BSK I Metalle

Spannungs-Dehnungslinie Stahl
1. linear-elastisch:

• hört bei Proportionalitätsgrenze auf: Punkt, bis zu dem Spannung und Dehnung proportional


  

2. Streckgrenze:

• mechanische Spannung, bis zu der ein Werkstoff elastisch verformbar ist


  

3. Verfestigung: 

• Dehnungen des Stahls nehmen überproportional zu (als plastische Verformungen) 
• Stahl ist in der Lage, weiter Last aufzunehmen


  

4. Einschnüren

• Dehnung bis zur Höchstspannung (Zugfestigkeit Rm) gleichmäßig über die Länge der Zugprobe verteilt


  

5. (Bruch)

• Einschnürung bei weiterer Belastung → Bruch

Frischen
Vorgang zur Verringerung des Kohlenstoffgehalts und anderer unerwünschten Elementen im Roheisen (2-6 % C) durch Sauerstoffzufuhr.
→ Verformbarkeit steigt, Festigkeit sinkt

Desoxidieren
Entzug von zu viel Sauerstoff (Frischen) aus dem Stahl

• erfolgt durch Zugabe von Elementen mit höherer Affinität (= Bestreben einer Bindung) zu Sauerstoff
• je nach Grad der Desoxidation Unterscheidung zwischen:


  

unberuhigtem Stahl (U):

• gasförmige Reaktionsprodukte reißen Verunreinigungen an Oberfläche
• Bildung von Seigerungen: unerwünschte Anhäufungen von Kohlenstoff, Phosphor, Schwefel (Hohlraum)


  

beruhigtem Stahl (R):

• Zugabe von Silizium → bindet Sauerstoff
• Stahl erstarrt beruhigt: Verunreinigungen verteilen sich gleichmäßig über Stahlquerschnitt


  

besonders beruhigtem Stahl (RR):

• Zugabe von Aluminium (hohe Sauerstoffaffinität): Bildung von fein verteilten Tonerdeeinschlüssen
• Erhöhung Alterungsbeständigkeit des Stahls
• Ergebnis: sauberer, feinkörniger, sehr zäher Stahl, gut verformbar und schweißbar

Vergießen
→ flüssige Stahl in Form gegossen
 
Strangguss:
bevorzugt für beruhigt vergossene Stähle

• flüssiger Stahl von oben in gekühlte Kokille zugeführt
• Schale erstarrt und Stahl wird in horizontale Lage geführt; Wasserkühlung


  

Blockguss:
heutzutage nur noch sehr selten

• flüssiger Stahl von oben in Kokillen gegossen
• Abkühlen und aus Form nehmen
• unberuhigtes Vergießen (U): C > ~ 0,20 %, (CO-Bildung)
• beruhigtes Vergießen (R): Si bindet Sauerstoff! → gleichmäßigere Verteilung
• besonders beruhigtes Vergießen (RR): Si + Mn + Al → bindet N ab (Feinkörnigkeit)

Formgebung
zunächst Herstellung von Zwischenprodukten („Halbzeug“)
Warmwalzwerk: Erhitzung auf 900 bis 1300 °C, Walzung auf gewünschte Profilform
Kaltverformung: bei Raumtemperatur; Änderung der Stahleigenschaften (Festigkeitssteigerung)

• Kaltwalzen: dünne Bleche, Folien, Bandstahl, Rohre


  
• Kaltpressen, Kaltschlagen: Schrauben, Muttern, Drahtstifte, Leichtstahlprofile


  
• Kaltziehen, Kaltrecken: Drähte, Rohre, Betonstahl


  
• Tordieren: Betonstabstahl

Eisenbegleiter und Legierungselemente
Stahleigenschaften durch künstlich zugeführte Legierungselemente/Eisenbegleiter (Mn, Si, Cr, Cu, Ni, Al, Va, Nb, Mo) beeinflusst:
+ Eigenschaftsverbesserung
++ erhebliche Eigenschaftsverbesserung
- Eigenschaftsverschlechterung
-- erhebliche Eigenschaftsverschlechterung
 

• Festigkeit: C (++), Mn (+), Cr, Ni, Cu, Al (+), Va, Nb (++)
• Verformbarkeit: C (-), Si (-), P, S (-)
• Schweißbarkeit: C (--), Mn (-)
• Härtbarkeit: C (++), Si (+), Mn (+)
• Korrosionsbeständigkeit: Cr (++), Ni (+), Mo (+), Cu + P (+)

Legierung (Verschmelzung)

• Mischkristalle aus mindestens zwei Elementen → Eigenschaftsveränderung der Metalle
• Mischkristalle entstehen durch (ungewollte) Verunreinigungen oder (gewollte) Legierungszusätze


  

Gitterformen von Mischkristallen:

• Reinelement (z.B. reines Fe)
• Substitution: Atome des Grundgitters durch Fremdatome ersetzt
• Einlagerung: kleiner Fremdatome lagern sich in Zwischenräume ein; Gleitebenen blockier (fester, aber auch spröder und nicht schweißbar)
• Kristallgemisch: getrennte Anlagerung der Kristalle des Legierungsmetalls und Grundmetalls

Schweißverfahren
Schmelzschweißverfahren:

• Gasschweißen
• Gießschmelzschweißen
• Lichtbogenhandschweißen (E-Schweißen)
• Metall-Schutzgasschweißen


  

Pressschweißverfahren:

• Widerstandspressschweißen
• Reibschweißen
• Widerstandspunktschweißen
• Abbrennstumpfschweißen

 
Schweißnahtprüfungen
zerstörungsfreie Prüfverfahren
Ultraschallprüfung: 

• akustisches Signal in Prüfkörper ausgesendet, Reflektion an Grenzflächen
• Messung des Zeitraums bis zum Empfang des Echos (Laufzeitmessung


  

Durchstrahlungsprüfung:

• Röntgenstrahlen → Abbilden von Schweißnähten auf einem Film


  

Magnetpulverprüfung:

• Bauteil wird magnetisiert und mit Eisenpulver bestreut
• Eisenpulver sammelt sich am Riss, wenn dieser nicht parallel zu Feldlinien des Magnetfeldes verläuft


  

Farbeindringverfahren:

• Farbe oder fluoreszierendes Mittel wird nach vorheriger Säuberung der Prüffläche aufgebracht

• Kapillarkräfte an Fehlstellen saugen Farbe auf

• Entwickler wird aufgetragen, der die Farbe aus Prüfkörper zieht und Fehlstellen sichtbar macht