Materialwissenschaften / MCI

Gefüge=Kristallkörner unter dem Mikroskop als Schliefbild

Amorphe Metalle oder metallische Gläser sind Metalllegierungen die eine amorphe Struktur aufweisen und trotzdem metallische Leitfähigkeit aufweisen. Sehr fest wie zb. Glas aber keine gute verformbarkeit. (Allgemein nur begrenztes Wissen dazu und sehr teuer deshalb nur Nischenanwendungen)

Herstellung: Ein dünnes Band entsteht aus Schmelze welches schlagartig darauf abgeküllt wird. 

elastische bewgen sich wieder zurück daher passiert nichts.

plastische Verformung: Nur durch Erzeugung von Bewegungen und Versetzungen (Bild) an Gleitebenen

• duktile Werkstoffe haben mehr Gleitbenen
• wenig gleitebenen bei spröden Werkstoffen bzw hexagonalen Gittern

(Info: Korngrenzen unterbrechen die Gleitvorgänge)

Quasi Leerstellen welche mit Festkörpern gefüllt sind

• bilden sich meistens beim abkühlen aus der Schmelze durch Diffusion von Fremdatomen
• Große bedeutung bei Legierungen (können festigkeitssteigernd oder mindernd sein)

Versetzungen (einzige linienhafte Defekte-eigeschobene Ebene die nicht durchgängig ist), Leerstellen, Fremdatom im Zwischengitter, Ausscheidungen(Quasi Leerstellen die mit Festkörpern gefüllt sind)

Fehlstellen können gezielt genützt werden um den Werkstoff zu beeinflussen. 

Kaltverfestigung: Bei jeder Versetzunge erzeugt man wiederum neue Versetzugen welche immer neue behinderungen erzeugen. Somit am Anfang Duktil und später sehr fest bei ganz vielen Versetzungen. Allgemein: verstärkte Ansammlung von Verfestigungen

Feinkornverfestigung

Mischkristallverfestigung: Fremdatom einlagerung (Verhindern Gleitbewegungen und dadurch bekomm ich eine erhöhte Festigkeit)

Dispersionsverfestigung: Ausscheidungen welche feinverteilt im Metall vorliegen. Ähnlich wie bei Mischkristallverfestigung nur das nicht einzelne Atome sondern gesamte Partikel wirken. 

Legierungen sind Stoffgemische welche aus mindestens zwei oder mehr Metallen bestehen! 

Dienen zu: 

• Beinflussen der Eigenschaften

Oft werden Legierungen durch sogennante Phasendiagramme dargestellt welche Zustandsdiagramme sind und von der Temperatur abhängig sind. 

Beispiel ist die Eisenkoohlenstofflegierung welcher unter 2 % Kohlenstoff enthält alles darüber wird als Gusseisen beeichnet und ist nicht umformbar.

Mischkristall besteht aus zwei verschiedenen chemischen Elementen welche wenn sie metallische Elemente sind auch Legierungen genannt werden. Zb. Gusseisen oder Kupfer/Nickel

2 Arten: 

1. Einlagerungsmischkristalle - Fremdatome sind in Zwischengitterplätze des Grundgitters eingelagert
2. Austauschmischkristalle – Fremdatome nehmen reguläre Gitterplätze im Grundgitter der anderen Komponente ein. Zwei verschiedene ungeordnet oder geordnet.

roter punkt ist erstarrungsintervall

Ein Phasendiagramm (man sagt auch Zustandsdiagramm dazu) gibt an, welchePhase eines Stoffes bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck stabil ist.

Man kann aus dem Phasendiagramm also ablesen, bei welcher Temperatur und bei welchem Druck ein Stoff fest, flüssig oder gasförmig ist. Man kann ablesen, wann ein Stoff schmilzt, verdampft oder sublimiert.

Bildet ein Stoff mehrere feste Phasen (zum Beispiel sind Graphit und Diamantdie beiden festen Phasen des Kohlenstoffs), kann man ablesen, unter welchen Bedingungen welche der Phasen stabil ist.

über 1390 ist Fe(reines Eisen) kubisch raum zentriert und über 910 ist es kubisch flächenzentriert über 0 ist es wiederum kubisch raum zentriert

Polymorphie: Erscheinung, wenn ein chemisches Element im gleichen Aggregatzustand in zwei oder mehr Strukturformen auftritt, die sich physikalisch und in ihrer chemischen Reaktionsbereitschaft voneinander unterscheiden.

Alles vor 2,06 Kohlenstoff ist Stahl und nach 2,06 bis 4 liegt Gusseisen vor.

Normalglühen: für gegossene Stähle (eher unterhalb der Austentisierung außer Diffusionsglühen)

Austentisierung bei Härten und Vergüten wobei dann abgeschrekt wird und dann wiederum angelassen wird unterhalb der austentisierung. 

Härten: Oberfläche wird hart

Vergüten: hohe Duktilität

Normalglühen findet 30-50° über der GSK Linie statt. Ziel ist es ein gleichmäßiges Gefüge zu erreichen. Eingesetzt wird es zb. bei Gussteilen wie Pleuel

Wird zu Kristallerholung von kaltgewalzten Stählen verwendet. Es wird etwas unterhalb der PSK Linie erwärmt. Es wird eine völlig neue Gefügebildung erreicht und dadurch das verzerte Gefüge und deren Eigenschaften rückgänig gemacht.

Anwendung: Tiefziehteile oder Fließpressteile auch zwischen den einzelnen Vorgängen.

Der Unterschied liegt hier im letzten Prozessschritt dem Anlassen. Beide werden zuerst oberhalb der GSK Linie erwärmt (Austentisieren). Beim Härten werden niedrige Anlasstemp. verwendet und so eine hohe Härte erreicht. Beim Vergütten werden hohe Anlasstemp verwendet und somit eine hohe Festigkeit sowie eine hohe Duktilität erreicht.

Durch eine schnelle abkülung wie es beim härten passiert gelangt ein zwangsgelöster Kohlenstoff in das krz Gitter. Diese Gitterstruktur wird als Martensit bezeichnet. Dadurch wird der Werkstoff Härter aber auch spröder. Übergeordnete Rolle weil: Es besteht kein thermodynamisches Gleichgewicht-> keine Gültigkeit des Eisen-Kohlenstoffdiagramms. Es entsteht durch schnelles Abkühlen -> Martenstithärte (es gibt keine Ausweichmöglichkeit)

Aufhärtbarkeit gibt an welche maximal Härte erreicht werden kann. (C-Anreicherung in Randzone)

Einhärtbarkeit gibt an in welcher Tiefe die Härte erreicht werden kann (~komplett Härten) | Durch Molybdän, Mangan, Chrom oder Nickel steigert die Einhärtbarkeit. 

Diese bestandteile hindern die diffusse Umwandlung und setzen somit die Abkühlgeschwindigkeit herab.

Entsteht in zwei Phasen. Einmal behindert der heiße Kern die erkaltete Randzone und später entstehen durch den noch etwas warmen Kern an der erkalteten Randzone Risse. Einmal in längs und quer richtung.

Eine Wärmebehandlung zur erhöhung der Festigkeit von Legierungen. Es beruht auf der Ausscheidung damit eine versetzung Behindert wird. 

Bei Alulegierungen da diese keine polymorphe Umwandlung aufweisen und somit nicht durch Martensitbildung härtbar sind.

Randschichthärten: Austentisierung der Randschicht (Überbegriff) Die folgenden beiden Verfahren sind für unterschiedliche Werkstoffe geeignet! Ziel ist es weicher Kern und harte Oberfläche bei beiden und werden meistens bei Vergütungstählen verwendet wo man Martensitbildung anstrebt.

Einsatzhärten besteht aus Aufkohlen, Härten Anlassen. Gefügeumwandlung mit zugeführtem Kohlenstoff. Durch die Diffusuon des Kohlenstoffs vom Rand hin zum Kern stellt sich ein Kohlenstoffprofil ein.

Nitrierhärten: keine Kohlenstoffanreicherung, keine Gefügeumwandlung aber eine Stickstoffzufuhr. Geringere Einhärtbarkeit als beim Einsatzhärten. Aber auch geringerer Verzug da kein Abschrecken.

Durch die Form des Graphits... Beim EN-GJL (Lamellengraphit) liegt der Graphit eben in lamellarer (zeiliger) Struktur vor. Der Guss ist etwas spröder und im Allgemeinen billiger.

Beim EN-GJS (Kugelgraphit oder Sphäroguss) liegt der Grafit in Kugelform vor. Der Guss ist etwas fester, nicht so rissanfällig und auch geringfügig teurer. zb. wird bei einem Maschinenbett das Kugelgraphit verwendet da dies Schwingungsdämpfender ist. Vorteile: Gusseisen mit Kugelgraphit vereint gute Gießbarkeit mit Festigkeits- und Zähigkeitswerten ähnlich wie Stahl. Eine Modifikation der Werkstoff-Eigenschaften ist durch nachträgliche Wärmebehandlung realisierbar z.B. durch Spannungsarmglühen, Perlitisieren, Weichglühen u.a.

Vorteile von Gusseisen mit Kugelgraphit sind:
•    gute Gießbarkeit
•    gute Festigkeit (ähnlich wie Stahl)
•    gute Zähigkeit(ähnlich wie Stahl)
•    gute Zugfestigkeit (ähnlich wie Baustähle, Vergütungsstähle)

Diese stähle sind meistens niedrig legiert und nur teilweise wärmebehandelt. Die Streckgrenze liegt unter 500N/mm². Beispiel S235JR. Feinkornbaustähle haben eine höhere Streckgrenze und höhere Zähigkeit aber sie sind vorallem durch ihren geringen Kohlenstoffgehalts unter 0,2% gut schweißbar jedoch nimmt die verformbarkeit ab.

Rostfreie stähle mit mehr als 8% Nickelanteil welcher eine hohe Zähigkeit hat und dadurch schlecht zerspanbar ist aber gut schweisbar. Er vereint gute mechanische eignschaften bei korrosionsanfälligen Umgebungen. 

In abhängigkeit der Legierungen bildet sich Ferrit=krz oder Austentit=kfz. Zb durch nickel wird ein austenti gefüge bei Raumtemp. erzeugt! 

Info: Austentitische Stähle weisen keine ausgeprägte Streckgrenze auf. 

Automatenstähle: ideal für spannende Bearbeitung durch legierung mit Schwefel bilden sich spröde Einflüsse.

Warmarbeitsstähle: legierte Werkzeugstähle für Oberflächentemp bis 400° zum Gesenkschmieden aber auch Spritzgussformen

HSS (vor allem für Fräser, Bohrer): Die wichtigsten Legierungselemente sind Kohlenstoff, Wolfram, Molybdän, Vanadium, Chrom und Kobalt, deren Anteil bis über 30 % ausmachen kann. Seine Härte erhält Schnellarbeitsstahl, wie alle anderen Werkzeugstähle auch, durch sein martensitisches Grundgefüge, das aus Eisen und Kohlenstoff besteht.