Mechanische Eigenschaften von Materialien

Elastizität und Plastizität

• Elastizität: Fähigkeit bestimmter Materialien, ihre ursprüngliche Form wiederzuerlangen, nachdem die Verformungskraft aufgehoben wurde.
• Plastizität: Fähigkeit eines Materials, seine neue Form nach der Verformung beizubehalten.

Duktilität, Formbarkeit und Härte

• Duktilität: Fähigkeit eines Materials, sich zu Fäden dehnen zu lassen.
• Formbarkeit: Fähigkeit eines Materials, sich zu Blechen ausbreiten zu lassen.
• Härte: Widerstand eines Materials gegen Kratzer oder Eindringen (Verschleißfestigkeit).

Sprödigkeit, Zähigkeit und Ermüdung

• Sprödigkeit: Eigenschaft eines Materials, bei Krafteinwirkung in Stücke zu zerbrechen.
• Zähigkeit: Widerstand eines Körpers gegen Bruch bei langsamer Krafteinwirkung.
• Ermüdung: Verformung eines Materials, das unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt ist, wenn diese über eine gewisse Zeit oder Anzahl von Wiederholungen wirken.

Bearbeitbarkeit, Gießbarkeit und Widerstandsfähigkeit

• Bearbeitbarkeit: Eigenschaft eines Körpers, durch Spanabhebung bearbeitet zu werden.
• Gießbarkeit: Fähigkeit einer Schmelze, eine Form zu füllen.
• Widerstandsfähigkeit: Widerstand eines Körpers gegen Stöße oder plötzliche Krafteinwirkungen.

Arten von Materialprüfungen

Zugversuch

Ein genormter Prüfkörper mit definierter Länge und Querschnitt wird langsam gedehnt, bis er bricht. Dies dient der Analyse des Materials.

Dauerschwingversuch (Ermüdungsversuch)

Ein sich schnell drehender, genormter Zylinder aus dem zu analysierenden Material wird durch eine Kraft verformt. Die Anzahl der Umdrehungen bis zum Bruch wird als Ermüdungsgrenze bezeichnet.

Härteprüfung

Eine Kugel aus Diamant oder Stahl wird mit einer definierten Kraft auf das Werkstück gedrückt, um die Eindrucksspur zu analysieren und zu messen.

Kerbschlagbiegeversuch

Die Energie, die benötigt wird, um eine Probe des zu analysierenden Materials durch einen Schlag zu brechen, wird gemessen. Dabei wird ein Pendel mit einer Geschwindigkeit von 5-7 m/s verwendet.

Eisenmetalle

Eisenmetalle sind solche, die Eisen als Basis haben. Die wichtigsten Vorkommen sind Tagebaue in Rio Doce (Brasilien), Cerro Bolívar (Venezuela) und MIFERMA (Mauretanien). Die Länder mit der größten Produktion sind Russland, Australien und die USA.

Arten von Eisenerz

• Magnetit (Reinheit 75%)
• Hämatit (70%)
• Limonit (60%)
• Siderit (50%)

Verfahren zur Stahlerzeugung

Hochofen-Rohstoffe

• 60% Eisenerz (vorbehandelt, um den Erzanteil zu erhöhen)
• 30% Kokskohle (künstlich aus Kohle gewonnen, dient als Brennstoff und für chemische Reaktionen)
• 10% Zuschlagstoffe (Kalkstein, reagiert mit der Gangart zu Schlacke)

Betrieb des Hochofens

Die Beschickung wird zusammengeführt und die Temperatur auf 1650°C erhöht. Der Zuschlagstoff reagiert mit dem Erz zu Schlacke, die auf dem Eisen schwimmt. Beide werden getrennt abgeführt.

Schlacke und Roheisen werden durch einen LD-Konverter zu Stahlblöcken verarbeitet. Um den Ofen herum befindet sich ein Ring, aus dem heiße Luft abgesaugt wird.

Betrieb des LD-Konverters

Der Ofen wird gekippt und Zuschlagstoffe und manchmal Gussschrott werden hinzugefügt. Dann wird er senkrecht gestellt und eine Lanze wird abgesenkt, um Sauerstoff in das flüssige Metall einzublasen, wodurch die Verunreinigungen verbrennen. Der Ofen wird wieder gekippt, um die Schlacke zu entfernen. Der Stahl wird in eine Pfanne gegossen und Legierungen und Kohlenstoff werden hinzugefügt.