Einfluss der Legierungselemente auf Eisenlegierungen

Einfluss der Legierungselemente auf die Eigenschaften der Eisenbasislegierungen

• Eisenlegierungen machen 94% des Metallverbrauchs aus.
• Andere Metalle machen 6% des Metallverbrauchs aus.
• Der durchschnittliche Metallverbrauch pro Person und Jahr liegt bei 6,5 kg.
• Mangan: 1,2 kg/Person/Jahr
• Kupfer: 1,8 kg/Person/Jahr
• Aluminium: 3,5 kg/Person/Jahr

Themen der Vorlesung

• Grundelemente und Legierungselemente
• Verunreinigungselemente
• Einfluss der Kohlenstoff auf die Gefügestruktur
• Korngröße
• Anlasssprödigkeit
• Übergangstemperatur
• Rekristallisationstemperatur
• mechanische Eigenschaften des Ferrits
• Karbid- und Nitridbildung

Definition der Stahl und Gußeisen

• Diagramme zeigen verschiedene Phasen und ihre Zusammenhänge bei Stahl und Gußeisen.
• Die Diagramme zeigen die Schmelze, Austenit, Perlit, Ledeburit, Zementit, hipereutektoidisch, hipoeutektoidisch, hipoeutektisch, und hipereutektisch.
• Es gibt verschiedene Massenprozent für C und Fe.

Legierungselemente der Stähle

• Grundelemente: C, Mn, Si, S, P, O, N, H
• Legierungselemente: Cr, Ni, Mo, V, Ti, W, Nb, usw.

Einfluss der Grundelementen

• S verursacht Rotbrüchigkeit
• P verursacht Rotbrüchigkeit
• O verursacht Gaseinschlüsse (CO2)
• N verursacht "Altern" und senkt die Kerbschlagzähigkeit KV
• H verursacht Beizsprödigkeit und Beizblasen

Einfluss des Kohlenstoffs im weichen Zustand

• Festigkeit wächst
• Verformbarkeit sinkt
• Kerbschlagarbeit sinkt über C > 0,6 %

Einfluss des Kohlenstoffs im gehärteten Zustand

• Festigkeit stark wächst
• Verformbarkeit ist praktisch 0 über 0,4 % C
• C ≥ 0,4 % für Werkzeugstähle
• Bei kleineren C-Gehalt (C<0,2 %) wächst die Zähigkeit nach dem Härten
• Stähle für Einsatzhärten

Einfluss des Vergütens

• Vergüten = Härten + Anlassen
• Die mechanische Eigenschaften können sich im breiten Bereich ändern, abhängig von der Temperatur des Anlassens.

Einfluss der Legirungselemente auf die Eigenschaften der Stahl

• Löslichkeit - Ferrit oder Austenitbilder
• Nichtgleichgewichts-Umwandlung
• Kornwachstum von Austenit
• Anlasswiederstand
• Anlasssprödigkeit
• Übergangstemperatur
• Rekristallisationstemperatur

Legierungselemente sind im Stahl löslich?

• Keine Löslichkeit der Legierungselemente (S, As, Pb usw.) wird als Einschluss geführt.
• Legierungselement ist löslich in Ferrit: Cr, Al, Si, W, Mo, V, Ti
• Löslich in Austenit: Ni, Mn, C, N, Cu

Löslichkeit der Elemente im Eisen

• Nicht lösliche Atome sind in einem Periodentafel-Diagramm aufgeführt.

Beeinflussung des γ-Gebietes durch Legierungselemente

• Erweiterung des Austenit-Gebietes: Elemente Ni, Mn, Co usw.
• Einengung des Austenit-Gebietes: Elemente Be, Al, Ti usw.

Einfluss der Kohlenstoffs auf das Gefüge

• Die Diagramme zeigen die Eigenschaften von Ferrit- und Austenitbildenden Elementen.
• C-Einflüsse im weichen und gehärteten Zustand.

Änderung der Umwandlungstemperatur

• Legierungselemente verändern die Ms und M-Temperaturen.
• Die C-Kurven verschieben sich nach rechts und unten.
• Einhärtbarkeit wird verändert.

Ermittlung der Einhärtbarkeit/Durchhättbarkeit von Stählen

• Die Vergütung ist der wichtigste Technologieschritt zur Gewährleistung der Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften der Vergütungsstähle und Werkzeugstähle.
• Das zu vergütende Werkstück muss die Kriterien zur Vergütung erfüllen.

Relevanz des einhärtbare Durchmessers

• Wärmebehandlungen sind wichtig für die Tiefe und den Durchmesser des Stahls.

Kriterien zur Vergütung der Stähle

• Erhitzen über die Austenitisierungstemperatur (A3 + 20 bis 50°C)
• Austenitisierung im ganzen Durchmesser
• Schnelleres Abkühlen als die kritische Abkühlungsgeschwindigkeit
• Praktische Bedingung des Härtens, C ≥ 0,2%

Einflussfaktoren auf die Eigenschaften der Stähle

• Chemische Zusammensetzung (C, Mn, Si, S, P, O, N, H)
• Legierungselemente (Cr, Ni, Mo, usw.)
• Wärmebehandlungszustand

Definition des einhärtbare Durchmessers

• Der einhärtbare Durchmesser ist der Durchmesser, bei dem das Innere des Werkstücks mit der kritischen Abkühlungsgeschwindigkeit abkühlt.
• Abhängig von der chemischen Zusammensetzung, dem Abkühlungsmedium, der Korngröße und der gewünschten Martensitmenge.

Berechnung des einhärtbare Durchmessers

• Formel von Grossmann.
• Konstanten für die Berechnung und deren Verwendung.

Ideale und reale einhärtbare Durchmesser bei verschiedenen Kühlmedien

• Diagramme zeigen die Beziehung zwischen dem einhärtbare Durchmesser und dem Kühlmedium.

Messung des einhärtbare Durchmessers

• Jominy-Probe: gebräuchliche Methode für die Messung des einhärtbaren Durchmessers.

Genormte Probengeometrie

• Spezifikationen und Dimensionen der Proben.

Austenitisierung

• Genormte Temperatur (Minuten).

Genormte Abkühlungsbedingungen

• Details der Abkühlmethode.

Härtemessung

• Verfahren zur Messung der Härte.

Härteverteilung

• Darstellung der Härteverteilung in Diagrammen mit Entfernungen.

Annähernde Auswertung

• Diagramme zeigen den einhärtbare Durchmesser in Abhängigkeit von der Entfernung.

Auswertung nach Norm

• Ergebnisse in Diagrammen, welche z.B. Oberfläche, Radiusabstand, Mittelpunkt darstellen.

Auswertung nach ASM Handbook

• Ergebnisse als Diagramme.

Weitere Verwendung der Stirnprüfung

• Überprüfung von Grundmaterialien
• Bestimmung von Härtebereichen

Auswertung mit Härtetrajektorien, für Wasserkühlung

• Diagrammbeschreibung für Wasserkühlung.

Auswertung mit Härtetrajektorien, für Ölkühlung

• Diagrammbeschreibung für Ölkühlung

Einfluss der Wärmebehandlung auf das Gefüge

• Diagramme zeigen die Abhängigkeit von Temperatur von C 45 Stahl.

Ideal und reale einhärtbare Durchmesser bei verschiedenen Kühlmedien

• Diagramme zeigen die Beziehung zwischen idealem und realem Durchmesser bei unterschiedlichen Kühlmedien.

Definition und Berechnungen der einhärtbaren Durchmesser

• Definition und Formel.

Nach der Desoxidierung

• Unberuhigt und beruhigter Stahl
• Besonderheiten bei Stahlsorten.

Gruppierung der Stähle

• Nach Qualitätsgruppen
• Nach der Herstellung (Konverterstahl, L-D Stähle, usw.)
• Nach Desoxidierung (Unberuhigt / Beruhigter Stahl).

Gefüge nach Wärmebehandlung

• Gleichgewichtsgefüge (Ferrit, Perlit, Zementit)
• Nicht-Gleichgewichtsgefüge (Zwischenstufe, Martensit, Sferoidit)

Gleichgewichtsgefüge

• Graphisches Darstellung und Beschreibungen.

Nicht Gleichgewichtsgefüge

• Graphisches Darstellung und Beschreibungen.

Gruppierung der Stähle

• Nach Anwendung (Baustähle, Werkzeugstähle, usw.)

Stahlbezeichnungen

• Normierte Bezeichnungen von Stahl.
• Werkstoffnummern

Stahl-Kurznamen – physikalische Eigenschaften

• Anwendungsgebiet und Besonderheiten.

Legierungselemente Stahlsorten

• Zusammenfassung der Legierungselemente in Stahlsorten.

In diesem Quiz lernen Sie den Einfluss von Legierungselementen auf die Eigenschaften von Eisenbasislegierungen kennen. Es werden die grundlegenden Elemente, die chemischen Zusammensetzungen sowie die Auswirkungen von Verunreinigungen und Temperatur auf die Struktur und mechanischen Eigenschaften behandelt. Testen Sie Ihr Wissen über die verschiedenen Phasen und deren Diagramme.