Eisen Nichteisen

- Aufnahme bei Frischen, oder durch Luftkontakt

- Abbinden durch zugabe von Al, Si, Mn Desoxitation

- Probleme:

-oxideinschlüsse sehr hart, → Kerbwirkung, schlechtere Spanbarkeit

- FeO + FeS niedrigschmelzede Eutektika → Rotbrüchigkeit

- Erhöhung der Reinheit durch Umschmelzen oder Vakkum

Kohlenstoff wichtigstes Legierungselement

- mit zunehmendem C-Gehalt steigt Festigkeit, Härte, verformbarkeit sinkt, Schweißeignung sinkt

Begleitelemente gilt es zu vermeiden, beeinflussen Schweißbarbeit, Alterung, Verformbarkeit

Legierungselemente , gezielte Einstellung der Eigenschaft

- Veränderung Gebrauchseigenschaften (korrbest.)

- Veränderung Verarbeitungseigenschaften (Spanbarkeit)

- Einflüsse auf Härtbarkeit und Schweißeignung

- Gleichgewichtsgefüge: Ferrit, Perlit, Zementit

- Ungleichgewichtsgefüge: Martensit, Zwischenstufengefüge, Restaustenit

- nachbehandelte Ungleichgewichtsgefüge: Vergütungsgefüge

- Gefügeeinstellung über: Zusammensetzung, Wärmebehandlung, Verformung

für Gebrauch

- Festigkeit bei unterschiedlichen Temp.

-Korrosionsbeständig

- Dauerfest/ Ermüdungsfestigkeit

- Beständig gegen Verschleiß

für Fertigung

- Verarbeitungseigenschaften

-Umformbarkeit

- Spanbarkeit

- Schweißeignung

- Wärmebehandelbarkeit, Härtbarbeit

- Allgemeiner Baustahl

- höherfeste sschweißgeeignete Baustähle

- hochfeste Baustähle

- gefügeoptimierte Stähle

konstruktionsstähle sehr unterschiedliche chem. Zusammensetzungen (unlegiert bis hochlegiert)

unterteilung nach Verwendung

1. Stähle die warmgewalzt oder normalgeglüht werden (Bezeichnung nach Festigkeit und Kerbschlagarbeit )

2. stähle, die vom Verbraucher wärmebehandelt werden, nach chem. Zusammensetzung

3. Stähle mi besonderen Verarbeitungs und Gebrauchseigenschaften

  Bezeichnung nach chem zusammensetzung oder Festigkeit

- häufigste Verwendung

- einfache Zusammensetzung C+ Begleitelement Mn, Si, Al

- immer unlegiert

- chem zusammensetzung wird in der Regel nicht angegeben

nicht für WB vorgesehen!

- Angabe von Mindeststreckgrenze,  Kennzeichnugn durch Gütegruppen (Kerbschlagarbeit ect.

- Festigkeit einstellbar über C- Gehalt, Zähigkeit über P und S

- nicht Schweißbar da zusammensetzung nicht bekannt

- statische Belastung t: -40 bis300°C

- Werkstoffauswahl nach Steckgrenze

- zyklische Beanspruchung sigmad = 0,5*Rm

- Verarbeitbarkeit: Umformen, Schneiden, Spanbarkeit (Spanlänge beachten), Fügen (Nieten, Schrauben, Punkt- und Pressschweißen, Schmelzschweißen problematisch

- CEV = C + Mn/6 + (Cr+Mo+V)/5 + (Ni+Cu)/15

- erfasst LE-Einfluss auf Martensitbildung→Martensit für Schweißen unerwünscht

- CEV <= 0.35 unbedenklisch Schweißbar, 0,4 bis 0,6 je nach dicke vorwärmen, evtl. Nachglühen

Erstarrungsrisse: T nahe Ts. zu schnelle Erstarrung

Aufschmelzungsrisse: lokales Afschmelzen in Seigerungszone durch niedrigschmelzende Eutektika,

Vermeidung: optimale Schweißbedingungen nicht zu schnell und nicht zulangsam Schweißen!

Gruppe der Baustähle für WB bestimmt

- für Einsatzhärtung vorgesehen( thermochem OF-behandlung), un- nieder oder mittellegierte Stähle

- fließender Übergang zu anderen Stahlgruppen

-Einsatztemp. bereich: RT bis 200°C

- hohe OF-Härte

- hohe Verschleißfestigkeit

- hohe Dauerfestigkeit

- hohe Kernfestigkeit und - zähigkeit

- Übertragung größerer Kräfte, Aufnahme von Stoßbelastungen ohne Verformung/Bruch

- Härtbarkeit: gering bei gleitendem oder reibendem Verschleiß, hoch bei Schlagartiger, dynamischer Belastung

- Schweißbarkeit eher untergeornete Bedeutung

- Spanbarkeit im normal oder grobkorngeglühtem Zustand

gute Spanloseumformbarkeit, gute Polierbarkeit

- C < 0,25% unlegiert Mn 0,3...0,9% enthalten

- LE Mn, Cr, Mo, Ni beeinflussen Härtbarkeit am Rand, erhöhen Kernzähigkeit

- Bezeichnugn durch chem Zusammensetzung (Auswahl nach BTgröße, Kernfestigkeit)

Einsatzhärten

- Aufkohlen (mit fest, flüssig, gasförmigen Medien)

- Härten (Direkthärten, Einfach- doppelhärten)

- Anlassen

Ermittlung der Einsatzhärtetiefe tiefe bei Grenzhärte, Kernhärte bei 3* Einsatzhärte

Optimierung: Kompromisslsg.  für geforderten Einsatz

Abfolge der WB bestimmt durch

- Stahlzusammensetzung

- Abmessung BT

- Aufkohlverfahren

- Fertigungsabfolge

- Kosten

Probleme: Restaustenit am rand, Randoxidation nach Aufkohlung für beide Fälle Einfachhärtung gut

unlegiert: C10, C15: Hebel, Bolzen

einfach legiert: 17Cr3 Messwerkzeug, kolbenbolzen,

mehrfachlegiert: 16MnCr5, 20MnCr5, 20MoCr3, 20MoCr4 Zahnräder, Wellen, Bolzen Maschinen/Fahrzeugbau

- Ferrit- Perlit- Gefüge

-Kennzeichnug durch nachgestellte Buchstaben

N... normalisiert, M...TMB-Zustand, NL... normalisiert für tiefe Temp, ML TMB für tiefereTemp

- Festigkeitssteigerung durch erhöhten C-Gehalt bei N- Stählen

- Nutzung weiterer Häremechanismen:

Mk-Härtung Mn bis 1,5%→ begünstigt Martensit,

Kornfeinung N und Al → feine AlN- Ausscheidungen ,

Ausscheidungshärtung Nb, V, Ti 0,1% bis 0,2% LE bilden mit N und C feine Ausscheidungen,

Versetzungshärtung, kombinierte Verf.

- geringer C-Gehalt bei gleicher Festigkeit

- Nachbehandlung nach Schweißen → Spannungsarmglühen bis max. 580°C

- Wirkung von Mikrolegierungselementen (Nb, V)

normalfeste Stähle Re < 500MPa

hochfeste Stähle Re > 500 MPa

höchstfeste Stähle Re > 1000MPa

- nicht durch ferritisch-perlitisches Gefüge erreichbar, sondern durch Wärmebehandlung

Vergüten (Q), Ausscheidungshärtung (A)

Anforderung hochfest aber gut Verformbar→ kombination verschiedener Gefügebestandteile

- Dualphasenstahl: gut Umformbar durch Ferrit, Kaltverfestigt, linsenförmig eingelagerter Martensit

- Restaustenitstähle: ferritisch-bainitsche Matrix, Festigkeit durch C-reichen Restaustenit (noch verformbar)

- Complexphasenstähle: ferritisch-bainitsch- Martensitisches Mischgefüge + zusatz von MikroLE

- Martensitphasenstähle

nicht korrbeständig sondern korr. träge

chem Zusammensetzung: C 0,12...0,16% erhöht Sprödbruchsicherheit, bessere Schweißbarkeit,

P 0,15% erhöht Festigkeit aber Versprödung, Cr 0,3-1,25%, Cu0,25...0,55% Bildung korrträger Deckschichten , V,N mikro LE Vestigkeitssteigerung durch Ausscheidungen

- Aufgabe des Bauteils

- Beanspruchungen für Bauteil analysieren

- Eigenschaftsprofil für gesuchen Werkstoff erstellen z.B. Hält Werkstoff Belastung stand (Kräfte, Temperatur, Dichte, äußere Einflussfakoren wie Medien)?

- Etscheidung fürr otimale Werkstoffvariante ( Kompromisse- nicht der beste Ws sondern der mit ausreichenden Eigenschaften)

- ergibt sich aus Summe der Eigenschfaten

- mech, phys, und chem Eigenschaften

- Festigkeitsbeeinflussung durch metallkundliche Maßnahmen (z.B. Wärmebehandlung)

- Auswirkung fertigungstechnischer Arbeisprozesse auf Werkstoffeignung

- Gestaltung

-Verarbeitbarbeit

- Verbindungsverfahren z.B. Schweißen, Löten, Kleben, Schrauben, Nieten

- Oberflächentechnik (Korrosion, Verschleiß)

-  Werkstoff setzte Formänderung Widerstand entgegen → Festigkeit

- elast. Formänderung, reversibel, linearer Zusammenhang von Sigma und Epsilon

- plastische Formänderung durch Bewegung von Versetzungen

- Versetzungsbewegung führt zu Verfestigung des Werkstoffes

- Formänderungsvermögen erschöpft → Bruch

- werkstoffspezifisches Spannungs- Dehnungs- Verhalten

- Reinalu, Alu-Sinterwerkstoffe und Alu- Legierungen

- Alu- Legierungen: Knelegierung  und Gusslegierungen

- Knetlegierungen: aushärtbar z.B. Al-Cu-Mg, Al-Zn-Mg, Al-Mg-Si; nicht aushärtbar: Al-Mg, Al-Mn, Al- Mn-Mg, Al-Mn-Cu

- Gusslegierung: aushärtbar: Al-Si- Mg, Al-Si-Cu- Mg; nicht aushärtbar: Al-Si, Al-Mg

Gitter: kfz

Dichte: 2,7 g/cm³

E- Modul: 66,6 GPa

Schmelztemp.: 660°C

Siedetemp.: 2500°C

Schubmodul: 25 GPa

Querkontraktionszahl: 0,35

- Haupt LE: Cu, Si, Mg, Zn, Mn

- weitere Fe, Cr, Ti, Ni, Co, Ag, usw

- Löslichkeit für fast alle LE begrenzt im festen Zustand

- Mk- Bildung und Ausscheidungshärtung bestimmen Gefüge und mech. Eigenschaften

- geringe Dichte

- gute Festigkeit

- gut umform- und gießbar

- gut spanbar

- einfache Fügetechniken

- chem. beständig

- gut OF- Qualität

- kaum brennbar

- gesundheitlich unbedenklich

1xxx - 1000 Serie - min. 99% Alu

2xxx - 2000 Serie- Kupfer als Hauptlegierungselement

3xxx - 3000 Serie- Mangan

4xxx - 4000 Serie- Si

5xxx - 5000 Serie- Mg

6xxx - 6000 Serie - Mg + Si

7xxx - 7000 Serie - Zn

8xxx - 8000 serie - sonstige elemente und 9000 serie wird nicht verwendet

- Verformbarkeit

- geringe LE Gehalte 1-2% max. 6%

- wenn T > 200°C verlieren an Bedeutung

- Einteilung in 2 Gruppen: gute Verarbeitungseigenschaften Rein- Al, Al- Mg, Al-Mg- Si, Al-Zn-Ng

spezielle Festigkeitseigenschaften: Al- Cu- Mg, Al- Zn- Mg- Cu

gute Korrosionsbeständigkeit

- geringe Festigkeit Rm 100 Mpa

- hoche Kriechneigung bei RT und niedrigen Spannungen

- Einsatz: Blech- und Rohrwerkstoffe, Platierungswerkstoffe

- Mg-Gehalt bis 2,5%

- Rm 240 bis 290MPa

- seewasserbeständig

- schweißgeeignet

- Einsatz als Blech- und Rohrwerkstoff
 

- hoh Duktilität im weichgeglühten Zustand

- hart und kalt aushärtbar

- gut schweißgeeignet

- Einsatz vorwiegend als Innendruck- und Konstruktionsrohre

gute allgemeine Korrosionsbeständigkeit

nicht seewasserbeständig

gut geeignet für schweißkonstruktionen

einsatz im Raketenbau

- Al -Cu- Mg 2024: gute Duktilität im kalt ausgehärteten zustand, gut bruchmech. eigenschaften, einsatz bis 120°C/150°C mgl,  nicht schmelzschweißbar, Einsatz: Strangpressprofile und Stangen

- Al-Zn- Mg- Cu 7075: hohe stat. Festigkeit, bruchmech. Eigenschaften schlechter als bei 2024, Einsatz: Bleche, Plattten, Stangpressprofile, Stangen, Schmiedestücke

- Formfüllungsvermögen, Vergießbarkeit

- relativ hohe LE-Gehalte: 10-12%

- gute Festigkeit, eingeschränkt duktil

Standardgusslegierungen: Al-Si, Al-Si-Mg, Al-Si- Cu, Al-Mg  Rp0,2: 200-280 MPa

hochfeste Gusslegierungen: Al-Cu-Ti, Al-Cu-Ti-Mg, Al-Cu-Ag, Rp0,2: bis 320 MPa

warmfeste Gusslegierungen: Al-Si-Cu, Al-Cu-Ni- Co-Zr bis max. 230°C einsetzbar vgl. warmfester Stahl bis 1000°C

Sandguss, Kokillenguss, Druckguss

- durch langsames Abkühlen grobes Korn

- mech. Eigenschaften wanddickenabhängig

- getrennt gegossene Probenstücke höhere Festigkeit

- raue Oberfläche→größere Bearbeitungszugaben

- Mindestwanddicke 3...5 mm

- für große Teile in geringer Stückzahl

- größere Abkühlgeschw. in Metallteilen → feineres Korn

- höhere Festigkeit als bei Sandguss

- höhere Maßgenauigkeit, bessere OF

- Mindestwanddicke 2,5...3 mm

- Warmrissgefahr wegen unnachgiebiger Form beim Abkühlen (Schrumpfen)

- höchste Produktivtät

- geringste Bearbeitungszugabe

- Mindestwanddicke 1mm

- Schmelze reagiert beim Einspritzen mit Luft→ oxidbildung, Lufteinschlüsse

- rasche Erstarrung→feines Korn→hohe Festigkeit

- druckgussteile nicht wärmebehandeln

- nicht schweißbar

- nicht als Sicherheitsbauteile einsetzbar

- Vakuumdruckguss→ keine Lufteinschlüsse, aufwendig

- automatisierbar