Nicht und Eisenmetalle kurzfassung PDF

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Summary

Ein sehr kurzer Überblick über Nicht- und Eisenmetalle.
Bezeichnungssysteme
Herstellung Gusseisenstoffe
Eigenschaften einiger Gusswerkstoffe und Nichteisenmetalle
etc.
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Description

Nicht- und Eisenmetalle •

Stahlsorten: Stähle kann man grundsätzlich in Bau- und Werkzeugstähle einteilen. • Baustähle: •

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Werkzeugstähle: • • •

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Unlegierte Baustähle: Sind sehr günstige Stähle, mit mittlerer Zugfestigkeit und sind für niedrige bis mittlere Belastungen ausgelegt. Sie werden mit den gewünschten Eigenschaften geliefert müssen deswegen nicht wärmebehandelt werden. Sind gut schweißbar. Beispiel: S235J0 Schweißgeeignete Feinkornbaustähle: Besitzen geringen Anteil an C, Cr, Ni, Cu und V. Sind gut schweißbar werden deswegen bei hochbelasteten Schweißkonstruktionen eingesetzt. Sind Alterung- und brödbruchunempfindlich. Durch termomechanische Nachbehandlungen werden sie besonders Zäh. Beispiel: S275M Automatenstähle: Durch hohen S Anteil sind sie leicht Spahnbar und besitzen einen guten spanbruch. Werden bei Drehautomaten zu Drehteilen verarbeitet. Beispiel: 10SPb20 Einsatzstähle: Geringer C Gehalt. Durch Einsetzten entsteht eine C-reiche Randschicht welche Härtbar ist. Werden meist bei Teilen genützt die außen Hart und innen zäh sein sollen. Beispiel: 20MoCr4 Nitrierstähle: Wegen Nitrieren bekommen sie eine sehr Harte verschleißfeste Oberfläche. Beispiel: 31CrMoV9 Vergütungsstähle: C-Gehalt zwischen 0,2%-0,65%, erhalten durch Vergüten eine sehr hohe Festigkeit. Sie werden meist zu dynamisch hochbeanspruchten Teilen verarbeitet. Stähle für besondere Anwendungen: • Kaltzähe Stähle: Behalten Zähigkeit auch bei tiefen Temperaturen • Nichtrostende Stähle: werden in korrosions-, hitzebeständige und warmfeste Stähle unterteilt. Werden verwendet wein eine oder eine Kombination dieser Eigenschaften verlangt wird. Stähle für Stahlblech und Druckbehälter: Stahlbleche werden in Feinstbleche (unter 0,5), Feinbelche (0,5-3) Mittelbleche (3-4,75) und Grobbleche (über 4,75) unterteilt. Beispiele: DC03, HC420LA Kaltarbeitsstähle: Können bis zu 200°C ausgesetzt sein (beim Gebrauch). Sie werden für einfache Werkzeuge wie Meißel benützt. Beispiel: X42Cr13 Warmarbeitsstähle: Können bi zu 400°C ausgesetzt sein (beim Gebrauch). Daraus werden z.B.: Pressenstempel für Strangpressen hergestellt. Beispiel: X38CrMoV5-3 Schnellarbeitsstähle: Sie werden hauptsächlich zum Spanen und Umformen verwendet. Sie könne bis zu 600°C eingesetzt werden. Beispiel: HS6-5-2

Handelsformen für Stahl: •

Am häufigsten wird Stahl in Form von Formstählen, Staberzeugnissen, Rohre, Hohlprofile, Bleche, Bänder und Drähten verarbeitet bzw. verkauft.

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Legierungen für Stahl:

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Bezeichnungssystem für Stähle: Das Bezeichnungssystem in Europa ist nach der Norm DIN EN 10027 festgelegt. Dabei bildet der 1.Teil Aufbau der Kurznamen und 2.Teil den Aufbau der Werkstoff nummern fest. • Kurznamen nach Verwendungszweck und Eigenschaft: •

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Hauptsymbole: Die Hauptsymbole bestehen aus einem Buchstaben welche die grundlegende Verwendung beschreibt und eine Zahl welche die Mechanischen Eigenschaften zeigt. Zusatzsymbole: Die Zusatzsymbole zeigen die Kerbschlagarbeit in J an Weitere Zusatzsymbole: Diese werden anhand eines + an den Zusatzsymbolen angebracht. Diese kennzeichnet besondere Eigenschaften aus.

Kurznamen nach chemischer Zusammensetzung: Man unterscheidet in 4 Untergruppen: • Unlegierte Stähle mit Mn unter 1%: Die Kurznamen setzen sich aus Hauptund Zusatzsymbolen (werden mit eine + angehängt) zusammen. Beispiel: C35E; 0,35% C-gehalt, max. S-Gehalt. • Unlegierte Stähle mit Mn ≥ 1%: Der Kurzname besteht aus: • Kennzahl für C (Kennzahl/100= C%) • Chemische Symbole der Legierungselemente in Reihenfolge nach Gehalt • Mit Faktoren Multiplizierter Gehalt dieser • Legierte Stähle mit Legierungsgehalt ≥ 5%: Der Kurzname besteht aus: • Kennbuchstabe X für „hochlegierter“ Stahl • Kennzahl für C (Kennzahl/100= C%) • Chemische Symbole der Legierungselemente • Gehalt der Legierungselemente direkt in % angegeben • Schnellarbeitsstähle: Der Kurzname besteht aus: • Kennbuchstabe HS • Gehalt der Legierungselemente (Reihenfolge W, Mo, V, Co) direkt in Prozent • Beispiel: HS6-5-2-5

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Bezeichnung durch Werkstoffnummern: • Beispiel: 1.0143 • Die erste Nummer zeugt die Werkstoff Hauptgruppe die beiden folgenden Zahlen signalisieren die Stahlgruppe und die Zusatzzahl bezeichnen zusätzliche Eigenschaften

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Eisen-Gusswerkstoffe: •

Herstellung der Eisengusswerkstoffe: • Für der Herstellung von Gusswerkstoffen werden Gießerei-Roheisen, Stahl- und Gussschrott und Kreislaufmaterialien der Gießerei (Eingüsse und Speiser der Gegossenen Stücke) verwendet. Dazu werden Legierungselemente gemischt. Legierungselemente für Eisen-Gusswerkstoffe: Ferrolegierung, Legierung aus Eisen mit hohem Anteil (z.B.: 60%) eines Legierungsmetalls. Für diese Einschmelzung gibt es mehrere Mittel: • Kupolofen (Gießerei-Schachtofen): Meist wird in diesen Gusseisen mit Lamellengrafit hergestellt. Zu den Ausgangsstoffen wird zudem Koks hinzugefügt der als Heiz- und Aufkohlungsmittel genützt wird. Zudem wird noch Kalkstein hinzugegeben da dieser die Schlackebildung fördert. Das Metall wird durch Heißluft (Wind) geschmolzen und kurz vor den Düsen schmilzt das Metall und tropft in den Herd. Das Geschmolzene Metall fließt dann in den Vorherd der als Sammler dient und durch den Siphonabfluss wird die Schmelze von leichterer Schlacke getrennt. • Heißwind-Kupolöfen: Es wird mit vorgewärmter Verbrennungsluft gearbeitet. Dadurch können höhere Temperaturen und höhere Durchsatzmengen erreicht werden. • Induktions-Tiegelofen: Wird zum Schmelzen oder Warmhalten der Schmelze genützt. Sie bestehen aus feuerfesten Tiegel auf welchen die Wassergekühlte Kupferspule gewickelt ist. Durch die Einspeisung von Wechselstrom in die Spule entsteht ein elektromagnetisches Wechselfeld welches dazu Ausgangsmaterial zum Schmelzen bringt. Durch das Wechselfeld werden zudem die Legierungselemente optimal untergemischt. • Lichtbogenöfen: Gleiches verfahren wie beim schmelzen von Stahl. Es werden Kohleelektroden eingeführt durch welche der Lichtbogen entzündet wird. Dieser schmilzt dann das enthaltene Material.

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Duplex-Verfahren: In diesen Verfahren wird das im Kupolofen eingeschmolzene Ausgangsmaterial in einen Induktionsofen umgefüllt und dort legiert. Bezeichnungssystem: • Kurznamen der Gusseisenwerkstoffe (DIN EN 1560) •

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Werkstoffnummern der Gusseisenwerkstoffe (DIN EN 1560)

Eisen-Gusswerkstoffarten: • Gusseisen mit Lamellengrafit (EN-GJL) Grauguss: Bei dieser Art von Gusseisen ist ein großer teil des Kohlenstoffs als mikroskopisch feiner, blattförmiger Grafit im Gefüge eingelagert. •

Kurzname (Beispiel) Dichte Schmelzpunkt Bruchdehnung Zugfestigkeit Schwindmaß

EN-GJL-200 7,25 kg/dm³ 1150-1250°C Ca. 1% 100-350 N/mm² 1%

Eigenschaften: Durch das Dunkle weiche Grafit und den Hellen Gefüge erscheint diese Gusseisen grau. Das Grafit bewirkt eine gute Gleiteigenschaft, Zerspanbarkeit und zudem besitzt er eine gute Schwingungsdämpfung. Durch den Hohen Kohlenstoff Gehalt (2,6%- 3,6%) ist er leicht vergießbar. Durch das Lamellengrafit wird die Zugfestigkeit und Bruchdehnung wesentlich herabgesetzt. Die Größe Der Lamellen hängt von der Abkühlgeschwindigkeit ab. Die Druckfestigkeit ist 4x so groß wie die Zugfestigkeit. Die Festigkeit ist bei einen Ferritischen Grundgefüge kleiner als bei einen Perlitischen. • Einteilung: Es wird nach der Zugfestigkeit oder der Brinellhärte eingeteilt. Dabei wird die Kennzeichnung nach Brinellhärte gewählt, wenn die Härte wesentlich ist. • Verwendung: z.B.: Ständer und Schlitten für Werkzeugmaschinen, Getriebe- und Kurbelgehäuse.

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• Kurzname (Beispiel) Dichte Zugfestigkeit Bruchdehnung Schwindmaß

EN-GJS-700-2 7,2 kg/dm³ 350-900 N/mm² 22-2% 0,5-1,2%

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Kurzname (Beispiel) Dichte Zugfestigkeit Bruchdehnung Schwindmaß

Gusseisen mit Kugelgrafit (EN-GJS): Der Grafit ist in kugliger Form in das Gefüge eingelagert • Eigenschaften: Die die Kugelige Form ist die Kerbwirkung gering. Deswegen besitzt er eine höhere Festigkeit und Bruchdehnung als Grauguss. Es ist dem Stahlguss sehr ähnlich. Durch Glühen kann die Bruchdehnung erhöht werden und durch Vergüten die Festigkeit. Werkstücke aus Kugelgrafit können zudem auch randschichtgehärtet werden. • Verwendung: Für Gussstücke die eine hohe Zähigkeit und eine hohe Festigkeit aufweisen müssen, z.B.: Zahnräder, Kurbelwellen, Pumpengehäuse, etc.

Temperguss (EN-GJMW und EN-GJMB): Temperguss enthält in der Eisenschmelze, 3% Kohlenstoff, 1% Silicium und 0,5% Mangan. Sie wird zu dünnwandigen Gussteilen vergossen. Diese Teile müssen einer langgierigen Wärmebehandlung ausgesetzt werden um ihre Sprödheit zu verlieren. Nach dem glühen kann zwischen zwei arten von Temperguss unterscheiden entkohlend geglühter (weiser Temperguss, EN-GJMW) und nicht entkohlend geglühter (schwarzer Temperguss, EN-GJMB)

• Entkohlend Geglühter Temperguss: Den Werkstücken wird in einer oxidierenden Ofenatmosphäre in einen mehrtägigen Prozess Kohlenstoff entzogen. Es bekommt Stahlähnliche Eigenschaften. 7,4 kg/dm³ Dabei werden nur 5mm entkohlt. Bei dickeren Werkstücken zerfällt das Eisenkarbid in Temperkohle. 350-550 N/mm² • Nicht Entkohlend Geglühter Temperguss: Werkstücke werden mehrere Tage in inerter 12-4% Ofenatmosphäre (Stickstoff) geglüht. Dabei zerfällt Zementit in Ferrit und Temperkohle (flockig). 1,6% • Eigenschaften: Lassen sich gut Giesen und sind wesentlich zäher als Grauguss. Schweißbar ist der Temperguss EN-GYMW-360-12. • Verwendung: Vor allem im Fahrzeugbau, Maschinenbau für z.B.: Hebel und in der Installationstechnik für Fittings und Ventilgehäusen. • Stahlguss: Bei Stahlguss werden wenig Zusatzstoff hinzugegeben die die Gießbarkeit positiv beeinflussen. • Verwendung: Aus Stahlguss werden hochbelastbare Teile gegossen wie z.B.: Turbinengehäuse, hochbelastbare Fahrzeugteile, etc. EN-GJMW-450-7

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Nichteisenmetalle: Bei diesen Metallen besitzt Eisen nicht den größten Anteil. Dabei werden sie in Leichtmetalle (kleiner als 5kg/dm³) und Schwermetalle (größer als 5kg/dm³) eingeteilt. Die reinen Metalle sind weich und für Konstruktionen ungeeignet. Zudem werden sie in Guss und Knetlegierungen unterteilt. • Leichtmetalle • Aluminium • Eigenschaften: Dichte: 2,7 kg/dm³; Niedriger Schmelzpunkt 660°C; gut umformbar, schweißbar, gießbar; Korrosionsbeständig; • Al-Knetlegierungen: Al wir dabei mit Mg, Mn, Si, Zn und Cu legiert. Sie besitzen die Festigkeit eines Baustahls (200-450 N/mm²). Die Mg und Mn Legierungen haben eine mittlere Festigkeit die durch schmieden verfestigt werden kann. Beispiel: EN AW-Al Mg3 • Aushärtbare Al-Knetlegierungen: Enthalten Mg+Si, Zn+Mg oder Cu+Mg; Sie werden nach der Formgebung gehärtet. Aus ihnen werden hochbelastbare Bauteile gefertigt.

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Beispiel: EN AW-Al Mg3 • Al- Automatenlegierungen: Haben einen Blei Zusatz. Macht sie somit kurzspanend. Al-Gusslegierungen: Überwiegend EN AC-Al Si12 (12% Silizium) im Maschinenbau eingesetzt. Sie ist gut vergießbar, mittlere Zugfestigkeit (bis 170 N/mm²) und ist korrosionsbeständig. Aus diesen Legierungen werden kompliziert geformte, dünnwandige Bauteile gefertigt die ein geringes Gewicht haben müssen. • Aushärten von Al-Legierungen: Das Aushärten wird bei einer Temperatur von 500°C durchgeführt und schließlich in kalten Wässern abgeschreckt. Die Endfestigkeit wird nicht sofort erreicht, sondern im Laufe von einigen Tagen. • Verwendung: tragende Flugzeugteile, Bootkörper. • Bezeichnung von Al-Legierungen: Durch die Norm DIN EN 573 genormt

Magnesium: • Eigenschaften: Dichte 1,8-2 kg/dm³; Metallwerkstoff mit geringster Dichte; Korrosionsbeständig; • Meistens werden Mg-Gusslegierungen eingesetzt (Beispiel: EN MC-MgAl8Zn1). Daraus werden Leichtbau-Gehäuse für Getriebe, Motoren, Maschinen etc. gefertigt. Meistens werden sie durch Druckgießen vorgefertigt und spanend nachbearbeitet. Bei der spanenden Bearbeitung von Mg können sich die Späne entzünden. Brände dürfen dabei nicht mit Wasser, sondern nur mit Feuerlöschern der Brandklasse D gelöscht werden. • Titan: • Eigenschaften: Dichte 4,5 kg/dm³; Sind leichter als Stahl sind aber dennoch Korrosionsbeständig und besitzen eine hohe Festigkeit bzw. Zähigkeit. Titan ist jedoch sehr teuer. • Unlegiertes Titan wird in der Medizin Technik Eingesetzt. Legiertes (1000N/mm²) bei hochbelastbaren Bauteilen für den Flugzeugbau. Schwermetalle • Kupfer: • Unlegiert Kupfer: In warmgewalzten Zustand gut dehnbar und weich. Durch Hämmern, Pressen oder Recken wird es hart und durch Glühen wieder weich. Kupfer besitz eine gute Leitfähigkeit für wärme und Elektrizität (wird nur von Silber übertroffen). Am wichtigsten sind die schweiß- und hartlöt Kupfersorten. Beispiel: Cu-DHP-R220 • Kupfer-Zink-Legierung (Messing): Von 5%-40% Zink. Sind Korrosion beständig und gute Gleiteigenschaft. Bei niedrigen Zn sind sie weich und bei hohen hart. Durch Kaltverfestigung kann sie eine Zugfestigkeit von bis zu 600N/mm² erreichen. Sie lassen sich gut umformen, spanen und gießen. Man fertig aus ihnen Armaturengehäuse, korrosionsbeständige Schrauben, etc. Beispiel: CuZn36Pb3 •

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Kupfer-Zinn-Legierung (Zinnbronze): Von 2%-15% Zinnanteil. Korrosionsbeständig, hohe Zugfestigkeit und gute Gleiteigenschaften. Mit höheren Zinn Anteil steigt die Festigkeit. Durch Kaltverfestigung könne sie eine Zugfestigkeit von bis zu 750 N/mm² erreichen. Aus diesen Legierungen werden Schneckenräder, Spindelmuttern, Kontaktfedern, etc. gefertigt. Beispiel: CuSn8P • Kupfer-Zinn-Zink-Gusslegierungen (Rotguss): Gut Vergießbar, korrosionsbeständig, gut spanend und besitzen eine gute Gleiteigenschaft. Sie werden zu Armaturen- und Pumpengehäusen, etc. verarbeitet. Beispiel: G-CuSn6Zn4Pb2 • Kupfer-Al-Legierungen: hohe Festigkeit, Zähigkeit, Korrosionsbeständigkeit insbesondere gegen Meerwasser aus. Sie werden im Schiffsbau und in Entsalzung anlagen verwendet. Beispiel: CuAl7Si2 • Kupfer-Nickel-Legierungen: Sind Federhart, elektrisch gut leitend, korrosionsbeständig. Besitzen eine Silberartige Oberfläche. Verwendet wir sie in: elektrischen Kontakten, Schlüsseln, etc. Die Legierung CuNi44 oder aus Konstantan besitzt einen temperaturkonstanten elektrischen Wiederstand und wird auch zu Wiederständen verbaut. Beispiel: CuNi9Sn2 Weitere Schwermetall-Legierungen: • Zinklegierungen: Erhalten meist Zusätze von Al und Cu. Sie sind besonders füpr dünnwandige Druckgussteile geeignet. Beispiel: G-ZnAl6Cu1 • Zinnlegierungen: Enthalten meist Blei und werden für Weichlote und Druckgussteilen welche sehr klein und genau sind eingesetzt. Beispiel: GD-Sn80Pb • Nickellegierungen: Kann mit Cr, Mn, Mg, Al und Be legiert werden. Je nach Legierung erhält man eine hohe Festigkeit, Elastizität, Wärme- und Korrosionsbeständigkeit. Beispiel: NiCr22Mo9Nb Bezeichnungssystem: •

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Kurzname

Numerischer Kurzname

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Legierungsmetalle: Hochschmelzende Legierungsmetalle verbessern mechanische Eigenschaften von Stählen und die Höchstschmelzenden Legierungsmetalle verbessern die Wärmefestigkeit.

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