Werkstoffkunde Stahl für Studium und Praxis:
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Aachen
Mainz
2004
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1 Begriffe, Abkürzungen, Formelzeichen..................................................................1
1.1 Begriffserläuterungen..........................................................................................1
1.2 Abkürzungen und Formeizeichen.......................................................................4
2 Physikalische Eigenschaften von Eisen und Stahl..............................................16
2.1 Allgemeines.......................................................................................................16
2.2 Kristallaufbau....................................................................................................18
2.2.1 Kristallstrukturen des reinen Eisens...........................................................18
2.2.2 Einfluss von Fremdatomen auf die Gitterkonstante von Eisen..................25
2.2.3 Realstruktur................................................................................................26
2.3 Thermische Eigenschaften................................................................................28
2.3.1 Volumen- und Längenänderung von Eisen................................................28
2.3.2 Volumen- und Längenänderung von Stählen.............................................32
2.3.3 Wärmeleitfähigkeit.....................................................................................35
2.3.4 Einfluss der Legierungselemente auf die Diffusion in Eisen.....................37
2.4 Elastische Eigenschaften...................................................................................40
2.4.1 Elastizitätsmodul, Schubmodul..................................................................40
2.4.2 Anelastizität................................................................................................46
2.5 Magnetische und elektrische Eigenschaften.....................................................50
2.5.1 Magnetische Eigenschaften des reinen Eisens...........................................50
2.5.2 Magnetische Eigenschaften von Stählen....................................................55
2.5.3 Elektrische Eigenschaften..........................................................................59
2.6 Literatur.............................................................................................................62
3 Legierungen des Eisens..........................................................................................64
3.1 Legierungsbildung.............................................................................................64
3.1.1 Homogene Legierungsbildung durch
interstitielle
und substitutionelle
Lösung.....................................................................................................65
3.1.2 Heterogene Legierungsbildung durch Entmischung..................................67
3.1.3 Überstruktur bei Substitutionsmischkristallen und Bildung von
intermetallischen Phasen.........................................................................68
3.2 Zustandsschaubilder von Fe-Legierungen........................................................70
3.2.1 Zustandsschaubilder von Zweistoffsystemen............................................70
3.2.2 Thermophysikalische Grundlagen für die Erweiterung bzw. Einschnürung
des
γ
-Phasenfeldes
..................................................................................71
3.2.3 Erweiterung des
γ
-Phasenfeldes
in Fe-Legierungen..................................72
w
________________________________________
,
______________
3.2.4 Einengung des
γ
-Phasenfeldes
in Fe-Legierungen....................................74
3.2.5 Das Zustandsschaubild Eisen-Kohlenstoff................................................76
3.2.6 Zustandsschaubüder von Fe-Nund Fe-H..................................................80
3.2.7 Ternäre Eisen-Systeme...............................................................................80
3.2.8 Zustandsschaubild Fe-C-Cr........................................................................81
3.2.9 Dreistoffsystem Fe-Cr-Ni...........................................................................84
3.3 Seigerung und
Segregation
................................................................................87
3.3.1 Entmischungsvorgänge während der Erstarrung.......................................87
3.3.2 Seigerungsverhalten bei dendritischer Erstarrung.....................................90
3.3.3 Makroseigerungen......................................................................................92
3.3.4 Seigerungsverhalten beim Strangguss.......................................................94
3.3.5 Kristallseigerungen....................................................................................97
3.3.6 Sekundärseigerungen.................................................................................98
3.3.7 Nachweis von Seigerungen......................................................................104
3.4 Einschlüsse im Stahl........................................................................................108
3.4.1 Reinheitsgrad............................................................................................109
3.4.2 Sulfidische Einschlüsse............................................................................112
3.4.3 Oxidische Einschlüsse..............................................................................114
3.4.4 Einfluss von
Calcium
auf die Bildung nichtmetallischer Einschlüsse .... 116
3.5 Literatur...........................................................................................................120
4 Phasenumwandlungen.........................................................................................124
4.1 Ferritisch-Perlitische Umwandlung.................................................................127
4.1.1 Morphologie.............................................................................................127
4.1.2 Bildung des ferritischen Gefüges: Umwandlung ohne Änderung der
chemischen Zusammensetzung.............................................................131
4.1.3 Bildung des perlitischen Gefiiges: Umwandlung mit gleichzeitiger
Ausscheidung........................................................................................136
4.1.4 Einfluss des Lamellenabstandes auf die mechanischen Eigenschanen... 144
4.1.5 Einfluss der Legierungselemente aufdiePerlitbildung...........................146
4.1.6 Sonderformen des Perlits.........................................................................148
4.1.7 Anwendung von ferritisch-perlitischen Stählen......................................151
4.2 Martensitische (athermische) Umwandlung....................................................152
4.2.1 Morphologie.............................................................................................152
4.2.2 Bildung des martensitischen Gefüges......................................................153
4.2.3
Einfluss
der Legierungselemente auf die Martensitbildung....................161
4.2.4 Einfluss einer Verformung auf die Martensitbildung..............................170
4.2.5 Mechanische Eigenschanen martensitischer Stähle................................173
4.2.6 Sonderformen des Martensits und der Martensitbildung Kubischer
Martensit...............................................................................................176
4.2.7 Anwendung von martensitischen Stählen................................................179
4.3 Bainitische Umwandlung................................................................................181
4.3.1 Morphologie.............................................................................................181
4.3.2 Bildung eines bainitischen Gefüges.........................................................183
4.3.3 Einfluss der Legierungselemente auf die Bainitbildung..........................188
4.3.4 Widmanstätten Ferrit................................................................................194
4.3.5 Anwendung von bainitischen Stählen......................................................195
4.4 Ausscheidung aus dem übersättigten Mischkristall........................................199
4.4.1 Theoretische Grundlagen.........................................................................201
4.4.2 Einflussgrößen auf die Karbidausscheidung............................................214
4.4.3 Alterung....................................................................................................217
4.4.4 Anwendungsbeispiele..............................................................................220
4.5 Literatur...........................................................................................................226
5 Technische Wärmebehandlungen.......................................................................232
5.1 Härten..............................................................................................................235
5.1.1 Begriffsbestimmung.................................................................................235
5.1.2 Vergüten (Härten und Anlassen)..............................................................236
5.1.3 Prüfung der Härtbarkeit............................................................................251
5.1.4 Berechnung der Härtbarkeit.....................................................................255
5.1.5 Einsatzhärten............................................................................................256
5.1.6 Eigenschaften gehärteter Werkstücke......................................................258
5.2 Glühbehandlungen...........................................................................................264
5.2.1 Diffusionsglühen......................................................................................264
5.2.2 Grobkornglühen.......................................................................................267
5.2.3 Normalglühen...........................................................................................270
5.2.4 Weichglühen.............................................................................................273
5.2.5 Rekristallisationsglühen...........................................................................277
5.2.6 Spannungsarmglühen...............................................................................285
5.2.7 Kombinierte Glühverfahren.....................................................................287
VI
___________________________________________________________________________________
5.2.8 Patentieren von Drähten...........................................................................287
5.3 Beschreibung der Austenitumwandlung für technische Anwendungen.........289
5.3.1 Ermittlung der Ungleichgewichtsschaubilder..........................................289
5.4 Zeit-Temperatur-Austenitisierungsschaubilder (ZTA-Schaubilder)...............292
5.4.1 Austenitisieren bei isothermischer Erwärmung.......................................295
5.4.2 Austenitisieren bei kontinuierlicher Erwärmung.....................................298
5.4.3 Beeinflussung der Austenitisierung.........................................................302
5.5 Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubilder (ZTU-Schaubilder)...................305
5.5.1 Isothermische Umwandlung.....................................................................306
5.5.2 Kontinuierliche Umwandlung..................................................................316
5.5.3 Weitere Darstellungsmöglichkeiten des Umwandlungsverhaltens..........319
5.5.4 Beeinflussung des Umwandlungsverhaltens............................................322
5.6 Thermomechanische Behandlung...................................................................328
5.6.1 Begriffsbestimmung.................................................................................329
5.6.2 Rolle der Mikrolegierungselemente.........................................................330
5.6.3 Einflussgrößen auf die TMB mikrolegierter Stähle.................................349
5.7 Literatur...........................................................................................................362
Stichwortverzeichnis..............................................................................................370
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