Lehrbuch der Metallkunde des Eisens und der Nichteisenmetalle

Gegenstand und Methodik der Metallkunde.- Erster Teil. Allgemeine Metallkunde..- A. Der metallische Zustand, unabhängig von Legierungsbildung.- I. Das allgemeine Zustandsdiagramm für Einstoffsysteme. Polymorphismus.- II. Fluide Aggregatzustände.- a) Die Metalle im gasförmigen Zustand (Molgewicht, Gleichgewicht mit kondensierten Phasen).- b) Die Metalle im flüssigen Zustand (Dichte, Oberflächenspannung, innere Reibung, elektrisches Leitvermögen, Konstitution).- III. Kristallisierte Aggregatzustände.- a) Die Entstehung kristallisierter Metallkörper.- 1. Der Übergang der Metalle vom flüssigen in den kristallisierten Zustand.- ?) Die Entstehung von Kristallhaufwerken (Anisotropie, Quasiisotropie, Kernzahl, Kristallisationsgeschwindigkeit, Orthotropie, Dendriten).- ?) Die Entstehimg von Einkristallen aus der Schmelze.- 2. Änderung der Eigenschaften beim Übergang vom flüssigen in den festen Aggregatzustand (Volumen, elektrische Leitfähigkeit, optische Eigenschaften, Gleichgewichtsfunktionen).- 3. Weitere Möglichkeiten der Entstehung fester Metallkörper.- ?) Kondensation von Gasen.- ?) Synthetische Metallkörper (Reduktion von Metalloxyden. Pressen von Metallpulvern).- ?) Herstellung fester Körper durch Elektrolyse.- 4. Änderung der Unterteilung in polykristallinen Metallkörpern (Umwandlungen, Glühen synthetischer und elektrolytischer Metallkörper, Bearbeitung und Glühen).- b) Der Kristallbau der Metalle. Röntgenographie.- 1. Kristallbau und Raumgitter.- 2. Röntgenstrahlen und ihre Erzeugung.- 3. Die Interferenz der Röntgenstrahlen.- 4. Die Methoden der röntgenographischen Raumgitterbestimmung.- ?) Experimentelle Möglichkeiten und Anordnungen (Laue-, Drehkristall-, Debye-Scherer-Verfahren).- ?) Auswertung aus geometrischen und Intensitätsverhältnissen (Quadratische Form, Bedingtheit der Intensitäten) 34 ?) Beispiel der Auswertung einer Debye-Aufnahme eines regulären Raumgitters.- 5. Ergebnisse der Raumgitterbestimmung an reinen Metallen.- 6. Die Bestimmung der Orientierung von Kristallen.- ?) Röntgenmethoden.- 1. Einkristalle.- 2. Ausgezeichnete Orientierungen in Haufwerken (einfache, mehrfache, beschränkte Faserstruktur).- ?) Weitere Methoden zur Bestimmung der Orientierung von Kristalliten.- 7. Korngrößenbestimmungen.- ?) mittels Röntgenstrahlen.- ?) mit dem Mikroskop.- c) Die physikalischen Eigenschaften des metallischen Festkörpers und Weiteres zu seiner Konstitution (Gitterkräfte, Kompressibilität, Elektronen, elektrische und Wärmeleitfähigkeit, Thermoelektrizität, Kinetik, spezifische Wärme, Ausdehnung).- d) Die mechanischen Eigenschaften des metallischen Festkörpers.- 1. Allgemeine Übersicht (Elastizität, Hookesches Gesetz, Plastizität, Gleitebenen, allgemeine natürliche Festigkeitsbegriffe, konventionelle Festigkeitsbegriffe).- 2. Die Begriffsfestsetzungen der konventionellen mechanischen Materialprüfung.- ?) Statische Beanspruchungen.- 1. Der Zugversuch.- 2. Der Stauchversuch.- 3. Der Biegeversuch.- 4. Der Torsions versuch.- 5. Die Härteprüfung.- ?) Dynamische Beanspruchungen.- 1. Der Schlagbiegeversuche (Kerbschlagversuch).- 2. Der Schlagzerreißversuch.- 3. Der dynamische Stauchversuch.- 4. Die Schlaghärte.- 3. Die experimentellen Hilfsmittel der mechanischen Materialprüfung.- Zerreißmaschinen, Universalmaschinen.- Vorrichtungen zur Krafterzeugung und -übertragung.- Vorrichtungen zur Kraftmessung.- Vorrichtungen zur Messung der Formänderungen.- Spezielle Prüfmaschinen, u. a. Härteprüfmaschinen, Kerbschlaghämmer.- Die Eichung der Maschinen.- 4. Rationelle Festsetzung und Diskussion der Festigkeitsbegriffe der Materialprüfung.- ?) Zusammenhang der konventionellen und natürlichen Festigkeitsbegriffe.- ?) Einführung der wahren Spannungen zur Analyse des Zugund Stauchversuches.- ?) Analyse der Härte.- ?) Analyse des Kerbschlag Versuches.- 5. Allgemeine physikalische Analyse der mechanischen Eigenschaften.- ?) Die Kohäsion und Bruchgefahr des nichtplastischen Körpers.- ?) Formänderungswiderstand und Kristallstruktur in quasiisotropen Körpern.- 1. Härte und Kristallstruktur.- 2. Die Plastizitätsbedingung.- ?) Die Verformung der Einzelkristalle.- ?) Die Verformung polykristalliner Körper und der Einfluß der Korngrenzen, Fließfiguren.- ?) Die Verfestigung.- 1. Unmittelbare gittergeometrische Deutung.- 2. Mit der Verfestigung verbundene Änderungen der physikalischen Eigenschaften verformter Metalle.- ?) Die inneren, insbesondere die Heynschen Spannungen.- ?) Die Vorgänge beim Anlassen verfestigter Metalle auf höhere Temperaturen (Rekristallisation, Kristallerholung).- ?) Vollständige Theorie von Verfestigung und Rekristallisation (Kinetische Theorie).- ?) Die Abhängigkeit der mechanischen Eigenschaften und Ver-formungsvorgänge bei Metallen von der Temperatur (Kalt- und Warmverformung).- 6. Komplexe Festigkeitseigenschaften.- ?) Dauerfestigkeit.- 1. Die elastische Nachwirkung und Hysteresis.- 2. Dauerfestigkeit bei Wechselbeanspruchung.- 3. Dauerstandfestigkeit, insbesondere bei höheren Temperaturen.- ?) Der Widerstand der Metalle gegen Abnutzung.- B. Mehrstoffsysteme mit Metallen.- I. Zustandsdiagramme, Kristallbau und Eigenschaften von Mehrstoffsystemen, insbesondere von Legierungen.- a) Zustandsdiagramme und Kristallisationsvorgänge.- 1. Vorbereitende Gesetzmäßigkeiten zur Gleichgewichtslehre (Phasengesetz).- 2. Das Zustandekommen von Zustandsdiagrammen, die einfachen binären Diagramme mit und ohne Phasenänderungen der Komponenten bei Löslichkeit, Unlöslichkeit, teilweiser Löslichkeit, Einfluß des Druckes.- 3. Ableitung der Gleichgewichtsgefüge von Zweistoff systemen im festen Zustand aus den Zustandsdiagrammen (Eutektikum, Mischkristalle, Eutektoid, Peritektikum, Realdiagramme).- 4. Quantitative Beziehungen in Zweistoffsystemen.- 5. Der Einfluß von Geschwindigkeitsfaktoren bei der Einstellung von Zuständen (Aussagen von Zustandsdiagrammen über Nichtgleichgewichtszustände).- ?) Metastabile Kristallarten (Al-Zn-, Zn-Sb-, Al-Sb-Legie-rungen, Hinweis auf Ee-C-Legierungen).- ?) Metastabile Konzentrationseinstellungen (Kristallseigerung, Blockseigerung, umgekehrte Blockseigerung).- ?) Metastabile Kristallitengroßen.- 6. Spezifische Geschwindigkeitsgrößen bei Phasenumwandlungen in Mehrstoffsystemen (Kristallisationsgeschwindigkeit, Kernzahl, Reaktionsgeschwindigkeit, Diffusionsgeschwindigkeit).- 7. Dreistoffsysteme:.- ?) Graphische Darstellung der Zusammensetzung.- ?) Gleichgewichte ohne Umwandlungen der Komponenten.- ?) Gleichgewichte bzw. Zustandsänderungen, welche mit solchen der reinen Komponenten zusammenhängen.- ?) Graphische Darstellung von Dreistoff systemen nach Hommel.- 8. Vierstoffsysteme:.- ?) Darstellung der ausgezeichneten Konzentrationen im Tetraeder.- ?) Darstellung nach Hommel.- b) Die experimentelle Gewinnung von Zustandsdiagrammen.- 1. Allgemeine Methoden (Messung der Änderung der physikalischen Eigenschaften, insbesondere des Wärmeinhaltes, Abkühlungskurven [Thermoelemente], Dilatometer).- 2. Spezielle Methoden, Abschreckmethode (optische Pyrometrie). Die chemische und physikalische Rückstandsanalyse.- 3. Hilfsmittel für die Erzeugung hoher Temperaturen.- 4. Metallmikroskopie (Mikroskope, Schliffherstellung und -Ätzung).- c) Die Untersuchung von Mehrstoffsystemen mit Röntgenstrahlen: Das Raumgitter homogener Phasen aus mehreren Komponenten.- d) Die Abhängigkeit der Phasen und der Raumgittergestaltung in Legierungen vom Kristallbau der Komponenten.- e) Die Möglichkeiten der Herstellung fester Metallkörper aus mehreren Komponenten.- f) Die physikalischen und mechanischen Eigenschaften der Legierungen und weitere Folgerungen daraus für ihre Konstitution.- 1. Die Eigenschaften der flüssigen Legierungen (Dichte, Oberflächenspannung, innere Reibung, elektrische Leitfähigkeit) Schlüsse auf die Konstitution der flüssigen Legierungen.- 2. Die Eigenschaften der festen Metallegierungen.- ?) Die heterogenen Legierungen.- ?) Die homogenen Legierungen.- II. Systeme mit Nichtmetallen.- a) Darstellung der empirischen Feststellungen (Zustandsdiagramme physikalischer Art, Gasgleichgewichte, homogene Gleichgewichte in Schmelzen).- b) Quantitative Behandlung der Gleichgewichte mit Nichtmetallen, Affinität.- c) Geschwindigkeitsfaktoren bei Systemen mit Nichtmetallen.- 1. Einwirkung von Gasen.- 2. Einwirkung flüssiger Agentien. Überspannung, Passivität.- d) Das chemische Verhalten der Legierungen.- 1. Heterogene Legierungen.- 2. Homogene Legierungen. Resistenzgrenzen.- e) Die technische Korrosion und ihre Bekämpfung.- 1. Übersicht über die technischen Korrosionserscheinungen.- 2. Die Wege zur Bekämpfung der Korrosion.- C. Allgemeine Ergänzungen zu den technischen Verarbeitungsprozessen.- I. Das Gießen.- a) Allgemeine Verfahren.- 1. Chemismus der Metallschmelzen (Desoxydation).- 2. Der Gieß Vorgang (Innere Reibung und Oberflächenspannung der flüssigen Metalle, Formfüllfähigkeit).- 3. Der ErstarrungsVorgang (Kernzahl, Kristallisationsgeschwindigkeit, Seigerung, Möglichkeit des Einflusses des Molekularzustandes der flüssigen Schmelze auf die Kristallisation, Volumengestaltung, Spannungen, Schwindung, Lunkerbildung, Porosität).- b) Spezielle Gießverfahren (Spritzguß, Schleuderguß).- II. Wärmebehandlung im festen Zustand.- Möglichkeiten derselben, chemische Nachbehandlung, Spannungen.- III. Die Formgebung im festen Zustand.- a) Spanlose Verformung (Warm- und Kaltverformung, Schmieden, Pressen, Stanzen, Walzen, Ziehen).- 1. Verhalten der Kristallindividuen bei den technischen Verformungen. Spezielle Faserstrukturen.- 2. Empirische Erfassung des Materialflusses.- 3. Rechnungsmäßige Erfassung der SpannungsVerteilung und des Materialflusses. Arbeitsbedarf.- 4. Bearbeitbarkeit.- b) Die stoffabhebende Bearbeitung von Metallen. Spanbildung, Be-arbeitbarkeit.- IV. Stoffverbindung und Trennung auf metallurgischer Basis (Schrumpfen).- 1. Preßschweißen.- 2. Schmelzschweißen.- 3. Löten (autogenes Schneiden).- V. Die Oberflächenbehandlung der Metalle und Legierungen.- VI. Die Auswertung von Betriebsergebnissen. Großzahlforschung.- Zweiter Teil. Spezielle Metallkunde. Vorbemerkung über Qualitätszahlen und kleine Beimengungen.- A. Eisen und Stahl.- I. Das reine Eisen.- II. Die Eisenkohlenstofflegierungen und ihre Konstitution.- a) Das Zustandsdiagramm.- b) Das Gleichgewichtsgefüge einschl. Fe3C.- c) Die Konstitution und die Eigenschaften der im Gleichgewicht auftretenden homogenen kohlenstoffhaltigen Phasen, einschl. Fe3C (insbes. Röntgenographie).- d) Die wichtigsten Beimengungen der techn. Eisenkohlenstofflegierungen.- 1. System Fe-Mn-C.- 2. System Fe-Si-C.- 3. System Fe-P-C.- 4. System Fe-S-C.- 5. System Fe-02.- III. Das Gußeisen.- a) Der Grauguß.- 1. Klassifizierung, Gefüge, Eigenschaften und ihre Prüfung.- 2. Gießvorgang (Schwindung), Wärmebehandlung, das Wachsen des Gußeisens.- 3. Die Veredelung des Graugusses.- 4. Der Schleuderguß.- b) Der Hartguß.- c) Der Temperguß und das Glühfrischen.- IV. Die schmiedbaren Eisen-Kohlenstofflegierungen.- a) Gefüge und Eigenschaften.- 1. Abhängigkeit von der Zusammensetzung und den Umwandlungen.- 2. Besondere mechanische Eigenschaften.- ?) Empirische Feststellungen.- Die natürliche Fließgrenze des Stahles. — Das Altern des Stahles nach Kaltbearbeitung.— Die Temperaturabhängigkeit der Festigkeitseigenschaften im ?-Gebiet und die Blaubrüchigkeit des Stahles. Die Kaltsprödigkeit des Stahles.- ?) Zur Deutung der Besonderheiten im mechanischen Verhalten des Stahles.- 3. Abhängigkeit der mechanischen Eigenschaften von nichtmetallischen Beimengungen.- b) Die Verarbeitung der schmiedbaren Eisenkohlenstofflegierungen.- 1. Das Gießen des Stahles.- ?) Seigerungen im gegossenen Stahl.- ?) Der Stahlformguß und seine Wärmebehandlung.- 2. Die Weiterverarbeitung des Stahles auf mechanischem Wege.- ?) Die Warmverformung des Stahles.- 1. Materialfluß, Zeilenstruktur, Rotbruch, Schwarzbruch..- 2. Die Glühbehandlung des warmverformten Stahles.- ?) Die Kaltverformung und Rekristallisation des Stahles.- ?) Das Härten und Anlassen des Stahles.- Grundlegende empirische Feststellungen und Theorie.- 1. Der Abschreckvorgang (Physikalische, mechanische Eigenschaften und Feinstruktur).- 2. Die Anlaßvorgänge (Physikalische, mechanische Eigenschaften und Feinstruktur).- 3. Die Gefügebilder gehärteter und angelassener Stähle.- Die Technologie des Härtens und Anlassens reiner Kohlenstoffstähle.- 1. Baustähle und Werkzeugstähle.- 2. Die Wärmebehandlung von Stahldraht.- c) Beispiele für Eisenkohlenstoff stähle als Sondermaterial.- V. Die legierten Stähle.- a) Übersicht über die Zusammensetzung, Verwendung und Verarbeitung.- (Baustähle, Werkzeugstähle, Stähle zur besonderen Verwendung, Technologische Eigenschaften.).- b) Die Manganstähle.- c) Die Nickelstähle.- d) Die Chromstähle.- e) Die Wolframstähle.- f) Die Siliziumstähle.- g) Die Chromnickelstähle (nebst Besprechung der Anlaßsprödigkeit).- h) Die Schnelldrehstähle.- i) Weitere legierte Stähle (Molybdän-, Vanadin-, Titan-, Kobalt-, Borstähle.- VI. Die Schneidmetalle.- VII. Die Oberflächenbehandlung von Stahl.- a) Das Zementieren.- b) Die Nitrierhärtung.- c) Der Korrosionsschutz des Eisens durch Oberflächenbehandlung mit Metallüberzügen. Verzinken, Verbleien, Verzinnen, Alitieren.- VIII. Der Ferromagnetismus.- a) Definitionen.- b) Grundgedanken zur Theorie des Magnetismus.- c) Magnetische Messungen.- d) Die magnetischen Materialien.- B. Die Nichteisenmetalle.- I. Technisch reine Metalle.- a) Das Kupfer.- 1. Die Hauptbeimengungen und die Eigenschaften.- ?) Kupfer-Sauerstoff.- ?) Kupfer-Phosphor.- ?) Kupfer-Schwefel.- ?) Kupfer-Wismut.- ?) Kupfer-Arsen.- ?) Kupfer-Blei.- 2. Die Eigenschaften und die Verarbeitung.- b) Das Aluminium.- c) Das Nickel.- d) Das Zink.- e) Das Wolfram.- II. Die Legierungen der Nichteisenmetalle.- a) Die Kupfer-Zinklegierungen.- 1. Zustandsdiagramm, Kristallstruktur, Eigenschaften in Abhängigkeit von Zusammensetzung und Temperatur.- 2. Technische Verwendung und Verarbeitung (Gießen, Warm- und Kaltverformung, Glühbehandlung, innere Spannungen.).- 3. Sondermessinge.- b) Die Kupfer-Zinnlegierungen.- 1. Zustandsdiagramm, Kristallstruktur, Eigenschaften.- 2. Technische Verwendung und Verarbeitung.- c) Die Kupferaluminiumlegierungen.- d) Die Kupfernickellegierungen.- e) Die Edelmetalle und Edelmetallegierungen.- f) Die Spritzgußlegierungen.- g) Die Lagermetalle.- h) Die Lote.- i) Die Amalgame.- k) Ergänzung über Legierungen zu besonderer Verwendung.- l) Aluminiumgußlegierungen.- m) Magnesiumlegierungen.- n) Die verformbaren und durch Altern vergütbaren Legierungen, insbesondere Leichtmetalle ..- 1. Die bei Raumtemperatur vergütbaren Leichtmetallegierungen (Duralumin, Skleron).- 2. Die warmvergütbaren Leichtmetallegierungen (Lautal, Aludur, Aldrey) ..- 3. Weitere durch Altern vergütbare Legierungen.- 4. Die Theorie der Vergütung durch Alterung.