Werkstofftechnik 05

Hochlegierte Stähle werden genutz, um die Eigenschaften der LE zu nutzen.

Ein Stahl darf <0,1% C haben, damit das legierte Cr nur Fe-Cr-Mischkristalle bildet. Eine Cr-Karbid (Karbide bestehen aus Kohlenstoff) bildung wäre schädlich.

Cr (Chrom) besitz selber passive Eigenschaften. Dabei wird eine sehr dünne und gut haftende Schicht (aufgrund der i.d.R. Vortsetzung der kristallinen Struktur des Metalls in die Passivschicht) um den Stahl gebildet. Diese Schicht schützt den Stahl vor äußeren Einflüssen und repariert sich selbstständig. Hierzu muss Cr zu min. 12% im Stahl vorhanden sein. Info: Die Passivschicht ist oxidischer Natur (zur Bildung wird Sauerstoff gebraucht) und ist daher unbeständig gegen Cloride

Mo (Molybdän) schützt einen Stahl in chlorhaltigen Medien besser; Ni (Nickel) ist ein Austenitbildner (hat ein austenitisches Gefüge) -> aus einer bestimmten Zusammensetzung an lassen sich Stähle mit unterschiedlichen Gefügen herstellen, dabei ist ein austenitischer, korrosionsbeständiger Stahl für diese ANwendung am besten geeignet

korrosionsbeständige Stähle werden in ihre Gefügestrukturen unterteilt: Austenitische-, ferritische-, austenitisch-ferritische-, martensitische Stähle; Polieren schützt und erhält die Passivschicht; Info: Austenitische Gefüge sind Unmagnetisch!; martenitische Stähle sind weniger korrosionsbetändig, aber härter (Anwendung: Rasierer), das Härten der anderen Stähle wäre nicht sinnvoll und zielführend; im Außenbereich werden vorwiegend austenitische Stähle verwendet.

Werkzeuge müssen eine angemessene Härte aufweisen (Für einen Hammer darf bspw. Die Härte nicht zu groß sein. Dieser würde zu spröde für die schlagartige Belastung sein!; die Zähigkeit muss ebenfalls angemessen sein; Zusammen ergibt sich ein Optimum für die Beanspruchung und die Form-/Maßgenauigkeit

Hochgekohlte und (i.d.R.) legierte Stähle mit einem C-Gehalt von ca. 0,5-1,8%; das Gefüge besteht aus sehr harten Karbiden in einer Mischkristallgrundmasse, LE sind dabei W (wolfram), V (Vanadium), Mo (Molibdän)

nach der zulässigen Arbeitstemperatur; Im Einsatz werden die Stähle permanent erhitzt und abgekühlt, so wird das Werkzeug allmählich weicher, weil die Abkühlgeschwindigkeit nicht im kritischen bereich ist, sodass kein Martensit entsteht und das Werkzeug weicher wird; a) Kaltarbeitsstähle (un-/legierte Sorten) bis ca. 200°C (C105U, 60WCRV8, X155CrVMo12-1), b) Warmarbeitsstähle (nur legierte Stähle) bis ca. 400°C (55niCrMoV7, X38CrMoV5-3), c) Hochlegierte Schnellarbeitsstähle (HS-Stähle) (wiederholte Härtung in einem aufwendigen Wärmebehandlungsverfahren bis ca. 600°C bei einem C-Gehalt ca. 0,8 bis 1,8%, VORGEGEBENE LE-Reihenfolge: WMoVCoCr (Wolfram, Molibdän, Vanadium, Kobald, Chrom -> HS18-1-2-5, HS6-5-3

gute Kaltumformbarkeit, hohe Schweißeignung, hohe Oberflächenqualität (werden gerne veredelt), nicht zum Härten und Vergüten geeignet

Stahlguss: i.d.R. C-Gehalt < 2,06 % hat keine eutektischen Gefügebestandteile; Gusseisen: C-Gehalt > 2,06 %, hat immer eutektische Gefügebestandteile

- Lamellengraphit, Kugelgraphit, Temperkohle, Vermiculargraphit - Eine runde bzw. globulare Ausbildung des Graphits führt bei gleichem Grundgefüge zu einer deutlich höheren Festigkeit als bei Lamellengraphit. Vermiculargraphit führt zu Eigenschaften,

- Es ist stahlähnlich, d.h. ferritisch, ferritisch-perlitisch oder perlitisch - Die Ausbildung der Gefügebestandteile ist abhängig von der Abkühlgeschwindigkeit und somit von der Wanddicke der Gussteile und der chemischen Zusammensetzung vom Kohlenstof

Graphiteinlagerungen unterbrechen die metallische Grundmasse und verursachen dadruch eine Schwächung des tragenden Querschnitts

Graphitlamellen: starke Kerbwirkung -> hohe Spannungsunterbrechung -> spröde und niedrige Zugfestigkeit Graphitkugeln: schwache Kerbwirkung -> niedrige Spannungsunterbrechung -> zäher und höhere Zugfestigkeit als Graphitlamellen

Die Einteilung erfolgt nach der Form der Graphiteinlagerungen: *Gusseisen mit Lamellengraphit (Gusseisen) *Gusseisen mit Kugelgraphit (Sphäroguss) *Gusseisen mit Vermiculargraphit *Temperguss

1. Block: EN 2. Block: GJ (Gusseisen) 3. Block: Graphitstruktur (L: Lamellar, M:Temperkohle, S:Kugelig) und/oder Mikro-/Makrostruktur (A: Austenit, F: Ferrit, P: Perlit, W: entkohlend geglüht) 4. Block: Chemische Zusammensetzung oder Mindestzugfestigkeit, 5. Block: Bruchdehnung (S oder C) oder Härte, 6. Block: Zusatzanforderung

EN-GJL- HB 195 (Gusseisen mit Lamellengraphit), EN-GJS-400-18 (Gusseisen mit Kugelgraphit), EN-GJMW-350-4 (Gusseisen mit weißem Temperguss), EN-GJSA-XNiMn13-7 (hochlegiertes Gusseisen mit Kugelgraphit)

1. Gusseisen mit Lamellengraphit wird meistens im Kupolofen hergestellt, Gusseisen mit Kugelgraphit im Elektroofen. Die Graphitkugeln entstehen durch Zugabe von Magnesium (Mg) während der Schmelze 2. Graphit bildet sich durch die Erstarrung einer Fe-C-Si-Schmelze, wobei ein Si-Gehalt bis 3 % die Ausbildung von Graphit begünstigt

geringe Zugfestigkeit, gute Druckfestigkeit, sehr gute Gießbarkeit, sehr gute Dämpfungseigenschaften, gutes Gleit- und Reibverhalten, vielfältige Anwendung

gute Zug- und Druckfestigkeit, mäßige Zähigkeit, gute Gießbarkeit, mäßige Dämpfungseigenschaften, gutes Gleit- und Reibverhalten, Anwendung für mechanisch beanspruchte Gussteile

Oxidieren des flüssigen Roheisens: Enzug von Kohlenstoff, da Roheisen zu viel C hat; Entfernen von Shcwefel und Phosphor; ggf. Zusatz von Legierungselementen --> meist wird das Sauerstoff-Aufblasverfahren angewendet

erwünschte Elemente: Silizium Si (bis 0,5%) --> Wirkung: Desoxidation (Beruhigen) von Stahl, Mangan Mn (bis 1,6%) --> Wirkung: Entschwefeln von Stahl unerwünschte Elemente (sind schon im Erz vorhanden): Phosphor P und Schwefel S, die Anteile von P und S bestimmen die Stahlgüte (Reinheit--> Preis)

1. ca. 95% im Strangguss (Kokille) 2. ca. 5% im Blockguss ---> siehe Grafik bei 5.1 im Skript

Der Stahl wird noch im flüssigen Zustand entweder mit der Vakuumentgasung nachbehandelt oder der Stahl wird gespült (Der zugeführte Sauerstoff muss wieder entzogen werden.

Stahl kann im Hochofen oder im Schachtofen (für Direktreduktion) hergestellt werden. Im Hochofen werden Erz, Koks, Zuschläge zugeführt. Das Produkt ist Roheisen, das, nachdem es einen Roheisenmischer durchlaufen hat, zusammen mit evtl. weiteren Zuschlägen und Schrott im Sauerstoff-Blasverfahren behandlet wird. Das flüssige Produkt ist Eisen, das noch nachbehandelt und vergossen werden muss. Im Schachtofen werden Erz und Reduktionsmittel zugeführt und bilden im Anschluss einen Eisenschwamm, der zusammen mit evtl. weiteren Zuschlägen und Schrott in einem Lichtbogenofen behandelt wird. Das Produkt ist Stahl, das ebenfalls noch nachbehandelt und vergossen werden muss.

Der WT wird langsam erwärmt (aufwärmen und durchwärmen). Kern und Oberfläche erwärmen sich unterschiedlich schnell (Oberfläche erwärmt sich stärker). Bei Erreichen der Glüh- oder Härtetemperatur wird diese gehalten (Zeit unterschiedlich, je nachdem ob und wie der WT in dieser Phase bearbeitet wird). Danach folgt das langsame oder schnelle (Abschrecken) Abkühlen. Anschließend wird der WT für weitere Wärmebehandlungen erneut erwärmt (Anlassen, die Anlasstemperatur liegt unter der Glüh- oder Härtetemperatur).

0,50%

Festigkeit, Härte, Verschleißbeständigkeit, Dauerfestigkeit, Härtbarkeit

Verformbarkeit, Zähigkeit, Schweißbarkeit, Bearbeitbarkeit

Kalt- oder Warmverformung, Wärmebehandlung

5%

Chrom, Mangan, Molybdän, Nickel, Silizium, Wolfram, Vanadium

Kohlenstoffgehalt, Art und Gehalt der Legierungselemente, Gefügebehandlungszustand

Bilden mit ?-Fe, homogene, ferritische Mischkristallgefüge mit krz Gitter

Bilden mit ?-Fe, homogene, austenitische Mischkristallgefüge mit kfz Gitter

austinitische, ferritische oder ferritisch-austinitische (Duplex-) Stähle

Mischkristallbildung mit Eisen oder Karbidbildung mit Kohlenstoff

Baustähle, Stähle für Wärmebehandlung, Chemisch- und wäremebeständige Stähle, Werkzeugstähle

1. Verwendung, 2. Kennzahl, 3. Zusatzsymbol 1, 4. Zusatzsymbol 2