6. Strukturgleichgewichte Fachbereich Maschinenbau · 6.3 Eisen-Kohlenstoff-Diagramm durchgezogene...

HOCHSCHULE BREMENUNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES

Prof. Dr.-Ing. Uwe ReinertProf. Dr.-Ing. Rüdiger Schubert

Fachbereich Maschinenbau6. Strukturgleichgewichte6.1 Phasenumwandlungen (PU)a) PU flüssig-fest:

Erstarrung = Kristallisation

Reines Blei (Pb) bei sehr langsamer Abkühlung

Prof. Dr.-Ing. Uwe ReinertAbteilung Maschinenbau

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Fachbereich MaschinenbauKeimzahl

Homogene Keimbildung= EigenkeimbildungHeterogene Keimbildung= Fremdsubstanzen

erleichtern dieUnterkühlung T Keimbildung durch

vorhandene Oberfläche

Feinkörniges Gefüge- rasche Abkühlung- Impfen der Schmelze

(Kornfeinung)


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Fachbereich MaschinenbauKeimbildungs-arbeit

a) homogene Kimbildungb) heterogene Keimbildung


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Fachbereich Maschinenbau

Aluminium

Gußblockerstarrung


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Kristallseigerung (=Kornseigerung)= Konzentrationsunterschied (KU) im Kristallit (Korn)

Blockseigerung= KU im Block (C, P, S diffundieren in Blockmitte)

Gußgefügequerschnitt AlMg5

Gasblasen

Lunker

Einschlüsse

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Kristallisationsfront

- stabile Kristallisationsfront - instabile Kristallisationsfront- positiver Temperaturgradient - negativer Temperaturgradient- planares Kristallwachstum - dendritisches Kristallwachstum

Dendriten

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6.1 Phasenumwandlungen (PU)

b) PU fest-fest:

- polymorphe Umwandlung(z.B. Austenit Ferrit)


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Fachbereich Maschinenbau- martensitische Umwandlung(z.B. Austenit Martensit)

- eutektoider Zerfall(z.B. Austenit Perlit)

C auf Oktaederlücken


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Prof. Dr.-Ing. Uwe ReinertAbteilung Maschinenbau6.1 Phasenumwandlungen (PU)

c) Thermische Analyse= Aufnahme von Abkühlkurven unterschiedlicher

Zusammensetzungen eines Systems zum Zweck derEntwicklung des Zustandsdiagrammes

reines Pb

reines Fe99



Fachbereich MaschinenbauThermische Analysedes Zweistoffsystems Cu-Ni

- binäres System aus den Komponenten Cu und Ni- System mit vollständiger Mischbarkeit der

Komponenten im flüssigen und festen Zustand


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Fachbereich Maschinenbau6.2 Grundtypen binärerZustandsdiagramme

a) Vollständige Mischbarkeit derKomponenten A und B imfesten und flüssigen Zustand

Beispiele:Cu-NiAg-AuAu-PtCo-Ni


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b) Vollständige Mischbarkeit derKomponenten A und B imflüssigen und vollständige Un-mischbarkeit im festen Zustand

Beispiele:Pb-Sb , Al-SiAl-Be , Pb-Sn

Kristallgemische


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c)Vollständige Mischbarkeit der Komponenten A und B imflüssigen und teilweise Mischbarkeit im festen Zustand

Beispiele:Ag-CuAl-Cu

Mischungslücke

System mit Eutektikum

Kristallgemische


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d)Vollständige Mischbarkeit der Komponenten A und B imflüssigen und teilweise Mischbarkeit im festen Zustand

Beispiele:Ag-PtCd-Hg

Mischungslücke

System mit Peritektikum


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Fachbereich Maschinenbaue) Intermetallische Phase

Beispiele:Cu-SnFe-C

Gefügerechteck


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Real-Diagramme

Cu-SnFe-C

SiO2-Al2O3


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Fachbereich MaschinenbauWichtige Begriffe:

- Liquiduslinie, Soliduslinie- Eutektikum, Eutektoid - Intermetallische Phase- Eutektikale- Segregatlinie

Wichtige Regel:

- Hebelgesetz- Konode


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Metastabiles System (Fe-Fe3C)

Stabiles System (Fe-C)

Kohlenstoff gebunden als Fe3C elementar als Graphit (C)

Primärausscheidung (aus Schmelze)

Primärzementit Graphit

Sekundärausschei- dung (aus -MK)

Sekundärzementit Temperkohle

Bruchfläche hell dunkel

Erstarrunsart weiß grau

Gefördert durch Vorhandensein von Carbidbildnern (z.B.: Mn, Cr, Mo)

Vorhandensein von carbidzerlegenden Elemente (z.B.: Si, Ti, Al)

Abkühlung rasch sehr langsam

Praktische Bedeutung

Stahl, Hartguß (weißes Gußeisen), weißes Roheisen

graues Roheisen

graues Gußeisen, Temperguß

6.3 Eisen-Kohlenstoff-Diagramm

Metastabiles System - Stabiles System


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Fachbereich Maschinenbau6.3 Eisen-Kohlenstoff-Diagramm

durchgezogene Linien: metastabiles System Fe-Fe3Cgestrichelte Linien: stabiles System Fe-C


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Einteilungder EisenwerkstoffeStahl C < 2,06% (metastabil):- warm- und kaltumformbar- legiert mit z.B. Mn, Cr, Mo, Ni- aus Schmelze zu Blöckengegossen

Qualität und Form durch:- Formgebungsverfahrenz.B. Walzen, Ziehen, Pressen

- Wärmebehandlungz.B. Glühen, Härten, Vergüten

Gußeisen C > 2,06% (metastabil):- weder kalt- noch warmumformbar- hart, spröde 110



Fachbereich Maschinenbau6.4 Wichtige Eisen-Kohlenstoff-Gefüge

LedeburitPerlit

Eutektoide Umwandlung

MetastabilesSystem

Fe - Fe3C


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Fachbereich MaschinenbauAusgewählte Gefüge MetastabilesSystem Fe - Fe3C

I Untereutektoider Stahl (0,4%C)

III Untereutektisches Gußeisen (3,0%C)

II Übereutektoider Stahl (1,2%C)


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GefügeschliffbilderUntereutektoider unlegierter Stahl (< 0,8%C)

Übereutektoider unlegierter Stahl (> 0,8%C)

Eutektoider unlegierter Stahl (0,8%C)

MetastabilesSystem Fe - Fe3C

Perlit

Perlit tiefgeätzt


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Gefügeschliffbilder

Untereutektisches Gußeisen (< 4,3%C)

Übereutektisches Gußeisen (> 4,3%C)

Eutektisches Gußeisen (4,3%C)

Ledeburit

MetastabilesSystem

Fe - Fe3C

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Prof. Dr.-Ing. Uwe ReinertAbteilung MaschinenbauGefügeschliffbilder

GGG Gußeisen mit Kugelgraphit (3,5 - 5%C)

StabilesSystem Fe - C

+Metastabiles

System Fe - Fe3C

StabilesSystem Fe - C

Graphit

Ferrit

GraphitFerritPerlit

GGL Gußeisen mitLamellengraphit

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Berechnung von GefügebestandteilenGleichgewichte einer Legierung mit 1,5 Masse-% C bei verschiedenen Temperaturen

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Fachbereich MaschinenbauBerechnung von GefügebestandteilenAufgabe 1: Wieviel Prozent Zementit und Ferrit enthält das Eutektoid

Perlit?

Aufgabe 2: Wieviel Prozent zerfallene -Mischkristalle und Zementitenthält das Eutektikum Ledeburit?

Aufgabe 3: Wieviel Prozent Ferrit und Perlit enthält ein Stahl mit0,25% C?

Aufgabe 4: Wieviel Prozent Sekundärzementit und Perlit enthält einStahl mit 1,5% C?

Aufgabe 5: Wieviel Prozent zerfallene -Mischkristalle, Sekundär-zementit und Ledeburit enthält ein Gußeisen mit 2,5% C?

Aufgabe 6: Wieviel Prozent Primärzementit und Ledeburit enthält einGußeisen mit 5,0% C?


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Fachbereich MaschinenbauProf. Dr.-Ing. Uwe ReinertAbteilung Maschinenbau6.5 Einfluß von Legierungselementen

C Härte Zugfestigkeit bis 0,8% C, dann wegen

Fe3C auf Korngrenzen Kerbschlagzähigkeit Bruchdehnung Warmformbarkeit bis bei 2% C die

Grenze der Schmiedbarkeit erreicht ist Kaltformbarkeit bis bei 0,8% C die

Grenze erreicht ist Schweißbarkeit gut bis 0,25% C Zerspanbarkeit , Ausnahme wenn C als

Graphit vorliegt Härtbarkeit ab 0,3% C, Abschreckhärte

bis 0,8% C, dann wegen Restaustenit 118




Einfluß andererLegierungs-elemente

Austenit-BildnerNi-C-Co-Mn-N:Niccomann läßt

Gamma ran

- Feld schnürt ein

- Feld öffnetsich vollständig

- Feld eng durchintermetallischePhasen begrenzt

- Felderweitert sich

Ferrit-BildnerCr-Al-Ti-Ta-Si-Mo-V-W:

Craltitasimovw frißt Gamma auf

I. II.

III. IV.


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- Stahl bleibt beiErwärmung ferritisch,

- warmfest,- besondere magnetischeEigenschaften,

- nicht abschreckhärtbar,- neigt zu grobem Korn,- z.B. ferritische Chromstähle

- austenitischer Stahl,- nicht magnetisierbar,- niedrige Streckgrenze,- große Zähigkeit,- hohe Verfestigung durchKaltverformung,

- hochwarmfest,- nicht abschreckhärtbar,- z.B. Chrom-Nickel-Stähle

- Ausscheidungshärtung- z.B. höherfeste, schweißbareFeinkornstähle

- C als wichtigstesLegierungselement

- magnetisch- abschreckhärtbar- hohe Härte- hohe Streckgrenze- hohe Zugfestigkeit- z.B. Kohlenstoffstähle

I. II.

III.

IV.

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