werkstoffe 7 - einfluß der legierungselemente

WERKSTOFFE 7 – Dr. Bernd Stange-Grüneberg, Mai 2014


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Wie unterscheidet sich z.B. ein Qualitätsmesser von

einem „Allerweltsmesser“?

legierter Stahl!

X45CrMoV15 0,45% C, 15% Cr, 0,5-0,8% Mo, 0,1-0,2% V


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7. EINFLUSS VON LEGIERUNGSELEMENTEN

7.1. WIRKUNG DER EISENBEGLEITER

7.2. ALLGEMEINE WIRKUNG

VON LEGIERUNGSELEMENTEN

7.3. WIRKUNG DER EINZELNEN

LEGIERUNGSELEMENTE


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Wirkung der Eisenbegleiter


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Eisenbegleiter Legierungs-elemente

ohne bewußte

Zulegierung

Grenzwerte für Stahl,

Qualitätsstahl, Edelstahl

bewußte Zulegierung

unlegierter Stahl,

niedriglegierter Stahl,

hochlegierter Stahl

15P 16S 1H 8O 7N

25Mn 14Si

Unterscheidung


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Eisenbegleiter

15P 16S 1H 8O 7N

25Mn 14Si


7

Eisenbegleiter

typische Analyse der Eisenbegleiter in Roheisen:

3,5% C, 0,4% Si, 1% Mn, 2% P, 0,08% S

Herkunft der Eisenbegleiter:

Erze, Zuschläge, Brennstoffe, Ofenausmauerung, Schrott,

Desoxidationsprodukte (Sulfide, Oxide usw.)

Sekundärmetallurgie:

qualitätsmindernde Eisenbegleiter (P, S, O, N, H) auf möglichst niedrige

Werte reduzieren

festigkeitssteigernde Eisenbegleiter (Mn, Si) auf bestimmte Gehalte einstel-

len


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Eisenbegleiter

Stahlqualität:

sehr stark abhängig vom Gehalt der unerwünschten Eisenbegleiter

Stahl: P ≤ 0,09%, S ≤ 0,06%

Qualitätsstahl: P, S: 0,025 - 0,045%

Edelstahl: P, S ≤ 0,025%

weniger stark abhängig vom Gehalt der erwünschten Legierungselemente


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Eisenbegleiter 15P

typisches Nichtmetall mit verschiedenen Modifikationen (weiß – P4, rot, schwarz - Pn)

Herkunft:

P-haltige Erze und Zuschläge (Phosphate) im Hochofen

Standort im Gefüge:

P und Fe bilden Substitutionsmischkristalle (BARGEL/SCHULZE) Einlage-

rungsmischkristalle (WEISSBACH)

Löslichkeit: max. 2,8% (bei 1050 °C) im Ferrit

Gußeisen: Bildung des Dreifach-Eutektikums Steadit (Phosphideutektikum)

aus Fe, Fe3C und Fe3P mit Fp. 950 °C weitere Phosphide: Fe2P, FeP, FeP2


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Eisenbegleiter 15P

Auswirkung auf Verhalten:

langsame Diffusion (wg. großen Atomdurchmessers) homogene Verteilung

kaum möglich

Primärseigerungen beim Erstarren, Sekundärseigerungen im festen Zustand

durch starke Abschnürung des γ-Gebiets


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Eisenbegleiter

Auswirkung auf Eigenschaften:

Kaltsprödigkeit: Steilabfall (Übergangs-

temperatur TÜ) wird zu höheren Tempera-

turen verschoben (bis 300 °C bei 0,6% P)

Schlagbeanspruchung (Korngrenzen-

brüche, besonders bei niedrigem C-Gehalt)

Schweißbarkeit

15P


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Eisenbegleiter

Zugfestigkeit , Warmfestigkeit , Korrosionswiderstand (in nie-

driglegierten Stählen, ~0,1% C)

Cu verstärkt Korrosionsbeständigkeit, z.B. wetterfester Baustahl

9CrNiCuP3-2-4 (0,06 - 0,15% P)

P-Zusätze in austenitischen CrNi-Stählen: Re und Ausscheidungs-

effekte

15P


13

Eisenbegleiter

Anwendungen:

Automatenstähle bis 0,2% P zur Verbesserung der Oberflächengüte

Stähle für Warmpreßmuttern bis 0,3% P (z.B. 6P10) zur Verbesserung der

Fließeigenschaften > 1050 °C

Kunstguß/Feinguß bis 1% P

15P


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Eisenbegleiter 16S

typisches Nichtmetall, gelb, weit verbreitet in sulfidischer Form (z.B. Pyrit, FeS2)

Herkunft:

sulfidische Erze und Koks


nahezu unlöslich in Ferrit/Austenit, Bildung einer charakteristischen FeS-

Phase

Bildung eines Dreifach-Eutektikums aus Fe, FeO und FeS (Fp. 935/985 °C),

dessen Fe an die primär ausgeschiedenen γ-Mischkristalle ankristallisiert


15

Eisenbegleiter 16S

Auswirkung auf Verhalten:

starke Korngrenzenseigerungen

Warm- oder Rotbruch (Warmformgebung bei 800-1000 °C) – geringe Verform-

barkeit von FeS Bruch im Korngrenzenbereich; Heißbruch (>1200 °C) –

FeS-Schmelze

Deaktivierung durch Mn-Zugabe: MnS (Fp. 1610 °C) ist bei 1000-1200 °C gut

verformbar; allerdings: bei Warmformgebung Streckung in Walzrichtung

Zähigkeitsanisotropie Gefahr von Terrassenbrüchen


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Eisenbegleiter

Auswirkung auf Eigenschaften:

Korrosionsbeständigkeit (Lochkorrosion)

Zähigkeit , Schmiedbarkeit , Versprödungsneigung

Zerspanbarkeit : fein verteilte Sulfidschlacken (meist MnS) erge-

ben kurzbrüchige Späne mit hoher Oberflächengüte

Anwendungen:

Automatenstähle bis 0,3% S

16S


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Eisenbegleiter

Herkunft:

rostiger, feuchter Schrott und Brenngase

chemische Behandlung mit Säuren (Beizen, Galvanisieren) in kaltverform-

tem Stahl


hohe Löslichkeit in Ferrit (atomar) und in Poren (molekular)

1H

leichtestes und einfachstes Element, gasförmig, gewöhnlich molekular als H2

Cave: Gase sind in Schmelzen löslich und bleiben teilweise bei der Erstarrung im

Gefüge zurück Zähigkeit (Abhilfe: Vakuumentgasung)


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Eisenbegleiter

Auswirkung auf Verhalten und Eigenschaften:

sehr hohe Diffusionsgeschwindigkeit (sehr geringer Atomdurchmesser)

Abnahme der Löslichkeit bei Abkühlung/Erstarren H2-Bildung in Gitter-

fehlstellen unter hohem Druck Flockenrisse und innere Spaltbrüche (be-

sonders bei CrNi- und CrMn-Stählen) – Abhilfe: Glühen mit Ausdiffundieren

des Wasserstoffs

„Beizsprödigkeit“: geringe Kaltverformbarkeit durch H-Atome auf Zwischen-

gitterplätzen im Ferrit (Mischkristallverfestigung) – Abhilfe: Glühen bei

200 °C

1H


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Eisenbegleiter 8O

häufigstes und reaktives Element, gasförmig, gewöhnlich molekular als O2

Herkunft:

Frischverfahren: Bildung von FeO (Wüstit)


praktische Unlöslichkeit von O in Ferrit

FeO-Schlacke im Gefüge verteilt


ausgeprägte Versprödung in geringsten Mengen Kerbschlagzähigkeit

Rotbruch in Kombination mit FeS bei Warmumformung Stahl ist nicht

schmiedbar (bei FeO ≥ 0,2%)

Abhilfe: Desoxidation


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Eisenbegleiter 7N

häufigstes und Element in der Atmosphäre, gasförmig, gewöhnlich molekular als N2

Herkunft:

Kontakt der Schmelze mit Luft (80% N2)

Reststickstoff in technisch reinem O2 (Frischverfahren)


geringe Löslichkeit in Ferrit (max. 0,1% bei 594 °C) – Druckaufstickung mög-

lich

Löslichkeit mit steigendem Cr-, Mo-, Mn-Gehalt

Austenitbildner (ähnlich wie C)


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Eisenbegleiter 7N


Austenitstabilisierung: Erweiterung des γ-Gebiets Festigkeit

(ohne Zähigkeit zu vermindern, Re , Verbesserung der mechani-

schen Eigenschaften)

in höher legierten Stählen: Korrosionsbeständigkeit (besonders in

Mo-haltigen Stählen)


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Eisenbegleiter 7N

Ausscheidung von Eisennitriden nach schneller Abkühlung Kalt-

zähigkeit

„Blausprödigkeit“: Zähigkeit bei Verformung bei 300-350 °C

Gefahr des „Blaubruchs“ – Abhilfe: Si-Zugabe

Alterungsempfindlichkeit


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Eisenbegleiter 25Mn

silbergraues, hartes, sehr sprödes, unedles Metall; Fp. 1247 °C, 𝜚 = 7,4 g cm-3

Herkunft:

Erze und Desoxidation (z.B. nach FeO + Mn Fe + MnO)


Schlacketeilchen

Reste Mn in Ferrit (~10% bei RT keine eigene Phase) und Zementit gelöst

Austenitbildner (erschwert u.U. Umwandlung Austenit/Martensit)


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Eisenbegleiter 25Mn

Eigenschaften:

Mn bildet Mischcarbide (Mn, Fe)3C Steuerung des Zementitzer-

falls > 700 °C

Festigkeit (ohne Zähigkeitsabfall), Härtbarkeit , Korrosionsbe-

ständigkeit (?)

Schmiedbarkeit , Schweißbarkeit

Rotbruchgefahr (Bindung von S)

Löslichkeit für N (in Austenit) (Bsp. X2CrNiMnMoNbN25-18-5-4)

sehr gutes Kosten-Nutzen-Verhältnis als Legierungselement


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Eisenbegleiter 25Mn

Mn > 12% (hoher C-Gehalt): austenitisches Gefüge; schlagende

Beanspruchung sehr hohe Kaltverfestigung (zäher Kern)

Mn > 18%: nicht magnetisierbare Sonderstähle; Verwendung als

kaltzähe Stäh-le bei Tieftemperatur-Beanspruchung

Zerspanbarkeit , Kaltformbarkeit

Perlitverfeinerung Kornwachstum bei höheren Temperaturen

MnS wird beim Walzen zeilenförmig in Walzrichtung gestreckt und

beeinflußt die Zähigkeit quer zur Walzrichtung (anisotropes

Verhalten)

Wärmeausdehnungskoeffizient , therm./elektr. Leitfähigkeit

Anwendungen:


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Eisenbegleiter 25Mn

Wärmeausdehnungskoeffizient , thermische/elektrische Leitfä-

higkeit

Anwendungen:

Hochbaustahl S355J2 erhält hohe Festigkeit bei niedrigem C-Gehalt durch

0,9 - 1,7% Mn

Vergütungsstahl, z.B. für Schmiedeteile (28Mn6)


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Eisenbegleiter 14Si

grauschw. Halbmetall, zweithäufigstes Element, Halbleiter; Fp. 1410 °C, 𝜚 = 2,3 g cm-3

Herkunft:

Erze, Gangart (SiO2, Quarz), Desoxidation (z.B. gemäß 2 FeO + Si SiO2 +

2 Fe) SiO2 ergibt mit eventuell vorhandenen Alkalimetalloxiden spröde,

hoch schmelzende Silicate


Schlacketeilchen

Rest Si im Ferrit gelöst (max. 14% - keine spezielle Phase, außer Silicaten)

Hinderung von Carbidbildung


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Eisenbegleiter 14Si

Eigenschaften:

Zementitzerfall zum Graphit

Re, Rm (ε ≈ const), Korrosionsbeständigkeit , Härtbarkeit

Zunderbeständigkeit ( hitzebeständige Stähle, z.B.

X15CrNiSi25-21 mit 1,5-2,5% Si)

Säurefestigkeit (ggüb. konz. HNO3, z.B. X1CrNiSi18-5-4 mit 3,7-

4,5% Si)


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Eisenbegleiter

Kornwachstum , Bruchdehnung , Tiefzieheigenschaften

Warmformbarkeit , Schweißeignung (wegen zähflüssiger Silicat-

haut)

Kerbschlagzähigkeit (> 2% Si)

SiO2 wird beim Walzen zeilenförmig in Walzrichtung gestreckt und

beeinflußt die Zähigkeit quer zur Walzrichtung (anisotropes Verhal-

ten)

elektrische Leitfähigkeit , Koerzitivkraft ( Elektrobleche)

14Si


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Eisenbegleiter

Anwendungen:

Federstähle (Re hoch, z.B. 38Si, 65SiW7)

Magnetbleche für Trafos/E-Maschinen bis 4% Si (5Si17)

säurefester Guß bis 16% Si

14Si


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Eisenbegleiter nichtmetallische Einschlüsse

Menge, Art und Verteilung der im Stahl vorhandenen Einschlüsse bestimmen

weitgehend das Verformungs- und Bruchverhalten sowie Festigkeitsverhal-

ten der Stähle

Einschlüsse sind i.d.R. spröde (Ausnahme: MnS) Zähigkeit

Anisotropie der Verformungs- und Festigkeitseigenschaften

Widerstand gegen spröde Rißausbreitung kann erhöht sein (MnS): Ablenkung

& Neuentstehung des Risses sehr hohe Kerbschlagzähigkeit in Walzrichtung

Terrassenbruch bei „schichtartig“ aufgebautem WS möglich (wegen

zeilenförmig angeordneter Schlackenteilchen)


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Eisenbegleiter nichtmetallische Einschlüsse


33

Allgemeine Wirkung von Legierungselementen


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Legierungs-elemente


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Legierungs-elemente Stahlqualität EN 10 020

Grenzgehalte für Legierungselemente in unlegierten

Stählen:

LE Grenzgehalt

C 0,06-2,06%

Mn ≤ 1,65%

Si ≤ 0,6%

Pb, Cu ≤ 0,4%

Cr, Ni, Co, W ≤ 0,3%

Al, V u.a. ≤ 0,1%

unlegierter Stahl mit 0,2% C

Grenzgehalte für P, S:

Basisstahl:

P ≤ 0,09%, S ≤ 0,06%

Qualitätsstahl:

P, S: 0,025-0,045%

Edelstahl:

P, S ≤ 0,025%


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Legierungs-elemente

LEGIERUNGSELEMENTE

Gefüge-ausbildung

Struktur des EKD

Eigen-schaften

7.3.

Einfluß auf


37

Legierungs-elemente

Cr Carbidbildner

Ni Austenitbildner

CrNi-Stähle:

Wirkungsverstärkung

von Ni durch Cr!

Legierungselemente wirken unterschiedlich, weil sie im Gefüge an verschie-

denen Standorten eingebaut sind.

Cave: Die Wirkung zweier LE muß nicht die Summe der Einzeleinflüsse sein,

auch läßt sich in der Regel kein inkrementeller Einfluß feststellen!


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Legierungs-elemente

Gefüge-ausbildung Mischkristallbildner

prinzipiell sind alle LE in Ferrit und Austenit löslich (Ausnahme: Pb)

LE, die sich bevorzugt im Ferrit lösen, heißen

Ferritbildner:

Cr-Al-Ti-Ta-Si-Mo-V-W

Merkhilfe: „CRALTATISIMOVW“

LE, die sich bevorzugt im Austenit lösen, heißen

Austenitbildner:

Ni-C-Co-Mn-N

Merkhilfe: „NICCOMANN“


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Legierungs-elemente

Gefüge-ausbildung

Gelöste LE erhöhen die Festigkeit des Ferrits (sog. Mischkristallverfestigung).

Beeinflussung des γ-α-Umwandlungsverhalten durch Behinderung der Diffu-

sion von C aus dem Austenit bei der Umwandlung Folgen:

oberhalb PS wird weniger Ferrit ausgeschieden

bei γ-Zerfall wird der Abstand der Zementitlamellen kleiner feinstreifiger

Perlit bessere Stützung des Ferrit-Gefüges durch viele dünne Lamellen

(Rp0,2 )

Mischkristallbildner


40

Legierungs-elemente

Gefüge-ausbildung

Entstehung von Stählen mit perlitischem (untereutektoidem) Gefüge – ob-

wohl C < 0,8%

Bsp.: Stahl mit 10% Cr hat bereits bei 0,3% C ein

rein perlitisches Gefüge; Mo, W, und V erreichen

dies mit noch kleineren Werten

Gelöste LE verschieben S und E im EKD nach links.

Mischkristallbildner


41

Legierungs-elemente

Gefüge-ausbildung

LE mit höherer C-Affinität als Fe können Fe-Atome im Zementit teilweise

substituieren bzw. Mischcarbide bilden:

Neigung zur Carbidbildung:

Mn < Cr < Mo < W < Ta < V < Nb < Ti

IVb-VIb-Carbide sind intermetallische Phasen und härter als

Fe3C (BS: nicht härter als Fe3C, bei RT Festigkeitswerte ähn-

lich, Verbesserung von Verschleiß-/Festigkeitswerten erst

bei höheren Temperaturen)

schwächere Carbidbildner Bildung von Mischcarbiden, z.B. (Fe, Cr)3C

Carbidbildner


42

Legierungs-elemente

Gefüge-ausbildung

stärkere CB „Sondercarbide“ (mit Nicht-Zementitstruktur), z.B. TiC,

Fe3W3C, Cr23C6

Härte für C-Anteil , z.B. MC > M2C

Anteil der LE, die als Carbide gebunden sind, geht dem Grundgefüge verlo-

ren:

Hoher C-Gehalt im Stahl erfordert hohen Anteil an Carbidbildnern.

Carbidbildner


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Legierungs-elemente

Gefüge-ausbildung

C- und N-Atome vergleichbar groß Carbide/Nitride z.T. gleiche Kristallgit-

ter (z.B. TiC/TiN), Carbonitride möglich

Neigung zur Nitridbildung: Al < B < Cr < Zr < Nb < Ti < V

Nitride liegen als feindisperse Ausscheidungen innerhalb der Kristalle vor

Wirkung:

Re (bei C-armen und austenitischen Stählen), Rp0,2 (bei vergüteten

warmfesten Stählen/ohne Zähigkeitsabfall), Behinderung des Kornwach-

stums beim Glühen

Nitridbildner


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Legierungs-elemente

Struktur des EKD

LE verschieben die Phasengrenzen im EKD:

S und E werden mit Ausnahme von Co immer nach links verschoben

Erweiterung des Austenitgebietes: Austenitbildner

Verkleinerung des Austenitgebietes:

Ferritbildner


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Legierungs-elemente

Reineisen: Ar3 (911 °C) niedrigste Temperatur, bei der langsam abgekühlter

Austenit existieren kann

Zugabe von C: A3 (PSK im EKD)

LE mit ähnlicher Wirkung (A3 , A4 : Austenitbildner/austenitstabilisie-

rende Elemente

Mn, Ni, Co, N

Struktur des EKD Austenitbildner


46

Legierungs-elemente

AB gegenseitig ersetzbar (z.B. Ni → Mn/Co/N) kostengünstigere Kombina-

tionen

bei höheren Gehalten: Erweiterung des γ-Gebiets bis auf RT austenitische

Stähle

Struktur des EKD

Eigenschaftsprofil

•niedr. Streckgrenze

•stark umformbar

•auch bei tief Temp. zäh

•unmagnetisch (wg. kfz)

•umwandlungsfrei, kein

Härten/Vergüten mögl.

•korrosionsbeständig

Austenitbildner


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Legierungs-elemente

Struktur des EKD

Ferritbildner/ferritstabilisierende Elemente: A3 , A4 Verkleinerung

des γ-Gebiets bis zur Abschnürung

Cr, Si, Mo, V, Ti, Al

Ferritbildner


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Legierungs-elemente

Struktur des EKD

bei höheren Gehalten: Abschnürung des γ-Gebiets, Abkühlung ohne Um-

wandlung bis auf RT ferritische Stähle

Ferritbildner


49

Legierungs-elemente

Beurteilung weiterer LE-Zusätze ist schwierig keine additive Wirkung

Bsp. Cr-Stähle: Cr > 12% Abschnürung des Austenitgebietes; Cr ist

Carbidbildner Bindung von C, das dann für die erste Wirkung nicht zur

Verfügung steht

Struktur des EKD Einfluß weiterer LE


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Legierungs-elemente

Struktur des EKD Einfluß weiterer LE


51

Wirkung der einzelnen Legierungseemente


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Legierungs-elemente

24Cr

28Ni 27Co

42Mo 23V 22Ti 13Al

5B 41Nb 40Zr


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Legierungs-elemente 28Ni

silbrig-weißes, ferromagnetisches Metall (TC = 354 °C); Fp. 1455 °C, 𝜚 = 8,9 g cm-3 (kfz)

Austenitbildner

neben Cr/Mo bedeutendstes LE für austenitische nichtrostende Stähle

maßgeblich für die Korrosionsbeständigkeit (> 8% Ni) von Edelstahl Rostfrei

gegenüber nicht-oxidierenden Säuren (z.B. Salzsäure)

Zugfestigkeit , Streckgrenze , Kerbzähigkeit (in Baustählen)

Zähigkeit (in Einsatz-/Vergütungsstählen)

hohe Gehalte führen zu Stählen mit geringem Wärmeausdehnungs-

koeffizienten (INVAR, Ni36)


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Legierungs-elemente 28Ni

> 20 % Ni: Beständigkeit gegen Spannungsrißkorrosion

nachteilig: Absenkung von A1 um 10 °C je 1% Ni

hohe Gehalte: Verschleißfestigk. , Zerspanbark. , Schweißbark.

gesundheitlich bedenklich: Nickel ist Auslöser für Kontaktallergien


55

Legierungs-elemente 27Co

stahlgraues, ferromagnetisches Metall (TC = 1150 °C); Fp. 1495 °C, 𝜚 = 8,9 g cm-3 (hdp)

Austenitbildner

Hemmung des Kornwachstums bei höheren Temperaturen

Verbesserung von Anlaßsprödigkeit und Warmfestigkeit

Legierungselement in Schnellarbeitsstählen (z.B. X20CrCoWMo10-10) und

Warmarbeitsstählen

Wärmeleitfähigkeit

Remanenz , Koerzitivkraft (in hohen Anteilen)

Verwendung für höchstwertige Dauermagnetstähle


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Legierungs-elemente 24Cr

silberweißes, korrosionsbeständiges, hartes Metall; Fp. 1907 °C, 𝜚 = 7,1 g cm-3 (krz)

eines der wichtigsten LE für Stähle

Ferritbildner

aber: Stabilisierung von Austenit in austenitischen CrMn-/CrNi-Stählen

Carbidbildner: Härte , Verschleißwiderstand

Festigkeit , Einhärtetiefe , Zunderbeständigkeit

Cr-Gehalt > 12% (10,5%?) Korrosionsbeständigkeit (nichtrostende Stähle)

Mechanismus: Ausbildung einer sehr dünnen, aber festhaftenden – bei „Ver-

letzung“ selbst heilenden – Oxidschicht (0,01-0,1 µm) aus Cr2O3 ( Passivie-

rung)


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Legierungs-elemente 24Cr

Cr-Gehalt bis 33% Beständigkeit gegenüber stark oxidierenden Säuren wie

HNO3 (z.B. X1CrNiMoCuN33-32-1)

Kerbschlagzähigkeit , Schweißeignung , elektrische/thermische Leitfähig-

keit

Warmumformbarkeit , Wärmeausdehnungskoeffizient


58

Legierungs-elemente 42Mo

silbrigweißes, hochfestes, zähes, hartes Metall; Fp. 2623 °C, 𝜚 = 10,3 g cm-3 (krz)

Ferritbildner, Carbidbildner, Förderung von Feinkornbildung

Festigkeit (auch bei höheren Temperaturen), Warmbeständigkeit

Härtbarkeit , Zunderbeständigkeit , Anlaßsprödigkeit

nach Cr wichtigstes LE für Korrosionsbeständigkeit von nichtrostenden Stäh-

len

Beständigkeit gegen Loch-/Spaltkorrosion bei 2-5% Mo)

Schmiedbarkeit , Dehnbarkeit

Verwendung: zusammen mit Nb, Ta, Ti, V, W in Werkzeugstählen


59

Legierungs-elemente 23V

stahlgraues, bläulich schimmerndes, weiches Metall; Fp. 1910 °C, 𝜚 = 6,1 g cm-3 (krz)

Ferritbildner, Carbidbildner, Nitridbildner

Warmfestigkeit , Zugfestigkeit , Verschleißwiderstand , Härte , Anlaß-

beständigkeit

Verwendung in Schnellarbeits-/Warmarbeitsstählen (z.B. X40CrMoV5-1)

Elastizitätsgrenze Verwendung in Federstählen


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Legierungs-elemente

weiß-metallisches, korrosionsbeständiges Leichtmetall; Fp. 1668 °C, 𝜚 = 4,5 g cm-3 (hdp)

22Ti

Ferritbildner, Carbidbildner, Nitridbildner Bildung von TiC/TiN in ferriti-

schen/austenitischen Stählen

Unempfindlichkeit gegen interkristalline Korrosion

starkes Desoxidationsmittel, Stabilisator in korrosionsbeständigen Stählen

Ausscheidung von Titancarbid Korngrenzenkorrosion


61

Legierungs-elemente 13Al

relativ weiches, zähes Leichtmetall; häufigstes Metall; Fp. 660 °C, 𝜚 = 2,7 g cm-3 (kfz)

Ferritbildner (in hochlegierten Stählen)

starkes Desoxidationsmittel/Denitriermittel

Zunderbeständigkeit (sog. „Alitieren“, Einbringen von Al in die Oberfläche)

Feinkornausbildung (kleine Al-Gehalte), Hochtemperaturbeständigkeit

(hohe Al-Gehalte)

Koerzitivkraft (LE in Permanentmagnetlegierungen [FeNiCoAl])

Verwendung in Nitrierstählen (Bildung von Aluminiumnitriden)


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Legierungs-elemente 5B

silbergraues, hochfestes, sehr hartes Halbmetall; Fp. 2076 °C, 𝜚 = 2,5 g cm-3

Bor verbessert in extrem geringen Mengen (≥ 0,0008%!) sehr stark die Härt-

barkeit (Bildung von Fe2B/FeB) und kann z.T. teure LE ersetzen

Streckgrenze , Festigkeit , Korrosionsbeständigkeit

Verzögerung der Austenitumwandlung in der Ferritstufe in sehr geringen

Massenanteilen

Schweißbarkeit

starke Neutronenabsorber Verwendung in Stählen für den KKW-Bau

Verwendung in Einsatzstählen, z.B. 23CrMoB33


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Legierungs-elemente 41Nb

73Ta

Nb und Ta kommen fast immer gemeinsam

vor; graue, glänzende, duktile (Nb) bzw. stahl-

harte (Ta) Metalle mit Passivierung

Nb: Fp. 2477 °C, 𝜚 = 8,6 g cm-3 (krz); Ta: Fp. 3017 °C, 𝜚 = 16,7 g cm-3 (krz)

„klassische“ Mikrolegierungselemente

Ferritbildner, Nitridbildner

starke Carbidbildner Stabilisatoren in chemisch beständigen Stählen

Mechanismus: Verhinderung interkristalliner Korrosion?


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Legierungs-elemente

40Zr

silbrig glänzendes, rel. weiches Metall m. Passivierung; Fp. 1857 °C, 𝜚 = 6,5 g cm-3 (hdp)

Ferritbildner, Carbidbildner

in speziellen Fällen: Desoxidationsmittel/Entschwefelung mit Zr


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Legierungs-elemente

Übersicht Legierungskarte

nach http://drzoom.ch/project/

stahl/stahlmap.htm (30.03.2010)


66

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

werkstoffe 7 - einfluß der legierungselemente

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