Kein Folientitel - Lehrstuhl Metallische Werkstoffe

Transcription

Eisenwerkstoffe
• Stabiles und metastabiles Fe-C-Diagramm
• Stähle
Einteilung - Anwendung - Wärmebehandlung
• Gußeisen
Einteilung - Anwendung - Wärmebehandlung
• Randschichtbehandlungen
Thermisch - Chemisch - Mechanisch
Ernst Fleischmann, Metallische Werkstoffe
120
Metallische Halbzeuge
Eisen
• Ordnungszahl
• Raumgitter (RT)
26
kubisch-raumzentriert
• Dichte
7,9 g/cm³ (bei RT)
• Schmelzpunkt
1536 ºC
• Siedepunkt
2750 ºC (bei 1,013 bar)
• Spezifische Schmelzwärme
276 kJ/kg (bei 1,013 bar)
• Spezifische Wärmekapazität
450 J/kg*k (bei RT)
• Wärmeleitfähigkeit
74,5 W/m*K (bei RT)
T[°C]
K-1
(Cr-Stähle)
• Hauptfundorte: USA, UdSSR, Schweden
• Eisen besitzt eine graumetallische Farbe
• 1kg reines Eisen (99,5%) kostet ~ 2 €
• 1kg Chrom-Nickel-Stahl kostet ~ 4 €
• 1kg warmgewalzter Stahl kostet ~ 1 €
Fe
Krz δ-Fe
1392
Kfz γ-Fe
10-1610-6
Symbol
1536
911
Krz α-Fe
• Wärmeausdehnungskoeffizient 1310-6 K-1 (bei RT)
26
121
55,847
2; 3
Fe-Gitterplatz
Möglicher Zwischengitterplatz für Kohlenstoff
Reines Eisen kommt selten
zur Anwendung. Meist EisenKohlenstoff Legierungen:
Stahl oder Gusseisen
Weltweit größten Stahlhersteller
1 kg  1 €
122
Preisentwicklung
123
Rohstahlproduktion weltweit
Im Jahr 2012 erreichte die
Weltrohstahlproduktion mit
1548 Mio. t einen neuen
Höchststand. Verantwortlich
dafür war wiederum vor
allem China, das 46 % der
Welt produziert. In Asien,
Nordamerika, im Nahen
Osten und im übrigen
Europa gab es Zuwachsraten
gegenüber dem Vorjahr. In
den übrigen Regionen der
Welt wurde weniger Stahl als
im Jahr 2011 geschmolzen. In
der EU-27 wurden 10,9 % der
Weltrohstahlproduktion
erzeugt. Japan, USA, Indien
und Russland folgen auf den
Rängen.
124
Entwicklung der
Rohstahlerzeugung
Deutschland importierte im Jahr
2012 37,5 Mio. t Stahlprodukte
und exportiert 39,3 Mio. t
( ca. 1,5 Mrd. € Überschuss).
Zum Vergleich: Kfz und Kfz-Teile
(Jahr 2004):
Überschuss ~ 75 Mrd. €
125
Eisen-Kohlenstoff-Diagramm
metastabiles System
Fe-Fe3C
Stabiles System Fe-C
0,02% C-Löslichkeit im
Ferrit bei 723°C
< 0,001% C-Löslichkeit
im Ferrit bei RT
126
Das Eisen - Kohlenstoff
Reineisen – Diagramm:
20 μm
127
Untereutektoider Stahl
Das Eisen - Kohlenstoff – Diagramm:
(ferritisch - perlitisch)
20 μm
128
Stahl (perlitisch)
Das Eutektoider
Eisen - Kohlenstoff
– Diagramm:
20 μm
129
Übereutektoider Stahl
Das Eisen - Kohlenstoff – Diagramm:
(Perlit + Korngrenzenzemetit)
50 μm
130
Das
Eisen - Kohlenstoff
– Diagramm:
Grauguss
mit lamellaren
Graphit
100 μm
131
Das Eisen
- Kohlenstoff – Diagramm:
Ledeburiteutektikum
100 μm
132
Einteilung der Eisenwerkstoffe
• Eisenwerkstoff: Eisengehalt am höchsten
• Stahl: cC < 2 Masse% (schmiedbar)
• Gusseisen: 2%< cC < 4,3% (für techn.
Gusseisen, nicht schmiedbar)
• Unlegierter Stahl Si < 0.5 %, Mn < 0.8 %,
Al und Ti < 0.1 % und Cu < 0.25 %.
• Niedriglegierter Stahl: Gesamtlegierungsgehalt < 5 %.
• Hochlegierter Stahl: Gesamtlegierungsgehalt > 5 %.
• Edelstahl (legiert oder unlegiert):
Begrenzter Gehalt an nichtmetallischen
Einschlüssen und unerwünschten
Begleitelementen, z.B. P und S < 0.035 %.
133
Gefügebestandteile des
Eisen-Kohlenstoff-Diagramms
134
Ausschnitte aus dem Eisen-Kohlenstoff-Diagramm:
Vorgänge beim Abkühlen
Beispiel: Fe mit 0,6% C (untereutektoider Stahl)
Temperaturintervall 1:
Li (ca. 1490°C): Ausscheidung von γ-Mk aus der Schmelze C-Gehalt erstarrter γ-Mk ändert
sich von Pkt. 1  Pkt. 2.
So (ca. 1410°C): Die Erstarrung ist beendet.
Im Einphasenfeld der γ-Mk ändert
sich deren Konzentration nicht.
Pkt. 3 (ca. 760°C): Unterschreitung der Löslichkeitsgrenze GS. Aus den kfz γ-Mk scheiden
sich an den KG krz α-Mk mit der Zusammensetzung von Pkt. 4 aus. Der CGehalt der restlichen γ-Mk steigt bei weiterer Abkühlung bis auf 0,8 % (Pkt.
S: 723°C).
Bei Pkt. 5 besteht die Legierung aus:
m 0,8  0,6

 100%  25,6% Ferrit ( saum)
m 0,8  0,02
m
 100%  25,6%  74,4% Austenit
m
Pkt 6: Der restliche γ-Mk zerfällt unterhalb
von 723°C in Perlit.
135
Ausschnitte aus dem Eisen-Kohlenstoff-Diagramm:
Vorgänge beim Abkühlen
Beispiel: Fe mit 3% C (weißes Gusseisen, metastabiles System)
Li (ca. 1300°C): Ausscheidung von γ-Mk aus der Schmelze. C-Gehalt erster erstarrter
γ-Mk bei Pkt. 2. Zusammensetzung weiterer ausgeschiedener γ-Mk ändert sich entlang
So. Die Restschmelze reichert sich dabei an C an. Bei Pkt. 3 besteht die Legierung aus
58% Austenit mit 2,06% C und 42% Restschmelze mit 4,3% C.
In Pkt. 4 zerfällt die Restschmelze an Punkt C (Eutektikum) eutektisch zu Ledeburit:
SC γ2,06%C + Fe3C. Während weiterer Abkühlung scheidet sich sowohl aus den
primären γ-Mk als auch aus dem Austenit des Ledeburits entlang der Linie A Ccm
Sekundärzementit aus (häufig als Schalenzementit, bei beschleunigter Abkühlung auch
nadelförmig in den primären γ-Mk ).
In Pkt. 5 erfolgt eutektoidischer Zerfall der γ-Mk zu Perlit. Bei RT besteht das Gefüge
aus Perlit (= Ferrit + Zementit (Fe3C)) und Ledeburit (=Perlit + Zementit)
136
Wirkungsweise der Legierungselemente
im Stahl
Austenitbildner
(eingeengtes α-Gebiet)
Merke: Ni, C, Co, Mn, N
Ferritbildner
(eingeengtes γ-Gebiet,
γ-Einschnürer)
Merke:
Cr, Al, Ti, Ta, Si, Mo, V, W
137
Übersicht: Einfluß der Legierungselemente auf
die Eigenschaften des Stahls
Remanenz
el. Leistungsverlust
Koerzitivkraft
Permeabilität
Hysteresis
Nitrierbarkeit
Rostbeständigkeit
Karbidbildung
Verschleißfestigkeit
Schmiedbarkeit
Zerspanbarkeit
Verzunderung
Abkühlgeschwindigkeit
Magnet.Eigensch.
Warmfestigkeit
Kerbschlagzähigkeit
Elastizität
Einschnürung
Streckgrenze
Dehnung
Festigkeit
Legierungselement
Härte
Mechanische Eigenschaften
Si
perlit.
Mn In
Stählen
austenit.
Mn In
Stählen
Cr
perlit.
Ni In
Stählen
austenit.
Ni In
Stählen
Al
W
V
Co
Mo
Cu
S
P
 Erhöhung
 Erniedrigung
~ gleichbleibend
- nicht charakteristisch oder unbekannt
138
Mehrere Pfeile = verstärkte Wirkung
im Stahl (alphabetisch)
Al
Oxid- und Nitridbildner  Einsatz als wichtigstes Desoxidationsmittel, Denitrierungsmittel, wirkt Alterung
entgegen,  in Nitrierstählen (Bildung von Nitriden hoher Härte), in geringen Mengen kornfeinend, wirkt
stark  -einschnürend (ferritbildend), erhöht Zunderbeständigkeit  in ferritischen hitzebeständigen Stählen,
durch „Alitieren“ (Einbringen von Al in Oberfläche) läßt sich Zunderbeständigkeit von C-Stählen erhöhen,
wegen Erhöhung der Koerzitivkraft  in Fe-Al-Ni-Co-Dauermagneten
As
Stahlschädling (starke Seigerungsneigung, erhöht Anlaßsprödigkeit, setzt Zähigkeit stark herab, beeintächtigt
in hohem Maße die Schweißbarkeit)
B
hoher Wirkungsquerschnitt für Neutronen-Absorption  in Stählen für Regler und Abschirmungen von
AKWs, erhöht über Mischkristallhärtung Streckgrenze und (Warm-) Festigkeit von austenitischen Cr-NiStählen, setzt Korrosionsbeständigkeit herab, verbessert Durchhärtung in Baustählen und führt damit zu
höherer Kernfestigkeit, beeinträchtigt Schweißbarkeit
Be
Ni-Be-Legierungen sind hart und korrosionsbeständig  Verwendung in chirurg. Instrumenten, starker γEinschnürer, mit Be Ausscheidungshärtung möglich, wobei Zähigkeit , wirkt stark desoxidierend, hohe
Affinität zu S, toxisch
C
wichtigstes und einflußreichstes Legierungselement im Stahl, gelangt wie Si, Mn, P, S bei der Herstellung in
den Stahl und muß anschließend weitgehend wieder entfernt werden. Mit zunehmendem C-Gehalt steigen
Festigkeit und Härtbarkeit des Stahls an, während Dehnung, Schmiedbarkeit, Schweißbarkeit und
spanabhebende Bearbeitkeit abnehmen. Der Korrosionswiderstand gegen Wasser, Säuren und heißen Gasen
wird durch C praktisch nicht beeinflußt. C ist γ-Erweiterer.
139
im Stahl
Co
hemmt Kornwachstum bei hohen T, verbessert stark Anlaßbeständigkeit und Warmfestigkeit,  in Schnell- und
Warmarbeitsstählen sowie in warm- und hochwarmfesten Stählen, begünstigt Graphitbildung, erhöht Remanenz,
Koerzitivkraft und Wärmeleitfähigkeit  Dauermagnete, bildet unter Neutronenbestrahlung das stark radioaktive
Co60  in Stählen für Atomreaktoren unerwünscht.
Cr
macht Stahl öl- bzw. lufthärtbar, durch Herabsetzen von vkrit. für die Martensitbildung erhöht es die Härtbarkeit und
damit die Vergütbarkeit  in Vergütungsstählen, verringert Kerbschlagzähigkeit, setzt Dehnung wenig herab,
Schweißbarkeit nimmt bei reinen Cr-Stählen mit zunehmendem Cr-Gehalt ab, Zugfestigkeit steigt um 80-100 N/mm²
je % Cr. Cr ist Karbidbildner, Karbide steigern Schnitthaltigkeit und Verschleißfestigkeit  in Arbeitsstählen. Cr
begünstigt Warmfestigkeit ( warm- und hochwarmfeste Stähle) und Druckwasserstoffbeständigkeit. Steigender CrGehalt begünstigt Zunderbeständigkeit ( zunderfeste Stähle), ab 13 % Cr gelten Stähle als dauerhaft
korrosionsbeständig. Cr schnürt den γ-Bereich ein (γ-loop in Fe-Cr, damit ferriterweiternd), stabilisiert jedoch den
Austenit in Cr-Mn- und Cr-Ni- Stählen, verringert Wärme- und elektrische Leitfähigkeit, senkt Wärmeausdehnung 
Legierungen für Glaseinschmelzungen.
Cu
selten als Legierungselement, da Anreicherung unter Zunderschicht und Eindringen über Korngrenzen, verursacht
Oberflächenempfindlichkeit bei Warmverformungsprozessen: i.d.R. Stahlschädling, erhöht witterungsbeständigkeit
un- und niedriglegierter Stähle, in säurefesten hochlegierten Stählen bewirkt ein Cu-Gehalt von > 1% verbesserte
Beständigkeit gegen Schwefelsäure und Salzsäure, in GE ca. 0,5 % Cu: verschiebt Perlitnasen zu (Kurbelwellen).
H
Stahlschädling, Versprödung ohne Festigkeitssteigerung, Flockenbildung, beim Beizen entstehender atomarer
Wasserstoff dringt unter Blasenbildung in den Stahl ein. Feuchter Wasserstoff entkohlt bei höheren Temperaturen.
Mg
begünstigt in Gußeisen die kugelige Graphitausbildung
140
im Stahl
Mn
desoxidiert. Bindet Schwefel als MnS, verringert dadurch den ungünstigen Einfluß des Eisen-Sulfides 
besonders wichtig in Automatenstählen, verringert Rotbruchgefahr. Mn senkt v krit und erhöht damit die Härtbarkeit,
EHT wird stark erhöht, Rm und Rp werden erhöht, Mn wirkt sich günstig auf Schmiedbarkeit und Schweißbarkeit
aus. Mn>4% führt auch bei langsamer Abkühlung zu sprödem martensit. Gefüge Mn>12% , bei gleichzeitig hohem
C-Gehalt austenitisch (Mn erweitert γ -Bereich erheblich) bei schlagender Beanspruchung Kaltverfestigung an
Oberfläche bei zähem Kern  Mn-Hartstähle (Gefängnisgitter, Schauvorlesung) Mn > 18% auch nach starker
Verformung nicht magnetisierbar, Sonderstähle für Tieftemperatur-Beanspruchung Durch Mn erhöht sich der
Wärmeausdehnungskoeffizient, während Wärme- und elektrische Leitfähigkeit sinken.
Mo
meist zusammen mit anderen Elementen legiert, durch Absenken von v krit verbesserte Härtbarkeit, verringert
Anlaßsprödigkeit (z.B. in Cr-Ni- und Mn- Stählen), fördert Feinkornbildung, wirkt sich günstig auf die
Schweißbarkeit aus. Erhöhung von Rp und Rm, bei hohem Mo-Gehalt erschwerte Schmiedbarkeit, starker
Karbidbildner, Schneideigenschaften bei  Schnellarbeitsstählen deutlich verbessert, erhöht
Korrosionsbeständigkeit  in hochleg. Cr- und Cr-Ni- Stählen, hohe Mo-Gehalte senken Lochfraßanfälligkeit,
starke Einengung des γ -Bereichs, Erhöhung der Warmfestigkeit  Warmarbeitsstähle, verringert
Zunderbeständigkeit, bildet festhaftenden Zunder (Werkstofftrennung bei Warmwalzen)
N
Stahlschädling: Verminderung der Zähigkeit durch Ausscheidungsvorgänge, Alterungsempfindlichkeit,
Blausprödigkeit (300-350°C), Auslösung interkristalliner Spannungsrißkorrosion in un- und niedriglegierten
Stählen. Legierungselement: Erweitert γ-Gebiet (stabilisiert Austenit), erhöht in austenitischen Stählen Rp und Rm,
verbessert mechanische Eigenschaften in der Wärme; durch Nitridbildung läßt sich beim Nitrieren hohe
Oberflächenhärte erzeugen
141
im Stahl
Nb,Ta fast immer zusammen, da schwer zu trennen, sehr starke Karbidbildner,  Verwendung als Stabilisatoren in
chemisch beständigen Stählen, kornfeinend, Ferritbildner (verringern γ-Bereich). Nb: Erhöhung von
Warmfestigkeit und Zeitstandfestigkeit  in hochwarmfesten austenitischen Kesselblechen. Ta: Hoher
Absorptionsquerschnitt für Neutronen  für AKW-Stähle nur Ta-armes Nb.
Ni
bei Baustählen Erhöhung der Kerbschlagzähigkeit, auch bei tiefen Temperaturen zur Erhöhung der Zähigkeit in
Einsatz-, Vergütungs-, und kaltzähen Stählen. Ni senkt Umwandlungspunkte A1-A4, erweitert stark das γ- Gebiet,
bei cNi >7% auch unterhalb RT austenitisch. Einige % Ni führt zu nur korrosionsträgen Stähle, in austenititischen
CrNi-Stählen Erhöhung der chemischen Beständigkeit gegen reduzierende Chemikalien (keine additive Wirkung
mit Cr, Korrosionsbeständigkeit durch Cr!). Austenitische Stähle: Bei T > 600°C erhöhte Warmfestigkeit
(Rekristallisationstemperatur hoch), unmagnetisch (einfaches Unterscheidungskriterium), verminderte elektrischeund Wärmeleitfähigkeit. Hohe Ni-Gehalte: Stähle mit speziellen physikalischen Eigenschaften: geringe
Temperaturausdehnung (auch negativ möglich)  Invar Legierungen (FeNi36).
O
Stahlschädling, mechan. Eigenschaften, insbes. Kerbschlagzähigkeit, werden verringert, Neigung zu
Alterungssprödigkeit, Rotbruch, Holzfaserbruch und Schieferbruch werden verstärkt.
P
meist Stahlschädling, da Primärseigerung bei Erstarrung und Sekundärseigerung durch starke Abschnürung des γGebietes, da geringe Diffusionsgeschw. In α- und γ-Fe sind Seigerungen schwer zu beheben  Begrenzung des PGehalts in Stählen meist auf 0,03-0,05 %, P erhöht schon in geringen Mengen die Neigung zur Anlassversprödung
sowie die Empfindlichkeit gegen schlagartige Beanspruchung (Sprödbruchneigung). In niedrig leg. Baustählen mit
C  0,1 % erhöht P die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit gegen atmosphärische Einflüsse (unterstützt von
Cu), in austenitischen CrNi-Stählen sind durch Zugabe geringer Mengen P Streckgrenzenerhöhung und
Ausscheidungseffekte möglich.
142
im Stahl
Pb
bewirkt durch feine suspensionsartige Verteilung in Gehalten von 0,2 - 0,5 % kurzbrüchigen Span und saubere
Schnittflächen, bessere Bearbeitungseigenschaften  in Automatenstählen, die mechanischen Eigenschaften der
Stähle werden durch die angegebenen Pb-Gehalte praktisch nicht beeinflusst.
S
bewirkt stärkste Seigerungen, bildet niedrigschmelzende Eutektika (Fe-FeS) auf KG, welche die Körner netzartig
umschließen, Aufbruch von KG bei Warmverformung (verstärkt durch O 2), Rotbruch und Heißbruchgefahr, verstärkt
Schweißrißanfälligkeit, Abhilfe: Abbinden als MnS (punktförmig verteilt, gut verformbar, höhere Schmelztemperatur). Als Legierungselement in Automatenstählen mit bis zu 0,4% zur Verbesserung der Bearbeitungseigenschaften zugegeben (Schmierwirkung auf Werkzeugschneide vermindert Reibung, erhöht Standzeit, kurzer Span).
Sb
Stahlschädling, verringert Zähigkeitseigenschaften, schnürt γ-Gebiet ab. Als Legierungselement  in
Automatenstählen bis zu 0,4 % zur Verbesserung der Bearbeitungseigenschaften zugegeben (Schmierwirkung auf
Werkzeugschneide vermindert Reibung, erhöht Standzeit, kurzer Span)
Se
Verbesserung der Bearbeitungseigenschaften wie S  in Automatenstählen, bei korrosionsfesten Stählen
Verminderung der Beständigkeit gegen S
Si
wie Mn in jedem Stahl enthalten (Erze, Ofenauskleidung), wirkt desoxidierend, begünstigt Graphitausscheidung (
in GE), engt γ-Bereich stark ein, erhöht Festigkeit und Verschleißfestigkeit ( in SiMn-Vergütungsstählen), starke
Erhöhung der Elastizitätsgrenze  in Federstählen, erhöht Zunderbeständigkeit  in hitzebeständigen Stählen,
Legierungsgehalt an Si begrenzt, da Beeinträchtigung von Warm- und Kaltverformbarkeit. Si > 0,4 %:
Siliziumstähle, bei 12 % Si Säurebeständigkeit (selten, da nur als harter, spröder Stahlguß herstellbar), Si bewirkt
Herabsetzung von elektrischer und Wärmeleitfähigkeit, Koerzitivkraft und el. Leistungsverlusten  in
Elektroblechen.
143
im Stahl
Sn
Stahlschädling, reichert sich ähnlich wie Cu unter Zunderschicht an, dringt in KG ein und führt zu Rissen und
Lotbrüchigkeit. Sn neigt zu starken Seigerungen, schnürt das γ-Gebiet ab.
Ti
große Affinität zu O, N, S, C, wirkt stark desoxidierend, denitrierend, schwefelbindend, Karbidbildner  in
korrosionsbeständigen Stählen zur Stabilisierung, wirkt kornfeinend (TiB ebenso wie HfC), schnürt γ-Gebiet stark
ein, steigert Zeitstandfestigkeit durch Bildung von Sondernitriden, neigt zu Seigerung und Zeilenbildung. Führt in
hohen Gehalten zu Ausscheidungsvorgängen, erhöht Koerzitivkraft  in Dauermagneten.
V
starker Karbidbildner (sehr harte Karbide), Erhöhung von Verschleißwiderstand, Schneidhaltigkeit und
Warmfestigkeit verbessert Anlaßbeständigkeit, vermindert Überhitzungsempfindlichkeit  in Schnellarbeits-,
Warmarbeits- und warmfesten Stählen; wirkt kornfeinend, hemmt Lufthärtung  begünstigt Schweißbarkeit von
Vergütungsstählen; erhöht Beständigkeit gegen Druckwasserstiff, engt γ-Gebiet ein, verschiebt Curie-Punkt zu
höheren Temperaturen.
W
starker Karbidbildner (sehr harte Karbide), verbessert Zähigkeit, behindert Kornwachstum, erhöht Warmfestigkeit
und Anlaßbeständigkeit sowie Verschleißbeständigkeit bei erhöhter Temperatur (Rotglut), erhöht Schneidfähigkeit 
in Schnellarbeits-,Warmarbeits- und warmfesten Stählen und zur Erzielung höchster Härte; engt γ-Gebiet ein,
Steigerung der Koerzitivkraft  in Dauermagneten, beeinträchtigt Zunderbeständigkeit, hohes spezifisches Gewicht.
Zr
Karbidbildner, zur Desoxidation, Denitrierung, Entschwefelung, hinterläßt wenig Desoxidationsprodukte, übt
günstigen Einfluß auf Sulfidbildung aus, vermindert Rotbruchgefahr  in völlig beruhigten Automatenstählen,
erhöht Lebensdauer von Heizleiterwerkstoffen, bewirkt Einengung des γ-Gebietes.
144
Merkregeln/Eselsbrücken:
• "Niccoman macht gamma an" (Ni, C, Co, Mn, N  Austenitbildner)
• "Craltitasimovw" (Cr, Al, Ti, Ta, Si, Mo, V, W  Ferritbildner)
Bezeichnung niedriglegierte Stähle:
• "Mit 100 PS nach Canstatt" (Faktor 100 für C, N, P, S)
• "Alcumotativ" (Faktor 10 für Al, Cu, Mo, Ta, Ti, V)
• "Chrom connte man nicht sicher wahrnehmen" oder: "Man sieht nie 4 weiße
Crocodile" (Faktor 4 für Cr, Co, Mn, Ni, Si, W)
Beispiel: 17CrNi6-6  0,17% C + 1,5% Cr + 1,5% Ni
Reihenfolge der Häufigkeit von Elementen in der Erdkruste: Osialfe nakampfMg
145
Änderung physikalischer Eigenschaften mit
der Temperatur
therm.
Ausdehnungskoeff.[10-6/K]
E-Modul Dichte
[GPa]
[g/cm3]
200
8,0
Temperaturleitfähigkeit
[mm2/s]
20
6,0
Dichte
180
7,8
160
7,6
140
120
19
E-Modul
therm.
Ausdehnungskoeffizient
7,4
5,5
18
5,0
17
Temperaturleitfähigkeit
4,5
16
7,2
100
0
200
400
600 T [°C]
1000
für Reineisen
Werte bei RT für verschiedene Stähle:
146
Änderung von Werkstoffeigenschaften
mit der Temperatur
Änderungen von RT auf 700°C bei dem
Werkstoff 42 Cr Mo 4 (1.7225):
δ
12,8
1392°C
220
γ
200
12,4
180
911°C
12,0
160
E-Modul [GPa]
Atomvolumen Ω [10-30 m3]
1536°C
Zugfestigkeit Rm von 1600 auf 800 MPa
Streckgrenze Rp0,2 von 1470 auf 700 MPa
Bruchdehnung A von 8 auf 13%
140
11,6
120
11,2
-200
200
600
1000
Temperatur [°C]
1400
0
147
100 200 300 400 500 600 700
Temperatur [°C]
Tendenzen und Arten
der Karbidbildung
TmHfC = 3890°C
148
Karbidstrukturen
M6C
M23C6
149
Vorgänge bei beschleunigter
Temperaturführung:
150
Einfluß einer beschleunigter Abkühlung
Das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm ist ein Gleichgewichtsdiagramm. Die Bildung der Gefügebestandteile
laut Phasendiagramm erfordert ausreichend lange Zeiten für Diffusionsvorgänge. Es gilt daher streng
genommen nur für unendlich lange Abkühlzeiten.
Mit zunehmender Abkühlgeschwindigkeit werden Diffusionsvorgänge erschwert. Umwandlungen
laufen bei niedrigeren Temperaturen ab und es entstehen andere Gefüge als im Phasendiagramm dargestellt.
151
Gefügebestandteile von Eisen-KohlenstoffLegierungen nach beschleunigter Abkühlung
Martensit
Bainit
Perlitstufe
Perlit (180 HV)
Sorbit (250HV)
Troostit (400 HV)
50 µm
Troostitrosetten (dunkel), Martensit (hell)
obere Zwischenstufe
Nadeliger Martensit
untere Zwischenstufe
Massiver Martensit
152
Mechanismen der Umwandlung
Diffusionsgesteuerte Umwandlungsprozesse:
Perlitstufe:
γ
Diffusionsweg
x  D t
C
Perlit
Abstand der Fe3C-Lamellen
verringert sich mit steigender
Abkühlgeschwindigkeit bis bei
extrem verringerten Diffusionswegen
sehr feine globulitische Fe3CAusscheidungen entstehen.
Sorbit
Troostit
Zwischenstufe:
(Bainit)
d(Fe3C)
:
d(α-Fe)
= 1:7
obere Zwischenstufe
(nadelig)
untere Zwischenstufe
(globulitisch)
untere
Zwischenstufe an
55Cr3
sehr feine
Karbidausscheidungen
Fe3C (wenige nm bis 100 nm)
153
Umwandlung in der Martensitstufe
Hohe Abschreckgeschwindigkeit  diffusionsloser
Umklappvorgang (Schiebungsumwandlung)
Tetragonal verzerrtes Gitter hoher
Spannungszustand  Glashärte  Anlassen
Austenitgitter
Martensitgitter
o Fe
• C
Lattenmartensit
Niedrig leg. Stahl
C=0,17%; 1200°C/H2O
154
Plattenmartensit mit RA
überkohlter Rand eines
Einsatzstahls1100°C/H2O
ε-Martensit
Entkohlter Rand eines
X120Mn12
Einfluß des Kohlenstoffgehalts auf die
Martensitbildung (Härten von Stahl)
Ms und Mf-Temperatur
Abkühlgeschw.
155
Restaustenitgehalt
Vorgänge bei beschleunigter
Temperaturführung:
Rasche Erwärmung
Rasche Abkühlung
EKS
ZeitTemperaturAustenitisierungsDiagramme
ZeitTemperaturUmwandlungsDiagramme
ZTA
ZTU
156
Zeit – Die 3. Dimension
Thermodynamik vs. Kinetik
Entstehung von ZTU-Diagrammen
Δt ~ v-1
157
ZTU-Diagramme
ZTU-Schaubild eines untereutektoiden Stahls mit 0,45% C
Isotherm
Kontinuierlich
158
Gefügebestandteile nach unterschiedlicher
Abkühlung anhand des ZTU-Diagramms
Abkühlverlauf 1
(z.B. Luftabkühlung)
Kontinuierliches ZTU für
einen Stahl mit 0,45 %C
60% Ferrit (weiß), 40%Perlit
Abkühlverlauf 2
(z.B.Ölabkühlung)
3%Ferrit, 70%Perlit,
17%Zwischenstufe
Abkühlverlauf 3
(z.B. Wasserabkühlung)
98% Martensit mit
2% Zwischenstufengefüge
159
Einfluß der Legierungselemente auf das
Umwandlungsverhalten dargestellt an
isothermen ZTU-Diagrammen
a) unlegierter Stahl
b) niedrig legierter Stahl meist großer Existenzbereich des Zwischenstufengefüges
c) hoch legierter Stahl (Trennung der Perlitstufe von der Zwischenstufe durch
Karbidbildner (Cr, Mo, V, W))
160
Umwandlungen in der Perlit- und
Zwischenstufe
1: Perlitisieren
Ziel: gut zerspanbares perlitisches Gefüge, zäh
2: Patentieren
Ziel: feinstreifiges sorbitisch-troostitisches
Gefüge mit sehr guter Kaltverformbarkeit für die
Herstellung von Drähten (Rm bis  3000 MPa).
Die unterschiedlichen Abkühlbedingungen
zwischen Rand und Kern werden durch die
Seigerung der Legierungselemente über den
Querschnitt kompensiert.
3. Zwischenstufenvergüten
Ziel: Zwischenstufengefüge mit herausragenden
mechanischen Eigenschaften; Abbau der
Spannungen im gut verformbaren Austenit,
daher besonders für rißempfindliche Stähle
geeignet, geringer Verzug, keine
Anlaßversprödung
161
Härten von Stahl
Härtetemperaturen in Abhängigkeit vom C-Gehalt
162
Härtbarkeit = Aufhärtbarkeit + Einhärtbarkeit
Maximal erreichbare
Härte, im wesentlichen
Abhängig vom C-Gehalt
Maximale Einhärtetiefe (EHT), im wesentlichen
abhängig von Legierungselementen
≈ 1200
HV
≈ 800
≈ 250
163
Prüfung der Härtbarkeit: JominyVersuch (DIN 50 191)
Typischer Verlauf
von StirnabschreckHärtekurven
Jominy-Versuchsaufbau
164
Wasser-, Öl-, und Lufthärter
Abkühlverläufe für unterschiedlich legierte
Stähle mit gleichem C-Gehalt (Rand und
Kern), 100 mm Durchmesser
Wasserhärter
Ölhärter
Lufthärter
165
Härten, Anlassen, Vergüten
Mehr dazu (Härteverzug, Anlassstufen, Gefügeveränderungen beim Vergüten) in den Vorlesungen:
• Metalle II
• Bei Wahl des Vertiefungsfachs Metalle:
Dr. Dieter Müller, Renkel-MAN, 1 SWS Vorlesung,
im SS: "Wärmebehandlung metallischer Werkstoffe"
166
Nichtrostende Stähle
167
Masseverlust in g / cm²
Entwicklungsgeschichte
nichtrostender Stähle
1912: Entdeckung V2A=Versuchsschmelze 2 Austenit, X12CrNi18-8 neu:
Werkstoffnr. 1.4301 X5CrNi18-10 andere Handelsnamen Nirosta (Krupp),
Cromargan (WMF), stainless steel (nicht zu verwechseln mit
Edelstahl mit besonderer Reinheit).
0,10
 Stahl mit mehr als 12 % Chrom bildet eine
0,08
fest haftende Deckschicht, die Passivschicht.
0,06
Entwicklung weiterer Legierungssysteme mit anderen
Elementen Ni, Mo, Cu, Si, Mn, N, Ti, Nb u.a..
0,04
0,02
0,00
0
2
Optimierung der Eigenschaften und der
Herstellungsverfahren. Heute: Eine Fülle
nichtrostender Stähle und
maßgeschneiderte Problemlösungen.
1992
4
6
8
10
12
14
16
18
168
Einteilung nichtrostender Stähle
1.4301
1.4016
X5CrNi18-10
austenitisch
1.4313
ferritisch
1.4462
X3CrNiMo13-4
X2CrNiMoN22-5-3
martensitisch
X6Cr17
169
ferritisch-austenitisch
Gefügeschaubild nach Strauss und Maurer für
Chrom-Nickel-Stähle mit etwa 0,2 % Kohlenstoff
28
Nickelgehalt [wt.%]
24
20
Austenit
16
X5CrNi 18-10
(V2A: X12CrNi 18-8)
12
Austenit Ferrit
8
4
0
Ferrit
- Perlit
0
2
Martensit - Ferrit
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
Chromgehalt [wt.%]
170
Schaeffler-Diagramm
Nickel-Äquivalent:
%Ni + 0,5 • %Mn + 30 • (%C + %N)
30
Austenit
24
% Ferrit: 0
5
18
20
Austenit
+
Martensit
12
40
Austenit +
Ferrit
Martensit
6
0
10
X5CrNi 18-10
V2A
Ferrit +
Martensit
0
6
80
100
A
+M
Martensit +F
+ Ferrit
12
18
24
30
36
42
Chrom-Äquivalent: %Cr + 1,5 • %Si + 0,5 • %Nb + 2,0 • %Ti + 1,4 • %Mo
171
Korrosionsbeständigkeit
Relation von Korrosionsbeständigkeit
und Festigkeit der verschiedenen Sorten
Superferritische
Stähle
Austenitische
Stähle
Ferritischaustenitische
Stähle
Nickelmartensitische
Stähle
Martensitische
Stähle
Ferritische Stähle
Festigkeit
172
Übersicht über nichtrostende
ferritische Stähle
Grundtyp
Typische Stähle
nach Norm
EN 10088; SEW 400
Anwendung
Anwendungsbereiche bzw.
-komponenten
11-13 % Chrom
1.4003
1.4512
16-18 % Chrom
1.4016
1.4509
1.4520
Schienen- und Straßenfahrzeuge
Maschinen- und Anlagenbau
Agrartechnik
Haushalt
Abgasanlagen / Gasturbine
Containerbau
16-18 % Chrom
+1–2,5 % Molybdän
1.4521
1.4113
Wärmetauscher
Automobilindustrie
28 % Chrom
+4 % Molybdän
+ (Ni)
(Superferrite)
1.4575
1.4592
Handhabung hochkonzentrierter
Schwefelsäure
173
austenitische Stähle
Grundtyp
Typische Stähle
nach Norm
EN 10088; SEW 400
Anwendung
-komponenten
18 % Chrom
8-10 % Nickel
1.4301
1.4306
1.4541
17 % Chrom
12-14 % Nickel
2 % Molybdän
1.4401
1.4435
1.4571
Chemische Industrie
Haushalt
Nahrungsmittelindustrie
Apparate- und Behälterbau
Rohrleitungen
Sonderstähle:
bis 25 % Chrom
bis 20 % Nickel
bis 7 % Molybdän
bis 0,50 %
Stickstoff
(Kupfer)
1.4565
1.4562
1.4529
1.4563
Umwelttechnik
Rauchgasentschwefelung
Wasseraufbereitung
Schmuck,
Schwimmbadarmaturen
Offshoretechnik
Meerestechnik /
Meerwasserentsalzung
Bauwesen / Architektur
Rohrleitungen
174
ferritisch-austenitische Stähle
Grundtyp
Typische Stähle
nach Norm
EN 10088; SEW 400
23 % Chrom
4 % Nickel
1.4362
22 % Chrom
5 % Nickel
3 % Molybdän
Stickstoff
1.4462
25 % Chrom
7 % Nickel
4 % Molybdän
Stickstoff
(Cu, W)
1.4501
1.4507
175
Anwendung
-komponenten
Chemische Industrie
Onshore- / Offshoretechnik
Chemikalientankerbau
Meerestechnik /
Meerwasserentsalzung
Behälter
Apparate
Rohrleitungen
martensitische Stähle
Grundtyp
Kohlenstoff-martensitische
Stähle
bis 0,50 % Kohlenstoff
13 % Chrom
bis 0,50 % Kohlenstoff
17 % Chrom
1 % Molybdän
Typische Stähle
nach Norm
EN 10088; SEW 400
1.4006
1.4034
Wellen, Spindeln
Konstruktionsteile im Wasserkraftwerksbau
Bremsscheiben
Messerklingen
Chirurgische Instrumente
1.4122
1.4057
Pumpen, Verdichter
Wasserturbinen
Erdöltechnik
Kältetechnik
Nickelmartensitische Stähle
13 % Chrom
4 % Nickel
16 % Chrom
5 % Nickel + (Mo)
Aushärtbare nickelmartensitische
Stähle
13 % Chrom
4 % Nickel + Cu
Anwendung
-komponenten
1.4313
1.4418
Schrauben
Spindeln
1.4542
176
Formeln zur Berechnung von
Martensittemperaturen
Md30 = [413-462%(C+N)-9,2(% Si)-8,1(% Mn)-13,7(% Cr)-9,5(% Ni)-18,5(% Mo)]°C
 Md30 ist die Temperatur,
bei der nach 30%iger Umformung 50% Martensit gebildet wird.
Ms = [1305-1665%(C+N)-28(%Si)-33(%Mn)-42(%Cr)-61(%Ni)]°C
 Martensitpunktberechnung nach Hull und Eichelmann
177
Einfluss von Legierungszusätzen auf das
Ausscheidungsverhalten korrosionsbeständiger Stähle
Wärmezufuhr:
Hoch Chrom

-Phase (FeCr);

~ 30 - 35 % Cr

~ 15 - 25 % Cr
tetragonal
Hoch Molybdän

+ Kohlenstoff

+ Stickstoff

+ Stickstoff
+ Niob

-Phase (Fe36Cr12Mo10);
kubisch
Lavesphase (Fe2Mo)
Carbid (M23C6);
kubisch
Nitrid Cr2N;
hexagonal
z-Phase;
tetragonal
178
bis zu 45 % Mo

~ 65 % Cr

 90 % Cr

 25 % Cr
Überblick über physikalische und
mechanische Eigenschaften
Dichte
E-Modul
Wärmeausdehnungskoeffizient
(20 - 200°C)
(kg/dm3)
(N/mm2)
(10-6xK-1)
(Jxkg-1xK-1)
(mWxm)
(N/mm2)
(N/mm2)
(%)
Ferritisch
7,7
220.000
10,0
460
0,60
370
500
26
Duplex
7,8
200.000
13,0
500
0,80
620
840
30
Austenitisch
7,9
200.000
16,0
500
0,73
270
620
56
Stahlsorte
Spezif.
Wärme
Elektr.
Widerstand
bei 20°C
0,2%Dehngrenze
Zugfestigkeit
Bruchdehnung
Ferrite:
Austenite:
• Verformungsverhalten grundsätzlich ähnlich zu
Baustählen
• Niedrige Streckgrenze
• Durch fehlende Phasenumwandlung keine
Härtbarkeit
• Starke Verfestigung
• Sehr hohe Duktilität (auch bei tiefen
Temperaturen)
• Einstellung der Festigkeit nur durch
Kaltumformung möglich
• Hohe Verformungsfähigkeit
• Bei stabilisierten Ferriten hohe Verformbarkeit
179
Bruchdehnung [%]
70
1400
Zugfestigkeit
1200
Zugfestigkeit und Streckgrenze [N/mm²]
Zugfestigkeit und Streckgrenze [N/mm²]
Verfestigungsverhalten (schematisch)
der nichtrostenden Stähle
60
50
1000
Streckgrenze
800
40
600
30
400
20
Bruchdehnung
10
200
0
0
0
10
20
30 40
50 60
Verformungsgrad [%]
70
Bruchdehnung [%]
70
1200
60
1000
50
Zugfestigkeit
800
40
Streckgrenze
600
30
400
20
200
10
Bruchdehnung
0
0
Austenitische Stähle
1400
10
20
30 40
50 60
Verformungsgrad [%]
70
Ferritische Stähle
180
Kerbschlagarbeit [J]
Kerbschlagarbeit-Temperatur-Kurven
verschiedener nichtrostender Stahltypen
Chrom-Nickel-Austenit
150
Chrom-Nickel-Martensit
Chrom-Ferrit
100
50
0
-300
-200
-100
0
100
Prüftemperatur [°C]
181
200
(DVM-Proben)
Einstufung der Korrosionsbeständigkeit
nichtrostender ferritischer Stähle
182
Einstufung der Korrosionsbeständigkeit
nichtrostender austenitischer Stähle
(V4A, X5CrNiMo 17-12-2)
(V2A)
183
Chrysler Building, New York
184
Plaza Tower
Costa Mesa, Kalifornien (USA)
Werkstoff:
Edelstahl Rostfrei mit strukturgewalzter Oberfläche
(Dessin Leinen)
185
Neuer Zollhof
Hafen Düsseldorf
Architekt: Frank Gehry, USA
186
Dubai
Höchstes Gebäude der Welt (828 m)
Einweihung 04.01.2010
"Geschmückt ist die Fassade des
Wolkenkratzers mit Edelstahl, der in
Deutschland hergestellt worden ist. Die
ThyssenKrupp Nirosta in Krefeld
fertigte das Material, das im Werk
Dillenburg gewalzt wurde. Die deutsche
Partnerfirma Strukturmetall (bei
Heilbronn) bearbeitete den Werkstoff
weiter und lieferte diesen nach Dubai insgesamt rund 400 Tonnen. Dort
wurden sie in Streifen geschnitten. Die
am Ende 420 Millimeter breiten Bänder
sind an den Stirnseiten der EtagenPlattformen angebracht und umfassen
die riesigen Glasfenster der
Außenfront."
© ThysscenKrupp Stainless Steel AG
187
Einsatzgebiet martensitischer Chromstähle
(NIROSTA® 4021 = 1.4021 = X20Cr13
NIROSTA® 4034 = 1.4034 = X46Cr13)
188
Einsatzgebiete austenitischer Cr-Ni-Mo-Stähle
NIROSTA® 4401 = X5CrNiMo17-12-2
NIROSTA® 4571 = X6CrNiMoTi17-12-2
189
Einsatzgebiet höherlegierter Cr-Ni-Mo-Stähle
NIROSTA® 4439 = X2CrNiMoN17-13-5
NIROSTA® 4539 = X1NiCrMoCu25-20-5
190
Hochtemperaturlegierungen
Ni-, Cr-, Co- Basis
oder intermetallische
Verbindungen
191
Nickel
Ordnungszahl
Raumgitter
Dichte
Schmelzpunkt
Siedepunkt
Spezifische Schmelzwärme
Spezifische Wärmekapazität
Wärmeleitfähigkeit
28
kubisch-flächenzentriert
8.9 g/cm³ (bei 20ºC)
1455ºC
2732ºC (bei 1,013 bar)
0,45 J/(g K) (bei 20ºC)
90 W/(m K) bei 25ºC)
Hauptfundorte: Kanada, Russland, China, auch
Neukaledonien, Philippinen, Amerika.
Nickel lässt sich gut schweißen, löten und
zerspannen
Preis 13,66 €/kg (12.12.12)
192
€/100 kg
Zustandsdiagramm Nickel-Chrom
A ssessed N i - C r p h ase d i ag r am .
krz
kfz
193
Nickel-Chrom-Legierungen
Wegen ihrer hohen Hitzebeständigkeit und ihres hohen spezifischen
elektrischen Widerstandes werden die bis zu 32% Cr enthaltenden
Legierungen für Widerstände, Heizleiter und Ofenbauteile eingesetzt.
Die Widerstandslegierungen:
NiCr 8020: (20ºC=1,0 10-6 W/m); 18-20% Cr, 76-80% Ni.
Hochhitzebeständig, sehr warmfest. Elektroöfen und -geräte.
Emailieröfen, Lötkolben. Atmosphäre muß schwefelfrei sein.
NiCr 6015: (20ºC=1,11 10-6 W/m); 14-16% Cr, 58-62% Ni, Rest Fe.
Hitzbeständig, warmfest, hoher spezifischer Widerstand.
Elektrowärmegeräte, hochbelastbare Widerstände.
NiCr 3020: 20-22% Cr, 29-31% Ni Rest Fe. Hitzbeständig, sehr warmfest
unempfindlicher gegen schwefelhaltige u. aufkohlende Gase. Elektroofen
bis 1150°C. Haushaltgeräte.
NiCr 2520: 23-25% Cr, 18,5-19,5% Ni, Rest Fe. Hitzebeständig,
warmfest. Für Härtöfen besonders geeignet. Temperaturgebiet 700-950°C.
NiCr10 gegen Ni
Thermoelement Typ K bis 1250°C)
NiCr Heizelement
194
Nickelanteile in verschiedenen
Legierungen
C
Mn
Cr
Ni
Fe
Mo
Co
W
Nb
Ti
Al
Turbinenbau
Rm
Rp0,220°C
Rp0,2300°C
Rm/1000h/750°C
Rm/1000h/900°C
A
X 10 CrNiNb 18 9
(W. Nr. 1.4550)
max. 0,04
max. 2,0
17-19
9-11
>8xC
-
Incoloy 800
(W. Nr. 1.4876)
max. 0,03
max. 1,5
21
32
Rest (~ 45)
0,4
0,4
Hastelloy X
(W. Nr. 2.4603)
max.0,10
max 1,0
22
Rest (~ 48)
18
9
1,5
0,6
-
550
210
140
40
570
400
300
40
800 N/mm²
350 N/mm²
320 N/mm²
110 N/mm²
24 N/mm²
40%
Rest (~ 70)
NiCr Stähle
195
Korrosionsfeste Nickel-Legierungen
HASTELLOY alloy C-276
HASTELLOY alloy B-2
HASTELLOY alloy C-22
HASTELLOY alloy G-30
Nickel 200/201
MONEL alloy 400
MONEL alloy 405
MONEL alloy 500
INCONEL alloy 600
INCONEL alloy 625
Anwendungen:
• Chemie- und Ölindustrie
• Flüssiggasrohre
• Säuretanks
• Vakuumanwendungen
• Filtern für chloridhaltige Säuren
• Goldputzen
• Hochtemperatur Chemie (bis 550°C)
HASTELLOY® B-2
Chemiewerke
• Rohre für Atomkraftwerke
HASTELLOY®
C-22 Gasrohre
HASTELLOY® C-22 Säurepumpe
196
Nickellegierung mit hohem Kobalt
Anteil bis 850°C
Waspaloy (2.4654)
Ni
58% (bal.)
Cr
20%
Co
14%
Mo
4%
Ti
3%
Al
1%
Waspaloy Bolzen
Erstes Schaufelkranz der Turbine
197
Extrem Temperaturbeständige
Nickel-Legierungen (bis 1050°C)
Inco  z.B. Inconel 738 LC
RollsRoyce  SRR 99
Canon-Muskegon  CMSX-4
...
Anwendungen:
• Gasturbinenbau
• Propeller- und Pumpenteile
• Teile von Atomreaktoren
• Raketendüsen
• Ofenteile
• Seewasserfeste Teile
198
Zustandsdiagramm Nickel-Aluminium
A ssessed A l - N i p h ase d i ag r am .
1395°C
1385°C
199
Warum Nickel als Basiselement mit Al-Zugabe?
Anomales Verhalten der mechanischen Eigenschaften
von Ni3Al bei Zunahme der Temperatur:
500
flow stress [MPa]
superalloy heat treated
400
70 %
superalloy as cast
300
200
100 %
Ni3Al
100
0%
nickel solid solution
0
0
Copley and Kear, Trans. AIME
Vol. 239 (1967), 984-992
200
400
600
800
1000
temperature [°C]
200
Kristallstrukturen
NiAl ↔ Ni3Al ↔
Ni
Al
Ni
B2-geordnet
(Basis krz)

a

b  2    111  
2

oder a  100 
L12-geordnet
(Basis kfz)

a

b  2    110  
2

oder a  100 
dNi3Al = 358,0 pm
201
Legierungselemente statistisch
verteilt (Mischkristall, solid
solution)
kfz
 a
b   110 
2
dnickel solid sol. = 358,7 pm
Mikrostruktur der
Legierung CMSX-4
Zweiphasig, Einkristall:
kfz-Matrix
(Nickelmischkristall)
Ni3Al
L12 geordnete ' Phase
Volumenanteil ≈ 70%
Annähernd Versetzungsfrei
Titelblatt Habilitationsschrift Glatzel
202
Ternäres Phasendiagramm
Al-Ni-Cr
Cr engt Phasengebiet
der '-Phase ein,
 bei hohen CrZugaben müssen '
bildende Elemente
zugegeben werden.
Entwicklung zu höherer
Temperaturbeständigkeit
(Cr  und Al )
203
Big, Single Crystal Blade
Blade for
stationary
gas turbine
for power
production
 $ 40.000
204
Coefficient of Efficiency
regular fuel car engine:
23%
diesel car engine:
27%
aircraft turbine:
30-35%
stationary gasturbine:
40%
gas and steam generation:
60,4%
gas + steam + long distance heating: 87%

max
theor.
Tin  Tout

Tin
increase of Tin increases
coefficient of efficiency
205
Increase in Temperature due to
Improved Construction and Material
single crystal
2000
temperature [°C]
polycrystalline
ga
1500
s
military
civilian
ceramics??
platinum
base alloys?
e
directional solidified
ur
t
a
r
pe
m
te
improved cooling
1000
al
ateri
ature
r
e
p
tem
m
improved materials
constant
improvement
5-10°C/year
500
1950
1960
1970
1980
1990
2000
year
206
Mehr über (einkristalline) Nickel-BasisSuperlegierungen und deren Anwendung als
Hochtemperaturwerkstoffe in der Vorlesung
Advanced High Temperature Alloys
im Vertiefungsfach Metalle
207
Kobalt
Ordnungszahl
Raumgitter
Dichte
Schmelzpunkt
Siedepunkt
Spezifische Schmelzwärme
Spezifische Wärmekapazität
Wärmeleitfähigkeit
27
hexagonal
8,93 g/cm³ (bei 20ºC)
1494 ºC
2870 ºC (bei 1,013 bar)
422 J/kg*k (bei 20ºC)
100 W/m*K (bei 25ºC)
Hauptfundorte: Mittel- und Nordafrika, Kanada, USA; auch Deutschland.
Kobalt ist ferromagnetisch.
Preis pro 1kg Kobalt ist ~ 30 €/kg (Jan. 2006)
208
Kobalt-Basis-Superlegierungen
Legierung-
Art der Chemische Zusammensetzung in Masse- %
bezeichnung
Legie- C
Typische Anwendungen
Cr
Ni Fe
Co Mo
W
Ti
Nb Ta
Cb
B
Zr
20
20 3
44 4,0
4,0
-
4
-
-
-
rung
S-816
Knet
0,38
-
Gasturbinen Laufräder und
Schaufeln
HS-25
Knet
0,15
20
10 -
55 -
15
-
-
-
-
-
-
MAR-M509
Guß
0,6
21,5
10 1
54 -
7
0,2
-
3,5
-
0,010 0,4
Leitschaufeln, Nachbrenner
Lauf- und Leitschaufeln
(Flugtriebwerke)
MAR-M302
Guß
0,85
21,5
-
-
58 -
10
-
-
9,0
-
0,005 0,15
Gasturbinen-Lauf- und
Leitschaufeln
MAR-M322
Guß
1,0
21,5
-
-
61 -
9
0,75
-
4,5
-
-
2,25
Desgl.
HS-21(LK4)
Guß
0,25
27
3
1
62 5
-
-
-
-
-
-
-
Gasturbinen Teile
X-40
Guß
0,5
25
10 1,5
54 -
7,5
-
-
-
-
-
-
Gasturbinen Teile
FSX414
Guß
0,35
27,5
10 2
50 -
7
-
-
-
-
-
-
Leitschaufeln
UMCo 50
Guß
0,1
28
-
21,9
50 -
-
-
-
-
-
-
-
UMCo 51
Guß
0,3
28
-
19,6
50 -
-
-
-
-
2,1
-
-
Viele Legierungen werden mit eigenem Namen gehandelt wie z.B.:
Waspaloy: United Aircraft Co.
Rene: General Electric. Co.
MAR-M: Martin Marietta Corp.
UMCo: Union Miniere
209
Udimet: Special Metals Inc.
Kobalt Korrosionschutzlegierungen
ULTIMET® ist eine Korrosionsschutzlegierung. Sie ist beständig in
Seewasser und Säuren.
54% Co
26% Cr
9% Ni
5% Mo
3% Fe
2% W
0,8% Mn
0,3% Si
0,08% N
0,06% C
Dichte 8,47g/cm³
HV: 20°C - 296
ULTIMET
Maschinenelemente für
Marinediesel
ULTIMET H-2082 Säuretank
ULTIMET Blasdüse
210
Hartmetall mit Kobalt als Bindemetall
WC, TiC, TaC, NbC sind ineinander löslich. Als
Bindemetall verwendet man in den meisten Fällen
Kobalt. Karbide in der Größe 1 - 10 mm mit
80 - 95% Volumenanteil. Sie werden über die
pulvermetallurgische Route hergestellt
Z.B.: Co-WC Legierungen (Widia, eingetragener
Markenname der Firma Krupp für Hartmetall,
1926).
Quasibinäres Zustandsschaubild Co-WC
Beschichtungen mit TiC, Al2O3, TiN und TiCN (ab
ca. 1970) verbessern die Produktivität der
Zerspanung nochmals beträchtlich
211
Vom Werkstoff zum Bauteil
Fertigungsabläufe
Metalldarstellung
Energie
Erze
Zuschläge
Raffination
Gießen
Recycling
Formguß
Verdüsen
BlockStrangBandguß
Metallpulver
Mischen / Kompaktieren
Umformen
Spanende Formgebung
Trennen
Abtragen
Stoffeigenschaftsänderung
Werkstoffprüfung / Qualitätssicherung
Schmelzmetallurgie Schmelzen / Legieren Pulvermetallurgie
Verbinden
Beschichten
Fertigteil
Demontage
Montage / Einsatz
212
Verteilung der Inhalte auf die
verschiedenen Vorlesungen
• Urformen
– Gießen: Form-, Block-, Strang- und Bandguß
– Pulvermetallurgie (Sintermetalle, metal-injectionmoulding (MIM))
in Einführungsvorlesung (G3)
• Umformen: Schmieden, Walzen, Ziehen,
Blechumformung
in Werkstofftechnologie und Halbzeuge (H1)
213
Umformen
Definition und Einteilung
Definition: Umformen ist Ändern der Form mit Beherrschung der
Geometrie (Gegensatz zu Verformen).
Blechumformung:
Massivumformung:
Biegen und Tiefziehen
- Stauchen
- Schmieden  Gesenkschmieden
 Freiformschmieden
- Walzen
- Ziehen
- Fließpressen
- Strangpressen  Vorwärtsstrangpressen
 Rückwärtsstrangpressen
214
Umformen – Vorteile/Nachteile
Vorteile:
 Verbesserung des Gefüges (Poren, Seigerungen, Einschlüsse (Korngröße/-form)
 hohe Bauteilsteifigkeit

Kaltverfestigung

Hohe Materialausnutzung

Geringer Energiebedarf

Geringe Stückkosten

Niedrige Stückzeiten

Entwicklungsaufwand geringer als beim Gießen
Nachteile:

Wirtschaftlich erst bei hohen Stückzahlen

Geometrieeinschränkungen

Bei falscher Prozessführung  Risse, Fehlstellen
215
Umformen - Einteilung
(nach Temperatur)
Warmumformung:
• Große Umformbarkeit
• Geringe Umformkräfte
• Geringe Änderung von
Festigkeit und Dehnung
Kaltumformung:
• Enge Maßtoleranzen
• Keine Verzunderung der
Oberfläche
• Erhöhung der Festigkeit und
Dehnung
216
Umformen - Einteilung
(nach wirksamen Spannungen)
Umformen
Druckumformen
Walzen
Zug-Druckumformen
Zugumformen
Durchziehen
Längen
Tiefziehen
Weiten
Gesenkformen
Kragenziehen
Tiefen
Eindrücken
Drücken
Durchdrücken
Knickbauchen
Freiformen
Biegeumformen
Biegen mit
geradlinieger
Werkzeugbewegung
Schubumformen
Verschieben
Verdrehen
Biegen mit
drehender
Werkzeugbewegung
IHU
217
Umformen
Blech- und Massivumformung
Massivumformung
Blechumformung
Tiefziehen Biegen
Fließpressen,
Stauchen
Schmieden
- flächiges Halbzeug: große Oberfläche/
- Halbzeug: Stäbe, Gußstücke
geringe Wanddicke
- räumliche Hohlteile mit großen
- i. A. keine gewollte Blechdickenänderung
Querschnittsänderungen
- annähernd zweiachsige Spannungszustände
- mehrachsige Spannungszustände
- Hohlteile
218
Abgrenzung von Umformtechnik
und Festigkeitslehre
F
=
A0
RP0,01
elastisch-plastischer Bereich
(Umformtechnik)
elastischer Bereich
(Festigkeitslehre)
ε = (l-l0)/l0
ε = 0,01%
219
Umformen - Fließkurve
Merke:
 In der Umformtechnik wird
das wahre Spannungsdehnungsdiagramm
(Fließkurve) herangezogen
 Grundsatz: Material wird
nicht verdichtet und
Zusammenhang bleibt
erhalten  Volumenkonstanz
(Grundlage der
Plastizitätstheorie)
220
Relativer Energiebedarf und
Rohstoffausnutzung beim Umformen
im Vergleich zu anderen Verfahren
einschließlich dem Aufwand für Stahlherstellung und Energieinhalt des Abfalls
© Doege, Behrens: Handbuch Umformtechnik
221
Schmieden
222
Schmieden - Werkstoffe
Zum Schmieden
eignen sich
grundsätzlich alle
knetbaren Metalle.
Umformverhalten
unterschiedlicher
Werkstoffgruppen
223
Schmieden - Werkstoffe
Schmiedeteile aus Stahl haben aufgrund der Vielfalt der Stahlsorten mit ihren
anpassbaren Eigenschaften eine überragende Bedeutung.
1400
-Austenit, kfz
Anfangsschmiedetemperatur
Temperatur, °C
1200
1000
Endschmiedetemperatur
800
 + Fe3C
+
723
600
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
Kohlenstoffgehalt, %
Normblätter, in denen die für Schmiedeteile
gebräuchlichsten Stahlsorten aufgeführt sind
Verunreinigungen wie S und P dürfen höchstens insgesamt 0,1% betragen, da sie den
Stahl kalt- bzw. rotbrüchig machen
224
Schmiedetemperatur nach
Werkstoffen
SchmiedeWerkstoff
Anfangstemperatur [°C]
Endtemperatur [°C]
Aluminiumlegierungen AlCuMg
500
400
Kupferlegierungen CuZn42
750
600
Unlegierter Baustahl
1200
800
HSS, S18-1-2-5
1150
900
Nitrierstahl, 27CrAl4
1050
850
Merke:
Unlegierte Stähle bis 0,4% C rasch erwärmen. Stähle mit C > 0,4% langsam bis 700 °C
danach rasch auf Schmiedetemperatur, um Spannungsrisse zu vermeiden
225
Beispiel: TiAl6V4
T
[°C]
β-Phasengrenze
β - Region
1050
α + β Region
1000
Temperatur
β transformiert
10% α
60% α
950
90% α
900
Block
FertigSchmieden
Lösungsglühen
Anlassen
Zeit
α - Region
850
Die Temperaturführung muß
beim Schmieden auf 20°C
genau eingehalten werden,
damit das gewünschte
äquiaxiale Gefüge entsteht.
800
0
TiAl6
1
2
3
4
5
6
7
Vanadium, wt.%
8
9
10
Geschmiedeter Ti-Ring (ø ca. 90 cm)
226
V98MD002
Vergleich herkömmliches Stauchen
mit Elektrostauchen
Herkömmliches Stauchen
4 Stufen
1: Stauchstempel
2: Klemmbacke
3: Führungselektrode
4: Verschleißplatte
5: Amboßelektrode
6: Transformator
Elektrostauchen + Presse
2 Stufen
Hohe Stauchverhältnisse möglich durch
genaue Temperaturführung/Stempelweg
 Reduzierung der Arbeitsschritte
Anstauchen unter örtlicher elektrischer
Widerstandserwärmung (Warmstauchen)
227
Gesenkschmieden
Warmstauchen ist fast immer der erste Schritt beim Gesenkschmieden
4
Waspaloy
l‘‘
8
10
Billet
Finish forged
Positioned in dies
Type 410
stainless steel
53/4
Billet
51/2
Ends tapered
Positioned in dies
Finish forged
611/64
6
2
4620 steel
6 Billet
33/4
Pancake
Finish forged
Positioned in dies
228
103/4
Gesenkschmieden einer Kurbelwelle
Gesenkschmieden:
- Werkstücke werden in
Hohlformen (Gesenke) aus
Stahl geschlagen
- wirtschaftliche Herstellung
komplizierter Bauteile
Entfernen des Rohlings aus
dem Untergesenk
Herstellung einer
Kurbelwelle
229
Wichtig:
- schmiedegerechte
Konstruktion
- genaue und wiederholbare
Herstellung
- kurze Werkzeugwechselzeiten
- hohe Standzeiten
Maschinen zur Umformung
Genauigkeit hängt ab von
der Steifigkeit der Maschine
d. h. Kosten der Maschine.
Umformmaschinen
Arbeitsgebundene Maschinen
- Schmiedehammer
- Schwungrad-Spindelpresse
Weggebundene Maschinen
- Kurbelpresse
- Kniehebelpresse
Kraftgebundene Maschinen
- Hydraulische Presse
- Schwungradlose Spindelpresse
230
Umformen - Maschinen
231
Schmiedehammer
Down
Roll
Piston
Up
Board
(Bär)
Ram
Upper die
Work
Lower die
Anvil
Energiebegrenzte Maschine (mgh)
• Billigster Weg um hohe Kräfte zu erzielen
• Keine große Genauigkeit (Maschine,
• Viel Lärm und Vibrationen
Umformbedingungen)
232
Schmiedehammer
W = 3 EN
1. Arbeitsspiel
EN
2. Arbeits- 3. Arbeitsspiel
spiel
s
Umformkraft F
Wegen der Erschöpfung des
Arbeitsvermögens wird der
Vorgang auf mehrere
F
Arbeitsspiele (Hübe, Schläge)
EN
EN
EN
aufgeteilt.
Umformweg s
233
Einsatz von Schmiedeteilen
PKW-Achsteile
234
Flugturbine
235
PKW-Motor
Höherwertige
Kolben sind
geschmiedet.
In der Regel AlGuss-Kolben.
236
Schmieden/Ringwalzen
„gestochener Ring“
1
2
Nahtlose Ringe
237
Walzen
Definition und Einteilung
Definition: Walzen ist stetiges oder schrittweises Druckumformen
mit einem oder mehreren sich meist drehenden
Werkzeugen. Dabei können auch Gegenwerkzeuge wie
Stopfen, Stangen oder Dorne eingesetzt werden.
(DIN 8583 B.2)
Walzen
Längswalzen
Flachlängswalzen
Querwalzen
Profillängswalzen
Flachquerwalzen
Profilquerwalzen
Schrägwalzen
Flachschrägwalzen
Profilschrägwalzen
Jeweils Unterscheidung von Hohl- bzw. Vollkörpern
Ausgangsformen: Gussblöcke aus Kokillen oder Strangguss
238
Prozesskette beim Walzen
Beispiel: Feinblechherstellung
239
Entwicklungstendenzen Gießverfahren
Verkürzung der Prozesskette Rohstahl-Warmband durch
endformnahes Gießen
Warmband
Kaltband
60mm
250mm Stoßofen
Stranggießen
Vorgerüst
Fertiggerüst
Durchlauf- 15-50mm
ofen
Dünnbrammengießen
Vorbandgießen
Fertiggerüst
Ausgleichs10mm
ofen
Fertiggerüst
1-3mm
Bandgießen
240
Vorgänge im Walzspalt
Definitionen des
Walzgrades:
Formänderung/Dehnung:
=
h1  h 0
h0
("Walzer" lassen Minuszeichen weg)
Umformgrad:
 = ln
h1
= ln( + 1)
h0
Englisch oft pl
241
Dehnung  im Vergleich zum
Umformgrad 
Vorteil des Umformgrades: Gesamtumformgrad unabhängig von der Anzahl der
Umformstufen.
n
ges   i
i 1
n
 ges   i
i 1
242
Metallkundliche Abläufe beim Warmwalzen
im Walzspalt
243
Kaltbandherstellung
Ein wesentlicher Teil der Warmbandproduktion wird zu Kaltband weiterverarbeitet
Vorteile der Kaltumformung im Vergleich zu Warmumformung:
• Dünnere Abmessungen erreichbar
• Höhere Oberflächenqualität
• Bessere Maßgenauigkeit
• Gezielte Einstellung mechanisch-technologischer Eigenschaften
Verfahrensablauf Kaltbandfertigung:
• Beizen
• Kaltwalzen
• Glühen
• Nachwalzen
• Bandbeschichtung (Optik)
244
Walzen
Duo-Walzgerüst
Quadro-Walzgerüst
Sensimar-Walzgerüst
Kleine Walzendurchmesser sind vorteilhaft, da
kleinerer Kraftbedarf durch verringerte Reibung. Bei
dünnen Folien und starken Stichabnahmen werden
deshalb kleine Walzen gewählt. Es werden dann aber
Stützwalzen notwendig (Durchbiegung).
245
Kaltwalzen
Kaltverformung meist in 4- bis 6gerüstigen Tandemstrassen.
Walzgeschwindigkeiten bis zu
max. 2000 m/min (120 km/h !)
Umformgrad meist ca. 50 – 75%
Werkstoffkundliche Vorgänge:
• Starke Verfestigung
• Gefügestreckung
• Einstellung einer Walztextur
Fünfgerüstige Kaltwalztandemstrasse
246
Walzverfahren
247
Walzverfahren
Verfahren:
Flachwalzen
Profilwalzen
Produkte:
Eisenbahnschienen
Bänder
248
Rohrwalzen (nahtlos)
Pilgerwalzen
Für größere Außendurchmesser (60-660 mm), ab ca.1890, Gebrüder Mannesmann
Verfahrensschritte:
• Lochen eines
erwärmten Blocks
zu einem Hohlblock
• Strecken des
Hohlblocks zur
Luppe
• Fertigwalzen der
nacherwärmten
Luppe zum Rohr
Walzen ca. 10x schneller als Austrittsgeschwindigkeit des Rohrs
249
Walze
Stopfen
Außendurchmesser
140-400 mm
seit ca.1880
Werkstück
Stopfenstange
Stopfenwalzen von Rohren über einem im Walzspalt fest angeordneten Stopfen
- mit bewegter Stange
- ohne Innenwerkzeug
250
Schrägwalzen
1.
2.
3.
4.
251
Hohlblock
Arbeitswalzen
Führungswalze
Dornstange mit
Lochdorn
Gewindewalzen
mit Rundwerkzeugen
im Durchlaufverfahren
mit Flachbacken
mit Rundwerkzeugen
im Einstechverfahren
2
3
2
1
2
3
3
4
Ziel:
- hohe Maßgenauigkeit
- gute Oberflächenbeschaffenheit
- gute mechanische Eigenschaften (Härte,
Faserverlauf)
252
1
1
1) ortsfestes Werkzeug
2) verstellbares Werkzeug
3) Werkstück
4) Werkstückauflage
Umformen- Durchdrücken
Verfahrensprinzip Strangpressen
Pressrohling wird im warmen Zustand in einem Kaliber verpresst. Es wird zwischen
Vorwärts – Rückwärts und Voll – Hohl Strangpressen unterschieden
Vollstrang
Stempel
Block
Matrize
Matrizenhalter
Voll-Vorwärtsstrangpressen
Stempel
Matrize
Verschlussplatte
Voll-Rückwärtsstrangpressen
Hydraulische Pressen mit Direktantrieb
Rückwärtsstrangpressen braucht weniger Kraft (Reibung), aber andererseits kann der hohle Stempel nicht so
fest ausgelegt werden.
253
Hohl-Vorwärtsstrangpressen
Hohlstrang
Dorn
254
Strangpressprofile (Beispiele)
← Strangpreßprofile
aus Aluminium
Strangpreßprofile
aus Magnesium ↓
255
Weitere Umformverfahren
•
•
•
•
•
Fließpressen
Durchziehen
Rundhämmern
Biegen
...
256
Zugdruckumformung
Beispiel Gleitziehen
Ziehstein
(Ziehring)
Gleitziehen von Rundstahl oder
Rundstäben (Drahtziehen)
Stopfen
(Dorn)
Ziehring
Ziehbacken
Flachziehen
Ziehring
Hohl-Gleitziehen
eines Rohres
Ziehring
Ziehring
Stopfen (Dorn)
Gleitziehen über
Gleitziehen über losen (fliegenden
festen Stopfen (Dorn) oder schwimmenden) Stopfen (Dorn)
mitlaufende
Stange
Gleitziehen über mitlaufende
Stange (über langen Dorn)
Ziel: Profilierung und Reduzierung des Querschnitts bei Hohlkörpern ohne Wanddickenabnahme
257
Verfahrensprinzip Tiefziehen
Zugbereich
Zug/DruckBereich
258
Versagensarten beim Tiefziehen
259
Stahlwerkstoffe zum Tiefziehen
Verwendet werden überwiegend kaltgewalzte Feinbleche, oft
beschichtet
Wichtige Anforderungen für Anwendungen in Blechkonstruktionen
des Fahrzeugbaus, z.B. als Karosseriebleche:
• gute Umformbarkeit,
• Eignung zum Tiefziehen (wichtige Kenngröße: erreichbare Tiefung)
• gute Oberflächenqualität
Zusätzlich wird eine höhere Festigkeit für Leichtbau angestrebt
 Trend zur Entwicklung höherfester Stahlsorten
260
Feinblech aus weichem, unlegierten Stahl
Klassischer Tiefziehstahl ist die Güte DC04
D = Blech aus weichen unlegierten Stählen zum Kaltumformen
C = kaltgewalzt
01 bis 06 = Stahlsorte mit zunehmender Tiefziehfähigkeit
Chemische Zusammensetzung:
C
Si
Mn
P
S
 0,08%
-
 0,40%
 0,030%
 0,030%
Mechanische Eigenschaften:
N
(≈ 0,040%)* (≈ 0,003%)*
* Typische Werte
Re
Rm
A80
 210 MPa
270…350 MPa
 38%
Al
261
Kennwerte der Tiefziehfähigkeit
 Zieh- und Pressversuche
Breite ln b1 b 0 
r

Dicke ln d1 d 0 
 Formänderungskurve
rm 
 Computersimulation
rL  2rD  rQ
 Bruchdehnung (A80)
r 
 Verfestigungsexponent (n-Wert)
Fliessspannung  = k·φmaxn im Bereich
zwischen 10 und 20 % Dehnung
oder n = Gleichmaß = ln(1 + Gleichmaß)
 Ebene Anisotropie (r-Wert)
4
262
rL  rQ  2rD
2
Bestimmung im Zugversuch
0:
1.
L:
Q:
D:
Zustand vor der Verformung
Zustand nach der Verformung
längs
quer
diagonal
Beispiele Tiefziehfähigkeit
r = 1  homogene Verformung
r < 1  stärkere Abnahme der Blechstärke
r > 1  stärkere Abnahme der Blechbreite
Verfestigungsexponent n groß  hohe Streckziehfähigkeit,
das Maximum der Dehnug verlagert sich im Tiefungsversuch nach außen. In der Mitte des Stempels wird das
Blech durch Verfestigung und Reibung festgehalten.
Dehnungs- und Spannungsspitzen werden bei einem hohen
Verfestigungsexponenten durch Fließen abgebaut.
263
Formänderungsanalyse in der
Blechumformung
Bei der Gridanalyse wird auf die
Oberfläche des Bleches ein Kreisraster
aufgebracht. Während der Umformung
verändert sich die Geometrie der
einzelnen Kreise. Je nach
Belastungszustand werden aus Kreisen:
• Kreise mit größerem Durchmesser
• Ellipsen.
In Oberfläche:
 L  ln
L0
L1
L1
L0
In Blechdicke:
Q0
Q1
264
Q  ln
Q1
Q0
t   l  b
Formänderungsmöglichkeiten in
der Blechumformung
Das Formänderungsvermögen eines Werkstoffs ist abhängig vom Formänderungspfad, den der Werkstoff während der Umformung durchläuft. Im Rahmen linearer
Formänderungspfade kommen grundsätzlich folgende Varianten in Betracht:
265
Grenzformänderungsdiagramm
Im Grenzformänderungsdiagramm
stellen die Grenzformänderungskurven die Versagensgrenzen bzgl.
Einschnüren bzw. Reißen/Bersten
dar.
Alle Kombinationen von
Formänderungen der Blechoberfläche, welche unterhalb der Kurven
liegen, führen nicht zu einem
Versagen des Werkstücks während
der Umformung.
Bei allen, die darüber liegen, ist mit
Reißern bzw. Einschnürungen zu
rechnen.
266
Nakazima-Test
Blechstreifen mit unterschiedlicher Geometrie erzeugen verschiedene Spannungszustände und
Formänderungen im Werkstoff (Vergleich mit FEM-Simulationen).
 Auswertung der Haupt- und Nebenformänderungen an den Probeblechen.
 Maximal ertragbare Formänderungs-zustände, abgebildet im Grenzformänderungsdiagramm.
267
Beispiel
Grenzformänderungsdiagramm
Grenzformänderungsdiagramm für fünf verschiedene Stahlwerkstoffe
ermittelt in NAKAZIMA-Streifentests
268
Mechanische Eigenschaften von Tiefziehstählen
(kaltgewalzt, unbeschichtet – EN 10130)
Sorte
Rp
[MPa]
Rm
[MPa]
ABr
[%]*
rq-Wert / rm-Wert*
n-Wert*
DC01
140-280
270-410
28
-
DC03
140-240
270-370
34
1,3
DC04
140-210
270-350
38
1,6
0,18
DC05
140-180
270-330
40
1,9
0,2
DC06
120-180
270-350
38
(~2,1)/1,8
0,22
DC07
in Diskussion
* Mindestwerte
269
Typische Verwendungszwecke
DC01 und DC03:
DC04:
DC05:
DC06:
DC07:
DX51:
DX52:
DX53:
DX54:
DX56:
DX57:
Schaltschränke, Regalböden, Büromöbel, Fässer, Rohre,
Automobilteile innen
Heckklappen innen, Bodenblech, Dach, Seitenteil innen;
Vormaterial zum Emaillieren, z.B. Herdteile, Duschwanne
Seitenteile außen, Heckklappe außen
Seitenteil außen, Heckklappe außen
Seitenteil außen
Spaltband, Profile, Innenteile
Innenteile
Innenteile, Radkasten, Bodenblech
Bodenblech, Tür innen, Rahmen, Längsträger, Motorhaube innen,
Radkasten, Seitenteil innen
Tür innen, Seitenteil außen und innen, Boden
Seitenteile innen und außen
Quelle: Thyssen Krupp Stahl
270
Umformen - Tiefziehen
271
272

Kein Folientitel - Lehrstuhl Metallische Werkstoffe

Transcription

Similar documents

News 2016 - bueltmann.com

Jederzeit - agrarheute.com

INSOLVENZVERSTEIGERUNG

Skript Alexander Magnus

Rohrbiegungen nach Maß Custom made bends

GeNiuS - GNS Systems GmbH

Edelstahl Rostfrei – Eigenschaften und Verarbeitung

Starkin stahl

D2 Tool Steel - HolzwerkstattBlog

Mitarbeiterzeitung der ArcelorMittal Eisenhüttenstadt GmbH 1/2012

Einfluß der Legierungselemente

Merkblatt 821 - Informationsstelle Edelstahl Rostfrei

Dokumentation 892 - Informationsstelle Edelstahl Rostfrei

Übungen im Experimentalvortrag

60 Jahre Eisen und Stahl - ArcelorMittal Eisenhüttenstadt GmbH

Jürgen Aschoff, Facharzt für Allgemeinmedizin, Naturheilverfahren

Technische Information Stanzbearbeitung

Verordnung des Kultusministeriums über die Ausbildung

Outokumpu - piepenbrock.de

Betroffene Güter

CuZn37Mn3Al2PbSi CuZn37Mn3Al2PbSi

DKI Werkstoff-Datenblätter