METALLISCHE WERKSTOFFE VON DR.-ING. HELMUT LÜPFERT MIT 177 BILDERN VOLLSTÄNDIG NEU BEARBEITETE NEUNTE AUFLAGE CF W 1966 C. F. WINTER'SCHE VE R LAGS HANDLUNG PRIEN
Die metallischen Werkstoffe im allgemeinen 1. Einführung 1 1.1 Elemente 1 1.2 Kennzeichen der Metalle 3 1.3 Einteilung der Metalle 8 1.4 Geschichtliches über Metalle 9 1.5 Vorkommen der Metalle 12 1.6 Preise der Metalle 14 2. Erzeugung und Verarbeitung der Metalle 15 2.1 Erzeugung von Eisen und Stahl 15 2.1.1 Aufbereitung der Erze. Grundlegendes über die Verfahren. 15 2.1.2 Darstellung des Roheisens im Hochofen 16 2.1.3 Darstellung des Roheisens im Niederschachtofen 19 2.1.4 Bessemer- und Thomasverfahren zur Stahlerzeugung.... 19 2.1.5 Sauerstoffaufblas-Verfahren zur Stahlerzeugung 21 2.1.6 Siemens-Martin-Verfahren zur Stahlerzeugung 22 2.1.7 Elektrostahlverfahren 23 2.1.8 Erzeugung von Gußeisen 24 2.1.9 Erzeugung von Temperguß 25 2.1.10 Erzeugung von Stahlguß 26 2.2 Erzeugung der Nichteisenmetalle 27 2.2.1 Allgemeine Übersicht 27 2.2.2 Erzeugung von Kupfer 27 2.2.3 Erzeugung von Nickel 28 2.2.4 Erzeugung von Zink 29 2.2.5 Erzeugung von Blei 30 2.2.6 Erzeugung von Titan 30 2.2.7 Erzeugung von Aluminium 31 2.2.8 Erzeugung von Magnesium 32 2.3 Ersehmelzung der Nichteisenmetall-Legierungen 33 2.4 Gießverfahren 35 2.4.1 Blockguß 35 2.4.2 Sandguß 37 2.4.3 Kokillenguß 38 2.4.4 Druckguß 39 2.4.5 Genauguß 42 2.4.6 Schleuderguß 44
VH 2.5 Gießfehler und ihre Verhütung 45 2.5.1 Übersicht 45 2.5.2 Lunker 45 2.5.3 Gasblasen 47 2.5.4 Seigerungen 48 2.5.5 Nadlige Kristalle 48 2.5.6 Gußspannungen 49 2.5.7 Einschlüsse 50 2.5.8 Gestaltungsgrundsätze für Formgußteile 50 2.6 Warmformgebung 52 2.6.1 Begriffe 52 2.6.2 Strangpressen 53 2.6.3 Warmwalzen von Stangen und Profilen 54 2.6.4 Warmwalzen von Blechen (Tafeln und Bändern) 56 2.6.5 Schmieden und Pressen von Formteilen 57 2.7 Kaltformgebung 58 2.7.1 Kaltziehen 58 2.7.2 Kaltwalzen 60 2.7.3 Kaltpressen 61 2.7.4 Kaltfließpressen 62 2.8 Herstellung von Rohren aus Stahl 64 2.8.1 Nahtlose Rohre 64 2.8.2 Schweiß -und Lötrohre 65 2.9 Pulvermetallurgie 66 3. Die Eigenschaften der Metalle 72 3.1 Physikalische Eigenschaften 72 3.1.1 Allgemeine physikalische Eigenschaften 72 3.1.2 Technologische Eigenschaften 72 3.1.3 Mechanische Eigenschaften bei zügiger Beanspruchung... 73 3.1.4 Mechanische Eigenschaften bei Dauerschwingbeanspruchung. 76 3.1.5 Mechanische Verhaltenseigenschaften 79 3.1.6 Thermische Eigenschaften 79 3.1.7 Elektrische Eigenschaften 80 3.1.8 Magnetische Eigenschaften 80 3.1.9 Optische Eigenschaften 83 3.2 Chemische Eigenschaften 83 3.3 Normen über Eigenschaften und deren Prüfung (Auswahl).... 83 4. Grundzüge der allgemeinen Metallkunde 85 4.1 Kristallisation reiner Metalle 85 4.1.1 Erstarrung und Schmelzung 85 4.1.2 Kristallbildung 86 4.1.3 Gefüge 88 4.1.4 Verfahren zur Feststellung des Feinbaus 90 4.1.5 Atome als Feinbausteine des Kristalls 91 4.1.6 Anordnung der Atome im Raumgitter 93
VIII Inhaltsverzeichnis 4.1.7 Metalle mit mehreren Raumgitterformen 97 4.1.8 Fehlstellen im Raumgitter 98 4.2 Kristallisation der Legierungen 99 4.2.1 Phasenregel 99 4.2.2 Zustandsschaubild der mechanischen Gemenge 101 4.2.3 Zustandsschaubild der ununterbrochenen Mischkristallreihe.. 104 4.2.4 Zustandsschaubild der begrenzten Mischkristallbildung mit Eutektikum 106 4.2.5 Aushärtung der Metall-Legierungen.. 108 4.2.6 Zustandsschaubild der begrenzten Mischkristallbildung mit Peritektikum 111 4.2.7 Zustandsschaubild bei Vorhandensein einer chemischen Verbindung mit offenem Maximum 112 4.2.8 Zustandsschaubilder für Dreistofflegierungen 113 4.3 Verfestigung und Rekristallisation 115 4.3.1 Verfestigung 115 4.3.2 Eigenspannungen 117 4.3.3 Kristallerholung 118 4.3.4 Rekristallisation 119 4.4 Korrosion und Metallschutz 121 4.4.1 Erscheinungsformen der Korrosion._... 121 4.4.2 Korrosion unter Sauerstoffverbrauch 122 4.4.3 Korrosion unter Wasserstoffentwicklung. 123 4.4.4 Korrosionsbeständigkeit von Eisen und Stahl 124 4.4.5 Korrosionsbeständigkeit der Nichteisenmetalle 125 4.4.6 Korrosionsschutz durch metallische Überzüge 127 4.4.7 Korrosionsschutz durch nichtmetallische Überzüge 131 4.4.8 Korrosionsschutz durch chemische Oberflächenbehandlung ohne elektrischen Strom 131 4.4.9 Korrosionsschutz durch chemische Oberflächenbehandlung mit elektrischem Strom 132 Die metallischen Werkstoffe im einzelnen 5. Genormte Bezeichnungen der metallischen Werkstoffe 134 5.1 Systematische Benennung nach DIN 17006 und 1700 134 5.1.1 Stahl unlegiert,. 134 5.1.2 Stahl legiert 135 5.1.3 Eisengußstoffe 135 5.1.4 Nichteisenmetalle 136 5.2 Werkstoffnummern nach DIN 17007 136 5.3 Kurzbenennung von Stahl nach EURONORM 27 62 137 6. Eisen und Stahl: Gemeinsames 138 6.1 Reines Eisen 138 6.2 Zustandsschaubild Eisen-Kohlenstoff (langsame Temperaturänderung) 139
IX 6.3 ZTA- und ZTU-Schaubilder (rasche Temperaturänderung)... 143 6.3.1 Zeit-Temperatur-Auflösungs(ZTA)-Schaubilder 143 6.3.2 Zeit-Temperatur-Umwandlungs(ZTU)-Schaubilder.144 6.3.3 Anlassen nach rascher Abkühlung 148 6.4 Einfluß der Legierungselemente 150 6.4.1 Allgemeines 150 6.4.2 Mangan 153 6.4.3 Nickel 154 6.4.4 Chrom 155 6.4.5 Sonstige Legierungselemente 156 6.5 Nutzanwendung der Schaubilder auf das Glühen 157 6.6 Nutzanwendung der Schaubilder auf das Härten. 159 6.6.1 Härtetemperatur und Erwärmungsdauer 159 6.6.2 Abkühlungsgeschwindigkeit und Eintauchweise 161 6.6.3 Härten durch Oberflächenerwärmung 164 6.7 Nutzanwendung der Schaubilder auf das Vergüten 165 6.8 Nutzanwendung der Schaubilder auf das Einsatzhärten... 166 6.9 Nutzanwendung der Schaubilder auf das Nitrieren 168 7. Eisen und Stahl: Werkstoffgruppen 170 7.1 Baustähle für allgemeine Verwendung 170 7.1.1 Einfache Kohlenstoffstähle 170 7.1.2 Einsatz- und Nitrierstähle 175 7.1.3 Vergütungs- und Oberflächenhärtungsstähle 178 7.1.4 Stanz- und Tiefziehstähle (Bleche, Bänder) 181 7.1.5 Automatenstähle und andere gezogene Stähle 185 7.1.6 Korrosionsbeständige Werkstoffe 188 7.1.7 Hitzebeständige und warmfeste Werkstoffe 191 7.1.8 Kaltzähe und nichtmagnetisierbare Stähle 193 7.1.9 Stahlrohre 194 7.2 Baustähle für besondere Verwendung 195 7.2.1 Federstähle 195 7.2.2 Werkstoffe für Heizleiter und elektrische Widerstände.... 198 7.2.3 Werkstoffe für Bimetalle und andere thermische Ansprüche.. 199 7.2.4 Wälzlagerstähle, Schienenstähle und andere verschleißfeste Stähle 203 7.2.5 Kesselbaustähle 204 7.2.6 Stähle für Schrauben, Muttern und Nieten 204 7.2.7 Stähle für Ketten und Lasthaken 206 7.2.8 Werkstoffe für Dauermagnete 206 7.2.9 Weichmagnetisohe Werkstoffe für Dynamos, Transformatoren, Relais und Übertrager 209 7.3 Werkzeugstähle 213 7.3.1 Unlegierte Werkzeugstähle 213 7.3.2 Legierte Werkzeugstähle für Kaltarbeit 214 7.3.3 Legierte Werkzeugstähle für Warmarbeit 217 7.3.4 Schnellarbeitsstähle 219 7.4 Hartlegierungen und Sinterhartmetalle 221
X Inhaltsverzeichnis 7.6 Stahlguß 222 7.6 Gußeisen 224 7.6.1 Gußeisen mit Lamellengraphit (Grauguß) 224 7.6.2 Gußeisen mit Kugelgraphit 228 7.6.3 Austenitisehes Gußeisen 229 7.7 Temperguß 229 8. Nichteisenmetalle 232 8.1 Kupfer und Kupferlegierungen 232 8.1.1 Reinkupfer 232 8.1.2 Niedriglegierte Kupferlegierungen 239 8.1.3 Messing 241 8.1.4 Sondermessing 249 8.1.5 Neusilber 252 8.1.6 Knetbronze 253 8.1.7 Gußbronze und Rotguß 255 8.1.8 Kupfer-Nickel-Legierungen 257 8.2 Nickel, Kobalt und deren Legierungen 258 8.2.1 Reinnickel 258 8.2.2 Nickellegierungen... 260 8.2.3 Reinkobalt und Kobaltlegierungen 261 8.3 Edelmetalle 262 8.3.1 Silber und Silberlegierungen 262 8.3.2 Gold und Goldlegierungen 263 8.3.3 Platinmetalle und deren Legierungen 263 8.4 Zink und Zinklegierungen 264 8.4.1 Reinzink 264 8.4.2 Zinklegierungen 267 8.5 Blei, Zinn und deren Legierungen 272 8.5.1 Reinblei und Reinzinn 272 8.5.2 Blei- und Zinnlegierungen 274 8.6 Titan und Titanlegierungen 274 8.7 Aluminium und Aluminiumlegierungen 276 8.7.1 Reinst- und Reinaluminium 276 8.7.2 Al-Knetlegierungen der Gattung AICuMg 282 8.7.3 Al-Knetlegierungen der Gattungen AlMgSi und AlSi.... 286 8.7.4 Al-Knetlegierungen der Gattungen AlZnMg und AlZnMgCu. 287 8.7.5 Al-Knetlegierungen der Gattungen AlMg, AlMgMn und AlMn. 288 8.7.6 Sonstige Al-Knetlegierungen 289 8.7.7 AI-Gußlegierungen 289 8.8 Magnesium und Magnesiumlegierungen 293 8.8.1 Reinmagnesium 293 8.8.2 Mg-Knetlegierungen 294 8.8.3 Mg-Gußlegierungen 298 8.9 Sonstige Metalle. 300 8.9.1 Leichtmetalle (Li, Na, K, Ca, Cs) 300 8.9.2 Seltene Erdmetalle (Ceritmetalle) 301 8.9.3 Radioaktive Metalle (Th, U, Pu) 302
XI 8.9.4 Legierungsmetalle für Stahl (B, V, Cr, Mo, Zr, Hf, Nb, Ta, W, Re) 302 8.9.5 Niedrigschmelzende Schwermetalle (Hg, Cd, Sb, Bi) 304 8.9.6 Halbleiter (Se, Si, Ge) 305 9. Einzelne Verwendungsgebiete der Metalle 308 9.1 Kontaktwerkstoffe 308 9.2 Gleitlagerwerkstoffe. 310 9.3 Federwerkstoffe 314 9.4 Werkstoffe der Hochvakuumtechnik 317 9.4.1 Bauwerkstoffe 317 9.4.2 Getterstoffe (Fangstoffe) 320 9.5 Werkstoffe für elektrische Temperaturmeßgeräte 321 9.6 Werkstoffe für Atomkernenergieanlagen 322 9.6.1 Kernbrennstoffe und Bremsstoffe 322 9.6.2 Bauwerkstoffe, Kühlmittel und Regelstabstoffe 323 9.7 Lote 324 Verzeichnis einschlägiger Bücher 328 Verzeichnis handelsmäßiger Werkstoffnamen 330 Sachverzeichnis 336