Einführung in die Werkstoffwissenschaften

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1 Einführung in die Werkstoffwissenschaften Zusammenfassung - Metallische Werkstoffe - Prof. Breme Seite 1 von 10

2 I. Technologien zur Herstellung von Halbzeug und Bauteilen aus metallischen Werkstoffen Klassische Technologie: Halbzeugherstellung im Strangguss, anschließend Formgebung durch Walzen, Strangpressen usw.. Danach erfolgt eine Endbearbeitung bzw. Optimierung der Werkstoffeigenschaften durch spanabhebende Formgebung, Verbindungsarbeiten durch Schweißen oder Löten oder eine Wärmebehandlung zur Eigenschaftenverbesserung. Endformnahe Technologie ( near the shape ): Gießen oder pulvermetallurgische Wege (sintern, kalt- bzw. heißisostatisches Pressen) Anschließend immer Qualitätssicherung vor Freigabe des Endprodukts Strangguss: Aus einer Pfanne gelangt schmelzflüssiges Metall in den sog. Verteiler. Aus dem Verteiler gelangt die Schmelze in die Stranggusskokille (aus einer Kupferlegierung mit hoher Wärmeleitfähigkeit, zusätzlich wassergekühlt => erstarren der Schmelze am Kokillenrand). Der erstarrte Strang wird nach unten über Rollen (sog. Treiber) abgeführt und mit einer sog. Fliegenden Säge in ca. 6 m lange Stücke zerlegt. Neuerdings kann der Strangguss auch horizontal erfolgen. - Besondere Vorteile des Strangguss: Es handelt sich um ein kontinuierliches Verfahren, durch schnelle Wärmeabfuhr feinkörniges Gefüge. - Eingesetzt bei den meisten metallischen Werkstoffen wie Stahl, Kupfer- und Aluminiumwerkstoffen. Strangpressen: Nimmt als Formgebungsverfahren eine besondere Stellung ein. In einen beheizten Aufnehmer, an dessen unterem Ende sich eine Matrize befindet, wird ein meist vorgeheizter Block eingesetzt. Ein i.d.r. hydraulisch betriebener Pressstempel übt auf den Block eine Kraft aus, die solange gesteigert wird, bis der Werkstoff durch die Matrizenbohrung ausgepresst wird (Umformverfahren mit vollständigem Formzwang) Schleuderguss: (Gießverfahren mit Dauerform) In eine röhrenförmige, am unteren Ende verschlossene Kokille wird ein bestimmtes Schmelzvolumen gebracht und in Rotation versetzt. Durch die entstehenden Fliehkräfte wird das schmelzflüssige Metall an die Kokillenwand gedrückt, wo es feinkörnig erstarrt. Man erhält Gießrohre mit großen Durchmessern und bis 6 m Länge. Außerdem können durch den Verbundguss Rohre z.b. für den chem. Apparatebau hergestellt werden. Druckgussverfahren: (Gießverfahren mit Dauerform) Die Schmelze wird durch eine Düse in die Matrize gepresst. Da die Form aus einem metallischen Werkstoff besteht, wird die Wärme schnell abgeführt und es kommt zu der gewünschten feinkörnigen Erstarrung. Dieses Verfahren ist allerdings nur für relativ niedrigschmelzende Metalle wie Zink, Aluminium und Kupferwerkstoffe geeignet, da bei höheren Temperaturen ein schneller Verschleiß der Dauerform auftreten würde. Properzi- bzw. Southwire-Verfahren: Direkt aus der Schmelze wird ein Draht hergestellt. In ein Gießrad ist spiralförmig eine Nut eingearbeitet, in welche die Schmelze direkt eingegossen wird. Das Rad wird von einem wassergekühlten Stahlband umschlungen. Der entstehende trapezförmige Draht kann direkt Ziehbänken zugeführt werden. (Für Kupfer- und Aluminiumwerkstoffe) Seite 2 von 10

3 Hazlett-Verfahren: Hier wird aus dem Gießstrahl ein Band aus metallischem Werkstoff hergestellt. Das abgegossene Band, das zwischen zwei geführten Stahlbändern erstarrt, wird direkt verschiedenen Walzgerüsten zugeführt. So werden aus dem abgegossenen Band mit 15 mm Dicke Folien mit 0,3 0,7 mm Dicke hergestellt. (Insbes. Für die Herstellung von Folien und Feinblechen aus Aluminium und Zink) Gießverfahren mit verlorener Form : Zunächst wird ein Wachsmodell des zu gießenden Bauteils gefertigt und mit einer keramischen Form umhüllt. Nach Abbinden der Form wird das Wachs ausgeschmolzen und es entsteht die Negativ-Form, in die direkt eingegossen werden kann. Nach dem Abguss wir die Form zerschlagen, kann jedoch i.d.r. wieder aufbereitet werden. Pulvermetallurgie: Als Ausgangspunkt dienen metallische Pulver, die durch Sintern oder durch heißisostatisches Pressen (HIP) in ein endformnahes Produkt verwandelt werden. Methoden zur Pulverherstellung: - Gas- oder Wasserverdüsung - Mechanische Zerkleinerung durch Mahlen - Rotating Electrode Process (Titan-, Zirkonium-, Niob- oder Tantalpulver) Das Pressen: Die gewünschte Form wird aus einem gut verformbaren Werkstoff, z.b. einem weichen Kohlenstoffstahl, gefertigt. Nach der Füllung dieser Kapsel mit Pulver wird sie verschlossen, evakuiert und unter allseitigen Druck gesetzt. Bei kaltisostatischem Pressen erfolgt das bei Raumtemperatur. Beim HIP wird die Form auf Temperaturen bis 2000 C gebracht. Aufgrund des Druckes kommt es zum Schrumpfen der Kapsel und es entsteht ein praktisch porenfreies Bauteil. Seite 3 von 10

4 II. Eisenwerkstoffe II.1. Metallurgie... II.2. Technisch reines Eisen... II.3. Stähle Legieren mit Elementen mit kleinem Atomradius: Die Elemente nehmen die sog. Zwischengitterplätze ein. Wegen der Veränderung des Atomabstandes der Elementarzelle kommt es zu abstoßenden Kräften. Somit kommt es zur Gitterverspannung und zur Härte- und Festigkeitssteigerung. Legieren mit Elementen mit ähnlichem Atomradius: Austausch der Atome durch die zulegierten Fremdatome. Bei kleineren Elementen kommt es zu anziehenden Kräften zwischen den Atomen, bei größeren Atomen kommt es zu Abstoßung. Somit kommt es ebenfalls zur Gitterverspannung und zur Härte- und Festigkeitssteigerung. Legieren durch Substitution und durch interstitielle Atome... II.3.1. Fe-C-Stähle und Baustähle Bis zu einem Kohlenstoffgehalt von maximal 2% spricht man von Stählen. Da oberhalb von 2% Kohlenstoff der ausgeschiedene Anteil an Fe 3 C (Zementit) zu groß wird, sind diese Werkstoffe nicht mehr verformbar ( Gusseisenwerkstoffe ). Man unterscheidet die Stähle in - untereutektoide Stähle: C-Gehalt < 0,8% - eutektoide (perlitische) Stähle : C-Gehalt = 0,8% - übereutektoide Stähle: C-Gehalt > 0,8% Normalglühen bei untereutektoiden Stählen: Erwärmen der Stähle auf eine Temperatur etwa C oberhalb der Umwandlungstemperatur in die γ-phase. Nach relativ kurzer Zeit wieder Abkühlen in ruhender Atmosphäre. Durch das zweimalige Durchlaufen der α- γ-umwandlung erhält man ein feines, gleichmäßiges Gefüge. Normalglühen bei übereutektoiden Stählen: Das Glühen erfolgt nicht im γ-gebiet, sondern nur knapp oberhalb einer Temperatur von 723 C um eine versprödende Wirkung der Fe 3 C-Ausscheidungen auf den Korngrenzen zu vermeiden und nur sehr kurz, um eine Vergröberung des Gefüges zu unterbinden (ein Grobes Korn bleibt nach der Rückumwandlung erhalten). Gröbere Gefüge haben insbesondere bei Raumtemperatur verminderte Festigkeitseigenschaften. Vergüten von C-Stählen: Wird die Schmelze abgeschreckt, z.b. in Wasser, so fehlt dem System die erforderliche Beweglichkeit, um die Fe 3 C-Phase zu bilden, der Kohlenstoff geht in Zwangslösung. Als Folge kommt es zu einer so starken Verspannung, dass eine tetragonale Verzerrung entsteht (gehärteter Stahl = Martensit). Dieser gehärtete Stahl ist nicht in der Lage sich plastisch zu verformen. Der martensitische Zustand ist jedoch reversibel, wenn dem Werkstoff durch Glühen die Möglichkeit zur Beweglichkeit der Atome gegeben wird. Je nach Temperatur gibt es verschiedene Stadien der Rückbildung. Seite 4 von 10

5 Bei C kommt es zur Umlagerung der C-Atome in günstige Zwischengitterplätze (aus tetragonalem Martensit wird kubisches Martensit). Bei C kommt es zu einer Umwandlung des Restaustenits (Austenit = kfz Fe-C-γ- Mischkristalle) in kubisches Martensit. Bei C wird der gesamte Kohlenstoff unter Fe 3 C-Bildung ausgeschieden, so dass ein Gefüge aus Ferrit (kfz α-mischkristalle) mit sehr feinen, eingelagerten Zementitkörnchen entsteht. Oberhalb von 350 C kommt es schließlich zu einer Zusammenlagerung (Koagulation) des Fe 3 C. II.3.2. Stähle mit Karbidbildnern Kalt-, Warm- und Schnellarbeitsstähle Elemente wie Chrom, Wolfram und Vanadium haben eine sehr hohe Affinität zu Kohlenstoff und bilden Karbide, die härte- bzw. festigkeitssteigernd wirken. Der Legierungsgehalt liegt je nach Stahlgruppe bei wenigen Zehntelprozent bis hin zu höchsten Konzentrationen. Erfolgt eine Glühung im γ-gebiet, so kommt es sowohl zur Lösung des Kohlenstoffs als auch der anderen Legierungselemente in der γ-phase. Ein Teil der sog. Sonderkarbide wird jedoch meist nicht aufgelöst. Beim Abschrecken bleibt ein Teil des Kohlenstoffs in Zwangslösung, so dass das Gefüge aus ungelösten Karbiden, Martensit und einem Anteil an Restaustenit besteht. Beim Anlassen eines solchen Stahles fällt zunächst die Härte etwas ab (Ausscheidung von Fe- Karbiden), steigt oberhalb von 450 C aber wieder an, weil es zu einer Ausscheidung der Sonderkarbide aus dem Martensit kommt (Sekundärhärte). Schnellarbeitsstähle werden vor dem Härtemaximum angelassen, so dass sie beim Drehen aufgrund auftretender Reibungswärme weiter erhärten. Mikrolegierte Feinkornstähle Durch Zugabe von Elementen wie Niob, Titan oder Vanadin in geringen Mengen (nur 0,1 0,2 %) bilden sich die Karbide NbC, TiC oder VC, die im γ-gebiet bei Glühung je nach Temperatur und Zeit nicht vollständig gelöst werden. Sie behindern das Wachstum des γ-kornes, dessen Größe bei Umwandlung in α-eisen beibehalten wird und verursachen somit ein feinkörniges Gefüge. Außerdem haben sie die Fähigkeit bei der γ-umwandlung die Keimbildung der entstehenden Phasen zu begünstigen (führt ebenfalls zu vielen, kleinen Körnern) II.3.3. Korrosionsbeständige Stähle Beim Legieren des Eisens mit Chrom erfolgt eine Substitution der Fe-Atome. Ab einem Chromgehalt von 12% (Resistenzgrenze) wird der Werkstoff gegen Korrosion beständig. Das geschieht durch die Oxidschicht aus Cr 2 O 3 (Passivschicht), die an der Oberfläche festhaftend und dicht ist. Bei Beschädigung wird sie innerhalb von Millisekunden wieder erneuert (Repassivierung). Wegen der hohen Affinität des Chroms zum Kohlenstoff besteht jedoch die Gefahr einer Karbidbildung, wobei das Chrom der Matrix entzogen wird und die 12%-Grenze unterschritten wird. Gegenmaßnahmen: 1. Erhöhung des Chromgehalts Führt allerdings zu einer Verteuerung des Werkstoffes und bei einem Chromgehalt von über 18% entsteht zudem die Intermetallische Phase FeCr, die den Werkstoff verspröden lässt. 2. Verminderung des Kohlenstoffgehalts Begrenzt die Karbidbildung. Da der Kohlenstoffgehalt aber nur durch zusätzliche metallurgische Maßnahmen vermindert werden kann kommt es ebenfalls zu einer Verteuerung. 3. Höhere Abkühlgeschwindigkeit nach einer entspr. Wärmebehandlung Da zur Chrom-Karbidbildung eine Beweglichkeit der Legierungselemente insbesondere des Kohlenstoffs gegeben sein muss. Jedoch nur bei kleinen Volumina realisierbar. 4. Stabilisieren des Werkstoffes Seite 5 von 10

6 Darunter versteht man das Zulegieren eines Legierungselementes, das eine höhere Affinität zu Kohlenstoff besitzt als da Chrom, z.b. Titan, Tantal oder Niob Da es sich bei Legierungen mit hohem Chromgehalt um ferritische Werkstoffe (α-phase) handelt, die jedoch nur eine begrenzte Verformbarkeit aufweisen, versucht man durch Zulegieren von anderen Elementen die γ-phase bis Raumtemperatur zu stabilisieren, um die Verformbarkeit zu verbessern (z.b. durch 8% Nickel). Man spricht von sog. austenitischen korrosionsbeständigen Stählen (z.b. V2A von Krupp). II.3.4. Benennung der Stähle Benennung über den Legierungsgehalt: z.b. X12CrNi188: Hierbei steht 18 für den Chromgehalt (18%) und 8 für den Nickelgehalt (8%) Das X steht für einen Legierungsgehalt > 5% (hochlegiert). Die 12 gibt einen Kohlenstoffgehalt von 0,12% an. Bei verschiedenen Elementen erhält man deren Gehalt erst nach Division der angebenden Zahl durch einen festgelegten Faktor (4, 10, 100 oder 1000). (z.b. 13CrMo44 mit 0,14% Kohlenstoff, 1% Chrom (Faktor 4) und 0,4% Molybdän (Faktor 10)) Benennung über die Werkstoffnummer: z.b. 1xxXX: Die erste Ziffer steht für die Werkstoffhauptgruppe (1 = Stahl), xx ist die Stahlgruppennummer (z.b. 00 = Grundstähle, unlegierte Qualitätsstähle usw.). XX ist die Zählnummer innerhalb der Stahlgruppe. Benennung aufgrund mechanischer oder physikalischer Eigenschaften: S355 ist z.b. Stahl mit einer Mindeststreckgrenze von 355 N/mm 2. II.4. Gusseisenwerkstoffe Werkstoffe mit einem C-Gehalt > 2% sind nur gießtechnisch verarbeitbar. Bei Gegenwart von ausreichend hohem Si-Gehalt kann die Fe 3 C-Phase weiter zerfallen, so dass sich der Kohlenstoff in Form von Graphit ausscheidet (Fe 3 C + Si => Fe 3 Si + C). Entweder in der Form von Lamellen (GGL = Gusseisen mit Lamellengraphit), wodurch sich günstige Dämpfungseigenschaften einstellen oder in Form von Sphäroliten (GGG) bei zulegieren von z.b. Magnesium. Da beim GGG die Kerbwirkung der Lamellen entfällt, ist dieser Werkstoff auch plastisch verformbar. Seite 6 von 10

7 III. Nichteisenmetalle Sie werden unterteilt in Leicht- und Schwermetalle. Zu den Leichtmetallen gehören alle Metalle mit einem spezifischen Gewicht unter 5 mg/cm 3 Leichtmetalle sind u.a. Aluminium, Magnesium, Titan, Schwermetalle sind u.a. Kupfer und Nickel. III.1. Aluminiumwerkstoffe III.1.1. Metallurgie 1. Gewinnung reiner Tonerde (Al 2 O 3 ) aus Bauxit nach dem Bayerverfahren 2. Reduktion der Tonerde durch Schmelzflusselektrolyse III.1.2. Technisch reines Aluminium Das Aluminium technischer Reinheit (Reinst- bzw. Hüttenaluminium) wird hauptsächlich in der Elektrotechnik eingesetzt, wegen seiner guten elektrischen Leitfähigkeit). Die enthaltenen Verunreinigungen Silizium und Eisen setzten diese herab. Je reiner das Aluminium, desto geringer ist jedoch auch seine Festigkeit. Um Abhilfe zu schaffen, kann man Aluminiumdrähte mit einem Eisenkern herstellen, der die Festigkeit gewährleistet. Entsprechende Verbundwerkstoffe können auch aus Stahl und Kupfer hergestellt werden, da Kupfer eine ähnlich hohe Leitfähigkeit besitzt. III.1.3. Aluminiumlegierungen Aluminiumlegierungen unterteilt man in Guss- und Knetwerkstoffe. Gusswerkstoffe haben i.a. einen höheren Legierungsgehalt. Siluminwerkstoffe (Beispiel Gusswerkstoffe): Durch den Zusatz von Silizium wird der Schmelzpunkt weiter herabgesetzt und die Legierung wird besonders gut gießbar. Die eutektische Zusammensetzung (niedrigster Schmelzpunkt) erhält man bei etwa 12,5% Silizium. Ein weiterer Vorteil beim Legieren mit Silizium liegt darin, dass der hohe thermische Ausdehnungskoeffizient des Aluminiums herabgesetzt wird. Deshalb eignen sich Siluminwerkstoffe gut als Kolbenwerkstoffe, da sie ein geringes spezifisches Gewicht haben und auch bei hohen Temperaturen keine Komplikationen durch unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten von Kolben (Al) und Zylinder (Fe) auftreten. Naturharte Knetwerkstoffe: Solche Legierungen, bei denen sich die zulegierten Elemente (z.b. Magnesium oder Silizium) im Wirtsgitter lösen und infolge der unterschiedlichen Atomradien Festigkeit und Härte hervorrufen (Mischkristallhärtung) Kalt- und warmaushärtbare Knetwerkstoffe: (Typische Legierungen mit Kupfer und Zink) Hier wird mit Legierungsgehalten gearbeitet, welche die Löslichkeit im Mischkristall überschreiten, so dass zweite Phasen ausgeschieden werden, die Härte und Festigkeit steigern. Der Vorgang der Aushärtung: 1. Lösungsglühen (gesamter Legierungsgehalt im Mischkristall gelöst) 2. Abschrecken (Legierungselemente bleiben in Zwangslösung) 3. Auslagern: Bei Raumtemperatur spricht man von Kaltaushärtung, bei erhöhter Temperatur von Warmaushärtung. Dabei wird eine Diffusion der Atome erreicht. Es scheiden sich zunächst unterstöchiometrische Phasen aus. Diese sind in der Lage das Gitter sehr stark zu verspannen Seite 7 von 10

8 und dadurch große Festigkeit und Härte zu erzielen. Wenn die Gleichgewichtsphase eintritt, werden die Spannungen aber so groß, dass sich die ausgeschiedenen Teilchen vollständig vom Gitter lösen, wodurch die zunächst vorhandene Gitterverspannung wieder verloren geht. III.2. Titanwerkstoffe III.2.1. Metallurgie Wirtschaftlich bedeutende Erze sind Rutil (TiO 2 ) und Illmenit (FeO Ti0 2 ), welches zunächst im Hochofen durch Reduktion des Eisenoxides vom Eisen befreit wird (=>TiO 2 ). Das feingemahlene TiO 2 wird mit Koks vermischt und im sog. Wirbelbett-Prozess chloriert (TiO 2 + C + 2 Cl => TiCl 4 + CO 2 ) und das erhaltene Titantetrachlorid wird anschließend mit Magnesium reduziert (TiCl Mg => Ti + 2 MgCl 2 ). Das erhaltene schon relativ reine Schwammtitan (99,5%) wird dann noch im Lichtbogenofen mit selbstverzehrender Elektrode zu Titan technische Reinheit umgeschmolzen. III.2.2. Technisch reines Titan und Legierungen Reines Titan erstarrt bei 1700 C und liegt bis 882 C in der hexagonal dicht gepackten α-phase vor, oberhalb davon als kubisch raumzentriertes β-gitter. Seine wichtigsten Eigenschaften sind hohe Festigkeit bei guter Korrosionsbeständigkeit (Passivschicht aus TiO 2 ) und geringer Dichte (4,5g/cm 3 ). Der Werkstoff findet seine Anwendung daher sowohl im chemischen Apparatebau, in der Medizintechnik als auch in Luft- und Raumfahrt. Man unterscheidet bei Legierungen des Titans zwischen α-stabilisierenden Legierungselementen (Al, O, N), welche die Umwandlungstemperatur erhöhen und β-stabilisierenden Elementen (Fe, Cr, V, Ta, Nb), welche die Umwandlungstemperatur erniedrigen. III.3. Magnesiumwerkstoffe III.3.1. Metallurgie Die Gewinnung reinen Magnesiums erfolgt in zwei Schritten: 1. Erzeugung von reinem Magnesiumchlorid 2. Schmelzflusselektrolyse des Magnesiumchlorids III.3.2. Technisch reines Magnesium und Magnesiumlegierungen Magnesium besitzt eine hexagonale Struktur. Sein Schmelzpunkt liegt bei 650 C und mit 1,74 g/cm 3 hat es eine äußerst geringe Dichte. Auch seine elektrische Leitfähigkeit ist relativ hoch. Aufgrund seiner geringen Festigkeitswerte ist reines Magnesium jedoch in der Anwendung begrenzt. Es kann als Desoxidationsmittel dienen, da seine Affinität zu Sauerstoff sehr hoch ist. Aufgrund des geringen spezifischen Gewichts sind die Magnesiumwerkstoffe besonders im Fahrzeugbau von großem Interesse. Schwierigkeit bereitet hingegen das Schweißen dieser Werkstoffe. Seite 8 von 10

9 III.4. Kupferwerkstoffe III.4.1. Metallurgie... III.4.2. Technisch reines Kupfer Kupfer, das in kubisch flächenzentrierter Form vorkommt, zeichnet sich besonders durch seine hervorragende elektrische Leitfähigkeit aus (=> Einsatz in der Elektrotechnik). Aber ebenso wie beim Aluminium gilt: Je reiner das Kupfer, desto besser ist seine Leitfähigkeit, desto geringer ist aber auch seine Festigkeit. Deshalb werden wie beim Aluminium Verbundwerkstoffe aus Eisen und Kupfer als Kabel eingesetzt. III.4.3. Kupferlegierungen Auch bei Kupferlegierungen unterscheidet man zwischen gut umformbaren Werkstoffen (Knetwerkstoffe) und Gusslegierungen. Folgende Gruppen von Kupferlegierungen haben technische Bedeutung: Messinge: Enthalten neben mindestens 50% Kupfer Zink, das den Schmelzpukt senkt. Knetmessing wird in Form von Stangen, Profilen oder Rohren und Drähten geliefert, Gusslegierungen aus Messing können für Kokillen- und Druckguss eingesetzt werden. Sondermessinge: Sind Mehrstofflegierungen auf der Basis CuZn mit gütesteigernden Zusätzen an Al, Fe, Mn, Ni, P, Sn (0,1-10%). Zinnbronzen: Enthalten 1-25% Zinn. Mit zunehmendem Zinngehalt steigt die Verschleißfestigkeit und die chemische Beständigkeit. Zinnbronzen mit 10-12% Sn werden für Schnecken, Zahnräder, Gleitlager u.ä. verwendet. Rotguss: Enthält neben 3-11% Zinn 2-7% Zink, das die Gießeigenschaften verbessert. Eingesetzt für Lager, Armaturen, Buchsen u.ä. Aluminiumbronzen: Enthalten 3-14% Aluminium, das die Korrosionsbeständigkeit, Verschleißbeständigkeit und Zunderbeständigkeit erhöht. Aufgrund der hohen Wärmefestigkeit eingesetzt in Heißdampfarmaturen und Ventilsitzen, aber auch in der Nahrungsmittelindustrie wegen seiner Korrosionsbeständigkeit. Berylliumbronze: Enthält 0,6-2,75% Be. Der Werkstoff ist durch die Ausscheidung von Cu 2 Be stark aushärtbar (erfolgt ähnlich wie bei den warmaushärtbaren Al-Werstoffen). Wegen der hohen Leitfähigkeit Einsatz in der E-Technik (Fahrdraht elektrischer Bahnen, Antennen u.ä.). Da das Be als toxisch bekannt ist, sind Bestrebungen im Gange es durch Elemente wie Zr, Co Si und Ag zu ersetzen, die ebenfalls Aushärtungen bewirken. Nickelbronzen: Enthalten 2-45% Nickel, welches mit Kupfer eine homogene Mischkristallreihe bildet. Bereits Gehalte von 1,5% Ni verdoppeln die Kerbschlagzähigkeit des Werkstoffs gegenüber Cu. Bei einer weiteren Legierung mit Silizium (0,15-1%), welches mit Ni eine intermetallische Phase bildet wird eine Warmaushärtung des Werkstoffes möglich. Cu mit 44% Ni (Konstantan) wird für Thermoelemente benutzt. Seite 9 von 10

10 III.5. Nickelwerkstoffe: III.5.1. Metallurgie... III.5. Nickellegierungen: Nickellegierungen sind wegen ihrer chemischen Beständigkeit, Wärmefestigkeit, Hitzebeständigkeit und magnetischen Eigenschaften in vielen Industriezweigen unentbehrlich. Man unterscheidet nach dem Verwendungszweck folgende Legierungsgruppen: Chemisch beständige Legierungen mit geringem Zusatz an Legierungselementen: Manganzusätze zu Nickel erhöhen die Festigkeitseigenschaften, ohne das Formwandlungsvermögen zu vermindern. Nickel mit 1-5% Mn ist gut zerspanbar und beständig gegen technische Wässer. Durch den Mn-Gehalt wird außerdem die Bildung des niedrigschmelzenden NiS-Eutektikums (650 C) vermieden. Die Legierung NiMn5 wird z.b. als Zündkerzenelektroden-Werkstoff eingesetzt. Ein Zulegieren von Silizium (bis 4%) erhöht die Beständigkeit gegen Verbrennungsgase, geringe Gehalte von Aluminium die Korrosionsbeständigkeit, Chemisch beständige Legierungen mit hohem Zusatz an Legierungselementen: NiMo-Legierungen (60-63% Ni, 26-32% Mo, 3-7% Fe) z.b. Hastaloy sind beständig gegen stark reduzierende Säuren wie HF oder siedende HCl. Durch Zulegieren von 15-17% Cr auf Kosten von Mo erreicht man Beständigkeit in oxidierenden Medien. NiCu-Legierungen sind beständig gegen schwache Säuren. Nickelheizleiterlegierungen: NiCr (17-20%) und NiCrFe (14-16% Cr, 20-26% Fe) sind warmfest, wärmeschock- und zunderbeständig. Sie können als Heizleiter in elektrisch beheizten Öfen bis 1250 C eingesetzt werden. Hochwarmfeste, hitzebeständige Nickellegierungen: Hauptlegierungselemente sind Kobalt, Eisen, Molybdän und Chrom. Geringe Zusätze von Aluminium und Titan dienen der Aushärtung. Sie sind korrosions- und zunderbeständig, gut verformbar, zerspanbar, und schweißbar. Nickellegierungen für die Elektrotechnik: NiFeMn (45-72% Ni, 11-52% Fe, 0-10% Mn) und NiFeCu und/oder Mo (0-5% Mo, 0-5% Cu) zeichnen sich durch Hystereseverluste, geringe Koerzitivkraft und hohe Permeabilität aus. Sie werden zu Abschirmzwecken als magnetische Verstärker und als Impulstrafos eingesetzt. NiCr-Legierungen werden außerdem als elektrische Widerstände eingesetzt. III.6. Benennung der NE-Metalle Bei NE-Metalllegierungen wird üblicherweise direkt der Legierungsgehalt in Gewichtsprozent angegeben. Seite 10 von 10