Kap. 15 StÃ¤hle - IWF

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Kap. 15: Stähle Werkstoffe und Fertigung II – Metalle Baustähle, Werkzeugstähle C < 0.2% Perlitanteil kein Einfluss 15.3 Allgemeine Baustähle Von der Anwendung her unterscheidet man die Baustähle von den Werkzeugstählen. Bei ersteren kommt es vor allem auf die Tragfähigkeit an, bei letzteren vor allem auf die Verschleissfestigkeit. Allgemeine Baustähle sind Konstruktionswerkstoffe, von denen neben Festigkeitseigenschaften keine weitere Eigenschaften gefordert werden. Insofern sind aus Kostengründen die allgemeinen Baustähle unlegiert. Die Festigkeit wird durch Mischkristallhärtung und Korngrenzenhärtung eingestellt. Die billigste und effektivste Festigkeitssteigerung gelingt durch C, N und P, geringer ist die Wirkung der substitutionellen Eisenbegleiter Mn und Si. Auffallend dabei ist, dass die Streckgrenze bei Stählen mit weniger als 0.2% C bei gleicher Korngrösse vom Perlitanteil praktisch unabhängig ist. Obwohl die Perlitkörner sehr hart sind, nehmen sie wegen ihrer grossen Entfernung bei geringen Umformgraden nicht an der Umformung teil. Sie haben keinen Einfluss auf die Streckgrenze, hingegen wird die Zugfestigkeit mit steigendem Kohlenstoffgehalt auch in diesem Bereich grösser. Bei den allgemeinen Baustählen werden die Festigkeitseigenschaften mit wenigen Ausnahmen durch Variieren des Kohlenstoffgehaltes eingestellt (Fig. 15.13). Oberhalb von 0.22% C sind Baustähle nur noch vorgewärmt schweissbar. Zur Verbesserung der Schweissbarkeit und der Sprödbruchempfindlichkeit wird der C - Gehalt bei hochwertigen allgemeinen Baustählen (höhere Gütegruppen) auf 0.22 % C begrenzt. Zusätzliche Forderungen nach höherer Streckgrenze werden dann durch Mischkristallhärtung hauptsächlich mit den Elementen Mangan und Silizium erfüllt. Fig. 15.13 Streckgrenze in Abhängigkeit vom C-Gehalt Von den Legierungselementen wirken Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Schwefel und Phosphor versprödend, hingegen senken Beimengungen von Nickel, Mangan und Silizium die Übergangstemperatur. Auch ein feineres Korn verbessert die Sprödbruchsicherheit. Daher sind die Gehalte dieser Beimengungen bei den Werkstoffen höherer Gütegruppen begrenzt Seite 410
Kap. 15: Stähle Werkstoffe und Fertigung II – Metalle Sulfide Von den nichtmetallischen Einschlüssen sind vor allem die Sulfide für die Anisotropie der Formänderungswerte verantwortlich (siehe Fig. 15.4). Wegen der hohen Affinität zu Mn entstehen überwiegend relativ weiche MnS - Einschlüsse. Durch nachfolgende formgebende Bearbeitung, z.B. durch Walzen, erhalten die Sulfideinschlüsse eine langgestreckte Form. Je grösser die Zahl und die Länge der Sulfide ist, desto schlechter ist die Querzähigkeit aber auch die Querzugfestigkeit. Eine Massnahme zur Verbesserung liegt im Absenken des Schwefelgehalts, wobei eine progressive Zunahme der Querkerbschlagzähigkeit jedoch erst bei einem Gehalt unter 0.01 % auftritt. Die andere Massnahme besteht in der Sulfidhärtung. Das weiche MnS muss durch Metalle wie Ti, Zr, Ce gehärtet werden, dann bleiben die ursprünglich rundlichen Sulfide über den Umformvorgang rund, nehmen nicht an der Umformung teil (Fig. 15.14). MnS k2 k1 k3 k1 > k2 > k3 Cer als Sulfidhärter V, Ti, Nb, Al als Kornfeiner Fig. 15.14 Einfluss von Cer auf die Kerbschlagzähigkeit von Stahl St 52-3 (Querproben) Mikrolegierte Feinkornstähle Die Zugabe geringster Mengen sog. Kornfeiner führt zu zwei Härtungsmechanismen, nämlich Kornfeinung und Teilchenhärtung. Der Einfluss der Korngrösse auf die Streckgrenzerhöhung ist durch die Petch-Hall-Gleichung bestimmt. Die zulegierten Kornfeiner haben nur sehr geringe Gehalte, zumeist unter 0.1%. Sie bilden mit C und N Karbonitride als fein verteilte Teilchen und wirken bei der Phasenumwandlung als Fremdkeime. Seite 411
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