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Fachbereich Maschinenbau6. Strukturgleichgewichte6.1 Phasenumwandlungen (PU)a) PU flüssig-fest:
Erstarrung = Kristallisation
Reines Blei (Pb) bei sehr langsamer Abkühlung
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Fachbereich MaschinenbauKeimzahl
Homogene Keimbildung= EigenkeimbildungHeterogene Keimbildung= Fremdsubstanzen
erleichtern dieUnterkühlung T Keimbildung durch
vorhandene Oberfläche
Feinkörniges Gefüge- rasche Abkühlung- Impfen der Schmelze
(Kornfeinung)
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Fachbereich MaschinenbauKeimbildungs-arbeit
a) homogene Kimbildungb) heterogene Keimbildung
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Fachbereich Maschinenbau
Aluminium
Gußblockerstarrung
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Fachbereich Maschinenbau
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Kristallseigerung (=Kornseigerung)= Konzentrationsunterschied (KU) im Kristallit (Korn)
Blockseigerung= KU im Block (C, P, S diffundieren in Blockmitte)
Gußgefügequerschnitt AlMg5
Gasblasen
Lunker
Einschlüsse
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Fachbereich Maschinenbau
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Kristallisationsfront
- stabile Kristallisationsfront - instabile Kristallisationsfront- positiver Temperaturgradient - negativer Temperaturgradient- planares Kristallwachstum - dendritisches Kristallwachstum
Dendriten
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Fachbereich Maschinenbau
6.1 Phasenumwandlungen (PU)
b) PU fest-fest:
- polymorphe Umwandlung(z.B. Austenit Ferrit)
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Fachbereich Maschinenbau- martensitische Umwandlung(z.B. Austenit Martensit)
- eutektoider Zerfall(z.B. Austenit Perlit)
C auf Oktaederlücken
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Fachbereich Maschinenbau
Prof. Dr.-Ing. Uwe ReinertAbteilung Maschinenbau6.1 Phasenumwandlungen (PU)
c) Thermische Analyse= Aufnahme von Abkühlkurven unterschiedlicher
Zusammensetzungen eines Systems zum Zweck derEntwicklung des Zustandsdiagrammes
reines Pb
reines Fe99
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Fachbereich MaschinenbauThermische Analysedes Zweistoffsystems Cu-Ni
- binäres System aus den Komponenten Cu und Ni- System mit vollständiger Mischbarkeit der
Komponenten im flüssigen und festen Zustand
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Fachbereich Maschinenbau6.2 Grundtypen binärerZustandsdiagramme
a) Vollständige Mischbarkeit derKomponenten A und B imfesten und flüssigen Zustand
Beispiele:Cu-NiAg-AuAu-PtCo-Ni
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b) Vollständige Mischbarkeit derKomponenten A und B imflüssigen und vollständige Un-mischbarkeit im festen Zustand
Beispiele:Pb-Sb , Al-SiAl-Be , Pb-Sn
Kristallgemische
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Fachbereich Maschinenbau
c)Vollständige Mischbarkeit der Komponenten A und B imflüssigen und teilweise Mischbarkeit im festen Zustand
Beispiele:Ag-CuAl-Cu
Mischungslücke
System mit Eutektikum
Kristallgemische
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Fachbereich Maschinenbau
d)Vollständige Mischbarkeit der Komponenten A und B imflüssigen und teilweise Mischbarkeit im festen Zustand
Beispiele:Ag-PtCd-Hg
Mischungslücke
System mit Peritektikum
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Fachbereich Maschinenbaue) Intermetallische Phase
Beispiele:Cu-SnFe-C
Gefügerechteck
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Real-Diagramme
Cu-SnFe-C
SiO2-Al2O3
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Fachbereich MaschinenbauWichtige Begriffe:
- Liquiduslinie, Soliduslinie- Eutektikum, Eutektoid - Intermetallische Phase- Eutektikale- Segregatlinie
Wichtige Regel:
- Hebelgesetz- Konode
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Fachbereich Maschinenbau
Metastabiles System (Fe-Fe3C)
Stabiles System (Fe-C)
Kohlenstoff gebunden als Fe3C elementar als Graphit (C)
Primärausscheidung (aus Schmelze)
Primärzementit Graphit
Sekundärausschei- dung (aus -MK)
Sekundärzementit Temperkohle
Bruchfläche hell dunkel
Erstarrunsart weiß grau
Gefördert durch Vorhandensein von Carbidbildnern (z.B.: Mn, Cr, Mo)
Vorhandensein von carbidzerlegenden Elemente (z.B.: Si, Ti, Al)
Abkühlung rasch sehr langsam
Praktische Bedeutung
Stahl, Hartguß (weißes Gußeisen), weißes Roheisen
graues Roheisen
graues Gußeisen, Temperguß
6.3 Eisen-Kohlenstoff-Diagramm
Metastabiles System - Stabiles System
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Fachbereich Maschinenbau6.3 Eisen-Kohlenstoff-Diagramm
durchgezogene Linien: metastabiles System Fe-Fe3Cgestrichelte Linien: stabiles System Fe-C
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Einteilungder EisenwerkstoffeStahl C < 2,06% (metastabil):- warm- und kaltumformbar- legiert mit z.B. Mn, Cr, Mo, Ni- aus Schmelze zu Blöckengegossen
Qualität und Form durch:- Formgebungsverfahrenz.B. Walzen, Ziehen, Pressen
- Wärmebehandlungz.B. Glühen, Härten, Vergüten
Gußeisen C > 2,06% (metastabil):- weder kalt- noch warmumformbar- hart, spröde 110
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Fachbereich Maschinenbau6.4 Wichtige Eisen-Kohlenstoff-Gefüge
LedeburitPerlit
Eutektoide Umwandlung
MetastabilesSystem
Fe - Fe3C
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Fachbereich MaschinenbauAusgewählte Gefüge MetastabilesSystem Fe - Fe3C
I Untereutektoider Stahl (0,4%C)
III Untereutektisches Gußeisen (3,0%C)
II Übereutektoider Stahl (1,2%C)
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GefügeschliffbilderUntereutektoider unlegierter Stahl (< 0,8%C)
Übereutektoider unlegierter Stahl (> 0,8%C)
Eutektoider unlegierter Stahl (0,8%C)
MetastabilesSystem Fe - Fe3C
Perlit
Perlit tiefgeätzt
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Gefügeschliffbilder
Untereutektisches Gußeisen (< 4,3%C)
Übereutektisches Gußeisen (> 4,3%C)
Eutektisches Gußeisen (4,3%C)
Ledeburit
MetastabilesSystem
Fe - Fe3C
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Prof. Dr.-Ing. Uwe ReinertAbteilung MaschinenbauGefügeschliffbilder
GGG Gußeisen mit Kugelgraphit (3,5 - 5%C)
StabilesSystem Fe - C
+Metastabiles
System Fe - Fe3C
StabilesSystem Fe - C
Graphit
Ferrit
GraphitFerritPerlit
GGL Gußeisen mitLamellengraphit
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Berechnung von GefügebestandteilenGleichgewichte einer Legierung mit 1,5 Masse-% C bei verschiedenen Temperaturen
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Fachbereich MaschinenbauBerechnung von GefügebestandteilenAufgabe 1: Wieviel Prozent Zementit und Ferrit enthält das Eutektoid
Perlit?
Aufgabe 2: Wieviel Prozent zerfallene -Mischkristalle und Zementitenthält das Eutektikum Ledeburit?
Aufgabe 3: Wieviel Prozent Ferrit und Perlit enthält ein Stahl mit0,25% C?
Aufgabe 4: Wieviel Prozent Sekundärzementit und Perlit enthält einStahl mit 1,5% C?
Aufgabe 5: Wieviel Prozent zerfallene -Mischkristalle, Sekundär-zementit und Ledeburit enthält ein Gußeisen mit 2,5% C?
Aufgabe 6: Wieviel Prozent Primärzementit und Ledeburit enthält einGußeisen mit 5,0% C?
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Fachbereich MaschinenbauProf. Dr.-Ing. Uwe ReinertAbteilung Maschinenbau6.5 Einfluß von Legierungselementen
C Härte Zugfestigkeit bis 0,8% C, dann wegen
Fe3C auf Korngrenzen Kerbschlagzähigkeit Bruchdehnung Warmformbarkeit bis bei 2% C die
Grenze der Schmiedbarkeit erreicht ist Kaltformbarkeit bis bei 0,8% C die
Grenze erreicht ist Schweißbarkeit gut bis 0,25% C Zerspanbarkeit , Ausnahme wenn C als
Graphit vorliegt Härtbarkeit ab 0,3% C, Abschreckhärte
bis 0,8% C, dann wegen Restaustenit 118
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Einfluß andererLegierungs-elemente
Austenit-BildnerNi-C-Co-Mn-N:Niccomann läßt
Gamma ran
- Feld schnürt ein
- Feld öffnetsich vollständig
- Feld eng durchintermetallischePhasen begrenzt
- Felderweitert sich
Ferrit-BildnerCr-Al-Ti-Ta-Si-Mo-V-W:
Craltitasimovw frißt Gamma auf
I. II.
III. IV.
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Fachbereich Maschinenbau
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- Stahl bleibt beiErwärmung ferritisch,
- warmfest,- besondere magnetischeEigenschaften,
- nicht abschreckhärtbar,- neigt zu grobem Korn,- z.B. ferritische Chromstähle
- austenitischer Stahl,- nicht magnetisierbar,- niedrige Streckgrenze,- große Zähigkeit,- hohe Verfestigung durchKaltverformung,
- hochwarmfest,- nicht abschreckhärtbar,- z.B. Chrom-Nickel-Stähle
- Ausscheidungshärtung- z.B. höherfeste, schweißbareFeinkornstähle
- C als wichtigstesLegierungselement
- magnetisch- abschreckhärtbar- hohe Härte- hohe Streckgrenze- hohe Zugfestigkeit- z.B. Kohlenstoffstähle
I. II.
III.
IV.
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