Werkstoffe 7 - Einfluß der Legierungselemente

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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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Unterscheidung

Eisenbegleiter ohne bewußte Zulegierung

bewußte Zulegierung

Grenzwerte für Stahl, Qualitätsstahl, Edelstahl 15P

16S

1H

8O

25Mn

14Si

Legierungselemente

unlegierter Stahl, niedriglegierter Stahl, hochlegierter Stahl

7N

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Eisenbegleiter

15P

16S

1H

8O

25Mn

14Si

7N

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

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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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15P

Eisenbegleiter

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)  Einlagerungsmischkristalle (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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15P

Eisenbegleiter

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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15P

Eisenbegleiter

Auswirkung auf Eigenschaften:  Kaltsprödigkeit: Steilabfall (Übergangs-

temperatur TÜ) wird zu höheren Temperaturen verschoben (bis 300 °C bei 0,6% P)  Schlagbeanspruchung  (Korngrenzenbrüche, besonders bei niedrigem C-Gehalt)  Schweißbarkeit 

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15P

Eisenbegleiter

 Zugfestigkeit , Warmfestigkeit , Korrosionswiderstand  (in niedriglegierten 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 Ausscheidungseffekte

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15P

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

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16S

Eisenbegleiter

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

Herkunft:  sulfidische Erze und Koks Standort im Gefüge:

 nahezu unlöslich in Ferrit/Austenit, Bildung einer charakteristischen FeSPhase  Bildung eines Dreifach-Eutektikums aus Fe, FeO und FeS (Fp. 935/985 °C), dessen Fe an die primär ausgeschiedenen γ-Mischkristalle ankristallisiert

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16S

Eisenbegleiter

Auswirkung auf Verhalten:  starke Korngrenzenseigerungen

 Warm- oder Rotbruch (Warmformgebung bei 800-1000 °C) – geringe Verformbarkeit 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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16S

Eisenbegleiter

Auswirkung auf Eigenschaften:  Korrosionsbeständigkeit  (Lochkorrosion)

 Zähigkeit , Schmiedbarkeit , Versprödungsneigung   Zerspanbarkeit : fein verteilte Sulfidschlacken (meist MnS) ergeben kurzbrüchige Späne mit hoher Oberflächengüte Anwendungen:  Automatenstähle bis 0,3% S

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1H

Eisenbegleiter

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) Herkunft:  rostiger, feuchter Schrott und Brenngase  chemische Behandlung mit Säuren (Beizen, Galvanisieren) in kaltverformtem Stahl Standort im Gefüge:

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

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1H

Eisenbegleiter

Auswirkung auf Verhalten und Eigenschaften:  sehr hohe Diffusionsgeschwindigkeit (sehr geringer Atomdurchmesser)

 Abnahme der Löslichkeit bei Abkühlung/Erstarren  H2-Bildung in Gitterfehlstellen unter hohem Druck  Flockenrisse und innere Spaltbrüche (besonders bei CrNi- und CrMn-Stählen) – Abhilfe: Glühen mit Ausdiffundieren des Wasserstoffs  „Beizsprödigkeit“: geringe Kaltverformbarkeit durch H-Atome auf Zwischengitterplätzen im Ferrit (Mischkristallverfestigung) – Abhilfe: Glühen bei 200 °C

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8O

Eisenbegleiter

häufigstes und reaktives Element, gasförmig, gewöhnlich molekular als O2

Herkunft:  Frischverfahren: Bildung von FeO (Wüstit) Standort im Gefüge:  praktische Unlöslichkeit von O in Ferrit  FeO-Schlacke im Gefüge verteilt Auswirkung auf Verhalten und Eigenschaften:  ausgeprägte Versprödung in geringsten Mengen  Kerbschlagzähigkeit   Rotbruch in Kombination mit FeS bei Warmumformung  Stahl ist nicht schmiedbar (bei FeO ≥ 0,2%)  Abhilfe: Desoxidation WERKSTOFFE 7 – Dr. Bernd Stange-Grüneberg, Mai 2014

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7N

Eisenbegleiter

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)

Standort im Gefüge:  geringe Löslichkeit in Ferrit (max. 0,1% bei 594 °C) – Druckaufstickung möglich

 Löslichkeit  mit steigendem Cr-, Mo-, Mn-Gehalt  Austenitbildner (ähnlich wie C)

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7N

Eisenbegleiter

Auswirkung auf Verhalten und Eigenschaften:  Austenitstabilisierung: Erweiterung des γ-Gebiets  Festigkeit 

(ohne Zähigkeit zu vermindern, Re , Verbesserung der mechanischen Eigenschaften)  in höher legierten Stählen: Korrosionsbeständigkeit  (besonders in Mo-haltigen Stählen)

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7N

Eisenbegleiter

 Ausscheidung von Eisennitriden nach schneller Abkühlung  Kaltzähigkeit 

 „Blausprödigkeit“: Zähigkeit  bei Verformung bei 300-350 °C  Gefahr des „Blaubruchs“ – Abhilfe: Si-Zugabe  Alterungsempfindlichkeit 

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25Mn

Eisenbegleiter

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) Standort im Gefüge:

 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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25Mn

Eisenbegleiter

Eigenschaften: Mn bildet Mischcarbide (Mn, Fe)3C  Steuerung des Zementitzerfalls > 700 °C Festigkeit  (ohne Zähigkeitsabfall), Härtbarkeit , Korrosionsbeständigkeit  (?) 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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25Mn

Eisenbegleiter

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

 Wärmeausdehnungskoeffizient , therm./elektr. Leitfähigkeit 

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25Mn

Eisenbegleiter

 Wärmeausdehnungskoeffizient , thermische/elektrische Leitfähigkeit 

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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14Si

Eisenbegleiter

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 Standort im Gefüge:  Schlacketeilchen  Rest Si im Ferrit gelöst (max. 14% - keine spezielle Phase, außer Silicaten)  Hinderung von Carbidbildung

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14Si

Eisenbegleiter

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 3,74,5% Si)

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14Si

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 Verhalten)  elektrische Leitfähigkeit , Koerzitivkraft  ( Elektrobleche)

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14Si

Eisenbegleiter

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

 Magnetbleche für Trafos/E-Maschinen bis 4% Si (5Si17)  säurefester Guß bis 16% Si

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nichtmetallische Einschlüsse

Eisenbegleiter

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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nichtmetallische Einschlüsse

Eisenbegleiter

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Allgemeine Wirkung von Legierungselementen

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Legierungselemente

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Stahlqualität

Legierungselemente

EN 10 020

Grenzgehalte für Legierungselemente in unlegierten Stählen:

unlegierter Stahl mit 0,2% C

LE

Grenzgehalt

Grenzgehalte für P, S:

C

0,06-2,06%

 Basisstahl:

Mn

≤ 1,65%

Si

≤ 0,6%

Pb, Cu

≤ 0,4%

Cr, Ni, Co, W

≤ 0,3%

Al, V u.a.

≤ 0,1%

P ≤ 0,09%, S ≤ 0,06%  Qualitätsstahl:

P, S: 0,025-0,045%  Edelstahl:

P, S ≤ 0,025%

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Legierungselemente

LEGIERUNGSELEMENTE Einfluß auf Gefügeausbildung

Struktur des EKD

Eigenschaften  7.3.

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Legierungselemente

Legierungselemente wirken unterschiedlich, weil sie im Gefüge an verschiedenen 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! Cr  Carbidbildner Ni  Austenitbildner CrNi-Stähle: Wirkungsverstärkung von Ni durch Cr!

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Gefügeausbildung

Legierungselemente

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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Gefügeausbildung

Legierungselemente

Mischkristallbildner

Gelöste LE erhöhen die Festigkeit des Ferrits (sog. Mischkristallverfestigung). Beeinflussung des γ-α-Umwandlungsverhalten durch Behinderung der Diffusion 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 )

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Gefügeausbildung

Legierungselemente

Mischkristallbildner Gelöste LE verschieben S und E im EKD nach links.

Entstehung von Stählen mit perlitischem (untereutektoidem) Gefüge – obwohl 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

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Gefügeausbildung

Legierungselemente

Carbidbildner

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 ähnlich, Verbesserung von Verschleiß-/Festigkeitswerten erst bei höheren Temperaturen)  schwächere Carbidbildner  Bildung von Mischcarbiden, z.B. (Fe, Cr)3C

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Gefügeausbildung

Carbidbildner

Legierungselemente

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

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Gefügeausbildung

Legierungselemente

Nitridbildner

C- und N-Atome vergleichbar groß  Carbide/Nitride z.T. gleiche Kristallgitter (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 Kornwachstums beim Glühen

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Struktur des EKD

Legierungselemente

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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Struktur des EKD

Legierungselemente

Austenitbildner

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/austenitstabilisierende Elemente

Mn, Ni, Co, N

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Struktur des EKD

Austenitbildner

Legierungselemente

AB gegenseitig ersetzbar (z.B. Ni → Mn/Co/N)  kostengünstigere Kombinationen bei höheren Gehalten: Erweiterung des γ-Gebiets bis auf RT  austenitische

Stähle Eigenschaftsprofil •niedr. Streckgrenze •stark umformbar •auch bei tief Temp. zäh •unmagnetisch (wg. kfz) •umwandlungsfrei, kein Härten/Vergüten mögl. •korrosionsbeständig

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Struktur des EKD

Legierungselemente

Ferritbildner

 Ferritbildner/ferritstabilisierende Elemente: A3 , A4   Verkleinerung des γ-Gebiets bis zur Abschnürung

Cr, Si, Mo, V, Ti, Al

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Struktur des EKD

Ferritbildner

Legierungselemente

 bei höheren Gehalten: Abschnürung des γ-Gebiets, Abkühlung ohne Umwandlung bis auf RT  ferritische Stähle

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Struktur des EKD

Einfluß weiterer LE

Legierungselemente

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

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Struktur des EKD

Einfluß weiterer LE

Legierungselemente

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Wirkung der einzelnen Legierungseemente

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Legierungselemente 28Ni

27Co

24Cr

42Mo

23V

5B

41Nb

40Zr

22Ti

13Al

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28Ni

Legierungselemente

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 Wärmeausdehnungskoeffizienten (INVAR, Ni36)

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28Ni

Legierungselemente

> 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

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27Co

Legierungselemente

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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24Cr

Legierungselemente

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 „Verletzung“ selbst heilenden – Oxidschicht (0,01-0,1 µm) aus Cr2O3 ( Passivierung) WERKSTOFFE 7 – Dr. Bernd Stange-Grüneberg, Mai 2014

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24Cr

Legierungselemente

Cr-Gehalt bis 33%  Beständigkeit gegenüber stark oxidierenden Säuren wie HNO3 (z.B. X1CrNiMoCuN33-32-1)

Kerbschlagzähigkeit , Schweißeignung , elektrische/thermische Leitfähigkeit  Warmumformbarkeit , Wärmeausdehnungskoeffizient 

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42Mo

Legierungselemente

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

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

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23V

Legierungselemente

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

Ferritbildner, Carbidbildner, Nitridbildner Warmfestigkeit , Zugfestigkeit , Verschleißwiderstand , Härte , Anlaßbeständigkeit 

Verwendung in Schnellarbeits-/Warmarbeitsstählen (z.B. X40CrMoV5-1) Elastizitätsgrenze   Verwendung in Federstählen

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60

22Ti

Legierungselemente

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

Ferritbildner, Carbidbildner, Nitridbildner  Bildung von TiC/TiN in ferritischen/austenitischen Stählen  Unempfindlichkeit gegen interkristalline Korrosion 

starkes Desoxidationsmittel, Stabilisator in korrosionsbeständigen Stählen Ausscheidung von Titancarbid   Korngrenzenkorrosion 

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13Al

Legierungselemente

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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5B

Legierungselemente

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 Härtbarkeit (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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41Nb

73Ta

Nb und Ta kommen fast immer gemeinsam vor; graue, glänzende, duktile (Nb) bzw. stahlharte (Ta) Metalle mit Passivierung

Legierungselemente

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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Legierungselemente

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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Legierungselemente

Übersicht Legierungskarte

nach http://drzoom.ch/project/ stahl/stahlmap.htm (30.03.2010)

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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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