Hans Bems . Wemer Theisen

Eisenwerkstoffe ­Stahl und Gusseisen

4. bearbeitete Auflage

ttJ Springer

Inhaltsverzeichnis

3A Grundlagen der Eisenwerkstoffe H. BERNS

A.1 Konstitution . 3 A.1.1 Reines Eisen . 5 A.1.2 Eisen-Kohlenstoff. 9

A.1.2.1 Syslem Eisen-Zementit 11 A.1.2.2 System Eisen-Graphit 13

A.1.3 Legiertes Eisen . . . . . .. 14 A.2 Gefüge . 21

A.2.1 Gleichgewichtsnahes Gefüge 26 A.2.1.1 Stahl . 26 A.2.1.2 Gusseisen . 31

A.2.2 Gleichgewichtsfernes Gefüge. 36 A.2.2.1 Formgebung .... 37 A.2.2.2 Austenitumwandlung 38 A.2.2.3 Morphologie nach Abschrecken 42 A.2.2.4 V/iedererwärmen von Abschreckgefügen 48

A.2.3 Morphologie von Zementit und Graphit 53 A.3 Wärmebehandlung . . . . . . . . . .. 57

A.3.1 Glühverfahren . 58 A.3.1.1 Wasserstoffarmglühen 58 A.3.1.2 Spannungsarmglühen 58 A.3.1.3 Weichglühen von Stahl 59 A.3.1.4 Weichglühen von Gusseisen 60 A.3.1.5 Normalglühen . 62 A.3.1.6 Temperglühen von Gusseisen 63 A.3.1.7 Lösungsglühen . 63 A.3.1.8 Diffusionsglühen . 63

A.3.2 Härten und abgeleitete Verfahren 64 A.3.2.1 Härten . 64 A.3.2.2 Anlassen . 68 A.3.2.3 Vergüten . 69

stehen die Legierungsgehalte in % A.3.2.4 Umwandeln in der Bainitstufe 70 A. 3.3 Randschichtbehandlung/Beschichtung . 71

VIII Inhaltsverzeichnis

A.3.4 Nebenwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . A.3.4.1 Thermische Nebenwirkungen .... A.3.4.2 Thermochemische Nebenwirkungen

A.4 Eigenschaften . A.4.1

A.4.2

A.4.3

A.4.4

Mechanische Eigenschaften . A.4.1.1 Beanspruchung ... A.4.1.2 Verhalten von Stahl A.4.1.3 Verhalten von grauem Gusseisen A.4.1.4 Verhalten von weißem Gusseisen Tribologische Eigenschaften A.4.2.1 Reibung . A.4.2.2 Verschleiß . Chemische Eigenschaften A.4.3.1 Nasskorrosion A.4.3.2 Hochtemperaturkorrosion Besondere physikalische Eigenschaften A.4.4.1 Magnetische Eigenschaften A.4.4.2 Wärmeausdehnung. A.4.4.3 Leitfähigkeit .....

BEisenwerkstoffe und ihre Anwendung B.1 Werkstoffe für allgemeine Verwendung

B.1.1 Unlegierte Baustähle .. H. BERNS

B.1.1.1 Eigenschaften B.1.1.2 Sorten und Anwendungen.

B.1.2 Gusseisen . W. THEISEN

B.1.2.1 B.1.2.2 B.1.2.3 B.1.2.4 B.1.2.5 B.1.2.6

Zusammensetzung von grauem Gusseisen Gusseisen mit Lamellengraphit . Gusseisen mit Kugelgraphit ... Gusseisen mit Vermiculargraphit Temperguss .

73 73 74 79 79 79 82 99

102 103 104 105 109 109 115 118 118 120 121

125 125 125

126 134 144

144 147 150 152 154

Verarbeitung und Anwendung von Gusseisen 157 B.2 Höherfeste Werkstoffe .

B.2.1 Schweißgeeignete Walzstähle H. BERNS

B.2.1.1 B.2.1.2 B.2.1.3 B.2.1.4 B.2.1.5

Feinkornstähle ... Mehrphasenstähle . Anwendung der schweißgeeigneten Stähle Leichte Stähle . Perlitische Walzstähle .

B.2.2 Stähle wärmebehandelt aus der Schmiedehitze B.2.2.1 Martensitische Stähle ... B.2.2.2 Ferritisch-perlitische Stähle .

165 165

165 168 175 182 184 184 185 188

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ß.2.3 Baustähle für B.2.3.1 Verg B.2.3.2 Höc!: B.2.3.3 Hart,

B.2.4 Gusscism für, \\1. THEISEN

B.2.4.1 Vergi 8.2.4.2 UIllW

B.3 Werkstoffe für die Ral H. ßERNS

B.3.1 Werkstoffe für B.3.1.1 Verfa, B.3.1.2 Werk: 8.3.1.3 Anwei

B.3.2 Nitrierstähle B.3.2.1 Verfal B.:3.2.2 Werks B.3.2.3 Anwel

8.3.3 Einsatzstähle 8.3.3.1 Verfall 8.3.3.2 Werk~

8.3.3.3 Anwel B.4 Werkzeuge für die Min \V. TI-IEISEN

8A.l

B.4.2 8.4.3

BA.4

ß. 4.4.3 Verbuu B.5 \Verkzcug(' für die Wt'rU \~1. THEISEN

n.5.1 Kaltarbt'itswt'rk n.5.Ll EigelL'it n.5.!.:? Bt'St'hitl B.5.1.3 AU"'t'lI

B.5.2 \Vcrkzl'n~l' fiir (h B.!i.3 \Vannllrht'itswt'r

B.5.3.1 Eigt·lI.

Beanspruchung 8.4.1.1 Rartp, ß.4.1.2 Meta!! \Vcl'kzeuge aus Gegossene Wer. B.4.3.1 Perlit' B.4.3.2 Ledp.b 8.4.3.3 Marlt' Beschichtete \\' BA.4.1 A11ftra B.4.4.2 P11-ß('

~

73 ·enwirkungen 73 1e Nebenwirkungen 74

79 m 79

79 tahl 82 rauem Gusseisen 99 reißern Gusseisen 102 ;en 103

104 105 109 109

rkorrosion 115 Eigenschaften 118 genschaften 118 uJlg. 120

121

dung 125 ,ndung 125

125

126 iVend ungen . 134

144

mg von grauem Gusseisen 144 Lamellengraphit . 147 Kugclgraphit . 150 Vermiculargraphit . 152

154 nd Anwendung von Gusseisen 157

165 .ähle 165

165 ,hle 168 r schweißgeeigneten Stähle 175

182 .zstähle 184 a.us der Schmiedehitze 184 Stähle 185 tische Stähle 188

Inhaltsverzeichnis IX

B.2.3 Baustähle für durchgreifende Wärmebehandlung 190 B.2.3.1 Vergütungsstähle . 190 B.2.3.2 Höchstfeste Stähle 200 B.2.3.3 Harte Stähle 204

B.2.4 Gusseisen für durchgreifende \Värmebehandlung 207 W. THEISEN

B.2A.1 Vergüten 207 B.2A.2 Umwandlung in der Bainitstufe / ADI . 208

B.3 Werkstoffe für die Randschichtbehandlung . 217 H. BERNS

B.3.1 Werkstoffe für das Randschichthärten 217 B.3.1.1 Verfahrensaspekte des Randschichthärtens 217 B.3.1.2 Werkstoff und Randschicht 219 B.3.1.3 Anwendungen 223

B.3.2 Nitrierstähle 224 B.3.2.1 Verfahrensaspekte des Nitrierens 224 B.3.2.2 Werkstoff und Randschicht 228 B.3.2.3 Anwendungen 232

B.3.3 Einsatzstähle 234 B.3.3.1 Verfahre!1saspekte des Einsatzhärtens 234 B.3.3.2 Werkstoff und Randschicht 241 B.3.3.3 Anwendungen 246

BA Werkzeuge für die Mineralverarbeitung . 251 W. THEISEN

BA.l Beanspruchung und Werkstoffkonzepte . 251 BA.l.1 Hartphasen . 252 BA.1.2 Metallmatrix 254

BA.2 Werkzeuge aus warmgeformtem Stahl 256 B.4.3 Gegossene Werkzeuge 259

BA.3.1 Perlitischer Hartguss. 260 BA.3.2 Ledeburitisch-martensitische Gusseisen 260 BA.3.3 Martensitische Chromgusseisen . 261

BAA Beschichtete Werkzeuge 264 B.4A.1 Auftragschweißen 264 B.4.4.2 PM-Beschichten 267 BA.4.3 Verbundgießen 270

B.5 Werkzeuge für die Werkstoffverarbeitung . 273 W. THEISEN

B.5.1 Kaltarbeitswerkzeuge 274 B.5.1.1 Eigenschaften 277 B.5.1.2 Beschichtete Werkzeuge 283 B.5.1.3 Anwendungen von Kaltarbeitswerkzeugen 288

B.5.2 Werkzeuge für die Kunststoffverarbeitung 292 B.5.3 Warmarbeitswerkzeuge . 294

B.5.3.1 Eigenschaften 294

X Inhaltsverzeichnis

B.5.3.2 Anwendungen . B.5.4 Werkzeuge für die spanende Bearbeitung

B.5.4.1 Eigenschaften B.5.4.2 Anwendungen

B.6 Chemisch beständige Werkstoffe H. BERNS

B.6.1 Allgemeine Hinweise B.6.1.1 Legierungskonzept B.6 .1.2 Matrixeigenschaften

B.6.2 Nichtrostende Stähle . B.6.2.1 Eigenschaften B.6.2.2 Anwendung.

B.6.3 Hitzebeständige Stähle. B.6.3.1 Eigenschaften B.6.3.2 Anwendung.

B.6.4 Gusseisen . B.6.4.1 Ferritische Gusseisen B.6.4.2 Austenitische Gusseisen B.6.4.3 Weiße Gusseisen / karbidreiche Stähle

B.7 Warmfeste Werkstoffe H. BERNS

B.7.1 Eigenschaften. B.7.1.1 Normalgeglühte und vergütete Stähle B.7.1.2 Austenitische Stähle B.7.1.3 Gusseisen ..

B.7.2 Anwendungen ..... B.7.2.1 Dampfkraftwerk B.7.2.2 Gasturbine B.7.2.3 Lebensdauerabschätzung B.7.2.4 Petrochemie B.7.2.5 Ventile

B.8 Funktionswerkstoffe ... H. BERNS

B.8.1 Weichmagnetische Werkstoffe B.8.2 Hartmagnetische Werkstoffe. B.8.3 Nichtmagnetisierbare Werkstoffe B.8.4 Werkstoffe mit besonderer Wärmeausdehnung. B.8.5 Werkstoffe mit Formgedächtnis B.8.6 Heizleiterlegierungen .

C Anhang C.l Bezeichnung von Stahl und Gusseisen W. THEISEN

C.l.l Regelwerke . C.1.2 Bezeichnung für Stahl und Stahlguss

297 300 301 304 309

309 309 311 317 319 332 337 337 340 342 343 344 346 349

352 352 358 360 361 361 362 363 365 366 369

369 373 374 375 378 380

383 383

383 384

U L H S<

C.1.3 Bezeichnung C.2 Zur Geschichte des 1 H. BCRNS

C.2.1 Vom Renn- z C.2.2 Die Ausbreitt C.2.3 GlIsseisen un( C.2.4 Flussstahl. C.2.5 Eisenwerkstof

C.3 Schriftumsangaben z

Schlagwortverzeichnis

Liste der Legierungs- und

XI Inhaltsverzeichnis

. . . . . . . . . 297 . . . :300

. :301 ........ 304

. :309

......... 309

......... :309 .......... 311

..... :)17 ...... 319

........... 3:32 .. :3:37

· 337 · ;340 · :342 · ;343 · :344 · :346 · :349

· 352 · :3G2 · 358 · :360 · 361 · :361 · 362 · 363 · 365 · 366 · 369

· 369 · 373 · 374 · 375 · 378

380

383 · 383

· 383 .384

Unlegierte Stähle . 386 Legierte Stähle. . . 386 Hochlegierte Stähle 387 Schnellarbeitsstähle 387

C.1.3 Bezeichnung von Gusseisen 388 C.2 Zur Geschichte des Eisens . 392 H. BERNS

C.2.1 Vom Renn- zum Schachtofen 392 C.2.2 Die Ausbreitung der Eisengewinnung . 395 C. 2.3 Gusseisen und Frischfeuer 395 C.2.4 Flussstahl . 397 C.2.5 Eisenwerkstoffe . 397

C.3 Schriftumsangaben zu Bildern und Tabellen . 400

Schlagwortverzeichnis 403

Liste der Legierungs- und Begleitelemente 415