Spezielle Werkstoffkunde der Stähle für Studium und Praxis:
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Aachen
Mainz
2012
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Inhaltsverzeichnis
ill
Inhaltsverzeichnis
1 SYSTEMATIK DER STÄHLE 1
1 1 Europäische Normung 1
1 2 Einteilung der Stähle nach Hauptgüteklassen 2
121 Unlegierte Stähle 2
122 Nicht rostende Stähle 4
123 Andere legierte Stähle 5
124 Bezeichnung nach Verwendungszweck sowie mechanischen und
physikalischen Eigenschaften 5
1 3 Bezeichnungssystem für Stähle 7
131 Bezeichnung nach der chemischen Zusammensetzung 7
132 Bezeichnung der Stähle mit Werkstoffnummem 9
2 WIRKUNG DER LEGIERUNGSELEMENTE 12
2 1 Begriffe 12
2 2 Lösung im Eisengitter 13
2 3 Beeinflussung von Phasengleichgewichten 17
2 4 Beeinflussung von Phasenumwandlungen 18
2 5 Beeinflussung der physikalischen Eigenschaften 19
251 Elektromagnetische Eigenschaften 19
252 Diffusion 21
253 Stapelfehlerenergie 22
2 6 Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften 25
261 E-Modul 25
262 Streckgrenze 25
263 Mechanismen der Festigkeitssteigerung 26
264 Zugfestigkeit und Biegewechselfestigkeit 28
265 Verschleiß 29
266 Zähigkeit 29
267 Allgemeine Wirkung der Legierungselemente auf die mechanischen
Eigenschaften 30
2 7 Wirkung auf technologische Eigenschaften 32
Inhaltsverzeichnis
IV
271W ärmebehandlung 32
272 Zerspanbarkeit 32
2 8 Wirkung auf Korngrenzen 34
281 Segregation 34
2 9 Einfluss einzelner Legierungselemente auf die Eigenschaften von
Eisenwerkstoffen 35
291 Kohlenstoff 35
292 Silizium 36
293 Mangan 37
294 Phosphor 38
295 Schwefel 39
296 Chrom 40
297 Nickel 42
298 Molybdän 43
299 Kupfer 44
2 9 10 Kobalt 45
2 9 11 Wolfram 46
2 9 12 Niob 47
2 9 13 Titan 48
2 9 14 Vanadium 48
2 9 15 Aluminium 49
2 9 16 Stickstoff 50
2 9 17 Bor 51
2 10 Literatur 53
3 STAHLGRUPPEN 54
3 1 Unlegierte Baustähle 54
311 Allgemeines 54
312 Anforderungen an die Gebrauchseigenschaften 54
313 Maßnahmen zur Einstellung der geforderten Eigenschaften 62
314 Kennzeichnung der Stahlsorten 67
315 Anwendungsbeispiele 68
3 2 Stähle für Warm- und Kaltband mit guter Umformbarkeit 69
Inhaltsverzeichnis
V
321 Anforderungen an Stähle für Warm- und Kaltband 69
322 Herstellung von Warm- und Kaltband 74
323 Stahlsorten im Fahrzeugbau 82
3 3 Stähle für die Kalt-Massivumformung 94
3 4 Vergütungsstähle 98
341 Anforderungen an Vergütungsstähle 99
342 Ausscheidungshärtende ferritisch-perlitische (AFP) Stähle 100
3 5 Höchstfeste Stähle 111
351 Höchstfeste V ergütungsstähle 111
352 Höchstfeste martensitaushärtende Stähle 112
353 Höchstfester Stahldraht 114
3 6 Stähle für die Oberflächenhärtung 117
361 Verfahrensübersicht 117
362 Einsatzhärten 118
363 Nitrieren und Nitrocarburieren 132
364 Borieren 139
365 Jominy Versuch 146
3 7 Werkzeugstähle 149
371 Einteilung und Anforderungen von Werkzeugstählen 149
372 Kaltarbeitsstähle 158
373 Warmarbeitsstähle 169
374 Schnellarbeitsstähle 180
375 Kunststoffformenstähle 189
376 Das Elektroschlackeumschmelzverfahren (ESU) 193
377 Oberflächenbehandlung von Werkzeugstählen 195
3 8 Warmfeste Stähle 201
381 Einleitung 201
382 Kenngrößen der Hochtemperaturwerkstoffe und ihre Prüfung 205
383 Kaltverformung 214
384 Korngröße, Komgrenzen und Komform 223
385 Reinheitsgrad 226
3 9 Kaltzähe Stähle 229
Inhaltsverzeichnis
VI
391 Material- und Gebrauchseigenschaften 229
392 Arten kaltzäher Stähle 230
3 10 Automatenstähle 234
3 11 Nichtrostende Stähle 239
3 11 1 Einleitung 239
3 11 2 Nichtrostende Chromstähle 240
3 11 3 Einteilung der nichtrostenden Stähle nach ihrem Gefüge 245
3 11 4 Hitze- und zunderbeständige Stähle 260
3 12 Wälzlagerstähle 266
3 12 1 Anforderungen und Eigenschaften 266
3 12 2 Metallurgische Maßnahmen zur Einstellung der Eigenschaften 267
3 13 Schienenstähle 272
3 13 1 Perlitische Schienenstähle 272
3 13 2 Bainitische Schienenstähle 280
3 14 Stähle mit besonderen Eigenschaften: Elektromagnetische Stähle 283
3 14 1 Weichmagnetische Werkstoffe 283
3 14 2 Dauermagnetwerkstoffe 286
3 14 3 Nichtmagnetisierbare Stähle 287
3 15 Rohrstähle 295
3 15 1 Rohrherstellungsverfahren und Rohrstahlgüten 296
3 15 2 Methodik moderner industrieller Werkstoffentwicklung im
Rohrbereich 311
3 15 3 Leitungsrohre 317
3 15 4 Ölfeldrohre 333
3 15 5 Kesselrohre für den Kraftwerksbau 345
3 15 6 Präzisrohre 362
3 16 Literatur 371
4 KORROSION UND KORROSIONSSCHUTZ 378
4 1 Einleitung 378
4 2 Grundlagen der elektrochemischen Korrosion 378
4 3 Un- und niedriglegierte Stähle 385
4 4 Korrosionsbeständige Stähle 389
Inhaltsverzeichnis
VII
4 5 Erscheinungsformen der Korrosion 393
451 Lochkorrosion 393
452 Interkristalline Korrosion 397
453 Spannungsrisskorrosion 402
454 Dehnungsinduzierte Korrosion 405
455 Schwingungsrisskorrosion (Korrosionsermüdung) 406
456 Wasserstoffinduzierte Korrosionserscheinungen 406
457 Kontaktkorrosion 408
4 6 Korrosionsschutzverfahren 410
461 Aktive Schutzverfahren 412
462 Passive Schutzverfahren 415
4 7 Literatur 418
5 GRUNDLAGEN DES SCHWEIßENS VON STÄHLEN 420
5 1 Definition 420
5 2 Verfahren 420
521 Einteilung der Schweißverfahren 420
522 Schweißverfahren 421
523 Schmelzschweißen 422
524 Pressschweißverfahren 425
5 3 Aufbau der Schweißverbindung 426
5 4 Werkstoffkundliche Vorgänge beim Schweißen 431
541 Die Erwärmung des Grundwerkstoffs in der Wärmeeinflusszone431
542 Die Abkühlung von Schweißnaht und Wärmeeinflusszone 432
543 Beschreibung der Umwandlung 434
544 Beschreibung der Eigenschaften 439
5 5 Kennzeichnung der Eignung zum Schweißen 440
5 6 Schrumpfung und Eigenspannung 441
5 7 Schweißfehler 443
571 Heißrisse 443
572 Kaltrisse 443
5 8 Literatur 445
Inhaltsverzeichnis
VIII
6
6 1
6 2
6 3
6 4
6 5
6 6
6 7
7
7 1
7 2
WERKSTOFFKUNDLICHE UNTERSUCHUNGSVERFAHREN 447
Differential-Thermoanalyse (DTA) 447
611 Anlagenbeschreibung und Versuchsdurchfuhrung 448
612 Versuchsauswertung 451
Simulation Stranggießen 454
621 Grundlagen 454
622 Experimentelle Versuchsfuhrung 461
623 Aufnahme von Fließkurven 463
Warmumformsimulation 464
631 Aufnahme von Fließkurven 464
Dilatometrie 471
641 Anlagenbeschreibung 472
642 Versuchsdurchftihrung 475
643 Metallographische Auswertung 476
Metallographie 477
651 Lichtmikroskopie 477
652 REM 500
653 TEM 510
654 Weißlichtkonfokalmikroskop 514
Texturmessungen 518
661 Begriffe 518
662 Nachweis von Texturen 520
663 Darstellung von Texturen 523
664 Entstehung von Texturen 527
665 Texturen im Warmband 531
666 Texturen im Kaltband 531
667 Texturen und Eigenschaften 536
Literatur 538
NUMERISCHE SIMULATION IN DER WERKSTOFFTECHNIK541
Einleitung 541
Thermodynamische Modellierung 544
721 Semi-empirische Modellierung 544
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8
8
0
3
7
1
1
6
8
1
1
4
44
Inhaltsverzeichnis
IX
722 Physikalische Modellierung 545
7 3 Kontinuumsmechanik 552
731 Numerische Umsetzung der Kontinuumsmechanik 552
732 WerkstoffVersagen: Bruch- und Schädigungsmechanik 554
7 4 Anwendungsbeispiele 556
741 Berechnung von Carbonitrid-Ausscheidungen in Einsatzstählen 556
742 Ermittlung von bruchmechanischen Kennwerten mittels C(T)-
Proben 558
743 Kantenfehler beim Warmwalzen von Maschinenbaustahl 560
744 Mechanische Eigenschaften von geglühten Mehrphasen-Stählen 563
7 5 Literatur 566
8 SONDERVERFAHREN 568
8 1 Thixoforming 568
811V erfahrenspotentiale 571
812 Thixoforming von Stahl 573
813 Werkstoffe 574
8 2 Herstellung metallischer Schäume 577
821 Einleitung 577
822 Herstellungstechniken 578
823 Anwendungsgebiete 581
824 Eigenschaften von Schäumen 583
8 3 Literatur 587
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