METALLOGRAPHIE

Von

Prof. Dr. rer. nat. et-Ing. habil. Hermann Schumann Direktor des Instituts für Werkstoffkm„de

der Universität Rostock

4., verbesserte Auflage

Mit 1012 Bildern und 4 Farbtafeln

VEB DEUTSCHER VERLAG FÜR GRUNDSTOFFINDUSTRIE

LEIPZIG 1962

8. 5. Wa

INHALTSVERZEICHNIS

Einleitung 11

1 Metallographische Arbeitsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . . . 13

1.1 Die Metalhnikroskopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.11 Die Herstellung von Metallschliffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.12 Die Entwicklung des Gefüges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.13 Das Metallmikroskop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 1.14 Die photographische Aufnahme.. . ......... .... ..... ........... 49 1.15 Die Bestimmung der Korngröße und der Kornform . . . . . . . . . . . . . 51 1.16 Die Bestimmung der Mengenanteile der einzelnen Gefügebestandteile 58 1.17 Gefügerichtreihen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 1.18 Die MikrohärtemeBBung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . . . . . . . 65 1.19 Gefügeuntersuchungen bei höheren und tieferen Temperaturen. . . . 69

1.2 Methoden zur Bestimmung von Umwandlungspunkten . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 1.21 Die thermische Analyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 1.22 Die Thermodifferential-Analyse. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 1.23 Die dilatometrische Analyse ............................... .... · 83 1.24 Die magnetische Analyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

1.3 Die Röntgenfeinstrukturverfahren (Röntgenmetallographie). .. . . . . . . . . . . . 92 1.31 Kristallographische Grundlagen ................... .' .... ...... :. 92 1.32 Die wichtigsten Röntgenverfahren............ .................. 98

2 Die Zustandsdiagramme der Metalle und der Legierungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

2.1 Die reinen Metalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 2.11 Der kristelline Aufbau der Metalle ............................. 110 2.12 Die Eigenschaften der Metalle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 2.13 Das Verhalten der Metalle beim Erwärmen .................... 121

2.2 _Die Zweistofflegierungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 2.21 Der Begriff des Zustandsdiagramms ........................... 128 2.22 Das Raoultsche Gesetz • . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 2.23 Legierungen mit einer Mischungslücke im fliiBBigen Zustand ...... 133

2.231 Vollständige Unmischbarkeit im flüsaigen Zustand ......... . 133 2.232 Geringe Mischbarkeit im flüssigen Zustand . . . . . . . . . . . . . . . 137 2.233 Größere Mischbarkeit im flüssigen Zustand ............... 144

2.24 Legierungen mit vollständiger Mischbarkeit im festen Zustand ... 149 2.241 Der atomare Aufbau der Mischkristalle ................... 149 2.242 Gruridgesetze der Diffusion ............ ..... .. ........... 152 2.243 Legierungen mit vollständiger Mischkristallbildung . ..•..... 155 2.244 Eigenschaften von Legierungen mit vollständiger Mischkristall-

. bildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 2.25 Legierungen mit einer Mischungslücke im festen Zustand ........ 163

2.251 Vollständige Unmischbarkeit im festen Zustand ... ......... 163 2.252 Die eutektische Entmischung . . . . . . • . . • . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167

7

2.253 Die peritektische Entmischung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 2.254 Eigenschaften von Legierungen mit Kristallgemengen ...... 181

2.26 Legierungen mit einer intermetallischen Verbindung ............. 184 2.261 Der atomare Aufbau und die Eigenschaften der intermetalli-

schen Verbindungen ............................ · ..... : .. 184 2.262 Legierungen mit einer kongruent schmelzenden Verbindung. 188 2.263 Legierungen mit einer inkongruent schmelzenden Verbindung HH

2.27 Legierungen mit Umwandlungen im festen Zustand ............. 194 2.271 Die Löslichkeitsänderung · der Mischkristalle (Aushärtung) . . . 194 2.272 Komponenten mit allotropen Modifikationen .............. 201 2.273 Der eutektoide Zerfall der Mischkristalle .................... 203 2.274 Die Überstrukturbildung der Mischkristalle ......... : ...... 207 2.275 Die Bildung einer intermetalliachen Verbindung aus einem

Mischkristall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 2.276 Der Zerfall eines Mischkristalls in zwei Mischkristalle von unter-

schiedlicher Zusammensetzung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 2.28 Ergänzungen zu den Zweistofflegierungen ....................... 210

2.281 Zusammengesetzte binäre Systeme ........................ 210 2.282 Die experimentelle Aufstellung von Zustandsdiagrammen .... 213

2.3 Einiges über Dreistofflegierungen .................................... 217 2.31 Die graphische Darstellung der Zusammensetzung von Dreistoff.

legierungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 2.32 Das Hebelgesetz bei ternären Legierungen ...................... 220 2.33 Ternäre Zustandsdiagramme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 2.34 Isotherme und Temperatur-Konzentrations-Schnitte ............. 226 2.35 Der Erstarrungsablauf bei ternären Legierungen ................ 231

3 Der Einfluß der Verarbeitungsverfahren auf die Gefilgeaus'/Jildung der Metalle und Legierungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235

3.1 Das Gießen der Metalle .............. _ .............................. 235 3.11 Veränderungen der Zustandsschaubilder bei erhöhter Abkühlungs-

geschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235 3.12 Das Gußgefüge ............................................... 241 3.13 Seigerungen ................................................. 247 3.14 Lunker ..................................................... 253 3.15 Gasblasen ................................................... 256 3.16 Fremdeinschlüsse ............................................. 259

3.2 Die plastische Formgebung der Metalle ............................... 261 3.21 Die Kaltverformung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261 3.22 Die Rekristallisation ......................................... 269 3.23 Die Warmverformung ........................................ 276

3.3 Das Löten und Schweißen der Metalle ............................... 285

4 Die Gefüge der technischen Eisenlegierungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293

4.1 Die Herstellung und Einteilung der Eisenlegierungen .................. 293 4.11 Die Herstellung der Eisenlegierungen .......................... 293 4.12 Die Einteilung und Bezeichnung der Eisenlegierungen . . . . . . . . . . . 296

4.2 Reineisen.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ... . . . . . . . . . 298

4.3 Das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm . ................................... 301

4.4 Die Eisenbegleiter •.................. : . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319

8 ..

4.41 Kohlenstoff ............................. , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322 4.42 Siliziwn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326 4.43 Mangan ...................................... , . . . . . . . . . . . . . . 327 4.44 Phosphor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327 4.45 Schwefel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335 4.46 Stickstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341 4.47 Wasserstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . 345 4.48 Sauerstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348 4.49 Nichtmetallische Einschlüsse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353

4.5 Die Wärmebehandlung der Stähle ................................... 357 4.51 Die Austenit-Martensit-Umwandlung ........................... 357 4.52 Der Austenitzerfall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363 4.53 Normalglühen ............................................... 381 4.54 Weichglühen ................................................. 387 4.55 Rekristallisationsglühen ....................................... 391 4.56 Härten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396 4.57 Oberflächenhärten ............................................ 406 4.58 Vergüten .................................................... 413

4.6 Legierte Stähle .................................................... 425 4.61 Allgemeine Wirkung der Legierungselemente .................... 425 4.62 Siliziwnstähle ............................................ , . . . 443 4.63 Manganstähle ................................................ 447 4.64 Nickelstähle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455 4.65 Chromstähle ................................................. 459 4.66 Chrom-Nickel-Stähle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467 4.67 Schnellarbeitsstähle .......................................... 479

4. 7 Gußeisen und Tem,perguß . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • . 485

5 Die Gefüge der technischen Nichteisenmetall-Legierungen ................... 500

5.1 Kwpfer und seine Legierungen ......................... .' ............ 500

5.11 Reinkupfer .................................................. 500 5.12 Kupfer - Schwefel ........................................... 501 5.13 Kupfer- Sauerstoff .......................................... 501 5.14 Kupfer -Zink (Messing) ...................................... 503 5.15 Sondermessing ............................................... 511 5.16 Kupfer-Zinn (Bronze) ...................................... 514 5.17 Sonderbronzen und andere Kupferlegierungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 519

5.2 Zink und seine Legierungen •....................................... 525 6.21 Reinzink .................................................... 525 5.22 Zink-Aluminiwn ........................................... 527 5.23 Zink-Kupfer ............................................... 531 5.24 Zink- Magnesiwn. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534 5.25 Zink-Alwniniwn-Kupfer .................................. 534

5.3 Blei und seine Legierungen .............. : ......................... 537

5.31 Reinblei ............................................. , ...... , 537 6.32 Blei-Zinn .................................................. 538 . 5.33 Blei -Antimon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543 5.34 Blei - Zinn -Antimon · 544 ................. · : .... ............... .

9

5.4 Aluminium und seine Legierungen ....................... _. .......... 553 5.41 Reinaluminium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553 5.42 Aluminium - Silizium. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 555 5.43 Aluminium - Kupfer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 558 5.44 Aluminium-Magnesium ...................................... 560 5.45 Aluminium-Mangan ......................................... 563 5.46 Aluminium -Eisen ........................................... 564 5.47 Aluminium-Mehrstoff-Legierungen ............................ 565

5,5 Magnesium und seine Legierungen .................................. 572 5.51 Reinmagnesium .............................................. 572 5.52 Magnesium-Aluminium ...................................... 574 5.53 Magnesium - Silizium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577 5.54 Magnesium-Zink ........................................... 578 5.55 Magnesium-Mangan ......................................... 579

6 Anhang ..................... · ... >. • . • • • • . . • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 581 Das griechische Alphabet. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 581 Kleine Längeneinheiten ............................................... 581 Ansetzen von prozentualen Lösungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 582 Ätzmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583 Umrechnung von Grad Fahrenheit in Grad Celsius ...................... 598 Umrechnungsdiagramme von Härtewerten ............................... 599 Atomare Konstanten technisch wichtiger Metalle und Metalloide. . . . . . . . . . . . . 600 Physikalische Eigenschaften technisch wichtiger Metalle und Metalloi?-e·. 601

Literaturverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 602

Sachverzeichnis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . • • • • . • . • . . • 604

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