Aufgaben der Übungen 7-10

- Elastische Verformung (Reversibel)
Belastung < Streckgrenze

- Plastische Verformung (Irreversibel)
Belastung > Streckgrenze

- Bruch (zerstörende Verformung)
Belastung > Zugfestigkeit

Real ermittelte Festigkeiten von Werkstoffen geringer als theoretisch berechnete Festigkeiten

-> bedingt durch Fehlstellen, für das Abgleiten sind die Versetzungen von wesentlicher Bedeutung

Versetzungsbewegung :
Plastische Verformungen erfolgen durch Bewegungen von Versetzungen
Gilt auch für fehlerfreie Idealkristalle

Plastische Verformung beginnt bei Erreichen der Streckgrenze bzw. Dehngrenze

Streckgrenze ist abhängig von der kritischen Schubspannung, bei der Versetzungsbewegungen anfangen

Korngrenzengleiten :

- verschieben der Körner untereinander
- bei Temperaturen oberhalb 0,4T_s (plastische Verformung)
- wichtiger Verformungsmechanismus beim Kriechen

- Fremdatome (0-dimensional)
Effekt : Mischkristallhärtung

- Versetzungen (1-dimensional)
Effekt : Kaltverfestigung

- Korngrenzen (2-dimensional)
Effekt : Kornfeinung

- Ausscheiden (3-dimensional)
Effekt : Teilchenhärtung

- Interstitielle gelöste Fremdatome zeigen eine größere Hinderniswirkung als Substitutions-Fremdatome

- Die Festigkeitssteigerung ist vom Atomradius der Fremdatome und von ihrer Konzentration abhängig

- Gleitfähige Versetzungen wandern bis an Versetzungsknoten oder andere Hindernisse innerhalb der Kristalle und werden dort festgehalten

- Durch aufstauen von Versetzungen in Parallelen Gleitebenen bildet sich ein Versetzungswald

- Aufstauen von Versetzungen an den Korngrenzen

- Behinderung der Versetzungsbewegung durch ausgeschiedene Teilchen

- Voraussetzung ist eine mit steigender Temperatur zunehmende Löslichkeit der Komponente B im α-Mischkristall

Einstoffphasendiagramm

Zweistoffphasendiagramm

Dreistoffphasendiagramm

- durchgehend gleiche Struktur bzw. Atomare Anordnung

- nahezu konstante stoffliche Zusammensetzung

- Zwischen unterschiedlichen Phasen existieren definierte Grenzflächen

- Thermische Analyse
Aufnahme von Abkühlkurven

- Dialometermessungen
Messung von Längenänderungen im festen Zustand beim Aufheizen und beim Abkühlen

- Gefügebeobachtungen an Metallschliffen
Ermittlung der im festen Zustand vorliegenden Phasen und Gefüge

- Untersuchung der Mikrostruktur
Identifizierung unbekannter Phasen mittels Röntgeninterferenz,
Transmissionselektronenmikroskopie

Graphit (C) :
- Thermodynamisch stabile Modifikation von Kohlenstoff
- Hexagonale Gitterstruktur
- Anisotropes Werkstoffverhalten

Zementit (Fe_3C) :
- Eisencarbid
- Komplexes rhomboedrisches Kristallgitter
- Intermediäre und metastabile Phase
- Hart und spröde
- Zerfällt bei langen Abkühlungszeiten in Eisen+Graphit

- Kohlenstoff (C) wird in Form von Graphit ausgeschieden

- Stabil, weil Kohlenstoff nicht weiter zerfallen kann (thermodynamisch stabil)

- Gefüge besteht aus Eisen (Fe) und Graphit (C)

- Kohlenstoff (C) verbindet sich mit 3 Eisenatomen (3Fe) zu Zementit (Fe_3C)

- Phase wird begünstigt durch geringe Kohlenstoffgehalte + langsame Abkühlprozesse

- Metastabil, weil Zementit zerfällt bei hohen Temperaturen und langen Glühzeiten durch Diffusionsprozesse in die stabilere Form Graphit + Eisen

- Ab einem Kohlenstoffgehalt von 6,67% (und darüber) besteht das Gefüge nur noch aus 100% Zementit (Fe_3C)

- Zemtit als Werkstoff wird in der Technik nicht verwendet -> Hart, spröde

- Daher wird im Eisen-Kohlenstoff-Diagramm, nur der technisch relevante Bereich dargestellt

Stahl :
0% < Kohlenstoff < 2,06%

Roheisen :
ca. 5% Kohlenstoff
Zusatzelemente :
- Phosphor (unerwünscht)
- Schwefel (unerwünscht)
- Silizium (erwünscht)
- Mangan (erwünscht)

Unlegierte Stähle :
- unlegierte Qualitätsstähle
- unlegierte Edelstähle

Legierte Stähle :
- Legierte Qualitätsstähle
- Legierte Edelstähle

Nichtrostende Stähle

Wenn der Gehalt eines Legierungselements mindestens 5% überschreitet

- Elementares Element
(werden nicht gelöst)

- Mischkristall

- Intermediäre Verbindung
(wichtig : Carbide und Nitride)

- Warmfest

- Nicht härtbar durch Abschrecken

- Große Zähigkeit

- Hohe Verfestigung bei Kaltverformung

- Niedrige Dehngrenze

- Hochwarmfest

Ferritbildner :
(Cr,Al,Ti,Ta,Si,Mo,V,W)
("CrAlTiTaSiMoVW frisst Gamma auf")

- Einschnürung des γ-Gebiets (abgeschlossen)

- A_3 steigt, A_4 sinkt

- Es findet keine γ-α Umwandlung bei Erwärmung statt

- α-Ferrit geht kontinuierlich in δ-Ferrit über

Austenitbildner :
(Ni,C,Co,Mn,N)
("NiCCoM(a)nN macht Gamma an")

- Offenes γ-Gebiet

- α- und δ-Gebiet werden eingeengt

- A_3 fällt, A_4 steigt

Cr, Al, Ti, Ta, Si, Mo, V, W

- Chrom
- Titan
- Tantal
- Vanadium

Ni, C, Co, Mn, N

- Nickel

Mn -> Cr -> Mo -> W -> Ta -> V -> Nb -> Ti

- Mischkarbide (Zementit Struktur)

- Sonderkarbide (eigene Struktur)

- Doppelkarbide


Bei geringer Konzentration eines schwachen Karbidbildners -> Mischkarbid

Bei hoher Konzentration eines schwachen Karbidbildners oder schwachen Konzentration eines starken Karbidbildners
-> Sonderkarbide

- Legierte oder unlegierte Stahlsorten, die für eine Wärmebehandlung bestimmt sind

Durch :
- Eine genaue Einstellung der chemischen Zusammensetzung
- besondere Herstell- und Prüfbedingungen
Werden unterschiedliche Verarbeitungs- und Gebrauchseigenschaften erreicht

- Edelstähle weisen einen höheren Reinheitsgrad als Qualitätsstähle auf

- Legierte oder unlegierte Stähle

- kein gleichmäßiges ansprechen auf eine Wärmebehandlung

- keine Anforderungen an den Reinheitsgrad bezüglich nichtmetallischer Einschlüsse

- Die Gehalte an Verunreinigungen überschreiten aber nicht bestimmte Grenzwerte

- legierte Stahlsorten mit einem Massenanteil Chrom von mindestens 10,5% und höchstens 1,2% Kohlenstoff