Werkstoffkunde im Maschinenbau: Eigenschaften & Stahlherstellung

Werkstoffkunde im Maschinenbau

Mechanische Werkstoffeigenschaften

• Elastizität: Die Fähigkeit eines Materials, nach einer Verformung wieder seine ursprüngliche Form anzunehmen.
• Plastizität: Die Fähigkeit, eine neue Form nach der Verformung beizubehalten.
• Duktilität: Die Fähigkeit, sich plastisch zu verformen (z. B. zu Fäden dehnen zu lassen), ohne zu brechen.
• Plastizität (Verformbarkeit): Die Fähigkeit, sich in Platten zu verteilen (auszuwalzen), ohne zu brechen.
• Härte: Der Widerstand gegen das Eindringen oder Zerkratzen durch einen anderen Körper.
• Zerbrechlichkeit (Sprödigkeit): Das Verhalten eines Werkstoffs, im Gegensatz zur Belastbarkeit (Zähigkeit) schnell zu brechen.
• Zähigkeit: Der Widerstand gegen Bruch, wenn das Material mechanischen Belastungen ausgesetzt ist.
• Ermüdung: Die fortschreitende Verformung oder Schädigung, wenn ein Material wiederholt unterschiedlichen Belastungen ausgesetzt ist.
• Bearbeitbarkeit: Die Eigenschaft, sich leicht spanend bearbeiten (schneiden) zu lassen.
• Härtbarkeit (Scharf): Die Fähigkeit zur Erhöhung der Härte (z. B. durch Abschrecken).
• Gießbarkeit: Die Fähigkeit einer Schmelze, eine Gussform vollständig auszufüllen.
• Widerstandsfähigkeit (Resilienz): Der Widerstand gegen Schlagbeanspruchung (Schlagfestigkeit).

Verfahren der Stahlherstellung

Der Hochofenprozess

1. Der Rohstoff, bestehend aus Eisenerz (60 %), Kokskohle (30 %) und Zuschlagstoffen bzw. Flussmittel (10 %), wird in den Hochofen eingebracht.
2. Der Prozess arbeitet kontinuierlich.
3. Da die Rohstoffe an der Spitze (Gicht) eingeführt werden, sinken diese nach unten, während die Temperatur extrem ansteigt. Bei einer Temperatur von etwa 1650 °C sammelt sich das flüssige Eisen im Tiegel (Gestell).
4. Das Flussmittel reagiert mit dem Erz zu Schlacke, die auf dem flüssigen Eisen schwimmt. Durch ein Schlackenloch wird die Schlacke entfernt. Diese dient zur Herstellung von Zement und Isolationsmaterialien.
5. In regelmäßigen Abständen wird das Abstichloch geöffnet, um das flüssige Roheisen aus dem Tiegel zu entnehmen. Dieses Eisen wird als Roheisen bezeichnet und enthält noch Verunreinigungen.
6. Fast das gesamte Roheisen wird in einem Konverter zu Stahl umgewandelt (gefrischt) und manchmal zu Barren gegossen.
7. Um den Ofen herum verläuft eine Ringleitung, durch die heiße Luft über die Düsen in den Ofen eingeblasen wird.

Der Elektrolichtbogenofen (E-Ofen)

Es ist der einzige Ofen, der Schrott direkt in Stahl verwandelt.

1. Der Deckel wird weggeschwenkt, und Schrott, Metall sowie Flussmittel werden eingefüllt.
2. Der Ofen wird geschlossen und die Elektroden werden an den Schrott herangeführt, sodass der Schmelzvorgang beginnt.
3. Sobald der Schrott geschmolzen ist, wird Sauerstoff eingeblasen.
4. Der Ofen wird gekippt, um die Schlacke (den Schaum) zu entfernen. Danach werden Kohlenstoff und Ferrolegierungen hinzugefügt und die Schmelze wird weiter erhitzt.

Schließlich wird der Ofen erneut gekippt, um den flüssigen Stahl in die Gießpfanne zu gießen und ihn zum Gießbereich (Formbereich) zu transportieren.