Auf die Kristallisation von Gusseisen

Bei den Untersuchungen erforschte man die Einwirkung von drei Gruppen der Legierungselemente auf die Kristallisation, das Gefüge und die Eigenschaften hochchromhaltigen Gusseisensorten. Die erste Gruppe umfasste Co, Cu und Ni, die keine Karbide bilden. Die zweite Gruppe stellten die aktiven Karbidbildner V und Nb dar, während die dritte Gruppe (Mn und Mo) eine Zwischenstellung einnahm. Der Gehalt von Co, Cu, Ni, Nb und Mo variierte zwischen 0 und 4%, der von Mn und V zwischen 0 und 7%.

Die Elemente Cu, Ni und Co beeinflussten die Kristallisation nicht. Bei Nb-Gehalten < 4% sanken die Liquidus- und Solidustemperaturen. Bei V > 4% begann die Bildung primärer Karbide, so dass sich die Liquidustemperatur erhöhte. Dabei wurden sowohl binäre als auch ternäre Verbindungen ausgeschieden, wodurch die Solidustemperatur sank. Molybdän erweiterte das Intervall der Umwandlung ebenfalls.

Eine wichtige Kenngröße der Legierungselemente ist ihr Vermögen, die Lage der Gusseisenzusammensetzung relativ zum Eutektikum zu ändern. Die Berechnungen zeigten, dass Nb, Co und Mo den Sättigungsgrad des Gusseisens erhöhen, während Mn, Ni und Cu keinen Einfluss auf diese Größe ausüben. Damit ist es möglich, durch die zielgerichtete Zugabe von Legierungselementen die Kristallisationsparameter und das Verhältnis zwischen den Gefügekomponenten im Gusseisen zu steuern.

 

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Verformbarkeit von GGG

Einige GGG-Sorten zeigen unter der Wirkung thermischer Spannungen während der Vorperlitschwindung bestimmte Fliessbarkeitseigenschaften. In diesem Zusammenhang ist es notwendig, die Verformbarkeit zu erforschen, um Teile aus diesem Werkstoff zu erhalten, die durch Metallformungsmethoden produziert werden.

Um die Verformbarkeit zu erhöhen, verwendete man die Elektrokontakterwärmung, wobei mit Stromstärken von 1000 A und Spannungen von 20 V gearbeitet wurde. Die Verformbarkeit bei 1123 K von normalem und verformbarem GGG erforschte man durch das Aufzeichnen der Verformung in Abhängigkeit von der Presskraft bis zum Auftreten der ersten Risse im Probekörper. Die Zusammensetzung der Gusseisensorten wurde variiert.

Die Auswertung der Messwerte ließ erkennen, dass die normalen GGG-Sorten eine geringe Verformbarkeit besitzen und bei relativ kleinen Verformungsgraden (15 bis 20%) bereits zerstört werden. Die Gusseisensorten, die über ein bestimmtes Fließvermögen verfügen, können bis zu 60% plastisch verformt werden. Damit ergibt sich die Möglichkeit, einen technologischen Prozess zur Warmverformung des Gusseisens zu erarbeiten, um in den Gussteilen vorgegebene Eigenschaften zu erhalten.

 

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Aus der Geschichte der Werkstoffprüfung

Zu den ältesten Materialprüfinstituten zählt das Franklin-Institute in Philadelphia, wo schon 1832 an einer Zugfestigkeits- Prüfmaschine erste Schadensfalluntersuchungen durchgeführt wurden. Auch 1836/37 veröffentlichten Ergebnisse stellen die ersten Publikationen über Schadensfälle dar. In diesem Institut untersuchte man im Zeitraum von 1832 bis 1836 an verschiedenen Eisensorten auch schon den Temperatureinfluss auf die Festigkeitsänderungen.

Angeregt durch den Schiffsbau errichtete der englische Ingenieur David Kirkaldy bereits 1858 in England eine Versuchsanstalt für Festigkeitsprüfungen auf kommerzieller Basis. Er war es auch, der zuerst für die Materialprüfung ein Prüfsiegel einführte.

Die erste von einer Firma eröffnete Materialprüfstelle, ist die 1863 von Alfred Krupp geschaffene „Probieranstalt“. Um diese Zeit bestand auch in Frankreich eine Versuchsanstalt. Prüflaboratorien entstanden, begründet durch den Bau der Staatsbahnen, in Österreich, Belgien, Frankreich, Preußen, Italien sowie in der Schweiz.

Besondere Beiträge zur Verwissenschaftlichung der Materialprüfung gab der preußische Eisenbahningenieur August Wöhler. Er führte um 1850 in Frankfurt (Oder) seine ersten Festigkeitsversuche durch und begann 1856 mit seinen berühmten Dauerversuchen. In dieser Zeit führte auch Ludwig Werder in einer Nürnberger Maschinenfabrik Prüfungen an Brückenteilen durch. Er wurde besonders durch die Konstruktion und den Bau einer Universalprüfmaschine für Zug-, Druck- und Biegeversuche, die er ab1852 zum Einsatz brachte, bekannt. In den Jahren von 1866 bis 1906 wurden 20 solcher Werder- Maschinen gebaut und zum Einsatz gebracht.

 

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Werkstoffprüfung im 19. und 20. Jahrhundert

Die zielgerichteten Entwicklungen zu Härtemessmethoden an Metallen haben Mitte des 19. Jahrhunderts ihren Anfang. Der Weg führte über die Bohrhärte 1851, die Schleifhärte 1884 und ein Ritzhärteverfahren nach Adolf Martens 1889. Der Schwede Johann August Brinnel entwickelt 1900den heute noch gültigen Kugeldruckversuch. Kugeldruckversuche zur Härtemessung werden ab 1907in Anwendung gebracht.

Ab 1919 kommt auch das Vorlastverfahren bei der Kegelhärtemessmethode nach dem Amerikaner Rockwell zur Anwendung. Die Engländer Smith und Sandland von der englischen Firma Vickers entwickelten das Härtemessverfahren nach Vickers, wobei die Härteprüfung mit Hilfe einer regelmäßigen vierseitigen Diamantenpyramide erfolgt. Die Mikrohärtemessung durch eine Vickers-Pyramide hat ihren Beginn um 1937.

Ein wichtiges Teilgebiet der Werkstoffprüfung ist die Metallographie. Im Anfangsstadium erfolgte die Gefügeuntersuchung mit der Lupe nach dem Bruchaussehen. Die größten Fortschritte in der Erforschung der Struktur des Eisens und des Stahls lieferten mikroskopische Gefügeuntersuchungen.

Isaak Newton, Robert Hooker und andere Gelehrten untersuchten Metalloberflächen mikroskopisch. In den Jahren 1819 bis 1822 beschäftigten sich auch Michael Faraday und Pavel Anossow mit mikroskopischen Betrachtungen von Oberflächen am Damaszenerstahl. Bis weit in die zweite Hälfte des 19. Jahrhunderts stellte die Bruchprüfung eine wichtige Untersuchungsmethode für Eisen und andere metallische Werkstoffe dar. Davon zeugen auch die Veröffentlichungen des russischen Metallurgen D.K.Tschernow.

Dass die Metallographie in den Dienst der praktischen Werkstoffprüfung und Werkstoffforschung gestellt wurde, dieses Verdienst kommt Adolf Martens zu.

 

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