Eisen Nichteisen

Vorteile

- Dichte

- Festigkeit

- Korrosionsbeständigkeit

- Biokompatibilität

- Vorkommen

Nachteile:

- e-Modul

- Anisotropie

- Verformungsverhalten

- Oxitationsbeständigkeit

- Preis

Festigkeit und E-Modul sind stark von Gefüge, Konstruktion undLegierungszusammensetzung abhängig

- hdp

- betha übergangstemp. 882°C (krz)

- Dichte 4,5 g/cm³

- Schmelztem. ca. 1900°C

- Emodul: 115 GPa

- bis 882°C (betha- Transus-Temp.) mäßige verformbarkeit, geringe Diffgeschw. nach überschreiten Gitterwechsel in krz gute Verformbarkeit hohe Diffk.

- Tieftemp.phase

- Van Mises-Krit nicht erfüllt (mind. 5 unabhängige Gleitebenen für gute Verformbarkeit)

- Prismen und Basalebenen verfügen über je 3 Gleitsysteme, nur zwei sind unabhängig→ insg. 4 unabhängige

- da c/a Verhältnis kleiner als ideal zunahme der Belegungsdicht auf Prismenebenen→gleitung wird begünstigt

- durch Einbau von interstitiellen Atomen (C,N,O) mit kleinerem Atomradius kann c/A vergößert werden

- Basalebene {0001},  Prismenebene {10-10} Pyramidalebene { 10-11} ; Gleitrichtung <11-20>

- bei Abkühlung aus betha- Gebiet gehen dichest gepackte 110 Gleitebenen in 0001 Basalebene des hexagonalen alphati über

- Bugerorientierungsbeziehung {0001}//{110}; <1120>//<111> 

- betha Ti 6Gleitebenen und 2 Gleitrichtungen

- oberhalb von martensitstarttemp. difflose Umwandlung von betha-Phase in alphaPhase→ metastabiles Gefüge mit nadelförmiger oder plattenförmiger Morphologie

alpha Ti hat

- dicht gepackte Gitterstruktur

- eine um mehr als zwei Größenordnungen geringere Diffgeschw.

- erschwerte Kaltverformbarkei

- geringe Duktilität

- höheren Kriechwiderstand

- anisotrope mech. und phys. Eigenschaften

- neutral: Sn, Zr

- alpha Stab,  wird zu hohen Temperaturen verschoben: Al, O, N, C Aufspaltung der Temp.linie in einen Bereich→ 2Phasengebiet

- betha stabilisierend:

- isomorph. bethaphase zu niedrigeren Temp. verschoben Mo, V, Ta, Nb

- eutektisch: Fe, Mn, Co, Cr, Ni, Cu, Si, H

- alpha- Legierungen

ReinTi

Legierungen die neutrale oder alphastab. LE enthalte

- near alpha Legierungen

enthalten geringe Mengen an bethastab. Elementen

- alpha+ betha Legierungen

Enthalten bei RT 5-40 Vol% bethaPhase

- betha Legierungen

- nicht mehr als 9gew. % gesamtmenge

- Si, Sn, Zr, O härten alpha Phase

- Si segregiert an Versetzungen,  erhindert Klettern,

- Mo, V, Nb, geringe Mk- Bildung bethaphase

- Nb verbessert Oxidationsbeständigkeit

- Pd verbessert Korrbeständigkeit

- aus Ti- haltigen Eisenwerkstoffen (Ilmenit)

- Kroll-Prozess TiCl4→ Ti-Schwamm

- in Vakuum-Lichtbogenöfen zu Ti-Blöcken

- Vakuum arc Remelting

- anschließend Schmieden ( Freiform, Walzen (Stäbe), Brammen

- mech. eigenschaften stark von Konstitution (Phasenverteilung) und Gefüge beeinflusst

- tech. wichtige Legierunge 2phasig (alpha und betha)

- Lamellares Gefüge: entstehen durch Abkühlung aus betha gebiet

- Globulare Gefüge entstehen in folge von Rekristallisationsprozessen

- Bimodale Gefüge: bestehn aus Lamellaren und globularen Gefügeanteilen und werden durch thermomesch. Behandlung erzeugt

- die Feinheit der Gefüge hängt von den Parametern der thermomech. Behandlung ab

- alles unterhal betha- Transus temp.

- Verormung:Temp., Verformungsgrad, Verformungsmodus, Abkühlrate

- Lösungsglühen: Zeit, Temp, Abkühlrate

- Auslagern bei Ti- Leg. weggelassen

- für lamellares Gefüge:  oberhalb betha-Transus, rasches Abkühlen

- für globulitische Gefüge: weit unterhalb betha-Transus mit anschließender Rekristallisation

- für bimodale Gefüge: kurz Unterhalb betha-Transus (gute Gebrauchseigenschaften)

- mart. Umwandlung unterhalb Ms temp.

- hohe Abkühlgeschw. → Zwangslösung→ keine Diff mgl

- Ms kann durch betha stbilisierende Elemente zu niedrigeren Temp. verschoben werden, erzeugung metastab. betha leg.

- starke Richtungsausprägung der Gefügebestandteile innerhalb eines Werkstoffes bei Ti

- Walztextur bestimmt durch Umformgrad, Temp., Umformmodus

- Textur führt zu starken anisotropen Eigenschaften, geziehte Eigenschaftseinstellung

Vorteile:

- vielseitige Anwendung

- höchste spez. Festigkeit

- gute kombi zw. Festigkeit, Ermüdungsbeständigkeit und Zähigkeit

Nachteile

- rel. niedriger E-Modul

- rel. hohe Dichte

- schlechte HT eigenschaften

- ausreichend Gehalt an beta stab. Elementen( mo, Nb, V, Fe, Cr) >10%

- martensitbildung unterdrücken→ betha Phase bleibt 100% erhalten

- gefügeeinstellung durch thermomech Behandlung (TMB)

- beeinflussung Korngröße,

-Einstellen Form, Größe, Volumenanteil der alpha Phase

- Auftreten von KG alphaPhase vermeiden

- Umformtemp. abhängig von Stabilisatorgehalt

- niedriger Gehalt: Umformen im alpha-beta Gebiet, unterhalb beta-Transus

- hoher Gehalt: umformen im beta-gebiet oberalb beta- Transus

-

- Bruchzähigkeit beschreibt Schadenstoleranz eines Werkstoffes bei statischer Belasung

- wird durch Kostitution, Gefüge, Herstellungsverf., LE beeinflüsst

- starke Verringerung durch Aushärtung

- Mikrorisse durch Korngrenzen behindert

- Makrorissausbreitung durch grokörniges Material behindert

- Einflussgräßen bei alphaTi: Korngröße, Sauerstoffgehalt, Kaltverformung

- Einflussgrößen bei betaTi: Korrngröße, Aushärtungsgrad, KG alphaPhase, primärer Volumenanteil alphaPhase + Korngröße

- Einflussgrößen altha+betaTi: Lamellenbreite, alphaKorngröße

- beeinflussung durch OF-Behandlung: mikrostruktur an OF unterdrückt Rissbildung

- Ausscheidungen von Siliciden behindern therm. Kletterprozesse von Versetzungen

- Zahl und größe der Si-Ausscheidung entscheidend

- zw. 01 und 0,35% Si

- near alpha Ti.Leg.

- feine dispersoide verbessern Kriechverhalten

- lamellar besser als bimodal

- einsatz bei hohem T behindert durch schlechte Oxidationsbeständigkeit

- kann beeinflusst werden durch: günstig: Al, Nb, Mo, W, Si, ungünstig: V, Cr, Mn, Pd,Pt, Cu

- Schutzschichten: Haftfestigkeit, Langzeitbeständigkeit, Verschlechterung mech. Eigenschaften

- 2 Mechanismen:

-Bildung schnellwachsender Oxidschichten

- Lösung von Nichtmetallenn in der Werkstoffoberfläche: Versprödung

- Luft- und Raumfahrt: Triebwerksteile, Fahrwerksteile, Rohrleitungen

- Energietechnik: Dampfturbinenschaufeln

- Automobilindustrie: Abgasanlage, Federn, Ventil

- Off-Shore-Technik: Gehäseteile, Rohrleitungen

- Medizin: Implantate, Befestigungselemente, Herklappen

- Sport, Freizeit: Kletter, treckingzubehör, Fahrräder

- hohe Festigkeit

- hohe Zähigkeit

- hohe Korrosionsbeständigkeit in Säuren und Laugen, Oxidationsbeständig bis 1200°C

- hohe Warmfestigkeit

- gute Tieftemperatureigenschaften

- Nachteil: hohe Dichte

- einige Legierungen: mag. Eigenschaften, elek. Eigenschaften: widerstandslegierungen, Heizleiterlegierungen

- dichte: 8,9 g/cm³

- Schmelztemp.: 1453°C

- EModul: 210 GPa

- Zugfestigkeit: 370..7000 MPa (Legierung)

- Druchdehnung: 2... 60% (Legierung)

- kfz-Gitter bis Ts

- keine Gitterstab. Elemente notwendig

- niedriger Diffgeschw.

- hohe Festigkeit im HT- Bereich durch Leg. besonders bei Teilchenhärtung

- hohe Cr, AL Gehalte for Korrschutz bis sehr hohen Temp.

- relativ niedrige Ts, wird durch LE weiter herabgesenkt

- T> 1150°C Längzeitig nicht überschreitbar

- geringe Temp- Leitfähigkeit

- therm. Ausdehnungskoeff. hoch

- bis zu 15 LE mgl, summe 50%, bis 70% Ausscheidungsgehärtet

- Mk- Bildung: Fe, Cr, Co, Mo, W, Nb, Ta, Re

- Ausscheidung- Teilchenhärtung: Al, Ti, Nb, Y2O3

-Carbidbildner: Cr, Mo, W, Ta, Ti

- steigern der Korr. best.: Cr, Al, Y, Hf, Si, Pt

Beimengungen:

- O2 macht kaltbrüchig

- S kalt- und rotbrüchig

- C, Si: reduziert stark Solidustemp.

-Bor, Zirconium: korngrenzenwirksame Elemente verhindern Bildung von Carbidfilemen, nur in Spuren

- Vermeidung von Einschlüssen, Ausscheidungen, Poren

- Herstellung eines dichten, seigerungsarmen, gut verformbaren Blocks→ Vakuumschmelzen, Elektroschlackeumschmelzung

- Vermeidung von Inhomogenitäten

Freckles: dunkle Flecken, meist Carbidanreicherungen

erhöhter Anteil von Elementen die Zeitstandfestigkeit negativ beeinflussen

- begünstigt durch: hohe Umschmelzgeschw, tiefer Schmelzsumpf, starke Gasausbrüche

White Spots: helle Flecken→ legierungsarm/ Entmischung, grobkörnig, weich

- begünstigt durch: niedrige Umschmelzgeschw., flacher, kalter Sumpf, feste Teile der Elektrode

Baumringseigerungen: durch geringfügig wechselnde Erstarrungsgeschw.

- System Ni- Al

MK bildung mit Aussscheidungen von Ni3Al, bilden sich bei Erstarrung oder WB

Vorraussetzung für Festigkeitssteigerung: feine Ausscheidung, dicht verteilt

mit zunehmender Menge steigt Festigkeit, sinkt Verformbarkeit

Begrenzunf einsatztemp. Teilchenwachstum, Teilchenauflösung

harte Korngerenzen durch Carbide→ erschwertes KG-Gleiten, erhöhung Sprödbruchneigung

Kg- Verfestigung durch Spurenelemente: Zr, B, Mg

- Bildung von gamma' Ausscheidungen

- harte Teilchen an KG aussscheiden

- Gusseigerungen reduzieren, LE homogen verteilen

- be Knetlegierungen Korngröße durch Rekristallisation einstellen

- innere Hohlräume beseitigen bei überlagertem Druck

T> 1000°C, Hochvakkum oder Schutzgas, Abkühlung durch Gasspülung

- unterschiedliche Behandlung entsprechend LEzusammensetzung

- teilweise mehrstufiges Lösungsglühen

- teilweise zweistufige Aushärtung

- Triebwerk: Verdichterscheiben, Turbinenscheiben,- räder,  Brennkammer

meist verwendet IN 718

- fehlen von GroßwinkelKg

-kohärente oder inkohärente Härtungsphasen

- Kleinwinkelkorngrenzen

- in geringen Umfang: Carbide, Eutektika, Porosität

Eigenschaften: höchste Zeitstandfestigkeit, Thermoermüdung, Oxidationsbeständigkeit, Temp bis 1100°C

- wichtigeste Werkstoffgruppe

- vor allem Maschienen und Anlagenbau

- Verfügbarkeit: Vorlage in Form von Eisenerz

- relativ hohe Festigkeit kombiniert mit hoher Zähigkeit

- Anwendungsfelder weit gefächert: Energieversorgung, Verkehrswesen, chem. Industrie, Bauwesen, Werkzeuge usw.

Stahl: Massenanteil Fe größer als aller anderen Elemente, C- Gehalt < 2masse%

Gusseisen: Eisenbasisleg mit C- Gehalt > 2 masse%