41 Fragen zu Metallurgie

Die Beschreibung ist grundsätzlich korrekt, aber etwas vereinfacht. Eisen wird in der Regel aus eisenhaltigen Erzen, wie Hämatit oder Magnetit, gewonnen. Dieser Prozess erfolgt meist in Hochöfen, wo das Erz mit Koks und Zuschlägen erhitzt wird. Dabei wird das Eisen aus dem Erz reduziert und in flüssiger Form gewonnen. Es wäre hilfreich, auch die chemischen Reaktionen und die Rolle von Reduktionsmitteln zu erwähnen, um ein vollständigeres Bild des Prozesses zu erhalten.

Das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm ist ein wichtiges Werkzeug in der Metallurgie, insbesondere im Hochofenprozess. Es zeigt die Phasen und deren Zusammensetzungen von Eisen und Kohlenstoff bei verschiedenen Temperaturen und Kohlenstoffgehalten. Im Hochofen wird Eisenerz zusammen mit Koks und Zuschlägen erhitzt, um Roheisen zu gewinnen. Das Diagramm hilft dabei, die verschiedenen Phasen (z.B. Ferrit, Austenit, Zementit) und deren Eigenschaften zu verstehen. Es ist entscheidend für die Kontrolle der Legierungseigenschaften, die beim Gießen und der weiteren Verarbeitung von Eisen und Stahl wichtig sind. Zusammengefasst dient das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm dazu, die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften von Eisen-Kohlenstoff-Legierungen zu analysieren und zu optimieren.

Bei der relativ langsamen Abkühlung aus dem Austenitfeld des Fe-C-Diagramms werden hauptsächlich zwei Gefügebestandteile gebildet: Ferrit (α-Fe) und Zementit (Fe₃C). Ferrit ist eine kubisch-raumzentrierte Struktur, während Zementit eine intermetallische Verbindung ist, die eine wichtige Rolle in der Mikrostruktur von Stahl und Gusseisen spielt.

Temperguss wird nicht durch nachträgliche Gübehandlung hergestellt, sondern ist ein Gussverfahren, bei dem das Material während des Gießprozesses einer speziellen Wärmebehandlung unterzogen wird. Diese Behandlung erfolgt in der Regel nach dem Gießen, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erreichen. Der Temperguss zeichnet sich durch eine hohe Festigkeit und Zähigkeit aus, die durch das gezielte Anlassen des Gusseisens erzielt wird.

Plastisches Verformen von Metall bezeichnet den Prozess, bei dem ein Metall unter Einwirkung von äußeren Kräften dauerhaft in eine neue Form gebracht wird, ohne dass es dabei bricht. Dieser Vorgang tritt auf, wenn die auf das Metall ausgeübte Spannung die Streckgrenze des Materials überschreitet. Es gibt verschiedene Methoden des plastischen Verformens, darunter: 1. **Walzen**: Das Metall wird durch Walzen in eine dünnere Form gebracht. 2. **Schmieden**: Durch Hämmern oder Pressen wird das Metall in die gewünschte Form gebracht. 3. **Ziehen**: Das Metall wird durch eine Düse gezogen, um Draht oder Stäbe zu erzeugen. 4. **Biegen**: Das Metall wird um eine Achse gebogen, um eine bestimmte Form zu erhalten. Plastisches Verformen ist ein wichtiger Prozess in der Metallverarbeitung und wird in vielen Industrien eingesetzt, um Bauteile mit spezifischen Eigenschaften und Formen herzustellen.

Der 42CrMo4 ist ein legierter Vergütungsstahl, der häufig in der Maschinenbauindustrie verwendet wird. Er enthält typischerweise folgende Legierungsbestandteile: - **Kohlenstoff (C)**: ca. 0,40 - 0,45 % - **Chrom (Cr)**: ca. 0,90 - 1,20 % - **Molybdän (Mo)**: ca. 0,15 - 0,30 % - **Mangan (Mn)**: ca. 0,60 - 0,90 % - **Silizium (Si)**: ca. 0,20 - 0,40 % - **Phosphor (P)** und **Schwefel (S)**: jeweils max. 0,035 % ### Wärmebehandlungsprozess Der Wärmebehandlungsprozess für 42CrMo4 umfasst in der Regel folgende Schritte: 1. **Erwärmen**: Der Stahl wird auf eine Temperatur von etwa 850 - 900 °C erhitzt, um ihn in den Austenitbereich zu bringen. 2. **Halten**: Die Temperatur wird für eine bestimmte Zeit gehalten, um eine homogene Austenitisierung zu erreichen. 3. **Abschrecken**: Der Stahl wird schnell in Wasser oder Öl abgeschreckt, um die Martensitstruktur zu erzeugen. Dies erhöht die Härte des Materials. 4. **Anlassen**: Um Spannungen abzubauen und die Zähigkeit zu erhöhen, wird der Stahl anschließend auf etwa 500 - 650 °C angelassen. Dies führt zu einer temperierten Martensitstruktur. 5. **Abkühlen**: Nach dem Anlassen wird der Stahl langsam abgekühlt, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erreichen. Durch diese Wärmebehandlung erhält der 42CrMo4 eine hohe Festigkeit und Zähigkeit, was ihn für verschiedene Anwendungen, wie z.B. in der Automobilindustrie oder im Maschinenbau, geeignet macht.

Fe-C-Legierungen mit mehr als 2,06% Kohlenstoff werden als Gusseisen bezeichnet.

Titanlegierungen werden in drei Hauptgruppen unterteilt, basierend auf ihrer Mikrostruktur: 1. **Alpha-Legierungen**: Diese enthalten Aluminium und/oder Stickstoff als Hauptlegierungselemente. Sie sind nicht wärmebehandelbar, aber sie bieten eine gute Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit. Beispiele sind Ti-5Al-2.5Sn und Ti-8Al-1Mo-1V. 2. **Alpha-Beta-Legierungen**: Diese enthalten sowohl Alpha-stabilisierende Elemente (wie Aluminium) als auch Beta-stabilisierende Elemente (wie Vanadium, Molybdän oder Chrom). Sie sind wärmebehandelbar und bieten eine gute Kombination aus Festigkeit und Duktilität. Ein bekanntes Beispiel ist Ti-6Al-4V. 3. **Beta-Legierungen**: Diese enthalten Beta-stabilisierende Elemente wie Molybdän, Vanadium, Niob und Eisen. Sie sind ebenfalls wärmebehandelbar und bieten die höchste Festigkeit unter den Titanlegierungen, aber sie sind weniger korrosionsbeständig als Alpha- und Alpha-Beta-Legierungen. Beispiele sind Ti-10V-2Fe-3Al und Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr. Diese Gruppen ermöglichen es, Titanlegierungen für eine Vielzahl von Anwendungen zu optimieren, von der Luft- und Raumfahrt bis hin zur Medizintechnik.

Titan wird in der Werkstoffbezeichnung oft als "Ti" abgekürzt. Es gibt verschiedene Legierungen und Reinheitsgrade von Titan, die durch zusätzliche Zahlen und Buchstaben spezifiziert werden. Zum Beispiel: - **Ti-6Al-4V**: Eine weit verbreitete Titanlegierung, die 6% Aluminium und 4% Vanadium enthält. - **Grade 1**: Reines Titan mit einem hohen Reinheitsgrad. - **Grade 5**: Eine der am häufigsten verwendeten Titanlegierungen, die ebenfalls 6% Aluminium und 4% Vanadium enthält. Die genaue Bezeichnung hängt von der spezifischen Legierung und dem Anwendungsbereich ab. Weitere Informationen zu den verschiedenen Titanlegierungen und ihren Bezeichnungen können auf spezialisierten Webseiten wie [MatWeb](http://www.matweb.com) gefunden werden.

Ferritische nichtrostende Stähle sind eine Gruppe von rostfreien Stählen, die hauptsächlich aus Eisen und Chrom bestehen, wobei der Chromgehalt typischerweise zwischen 10,5% und 30% liegt. Diese Stähle haben eine ferritische Kristallstruktur, was bedeutet, dass sie eine kubisch-raumzentrierte (bcc) Gitterstruktur aufweisen. Eigenschaften: 1. **Korrosionsbeständigkeit**: Sie bieten eine gute Korrosionsbeständigkeit, insbesondere gegen Spannungsrisskorrosion und Lochfraß. 2. **Magnetisch**: Im Gegensatz zu austenitischen rostfreien Stählen sind ferritische Stähle magnetisch. 3. **Gute Duktilität und Verformbarkeit**: Sie lassen sich gut verarbeiten und formen. 4. **Geringe Wärmeausdehnung**: Sie haben eine geringere Wärmeausdehnung im Vergleich zu austenitischen Stählen. Anwendungen: Ferritische nichtrostende Stähle werden häufig in Anwendungen verwendet, bei denen eine gute Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist, aber die mechanischen Eigenschaften von austenitischen Stählen nicht notwendig sind. Beispiele sind: - Haushaltsgeräte (z.B. Waschmaschinentrommeln) - Automobilindustrie (z.B. Abgassysteme) - Bauwesen (z.B. architektonische Verkleidungen) Einige gängige ferritische nichtrostende Stähle sind die Legierungen 430, 409 und 439.

Baustähle für chemische Belastung sind spezielle Stahlsorten, die entwickelt wurden, um in Umgebungen mit aggressiven chemischen Einflüssen zu bestehen. Diese Stähle zeichnen sich durch eine hohe Beständigkeit gegen Korrosion und chemische Angriffe aus, die durch Säuren, Basen, Salze oder andere chemische Substanzen verursacht werden können. Typische Eigenschaften dieser Stähle sind: 1. **Hohe Korrosionsbeständigkeit**: Sie widerstehen der Zersetzung durch chemische Reaktionen. 2. **Beständigkeit gegen chemische Angriffe**: Sie sind resistent gegen spezifische chemische Substanzen, die in ihrer Einsatzumgebung vorkommen. 3. **Mechanische Festigkeit**: Sie behalten ihre strukturelle Integrität auch unter chemischer Belastung. Ein Beispiel für solche Stähle sind rostfreie Stähle, die durch die Zugabe von Legierungselementen wie Chrom, Nickel und Molybdän ihre chemische Beständigkeit erhalten. Ein gängiger rostfreier Stahl für chemische Belastungen ist der Edelstahl 1.4404 (AISI 316L), der häufig in der chemischen Industrie verwendet wird.

Austenitische nichtrostende Stähle sind eine Gruppe von rostfreien Stählen, die hauptsächlich aus Eisen, Chrom (mindestens 16 %), Nickel (mindestens 6 %) und oft auch Molybdän bestehen. Diese Stähle zeichnen sich durch ihre hohe Korrosionsbeständigkeit, gute Schweißbarkeit und hervorragende mechanische Eigenschaften aus. Sie haben eine kubisch-flächenzentrierte (kfz) Kristallstruktur, die ihnen ihre besonderen Eigenschaften verleiht. Einige der bekanntesten austenitischen nichtrostenden Stähle sind: 1. **AISI 304**: Der am häufigsten verwendete nichtrostende Stahl, bekannt für seine gute Korrosionsbeständigkeit und Verarbeitbarkeit. 2. **AISI 316**: Enthält zusätzlich Molybdän, was die Korrosionsbeständigkeit, insbesondere gegen Chloride und andere industrielle Lösungsmittel, verbessert. Diese Stähle werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, darunter in der Lebensmittelverarbeitung, in der chemischen Industrie, in der Medizintechnik und im Bauwesen.

Ferritische nichtrostende Stähle sind eine Gruppe von rostfreien Stählen, die hauptsächlich aus Eisen und Chrom bestehen, wobei der Chromgehalt typischerweise zwischen 10,5% und 30% liegt. Sie enthalten wenig bis gar kein Nickel und haben eine ferritische Kristallstruktur, was bedeutet, dass sie eine kubisch-raumzentrierte Gitterstruktur aufweisen. Diese Stähle sind bekannt für ihre gute Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in oxidierenden Umgebungen, und ihre magnetischen Eigenschaften. Sie sind weniger duktil und schweißbar im Vergleich zu austenitischen rostfreien Stählen, bieten jedoch eine kostengünstigere Alternative aufgrund des geringeren Nickelgehalts.

Austenitische nichtrostende Sonderstähle sind eine spezielle Gruppe von rostfreien Stählen, die hauptsächlich aus Eisen, Chrom (mindestens 16 %), Nickel (mindestens 6 %) und oft auch Molybdän bestehen. Diese Stähle zeichnen sich durch ihre austenitische Kristallstruktur aus, die durch die Zugabe von Nickel stabilisiert wird. Sie sind bekannt für ihre hervorragende Korrosionsbeständigkeit, hohe Duktilität und gute Schweißbarkeit. Typische Anwendungen finden sich in der chemischen Industrie, im Anlagenbau und in der Lebensmittelverarbeitung. Ein bekanntes Beispiel ist der Stahl der Sorte 1.4301 (AISI 304).

Ferritisch-austenitische Stähle, auch als Duplexstähle bekannt, sind eine Gruppe von rostfreien Stählen, die eine gemischte Mikrostruktur aus Ferrit und Austenit aufweisen. Diese Stähle kombinieren die vorteilhaften Eigenschaften beider Phasen: die hohe Festigkeit und gute Zähigkeit des Ferrits sowie die gute Korrosionsbeständigkeit des Austenits. Duplexstähle werden häufig in Anwendungen eingesetzt, die eine hohe Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion und eine gute mechanische Festigkeit erfordern, wie z.B. in der chemischen Industrie, der Öl- und Gasindustrie sowie im Schiffbau.