Werkstoffe und ihre Prüfung

12.1 Werkstoffe und ihre Prüfung

• Zweistofflegierungen mit Mischkristall
• Erwärmung, Abkühlung, Zustandsdiagramm
• Zweistofflegierungen mit Kristallgemenge
• Abkühlung, Zustandsdiagramm, Berechnung der Zusammensetzung in der Schmelze
• Stahl
• Eisen-Kohlenstoff-Diagramm, Abkühlen, Aufheizen, Gefüge, Gitter, Härten, ZTU-Diagramm
• Prüfverfahren
• Zugversuch
• Zerstörungsfreie Prüfverfahren
• Schallverfahren
• Kapillarverfahren
• Magnetverfahren
• Strahlverfahren
• Kerbschlagbiegeversuch
• Härteprüfung

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Erwärmung und Abkühlung

• Reines Metall
• Haltepunkt bei Übergang von fest zu flüssig bzw. flüssig zu gasförmig
• Zweistofflegierung mit Mischkristall
• Temperaturintervall bei Übergang. Jede Legierung hat ein eigenes Intervall.
• Zweistofflegierung mit Kristallgemenge
• Temperaturintervall und Haltepunkt.
• Zustandsdiagramm
• besteht aus mehreren Abkühlungs-/Erwärmungskurven bei unterschiedlichen Konzentrationen

Berechnung Zusammensetzung in Schmelze

Eisen-Kohlenstoff-Diagramm

Abkühl- und Aufheizkurve von Eisen

Gefügebestandteile

• Austenit
• Gittertyp: kfz
• Eigenschaften: zäh, gut umformbar
• Ferrit (reines Eisen)
• Gittertyp: krz
• Eigenschaften: weich, leicht umformbar
• Zementit (Fe3C)
• Eigenschaften: hart, spröde
• Perlit
• Eutektikum (perfekte Zusammensetzung aus Eisen und Kohlenstoff)

Gitteraufbau

Gitterfehler

• Leerstelle
• Zwischengitteratom
• Frenkelpaar
• Substitutionsatom
• Einlagerungsatom
• Stufenversetzung
• Schraubenversetzung
• Kleinwinkelkorngrenze
• Großwinkelkorngrenze

Glühen

• Rekristallisationsglühen
• 400-700°C mehrere Stunden
• Aufhebung der Kaltverfestigung
• Spannungsarmglühen
• ~600°C >4Std.
• Bei Bearbeitung entstandene Spannung ausgleichen (Schweißen, Härten,...)
• Weichglühen
• Pendeln um PSK-Linie mehrere Stunden
• Herstellen eines weichen Zustandes zur besseren Spanbarkeit, lamellenförmiger Zementit des Perlits wird kugelförmig
• Normalglühen
• 30-50°C über GSK-Linie kurz (bis ganzes Werkstück warm)
• Herstellen eines feinkörnigen und gleichmäßigen Gefüge nach Bearbeitung (Schmieden)
• Diffusionsglühen
• ≈1100°C 20 Stunden
• Ausgleich von Konzentrationsunterschieden, aber grober Korn

Härten

• Härten = Erwärmen + Abschrecken
• 1. Erwärmen in austenitischen Bereich (kfz-Gitter mit viel Platz für ein C-Atom in der Mitte).
• 2. Abschrecken (schnelles Abkühlen -> krz-Gitter ohne Platz für ein C-Atom in der Mitte -> Verspannung des Gitters)
• -> Martensit: tetragonal verspanntes Gitter
• zu 1.
• Härtetemperatur sinkt unter bzw. steigt über dem Eutektikum mit dem C-Gehalt
• 3. Anlassen
• un-/niedriglegierte Stähle ≈ 250°C
• hochlegierte Stähle ≈ 600°C
• -> C-Atome wandern an günstigere Plätze (Martensit bleibt erhalten)

Randschichthärten

• 1. nicht härtbare Stähle
• 0,005-0,2% -> Einsatzhärten -> Aufkohlen (Einsetzen; 5h = 1mm bei C15) -> Härten
• Aufkohlungstemperatur: 850°C - 950°C, Härttiefe bis 1,8mm
• 1. Kasteneinsatz: Werkstück in Koksgefüllten Kasten im Glühofen
• 2.Badeinsatz: Zyansatzmischung mit Zusätzen (flüssig)
• 3.Gaseinsatz: Acetylen, Propan, Butan, CO im Gasofen
• 2. härtbare Stähle
• >0,2% C
• 1. Flammhärten: Gasflamme erwärmt die Randzone -> abschrecken
• 2. Tauchhärten: Im Salzbad nur Randschicht erwärmen -> abschrecken
• 3. Induktionshärten: Spule mit hochfrequentem Wechselstrom um Werkstück induziert im Werkstück Wirbelströme, die die Randschicht erwärmen -> abschrecken
• hohe Frequenz -> geringe Härtetiefe (je nach Frequenz 0,1-1mm)
• 3.Nitrierhärten
• Stickstoff wird in die Oberfläche eingebracht und bildet dort Nitride, die hart sind; KEIN Abschrecken! -> kein Verzug
• Dickenstuerung über Dauer: 20h für 0,3mm

Zeit-Temperatur-Umwandlungs-Diagramm (ZTU)

• KOMMT DAS ÜBERHAUPT DRAN???

Zugversuch

• Ermittlung von Werkstoffkennwerten
• Prüfvorgang: Die Werkstoffprobe wird gleichmäßig und stoßfrei gedehntes zum Bruch. Dabei wird die Probenverlängerung und die Zugkraft gemessen bzw. aufgezeichnet -> Kraft-Weg-Diagramm (von Probenmessung abhängig). Nur werkstoffabhänig Werte durch Umrechnung