20 Legierungs- und Begleitelemente im Stahl

Sauerstoff, Schwefel, Phosphor, Stickstoff, Wasserstoff

-> Sauerstoff und Schwefel:

- beeinträchtigen die Warmumformbarkeit (weil sich unter ungünstigen Bedingungen niedrig schmelzende Phasen auf den Korngrenzen bilden können)

- Schweißbarkeit

- bestimmen Menge an nichtmetallischen Einschlüssen-> schlecht für Zähigkeit

-> Phosphor erst ab 1000°C Glühungen verteilen sich Korngrenzenbelegungen homogen im Gitter. Phosphorhaltige Stähle zwischen 800-900°C -> glassspröde und äußerst schlagempfindlich, bei glühungen oberhalb 400 grad scheidet Phosphor auf korngrenzen aus und bei anschließender plastischen Verformung löst es korngrenzenbrüche aus somit sinkt Zähigkeit

->Stickstoff: ursache der reckalterung also bildung cottrellscher wolken -> alle zähigkeitswerte werden gesenkt

->Wasserstoff: gefahr von flockenrissen-> zur vermeidung: schmelze entgasen und unterhalb eutoketoiden umwandlung glühen

-> silizium und mangan -> erhöhen festigkeitswerte setzen aber dehnung ab

• auf die phasengrenzlinien im Zustandsdiagramm

• Umwandlungslinien in ZTU-Diagrammen

• im Fe-Gitter gelöste Elemente bewirken eine Festigkeitssteigerung durch MKverfestigung

• Atomdurchmesserdifferenz

• Veränderung des E- bzw. G-moduls

• Mn, Cr, Ni -> geringen Einfluss

• Si, P -> Lassen Elementarzelle schrumpfen

• W, Cu, Mo, Ti, Zn -> Lassen Elementarzelle wachsen

• Cr, Co,Si, Mn -> geringe Veränderung

• Ni von 8 m/o -> -10% -> Folge: Festigkeitssteigerung (Härtezuwachs)

P Si

Martensitische härtung eines unleg. stahls mit 0,5% C -> 650HV

Legierung mit 4% Si -> 225 HV

• mart H. führt zu größeren härtewerten

• MKV kann bei erhöhten Betriebstemp. verwendet werden -> daher werden warmfeste stähle mit kristallbildenen elementen legiert -> hohe kosten

• verengung: Al, Sn, Ti, Cr, W…

• Erweiterung: Mn, Ni, Co, Zn, C

• 2) Atomradius

• 3) Li, Mg, Ag, Cd, Tl, Pb, Bi

• Erweitert sich

• System mit lückenloser Mischkristallreihe

• Kann vergleichsweise bis zu niedrigen Temperaturen stabilisiert werden

• Durch zugabe von C:

  • Bei geringen Mn und C gehalten entsteht bei abkühlung Perlit

  • Mit zunehmendem Mn und C -> Austenit

  • Im Übergangsgebiet: Martensitisches, martensitisch-perlitische und perlitisch-zementithaltige Gefüge

• Manganstähle (12 m/o mangan, 1 m/o C)

• Auch hadfield-Stähle genannt

• Weisen nach abschreckung von ca 1100°C ein austenitisches gefüge auf -> unter mechanischen Druckspannung und extremer kaltverfestigung: austenit wandelt sich in epsilon-Martensit um -> hohe härte, verfestigte randschicht führt zu verschleißbeständigkeit, kern behält hohe zähigkeit

• Ni > 30m/o -> stabilisieren gamma-MK bis RT

• Durch zunehmenden C-Gehalt wird der benötigte Ni gehalt abgesenkt

• Zu niedrige Ni C gehalte -> martensit, perlit

• Cr, Mo, W

• Die, die MC-Karbide bzw. MX-Karbide im stahl bilden: V,Nb,Ti,B,Si,P

• zeigen gute weichmagnetische eigenschaften

• werden als Elektrobleche zur herstellung von eisenkernen für transformatoren, generatoren und elektromotoren

wenn stähle sich nicht austenitisieren lassen (wenn gamma-mk nicht mehr existent ist zb bei Cr=20m/o)

1) durchlaufen keine eutektoide umwandlung -> nicht härtbar,

festigkeitssteigerung nur durch kaltverformung möglich, nicht magnetisierbar, Anwendungsgebiete: chemische Industrie, Haushalt

2) geringe Kaltverfestigung, magnetisierbar, schlechte verarbeitungseigenschaften, schlechte kriechbeständigkeit aufgrund hohen selbstdiffusionskoeff.

3) 1:1 verhältnis austenit und ferrit, bessere korrosionsbeständigkeit und festigkeit

4.1) Werkzeugstahl: hohe Korrosoinsbeständigkeit, (z.B. Messer)

4.2) weichmartensitisches stahl: hohe Duktilität und zähigkeit

1) MmCn um auszudrücken, dass es sich nicht um eine einzige Atomsorte handelt, die als Metall im Karbid vertreten ist

2) MmXn

3) MmNn

• keine Konstante

• Abhängig von Zusammensetzung

• Stabilsten und härtesten Karbide: Monokarbide

• Weichster Karbid: legiert mit Zementit

• Aus schmelze wird feines pulver erzeugt, das durch einen sinterprozess unter hohem isostatischen druck zu einem festkörper konsolidiert

• Resultat: gleichmäßig verteilte kleine kompakte karbide -> deutliche steigerung der festigkeit und zähigkeit im vergleichzu schmelzmetallurgischen herstellung

1) Steigerung des Korrosionswiderstandes

2) Steigerung der Einhärtbarkeit bei martensitischen härtung

3) Steigerung der Verschleißbeständigkeit

• Unterscheidung in Nass- und Hochtemperaturkorrosion

  • Nassk.: Eisen wird durch ein wässriges medium aufgelöst -> es bildet sich rost

  • Hochtk.: Auflösung von Eisen in o2-haltiger atmosphäre bei hohen temp

• Ab >12 m/o Cr guter Korrosionsschutz gegen viele wässrige umgebungsmedien

• Vorteil Cr: Verschiebung des Beignns der Bainitstufe im kontinuierlichen ZTU diagramm , <2 m/o Cr ausreichend

• hohe c gehalte wirken versprödend

• Karbiddispersion verleiht Stählen nach einer Wärmebehandlung hohe abrasive Verschleißfestigkeit

• >12 m/o Cr

• >1,5 m/o C