211 113 15MB
German Pages 179 [204] Year 1959
S A M M L U N G G Ö S C H E N B A N D 433/433a
METALLKUNDE von
PROF.
DR.'ING,
HABIL.
HEINZ
BORCHERS
D i r e k t o r des I n s t i t u t s f ü r M e t a l l u r g i e u n d M e t a l l k u n d e a n d e r T e c h n i s c h e n Hochschule München
ii EIGENSCHAFTEN. GRUNDZÜGE DER FORM- U N D ZUSTANDSGEBUNG
Mit 10 Tabellen und 107 Abbildungen D r i t t e u n d vierte A u f l a g e
WALTER DE GRUYTER & CO. Tormals G. J . G ö s c h e n ' s c h e V e r l a g s h a n d l u n g • J . G u t t e n t a g , V e r l a g s b u c h h a n d l u n g • G e o r g R e i m e r • K a r l J . T r t t b n e r • Veit & C o m p
BERLIN
1959
Die Gesamtdarstellung umfaßt folgende Bände: Band I:
Aufbau der Metalle und Legierungen (Slg. Göschen Bd. 432) Band II: Eigenschaften. Grundzüge der Form- und Zustandsgebung (Slg. Göschen Bd. 433/433 a) Band III: Die metallkundlichen Untersuchungsmethoden (Slg. Göschen Bd. 434)
Die Bände I und III dienen zugleich als Ersatz für die Bände 432 und 433 der „Metallographie" von E. H e y n f und O. B a u e r t .
© Copyright 1959 by Walter de Gruyter & Co., Berlin W 35. — Alle Hechte, einschl. der Rechte der Herstellung von Photokopien und Mikrofilmen, von der Verlagshandlung vorbehalten. —Archiv-Nr. 110433. —Satz: Walter de Gruyter & Co., Berlin W 35. — Druck: Paul Funk, Berlin W 35. — Printed in Germany.
Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung 2. 1. Die E'genschaften von einigen Metallen und anderen Stoffen. Ihre Druck- und Temperaturabhängigkeit 2. 2. Die Eigenschaften bei Legierungsbildung. Ihre Temperaturabhängigkeit 2 . 3 . Ausgewählte Angaben über Werkstoffeigenschaften und Werkstoffnormen
Seite
4 4 34 50
3. Form- und Zustandsgebung durch: 3. 1. Elektrolytische Abscheidung 3. 2. Abscheidung aus der Gasphase 3. 3. Metallspritzen 3. 4. Sintern 3. 5. Schmelzen und Gießen 3. 6. Wärmebehandlung ohne Berücksichtigung der Verformung und Rekristallisation. . 3. 7. Verformung 3. 8. Wärmebehandlung nach der Verformung. Rekristallisation 3. 9. Warmverformung 3. 10. Oberflächenbehandlung 3. 11. Trennarbeiten 3.12. Verbindeaibeiten 3. 13. Übersicht über Härtung
138 154 155 164 166 175
4. Schrifttum
175
5. Namen- und Sachverzeichnis
176
65 69 69 70 73 99 123
1. Einleitung Die Formgebung kann bei metallischen Werkstoffen über Fertigguß, über spanlose Verformung von Rohguß oder über spangebende Bearbeitung von Rohguß und von spanlos verformtem Rohguß geleitet werden. Vereinzelt wird die Formgebung nicht über das Gießen, sondern über das Sintern von Metallpulvern, über das elektrolytische Niederschlagen oder über das Abscheiden von Metallen aus der Gasphase geführt. Die Beherrschung aller Möglichkeiten, dem metallischen Werkstoff seine Form und dazu noch verschiedene Eigenschaften zu geben oder auch nur einfache Gieß- und Verformungsvorgänge richtig durchzuführen, verlangt außer dem Vertrautsein mit dem in Band I behandelten Aufbau von Metallen und Legierungen die Kenntnis vieler physikalischer und chemischer Eigenschaften sowie ihrer Abhängigkeit von der Temperatur und dem Druck. Es werden daher in diesem Band eingangs Angaben über die Eigenschaften und ihre Beeinflussung gemacht, damit die Möglichkeiten der Form- und Zustandsgebung leichter verständlich und kurz gebracht werden können.
2.1. Die Eigenschaften von einigen Metallen und anderen Stoffen. Ihre Druck- und Temperaturabhängigkeit Die Eigenschaften sind in den Tabellen 1 bis 3, soweit einigermaßen zuverlässige Daten bisher ermittelt worden sind, zusammengestellt. Die Einheiten, in denen die Eigenschaften gemessen werden, sind aus dem Kopf der Tabellen ersichtlich. Da einzelne der Eigenschaften schwierig zu bestimmen sind und von kleinsten Verunreinigungen sehr beeinflußt werden, ist es nicht verwunderlich, daß im Schrifttum beträchtliche Abweichungen vorhanden sind und laufend Verbesserungen der Daten vorgenommen werden müssen.
Die Eigenschaften von einigen Metallen und anderen Stoffen
5
Bei der nachfolgenden Besprechung der Eigenschaften wird die Temperatur- und Druckabhängigkeit nur behandelt, wenn sie im Rahmen dieses metallkundlichen Buches von Bedeutung ist. Die c h e m i s c h e n Z e i c h e n sind von den lateinischen Namen der Elemente abgeleitet. Das A t o m g e w i c h t gibt ungefähr an, wievielmal schwerer ein Atom ist, als ein Atom Wasserstoff. Das Molekulargewicht ist die Summe der Atomgewichte der am Aufbau eines Moleküls beteiligten Atome. Die O r d n u n g s z a h l oder Kernladungszahl gibt die Zahl der positiven Ladungen des Atomkerns und bei neutralen Atomen des Elementes die entsprechende Zahl der Elektronen an1). Das K r i s t a l l s y s t e m bezeichnet die Art des Gitteraufbaues 1 ) von der kleinsten Gitterzelle an. Einzelne Elemente weisen temperaturabhängige Umwandlungen in andere Kristallsysteme auf. Inwieweit sich die Eigenschaften eines Stoffes aus dem Atomund Gitteraufbau ableiten lassen und welche grundsätzlichen Zusammenhänge mit den Eigenschaften bestehen, ist in Band I angedeutet worden. Als G i t t e r k o n s t a n t e 1 ) sind die Abstände der Atommittelpunkte aufgeführt. Für kubische (würfelige) Gitter genügt eine Zahl, während bei hexagonalen und tetragonalen Gittern zwei Zahlen erforderlich sind. Mit steigender Temperatur vergrößern sich die Gitterabstände infolge unharmonischer Schwingungen und bewirken die thermische Ausdehnung. Der Druckeinfluß auf die Gitterabstände ist sehr gering. Die A t o m r a d i e n 1 ) geben die Abstände von der Kernmitte bis zu der äußersten Schale an. Bemerkenswert ist die geringe Atomgröße des Wasserstoffs, der auch als Molekül H a am leichtesten in Metallgitter eingelagert werden oder sie durchdringen kann. Die W i c h t e oder das spezifische Gewicht geben das Verhältnis von Gewicht zu Volumen in p/cm 3 an. Die Wichtezahl, das relative spezifische Gewicht, ist dimensionslos. Die Dichte, das Verhältnis von Masse zu Volumen, wird in g/cm3 angegeben. Als Vergleichskörper ist Wasser von größter Dichte bei einem Außendruck von 760 Torr, zugrunde gelegt. Der Druckeinfluß, der sich in Volumenverminderung und Dichteerhöhung äußern kann, ist bei flüssigen und festen Körpern wegen geringer Kompressibilität klein. 1 ) Näheres über den Aufbau der Metalle und Legierungen sowie über einige aus dem Aufbau mögliche Voraussagen in technischer Hinsicht siehe Band I .
6
Linearer Wärmeausdehnungskoeffizient
III
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Spez. Gew.
Die Eigenschaften von einigen Metallen und anderen Stoßen
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Die Eigenschaften von einigen Metallen und anderen Stoffen
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a v ® .4 Bs ö kohlten Sdieiben, mAglidist 80 mm vierkantig, die im Blindhärtungsvertuch an dar ScheibenOberfläche in der Mitte zwisdien Rand und Kern ermitfelt wird, soll Tafel 3 entipredien. 3 J Die H A r t e a u f d e r O b e r f l A c h e der eiruatzgehärteten Teile nadt dem Anlasten schwankt zwisdien etwa 59 und 6S HRc, d. h. gm einen Mittelwert von 62 HRc Bei 41 Cr 4 betrögt die Oberflädienhärte «od» Härten avi dem Zyanbad und Anlassen im Mittel SB HRc.
&4 Alle Stähle dieser Norm sind för die Abbrennstumpf s c h w e i f i u n g geeignet. FOr die SdimelzsdtweiBung kommen ebenfalls alle Stähle awfier 41 Cr 4 in Betrodit; jedoch müssen bei 16 M n C S, 20 MnCr 5. IS CrNi 6 und 18 CrNi 8 besondere VorsidtttmaBnohmeit, wi* i B VorwSrmung, angewendet werden. 4 W a r m v e r a r b e i t u n g und W ä r m e b e h a n d l u n g 4.1 S c h m i e d e n : Zwedtm&fiig sind folgende Tempero tvrbereidie einzuhalten! beim beim Freiformsdi mieden Gesenkschmieden von 41 Cr 4 1050bis850*C 1100bii850'C bei allen anderen Stöhlen 1100 bis B50' C 1150 bis 650' C Die Studie sind vorsiditig zo erhitzen und dOrfen nidii lange auf hohen Temperaturen geholte« werden. Sie sind nadt dem Schmieden mAglidift longsom abzukehlen und gegebenenfalls onsdilieBend « sind i« noch Quersehniii bis zu mehreren Stunden bei 650 bis 700* C zu glühen und möglich»! longsam abzukühlen mbH
51 Für den P r D f u m f o n g gilt DIN 1412
Tafel 4
i 2 Gegebenenfalls sind durchzuführen: der Zugversuch nach DIN 50144. (früher DIN 140SBIott2), die Ermittlung der 0,2-Grenze noch DIN 50144, die Härteprüfung nach Brinell nach DIN 50351, die Härteprüfung nach Rockwell nach DIN 50103, die Prüfung der chemischen Zusammensetzung nach den vom Chemikerousschuß des Vereins Deutscher Eisen hü tienleute angegebenen Verfahren') der Blindhärtungsversuch noch Stahl-Eisen-Prüfblatt 1640-50«)
EintatshSrtung
Verwend ungs r w t d
Sehen dl ung sie Ige nedi Tafel 5
1: einlache Eintalzhärtung
IG» untergeordnete teile
e, b 1. (1) ')
2: Einsatzhärtung ohne Kemrückfeinung
für schwierige Teile für Erzielung guter Oberfläche nhärle
a. b l e. (1) 1
3: wie 2, Jedoch mil 2 wische nglü h ung
zur Erzielung guter Oberflidienhärle bei geringem
a. b2. d. e. (t) ')
4: Deppeihä'lung mil KeinrGdt fein ung
für Teile gtofjer Obeif 1 ichenhArte und grdljler Zähigkeit des Kerns
a, b2, c '), e. (f) ')
5: wie 4, jedodi mil Zwis dien glüh ung
für Teile groljer Oberflädienhärle und grdfjler Zähigkeit im Kern bei geringem Verzug
a. b2, c '), d, e, (1) ')
'} Ansieile der Behandlung b2 und c kenn auch Behandlung b l Irelen. ') Behandlung 1 wird emplohlen. Fortsetzung
56
Ausgewählte Angaben über Werkstoffeigenschaften D I N 17 210 F o r t s e t i u n o
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Zn 99,99 D I N
1706
Zulässige B e i m e n g u n g e n °/ 0 3 ) 4 ) Kurlzeichen
Benennung H s ]
insgesamt stens
Feinzink
Zn
99.999
Richtlinien für die Verwendung
dav on hächs ens Pb
Cd
Pb + C d
So
Fe
0.005
0,003 0,003
0.004
0,001 0,002
Zn 9 9 , 9 9
0,010
0,00« 0,003
0,007
0,001 0,003
Zn
0,025
0,02
0,005
0,02
0,001 0,005
Bleche, Bänder u. Drähte aus Feinzink und Mischzink 3 ); TietziehMessing, Tiefzieh-Neusilber
Zn 9 9 , 9
0.10
0,07
0,025
0,002 0.02
Bleche, Bänder u. Drähte aus Feinzink u. Mischzink 3 ); Messing, Neusilber
Zn 9 9 , S
0,5
0,45
Hüttenzink 99
Zn
1.0
0.9
Hültenzink 98,5
Zn 9 9 , 5
1,5
u
Hüttenzink 97,5
Zn 9 7 , 3
2.5
2.4
Umschmelzzink 98,5
UZn 9 9 , 5
1.5
Umschmelzzink 97,5
UZn
97.5
2.5
Umschmelzzink H
UZn
96
4.0
Feinztnk 99,99 Feinzink 99,975 Feinzink 99.9 Hültenzink 99,5
99,97s
99
lösliche A n o d e n ; Feinzinklegierungen; Tiefzieh-Messing, TiefziehNeusiiber
Mischzinkbleche u. -bänder 3 ], Handelszinkbleche; Messing, Neusilber
Handetszinkbleche, -bänder und -drohte; Verzinkung, Farben; Rotguß, Messing, Neusilber
Verzinkung, Farben
' ) Die Zohlenwerte der Benennung geben den Reinheitsgrad des Zinks an *) F e i n z i n k wird durch einmalige oder wiederholte Destillation oder durch Elektrolyse gewonnen. Hüttenzink gestellt.
wird durch Reduktion und Destillation, gegebenenfalls
mit anschließender
Seigerrafflnation, her-
M i s c h 2 i n k wird aus Hüllenzink und Feinzink erschmolzen. Umschmelzzink
wird durch Um schmelzen von Allzink und Zinkobfallmoteriol gewonnen.
3) D a s Fehlen von Werten für die zulässigen Beimengungen in den dofür vorgesehenen Feldern bedeutet, d a ß für Beimengungen Werte zwar nicht vorgeschrieben sind, wohl aber follweise zwischen Erzeugern und Verbrauchern in ihrer H ö h e vereinbort werden können. 4
) W i r d bei der Abnohme keine Einigung über die Erfüllung dieser N o r m hinsichtlich der vorgeschriebenen Geholte erreicht, so sind für die Schiedsanolyse die Verfahren nach dem vom Chemiker-FachousscHufl der Gesellschaft Deutscher Metallhütten- und Bergleute e. V. herousgegebenen Werk „Analyse der Metalle". Bd. 1 „Schiedsverfahren", 2. Aufl., Berlin 194?, anzuwenden, sofern nicht besondere Vereinbarungen über spektrochemische Verfahren und Herkunft der Eichproben getroffen werden.
lieferart: Plothen, Blöcke oder Bolzen.
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Ausgewählte Angaben über Werkstoffeigenschaften
Legierungen zum Schweißen und Löten der Leichtmetalle
EI!
Das Ulan enthält die vorzugsweise zu verwendenden Legierunf" metalle. Et umfaßt Sonderlegierungen für Schweißund Loitu/ecke •.nahe von gleicher Zusammensetzung wie die tu verschweißenden allgemein zu verwendenden Metallen und Legierungen
c u m Schweißen und l.iilen 4er Leichtund gilt nicht für Schweißdrähte und Stücke, ferner nicht für Lote au*
Zu beachten ist. daß entsprechend dem Sprachgebrauch die Weichtote tn diesem Blatt nicht nach Hauptbestandteilen, sondern nach der Verwendung und dem Hauptbestandteil bezeichnet sind Für einige der in diesem ßlatt angegebenen Legierungen oder für ihre Verwendung bestehen im InAuslande gewerbliche Schutzrechte oder Schutzrecht-Anmeldungen Abkürzungen:
Die Buchstaben
L b z w . S vor den
«wo *
AluminiumS A I 99,5 Schwe C
Al mind. 99,5 Ti 0,1 bit 0.2
660
V
SAISi S
Al mind. 93 Si 4 bit 6
610
2.7
Aluminiwmlot 87
L A I S ! 13
Al mind. 87 Si mind. 12
570
27
Aluminiumlot 60
LAI « 0
Al + Si mind. 80 Cu + Ni bit 4 Sr. + Cd bis 12
540
MognetiumgufiSchweißdroht 88
SMs
Mg mind. 87 Al 9 bit I I Zn bit 2,5 Mn 0,2 bit 0,5
590
1Ì
AluminiumZmkloi 85
I Z n A I 15
Zn mind. 84 Al mind. U
430
5,»
leqierungiSc PI weißdroht Si 5
bedeuten
DIN 1712
A ZIN , klor 1 M
Aluminium-Zinnlot
bzw.
...bmdrnd./. T«.l«
Reinaluminium
„Schweißmetalt"
Vtrw* ntf u ngtb*i ip « 1«
für che milche
Aluminiumlepierunaen, vorwiegen dAlMgSi
OIN 1725
nicht AluminiumZinklot «0
„Lot"
den und
Aluminiumund Aluminiumlegierungen ouöer AlMg
Gußstücke (nur aut GAISi 13 und UGAISi 10), Bleche, Drähte, Profile
Aluminium • und Aluminiumlegierungen
Gußstücke (außer GAISi 13 und UGAISi 10|, Bleche, Drähte, Profil«
Mugnetiumlegierungen
Gußstücke
Rein olu mini um, Aluminiumguttegierungen'
Kabel bzw. Gußstücke
LZnSn
Zn mind. 40 Sn Rett
320
M
Reinatummium
Kobel
LZnCd
Zn mind. 56 Al bit 4 Cd Rett
320
1*
leichtmetatlgufi
Gußftücke
UnòOZn
Sn mind. 59 Zn mind. 39
260
13
Reinaluminium
Feine Drohte bit 0,2 mm Dnv. U I K
Ausgewählte Angaben über Werkstoffeigenschaften
59 *u9 Spalt- , - , . . j o i. • darauf hingewiesen, daß bei
60 Austenit Mischkristall
61 Austenit + Mart.-Nad.
62 MartensitNadeln
63 Troostit Schwarze Flecken
64 Sorbit Verwaschene Struktur
66 Perlit Lamellar, körnig
Abb. 60—66. Übergangsstufen zwischen Austenit und Perlit. Geätzt, V = rd. lOOfach. Abb. 61 und 63 nach Körber. Abb. 62 nach Piwowarsky.
106
Form- und Zustandsgebung
Eisenkohlenstoff-Legierungen durch schnelle Abkühlung nur bei hohen Kohlegehalten der y-Mischkristall teilweise (Restaustenit) oder bei bestimmten Legierungszusätzen ganz unverändert erhalten werden kann. Kühlt man langsam genug ab, so wird sich die eutektoide Aufspaltung diagrammgemäß vollziehen. Einen y-Mischkristall zeigt die Abb. 60, einen langsam abgekühlten Werkstoff mit vollzogener eutektoider Aufspaltung die Abb. 65. Man könnte annehmen, daß sich bei dazwischenliegenden Abkühlungsgeschwindigkeiten ein stetiger Übergang von der einen in die andere Form abspielen würde. Das trifft aber z. B. bei Eisenkohlenstoff-Legierungen und einigen anderen Werkstoffen nicht zu. Zwischen den auch schon aus Band I, Abb. 42 und 44, bekannten Mischkristallen Austenit und dem Eutektoid Perlit liegen eine Reihe von Übergangsstufen, die nicht nur in ihrem Gefügebild, sondern auch in ihren Eigenschaften besondere Stufen aufweisen. Die wichtigsten Übergangsstufen sind aus den Abb. 61—64 zu ersehen. Bei schroffster Abschreckung kann ohne zusätzliche Legierungsbestandteile, deren Wirkung später behandelt werden wird, kein reiner Austenit 1 ) erhalten werden. Neben sogenanntem Restaustenit, der mit höherem Kohlenstoffgehalt zunimmt, treten Martensitnadeln (Abb. 61 und 62) auf. Sie rühren davon her, daß der flächenzentrierte kubische y-Mischkristall in ein tetragonal aufgeweitetes oder schon in das kubisch raumzentrierte «-Gitter umklappt. Ihre winkelige Anordnung und Richtung hängt mit der Orientierung der y-Kristalle zusammen. Werden Stähle von Temperaturen wenig oberhalb der Linie GOSK abgeschreckt (siehe Bd. I, Eisenkohlenstoff-Diagramm), so bilden sich die Martensitnadeln sehr fein aus. Besonders feines Gefüge dieser Art bei übereutektoiden Stählen wurde mit Hardenit bezeichnet. Zu hohe Abschrecktemperaturen ergeben grobnadelige Ausbildungen. Bei der schnellen Abküh') Einzelne Gefüge von Stählen und Gußeisen haben zu Ehren verdienter Forscher folgende Bezeichnungen erhalten: Austenit nach W. C. Roberts-Austen, England; Martensit nach A. Martens, Deutschland; Troostit nach L. Troost, Frankreich; Sorbit nach H. 0. Sorby, England; Osmondit nach F. Osmond, Frankreich; Bainit nach E. C. Bain, USA; Ledeburit nach A. Ledebur, Deutschland.
Wärmebehandlung ohne Berücksichtigung der Verformung
107
lung und Umklappung des Gitters wird der Kohlenstoff noch nicht ausgeschieden, obwohl seine Löslichkeit im «-Gitter äußerst gering ist. Er verursacht im Gitter daher die Störungen, die die technisch äußerst willkommene Härtung hervorrufen. Das tetragonale Gitter hat ein größeres Volumen als das -/-Gitter. Über das a-Gitter bis zu den perlitischen Gefügen findet wieder eine Volumenabnahme statt (siehe Austenil
felragonoler Martensit
Kubischer Martensit
Perm
t/fltf iJA
!80°angeiassen
Abb. 67. Spez. Volumen eines Stahles mit 0,8 °/o C in verschiedenen Gefügezuständen nach Wiester
Abb. 67). Diese Volumenänderungen müssen im Hinblick auf die Gefahren störender Spannungen bei der Härtung berücksichtigt werden. Da an abgeschreckten Teilen, die Restaustenit und tetragonalen Martensit enthalten, Restaustenit unter Volumenzunahme in tetragonalen Martensit und tetragonaler Martensit unter Volumenabnahme in kubischen durch Lagern bei Raumtemperatur und bei Beanspruchungen übergehen kann, besteht die Gefahr von Maßänderungen fertigbearbeiteter Teile. Die Härtung soll also möglichst zu kubischem Martensit führen. Der Restaustenit, der bei übereutektoidem Material schwer vermeidbar ist, läßt sich zwar durch Anlassen auf ca. 200 bis 250° über tetragonalen zu kubischem Martensit abbauen. Es besteht aber die Gefahr, daß auch kubischer Martensit unter Einbuße an Härte schon teilweise in Troostit (siehe nächster Absatz) übergeht. Daher
108
Form- und Zustandsgebung
ist eine Tief temperaturbehandlung vorzuziehen, die den Abbau von Restaustenit ohne Schäd'gung von kubischem Martensit fördert. Tetragonaler Martensit läßt sich durch Anlassen bei 100—200° in kubischen überführen, der weniger spröde ist. Schreckt man weniger schroff ab, so können wir Gefüge nach Abb. 63 beobachten mit dunklen Flecken, die aus rosettenförmig kristallisiertem Perlit in martensitischer Grundmasse bestehen. Dieses Gefüge wird als Abschrecktroostit bezeichnet. Hier ist infolge etwas langsamerer Abschreckung schon Kohlenstoff als Eisenkarbid (Zementit) in Perlitinseln aufgetreten. Dadurch sind Härte und Festigkeit etwas verringert und die Dehnung gestiegen. Bei weiter verlangsamter Abschreckung entsteht ein sehr feinstreifiger, makroskopisch kaum auflösbarer Perlit, der verwaschen strukturlos erscheint, wie Abb. 64 zeigt, und den man Abschrecksorbit nennt. Wird die Abkühlung noch langsamer vorgenommen, so bildet sich der uns schon von Band I bekannte mikroskopisch gut auflösbare lamellare Perlit (Abb. 65) in mehr oder weniger dicken Streifen aus. Härte und Festigkeit sind weiter gefallen und die Dehnung angestiegen. Eine extrem langsame Abkühlung, die aber schon einem Einformungsglühen des primär sich lamellar ausbildenden Perlit entspricht, kann zu der körnigen Form (Abb. 66) führen, die wir unter Abschnitt 3. 63 dieses Bandes besprachen. Man hat festgestellt, daß die Linien des EisenkohlenstoffDiagrammes, die nur für vollkommene Gleichgewichtszustände gelten, sich mit zunehmender Abkühlungsgeschwindigkeit oder Erhitzungsgeschwindigkeit nicht nur nach unten bzw. nach oben verschieben, sondern weitere starke Änderungen erfahren können. Betrachten wir für einen Stahl mit 0,45% C die Änderungen der Schnittpunkte mit der GOS-Linie und der PSK-Linie, d. h. die beginnende oc-Eisen-Ausscheidung und eutektoide Umwandlung, so ergibt sich die Abb. 681). ') Schnittpunkte mit PSK werden durch Aj, mit MO durch Aj, mit GOS durch A3, mit SB durch A c m gekennzeichnet. A kommt von arret = Haltepunkt. Bei Abkühlung wird an A ein r = refroidissement und bei Erhitzung ein c =» chauffage angehängt.
Wärmebehandlung ohne Berücksichtigung der Verformung
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Bei geringster Abkühlungsgeschwindigkeit vollziehen sich Ferritausscheidung und Perlitbildung diagrammgemäß. Gesteigerte Abkühlungsgeschwindigkeit senkt die Vorgänge zu niedrigeren Temperaturen. Ar s sinkt schneller als ATJ, SO daß sie schließlich zusammenfallen und nun auch kein Ferrit mehr im Gefüge auftritt. Man spricht jetzt nicht mehr von Ar! und Ar3, sondern von Ar'. Von einer sogenannten unteren kritischen Abkühlungsgeschwindigkeit ab ist ein zweiter mit Ar" bezeichneter Haltepunkt bei ziemlich niedriger Temperatur zu beobachten, der mit zunehmender Abkühlungsgeschwindigkeit immer bei konstanter Temperatur liegt. Sobald er auftritt, ist im Gefüge Martensit neben Perlit festzustellen. Bei einer oberen kritischen Abkühlungsgeschwindigkeit verschwindet der Perlitpunkt, und es bildet sich aus dem so schnell abgeschreckten Austenit nun kein Perlitanteil mehr, sondern nur noch Martensit bei relativ niedriger Temperatur. Die Temperatur des Martensitpunktes ist von der Abkühlungsgeschwindigkeit nicht abhängig. Er ist aber konzentrationsabhängig; er sinkt von einer Temperatur von 400° bei 0,2% C auf etwa 100° bei 1,7% C. Die Martensitbüdung kann unterhalb dieser Temperatur nicht unterdrückt werden. Sie setzt auch bei höchster Abkühlungsgeschwindigkeit ein. Hieraus und aus der Abb. 68 könnte man folgern, daß man auf eine Temperatur oberhalb des Martensitpunktes zur Unterdrückung der Perlitbildung sehr schroff abschrecken könnte und daß sich dann bei weiterer schneller oder langsamer Abkühlung der Martensit bilden würde. Tatsächlich kann man auch bei der sogenannten Warmbadhärtung, bei der man in ein Salz- oder Metallbad mit einer Temperatur kurz oberhalb Ar" abschreckt und dann beliebig langsam abkühlt, zu Martensit kommen. Durch diese Art verringert man gegenüber direktem Abschrecken auf Raumtemperatur Abschreckspannungen und Härterißbildung. Man darf jedoch den Stahl nicht zu lange im Warmbad belassen und auch nicht extrem langsam abkühlen, da sonst doch noch Umwandlungsvorgänge einsetzen können. Man kann auch eine sogenannte gebrochene Härtung durchführen, indem man erst schroff z. B. in Wasser abschreckt, um den Perlitpunkt zu unterdrücken und dann
110
Form- und Zustandsgebung
unterg obere kritische Ableiìhlungsgescfiwìndìglteìr
è lh
10h > 10h
2'20"
> 3' 1'
40" >3'
30" l'lO" > 1,5'
8" 10" 23" 37" > 1'
7,5" 10,5" 23" 45" > 1'
14" 50"
8" 11" 15" 18" 40"
6" 7" 8,5" 10" 13,5" 40"
> 1,5' 12"
15" >1,5'
10" 17" 50" 20" > 1,5' > 1 , 5 '
6" 8,5" 10" 17" 30" > 1' 4" 6" 7" 8" 10" 13,5" 45"
3" 25" 60" > 2'
1,5" 2,5" 4" 7" 20" 45" > 1' < 2" 2" 3" 3,5" 5" 7" 55"
Tabelle der zur Erreichung einer Korngröße von 20, 50, 100, 200 500, 1000 und 5000 /.t2 notwendigen Zeit in Abhängigkeit von Glühtemperatur und Verformungsgrad für eine Bronze mit 6 % Zinn von H. Borchers und H. Jordan. 37" Korngröße ändert und wie mit zunehmender Verformung die Rekristallisation bei niedrigeren Temperaturen einsetzt. Eine wesentliche Einschränkung ist aber zu dieser Darstellung zu
154
Form- und Zustandsgebung
machen. In ihr ist vorausgesetzt, daß mit steigender Temperatur die Kernzahl zunimmt und daß daher mit steigenderTemperaturbei entsprechend hoher Erhitzungsgeschwindigkeit und kurzer Glühdauer niedrigere Korngrößen zu erreichen sind. In einer weiteren Darstellung Abb. 106 wird nun noch ein weiteres Schaubild gezeigt, das das Ende der Bearbeitungsrekristallisation zeitlich festlegt. Solche Zustandsschaubilder haben sich bei neueren Arbeiten meines Instituts mit R. Schwarzwälder und H. Jordan mit befriedigender Genauigkeit aufstellen lassen. Es wird absichtlich ein Diagramm gebracht, bei dem mit steigender Temperatur keine Abnahme der Korngröße beobachtet werden konnte, um zu zeigen, daß diese Frage noch ungeklärt ist. Die Darstellung kann als Grundlage für theoretische Erörterungen und für Bedürfnisse der Praxis wichtig sein. Für praktische Zwecke kann auch die Aufstellung einer Tabelle nach H. Borchers und H. Jordan (Seite 153) wertvoll sein, aus der man ersehen kann, unter welchen Bedingungen auf bestimmte Korngrößen hingearbeitet werden kann.
3. Form- und Zustandsgebung. 3.9. Warmverformung Unter Warmverformung verstehen wir jede Verformung, die in dem Gebiet merklicher Rekristallisation verläuft. Bei den meisten Werkstoffen können wir also nur bei hohen Temperaturen von einer Warmverformung sprechen; bei Werkstoffen, die bei Zimmertemperatur bereits rekristallisieren, müssen wir streng genommen auch bereits bei einer Verformung bei Zimmertemperatur von einer Warmverformung sprechen. Ein Vorteil der Warmverformung liegt darin, daß bei hohen Temperaturen der Verformungswiderstand herabgesetzt ist, wenn man nicht gerade in ein ungünstiges Zustandsfeld hineingelangt. Ein weiterer Vorteil kann darin liegen, daß während oder direkt nach der Verformung bereits eine Entspannung durch Rekristallisation eintritt und daß dann sofort in erheblichem Maß ohne Bruchgefahr weiter verformt werden kann. Eine starke Abkühlung während der
Oberflächenbehandlung
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Verformung ist im allgemeinen nur bei dünnen Blechen, also bei großer Oberfläche und geringem Querschnitt zu befürchten, da hier ohne Heizen der Verformungswerkzeuge die Wärme zu schnell abgeführt wird. Bei größeren Querschnitten ist die Wärmeabfuhr nicht so stark. Außerdem findet ja auch während der Verformung eine Umsetzung von Arbeit in Wärme statt. Bei der Kalt- oder Warmverformung unterhalb bestimmter Temperaturgrenzen ist sogar aus letzterem Grunde manchmal eine Kühlung entweder des zu verformenden Werkstückes oder der Verformungseinrichtung, beispielsweise der Walzen, nötig. Bei der Warmverformung ist darauf zu achten, daß kritische Korngrößen, Kornvergrößerungen und sekundäre Rekristallisation durch entsprechende Verformungsgrade, Verformungsgeschwindigkeit und Temperaturen beim letzten Arbeitsgang möglichst schon verhindert oder durch eine entsprechende Nachbehandlung beseitigt werden. Diese Nachbehandlung kann, abgesehen von den durch Rekristallisation zu erzielenden Effekten, auch durch eine Umkristallisation zu erreichen sein, wie sie beispielsweise beim Normalisieren in Abschnitt 3. 6 besprochen worden ist. Bei der Warmverformung muß es vermieden werden, daß Verunreinigungen, wie relativ niedrig schmelzende Eutektika oder andere an den Korngrenzen ausgeschiedene Bestandteile, wie Blei in Messing, zugegen sind, die den Zusammenhalt an den Korngrenzen während des Verformens gefährden und Brüchigkeit hervorrufen. Weiterhin ist nach Möglichkeit eine Verzunderung der Oberflächen zu vermeiden oder ein sich bildender Zunder zum Abplatzen zu bringen, damit er nicht in tiefere Zonen eingeformt wird.
3. Form- und Zustandsgebung. 3.10. Oberflächenbehandlung Bei der Besprechung der Eigenschaften, insbesondere der Normalpotentiale und der Reihe der Bildungswärmen in Kapitel 2 . 1 und 2.2, wurde auf die starke Korrosionsanfälligkeit metallischer Werkstoffe infolge vieler Ursachen hingewiesen. Soweit man diese Ursachen nicht durch Wahl geeig-
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Form- und Zustandsgebung
neter Legierungsmaßnahmen und Herstellung geeigneter Zustände der Legierungen beseitigen kann, muß man durch einen Oberflächenschutz gegen sie ankämpfen. Die Oberflächenbehandlung findet aber nicht nur mit Rücksicht auf einen guten Korrosionsschutz statt, sondern sie ist in vielen Fällen erforderlich, wenn eine harte, verschleißfeste Oberfläche verlangt wird, die im allgemeinen in einen derartigen Zustand nur unter nennenswerter Einbuße der Zähigkeit gebracht werden kann, und wenn gleichzeitig zähe Kernzonen des Werkstückes gefordert werden, wie bei Wellen, Zapfen, Achsen, Zahnradflanken, Gleitflächen usw. Obwohl das eine oder andere Verfahren für beide Zwecke geeignet ist, wollen wir die Verfahren des Oberflächenschutzes gegen Korrosion und gegen mechanische Beanspruchung getrennt behandeln und die Verfahren jeweils in die Gruppe einreihen, in der sie die Hauptbedeutung besitzen. 3.10.1. V e r f a h r e n zum O b e r f l ä c h e n s c h u t z gegen v o r wiegend chemische Beanspruchung. 3.10.11. P o l i e r e n . Eine Glättung der Oberfläche setzt den Korrosionswiderstand herauf, weil die Oberfläche mit zunehmender Glättung wesentlich verringert wird und weil vorstehende, feinste Spitzen oder Grate als bevorzugte Stellen für den Korrosionsangriff abnehmen. 3.10.12. G l ü h e n in M e t a l l p u l v e r n oder in aufgestrichenen Metallpulvern oder in Metallverbindungen. Das Glühen in Metallpulvern oder in Metallverbindungen, die sich mit dem zu überziehenden Metall umsetzen können, hat den Zweck, eine Legierungsbildung an der Oberfläche zu bewirken. Wie bereits erwähnt, ist es für den Schutz durch metallische Schichten neben einer guten Korrosionsbeständigkeit des Schutzmetalles wünschenswert, daß ein unedleres Schutzmetall Verwendung findet, weil es in erster Linie selbst angegriffen wird und damit das frei gelegte Metall auch noch in einiger Entfernung schützt. Die Temperatur der Behandlung wird so gewählt, daß eine genügende Diffusion und damit eine Verwachsung an den Berührungsflächen zustande kommen kann. Es wird beispielsweise Eisen in Zinkpulver bei etwa 400° „sherardisiert", mit Aluminiumpulverauftragung bei etwa 800° „alitiert" oder in Gegenwart von Aluminiumchlorid bei etwa 900—1000°
Oberflächenbehandlung
157
behandelt, in Chromchlorid bei etwa 1000° „inchromiert", in Siliziumtetrachlorid bei etwa 800° „siliziert". 3 . 1 0 . 1 3 . P l a t t i e r e n durch mechanisches Aufdrücken eines Schutzwerkstoffes und Wärmebehandlung. Bei dem Plattieren eines metallischen Werkstoffes mit einem annähernd gleich verformbaren Schutzmetall geht man so vor, daß man das zu schützende Metall schon als Rohblock in Platten oder Bleche des schützenden Metalles einbettet oder umgießt. Bei der Warmverformung findet eine innige Berührung der beiden Stoffe und durch Diffusion eine Legierungsbildung s t a t t . Die Behandlung ist so zu leiten, daß eine völlige Verwachsung an den Berührungsstellen eintritt, daß aber an der freien Oberfläche noch eine genügende Schicht des schützenden Metalles vorhanden und noch nichts aus dem zu schützenden metallischen Werkstoff durchdiffundiert ist. Man plattiert beispielsweise Al-Cu-Mg-Legierungen oder auch unreines Hüttenaluminium, Stahl und viele andere Legierungen mit Reinaluminium. Es kommen auch Plattierungen mit Nickel, Kupfer, Cadmium u. a. Metallen sowie mit Legierungen in Frage. 3. 10. 14. F e u e r ü b e r z ü g e , d. h. Eintauchen in metallische Schmelzen. Bei dem Eintauchen eines metallischen Werkstoffes in ein Bad des Schutzmetalles, das einen niedrigeren Schmelzpunkt als das zu schützende Metall aufweisen muß, findet ebenfalls eine Legierungsbildung an den Berührungsflächen und ein Anhaften noch reinen Schutzmaterials an der Oberfläche statt. Von diesen Verfahren macht man bei dem Verzinken und Verzinnen von Stahl in größtem Umfange Gebrauch. Bei dieser Art des Überziehens ist aber eine Legierungsbildung nicht immer unbedingt erforderlich. Es gelingt auch, Eisen durch Eintauchen in Blei mit einer verhältnismäßig gut haftenden Bleischicht zu bedecken, obwohl zwischen beiden Metallen praktisch keine Löslichkeit im flüssigen und festen Zustand besteht. Gut haftende Überzüge und dickere Auflagen können auch durch Auftragsschweißung, siehe 3.10.3, erzielt werden. 3. 10. 15. A u f s p r i t z e n v o n M e t a l l e n . Das Aufspritzen von Metallen erfolgt in der bereits in Abschnitt 3 . 3 beschriebenen Weise. Als Spritzüberzüge kommen Überzüge der verschiedensten metallischen Werkstoffe in Frage. 3. 10. 16. E m a i l l i e r e n . Durch Behandeln von metallischen Werkstoffen mit Silikatschmelzen können gut haftende Überzüge entstehen, deren
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Form- und Zustandsgebung
Widerstand gegen Wärmeschwankungen und Stöße neben gutem Haftvermögen und einer hervorragenden chemischen Widerstandsfähigkeit befriedigend ist. 3.10.17. A n s t r e i c h e n u n d A u f t r a g e n s o n s t i g e r n i c h t metallischer Stoffe. Hier kommen alle bewährten Anstrichverfahren in Betracht, ferner Auftragungen von Ölen, Fetten, Zement, Gummi, Kunststoffen, Teer, Bitumen u. dgl. 3.10.18. O x y d i e r e n o d e r B i l d u n g a n d e r e r V e r b i n d u n gen bei n i e d r i g e r T e m p e r a t u r . Soweit sich nicht bei niedriger Temperatur von selbst genügend feste oxydische oder andere Schichten auf demMetall ausbilden, kann eine Schutzschichtbildung mit verschiedenen Agenzien bewirkt werden. Als Beispiel seien folgende Verfahren genannt: Das Modifizierte Bauer-Yogel-Verfahren (MBV-Verfahren), das auf Reinaluminium und kupferfreien Leichtmetallegierungen durch Eintauchen in eine heiße, wäßrige Lösung eines Salzgemisches, das hauptsächlich Chromate und Karbonate enthält, eine gute oxydische Schutzschicht erzeugt. Das Phosphatieren gestattet, auf Eisen durch Behandeln mit 90° warmen Mangan- oder Zinkphosphatlösungen eine schützende Phosphatschicht zu erzeugen. Die Verfahren sind unter dem Namen Parker- oder Atrament-Verfahren oder bei Zusätzen von Zinknitrat als Bonder-Verfahren bekannt geworden. Diese, sowie auch die an anderer Stelle erwähnten Schutzschichten können oft nicht nur allein schützen, sondern auch als Träger für weitere Überzüge und Anstriche oder zur Aufnahme von Fetten dienen, die auf ihnen sehr gut haften. Auch das Brünieren gehört hierher, ein Braun- oder Schwarzfärben von Metall-, Eisen- und Stahlteilen zwecks Rostschutz und Verschönerung. Es wird durch Bestreichen mit oder Eintauchen in bis etwa 150° C erhitzte Lösungen von Chloriden, Sulfaten oder von Natronlauge mit Oxydationsmitteln für Eisenwaren, von Schwefelleber (Kaliumpolysulfide mit Kaliumthiosulfat) für Messing von vielen anderen Chemikalien oder auch durch Abbrennen mit Öl bewirkt. 3.10.19. O x y d i e r e n b e i e r h ö h t e r T e m p e r a t u r . Bei erhöhter Temperatur lassen sich auf verschiedenen Metallen Oxydschichten erzielen und sogar bei Metallen wie Eisen, die bei niedriger Temperatur zur Ausbildung wenig dichter Verbindungs-
Oberflächenbehandlung
159
schichten neigen, verhältnismäßig gute Schichten, z. B. in oxydierenden Gasen oberhalb 800° ausbilden. 3 . 1 0 . 1 . 1 0 . O x y d i e r e n o. dgl. an der Anode. Wenn in einem Elektrolyten das zu schützende Metall als Anode geschaltet wird, kann eine ausgezeichnete Schutzschichtenbildung durch anodisch frei werdenden Sauerstoff u. a. erreicht werde. Es kann auch mit Wechselstrom gearbeitet werden, da in jeder zweiten Periode eine anodische Wirkung auftritt. Es dürfen aber in den dazwischenliegenden kathodischen Perioden keine Metalle abgeschieden werden. Große Bedeutung hat das sogenannte Eloxalverfahren gefunden, das in einem elektrolytischen Oxydieren von AluminiumLegierungen besteht. Es gestattet, sehr gut haftende Überzüge größerer Stärke, als es bei den vorher für Aluminium erwähnten Verfahren möglich ist, herzustellen. Wegen der guten Verschleißfestigkeit kann das Verfahren auch zur Oberflächenhärtung herangezogen werden. Ein ähnliches Verfahren wurde auch bei Magnesium entwickelt. In diesem Zusammenhang ist noch auf das Elektrophosphatverfahren für Stahl hinzuweisen, das eine gute Phosphatierung unter Strom bewirken kann. 3 . 1 0 . 1 . 1 1 . E l e k t r o l y t i s c h e Ü b e r z ü g e an der Kathode. Das zu schützende Metall wird in einem Elektrolyten als Kathode geschaltet und durch das sich an der Kathode niederschlagende Metall in gut regelbarer Stärke überzogen. Es wird vergoldet, versilbert, verkupfert, vermessingt, verbleit, vernickelt, verchromt, verzinnt, verzinkt, verkadmiert, schmelzelektrolytisch veraluminiert usw. Wenn die Schutzmetalle sich porig ausbilden oder auf dem zu schützenden Metall schlecht haften, wird zunächst mit einem anderen Metall elektrolytisch überzogen oder zur Steigerung der Haftfähigkeit ein schwaches Ätzen, Oxydieren o. dgl. an der Oberfläche des zu schützenden Metalles vorgenommen. Siehe auch Abschnitt 3. 1. Es können auch metallische Überzüge ohne Stromdurchgang durch Behandeln eines Metalles mit einer Salzlösung eines edleren Elementes entstehen. Man macht davon beim Brünieren Gebrauch, das durch Einwirkung von Antimonchloridlösungen auf Eisen einen rostschützenden Antimonniederschlag ergibt. Die Anriebversilberung gestattet durch Auftragen oder Verreiben von silbersalzhaltigen Breien, die abgeputzt oder abgespült werden, z. B. eine Versilberung von Kupferlegierungen durchzuführen. Die
160
Form- und Zustandsgebung
stromlos hergestellten Metallüberzüge sind jedoch nur sehr dünn, da nach Ausbildung einer dünnen zusammenhängenden Schicht keine weitere Ausfällung mehr stattfindet. 3. 10. 1. 12. A u f d a m p f e n v o n M e t a l l e n . Durch Kathodenzerstäubung oder Kondensation von Metallen aus Dämpfen oder durch Zersetzung von gasförmigen Metallverbindungen können Schutzschichten hergestellt werden. Siehe hierzu Abschnitt 3. 2. 3. 10. 1. 13. V o r h e r i g e s L e g i e r e n des gesamten Werkstoffes zur Förderung homogener Zustände, besserer Schutzschichtenbildung oder Passivierung. Nähere Argaben wurden bereits in dem Abschnitt 2. 1 u. 2. 2 gemacht. 3. 10. 1. 14. V o r h e r i g e s L e g i e r e n und/oder W ä r m e b e h a n d l u n g zur Erzielung günstiger Zustände. Nähere Ausführungen enthalten bereits die Abschnitte 2. 1 und 2. 2 und 3. 6.
3. 10. 2. O b e r f l ä c h e n h ä r t u n g . 3. 10. 21. M e c h a n i s c h e O b e r f l ä c h e n h ä r t u n g . In dem Abschnitt 3.7 wurde bereits auf die Möglichkeit hingewiesen, eine gewisse mechanische Oberflächenhärtung durch Kaltverfestigung zu bewirken. 3. 10. 22. O b e r f l ä c h e n h ä r t u n g d u r c h r e i n e W ä r m e einwirkung. Die Oberfläche wird induktiv oder bei der sogenannten Brennerhärtung mit Hilfe von Brennern schnell aufgeheizt, so daß bei härtbaren Legierungen die Temperaturgebiete erreicht werden, aus denen durch Abschrecken eine Härtung möglich ist. Die Erwärmung der Oberfläche muß örtlich begrenzt erfolgen, damit nicht tiefere Zonen des Werkstoffes von der Erwärmung erfaßt werden. Die Abschreckwirknng wird durch ein Überspülen mit Wasser oder Preßluft, auch zu einem beachtlichen Anteil schon durch die schnelle Wärmeableitung durch das metallische Werkstück selber bewirkt. 3. 10. 23. O b e r f l ä c h e n h ä r t u n g d u r c h Ä n d e r u n g d e r Z u s a m m e n s e t z u n g an der Oberfläche. In dieses Gebiet fallen alle Verfahren, die eine chemische Änderung der Oberfläche bedingen. Hierzu zählen auch Verfahren, wie die anodische Oxydation von Leichtmetallen,
161
Oberflächenbehandlung
die zur Bildung korrosionsbeständiger und bei Aluminium auch sehr verschleißfester Schichten führen, sowie das Aufbringen anderer harter nichtmetallischer Überzüge. Weiterhin gehören hierher auch die Oberflächenbehandlungsverfahren, bei denen verschleißfeste Überzüge aus anderen Metallen, sei es auf elektrolytischem Wege, sei es durch Wärmebehandlung in Metallpulvern, Metallverbindungen usw. erzielt werden. Als Beispiel sei auf Verchromen und Inchromieren hingewiesen, die neben einem guten Korrosionsschutz einen guten Verschleißwiderstand herbeiführen. Eine überragende Bedeutung in der Technik haben bei Stahl zwei Verfahren gewonnen, die eine Oberflächenhärtung durch Aufkohlen bzw. Nitrieren erzielen lassen. 3. 10 231. O b e r f l ä c h e n h ä r t u n g d u r c h A u f k o h l u n g (sogenannte Einsatzhärtung). Aus dem Fe-C-Schaubild kann man ersehen, daß «-Eisen in technischen Stählen keinen zusätzlichen Kohlenstoff mehr aufnehmen kann, jedoch könnte man beim Erhitzen in das y-Gebiet so viel Kohlenstoff in Lösung bringen, bis der y-Mischkristall bei der betreffenden Temperatur die Konzentration der ES-Linie erreicht. Die Aufkohlung muß also bei Temperaturen im y-Gebiet, d. h. oberhalb der GOS-Linie erfolgen. Es kann darüber hinaus auch noch Karbidbildung eintreten. Es muß Kohlenstoff vorhanden sein, der in fester Form als Holzkohlenpulver, Kokspulver, Mehl, Karbonat, u. dgl. oder als Kohlenstoff abspaltendes geschmolzenes Salz oder als gasförmige Kohlenstoffverbindung vorliegen kann. Die Diffusion von festem Kohlenstoff erfolgt sehr langsam, daher ist es besser, wenn infolge von Luftzutritt zu den kohlehaltigen Pulvern oder in Gasen CO vorliegt oder aus Karbonaten oder sonstwie entstehendes C0 2 durch C zu CO reduziert wird. Die Aufkohlung durch Kohlenoxyd geht über folgende Reaktion: 2 CO + 3 Fe C0 2 + Fe 3 C. Je höher der CO-Gehalt der Gasphase ist, desto schneller und mit desto schrofferem Übergang erfolgt die Bildung der aufgekohlten Schicht. Aus Kohlenwasserstoffen erfolgt eine Abspaltung von C und durch Reaktion mit Fe unter Bildung B o r c h e r s , Metallkunde II
12
162
Form- und Zustandsgebung
von Fe 3 C eine genügend schnelle Aufkohlung. Die Dicke der aufgekohlten Schicht kann je nach der Konzentration der Gasphase, je nach der angewandten Temperatur, je nach der Dauer der Einwirkung und nach der Legierungszusammensetzung beeinflußt werden. Das lange Aufkohlungsglühen im y-Gebiet führt zu grobem Korn. Zwecks Verfeinerung des Gefüges und geeigneter Härtezustände der Randschicht werden die aus Abschnitt 3. 6 bekannten Wärmebehandlungen, insbesondere Glühen und besonders geregelte Abkühlung vorgenommen. Bei hohen Anforderungen an die Güte einsatzgehärteter Teile werden mehrere Wärmebehandlungen hintereinander geschaltet, um die günstigsten Zustände sowohl für den kohlenstoffarmen Kern als auch für die kohlenstoffreiche Randzone zu erzielen. Siehe hierzu DIN 17210 auf Seite 53-56. Gehärtet werden meistens Stähle mit Kohlenstoffgehalten von etwa 0,1 bis 0,2%, da ja aufgekohlte und verschleißfeste Oberflächen bei Stählen hergestellt werden sollen, die einen zähen Kern aufweisen müssen, der dynamischen Beanspruchungen gewachsen ist. Legierungszusätze wie Nickel, Chrom u. a. verbessern die Oberflächenhärtung, die Korngröße, die Zähigkeit des Kerns, die Eindringtiefe oder die jbergänge vom Rand zur Mitte. Ein Beispiel für Oberflächenhärtewerte und die Eindringtiefe der Härtung gibt Abb. 107. Man erkennt den ziemlich allmählichen Übergang der Härte und die gute Eindringtiefe, die die Aufkohlung für alle die Fälle besonders brauchbar macht, in denen unter Verzicht auf außergewöhnliche Härte sanfte Abb. 107. Härteverlauf bei aufgekohlten oder nitrierten Werkstoffen. Schematisch Übergänge zum Vermeiaus Piwowarsky:, .Allgemeine Metallkunde''. den eines Abplatzens der
Oberflächenbehandlung
163
Härtungsschicht und hohe Eindringtiefen zwecks Ermöglichung einer Nachbearbeitung, beispielsweise durch Abschleifen, nötig sind. Wird eine höhere Härte verlangt oder ist die Abmessung eines Werkstückes wie bei einer Nadel sehr gering und infolgedessen eine geringe Eindringtiefe erwünscht, damit überhaupt noch ein zäher Kern übrigbleibt, so ist ein anderes Verfahren oder eine Kombination mit einem anderen Verfahren erforderlich. 3. 10. 232. O b e r f l ä c h e n h ä r t u n g d u r c h N i t r i e r e n . Bei Temperaturen oberhalb etwa 500° bildet sich in Stickstoff auf Eisen leicht die Verbindung Fe 2 N, die wahrscheinlich durch Dissoziation und Platzwechselreaktion ihren Stickstoffgehalt nach dem Innern des Werkstückes leitet. Dieses Verfahren ergibt, wie Abb. 107 zeigte, eine höhere Härte an der Oberfläche. Ein weiterer Vorteil ist die niedrige Behandlungstemperatur, die nicht zu dem vorher erwähnten Nachteil der Kornvergröberung führt, die im y-Gebiet bei der Aufkohlung auftreten kann und die bessere Anlaßbeständigkeit. Die Eindringtiefe ist gering; das kann, wie oben angedeutet, ein Vorteil sein, aber u. U. auch ein Nachteil, da die Empfindlichkeit einer dünnen Härteschicht mit schroffem Übergang zum zähen Material gegen verformende Beanspruchung größer ist. Der Stickstoff wird meist durch NH3-(Ammoniak)-Gas zugeführt, das teilweise dissoziiert ist. Die Konzentration der Gasphase, die Temperatur, die Einwirkungsdauer und Legierungszusätze, wie Chrom, Aluminium, Vanadin, Titan, Molybdän und Nickel beeinflussen die Härte und Eindringtiefe. Mit steigendem Kohlenstoffgehalt nimmt die Härtetiefe ab. Die bereits erwähnte Kombination mit der Aufkohlung kann in CO- und N2-haltigen oder abspaltenden Gasen oder Cyanschmelzen (KCN oder NaCN) vorgenommen werden und weitere günstige Variationen ermöglichen.
B o r c h e r s , Metallkunde II
IIa
164
Form- und Zustandsgebung
Im Anschluß an die Oberflächenhärtung durch Änderung der Zusammensetzung der Oberfläche sei noch darauf hingewiesen, daß Gußmaterial, sowie in der Wärme weiterverarbeitete Werkstoffe an der Oberfläche Häute aus Verbindungen aufweisen können, die manchmal mechanisch und chemisch widerstandsfähig sind und u. U. nicht entfernt werden sollen.
3. 10. 24. O b e r f l ä c h e n h ä r t u n g d u r c h E r s t a r r u n g s lenkung. In dem Abschnitt 3. 5 war bereits darauf hingewiesen worden, daß bei der Erstarrung von verschiedenen Gußeisensorten eine Härtung der Oberfläche dadurch zu erzielen ist, daß die Legierungszusätze und die Abkühlungsverhältnisse so bemessen werden, daß an der Oberfläche ein weißes karbidisches und im Innern ein graues graphitisches Gefüge entsteht. Weiterhin kann bei der Abkühlung dickwandiger Gußstücke an der Oberfläche ein hartes Gefüge zustande kommen, während in den mittleren Zonen infolge langsamer Abkühlung weicheres Material entsteht.
3. Form- und Zustandsgebung. 3.11. Trennarbeiten Trennarbeiten werden bei metallischen Werkstoffen mechanisch durch Sägen, Abstechen, Schleifen, Schneiden u. dgl. bewirkt. In metallkundlicher Hinsicht ist es wichtig, daß hierbei Gefügeänderungen berücksichtigt werden, die durch auftretende Erwärmung und Verformung an den Schnittstellen entstehen und auf Grund der in den Abschnitten 3. 6 und 3. 9 gemachten Ausführungen beurteilt und in günstiger Weise gelenkt werden können. Man kann metallische Werkstoffe auch durch ein lokales Aufschmelzen mittels Brenner oder Lichtbogen trennen. Bei Stahl hat sich ein besonderes Verfahren, das Brennschneiden entwickelt. Mittels eines Brenners wird lokal auf die Zündungstemperatur von etwa 1350° erhitzt. Hierbei kommt eine Oxydation unter lebhafter Wärmeentwicklung, also ein Verbrennen des Eisens durch den aus dem Brenner im Überschuß zugeführten Sauerstoff zustande; die sich bildenden Oxydations- und Schmelzprodukte
Tremiarbeiten
165
werden fortgeblasen. Es ist hierdurch nicht nur ein Aufschneiden möglich, sondern es ist auch gelungen, in ähnlicher Weise große Oberflächen in kurzer Zeit durch das sogenannte Brennhobeln abzutragen. Voraussetzung für das Brennschneiden ist, daß die Zündungstemperatur der Metalle unterhalb der Schmelztemperatur liegt, weil sonst schon vor dem Zünden das schmelzende Metall abtropft oder fortgeblasen wird, z. B. bei Gußeisen. Daher beschränkt sich dieses Verfahren auf Stahlsorten, deren Begrenzung für unlegierte Stähle aus dem Eisen-Kohlenstoff-Diagramm zu entnehmen ist. Neben den einfachen Trennarbeiten sind spangebende Verfahren wie Feilen, Drehen, Bohren, Fräsen usw. von höchster Bedeutung, um alle die Werkstücke zu fertigen, die durch Gießen, bildsame Verformung und die andern spanlosen Verformungsarten nicht ihre endgültige Form erhalten haben. Sowohl für die Wahl des zu verspanenden Werkstoffes und für die Entwicklung der Werkzeugwerkstoffe als auch für die Klärung der Gefügeänderungen während des Zerspanungsvorganges im Span und an der bearbeiteten Oberfläche infolge der Verformungsund Temperatureinflüsse sind Überlegungen anzustellen, für die die Metallkunde das Rüstzeug liefert. Es sei hier nur darauf hingewiesen, daß von der Zusammensetzung und dem Gefügezustand des Werkzeuges und des zu zerspanenden Werkstoffes Oberflächengüte, Spanbildung, Schnittgeschwindigkeit, Schnittemperatur, Werkzeugverscbleiß usw. wesentlich beeinflußt werden können. Es treten beträchtliche Unterschiede auf, ie nachdem der zu zerspanende Werkstoff gegossen, kaltverfestigt, weichgeglüht, homogenisiert, heterogenisiert, ausgehärtet, gehärtet, feinkörnig, grobkörnig, mit lamellaren oder kömigen Kristallarten durchsetzt, dicht, feinporig, grobporig, mit besonderen spanbrechenden Komponenten wie weichen oder harten Schlakkeneinschlüssen, Bleiglobuliten usw. versehen ist. Die Entwicklung, Wahl und Behandlung der Werkzeugstähle erfordert eine Vertiefung in das Fe-C-Schaubild, dessen Beeinflussung durch weitere Legieruneskomponenten, und in die Grundlagen und Technik der Wärmebehandlung. Für die Beurteilung der für Schneidwerkzeuge wichtigen Hartmetalle sind Kenntnisse der Sintervorgänge und für das Anbringen der meist kleinen Beläge der teuren Hartmetalle Kenntnisse der Verbindearbeiten von Nutzen.
166
Form- und Zustandsgebung
3. Form- und Zustandsgebung 3.12. Verbindearbeiten Bei den Verbindearbeiten ist darauf zu achten, daß durch Zusammentreffen von zwei metallischen Werkstoffen leicht eine Korrosionsgefährdung auftreten kann, wenn es sich um Werkstoffe verschiedener Zusammensetzung oder verschiedenen Gefügezustandes handelt. Es müssen daher entweder die zu verbindenden Stoffe möglichst gleichartig sein, oder es muß bei einer Korrosionsgefahr ein sehr sorgfältiger Schutz der zu verbindenden Stellen durch Anstriche oder andere Maßnahmen erfolgen. Insbesondere ist bei Leichtmetallen auf die Wahl der Niet-, Löt- oder Schweißwerkstoffe zu achten und jede Verbindung mit einem anders zusammengesetzten Material zu schützen. 3 . 1 2 . 1 . M e c h a n i s c h e V e r b i n d e a r b e i t e n durch Nieten, Falzen, Bördeln usw. In metallkundlicher Hinsicht können wir eine Beurteilung der Verfahren wieder nach den in den Abschnitten über Verformung und Rekristallisation gemachten Angaben vornehmen. Außer den mechanischen sind noch Verbindearbeiten durch Löten oder Schweißen durchführbar. 3.12. 2. L ö t e n . Unter Löten verstehen wir ein Verbinden von zwei metallischen Werkstoffen mit Metallen oder Legierungen, die einen niedrigeren Schmelzpunkt als die zu verbindenden Werkstoffe haben. Das Lot soll die Trennfugen ausfüllen und an der Oberfläche der Verbindungsstellen haften. Das Haften soll durch gegenseitige Diffussion, also Legierungsbildung verstärkt werden. Die Diffusionszonen sollen sich dabei nicht zu tief erstrecken und möglichst ohne die Bildung von Schichten spröder Kristallite verlaufen. Die Wärmeeinwirkung auf die zu verbindenden Werkstücke darf zu keiner störenden und nachhaltigen Herabsetzung ihrer Eigenschaften führen. Welche Änderungen auch durch kurzzeitige Wärmeeinwirkung möglich sind, wurde in Abschnitt 3. 6 und 3. 8 eingehend behandelt. Die Wahl der Lote richtet sich nach den Anforderungen, die an die mechanischen und chemischen Eigenschaften der Verbindungsstellen, an die Legierbarkeit, Diffusionsgeschwindigkeit und zulässige Temperaturbeanspruchung beim Löten gestellt werden. Man hat sich daran gewöhnt, die Lote nach ihren Schmelztemperaturen zu unterscheiden. Die unterhalb 300° schmelzenden werden als Weichlote, die oberhalb 500° schmelzenden als Hartlote be-
Verbindearbeiten
167 2
zeichnet. Die Festigkeit der Weichlote beträgt 1 bis 8 kg/mm , die der Hartlote, die noch durch Hämmern verfestigt werden können, liegt wesentlich höher. Weswegen die Weichlote, von einzelnen spröden und nicht so gut haftenden abgesehen, durch Hämmern nicht auf die Dauer kaltverfestigt werden können, ist auf die in Abschnitt 3. 8 erwähnte Rekristallisation bei Zimmertemperatur zuriickzufüliren, die bei einer Reihe von ihnen vor sich geht. Nachstehende Tabelle nach Lüpfert 1 ), neubearbeitet von W. Zitzelsberger, gibt eine gute Übersicht über wichtige Lote2)3). Die für das Löten notwendige Temperatur wird entweder durch erhitzte Metallkolben, durch Flammen, durch Induktionswärme, durch Hindurchführen der zusammenzufügenden, mit Lot versehenen Werkstücke durch Öfen oder durch Eintauchen in flüssiges Lot erreicht. Vor dem Löten müssen die zu verbindenden Metallflächen sorgfältig gereinigt und gegen Oxydation während des Auftragens des heißen Lotes geschützt werden. Das geschieht durch Behandeln der Lötflächen mit sogenannten Lötmitteln, die je nach Werkstoff und Lötart Lösungen wie Salzsäure und Zinkchlorid oder pulverförmig aufgestreute oder mit Fetten gemengte Flußmittel, d. h. leicht schmelzende und oxydlösende Salze wie Natriumborat, einige Silikate, Natriumphosphate, Ammoniumchlorid u. a. sein können. Auch Aluminium, das wegen seiner dichten Oxydhaut und hohen Wärmeleitfähigkeit dem Löten Schwierigkeiten entgegengesetzt hat, kann beispielsweise mit zink- und magnesiumhaltigen Aluminiumlegierungen und oxydlösenden Flußmitteln aus Fluoriden und Chloriden von Elementen, die unedler als Aluminium sind, hartgelötet oder mit Weichloten unter kräftigem Reiben zwecks Zerstörung der Oxydhaut oder durch Reaktionslöten beispielsweise mit Zinkchlorid bei 250 bis 300° weichgelötet werden. Da die Lötstellen wegen der oben besprochenen Forderungen an ihren Schmelzpunkt immer eine von den zu lötenden Werkstoffen abweichende Zusammensetzung aufweisen müssen, sind sie gegen korrodierende Einflüsse sorgfältig zu schützen. ') H . Lüpfert: Metallische Werkstoffe, Verlag Winter, Leipzig 1941. 225 8. ') Gute Angaben über Werkstoffe für Löten und Schweißen enthält das DIN-Taschenbuch Nichteisenraetalle, Beuth-Verlag, jeweils neueste Auflage. s ) In der Tabelle 8, die eine Übersicht über einige wichtige Lote gibt, wird unter der angegebenen Arbeitstemperatur die Temperatur verstanden, die das Werkstück an der Lötstelle mindestens haben muß, damit das Lot fließen bzw. verlaufen kann. Der Einfluß von Fließzeit und Spaltbreite auf die Festigkeit der Lot Verbindung wurde in den Arbeiten von J. Colbus: Probleme der Löttechnik in Schweißen und Schneiden 6 (1954) S. 287—296 und Sonderheft 1954 S. 140—147 näher untersucht.
168
Form- und Zustandsgebung
Tabelle 10 Ü b e r s i c h t über einige Lote. o
Nr.
Benennung
Kurzzeichen
DINBlatt
1
-
-
—
2
Wood-Metall
—
—
3
Lipowitz-Metall
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
—
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Zinnlot 8 Zinnlot 25 Zinnlot 30 Zinnlot 33 Zinnlot 40 Zinnlot 50 Zinnlot 60 Zinnlot 90
LSn LSn LSn LSn LSn LSn LSn LSn
8 25 30 33 40 50 60 90
1707 1707 1707 1707 1707 1707 1707 1707
15 16 17
Messinglot 42 Messinglot 48 Messinglot 54
LMs 42 LMs 48 LMs 54
1733 1733 1733
18
Messinglot 60
LMs 60
1733
19
Silberlot 8
LAg 8
1734
20
Silberlot 12
LAg 12
1734
21
Silberlot 25
LAg 25
1734 1735
22
Silberlot 45
LAg 45
23
Phosphorlot 8
LCuP 8 1733
Zusammensetzung %
Pb 28 Bi 36,4 Cd 5,6 Hg 30 Pb 25 Sn 12,5 Bi 50 Cd 12,5 Pb 26,7 Sn 13,3 Bi 50 Cd 10 P b 4 0 Bi 52 Cd 8 Pb 44 Bi 56 Bi 63 Cd 37 Sn 8 Sb 0,5 Rest P b Sn 25 Sb 1,7 R e s t P b Sn 30 Sb 2,0 Rest P b Sn 33 Sb 2,2 R e s t P b Sn 40 Sb 2,7 R e s t P b Sn 50 Sb 3,3 R e s t P b Sn 60 Sb 3,2 R e s t P b Sn 90 Sb 1,3 Rest P b Cu 41 bis 43 Zn mind. 56 Cu 47 bis 49 Zn mind. 50 Cu 53 bis 55 Zn mind. 44 Si 0,2 bis 0,4 Cu 59 bis 61 Zn mind. 38 Si 0,2 bis 0,4 Ag 7 bis 9 Cu bis 55 Rest Zn Ag 11 bis 13 Cu bis 52 Rest Zn Ag 24 bis 26 Cu bis 43 Rest Zn Ag 44 bis 46 Cu bis 19 Cd 18 bis 22 Rest Zn P 8 Rest Cu
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3
01
Arbeits temperat mindesten;
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c 0> CÄ e 3 to« »>w*d>r »o. ETT.IA— 4t Der licht bogen brennt unter einer Schutzsdilene oder der•IN« iSe4i^>«St*w* weifte n Preftsdiweißen 3.5 Gie&sdiweiften 4.S Gieft-Preftsdi weiften 4.4 Feuer schweißen nur von Wärme
Wärmequelle
-
-
nurranDroi 23 Kalt-PraBidiw«ifian -
-
23 Kalr-PreSidiweiB«n Fortsetzung Seite 2
Fadinormenauudwft Sdtweiflledinik im Deutsch en NormenoussdtuB
DIN 19)0 U.2 Aug. 19*4 PreuVr 2
172
Form- und Zustandsgebung 3.222 Unterpulver-Schweißen (UP-Schweißen) Der Lichtbogen brennt unter einer Pulverschicht, die ihn und das Schmelzbad abdeckt und letzteres metallurgisch beeinflußt. 3.23 Schutzgas-Lichtbogenschweißen Der Lichtbogen brennt in einem gesondert zugeführtenSchutzgas. 3.231 Atomares Lichtbogenschweißen Der Lichtbogen brennt zwischen Wolframelektroden. Lichtbogen und Schmelzfluß werden durch Wasserstoff als Schutzgas gegen Luftzutritt abgeschirmt. Der Wasserstoff überträgt außerdem durch Zerfall in seine Atome und Rückbildung von Molekülen Wärme an die Schweißstelle. Es wird Zusatzwerkstoff eingeschmolzen. 3.232 Edelgas-Lichtbogenschweißen Der Lichtbogen brennt in einer Edelgas-Schutzschicht, z. B. Argon, Helium, zwischen dem Werkstück und einer Schweißelektrode (MIG = Metall-Inertschweißen) oder einer nichtabschmelzenden Elektrode (WIG = Wolfram-Inertschweißen). Im letzteren Falle wird im allgemeinen Zusatzwerkstoff eingeschmolzen. 3.3 Widerstands-Schmclzschweißen Der Schmelzfluß entsteht durch Einwirkung von elektrischem Strom im Widerstand der zu verschweißenden Teile allein oder im Widerstand der Teile und zweier Kohleelektroden. 3.4 Aluminothermisches Schmelzschweißen Der Schmelzfluß entsteht durch unmittelbare Wärmeübertragung aus flüssigem Metall, das durch chemische Umsetzung von Aluminiumpulver und Metalloxyd gebildet wird. Das gleichzeitig gebildete Aluminiumoxyd (Schlacke) wirkt als Schutzmittel gegen äußere Einflüsse. 3.5 Gießschweißen Der Schmelzfluß entsteht durch Übergießen der zu verschweißenden Teile mit flüssigem Zusatzwerkstoff. Der Zusatzwerkstoff wird im Schmelzofen oder Schmelztiegel verflüssigt. 4 Preß-Schweißverfahren Nach Art der Erwärmung sind beim Preß-Schweißen folgende Verfahren gebräuchlich: 4.1 Gas-Preßschweißen Die Teile werden durch eine Brenngas-Sauerstoff-Flamme erwärmt.
Verbindearbeiten
173
4.11 Gas-Wulstschweißen Die gegeneinandergepreßten Teile werden auf hohe Schmiedetemperatur (bei Stahl dicht unterhalb der Soliduslinie) erwärmt und durch stetiges Stauchen vereinigt. Es entsteht ein Stauchwulst. 4.12 Gas-Abbrennschweißen Die Teile werden am Schweißstoß bis zum beginnenden Schmelzfluß (bei Stahl dicht oberhalb der Soliduslinie) erwärmt und durch schlagartiges Stauchen vereinigt. Es entsteht ein Schweißgrat. 4.2 Lichtbogen-Preßschweißen Die Wärme entsteht durch einen Lichtbogen, der kurzzeitig zwischen den Stoßflächen der Teile brennt. Die Teile werden durch schlagartiges Stauchen vereinigt. 4.3 Widerstands-Preßschweißen Die Wärme entsteht durch Einwirkung eines elektrischen Stromes im Widerstand der Teile und der Berührungsstellen (Joulesche Wärme). Der Strom wird unmittelbar zugeführt oder induktiv übertragen. 4.31 Widerstands-Stumpfschweißen Die Teile liegen mit ihren Stirnflächen aneinander. Der Strom wird über Spannbacken (vgl. Vornorm DIN 44752, in Vorbereitung) zugeführt. 4.311 Preßstumpfschweißen Die ständig unter Druck zusammengehaltenen Teile werden auf Schweißtemperatur (bei Stahl unterhalb der Soliduslinie) erwärmt. Sie werden durch stetiges Stauchen vereinigt. Es entsteht ein Stauchwulst. 4.312 Abbrennstumpfschweißen Die Teile werden an den Stirnflächen in so leichter Berührung gehalten, daß sie an der Oberfläche stetig abbrennen und über den ganzen Querschnitt aufschmelzen. Es wird flüssiger Werkstoff herausgeworfen. Das Abbrennen wird fortgesetzt, bis die Erwärmung schlagartiges Zusammenstauchen ermöglicht. Es entsteht ein scharfkantiger Schweißgrat. Erforderlichenfalls werden die Teile am Schweißstoß durch elektrische Widerstandserwärmung oder durch Fremderwärmung vorgewärmt. 4.32 Widerstands-Punkt- und Nahtschweißen Die Teile liegen flächig aufeinander oder stoßen mit ihren Stirnflächen aneinander. Der Strom wird über Druckelektroden
174
Form- u n d Zustandsgebung (Punkt- oder Rollenclektroden) oder über Druckplatten zugeführt. Die Teile werden unter Druck in einzelnen getrennten oder in sich stetig überschneidenden punktförmigen Schweißstellen vereinigt. 4.321 Punktschweißen Die flächig aufeinanderliegenden Teile werden durch einzelne getrennte Schweißpunkte vereinigt. 4.322 Buckelschweißen Die aufeinanderliegenden Teile berühren sich nur in Buckeln, Warzen oder Sicken und werden an den Berührungsstellen punktförmig vereinigt. Dabei werden die Erhebungen teilweise oder ganz eingeebnet. 4.323 Nahtschweißen Die aufeinanderliegenden oder aneinanderstoßenden Teile werden durch sich überschneidende Schweißstellen oder stetig in bandförmigen Schweißnähten vereinigt. 4.4 Aluminothemiisches Preßschweißen Die Wärme wird mittelbar durch einen flüssigen Wärmeträger übertragen. Dieser entsteht durch chemische Umsetzung von Aluminiumpulver und Metalloxyd zu Aluminiumoxyd (Schlacke) und Metall. Die zuerst aus dem Schmelztiegel ausfließende Schlacke oder ein zwischengeschaltetes geeignetes Schutzmittel mit höherem Schmelzpunkt verhindern eine tinmittelbare Berührung zwischen der Schweißstelle und dem Wärmeträger. Die auf Schweißtemperatur erwärmten Teile werden unter Druck vereinigt. 4.5 Gieß-Preßschweißen Die Wärme entsteht durch Übergießen der aneinanderliegenden Teile mit flüssigem Metall als Wärmeträger. Das Metall wird in üblicher Weise im Schmelzofen oder Schmelztiegel verflüssigt. Ein zwischengeschaltetes geeignetes Schutzmittel verhindert eine unmittelbare Berührung zwischen der Schweißstelle und dem Wärmeträger. Die auf Schweißtemperatur erwärmten Teile werden unter Druck vereinigt. 4.6 Feuerschweißen Die Teile werden im offenen Feuer oder im Ofen erwärmt und durch Hämmern, Walzen oder Pressen vereinigt.
Übersicht über Härtung
175
Das Schweißen wird nicht nur für Verbindearbeiten ausgenutzt, sondern auch zum Modellier- und Auftragsschweißen. Man kann mit seiner Hilfe — beim Löten übrigens auch —• Hohlstellen in Guß oder bearbeiteten Werkstücken auffüllen und Auftragungen vornehmen, die zur Ergänzung oder Reparatur erwünscht sind.
3. Form- und Zustandsgebung. 3.13. Übersicht über Härtung Im Rahmen dieses Buches konnten die für die Metalltechnik besonders wichtigen Sondergebiete der Form- und Zustandsgebung wie Schmelzen, Gießen, Verformung, Wärmebehandlung und Oberflächenbehandlung in zusammenhängenden Kapiteln behandelt werden. Da die gesamten Härtungsmöglichkeiten aber in verschiedenen Kapiteln verstreut besprochen werden mußten, sei noch einmal eine zusammenfassende Übersicht über dieses bedeutungsvolle Gebiet gegeben. Härtungsmöglichkeiten H ä r t u n g des g e s a m t e n W e r k s t ü c k e s . 1. Kaltverfestigung. Siehe Kapitel 3. 7. 2. Wärmebehandlung. a) Spalthärtung. Siehe Kapitel 3. 641. b) Aushärtung. Siehe Kapitel 3. 642. 3. Erstarrungslenkung. Siehe Kapitel 3. 5 H ä r t u n g der O b e r f l ä c h e . 1. Kaltverfestigung. Siehe Kapitel 3. 7 und 3.10. 2. Reine Wärmebehandlung. Siehe Kapitel 3.6 und 3.10.2. 3. Auflegieren. Siehe Kapitel 3. 6 und 3.10 23. 4. Überziehen. Siehe Kapitel 3. 10. 23. 5. Erstarrungslenkung. Siehe Kapitel 3. 5 und 3. 10. 24.
4. Schrifttum H. Borchers: Metallkunde I: Aufbau der Metalle und Legierungen. Sammlung Göschen Bd. 432. Verlag W.de Gruyter & Co., Berlin 1959.4. Aufl. 120 Seiten. Siehe Schrift Tum Verzeichnis in Band I und die Fußnoten im Vorliegenden Band II.
5. Namen- und Sachverzeichnis Abkühlungsgeschwindig- Blei 6, 8, 10, 12, 14, 22, 29, 57, 59, 62, 98, 130, keit, kritische 110 142, 157, 168 Abscheidungen aus der Bondern 158 Gasphase 4, 69, 160 Abschrecken 34, 105 bis Borchers, H. 7, 47, 85, 116, 123, 138, 145, 148, 117 151, 153, 154, 175 Affinität 27 - Borchers, B . 48 Alitieren 156 Aluminium und Alumini- Borchers, W. 27, 48 umlegierungen 6, 8, 10, Brennschneiden 164 12, 1'4, 2 6 - 3 1 , 4 1 - 4 3 , Bronze 63, 86, 98, 115 48, 51, 52, 60, 74, 79, Brünieren 158 98, 115, 116, 117, 120, 1 2 1 , 1 2 2 , 1 4 5 , 1 5 6 - 1 5 9 , t'admium 6, 8, 1 0 , 1 2 , 14, 167, 174 157 159 Anderko 42 Calziu'm 6, 8, 10, 12, 14, Anlaufen 44, 48, 49 29 Anlassen 34, 44, 107 bis Castellani 85 121. Cer 6, 8, 10, 12, 14, 97 Antimon 6, 8, 10, 12, 15, Chemische Zeichen 5 — 15 92, 98, 159 Chlor 6, 8, 10, 12, 14 A-Punkte 108,109 Chrom 6, 8 , 1 0 , 1 2 , 1 4 , 29, Arsen 6, 8, 10, 12, 14, 24 32, 40, 42, 48, 49, 63, Atomgewicht 5 — 7, 43 64, 65, 115, 157, 158, Atomradien 5 — 7 162, 103 Atramentieren 158 Colbus 167 Aufdampfen 69, 160 Croning 90 Aufkohlen 161 Curiepunkt 42, 43 Ausdehnungsbeiwerte 36, Czochralsky 1 4 4 , 1 4 7 , 1 5 2 37, 38 Aushärtung 104, 116 bis Dahl 128, 152 122, 170 Dämpfung 23 Austen 106 Austenit 47, 96, 105 bis Dampfdruck 17 Davenport 110 115 Dehlinger 128 Dehnung 10, 11, 1 9 - 2 2 Diamant 71 Bain 106 Diergarten 104 Barium 6, 8, 10, 12, 14 Diffusion 85, 86, 95, 99, Bauer 158 161 Beryllium 6, 8, 10, 12, 14, Dilatometer 37 29, 117, 122 Beständigkeit 30, 32, 46 DIN-Normen 50 — 65 Draht 69, 131 bis 49 Bildungswärme 12, 25 bis Druckabhängigkeit 4 bis 33 29, 74 Bimetall 38 Druckguß 9 1 - 9 4 Bindemetall 71 Drücken 132, 133
Duralumin 116, 121 Dürrer 119 Ehrhardt 136 Eigenschaften, chemische 5 , 1 2 , 13, 2 5 - 3 1 , 45 bis 49 - , Druck- und Temperaturabhängigkeit 4 bis 50, 1 0 4 - 1 2 2 , 125, 138 bis 154 Eigenschaften, physikalische 4 — 50 —, reale und ideale 15 Einfangquerschnitt 10, 11, 25 Einformen 100, 101 Einsatzhärten 161 Einschnürung 21, 22 Einwirkungsgrenzen 45 bis 47 Eisen 6, 8, 10, 12, 14, 18, 2 3 - 3 1 , 38, 4 0 - 4 3 , 51 bis 56, 6 3 - 6 6 , 74, 79, 9 5 - 9 7 , 100, 1 0 2 - 1 1 5 , 156-164 Eisentiegel 74 Elastizitätsgrenze 20 Elastizitätsmodul 21 Elektrische Leitfähigkeit 10, 11, 22, 23, 3 6 - 4 1 Elektrochemisches Äquivalent 12, 13, 31 Elektrolyse 4, 2 7 - 3 1 , 65 bis 69, 159 Elektrolytische Überzüge 159 Elektronen 5 Elementbildung 29, 49, 112 Elmoreverfahren 66 Eloxieren 159 Emaillieren 157 Entfestigung 22, 138 bis 3 50 Erdmann-Jesnitzer 170 Erhitzungsgeschwindigkeit 150
Namen- und Sachverzeichnis Erholung 138 Erstarrungsschrumpfung 8, 9, 36, 76, 8 1 - 8 4 Eutektikum 44, 79, 80 Faraday 31 Farbe 25, 43, 44, 48, 49 Ferrit 47, 96, 97, 102, 107 Feuerüberzüge 157 Fischer 63 Fließen 20, 128 Formgebung 4, 65 — 175 Formmarken 90, 91 Fuß 151 Gallium 17 Galvanoplastik 65, 66 Gasblasen 31 Gaslöslichkeit 12, 13, 31, 44, 76, 83, 85, 126 Gießen 4, 16, 31, 34, 73 bis 104, 126 Gießstrahl 76 Gießtemperatur 75, 84 Gießwalzmaschine 94 Gitter 5, 6, 7, 15, 23, 34, 37, 7 0 - 7 2 , 107, 119, 123, 124, 127 Gläser 78 Gleiten 45, 1 2 2 - 1 2 7 Gold 6, 8, 10, 12, 14, 25, 26, 29, 43, 47,159 Goldscheidung 47 Goerens, P . 96,146 Graf, L . 151 Graphit 92, 97 Grube, G. 66 Guinier 119 Gußeisen, siehe Eisen und • Gießen II allkonstante 23 Hanemann 100 Hansen 42 H a r d y 120 Härte, Härtung 8, 9, 19, 44, 45, 1 0 4 - 1 2 2 , 125, 1 5 9 - 1 6 4 , 175 Hartmetall 70, 71 Heal 120 Heizelemente 40 Heusler 43 H o f f 7, 128 Homogenisieren 86, 99, 116 H o o k e 21 H o r n 128 .
Inchromieren 157 Innere Reibung 18, 19, 39, 75 Iridium 6, 8, 10, 12, 14 Isothermes Vergüten 111 Jordan 138, 153, 154 Junghans 93
177
K r u p p , Fa. 48 Kugelgraphit 97 K u p f e r 6, 8, 10, 12, 14, 22, 26, 27, 29, 32, 40, 42
Lagermetall 92, 98 Legieren 75, 96, 115, 160 Ledebur 106 Iiaestner 87 Leichtmetalle siehe bei Kainz 7 AI, Mg, Be Kalium 6, 8, 10, 12, 29, Lithium 6, 9, 11, 13, 14 33 Kaltaushärtung 118 bis Lokalelementbildung siehe Elementbildung 121 Löslichkeit 28, 34, 105, Kaltmetall 23 116, siehe auch GaslösKaltsprödigkeit 22, 45 lichkeit Kaltverfestigung 125, Lösungsbestreben 28 142, 167 Löten 166 — 168 Kantenlänge 6, 7 Kathodenzers täubung 69, Lunker 8 1 - 8 4 , 126 Lüpfert 167 160 K e i m e 7 7 - 8 0 , 139 Kerbwirkung 83 Magnesium 6, 9, 11, 13, Kerne 139, 140 14, 17, 27, 29, 40, 52, Kernladungszahl 5 60, 61, 63 Kesselböden 23 Magnetische EigenschafKieselsäure 7, 9, 11, 13, ten 10, 11, 23, 42, 43 29, 74 Mangan 6, 9, 11, 13, 14, Klingenstein 91 40, 42, 43, 53, 59, 60, K o b a l t 6, 8, 10, 12, 14, 6 2 - 6 5 , 158 24, 29, 32 Mannesmann 136 Martens 106 Körber 105, 106 Kohlenstoff 6, 8, 10, 12, Martensit 1 0 6 - 1 1 5 14, 38, 53, 64, 65, 95, Masing 151 96, 103, 1 0 6 - 1 1 5 , 161, Massenwirkungsgesetz 27 162 Maurer, E. 48 Kohletiegel 74 M-B-V-Verfahren 158 Kokillen 23, 8 0 - 8 2 , 89 Messing 52, 59, 63, 104, bis 93 159 K o l b e n 23, 38, 41 Metallkeramik 7 0 - 7 3 Kolloide 67 Metallpulver 4, 7 0 - 7 3 Korngröße 7 7 - 8 1 Meyer, H . 73, 128, 134, u. s. Rekristallisation 135, 137 Kornneutiildurjg 45 Meysenburg 19 u. s. Rekristallisation Mikulla, H . 123, 151 und Gießen Molekulargewicht 6, 7 Kornwachsen 45 Molybdän 7, 9 , 1 1 , 1 3 , 1 4 , u. s. Rekristallisation 42, 48, 64, 65, 115, 163 Korrosion 2 8 - 3 3 , 40, 45 Mooshake 135 bis 49, 104, 1 5 5 - 1 6 1 , 170 Nahtlose Rohre, siehe Köster, W . 119 Rohre Kristallisationsgeschwin Natrium 7, 9, 11, 13, 14, digkeit 77 15, 33, 79, 80 Kristallsystem 5 - 7 , 1 0 6 , Neutronen 25 107
178
Namen- und Sachverzeichnis
Nickel 7, 9, 11, 13, 14, 24, 29, 31, 32, 38, 40, 42, 43, 48, 53, 59, 60, 62, 64, 65, 114, 157, 159, 163 Niebsch, G. 151 Niederschläge 4, siehe auch Elektrolyse Nipper, H. A. 73 Nitrieren 163 Normalglühen 102 Normen 50 — 65 Oberflächenbehandlung 48, 66, 69, 73, 85, 95, 155 — 164 Oberfliichenhärtung 160 bis 163 Oberllächenkräfte 72 Oberflächenspannung 8, 9 18 19 39 Oberhöger,' P . 88, 124 Oelsen 104 Ordnungszahl 5 — 7 Osmond 106 Osmotischer Druck 28 Oxyde 7, 9, 11, 13, 15, 2 5 - 3 1 , 44, 48, 49, 76, 158, 159, 167, 169
Preise 14, 15, 33 Pressen 1 2 9 - 1 3 1 Preston 119 Pulvermetallurgie 70 bis 73 Quecksilber 6, 8, 10, 12, 14, 17, 26, 29, 46, 168 Raffination 27, 29, 30, 65 Reaktorwerkstoffe 25 Reduktion 26 Reflexion.-vermögen 32 Rekristallisation 138 bis 155 Rekristallisation in situ 138 Rekristallisationsschaubild 147, 148, 152 Resistenzgrenze 45 — 47 Koeekner 137 Rohre 66, 1 3 5 - 1 3 7 Rose 110 Rotguß 63 R o t h , W. 145, 151 Rückbildung 119
Siedepunkte 8, 9, 17, 34 75 Siedewärme 8, 9 Silber 6, 8, 10, 12, 14, 26, 29, 32, 43, 47, 159, 168 Silcock 120 Silizieren 157 Silizium 7, 9, 11, 13, 15, 27, 29, 4 0 - 4 2 , 53, 58, 60, 6 3 - 6 5 , 74, 79, 95, 101, 115, 157 Silumin 79, 101 Sintern 70 - 73 Sintermetallurgie 70 — 73 Sorby 106 Sorbit 1 0 6 - 1 1 5 Spalthärtung 1 0 4 - 1 1 5 , 161
Spannungsreihe 29 Spezifische Wärme 8, 9, 17, 18 Spezifisches Gewicht, s. Wichte Sphäroguß 97 Spratzen 32 Spritzen 69, 130, 157 Spritzguß 9 1 - 9 4 , 101 Stahl, siehe Eisen Stahlhärtung 105-115, Sachs 90, 101, 128, 132, 134 161-163 Päck 92 Stangen 131 Sandform 81, 8 9 - 9 1 Palladium 7, 9 , 1 1 , 1 3 , 1 4 , Sauerstoff 7, 9 , 1 1 , 1 3 , 31, Stanzen 130 Stauchen 130 31 32, 48 Steiger 84, 94 Parkern 158 Schichtkristalle 86, 98 Stengelkristalle 80, 81 Passivierung 32, 48, 160 Schimpke 73, 128 Stickstoff 7, 9, 11, 13, Pawlek 152 Schlacken 75, 77 Pendelglühen 101 Schleudergießen 92, 94 163 Perlit 96, 97, 1 0 3 - 1 1 2 , Schmelzen 73 — 75, 77 bis Strauß 48 Stranggießen 93 124 79 Peter 110 Schmelzpunkte 8, 9, 34, Streckgrenze 20 Stromausbeuten 31 Phosphor 7, 9, 11, 13, 14, 74, 75 158 Schmelztemperatur 75 Tammann 46, 48, 142 Phosphatieren 158 Schmelzüberhitzung 75 Pilgerschritt 136 Schmelzwärme 8, 9, 73 Tantal 7, 9, 11, 13, 15 Temperguß 103 Piwowarsky, E . 22, 73, Schmieden 1 2 8 - 1 3 0 Thermit 27, 172. 75, 102, 105, 162 Schottky 104 Thermochromfarben 50 Platin 7, 9, 11, 13, 14, Schräder, A. 100 Thermocolorfarben 50 29, 42, 48 Schreckwirkung 80, 84 Thermoelemente 41, 42 Plattieren 157 Schwarzwälder 13S, 154 Schwefel 7, 9, 11, 13, 15 Thermokraft 10, 11, 41, Polieren 156 42 Schweißen 73, 131, 132, Polygonisation 138 Thum 19 Pölzguter 90 135, 136, 1 6 8 - 1 7 5 Pomp, A. 151 Seigerungen 8 6 - 8 9 , 99, Titan 7, 9, 11, 13, 15 Tonerde 7, 9, 11, 13, 15, Potential 12, 13, 2 8 - 3 2 , 126 26, 27, 29, 49, 71 4 5 - 4 9 , 75 Selen 7, 9, 11, 13 Transformatoren 43 Prägen 130 Sherardisieren 156 Trennarbeiten 164, 165 Präzisionsguß 91 Siebel 63
Namens- und Sachverzeichnis Troost 106 Troostit 1 0 5 - 1 1 3 TTT-Diagramm 110, 111
Überziehen 65, 66, 69, 156-160 Umkörnen 102 Umkristallisieren 102 Unterkühlung 7 6 - 8 0 Uran 7, 9, 11, 13, 15
Vanadium 7, 9 , 1 1 , 13, 15 Verbindearbeiten 166 bis 175 Verbrennungswärme, s. Biidungswärme Verbundguß 94, 95 Verfestigung 2 2 , 1 2 5 , 127 Verformung 4, 34, 45, 1 2 3 - 1 3 7 , 143 Vergüten 111, 113 Versetzung 127, 128 Vogel 158 Volumenänderung 6, 7, 16, 18, 3 6 - 3 9 , 8 2 - 8 5 , 88, 95
Wachsausschmelzverfah ren 91, 92 Walzen 1 3 3 - 1 3 7 Warmaushärtung 118 bis 121 Wärmeausdehnung, siehe Volumenänderung Wärmebehandlung 85 bis 87, 9 9 - 1 2 2 , 1 3 8 - 1 5 4 Wärmeleitfähigkeit 10, 11, 23, 40, 41 Warmfestigkeit 22, 23, 45, 100 Warmverformung 125, 154, 155 Wasser 7, 9 , 1 1 , 1 3 , 1 5 , 3 3 Wassermann 116 Wasserstoff 6, 8, 10, 12, 28-33 Wasserstoff Überspannung 30 Weichglühen 100, 170 Wendt 113 Werthebach 146 Wichte 5, 6, 7, 3 6 - 3 9 Widmannstätten 102 Wiester 106, 107 Wilm 117, 121 Wimmer, T. 146
179
Wismut 6, 8, 12, 15, 17, 29, 168 Wolfram 7, 9, 11, 13, 15, 42, 70 Woodmetall 168 Zeilenstruktur 124 Zementit 9 5 - 9 7 , 100 bis 108 Zentrifugalguß 92, 94 Zcrspannung 165 Ziehdüsen 131 Ziehen 1 3 1 - 1 3 2 Zink 7, 9, 11, 13, 15, 17, 29, 40, 47, 51, 5 7 - 5 9 , 62, 63, 75, 142, 157 bis 159, 168 Zinn 7, 9, 11, 13, 15, 16, 27, 29, 52, 63, 86, 98, 142, 1 5 7 - 1 5 9 , 168 Zonenkristalle 86, 98 ZTU-Schaubild 110, 111 Zugfestigkeit 19 - 2 2 , 1 0 0 , 113,121 Zunckel 93 Zustandsgebung 4, 65 bis 175 Zustandsschaubilder 35 Zwillinge 122, 123
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8 7 5 8 8 18 7 5 8 16
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Geisteswissenschaften Philosophie E i n f ü h r u n g i n die P h i l o s o p h i e v o n H. Leisegang f . 3. A u f l a g e . 1 4 5 S e i t e n . 1 9 5 7 . (281) H a u p t p r o b l e m e der P h i l o s o p h i e v o n G. Stmmel f . 7., u n v e r ä n d e r t e A u f l a g e . 1 7 7 S e i t e n . 1950.
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Geschichte der Philosophie l : D i e g r i e c h i s c h e P h i l o s o p h i e v o n W.Capelle. 1 . T e i l . V o n T h a i e s b i s L e u k i p p o s . 2., e r w e i t e r t e A u f l a g e . 1 3 5 Seiten. 1 9 5 3 . (