Eisen Nichteisen

Kennzeichnung liefert keine direkte Info über Zusammensetzung/Eigenschaft

- allgemeine Form X.XXXX

- erster Platz X = 1 für Stahl

- zweiter/dritter Platz für Stahlgruppe

z.B. unlegiert: 00 u. 90 Grundstähle, 01-07 und 91-97 für Qüalitätsstähle, 10-19 Edelstähle,

  legiert: 08 u.09 98 u.99 Qualitätsstähle, 20-29 Werkzeugstähle, usw.

- vierte und fünfte Position geg. (XX)  Zählnummern

-z.B. 1.4435  1 = Stahl, 44 = Stahlgruppe legierter Stahl, chem. beständig, 35 = Zählnummer für X2CrNiMo 18-14-3

Eisenbegleiter:

nicht metallisch: P, S, N, O, H, (C)

metallisch: Si, Mn, Al aber auch Cu, Ni, Cr, bis 0,2%

einschlüsse: oxidisch, sulfidisch, silikatische Verbindeungen

- nicht bewusst hinzugesetz = Verunreinigungen

- wirken sich bei gleichem C- Gehalt unterschiedlich aus

- Homogenität und Reinheit abhängig von:

- Art der Erschmelzung (Siemens-Martin, Elektrostahl)

- Art der Legierungszusätze

- Sonder- und Nachbehandlungsmaßnahmen (Vakuumbeh., Pfannenmet, Diffusionsglühen, Zonenumschmelzen

- begrenzte Löslichkeit→ bildet Einlagerungsmk

- bewirkt Alterungseffekt

- Versprödung , Änderung mag. Eigenschaften

- Nachweis der Alterung durch Kerbschlagbiegeversuch vgl mit künstlicher Alterung

- Maßnahmen zur Vermeidung:

Zugabe von Al Abbindung von N zu AlN bei beruhigten Stählen

Zugabe von geringen Mengen an Ti, Nb, V Abbindung zu Nitriden und Carbiden IF Stähle

- Bildung von Austauschmk

- verstärkt Alterungseffekte

- stark Seigerungsneigung: Kristallseigerung, Gasblasenseigerung, Blockseigerungen, mit H2 Flockenriss in Seigerungszone

- Vermeidung von Seigerungserscheinungen: Legierungskontrolle, Diffusionsglühen, Normalglühen

- normalerweise nicht löslich in Alphaeisen

- bildet niedrigschmelzendes Eisensulfid (1200^C)

- Rot- und Heißbrüchigkeit

- insgesamt stärkere Seigerungsneigung (Block- oder Blasenseigerung)

- metallographisch Nachweisbar über Baumann-Abdruck (entsteht ein bräunlischer Niederschlag)

- Vermeidung von Heiß- und Rotbrüchigkeit:

Legierungskontrolle, S-Gehalt einschränken Abbinden mit Ca, Mn

Sulfidformkontrolle beim Einschmelzen

beruhigtes Vergießen

-

- kann durch Schmelzen, Schweißen, Beizen beim galvanisieren aufgenommen werden

- zunächst keine Unmittelbare Gefügeänderung→Einlagerungsmk

- Problem: Rekombination mit molekularem H2 zu Gitterdefekten

- Flockenrisse,  Beizblasen, verzögerter sprödbruch

- Vermeidung von Flocken:

-keine Feuchtigkeit beim Umgang mit Stahlschmelze, langsames Abkühlen gegossener, gewalzter, geschmiedeter Teile

- Vakuumguss

- Wiederverschweißen der Flocken durch Warmumformung

- Vermeidung von Beizblasen

- Zugabe von Sparbeize zum Beismittel

- Vermeidung Wasserstoffverspödung beim Galvanisieren

- Verwendung spez. Elektrolyte

- Wasserstoffarmglühen, mehrere Std. bei 200- 300°C

- 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