Wärmebehandlung des Stahls - Europa-Lehrmittel

Wärmebehandlung des Stahls - 10. Auflage, Europa-Nr. 13039
Lösungen zur Aufgabensammlung / Prof. Dr.-Ing. V. Läpple
Lösung zu Aufgabe 1.6
Leerstellen: Haben bei Raumtemperatur oder wenig erhöhten Temperaturen keinen nennenswerten Einfluss auf die
Werkstoffeigenschaften.
Einlagerungs- oder Substitutionsatome: Erhöhen durch Mischkristallbildung die Festigkeit eines metallischen Werkstoff
und vermindern die plastische Verformbarkeit sowie die Zähigkeit.
Versetzungen: Ermöglichen die plastische Verformbarkeit eines metallischen Werkstoffs (siehe Aufgabe 1.7).
Korngrenzen: Nehmen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften (z. B. Festigkeit, plastische Verformbarkeit, Zähigkeit)
von Metallen (siehe Aufgabe 1.5e).
Lösung zu Aufgabe 1.7
a) Plastische Verformbarkeit.
b) Plastische Verformbarkeit ist unter normalen Bedingungen die Folge von Abgleitvorgängen benachbarter Gitterbereiche,
hervorgerufen durch Versetzungsbewegungen. Am Beispiel von Stufenversetzungen kann man sich die plastische Verformung
als Bewegung von in das Kristallgitter eingeschobenen „Halbebenen“ vorstellen. Diese Abgleitvorgänge finden
in Richtung der größten Schubspannung in denjenigen Gitterebenen statt, die dichtest gepackt sind (Gleitebenen) und
dort längs der dichtest gepackten Richtungen (Gleitrichtungen). Erreicht eine Versetzung eine Grenzfläche (z. B. Kornfläche
oder Bauteiloberfläche), dann tritt sie dort unter Bildung einer Gleitstufe aus. Mit jeder weiteren Versetzung die
sich längs dieser Gleitebene bewegt, wächst schließlich die Höhe der Gleitstufe. Das Korn und somit auch die Nachbarkörner
und damit letztlich auch das gesamte Bauteil verformen sich plastisch.
Lösung zu Aufgabe 1.8
� Kaltverformung: Erhöht die Festigkeit und vermindert die plastische Verformbarkeit (Kaltverfestigung). Durch eine
Kaltverformung wird die Versetzungsdichte sehr stark erhöht (� Frank-Read-Mechanismus). Die einzelnen Versetzungen
behindern sich hierbei in ihrer Fortbewegung gegenseitig.
� Legieren: Durch Einlagerung von Fremdatomen auf regulären Gitterplätzen oder auf Zwischengitterplätzen (Mischkristallbildung)
wird das Kristallgitter lokal elastisch verformt. Hierdurch wird die Versetzungsbewegung behindert,
d. h. die Festigkeit steigt und die plastische Verformbarkeit verschlechtert sich (Mischkristallverfestigung).
� Kornfeinung: Mit abnehmender Korngröße nimmt die Anzahl der Korngrenzen zu. Da jede Korngrenze ein Hindernis
für die Versetzungsbewegung darstellt, steigt mit abnehmender Korngröße die Festigkeit des metallischen Werkstoffs,
während sich die plastische Verformbarkeit bzw. die Zähigkeit vermindert (Feinkorn- oder Korngrenzenhärtung).
� Fremdphasen: Durch Einbringen von Fremdphasen mittels einer Wärmebehandlung (z. B. Vergüten oder Ausscheidungshärten)
oder mittels pulvermetallurgischer Verfahren, wird die Versetzungsbewegung effizient behindert und
hierdurch die Festigkeit erhöht, jedoch die plastische Verformbarkeit sowie die Zähigkeit vermindert (Teilchenverfestigung).
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