Grundlagen der Metallurgie

Phasen von Stahl

• 1539°C: Delta-Ferrit
• 1390°C: Gamma-Austenit Bereich
• 900°C: Beta-Ferrit
• 750°C: Alpha-Ferrit

Zusammensetzung

• Stahl: 0,1-1,76% Kohlenstoff
• Gusseisen: 1,76-6,67% Kohlenstoff + Silizium

Formgebung von Metallen

• Schmieden: Verformen einer massiven Metallmasse zwischen zwei Werkzeughälften durch Kompression.
• Gießen: Vergießen von flüssigem Metall in eine Form, wo es erstarrt.

Herstellung von Gusseisen und Stahl

• Gewinnung von Gusseisen: Im Hochofen (aus Eisenerz, Koks und Kalkstein) zur Entfernung von Verunreinigungen und zur Einstellung des Kohlenstoffgehalts.
• Weiterverarbeitung von Gusseisen: Roheisen wird in anderen Öfen (Kupolöfen) verfeinert.
• Gewinnung von Stahl: Roheisen wird in Konvertern oder Öfen von einem Teil des Kohlenstoffs und Verunreinigungen befreit.

Definitionen

• Gusseisen: Fe-Legierung mit Silizium und Kohlenstoff, Phosphor, Schwefel und Sauerstoff.
• Konverter: Verarbeitet flüssiges Gusseisen, Schrott und Kalk mit Sauerstofflanzen, um Kohlenstoff und Verunreinigungen zu reduzieren.
• Ofen (Elektrolichtbogenofen): Drei Graphitelektroden erzeugen einen Lichtbogen, der elektrischen Strom injiziert und die Temperatur erhöht.

Wärmebehandlung

• Härten: Erhöht die Härte und mechanische Festigkeit. Stahl wird erhitzt und schnell abgekühlt.
• Anlassen: Reduziert die Härte und erhöht die Zähigkeit/Plastizität. Erwärmung auf ca. 723°C und langsames Abkühlen an Luft.
• Normalisieren: Erhitzen auf ca. 800°C und Abkühlen an ruhender Luft.

Gewinnung von Metallen

• Anreicherung: Zerkleinern und Konzentrieren (Trennung von Erz und Gangart).
• Reduktion: Abtrennung des Metalls von anderen Elementen (meist Oxide).
• Raffination: Entfernung von Verunreinigungen. Mittels thermischer oder elektrolytischer Verfahren.

Eigenschaften und Verwendung von Metallen

• Kupfer: Dicht, weich, plastisch, gute Leitfähigkeit.
• Messing: Kupfer + Zink
• Bronze: Kupfer + Zinn
• Aluminium: Leicht, gute Leitfähigkeit, dehnbar, formbar, korrosionsbeständig.
• Magnesium: Chemische Anwendungen, Feuerwerk, Ultraleicht-Legierungen.
• Titan: Legierungen, weißes Pigment (Titandioxid).
• Blei: Beschichtungen, chemischer Schutz.
• Zinn: Beschichtung von Stahlplatten (Weißblech).
• Verzinkter Stahl: Zum Schutz vor Oxidation.
• Nickel: Beschichtungen (Galvanisierung), Laborgeräte, Korrosionsschutz.

Weitere Techniken

• Pulvermetallurgie: Eine Technik zur Formgebung von Materialien mit metallischen Eigenschaften.
• Katalanische Schmiede: Eine Art des Schmiedens.