Literatur: Horn, Skript, HAW Arnold, Skript, HAW Ebel, Skript, HAW

Transkript

1 1. Bindung 2. Kristallbau 3. Kristallbaufehler 4. Kristallisation 5. Zweistoffsysteme, Fe-Fe 3 C, Gleichgewichts-Gefügeausbildung 6. schnelle Abkühlung, Ungleichgefüge 7. Wärmebehandlung 8. Einfluss von Legierungselementen 9. Schweißen Literatur: Horn, Skript, HAW Arnold, Skript, HAW Ebel, Skript, HAW

2 1. Bindung

3 Quelle: FCI

4 2. Kristallbau

5 Quelle: Skript Prof. Dr.-Ing. G. Kötting

6 ifw

7 Volumenänderung von Reineisen in Abhängigkeit von der Temperatur

8 3. Kristallbaufehler

9 Quelle: MRS Bulletin

10 Quelle: FCI

11 Dichtest gepackte Ebene/Richtung ein Abgleiten ist relativ leicht. Nicht dichtest gepackte Ebene/Richtung ein Abgleiten ist deutlich schwerer. Gleitebene und richtung in einem Kristall ifw ifw

12

13 4. Kristallisation

14 (1) Beginn der Keimbildung (2) Entstehen der Randzone (3) Säulenkristalle (4) kugelförmige Kristalle Entwicklung des Makrogefüges in einem Gußstück

15 Aktivierungsenergien für Platzwechsel Aktivierungsenergie Q S : für Platzwechsel eines Substitutionsatoms Q Z : für Platzwechsel eines Zwischengitteratoms

16 Grenzflächen sind stark gestörte Bereiche, in denen die Bausteine weniger fest gebunden sind; daher ist Q und D um ein Vielfaches höher als bei der Volumendiffusion. Der Anteil der Korngrenzen- und Oberflächenbereiche am Gesamtvolumen ist jedoch sehr klein, so daß für die Volumendiffusion eine größerer Strömungsquerschnitt zur Verfügung steht. mit zunehmender Temperatur dominiert die Volumendiffusion Diffusionswege bei der Gitter-, Oberflächen- und Korngrenzendiffusion

17 5. Zweistoffsysteme, Fe-Fe3C, Gleichgewichts-Gefügeausbildung

18 Die wichtigsten Typen von Zustandsdiagrammen

19 Eutektikum = sehr feines Kristallgemisch aus A ( )-Kristallen und B ( )-Kristallen hohe Festigkeit (durch die feinen Körner) niedriger Schmelzpunkt (Vgl. mit Reinenmetallen) dünnflüssig bis zum Erstarren Gusslegierung (fließt in jede Ecke) Im Kristallgemisch brechen die härteren Körner den Span gut zerspanbar Alle Kristalle haben die gleiche Zusammensetzung = Mischkristall Umformarbeit verteilt sich gleichmäßig auf alle Kristalle Knetlegierung Das homogene Mischkristall-Gefüge bewirkt unerwünscht lange Späne schlecht zerspanbar Hinweis: lange Späne können sich um das Drehteil wickeln und den Fertigungsprozess stören.

20 Das Zustandsschaubild (Doppelschaubild) des Systems Eisen-Kohlenstoff Quelle: Horstmann, D.: Das Zustandsschaubild Eisen-Kohlenstoff. In: Bericht Nr. 180 des Werkstoffausschusses des Vereins Deutscher Eisenhüttenleute, 4. Aufl. 1961

21 Ferrit krz, ferromagnetisch geringe Löslichkeit für C hohe Diffusionsgeschwindigkeit duktil Austenit kfz, nicht magnetisierbar hohe Löslichkeit für C geringe Diffusionsgeschwindigkeit duktil Ausscheidungen (intermediär, interstitiell, intermetallisch) Karbide (Fe3C), Boride (Fe23B6) Nitride (Fe2N), Oxide (überwiegend als NME) IP (Ni2Al, Ni3Ti) spröde Quelle: Alfons Fischer,

22 Gefügebild der Legierung 1 mit 0,02% C (Armco-Eisen); Ferrit und Tertiärzementit Gefügebild der Legierung 2 mit 0,35% C (C35); Ferrit und Perlit Gefügebild der Legierung 3 mit 0,8% C (C80); Perlit Gefügebild der Legierung 4 mit 1,3% C (C130); Perlit und Sekundärzementit

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24 IWS INSTITUT FÜR WERKSTOFFKUNDE UND SCHWEISSTECHNIK Prof. Dr.-Ing. L. Müller 6. schnelle Abkühlung, Ungleichgefüge

25 ZTU Schaubild und FeC Diagramm

26 Quelle: Houdremont, E.: Handbuch der Sonderstahlkunde, 1. Band, 3. Aufl. 1956, Seite 137

27 Darstellung des HRC-Härteverlaufes einer Stirnabschreckprobe Kiessling, R

28 Umwandlungstemperaturen und mechanismen der unterschiedlichen Gefüge

29 Einfluss verschiedener Abkühlungsgeschwindigkeiten auf die mechanischen Eigenschaften im Zugversuch Kesselblech E 335 Stahlblech S 275 Kiessling, R

30 Zeit Temperatur Umwandlungs Schaubild isotherm rasches Abkühlen auf gewünschte Temperatur Temperatur halten, bis Umwandlung völlig abgeschlossen ist kontinuierlich mit bestimmter Abkühlgeschwindigkeit abkühlen Umwandlungspunkte erfassen Quelle: I. Holzer, TU Graz

31 Kontinuierliches ZTU-Diagramm von C15E Kiessling, R

32 Kontinuierliches ZTU-Diagramm von C45E Kiessling, R

33 Kontinuierliches ZTU-Diagramm von 42CrMo4 Kiessling, R

34 IWS INSTITUT FÜR WERKSTOFFKUNDE UND SCHWEISSTECHNIK Prof. Dr.-Ing. L. Müller Perlitbildung: Bei der Perlitbildung handelt es sich im einen eutektoiden Umwandlungsmechanismus. Dieser ist duffusionsgesteuert und wird durch das Fe-C Diagramm beschrieben. Die Perlitbildungläuft in 3 Phasen ab: Martensitbildung: Zur Bildung von Martensit kann es in einer Eisen-Kohlenstoff- Legierung kommen, wenn Diffusionsprozesse aufgrund fehlender Zeit nicht mehr ablaufen können. Aufgrund des Sachverhaltes, dass der Austenitmit fallender Temperatur nicht mehr beständig ist, kommt es zu diffusionslosen Umklappen des kubisch flächenzentrierten Austenitgitters in ein Gitter mit einer kubisch raumzentrierten Elementarzelle. Der ehemals im Austenit problemlos gelöste Kohlenstoff konnte infolge der fehlenden Zeit nicht mehr aus dem Gitter heraus diffundieren und ist nunmehr im kfz-gitterzwangsgelöst und bewirkt eine tetragonale Verzerrung, welche eine hohe innere Gefügespannung hervorruft. Martensitist tetragonalverzerrter Ferrit

35 IWS INSTITUT FÜR WERKSTOFFKUNDE UND SCHWEISSTECHNIK Prof. Dr.-Ing. L. Müller Phasen abhängig von T, c, (p), +/- dt/dt Aufheizen Zeit-Temperatur-Austenitisierungsschaubild Abkühlen I Zeit-Temperatur Umwandlungsschaubild - isotherm, kontinuierlich Martensit (M) hohe Abkühlgeschwindigkeit keine Diffusion von C Umklappvorgang γ α C-Atome eingefroren tetragonale Verzerrung + hohe Fehlstellendichte = Mischkristall- +Versetzungshärtung hohe Härte! Quelle: Alfons Fischer,

36 Gründe für Härtesteigerung beim Abschrecken C kann nicht diffundieren - C bleibt zwangsgelöst - tetragonal verzerrtes krz-gitter - hohe Verspannung bzw. hoher Eigenspannungszustand - hart Voraussetzungen für martensitisches Härten - genügend C vorhanden ( ggf. Aufkohlen der Randschicht bei Randschichthärtung) - Genügend hohe Abkühlgeschwindigkeit bis unterhalb MS - Stahl muss im vorgegebenen T-Bereich γ α Umwandlung aufweisen!

37 Aussagen von ZTU-Diagrammen: Bei bekanntem Abkühlverhalten (Temperatur-Zeit-Verlauf) lassen sich aus einschlägigen ZTU-Diagrammen für kontinuierliche Abkühlung die in der WEZ zu erwartenden Aufhärtungen qualitativ ablesen. Außerdem lassen sich die gebildeten Gefügeanteile in % entnehmen. (Faustformel nach Nehl : 30 % Ms können ohne wesentliche Beeinträchtigung des Verformungsverhaltens zugelassen werden; mit nachträglichem Spannungs-armglühen 50%). Umgekehrt läßt sich aus ZTU-Diagrammen ablesen, ob für den betreffenden Stahl z.b. die Bedingung HV zul. 350 mit Luftabkühlung eingehalten werden kann, oder ob verzögerte Abkühlung erforderlich ist. Bedeutung für das Schweißen: Stähle neigen beim Schweißen abhängig von ihrer chemischen Zusammensetzung zu Aufhärtungen (z.b. unlegierte Stähle mit C-Gehalten > 0,22%, niedriglegierte warmfeste Vergütungsstähle, Werkzeugstähle usw.). ZTU-Schaubilder ermöglichen, Aussagen über das Umwandlungsverhalten eines Stahles beim Schweißen zu machen: Quelle: Institut für Werkstofftechnik Metallische Werkstoffe,Dr.-Ing. Wolfgang Zinn

38 Vereinfachtes ZTU-Schaubild am Beispiel von Stahl C 45

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40 Welche Informationen kann man dem ZTU-Diagramm entnehmen? - Martensitstarttemperatur - Untere kritische Abkühltemperatur - Obere kritische Abkühltemperatur - t8/5zeit - Gefügezusammensetzung in % - Härte nach Abkühlung

41 Definition der t8/5-zeit

42 Symbole % C 0,17 Si 0,66 Mn 0,90 P 0,018 S 0,013 Al 0,027 Cr 0,85 Mo 0,34 Schweiß-ZTU-Diagramm eines S 690 Q Austenitisierungstemperatur 1300 C

43 Verschiedene Formen isothermer ZTU-Schaubilder abhängig von der Art und Konzentration des Legierungselementes (nach Rose).

44 7. Wärmebehandlung

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48 8. Einfluss von Legierungselementen

49 C SI Mn P S N O H Schmelztemperatur, Streckgrenze, Bruchdehnung, ermöglicht Abschreckhärtung, spez. Gewicht, Schweißbarkeit Desoxidation, spröde Silikate, Streckgrenze, Härte, Bruchdehnung, Kaltverformbarkeit, Schweißbarkeit (Si < 0,2%) Desoxidation, Beruhigen, Binden von Schwefel (Rotbruchgefahr), MnS in größeren Mengen: Kerbschlagarbeit Kerbschlagarbeit, neigt stark zu Seigerungen, Rissbildung beim Schweißen Rotbruch ( C, FeS an KG, bricht bei Umformung), Heißbruch ( C: FeS schmilzt auf), Seigerungen, kurzbrüchige Späne (Automatenstahl) Versprödung bei N > 0.01%, Neigung zu Reckalterung, Alterung (Blausprödigkeit), Kerbschlagarbeit bei 500 C Versprödung bei 930 C (Rotbrüchigkeit) durch Aufschmelzen des Eutektikums FeO- FeS Gasblasenbildung (auch im Festkörper), Streckgrenze, Bruchdehnung Quelle: C. Müller

50 Einfluss der Legierungselemente (schematisch)

51 Nahezu alle Legierungselemente verringern die Diffusionsgeschwindigkeit des Kohlenstoffs sowohl im Ferrit wie auch im Austenit Verminderung der kritischen Abkühlgeschwindigkeit zur Bildung von Martensit Besonders wirksam sind (in fallender Reihenfolge) Mn, Mo, Cr, Si, Ni (Mo teuer, Si führt zu Versprödung) Bei genügendem Gehalt an Legierungselementen kann schon bei Abkühlung an ruhender Luft die Bildung von Perlit unterdrückt werden. Martensitischer Stahl Einfluss von Legierungselementen auf die Diffusionsgeschwindigkeit von Kohlenstoff Quelle: C. Müller

52 Bruchdehnung A 10 und Einschnürung Z in % Härte Brinell HB Zugfestigkeit R m und Streckgrenze R e in N/mm 2 Kohlenstoffgehalt und mechanische Eigenschaften

53 Verschiebung der Perlitstufe durch höhere Austenitisierungs-temperaturen

54 Einfluss von Legierungselementen

55 Eisen (Fe) + Kohlenstoff (C) + Eisenbegleiter ( + Legierungselemente) Grundmetall Grundbestandteil zur Erzielung bestimmter Eigenschaften erwünscht unerwünscht Mangan (Mn) Schwefel (S) Silizium (Si) Phosphor (P) Aluminium (Al) Sauerstoff (O) Stickstoff (N) Wasserstoff (H)

56 Einteilung nach der Streckgrenze nach DIN EN z. B. Stahl S355 J2G3 C (früher St 52-3) S355 -Mindestwert der Streckgrenze für Dicken < 16 mm J2G3 -Kennzeichnung der Gütegruppe (Schweißeignung, Kerbschlagzähigkeit) C -Eignung zum Kaltbiegen, Abkanten, Kaltflanschen oder Kaltbördeln

57 Kurznamen der Stähle (vorangestellt) Je nach Stahlgruppe ergeben sich folgende Hauptgruppen: S = Stähle für den allgemeinen Stahlbau P = Stähle für den Druckbehälterbau L = Stähle für den Rohrleitungsbau E = Maschinenbaustähle H = kaltgewalzte Flacherzeugnisse aus hochfesten Stählen zum Umformen D = Flacherzeugnisse zum Kaltumformen Weiter die Angabe der garantierten Mindest-Streckgrenze für die kleinste Erzeugnisdicke: S355 Stahl für den Stahlbau E295 Maschinenbaustahl 355MPa (N/mm²) Streckgrenze Re 295MPa (N/mm²) Streckgrenze Re Bezeichnung der Stähle 2

58 Einteilung nach chemischer Zusammensetzung a) unlegierte Stähle b) legierte Stähle Unlegierte Stähle Unlegierte Stähle, die nicht für eine Wärmebehandlung bestimmt sind, werden nach ihrer Festigkeit bezeichnet. Beim St37 handelt es sich beispielsweise um einen Stahl mit einer Mindestzugfestigkeit von 360 N/mm². Ferner können Kennbuchstaben für die Herstellungsart angegeben werden: E: Elektrostahl R: beruhigt vergossen U: unberuhigt vergossen, z.b. R St 37 Unlegierte Stähle, die für eine Wärmebehandlung bestimmt sind, werden meist einsatzgehärtet oder vergütet. Sie werden nach der chem. Zusammensetzung benannt. Hinter das Symbol C für den Kohlenstoff setzt man das Hundertfache des mittleren Kohlenstoffgehalts in %. Ein k hinter dem Buchstaben bedeutet niedrigen Phosphorund Schwefelgehalt, z.b Ck10

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60 Grenzgehalte für die Einteilung in unlegierte und legierte Stähle n. DIN EN Vorgeschriebenes Element Grenzgehalt Massenanteil in % Al Aluminium 0,10 B Bor 0,0008 Bi Bismut 0,10 Co Kobalt 0,10 Cr Chrom 1 ) 0,30 Cu Kupfer 1 ) 0,40 La Lanthanide (einzeln gewertet) 0,05 Mn Mangan 1,65 2 ) Mo Molybdän 1 ) 0,08 Nb Niob 1 ) 0,06 Ni Nickel 1 ) 0,30 Pb Blei 0,40 Se Selen 0,10 Si Silizium 0,50 Te Tellur 0,10 Ti Titan 1 ) 0,05 V Vanadium 1 ) 0,10 W Wolfram 0,10 Zr Zirkonium 1 ) 0,05 Sonstige (mit Ausnahme von Kohlenstoff, Phosphor, Schwefel, Stickstoff) jeweils 0,05 1 ) Wenn für den Stahl zwei, drei oder vier der durch diese Fußnote gekennzeichneten Elemente vorgeschrieben und deren maßgeblichen Gehalte kleiner als die in der Tafel angegebenen Grenzgehalte sind, so ist für die Einteilung zusätzlich ein Grenzgehalt in Betracht zu ziehen, der 70 % der Summe der Grenzgehalte der zwei, drei oder vier Elemente beträgt. 2 ) Falls für den Mangangehalt nur ein Höchstwert angegeben ist, gilt als Grenzgehalt ein Massenanteil von 1,80 Prozent.

61 Unlegierte Stähle Mn-Gehalt < 1% C 15 Mittlerer Kohlenstoffgehalt * 100 Ohne = unlegierte Qualitätsstähle, z. B. C 25 E = Edelstähle mit niedrigem P- und S-Gehalt, z. B. C 45 E R = Edelstähle mit festgelegten S-Gehalten von 0,02 bis 0,04%, z. B: C 60 R Unlegierte Stähle

62 Unlegierte Stähle (früher Niedriglegierte Stähle) mit einem mittleren Mangangehalt >1% und mit Gehalten der einzelnen Legierungselementen unter 5% 13 CrMo 4-5 Kohlenstoffkennzahl Symbol für Legierungsbestandteile, nach ihrem mittleren Soll-%Gehalten geordnet. Legierungskennzahlen für die Legierungsbestandteile. Die Legierungsbestandteile der einzelnen übersteigen im allgemeinen nicht mehr als 5% Legierte Stähle 1

63 Unlegierte Stähle Legierungselemente Legierungskennzahl Cr, Co, Mn, Ni, Si, W 4 Al, Be, Mo, Nb, Ta, Ti, V, Zr 10 P, S, N, C, Ce 100 B CrMo 4-5 Kohlenstoffkennzahl 13 : 13 : 100 = 0,13 % C Legierungskennzahl für Cr 4 : 4 = 1 % Cr Legierungskennzahl für Mo 5 : 10 = 0,5 % Mo Unlegierte Stähle 2

64 Hochlegierte Stähle Kennzeichen für Hochlegierte Stähle X 6 CrNiTi Gehalt in entsprechend der Leg.Elemente in % Legierungselemente X Kennzeichen für Hochlegierte Stähle, ein Legierungselement mehr als 5% Kohlenstoffgehalt = 0,06 % Cromgehalt = 18 % Nickelgehalt = 10 % Titangehalt = in geringen Mengen (< 1%) Hochlegierte Stähle

65 IWS INSTITUT FÜR WERKSTOFFKUNDE UND SCHWEISSTECHNIK Prof. Dr.-Ing. L. Müller 9. Schweißen

66 IWS INSTITUT FÜR WERKSTOFFKUNDE UND SCHWEISSTECHNIK Prof. Dr.-Ing. L. Müller E295 mit 0,28 %C, UP, eine Lage Grundwerksto ff (unbeeinflußt) Unvollständig e Umwandlung Feinkornzone Grobkornzone Schweißgut (Gußgefüge)

67 Grobkornzon e Schweißgut Feinkornzone teilumgewandelte Zone WEZ Bereich 1: teilweises Aufschmelzen Es können sich Seigerungen bilden. Heißrisse können entstehen. unbeeinflußter Grundwerkstof f Bereich 2: Grobkornzone, Überhitzungszone Härtesteigerung, eventuell Härtegefüge (Martensit, Bainit) Wiederaufschmelzrisse möglich Bereich 3: Feinkornzone Umkörnung (Normalisierungseffekt) ergibt feines Korn Bereich 4: Zone der unvollständigen Umwandlung Perlit wandelt um in kohlenstoffreichen Austenit, der wieder umwandelt in retransformierten Perlit oder bei hoher Abkühlgeschwindigkeit in hochgekohlten Martensit Bereich 5: unter Ac 1 Anlaßeffekt, eventuell Vergröberung von Ausscheidungen, Bei kaltverformtem Material Rekristallisation möglich, Alterung möglich

68 Auswirkungen von Grobkornbildung, Aufhärtungszonen und Härteeinbrüchen Die maximalen Aufhärtungen treten im Allgemeinen in der Grobkornzone auf (Ferrit-/Perlitnase ist zu großen Zeiten verschoben). In der Aufhärtungszone ist die Dehnung bei Belastung stark vermindert. Dies führt bei Belastung in Nahtrichtung zu Sprödbruchgefahr (ungünstiges Zusammenwirken von Härte und Grobkorn). Unter der Wirkung thermisch bedingter Zug(eigen)spannungen können sich noch während der Abkühlung (ab ca. 250 C) oder später nach vollständiger Abkühlung Kaltrisse in spröden Zonen bilden. Härteeinbrüche vermindern Streckgrenzen- und Zugfestigkeitswerte - je nach Breite der Zone mit verminderter Härte in unterschiedlichem Maße. In der Aufhärtungszone ist die Dehnung bei Belastung Hinsichtlich der Schwingfestigkeit wirken Härteeinbrüche als strukturelle Kerben, d.h. schmale Härteeinbrüche senken z.b. die Biegewechselfestigkeit stärker ab als Breite. Quelle: Institut für Werkstofftechnik Metallische Werkstoffe,Dr.-Ing. Wolfgang Zinn

69 Gefügezustände Nachträgliche Wärmebehandlung Durch eine solche lassen sich Härteeinbrüche (erneute Aushärtung) Aufhärtungen (Spannungsarmglühen) einschließlich der Eigenspannungen, und Grobkornbildung (Normalisieren) vermindern oder beseitigen. Die in aufhärtenden, spröden Zonen möglicherweise schon entstandenen Kaltrisse lassen sich aber nicht mehr beseitigen. Zu ihrer Vermeidung kann eine der folgenden Maßnahmen beitragen. Vorwärmen oder Einhalten einer bestimmten Zwischenlagentemperatur beim Mehrlagenschweißen Aufhärtungen - und damit auch Kaltrisse - sollen von vornherein vermieden werden. Die benötigten Temperaturen sind relativ gering. Quelle: Institut für Werkstofftechnik Metallische Werkstoffe,Dr.-Ing. Wolfgang Zinn

70 HV max 930 %C 283 hohe Wärmeeinbringung Q niedrige Wärmeeinbringung Q S=SZW+GW S GW Ac 1, U Ac 1, M Bereich über Ac 3 (vollständig austenitisiert)

71 Verzögerte Umwandlung in der Perlit- und Bainitstufe aufgrund einer erhöhten Austenitisierungs -temperatur

72 IWS INSTITUT FÜR WERKSTOFFKUNDE UND SCHWEISSTECHNIK Prof. Dr.-Ing. L. Müller Im Schweißwärmezyklus ermitteltes ZTU-Diagramm für S355J2G3 (St 52-3) (nach Seyffahrt) Quelle: Skript Prof. Dr.-Ing. G. Kötting

73 Ursache: Wirkung: Durch Erwärmen über ca. 750 C (A 3 ) und anschließendem schnellen Abkühlen (Abschrecken) kann ein Stahl gehärtet werden (Voraussetzung: härtbarer Stahl) Der gehärtete Stahl ist spröde kann nicht plastisch verformt werden weist große innere Spannungen auf, die zu Härterissen führen können Auch beim Schweißen: WEZ kann durch das Erwärmen und rasches Abkühlen gefährl aufhärten, wenn im Stahl Gehalte folgender Elemente überschritten werden:

74 Chemische Zusammensetzung Die chemische Zusammensetzung nach der Schmelzanalyse ist in Tabelle 2 DIN EN festgelegt. Für die Stahlsorten S355J0 bis S355K2G4 können bei der Bestellung folgende zusätzliche Anforderungen vereinbart werden: Angabe der Gehalte an Cr, Cu, Mo, Ni, Nb, Ti und V (Schmelzanalyse) in der Bescheinigung der Materialprüfung. Begrenzung des Kohlenstoffgehaltes auf max. 0,18 % in der Schmelzanalyse bei Dicken 30 mm, wenn die Erzeugnisse mehr als 0,02 % Nb oder 0,02 % Ti oder 0,03 % V (Schmelzanalyse) enthalten. Höchstwert für das Kohlenstoffäquivalent CEV CEV C Mn 6 Cr Mo 5 V Ni Cu 15 Chemische Analyse

75 Die Gefahr einer unzulässigen Aufhärtung wird neben dem Kohlenstoffgehalt auch durch die Gehalte anderer Elemente erhöht: CE(IIW ) C Mn 6 Cr Mo 5 V Cu Ni 15 in% (1967) Wenn CE(IIW) 0,40 %: geringe Aufhärtegefahr

76 Schwer schweißbar: C äqu > 0,8 % nicht schweißsicher (Bereich der Vorwärmtemperatur erproben, T v > 300 C), Wärmenachbehandlung Gut schweißbar: C äqu < 0,4 % (bzw. C < 0,25 %) ohne Vorwärmen schweißsicher (bei Blechdicken s > 40 mm Vorwärmen auf T v = C) Bsp.: S355 Bedingt schweißbar: C äqu = 0,4... 0,8 % mit Vorwärmen schweißsicher (T v = C) Bsp.: C45, 16MnCr5

77 Schweißen: Wärmeeinbringung u. Abkühlbedingungen möglichst gut auf jeweiligen Stahl und die Blechdicke abstimmen und kontrollieren, denn jetzt ist die Wärmeführung von 2 Seiten eingegrenzt: a) bei zu geringer Abkühlgeschwindigkeit - z.b. durch zu große Wärmeeinbringung - ergeben sich Festigkeitsverluste und Zähigkeitsverluste. b) bei zu großer Abkühlgeschwindigkeit treten unerwünschte Härtespitzen auf. (Kann eher in Kauf genommen werden als a). Deshalb muss: - Wärmeeinbringung - besonders bei dünnen Blechen begrenzt werden, -Vorwärmtemperatur <= 100 C eingehalten werden beim Spannungsarmglühen: Temperatur mindestens 50 C unter der Anlasstemperatur des Grundwerkstoffs und lange Glühzeiten sowie langsame Ofenabkühlung vermeiden. Quelle: Institut für Werkstofftechnik Metallische Werkstoffe,Dr.-Ing. Wolfgang Zinn

78 Phosphor (P max 0,045 %; besser < 0,01 %) Mangan (Mn 0,2 bis max. 1,6 %) Schwefel (S max 0,045 %; besser < 0,01 %) Silizium (Si 0,1-0,4 %) Sauerstoff (0,03 % > O max > 0,02 %) Aluminium (Al 0,02 %) Stickstoff (N max 0,01 %; besser < 0,007 %) Zuordnung der erwünschten zu den unerwünschten Begleitelemente im Stahl Wasserstoff (H max 0 %)

79 Unberuhigt Beruhigt Speckschicht hohe Reinheit Kennzeichnung DIN alt Seigerungszone hohe Gehalte an S;P U R DIN EN neu FU FN Besonderheiten wenig Mangan (Mn), kein Silizium (Si) starke Seigerungen mit Si und Mn kaum Seigerungen Besonders beruhigt RR FF mit Si, Mn und Al keine Seigerungen feinkörniger Stahl

80 Ursachen (z. B.) Schweißeigenspannungen zu hoch (Schrumpfbehinderung) Kaltrisse wasserstoffinduzierte Risse (atomarer Wasserstoff) Heißrisse niedrigschmelzende Eutektika (FeS, NiS...) Endkraterrisse (Lunkerungshohlräume) starre Konstruktion dreiachsiger Spannungszustand Abhilfe (z. B.) Schweißfolge ändern freies Schrumpfen ermöglichen Nahtanhäufungen vermeiden vorwärmen Rücktrocknen Pulver / Elektroden vorwärmen Nahtbereich reinigen (Öle, Fette sowie Feuchtigkeit) Reinheit (s. o.) Schweißparameter ändern Schweißzusatz wechseln Endkraterfülleinrichtung verwenden (Stromabsenkung) Endkrater durch Rückschweißen auffüllen Schweißfolge ändern vorwärmen