Werkstoffkunde Stahl

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1 Institut für Eisenhüttenkunde der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen Wolfgang Bleck (Hrsg.) Werkstoffkunde Stahl für Studium und Praxis Autoren: S. Angel, F. Brühl, K. Dahmen, R. Diederichs, S. Dziallach, S. Geisler, L. Gerlach, H. Gorgeneck, C. Herzig, F. Hippenstiel, U. Lorenz, S. Myslowicki, T. Myslowicki, M. Pant, G. Pariser, G. Picht, W. Song, J. Staudte, B. Zeislmair Redaktion (5. überarbeitete Auflage): K. Dahmen An dieser Stelle sei allen weiteren nicht namentlich genannten Helfern gedankt

2 Inhaltsverzeichnis 1 Begriffe, Abkürzungen, Formelzeichen Begriffserläuterungen Abkürzungen und Formelzeichen 5 2 Physikalische Eigenschaften von Eisen und Stahl Allgemeines Kristallaufbau Kristallstrukturen des reinen Eisens Einfluss von Fremdatomen auf die Gitterkonstante von Eisen Realstruktur Thermische Eigenschaften Volumen- und Längenänderung von Eisen Volumen- und Längenänderung von Stählen 37 Fallbeispiel Invarstahl Wärmeleitfähigkeit Einfluss der Legierungselemente auf die Diffusion in Eisen Elastische Eigenschaften Elastizitätsmodul, Schubmodul Anelastizität Magnetische und elektrische Eigenschaften Magnetische Eigenschaften des reinen Eisens 57 Fallbeispiel Elektroblech Magnetische Eigenschaften von Stählen Elektrische Eigenschaften Literatur 70 3 Legierungen des Eisens Legierungsbildung Homogene Legierungsbildung durch interstitielle und substitutioneile Lösung Heterogene Legierungsbildung durch Entmischung Überstruktur bei Substitutionsmischkristallen und Bildung von intermetallischen Phasen Zustandsschaubilder von Fe-Legierungen 79

3 3.2.1 Zustandsschaubilder von Zweistoffsystemen Thermophysikalische Grundlagen für die Erweiterung bzw. Einschnürung des y-phasenfeldes Erweiterung des Y-Phasenfeldes in Fe-Legierungen Einengung des y-phasenfeldes in Fe-Legierungen Das Zustandsschaubild Eisen-Kohlenstoff Zustandsschaubilder von Fe-N und Fe-H Ternäre Eisen-Systeme Zustandsschaubild Fe-C-Cr Dreistoffsystem Fe-Cr-Ni 93 Fallbeispiel nichtrostende Stähle: Löffel Seigerung und Segregation Entmischungsvorgänge während der Erstarrung Seigerungsverhalten bei dendritischer Erstarrung Makroseigerungen Seigerungsverhalten beim Strangguss Kristallseigerungen Sekundärseigerungen Nachweis von Seigerungen Einschlüsse im Stahl Reinheitsgrad Sulfidische Einschlüsse Oxidische Einschlüsse Einfluss von Calcium auf die Bildung nichtmetallischer Einschlüsse Literatur Phasenumwandlungen Ferritisch-Perlitische Umwandlung Morphologie Bildung des ferritischen Gefüges: Umwandlung ohne Ausscheidungen Bildung des perlitischen Gefuges: Umwandlung mit gleichzeitiger Ausscheidung 148

4 4.1.4 Einfluss des Lamellenabstandes auf die mechanischen Eigenschaften Einfluss der Legierungselemente auf die Perlitbildung Sonderformen des Perlits Anwendung von ferritisch-perlitischen Stählen Martensitische (athermische) Umwandlung Morphologie Bildung des martensitischen Gefüges Einfluss der Legierungselemente auf die Martensitbildung Einfluss einer Verformung auf die Martensitbildung Mechanische Eigenschaften martensitischer Stähle Sonderformen des Martensits und der Martensitbildung Anwendung von martensitischen Stählen 193 Fallbeispiel Messer 194 Fallbeispiel martensitische Stähle Bainitische Umwandlung Morphologie Bildung eines bainitischen Gefüges Temperaturabhängige Bainitbildung Einfluss der Legierungselemente auf die Bainitbildung Widmanstätten Ferrit Acicularer Ferrit Anwendung von bainitischen Stählen 217 Fallbeispiel Schienenstähle Morphologie Ausscheidung aus dem übersättigten Mischkristall Theoretische Grundlagen Einflussgrößen auf die Karbidausscheidung Alterung Anwendungsbeispiele 242 Fallbeispiel Bake-Hardening-Effekt Literatur Technische Wärmebehandlungen 252

5 5.1 Härten Begriffsbestimmung Vergüten (Härten und Anlassen) Prüfung der Härtbarkeit Berechnung der Härtbarkeit Einsatzhärten Glühbehandlungen Diffusionsglühen Grobkornglühen Normalglühen Weichglühen Rekristallisationsglühen Spannungsarmglühen Kombinierte Glühverfahren Patentieren von Drähten Beschreibung der Austenitumwandlung für technische Anwendungen Ermittlung der Ungleichgewichtsschaubilder Zeit-Temperatur-Austenitisierungsschaubilder (ZTA-Schaubilder) Austenitisieren bei isothermischer Erwärmung Austenitisieren bei kontinuierlicher Erwärmung Beeinflussung der Austenitisierung Zeit-Temperatur-Umwandlungsschaubilder (ZTU-Schaubilder) Isothermische Umwandlung Kontinuierliche Umwandlung Weitere Darstellungsmöglichkeiten des Umwandlungsverhaltens Beeinflussung des Umwandlungsverhaltens Thermomechanische Behandlung Rolle der Mikrolegierungselemente Löslichkeitsverhalten der Mikrolegierungselemente Ausscheidungskinetik Wirkungsweise der Mikrolegierungselemente 368

6 6.1.4 Einfluss der Mikrolegierungselemente auf das Austenitkornwachstum Einfluss der Mikrolegierungselemente auf das Entfestigungsverhalten Einfluss der Mikrolegierungselemente auf das Umwandlungsverhalten Ausscheidungshärtung Einflussgrößen auf die TMB mikrolegierter Stähle Austenitisierung Umformung Abkühlung Einfluss der Umformung auf die y-ot-umwandlung Haspeltemperatur Zusammenfassende Darstellung der Einflussgrößen Literatur 393 Stichwortverzeichnis 396