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Was ist ein Whisker?

Whiskers sind haar- oder nadelförmige Metallkristalle (Einkristalle), die auf Metalloberflächen wachsen, hauptsächlich auf Zinn- (Sn) oder Zink- (Zn) Beschichtungen. Die Form hat oft einen Durchmesser von 1-2 µ und eine Länge von 1-10 µ.

Whisker wachsen spontan. Wenn die wachsenden Whisker Teile elektronischer Schaltkreise mit unterschiedlichen Potenzialdifferenzen kurzschließen wie z. B. Signal- oder Stromversorgungsleitungen oder wenn die wachsenden Whisker abreißen, streuen und in das Innere elektronischer Geräte eindringen, werden unbestimmte Teile des elektronischen Schaltkreises kurzgeschlossen, was zu verschiedenen Fehlern in den elektronischen Geräten führt.

Whisker sind mit bloßem Auge nur schwer zu erkennen und die Ermittlung der Ursache von Fehlern, die durch Kurzschlüsse aufgrund eines vorübergehenden Kontakts mit Whiskern verursacht werden, kann sich als sehr schwierig erweisen.

In den 1940er und 1950er Jahren wurden Zink (Zn) und Zinn (Sn) als Beschichtungs- und Lötmaterialien verwendet. Dies führte zu vielen Geräteausfällen aufgrund von Whiskerbildung. Die Bildung von Whiskern wurde durch die Zugabe einer kleinen Menge Blei (Pb) als Gegenmaßnahme unterdrückt, aber seit dem Jahr 2000 ist die Whisker-Bildung wieder ein Problem, da auf bleifreies Lot umgestellt wurde.

Anwendungen von Whiskern

Whisker, auch Haarkristalle genannt, haben eine schädliche Wirkung auf elektrische Geräte. Die Erforschung von Maßnahmen zur Verhinderung der Entstehung von Whiskern hat daher zur Entwicklung der Whisker-Unterdrückungstechnologie geführt.

Whisker selbst sind jedoch Einkristalle mit wenigen Defekten, was bedeutet, dass sie hochfest sind und eine sehr gute Hitze- und Korrosionsbeständigkeit aufweisen. Diese Eigenschaften werden zur Verstärkung von Keramiken, Metallen und Kunststoffverbundwerkstoffen genutzt.

Insbesondere werden sie als Verstärkungsmittel für Keramiken, die durch Mikrowellen erhitzt werden können und als Verstärkungsmittel für Hartkeramik in Schneidwerkzeugen verwendet.

Merkmale von Whiskern

Whiskers lassen sich grob in zwei Arten einteilen: echte und unechte Whisker:

Echte Whisker sind hauptsächlich Einkristalle, die auf der Oberfläche des Metalls wachsen.
Diese bestehen aus demselben Element wie das darunter liegende Metall, auf dem sie wachsen und treten bei Raumtemperatur auf. Die Whisker beginnen zu wachsen, wenn die Beschichtungsschicht auch nur einer geringen Druckspannung ausgesetzt wird. Da die auf den Beschichtungsfilm ausgeübte Spannung schwer vorhersehbar ist, ist auch die Whiskerbildung ein unvorhersehbares Phänomen.
Die Metalle, auf denen echte Whisker zu wachsen pflegen, sind Zinn (Sn), Zink (Zn) und Cadmium (Cd) und die Whisker, die auf diesen Metallen wachsen, treten bei Raumtemperatur auf. Bei hohen Temperaturen können Whisker auch in Metallen wie Silber (Ag), Gold (Au), Eisen (Fe) und Blei (Pb) auftreten.

Unechte Whisker hingegen werden oft künstlich erzeugt.
Es gibt inzwischen eine Reihe von Verfahren zur Bildung von unechten Whiskern, die als Verstärkung für Metalle und Kunststoffe verwendet werden.
Whiskers können durch Kondensation von Dampfphasen, Abscheidung aus Lösungen, elektrolytische Abscheidung, Reduktion und thermische Zersetzung gebildet werden.

In einigen Fällen wurden Whisker, die nicht aus Metall, sondern aus Siliziumkarbid oder Siliziumnitrid bestehen, als Verstärkungsmaterial als echte Whisker vermarktet.

Was ist phosphordesoxidiertes Kupfer?

Phosphordesoxidiertes Kupfer ist eine Art von reinem Kupfer mit einem Kupfergehalt von mindestens 99,9 %.

Die wichtigsten typischen Arten von reinem Kupfer sind zähes Pechkupfer, sauerstofffreies und phosphordesoxidiertes Kupfer. Phosphordesoxidiertes Kupfer unterscheidet sich von den beiden anderen oben genannten Arten von reinem Kupfer dadurch, dass dem reinen Kupfer eine geringe Menge Phosphor zugesetzt wird. Die spezifische chemische Zusammensetzung von phosphordesoxidiertem Kupfer beträgt 99,9 % Kupfer (Cu) und 0,015 % bis 0,040 % Phosphor (P).

Phosphordesoxidiertes Kupfer wird in drei Stufen hergestellt. In der ersten Stufe wird aus Rohkupfer im elektrolytischen Raffinationsverfahren elektrolytisches Kupfer gewonnen. Es folgt ein Oxidationsprozess, um Verunreinigungen zu entfernen. Schließlich wird Phosphor zugesetzt. Mit diesem Verfahren kann Sauerstofffreies Kupfer gewonnen werden.

Anwendungen von phosphordesoxidiertem Kupfer

Phosphordesoxidiertes Kupfer ist ein Stoff mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Außerdem ist es gut ziehbar, schweißbar und korrosionsbeständig. Daher ist phosphordesoxidiertes Kupfer leicht zu verarbeiten und wird in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt.

Zu den spezifischen Anwendungen von phosphordesoxidiertem Kupfer gehören Produkte der chemischen Industrie, Werkstoffe für Warmwasserbereiter, Sicherungskappen, Werkstoffe für Rohrleitungen von Klimaanlagen, Baumaterialien, Wasserkocher, Werkstoffe für die Wasserversorgung, Werkstoffe für elektrische Kühlschränke und Dichtungen. Phosphordesoxidiertes Kupfer wird auch als Schweißdraht beim Kupferschweißen verwendet.

Funktionsweise von phosphordesoxidiertem Kupfer

Das Hauptmerkmal von phosphordesoxidiertem Kupfer ist, dass im Gegensatz zu Hartpechkupfer und sauerstofffreiem Kupfer während des Herstellungsprozesses Phosphor zugesetzt wird. Dieser Phosphor wirkt als Desoxidationsmittel. Wie bereits erwähnt, wird bei der Herstellung von phosphordesoxidiertem Kupfer zunächst elektrolytisches Kupfer aus Rohkupfer durch das elektrolytische Raffinationsverfahren gewonnen. Dieses elektrolytische Kupfer enthält jedoch Sauerstoff. Wenn reines Kupfer Sauerstoff enthält, reagiert der Sauerstoff beim Erhitzen auf hohe Temperaturen mit Wasserstoff und es entsteht Wasserdampf. Bei phosphordesoxidiertem Kupfer hingegen wird dieser Sauerstoff durch Phosphor entfernt. Phosphordesoxidiertes Kupfer hat daher den Vorteil, dass auch bei hohen Temperaturen kein Wasserdampf entsteht.

Der Restphosphor in phosphordesoxidiertem Kupfer ist jedoch auch ein Nachteil. Dieser Restphosphor führt zu einer Verringerung der elektrischen Leitfähigkeit von phosphordesoxidiertem Kupfer. Vergleicht man daher die elektrische Leitfähigkeit mit der von Sauerstofffreiem Kupfer, einer Art reinem Kupfer, so ist bekannt, dass die elektrische Leitfähigkeit von phosphordesoxidiertem Kupfer nur etwa 85 % derjenigen von zähem Pechkupfer beträgt.

Phosphordesoxidiertes Kupfer hat also Vor- und Nachteile, so dass die Verwendung desselben nach seinen Eigenschaften ausgewählt werden muss.

Was ist ein Spannbetondraht?

Spannbetondrähte sind ein leistungsfähiges, hochwertiges Spannmaterial, das bei der Herstellung von Spannbeton verwendet wird. Er ist ein hochfester Draht, der in Spannbeton verwendet wird und die Eigenschaften von spannungsempfindlichem Beton verbessert, indem bei der Herstellung Druckkräfte aufgebracht werden, wodurch die Festigkeit der Betonstruktur weiter erhöht wird. Er wird verwendet, um Beton bei hohen Spannungen von etwa 80 % der Streckgrenze einzuspannen.

Wichtige Qualitätsrichtlinien sind hohe Zugfestigkeit, hohe Bruchdehnung, geringer Relaxationswert, gute Geradheit, gute Verarbeitbarkeit und gleichmäßige Qualität.

Anwendungen von Spannbetondraht

Spannbetondrähte werden zum Vorspannen von Beton verwendet, da sie 5-6 mal stärker sind als Stahlstäbe. Das Vorspannen kann durch Vorspannen oder Nachspannen erfolgen.

Sie werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, darunter Straßen- und Eisenbahnbrücken, Schwellen, Tanks, Bauwerke und Bodenanker. Sie werden auch in Brückenkonstruktionen, Gebäudefundamenten und -aufbauten, Tanks, Reservoirs und anderen Behältern sowie in Einrichtungen des Katastrophenschutzes wie Fels- und Schneeschutzbauten verwendet.

Spannbetondrähte werden auch als Kerne für Telegrafenmasten verwendet und es wurden spezielle Schneidemaschinen für PC-Drähte hergestellt, die in dringenden Fällen, z. B. bei einem Unfall, eingesetzt werden.

Arten von Spannbetondrähten

Es gibt Spannbetondrähte mit normaler Festigkeit und hochfeste Spannbetondrähte sowie unterschiedlichen Normen für dieselben.

Es gibt zwei Formen: runder Draht und unregelmäßig geformter Draht. Runde Drähte sind mit verschiedenen Klassen gekennzeichnet. Drähte der einen Klasse haben eine um 100 N/mm2 höhere Zugfestigkeit als die der anderen. Unregelmäßig geformte Drähte gibt es für normale Entspannung sowie für geringe Entspannung.

Jede Norm spezifiziert die Nennbezeichnung, den Normdurchmesser, die Nennquerschnittsfläche, die Masse pro Einheit, die Prüfspannung bis 0,2 % bleibender Dehnung, die maximale Prüfkraft, die Dehnung, den Relaxationswert und die Festigkeitsstufe. Darüber hinaus werden die Wickel-, Torsions- und Biegeeigenschaften angegeben.

Was ist hochfester Rundstahl?

Hochfester Rundstahl sind hochfeste Stahlstäbe, die in Spannbeton verwendet werden, um die Eigenschaften von spannungsempfindlichem Beton zu verbessern, indem bei der Herstellung Druckkräfte aufgebracht werden, wodurch die Festigkeit der Betonstruktur weiter erhöht wird. Sie werden verwendet, um Beton bei hohen Spannungen von etwa 80 % der Streckgrenze einzuspannen.

Der Stahl wird durch Drahtziehen geteilt und anschließend einer Hochfrequenz-Wärmebehandlung unterzogen, um die für jede Spezifikation erforderlichen mechanischen Eigenschaften zu erreichen. Anschließend wird er geschnitten, in die gewünschten Produktlängen geteilt und mit Gewinde gewalzt. Falls vorgeschrieben, werden auch die Enden bearbeitet und die Verbindung gelöst.
Für die chemische Zusammensetzung sind nur drei Elemente, P, S und Cu, vorgeschrieben.

Anwendungen von hochfestem Rundstahl

Sie werden in vielen Situationen im Bausektor verwendet. Sie sind weit verbreitet für Gründungspfähle für Gebäude, Stromübertragungsmasten, Betonmasten für Kommunikationstürme, Betonschwellen für Eisenbahnschienen, Pfähle für Abwasserkanäle, Durchlässe für kommunale Grabenkästen sowie für Brückenanwendungen.

Neben hochfestem Rundstahl mit Gewinde, die an beiden Enden mit Gewinde versehen sind, gibt es auch andere Arten von hochfestem Rundstahl, die über die gesamte Länge des Stabes mit Gewinde versehen sind. Stäbe aus hochfestem Rundstahl mit Gesamtgewinde werden hauptsächlich als Bodenanker oder als Teil von temporärem Baumaterial verwendet.

Arten von hochfestem Rundstahl

Hochfester Rundstahl ist hochfester Stahl in Stabform und wird von hochfestem Stahldraht in gewickelter Form unterschieden.

Der Form nach werden zwei Typen unterschieden: verformter Rundstahl und verformter hochfester Rundstahl. Außerdem gibt es drei Typen, die sich auf die Festigkeit beziehen. Die Vorschriften für verformten Rundstahl reichen von ø 9,2 mm bis ø 32 mm und für verformten hochfesten Rundstahl von ø 7,4 mm bis ø 13 mm. Für die mechanischen Eigenschaften geben die Vorschriften Belastungs-, Zugfestigkeits-, Dehnungs- und Relaxationswerte für 0,2 % bleibende Dehnung an. Die Relaxationswerte sind wie folgt definiert:

Der Relaxationswert ist der 1000-Stunden-Relaxationswert bei einer Belastung von 70 % der minimalen Dehnungsspannung.
Je nach Herstellungsverfahren werden drei Arten von Stäben unterschieden: gewalzte, wärmebehandelte und gezogene Stäbe. Gewalzter Stabstahl wird durch Streckbläuen hergestellt, wärmebehandelter Stabstahl durch Vergüten (manchmal mit Ziehen vor der Wärmebehandlung) und gezogener Stabstahl durch Ziehbläuen.

Hochfester Rundstahl sollte in Bereichen, in denen er durch Feuer oder Schweißen schnellen Temperaturänderungen ausgesetzt sind, mit Vorsicht verwendet werden, da die Gefahr von Materialveränderungen im Stab besteht, die zu einem erheblichen Verlust an Festigkeit und Zähigkeit führen.

Was ist eine Stahllitze für Spannbeton?

Eine Stahllitze für Spannbeton ist ein Spannmaterial, das zum Spannen von Spannbeton verwendet wird.

Es gibt drei Arten von Spannmaterial: Stahldraht für Spannbeton, d. h. hochfester Stahl mit einem Durchmesser von 8 mm oder weniger; Stahlstab für Spannbeton, d. h. hochfester Stahl mit einem Durchmesser von 10 mm oder mehr und Stahllitze für Spannbeton. Letztere zeichnet sich dadurch aus, dass sie aus mehreren miteinander verseilten Stahldrähten besteht.

Weitere Merkmale sind eine hohe Zugfestigkeit, eine hohe Bruchdehnung, ein niedriger Relaxationswert und eine gute Verformbarkeit mit guter Dehnung und Geradheit.

Anwendungen von Stahllitzen für Spannbeton

Stahllitzen für Spannbeton werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, z. B. bei Straßen- und Eisenbahnbrücken, Schwellen, Tanks, im Bauwesen und für Bodenanker.

Stahllitzen für Spannbeton erhöhen den Widerstand von Spannbeton gegen Zug, Biegung und Torsion. Mit zunehmender Anzahl der zu verbindenden Litzen steigt die Zugfestigkeit, weshalb sie häufig zur Verstärkung von Bauteilen im Bauwesen verwendet werden. In der Regel werden Stahllitzen für Spannbeton ausgewählt und verwendet, die 5-6 Mal stärker sind als das Material, dessen Widerstand verstärkt werden soll.

Arten von Stahllitzen für Spannbeton

Stahllitzen für Spannbeton werden je nach Anzahl und Stärke der miteinander zu verseilenden Stahldrähte in verschiedene Typen eingeteilt. Diese sind durch Qualitätsnormen definiert, in der die Nennbezeichnung, der Durchmesser der Standardgröße, die Nennquerschnittsfläche, die Masse pro Einheit, die Prüfspannung bis 0,2 % bleibende Dehnung, die maximale Prüfkraft, die Dehnung, der Relaxationswert und die Festigkeitsstufe angegeben sind.

Stahllitzen für Spannbeton gibt es in 2-, 3-, 7- und 19-litziger Ausführung, wobei die 7-litzige Ausführung in zwei Klassen eingeteilt wird. Die Anzahl der Litzen steigt grundsätzlich mit der Anzahl der Drähte. Grundsätzlich gilt: Je höher die Anzahl der Litzen, desto höher die Festigkeit. Aber auch die Bruchfläche und die Masse nehmen tendenziell zu. Einige Stahlgarne für Spannbeton werden auch als normalfeste bzw. hochfeste Stahlgarne für Spannbeton klassifiziert, auch wenn die Anzahl der Garne gleich ist.

Für dieselbe 15,2 mm dicke 7-litzige Stahllitze für Spannbeton beträgt die Norm für die maximale Prüfkraft bei normaler Festigkeit beispielsweise 240 kN oder mehr, während die Norm für hochfeste Stahllitzen für Spannbeton 317 kN oder mehr beträgt, was etwa dem 1,32-fachen entspricht. Auch bei den Zugfestigkeitsnormen gibt es einen Unterschied: Die Zugfestigkeit der einen Klasse ist etwa 100 N/mm2 höher als die der anderen.

Was ist Borstahl?

Borstahl (B-Stahl) ist ein Kohlenstoffstahl, denen Bor und Chrom zugesetzt werden. Den Stahlwerkstoffen zugesetzte Elemente haben verschiedene Funktionen. Bor ist ein Element, das die Härtbarkeit verbessert. Als Grundbestandteil werden etwa 0,0008 % Bor und 0,10-0,20 % Chrom zugesetzt.

Die fünf Elemente des Stahlmaterials – Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Phosphor und Schwefel – und andere Bestandteile wie Kupfer- und Nickelgehalt werden angepasst. Bei legiertem Borstahle wird der Chromanteil erhöht. Durch den Zusatz von Bor kann bei der Verarbeitung des Walzdrahtes auf eine Wärmebehandlung verzichtet werden.

Anwendungen von Borstahl

Wird häufig für Automobilteile verwendet. Insbesondere wird diese Stahlsorte häufig für Schrauben und Muttern verwendet. Borstahle werden allgemein als Alternative zu legiertem Stahl verwendet, wenn die Festigkeit nicht in dem Maße erforderlich ist, wie bei legiertem Stahl. Die Festigkeitsklassen von Schrauben bis 10.9 liegen in der Regel in dem Bereich, in dem Borstahl verwendet werden kann.

Ein Vorteil der Verwendung von Borstahle ist das Kaltschmiedeverfahren. Das Kaltschmiedeverfahren erfordert ein Glühen (Anlassen) als Teil des Wärmebehandlungsprozesses. Im Allgemeinen ist der Bearbeitungsprozess Draht – Kugelglühen – Drahtziehen – Kaltschmieden, aber bei Borstahle kann der Prozess Draht – Drahtziehen – Kaltschmieden sein.

Arten von Borstahl

In den SAE-Normen (USA) sind auch Kohlenstoff-Borstahle, Mangan-Borstahle und legierte Borstahle aufgeführt. Im Fall von 1021B steht das B nach der Nummer für Borstahle.

Es gibt viele Arten und Anwendungen von Borstahle. Sie alle werden verwendet, um den Wärmebehandlungsprozess bei der Herstellung von Bauteilen zu eliminieren oder zu verkürzen, oder um die Behandlungszeit und die Wärmebehandlungstemperatur zu reduzieren.

Um nur ein Beispiel für jeden Typ zu nennen: hautgehärteter Borstahle wird für Getriebeteile verwendet, während Borstahle für Schrauben verwendet werden. Der zähe Borstahl mit niedrigem Mo-Gehalt wird für Achsschenkelteile verwendet, da er eine teure Mo-Behandlung und Wärmebehandlung überflüssig macht, während der hochfeste Borstahle mit hoher Zähigkeit für Gestängeanwendungen eingesetzt wird.

Insbesondere bei der Verwendung von Borstahle für hochfeste Schrauben ist es notwendig, einen Stahl zu wählen, der für eine verzögerte Bruchsicherheit ausgelegt ist. Sprödbrüche können durch Wasserstoffversprödung aufgrund von von außen eindringender Feuchtigkeit auftreten, was durch Zugabe verschiedener Legierungselemente verhindert werden muss.

Was ist Chrom-Nickel-Molybdän-Stahl?

Chrom-Molybdän-Stahl wird durch Hinzufügen von Chrom und Molybdän zu gewöhnlichem Kohlenstoffstahl hergestellt. Um die Zähigkeit weiter zu verbessern, wird Nickel hinzugefügt, was zu Nickel-Chrom-Molybdän-Stahl führt. Die Legierungselemente Nickel, Chrom und Molybdän werden vor allem zugesetzt, um die Härtbarkeit und die Anlasseigenschaften zu regulieren.

Die mechanischen Eigenschaften dieser Stähle, die auch als gehärtete Stähle bezeichnet werden, werden durch Oberflächenhärtung (Wärmebehandlung, konservierendes Aufkohlen und Nitrieren) und Oberflächenpassivierungsbehandlungen wie Aufkohlen und Nitrieren verbessert.

Darüber hinaus gibt es Chrom-Nickel-Molybdän-Stähle, die einer kombinierten Behandlung aus Aufkohlung und anschließendem Vergüten unterzogen werden.

Anwendungen von Chrom-Nickel-Molybdän-Stählen

Von den sieben legierten Stahlsorten für den Maschinenbau hat der Nickel-Chrom-Molybdän-Stahl die besten mechanischen Eigenschaften. Er ist jedoch wegen des Zusatzes von teurem Nickel teuer. Die Verwendung von Nickel, Chrom und Molybdän als Elemente zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften ermöglicht eine hohe Härtbarkeit und Zähigkeit.

Da die Festigkeit durch Wärmebehandlung auf ein hohes Niveau eingestellt werden kann, wird es häufig in Flugzeugen verwendet, die hochfeste Teile benötigen. Bei großen Teilen wird es insbesondere für Triebwerksteile verwendet. Obwohl er eine der höchsten Festigkeiten unter den legierten Stählen aufweist, ist er ein schwer zu schweißendes Material. Aufgrund seiner hohen Festigkeit ist er auch schwer zu bearbeiten, z. B. durch Schneiden.

Arten von Chrom-Nickel-Molybdän-Stählen

SNCM439 und SNCM447 eignen sich aufgrund ihrer hohen Zähigkeit und geringen Masse für große Teile. Sie lassen sich auch besser einsetzen als Nickel-Chrom-Stähle.

Vor allem SNCM447 weist die beste Festigkeit und Härte aller Chrom-Nickel-Molybdän-Stähle auf. Außerdem hat er eine Streckgrenze von mehr als 930 N/mm2, was der höchste Wert unter den legierten Stählen für den Maschinenbau ist. Er wird für kleine und mittelgroße Wellen, Präzisionszahnräder und Spannzangenfutter verwendet.

SNCM 415 und SNCM 420 werden hauptsächlich für die Aufkohlung verwendet. Aufgrund ihrer hohen Zähigkeit und ihres geringen Masseeffekts eignen sie sich für große Teile: Sie werden für Spindeln, Schnecken und Keilwellen bis zu φ100 verwendet.

SNCM 616 kann sowohl für aufgekohlte als auch für zähe Stähle verwendet werden. Unter den aufgekohlten Stählen weist es eine besonders hohe Zähigkeit und den geringsten Masseeffekt auf. Außerdem besitzt er starke Selbsthärtungseigenschaften und zeigt selbst bei Teilen mit komplexer Geometrie nur geringe Maßänderungen durch die Wärmebehandlung. Allerdings ist es ein schwer zu bearbeitender Werkstoff. Er wird für starke Zahnräder, Wellen und Gussformen verwendet.

Was ist Stahlguss?

Stahlguss ist ein Ausgangswerkstoff, der geschmolzen in eine Form gegossen wird, Abkühlung und Erstarrung. Es hat eine höhere Festigkeit und Zähigkeit als Gusseisen und wird daher hauptsächlich als Teile für Maschinen und Konstruktionen verwendet, die großen Kräften ausgesetzt sind.

Zu den Merkmalen von Stahlguss-Erzeugnissen gehört die Möglichkeit, Teile mit komplexen Formen herzustellen, und sie können aufgrund der richtungsunabhängigen Struktur und der hohen Zähigkeit für Teile verwendet werden, die Stößen und wechselnden Belastungen ausgesetzt sind. Ein weiterer Vorteil ist, dass der geschmolzene Stahl direkt in einer Form hergestellt wird, was weniger Produktionsprozesse erfordert als Schmieden oder Walzen.

Der Hauptunterschied besteht darin, dass Gusseisen Graphit enthält, während Stahlguss keinen Graphit enthält. Physikalisch gesehen enthält Gusseisen mehr als 2,1 % Kohlenstoff, während Stahlguss weniger als 2,1 % enthält.

Anwendungen von Stahlguss

Stahlguss lässt sich grob in Kohlenstoffstahlguss und legierten Stahlguss unterteilen. Gussstücke aus Kohlenstoffstahl werden nach dem Glühen und Ausglühen verwendet und finden beispielsweise als Maschinenteile für Elektromotoren und Kraftwerke sowie als Teile für Schienenfahrzeuge Verwendung. Als kohlenstoffarm wird Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,2 % oder weniger bezeichnet, und niedrig legierte Stahlguss-Erzeugnisse mit verbesserter Festigkeit, Korrosions- und Verschleißbeständigkeit durch Zugabe von Mangan, Silizium, Chrom usw. werden häufig für Halterungen, Zahnräder und Teile für Kraftfahrzeuge, Schienenfahrzeuge und Baumaschinen verwendet.

Hochlegierter Stahlguss wird durch Zugabe von Nickel, Chrom, Mangan und anderen Metallen bis zu etwa 20 % hergestellt, um die Korrosions-, Hitze- und Verschleißbeständigkeit zu verbessern. Er wird für Dampfturbinengehäuse, Walzwerkswalzenrahmen und verschiedene Walzen, die hohen Temperaturen und Drücken ausgesetzt sind, sowie für Zugkupplungen, Pumpen- und Wasserradteile verwendet.

Funktionsweise von Stahlguss

Stahlguss wird in Formen gegossen, wobei das Sandgussverfahren seit vielen Jahren angewendet wird. Bei diesem Verfahren wird aus einer Holzform eine Sandform hergestellt, in die geschmolzener Stahl gegossen wird, und nach dem Abkühlen und Erstarren wird die Sandform gebrochen, um ein Stahlguss-Produkt herzustellen.

Es gibt verschiedene andere Gießverfahren. Beim Vollformverfahren wird anstelle einer Holzform eine Styroporform verwendet, wobei diese beim Gießen vollständig verschwindet. Das Wachsausschmelzverfahren, bei dem die Form aus Wachs hergestellt wird, eignet sich für Präzisionsguss. Beim Muschelformverfahren wird ein Gemisch aus Quarzsand und Kohlensäureharz erhitzt und in eine Form gegossen, die dann abgekühlt wird und eine dünne, halbschalenförmige Form bildet. Es eignet sich besonders für die Massenproduktion.

Das Verfahren zur Herstellung von Stahlguss-Produkten beginnt mit der Anfertigung einer Fertigungszeichnung, gefolgt vom Entwurf eines Gussplans, der Herstellung eines Modells, dem Formen, dem Schmelzen des Stahls, dem Gießen, dem Schneiden des Stahlgusses, der Wärmebehandlung, der Endbearbeitung der Gussteile und schließlich der Kontrolle und Verpackung.

Die Daten aus den Produktionszeichnungen werden in Gießsimulationen verwendet, um den Fluss des heißen Metalls zu optimieren, Porosität zu vermeiden, die Erstarrung sicherzustellen usw. im Voraus. Der Entwurf des Gießplans sieht Maß- und Volumenänderungen sowie Verformungen während der Erstarrung vor und optimiert die Heißmetallkanäle und den Gießvorgang. Der Wärmebehandlungsprozess ist ebenfalls wichtig: Temperatur, Zeit und Häufigkeit der Wärmebehandlung gewährleisten die metallurgische Struktur des legierten Stahls, um die vorgeschriebene Leistung zu erreichen.

Was ist C-Stahl?

C-Stahl wird im allgemeinen als SC-Werkstoff bezeichnet, wobei S für Stahl und C für Kohlenstoff steht. Er wird hauptsächlich für Maschinenteile, Fahrzeuggetriebe, Schrauben und Muttern sowie Bohrfutter und Schraubenschlüssel verwendet.

Es gibt 23 Typen, von S10C bis S58C, wobei die Zahl in der Mitte den Kohlenstoffgehalt x 100 % angibt. Je höher der Kohlenstoffgehalt ist, desto höher ist die Festigkeit, aber desto geringer ist die Zähigkeit. Im Vergleich zu legierten Stählen ist er aufgrund seiner geringeren Härte leichter zu bearbeiten.

Unter den SC-Werkstoffen werden häufig S30C bis S50C verwendet, aber während für normalen Stahl keine Spezifikationen für die chemische Zusammensetzung vorliegen, haben SC-Werkstoffe Spezifikationen für jedes Element. Auch die giftigen Stoffe Phosphor und Schwefel sind in geringerem Maße spezifiziert als bei gewöhnlichem Stahl, was das Material teurer macht.

Anwendungen von C-Stahl für den Maschinenbau

Vor der Wärmebehandlung, z. B. dem Vergüten, lässt sich Kohlenstoffstahl gut bearbeiten, sodass beim Schneiden von Zahnrädern und anderen Bauteilen die Wärmebehandlung nach dem Schneiden erfolgt. Beim Schleifen erfolgt die Wärmebehandlung nach dem Schneiden, und das Schleifen wird anschließend durchgeführt, um die Abmessungen festzulegen. Andererseits wird es nicht für Teile verwendet, die Schweißprozessen unterzogen werden, bei denen Hitze zum Einsatz kommt, da sich die Eigenschaften durch die Hitze verändern.

Es wird für mechanische Teile wie Riemenscheiben und Halterungen sowie für Zahnräder für Motoren und deren Peripherieteile verwendet. Beispiele sind Pumpen, Gebläse, Kompressoren, rotierende Wellen in Rotationsmaschinen, hydraulische Heber, Werkstoffe für hin- und hergehende Wellen, verschiedene Wellenwerkstoffe, Wellenwerkstoffe für Kugelumlaufspindeln und Trapezgewindespindeln, Schienenwerkstoffe für fahrbare Wagen, Zahnräder, Schraubenschlüssel, Rohrspanner und andere Werkzeuge.

Arten von C-Stählen für den Maschinenbausektor

Der Kohlenstoffgehalt von SC-Stahl ist mit 0,08 bis 0,6 % angegeben. Übersteigt der Kohlenstoffgehalt diesen Wert, wird der Stahl als SK-Stahl eingestuft. Bei der Herstellung von Zahnrädern kann z. B. das Aufkohlen der Zahnoberfläche im letzten Prozess die Oberfläche von Materialien mit niedrigem Kohlenstoffgehalt stärken.

Neben C werden auch Si, Mn, P und S als Bestandteile von SK-Werkstoffen angegeben. Je höher der Kohlenstoffgehalt, desto höher ist die Festigkeit, sodass Stahlwerkstoffe von S30C oder höher im Allgemeinen für hochfeste Teile verwendet werden.

SC-Werkstoffe weisen bei Raumtemperatur ein gemischtes metallurgisches Gefüge aus Perlit und Ferrit auf, und der Anteil des Perlitgefüges nimmt proportional zur Erhöhung oder Verringerung des Kohlenstoffgehalts zu. Durch Untersuchung der Metallurgie im vollständig geglühten Zustand ist es daher möglich, den Kohlenstoffgehalt des SC-Werkstoffs anhand des Anteils der perlitischen Struktur zu bestimmen. Bei dem häufig verwendeten S40C beträgt der Anteil des perlitischen Gefüges etwa 50 %.

Was ist gewalzter Stahl?

Gewalzter Stahl, auch Walzstahl genannt, ist ein Stahlblech, das durch Zerkleinern und Strecken eines Stahlknüppels durch zwei oder mehr Walzen hergestellt wird. Es ist relativ preiswert und eignet sich als Blechmaterial zum „Biegen“, „Pressen“ und zur „Blechbearbeitung“. Er wird häufig für Außenbereiche und Abdeckungen verwendet, bei denen keine mechanische Festigkeit erforderlich ist.

Gewalzte Stähle werden je nach der Temperatur, bei der sie gewalzt werden, in zwei Haupttypen unterteilt. Warmgewalzte werden als warmgewalzte Stähle (SPHC) und kaltgewalzte als kaltgewalzte Stähle (SPCC) bezeichnet.

Anwendungen von gewalzten Stählen

Je nach Verwendungszweck werden drei Arten von gewalzten Stählen unterschieden: gewalzter Stahl für allgemeine Konstruktionszwecke (SS-Werkstoffe), gewalzter Stahl für Baukonstruktionen (SN-Werkstoffe) und gewalzter Stahl für Schweißkonstruktionen (SM-Werkstoffe).

Gewalzte Stähle für allgemeine Konstruktionszwecke sind die am häufigsten verwendeten Stahlwerkstoffe, mit Ausnahme von Hauptteilen von Gebäuden und geschweißten Komponenten.

Gewalzte Stähle für Baukonstruktionen werden für Hauptstützen und große Träger verwendet, da sie eine hohe plastische Verformungsfähigkeit aufweisen.

Gewalzte Stahle für geschweißte Konstruktionen sind Stahlwerkstoffe mit ausgezeichneter Schweißbarkeit. Er wird für die Verbindung von Trägern verwendet.

Funktionsweise von gewalztem Stahl

Gewalzte Stahle sind Stahlerzeugnisse, die durch Erhitzen von Metall auf ca. 1000-1200 °C und Walzen hergestellt werden. Zu den Vorteilen des Walzens bei hohen Temperaturen gehört, dass das Walzen mit relativ geringem Kraftaufwand durchgeführt werden kann und dass die kristalline Struktur stärker wird, was zu einem zäheren Stahlprodukt führt. Andererseits haben die hohen Temperaturen auch Nachteile wie die Bildung einer Oxidschicht auf der Oberfläche durch die Bindung von Sauerstoff und den Verlust der Maßhaltigkeit.

Kaltgewalzte Stähle sind Stahlerzeugnisse, die durch Walzen bei Raumtemperatur hergestellt werden. Die Vorteile sind, dass bei Raumtemperatur eine glatte, glänzende Oberfläche erzielt werden kann und die Maßgenauigkeit hoch ist. Demgegenüber stehen Nachteile wie der hohe Kraftaufwand bei der Verarbeitung, die Möglichkeit der Kaltverfestigung und die Notwendigkeit einer Oberflächenbehandlung aufgrund der Oxidationsanfälligkeit.

Obwohl weniger verbreitet, gibt es auch das „Warmwalzen“, das eine Zwischenform zwischen Kalt- und Warmwalzen darstellt.