Werkstoffkunde (Subject) / Metallographie (Lesson)

Gefüge, Härten, ZTU Diagramme etc.

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• Aufhärtbarkeit und Einhärtbarkeit Aufhärtbarkeit: Maß für die höchste, beim Abschrecken erreichbare Härte (abhängig vom C-Gehalt) Einhärtbarkeit: Härtetiefenverlauf bis zu einem festzulegenden Grenzwert (abhängig von Legierungselelmenten) / Maximale Einhärtbarkeit bei Stählen: 3-5mm
• Diffusionskoeffizient - Formel und Definition Maß für die Fähigkeit eines gelösten Stoffes (z.B. Kohlenstoff) sich in einem Material auszubreiten. Geringer Diffusionskoeffizient - geringe Diffusionsrate - schlechte Ausbreitung D = D0 * exp(- ∆H/RT)       [m2/s] Diffusion ist zuständig für Gitteruumformungen, deswegen bei Martensitumwandlung möglichst niedriger Diffusionskoeffizient nimmt bei steigender Temperatur zu
• Triebkraft zur Keimbildung - Formel und Definition Maß für das Verlangen eines Stoffes Keime zu bilden  ∆G ≈ (∆T)-2 Keimbildung wird mit steigender Unterkühlung ∆T einfacher -> hohe Triebkraft zur Keimbildung
• Ferrit - Kohlenstoffgehalt, Gitterstruktur, Gitterparameter Maximal gelöster Kohlenstoffgehalt: α-Ferrit: 0,02% bei 723 Grad δ-Ferrit: 0,1% bei 1493 Grad KRZ Gitterstruktur 0,236 nm 
• Austenit - Gitterstruktur, Maximaler Kohlenstoffgehalt KFZ Gitterstruktur Maximal gelöster Kohlenstoffgehalt von 2,06% bei 1147 Grad Wandelt sich unter 723 Grad in Perlit um 
• Zementit - Auftreten, Primär etc., max. Kohlenstoffgehalt Tritt als metastabile Phase in Stahl und Gusseisen auf Primärzementit: primäre Kristallisation aus der Schmelze Sekundärzementit: Ausscheidung aus dem Austenit Tertiärer Zementit: Ausscheidung aus dem Ferrit max. gelöster Kohlenstoffgehalt: 6,67%
• Ledeburit - I & II, Zusammensetzung, Temperaturabhängigkeit Ledeburit I:  51,4% Austenit und 48,6% Zementit, besteht über 723 Grad Ledeburit II: 51,4% Perlit und 48,6% Zementit, besteht unter 723 Grad Beides bei 2,06 - 6,67% Kohlenstoff
• Perlit - Zusammensetzung, Existenz 88% Ferrit und 12% Zementit (lamellare Ausscheidungen) Eutektoides Gefüge, über 4,3% als in Ledeburit 2
• Diffusionsglühen - Temperatur, Dauer, Bedeutung, 1050 - 1300 Grad (Knapp unter Soliduslinie) - bis zu 50 Stunden Beseitigung von versprödenden Phasen an den Korngrenzen Veränderung unlöslicher Gefügebestandteile Ausgleich von Kristallseigerungen Zunahme von Bruchdehnung und Zugfestigkeit
• Grobkornglühen - Temperatur, Bedeutung ca. 150 Grad über Ac3 (Langsame Abkühlung bis Ar3) Verbesserung der Zerspanbarkeit weicher Stähle (C unter 0,4%)
• Normalglühen - Temperatur, Ziel, Bedeutung, Haltezeit Haltezeit: t = 20 + halber Durchmesser in mm Ziel: gleichmäßiges feines Ferrit-Perlit Gefüge mit guten plastischen Eigenschaften (Normalgefüge) Untereutektoide Stähle: 30-50 Grad über Ac3 Linie Übereutektoide Stähle: 50 Grad über Ac1
• Weichglühen - Temperatur, Ziel, Dauer, Einschränkung Temperatur: Bei untereutektoiden knapp unter Ac1 / bei Übereutektoiden pendelnd um Ac1 Glühdauer: bis zu 100 Stunden  Ziel: weicher Gefügezustand (für Spanabhebende Bearbeitung von Vergütungsstählen nötig) Nur Stähle mit C-Gehalt größer als 0,4% (Stähle darunter neigen zum schmieren) lamellarer Zementit wird in einen körnigen überführt (eingeformter Zementit)
• Weichglühen - Varianten Zustand G: niedrige Härte für konstante Zerspanungsbedingungen Zustand BF: Behandeln auf eine bestimmte Festigkeit um schmieren zu vermeiden Zustand BG: Behandeln auf Ferrit-Perlit Gefüge durch Glühen über Ac3 und isotherme Umwandlung in Perlitstufe Zustand GKZ: behandeln auf kugeligen Zementit
• Ausscheidungen - Arten etc. C - Carbide, S - Sulfide, O - Oxide setzen sich bevorzugt auf Korngrenzen an -> geringste Keimbildungsenergie 
• Gefüge, Korngrenze, Phasengrenze, Makroskopie, Mikroskopie Gefüge: Körner (Kristalliste) die durch Korngrenzen getrennt sind Korngrenze: Änderung der kristallographischen Orientierung (Kleinwinkelkorngrenze unter 5%) Phasengrenze: Änderung vonentweder der Struktur oder chemischer Zusammensetzung Makroskopie: Gussstrukturen, Makroseigerungen, Verformungsstrukturen Mikroskopie: lokaler Gefügezustand
• Quantitative Gefüge Analyse - Kreisverfahren Zum bestimmen der Mittleren Korngröße bzw Korndurchmesser Kreis mit undefinierten Radius (A0 = π D2 / 4) [mm2] Mittlere Korngröße Ā = A0*106 / V2*(n+0,67n)   [µm2]          d = √Ā
• Quantitative Gefügeanalyse - Linienschnittverfahren Für das Bestimmen von Phasenanteilen (U=Länge, f=Volumenanteil der Phase am Gesamtvolumen) f = 1/U Σui
• Diffusionskoeffizient & Triebkraft zur Keimbildung & Definition Unterkühlung Diffusionskoeffizient: D = D0 * exp (-ΔH/RT)      [m2/s] -nimmt mit steigender Temperatur stark zu Triebkraft zur Keimbildung: ΔG ∼ (ΔT)-2       ΔT = Unterkühlung -Keimbildung wird mit steigender Unterkühlung einfacher -Unterkühlung = Entfernung von der tiefsten Temperatur, bei der die Ausgangsphase noch stabil ist
• Hebelgesetz Nur anwendbar bei binären Zweiphasengebieten (A&B)  mx = ly / lx+ly 
• Eutektische, Eutektoide & Peritektische Reaktion Eutektikum: S -> α + β Eutektoid: γ -> α + β Peritektikum: α + S -> β
• Haltepunkt & Knickpunkt Haltepunkt: Phasenumwandlung Knickpunkt: Zweiphasenbereich wird durchlaufen
• Temperaturänderung ΔT = ΔT0 * exp(-A*t/c*m)
• Spannungsarmglühen - Temperatur, Haltezeit, Ziel 550-650 Grad (unterhalb Ac1 da Festigkeit gleich bleiben soll) Haltezeit: 1-2 Stunden (Langsame Abkühlung) Ziel: Abbau von Eigenspannungen (entstehen z.B. durch ungleichmäßiges Erwärmen/Abkühlen und Formänderungen, können Rissbildung bewirken)
• Rekristallisationsglühen - Temperatur, Ziel, Ergebnis, Besonderheit 550 - 700 Grad (Hängt vom Grad der Kaltverformung und dem Ausgangsgefüge ab) Ziel: Beseitigung von Verfestigungen (Widerherstellen der Duktilität)  Ergebnis: Neugebildetes rekristallisiertes Gefüge mit gleichachsigen (äquiaxialen) Körnern und verringerter Versetzungsdichte Besonderheit: Korngröße ist von dem Verformungsgrad abhängig (niedriggekohlte Stähle mit einem Verformungsgrad zwischen 5-15% dürfen nicht rekristallisierend geglüht werden um Grobkornbildung zu verhindern)

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