Mechanische Eigenschaften von Metallen und Stahlherstellung

Mechanische Eigenschaften von Metallen

Zähigkeit

Zähigkeit ist der Widerstand eines Materials gegen Bruch infolge von Spannungsrissen. Die Formänderungsfähigkeit eines Metalls hängt mit seiner Zähigkeit, Festigkeit und Plastizität zusammen.

Zerbrechlichkeit

Zerbrechlichkeit drückt einen Mangel an Plastizität aus und bedeutet daher Sprödigkeit. Spröde Materialien brechen in der elastischen Grenze, das heißt, der Bruch tritt spontan bei Überschreitung der Belastungsgrenze auf.

Spröde Materialien

Beispielsweise ist ein Material spröde, wenn es kaum Dehnungsfähigkeit besitzt und beim Bruch keine nennenswerte plastische Verformung zeigt.

Kerbschlagzähigkeit (Resilience)

Kerbschlagzähigkeit beschreibt die Bruchfestigkeit eines Metalls bei Schlagbelastung; sie wird üblicherweise mit dem Charpy-Test bestimmt.

Kriechen (Creep)

Kriechen ist die Neigung eines Materials, seine Form langsam unter der Wirkung des Eigengewichts oder sehr kleiner, lang andauernder Lasten zu verändern.

Ermüdung (Fatigue)

Ermüdung tritt auf, wenn ein Bauteil wiederholten oder wechselnden Belastungen ausgesetzt ist. Dadurch kann es zu einem Bruch kommen, selbst bei deutlich kleineren Lasten, die nur geringe Verformungen erzeugen. Prozessziel: Ermüdungsursachen erkennen und minimieren.

Hochofenprozess

Hochofen

Der Hochofen wird mit Koks und Kalkstein als Zusatzstoffen beladen. Erwärmte Frischluft wird in den Ofen geblasen. Der brennende Koks bildet Kohlenmonoxid zur Reduktion und erzeugt die benötigte Wärme.

Vorwärmen

Im oberen Bereich des Ofens werden Erz und Zuschläge vorgewärmt; Wasser und flüchtige Bestandteile wie Schwefel werden durch die Erwärmung getrennt.

Reduktion

Während der Reduktion wird heißes Eisenerz durch sauerstoffhaltige Gase, insbesondere Kohlenmonoxid, reduziert. Eisenoxid wird zu metallischem Eisen reduziert.

Vergasung

Bei hohen Temperaturen nimmt das Eisen Kohlenstoff aus dem Koks auf (Vergasung/Carburierung), wenn die Temperatur so hoch ist, dass der Kohlenstoff diffundiert.

Gießen und Formgebung (Molding)

Durch die Kohlenstoffauflistung wird der Schmelzpunkt gesenkt; das Eisen wird flüssig und fließt in Formen. Die flüssige Schlacke aus Kalkstein schwimmt auf dem Eisen und wird getrennt. Das Roheisen wird in Barren umgewandelt oder im flüssigen Zustand weiterverarbeitet.

Herstellung von nichtrostendem Stahl

Elektroofen / Lichtbogenofen

Bei der Herstellung von Edelstahl ist das Verfahren des Elektro-Lichtbogenofens (Elektrischer Lichtbogen zwischen Material und Kohlenstoff-Elektrode) gebräuchlich. Das eingesetzte Material wird möglichst frei von Verunreinigungen gehalten. Im Gieß- und Legierungsprozess werden nach Bedarf Zusatzstoffe ergänzt. Aufgrund der hohen Ofentemperaturen eignet sich das Verfahren besonders für schwer schmelzbare Komponenten wie Wolfram und Molybdän sowie für Aluminiumkomponenten.

Ofenparameter

• Kapazität / Spannung / Strom: Beispiele und Richtwerte
• Spannung: ca. 100 ±50–100 Volt
• Weitere Spannungsangaben: 4000 (Einheit unklar im Original)
• Stromstärke/Intensität: 3500 (Einheit unklar im Original)
• Temperaturangabe: t ª c (Originalangabe beibehalten, Einheit vermutlich °C)

Hinweis: Manche numerischen Angaben im Originaltext sind nicht eindeutig formatiert; oben sind sie in der korrigierten Form übernommen, um den Inhalt vollständig zu bewahren.