ein Material für sicherheitsrelevante Bauteile muss eindeutig

sein. Der wichtigste Legierungsbestandteil vieler Stähle ist

. Das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm beschreibt Gleichgewichtszustände in Abhängigkeit von Zusammensetzung und

. Beim Erwärmen bildet sich an der Oberfläche häufig

. Zu kaltes Schmieden kann die Entstehung von

begünstigen. Beim Härten wird geeigneter Stahl zunächst

. Durch ausreichend schnelles Abkühlen kann

entstehen. Das anschließende

verringert die Sprödigkeit. Eine Funkenprobe ersetzt kein

.

Offene Aufgaben

Leicht

Werkstoffsteckbrief: Erstelle einen Steckbrief zu S235JR oder C45 mit Eigenschaften, möglichen Schmiedearbeiten und Grenzen des Einsatzes.
Werkstofflager: Entwirf ein übersichtliches Kennzeichnungssystem für Stäbe, Reststücke und Chargen in einer Ausbildungsschmiede.
Fehlerbilder: Zeichne sechs typische Werkstofffehler und beschrifte jeweils Ursache und mögliche Vorbeugung.
Glühfarben: Erstelle ein Lernplakat, das Glühfarben nur als grobe Orientierung zeigt und auf die Grenzen der Farbbeurteilung hinweist.

Standard

Materialvergleich: Vergleiche einen Baustahl und einen Vergütungsstahl für die Herstellung eines Dorns und begründe Deine Auswahl.
Arbeitsplan Schmieden: Plane die Herstellung eines einfachen Hakens einschließlich Materialzuschnitt, Erwärmung, Umformung und Prüfung.
Wärmebehandlungsprotokoll: Entwickle eine Protokollvorlage mit Werkstoff, Temperatur, Haltezeit, Abschreckmedium, Anlassvorgang und Prüfergebnis.
Interview Metallgestaltung: Befrage eine Fachkraft zu Werkstoffverwechslungen, Zunder, Entkohlung und Härtefehlern und werte die Antworten aus.

Schwer

Schadensanalyse: Untersuche ein gerissenes oder verformtes Übungswerkstück und entwickle mindestens drei begründete Schadenshypothesen.
Werkstoffprüfung: Plane eine Versuchsreihe, die Funkenprobe, Härteprüfung und Werkstoffkennzeichnung miteinander vergleicht.
Restaurierungskonzept: Entwickle für einen historischen Beschlag ein materialschonendes Reparaturkonzept und berücksichtige möglichen Faserverlauf und Schlackeneinschlüsse.
Qualitätssicherung Schmiedeteil: Erstelle einen vollständigen Prüfplan für einen handgeschmiedeten Meißel mit Maßen, Oberfläche, Härte, Rissfreiheit und Dokumentation.

Lernkontrolle

Werkstoffentscheidung: Ein Betrieb möchte denselben Stahl für ein Ziergitter und einen Kaltmeißel einsetzen. Beurteile diese Entscheidung und entwickle zwei begründete Werkstoffkonzepte.
Temperaturfehler: Ein Werkstück zeigt nach dem Schmieden grobe Oberfläche, starken Zunder und später geringe Randhärte. Erkläre einen möglichen Zusammenhang zwischen Erwärmung, Entkohlung und Wärmebehandlung.
Härteriss vermeiden: Entwickle Maßnahmen gegen Härterisse an einem Werkzeug mit scharfem Absatz. Beziehe Konstruktion, Austenitisieren und Abschrecken ein.
Unbekannter Werkstoff: In der Restekiste liegt ein unbeschrifteter Stahlstab. Entscheide, für welche Arbeiten er eingesetzt werden darf und welche Nachweise vor einer hochwertigen Nutzung erforderlich wären.
Prozessvergleich: Vergleiche Handhammer und Maschinenhammer hinsichtlich Temperaturverlust, Umformgeschwindigkeit, Fehlerfolgen und Arbeitssicherheit.
Qualitätsabweichung: Zwei Meißel aus derselben Stahlsorte besitzen nach der Wärmebehandlung unterschiedliche Härten. Entwickle eine systematische Fehlersuche.
Transfer Metallgestaltung: Übertrage die Grundsätze der Werkstoffauswahl auf ein Außengeländer und berücksichtige Belastung, Fügeverfahren, Korrosionsschutz und Reparierbarkeit.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis zu diesem Thema solltest Du folgende Leistungen zeigen:

Du ordnest Werkstoffe nach Bauteilfunktion, Belastung und Verarbeitungsverfahren zu.
Du erklärst den Einfluss von Kohlenstoff, Gefüge und Wärmebehandlung auf die Eigenschaften von Stahl.
Du unterscheidest Ferrit, Austenit, Zementit, Perlit und Martensit fachlich korrekt.
Du begründest einen geeigneten Schmiedetemperaturbereich und erkennst Risiken von Kaltverformung, Überhitzung und Verbrennen.
Du entwickelst einen Arbeits- und Prüfplan für ein einfaches Schmiedeteil.
Du dokumentierst Werkstoffbezeichnung, Charge, Wärmebehandlung und Prüfergebnis nachvollziehbar.
Du berücksichtigst Arbeitsschutz bei beschichteten Werkstoffen, Abschreckmedien, heißen Werkstücken und Schmiedefeuern.