Grundlagen der Metallurgie und Werkstoffkunde

Grundlagen der Metallurgie

Eine der großen Transformationen, die in Stählen induziert wird, ist das Glühen, um in der Regel eine kleinere Korngröße zu erreichen und damit eine geringere Anisotropie zu erzielen. Anisotropie beschreibt die Eigenschaft, dass bestimmte physikalische Eigenschaften eines Metalls – wie Elastizität, Leitfähigkeit oder Lichtausbreitung – von der Richtung abhängen, in der sie geprüft werden.

Legierungen und Stahlarten

Eine Alloy (Legierung) ist ein System aus mehreren Elementen, von denen mindestens eines ein Metall ist. Bei Überhitzung von Stahl während der Wärmebehandlung oder durch zu lange Heizzeiten entsteht eine große Korngröße.

Unberuhigte und beruhigte Stähle

• Unberuhigte Stähle: Hier wurde nur ein kleiner Teil des Sauerstoffs während der Erstarrung entfernt. Dies führt zu einer äußeren Schicht, die relativ frei von Kohlenstoff ist, während der Kern einen höheren Kohlenstoffgehalt aufweist. Diese Oberfläche ist sehr dehnbar und eignet sich gut für die Kaltumformung.
• Beruhigte Stähle: Das Gegenteil von unberuhigten Stählen. Diesen wurde eine große Menge an Sauerstoff entzogen. Sie sind nützlich für anspruchsvolle Umformtechniken, erfordern jedoch oft eine Erwärmung.

Stahllegierungen und Roheisen

Stahl ist eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff, bei der der Kohlenstoffgehalt 2,1 Gew.-% nicht überschreitet. Die Zusammensetzung der Legierung erreicht in der Regel Werte zwischen 0,2 % und 0,3 %.

Roheisen ist das erste Produkt der Gießerei. In der Stahlindustrie wird Eisen im Hochofen aus Erzen gewonnen.

Chemische und physikalische Eigenschaften

Chemische Verwandtschaft (Elektronenaffinität): Die Energie, die bei dem Prozess frei wird, bei dem ein neutrales Atom X in einem gasförmigen Zustand ein Elektron aufnimmt und zu einem mononegativen Ion X^- wird.

Bainit: Eine diffuse Mischung aus Ferrit und Zementit, die aus der isothermen Umwandlung von Austenit hervorgeht.

Bronze: Eine Reihe von Legierungen auf Basis von Kupfer mit 3 bis 20 % Zinn.

Verbundwerkstoffe und Gefügestruktur

Composites (Verbundwerkstoffe): Auch als Hybride bezeichnet. Sie bestehen aus der Integration von zwei oder mehr verschiedenen Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften, um ein optimiertes Gesamtergebnis zu erzielen.

Kornwachstum: Wenn die Rekristallisation abgeschlossen ist und die Temperatur weiter über die Rekristallisationstemperatur steigt, beginnt eine neue Phase, in der die Kornstruktur weiter wächst.

Gitterdefekte und Effekte

• Frenkel-Defekt: Kombination aus einem interstitiellen Atom und einer Leerstelle.
• Schottky-Effekt: Stärkung der thermischen Emission eines Leiters infolge eines elektrischen Feldes an der Oberfläche.
• Luxation (Versetzung): Ein Linienfehler, der aus einer lokalen Störung des Gitters besteht. Typen: Stufen-, Schrauben- und gemischte Versetzungen.