Werkstoffe und ihre Prüfung

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12.1 Werkstoffe und ihre Prüfung
Zweistofflegierungen mit MischkristallErwärmung, Abkühlung, ZustandsdiagrammZweistofflegierungen mit KristallgemengeAbkühlung, Zustandsdiagramm, Berechnung der Zusammensetzung in der SchmelzeStahlEisen-Kohlenstoff-Diagramm, Abkühlen, Aufheizen, Gefüge, Gitter, Härten, ZTU-DiagrammPrüfverfahrenZugversuchZerstörungsfreie PrüfverfahrenSchallverfahrenKapillarverfahrenMagnetverfahrenStrahlverfahrenKerbschlagbiegeversuchHärteprüfung

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Erwärmung und Abkühlung
Reines MetallHaltepunkt bei Übergang von fest zu flüssig bzw. flüssig zu gasförmigZweistofflegierung mit MischkristallTemperaturintervall bei Übergang. Jede Legierung hat ein eigenes Intervall.Zweistofflegierung mit KristallgemengeTemperaturintervall und Haltepunkt.Zustandsdiagrammbesteht aus mehreren Abkühlungs-/Erwärmungskurven bei unterschiedlichen Konzentrationen

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Berechnung Zusammensetzung in Schmelze

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Eisen-Kohlenstoff-Diagramm
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Abkühl- und Aufheizkurve von Eisen

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Gefügebestandteile
AustenitGittertyp: kfzEigenschaften:  zäh, gut umformbarFerrit (reines Eisen)Gittertyp: krzEigenschaften: weich, leicht umformbarZementit (Fe3C)Eigenschaften: hart, sprödePerlitEutektikum (perfekte Zusammensetzung aus Eisen und Kohlenstoff)

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Gitteraufbau

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Gitterfehler
LeerstelleZwischengitteratomFrenkelpaarSubstitutionsatomEinlagerungsatomStufenversetzungSchraubenversetzungKleinwinkelkorngrenzeGroßwinkelkorngrenze

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Glühen
Rekristallisationsglühen400-700°C                                               mehrere StundenAufhebung der KaltverfestigungSpannungsarmglühen~600°C                                                                     >4Std.Bei Bearbeitung entstandene Spannung ausgleichen (Schweißen, Härten,...)WeichglühenPendeln um PSK-Linie                      mehrere StundenHerstellen eines weichen Zustandes zur besseren Spanbarkeit, lamellenförmiger Zementit des Perlits  wird kugelförmig
Normalglühen30-50°C über GSK-Linie          kurz (bis ganzes Werkstück warm)Herstellen eines feinkörnigen und gleichmäßigen Gefüge nach Bearbeitung (Schmieden)Diffusionsglühen≈1100°C                                                                           20 StundenAusgleich von Konzentrationsunterschieden, aber grober Korn

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Härten
Härten = Erwärmen + Abschrecken1. Erwärmen in austenitischen Bereich (kfz-Gitter mit viel Platz für ein C-Atom in der Mitte).2. Abschrecken (schnelles Abkühlen -> krz-Gitter ohne Platz für ein C-Atom in der Mitte -> Verspannung des Gitters)-> Martensit: tetragonal verspanntes Gitterzu 1.Härtetemperatur sinkt unter bzw. steigt über dem Eutektikum mit dem C-Gehalt3. Anlassenun-/niedriglegierte Stähle ≈ 250°Chochlegierte Stähle ≈ 600°C  -> C-Atome wandern an günstigere Plätze (Martensit bleibt erhalten)

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Randschichthärten
1. nicht härtbare Stähle0,005-0,2% -> Einsatzhärten -> Aufkohlen (Einsetzen; 5h = 1mm bei C15) -> HärtenAufkohlungstemperatur: 850°C - 950°C, Härttiefe bis 1,8mm1. Kasteneinsatz: Werkstück in Koksgefüllten Kasten im Glühofen2.Badeinsatz: Zyansatzmischung mit Zusätzen (flüssig)3.Gaseinsatz: Acetylen, Propan, Butan, CO im Gasofen
2. härtbare Stähle>0,2% C 1. Flammhärten: Gasflamme erwärmt die Randzone -> abschrecken2. Tauchhärten: Im Salzbad nur Randschicht erwärmen -> abschrecken3. Induktionshärten: Spule mit hochfrequentem Wechselstrom um Werkstück induziert im Werkstück Wirbelströme, die die Randschicht erwärmen -> abschreckenhohe Frequenz -> geringe Härtetiefe (je nach Frequenz 0,1-1mm)3.NitrierhärtenStickstoff wird in die Oberfläche eingebracht und bildet dort Nitride, die hart sind; KEIN Abschrecken! -> kein VerzugDickenstuerung über Dauer: 20h für 0,3mm

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Zeit-Temperatur-Umwandlungs-Diagramm (ZTU)
KOMMT DAS ÜBERHAUPT DRAN???

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Zugversuch
Ermittlung von WerkstoffkennwertenPrüfvorgang: Die Werkstoffprobe wird gleichmäßig und stoßfrei gedehntes zum Bruch. Dabei wird die Probenverlängerung und die Zugkraft gemessen bzw. aufgezeichnet -> Kraft-Weg-Diagramm (von Probenmessung abhängig). Nur werkstoffabhänig Werte durch Umrechnung