Thema 8 Metalle

• Die Löslichkeit von Stickstoff nimmt ab beim Abkühlen

• Es entsteht Eisennitrid das Verunreinigungen in der Kirstallstrucktur zufolge hat

  
  

• 40 % der Schmelztemperatur

Zugversuch

1. Materialproben

   • z.B. Bewehrungsstahl

1. Proportionalstäbe

   • z.B. aus Stahlbauteilen

2. Flachproben

   • z.B. bei Blechwerkstoffen

1. kurzer Proportionalstab (wird ehr verwändet)

   • L0 = 5 *d0 (runder Querschnitt, i.d.R. d0 > 4 mm)

2. langer Proportionalstab

   • L0 = 10 d0 (runder Querschnitt, i.d.R. d0 < 4 mm)

Deletationszone

Cottrell wolke

1. Platische Verformung setzt ein an den Cottre Wolken

2. Versetzung der Atome ist gepinnt durch Cottre Wolken

3. Erst ab eine Bestimmten Spannung reißen sich die Versetzung des Kristalls von den Fremdatomen los.

4. Plastische Verformung beginnt (ab Punkt 4)

1. Kristallgitter mit Fremdatomen zb Kohlenstoff

2. Versetung gepinnt durch Fremdatome

3. Bis vor die plastische Verformung eintritt entstehen die Lüdersbänder durch die gepinnte Verstezung.

   
   

• Entstehung von Lüdersbändern

• Elatische Anteil ist individuel für Stahl an jedem Punkt zu bestimmen.

• Die Steigung des elatischen Bereichs ist für die Bestimmtung zu verwenden

m = Steigung

x = Unbekannt

x1 und y1 = Koordinaten des Puntes

• Die beim Zugversuch auftretende größte relative Querschnittsänderung geht über die der Gleichmaßdehnung hinaus und wird als Brucheinschnürung bezeichnet; sie ist ein Maß für die Duktilität des Werkstoffes.

Die Gleichmaßdehnung Ag ist die Dehnung im Zugversuch, bis zu der sich die Probe gleichmäßig über deren Länge dehnt und keine Einschnürung stattfindet.

• Ist der Quotent aus Längenänderung und der Ausgangslänge.

• Unteschied zwischen Nennspannung und wahreres Spannung

• Die Nennspannung bezieht sich immer auf den Ausgangsquerschnitt S0. Die Wahre Spannung steigt jedoch ab Rm weiter an, da sich die Querschnittsfläche aufgrund von Einschnürung verringert.

Spannstahl

• Charakteristischer Wert der 0,1 % Dehngrenze des Spannstahls

  
  

• Charakteristischer Wert der 0,2 % Dehngrenze des Betonstahls.

Gesamtverformung = elatische Verformung + plastische Verformung

Mit zunehmendem Bindungskräften zwischen Atomen steigt der Schmelzpunkt und E-Modul.

Das Kristallgitter ist leichter

1. Lösung der Kettengitter

2. Neuverbindung

• Kubisch flächen Zentriert

• Aluminium, Kupfer, Blei und Nickel

• Kubisch raum zentriert

• Eisen

• Hexagonal dichteste Packung

• Kobalt, Zink, Titan

Gleitebenen = 6

Gleitrichtung = 2

Gleitsysteme = 12

• Gleitebenen = 4

• Gleitrichtung je Gleitebene = 3

• Gleitsysteme = 4*3 = 12

• Gleidebenen 1

• Gleitrichtung 3

• Gleitsystem 3

• Kubischraumzentriertes Kristall ist nicht so dicht gepackt wie kubischflächen zentrierter Kristall

• Atome brauchen mehr Energie um anneinader vorbei geschoben zu werden.

• Kfz Gitter kommt schneller ins gleiten als das Krz Gitter

• Kfz ist somit besser plastisch Verformbar

Einlagerungen führen zu einer Verzerrung des Gitters

• Behinderung der Versetzungsbewegung

• kritische Schubspannung wird erhöht

• Festigkeit wird erhöht

Kann Fehlstellen in der Strucktur erezugen durch Gitter

• Legierungszusätze

• Wärembehandlung

• Kaltvwerformung

• Körnung

• Ab einem Kohlenstoffgehalt von 0,2 %

• Erwärmen in das Austenitgebiet auf rd. 900°C

• Schnelles Abkühlen, z.B. in Wasser oder Öl

• Es entsteht Martinsit (Bainit als zwischen Stuffe)

• Glashart

+

• Zugfestigkeit nimmt mit zunehmender Anlastemperatur ab

• Bruchdehnung nimmt steigender Anlastemperatur zu

• Durch das Anlassen lassen sich das Metall wieder Besserdehnen bei gleichzeitiger Abnahme der Festigkeit.

Glühbehandlung:

• Austenitisieren

• langsames Abkühle z.B. an Luft

• Homogenisierung des Ferrit und Perlitt Struktur durch langsames abkühlen

VERGÜTEN

• Austenitisieren

• schnelles Abkühlen*

• Anlassen bei höheren Temperaturen (Auch als beim Härten)

• Festikeit steigt

• Verformungsfähihkeit nimmt ab

• Bildung von Bainit und Martensit

• Walzung

  • Anisotropie durch Textur

Verbesserung der Streckgrenze

• Korngrenze

• Achtung bei vergüteten Feinkornbaustählen

• jede Korngrenze enthält Energie

• energetisch günstig wenige große Körner

• Beim Warmwalzen (Austenit) nicht unnötig hohe Temperaturen

• Gezieltes Abkühlen

• Impfen mit Aluminium = Niob , Vanadium

• Unter Impfen einer Metallschmelze versteht man die Zugabe fester Stoffe gleicher oder anderer Zusammensetzung, meist in feinkörniger Form, mit dem Ziel, Kristallisationskeime zu schaffen oder deren Bildung zu unterstützen.

• Einfluss der Kornfeinheit

• Höher die Festigkeit

• Verformbarkeit bleibt gleich

Ziel ist eine hohe Streckgrenze

1. Kompensation der Kriech- und Schwindverluste

2. höhere Kohlenstoffgehalte (generell nicht mehr schweißbar)

3. Kaltverformt

4. Vergütet

5. kaltverformt und vergütet

• Spannungsrisskorrosionsgefahr

• Spannstahl bis 900 - 1100

• Hochfeste Bewehrung um die 750

• Herkömmliche 500

• Verschweißbar

• Ausreichende Streckgrenze

• an Zugfestigkeit

• Duktilität

• Kerbschlagbiegefestigkeit

• Korrosionsbeständigkeit

Re erhöhen

• Mikrolegierungselemente

• Feinkornbaustähl

• kaltverformen

• vergüten (wassergekühlte oder wasservergütete Stähle) aber i.d.R. C > 0,2 %

• Legierungselemente

• Wärmebehandlung

• Kaltverformen

• Vergüten (wassergekühlt oder wasservergütete Stähle), aber i.d.R. C > 0,2 %

• Substitution : Weniger Stahl auf gleicher Fläche bei gleicher Festigkeit.

• Minimierung: Weniger Stahl auf geringerer Fläche bei gleicher Festigkeit.

Relativ geringe Veränderung bei Steigender Temperatur

• Technische Streckgrenze von Spannstahl in abhängigkeit zur Temperatur.

• Spannstahl verliert rapiede an Festigkeit bei Erwärmung

1. Festigkeiten nach Wärme Einwirkung

2. Kaltverformter Stahl hat nach der Erhitzung geringere Festgkeitseigenschaften.

   • Rekristallisationstemperatur bei unlegierten Stählen zwischen 400 °C – 600 °C

• Rekristalisation von Kaltverformtenstählen

• Rekristallisationstemperatur ist ca. das 35 % des Schmelztemperatur.

• Mit Steigendem Schmelzpunkt wird

• Mit abnehmender Temperatur wird Stahl Fester

• Mit sinkender Temperatur ssinkt auch die Dehnbarkeit

• Gleichmaßdehnung wird nicht stark beeinfluss von der Temperatur bis - 160 °C

  
  

  
  

• Für die Bruchdehnung bei ungekärbten Werkstücken langsam gezogen, gekerbten Werkstüken langsam und schnel gezogen gibt es einen schmelen Temperaturbereich in dem die Dehnung und die Festigkeit stark ansteigen.

• Umso kälter desto spröder das Material

• Gekerbte Werkstoffe werden schneller Spröde bei Temperatur abfall

• Die Art der Belastung hat eine Auswikung auf die Festigkeit

• Kerbschalgarbeitsversuch

• Kv = m * g *(H - h)

• Formel für die Potentielle Energie des Pendels wo bei die Höhe h nach dem Zerstören der Probe abgezugen wird von der Anfangshöhe H.

• Kv= Potentielle Energie vor Zerstörung der Probe - Ptentzelle Energie des Pendels nach Zerstörung der Probe

• Kv / A

• Kerbschlagarbeit durch Querschnittsfläche

• hoher C-, P- und S-Gehalt

• grobes Korn

• Kaltverformung

• Alterung

Schwingsteifen

• Risswachstum

Kubisch Raumzentriert besser als kubisch Flächenzentriert