Ermittlung der Zinkaktivität in flüssigen Kobalt- und Nickel-Legierungen

Ermittlung der Zinkaktivität in Kobalt-Zink- und Nickel-Zink-Schmelzen. Darstellung der Aktivitätsverläufe im System Kobalt–Zink für 1540°C und Molenbrüche bis zu x_Zn = 0,025 sowie im System Nickel–Zink für 1475°C und Molenbrüche bis zu x_Zn = 0,08.     

Untersuchungen über die Schmelzgleichgewichte in der Eisenecke des Dreistoffsystems Eisen–Chrom–Nickel

Versuchsbeschreibung zur Bestimmung von Schmelzgleichgewichten mittels thermischer Analyse und der Methode des isothermen Haltens. Untersuchung des Zweistoffsystems Eisen–Nickel bis zu einem Molenbruch x_Ni = 0,20 und des Zweistoffsystems Eisen–Chrom bis zu einem Molenbruch x_Cr = 0,35. Darstellung der Schmelzgleichgewichte und Entwurf der Liquidus- und Solidusfläche für den eisenreichen Teil des Zustandsdiagramms Eisen–Chrom–Nickel nach eigenen Versuchsergebnissen. Vergleich mit den Angaben des Schrifttums.     

Das Hochofenschlackensystem Al2O3–CaO–MgO–SiO2 bei 1600, 1500 und 1400 °C

Beschreibung von Sättigungsflächen im System Al₂O₃–CaO–MgO–SiO₂ durch isotherme Schnitte im Konzentrationsbereich der Hochofenschlacken für 1600, 1500 und 1400 °C. Räumliche Tetraederdarstellungen und quantitative Grundrißprojektionen nach Überprüfung und Neufestlegung der Grenzflächen des homogenen Schlackenraumes durch Sättigungsschmelzen. Vollständige Darstellung des Grundsystems Al₂O₃–CaO–SiO₂ für 1600, 1500 und 1400 °C. Beispiel für die Anwendung der quantitativen Grundrißprojektion zur Einschätzung der Heterogenität von flüssigen Hochofenschlacken.     

Einfluß der Phasengrenzreaktion auf den Kohlenstofftransport in festen Eisen-Kupfer-Legierungen

Transportvorgänge und Phasengrenzreaktion beim Kohlenstoffaustausch zwischen kohlenstoffhaltiger Gasphase und festen Eisen-Kupfer-Legierungen mit bis zu 4 Atom-% Cu zwischen 900 und 1000°C. Ermittlung des Diffusionskoeffizienten, der Stoffübergangskoeffizienten und der Biot-Zahl für den Stoffübergang aus Auf- und Entkohlungsversuchen mit H₂–CH₄–Gemischen. Untersuchung des Einflusses des Restsauerstoffgehaltes im Reaktionsraum auf Art und damit Geschwindigkeit der Phasengrenzreaktion.     

Beitrag zur Kenntnis der Ausscheidung von Eisenphosphid aus α-Mischkristallen des Systems Eisen-Phosphor

Überprüfung der Gleichgewichtslinie für die Ausscheidung von Eisenphosphid Fe₃P aus dem α.-Mischkristall im System Eisen–Phosphor durch Härtemessungen. Durch mikroskopische Schliffbetrachtung und Durchführung einer Punkt-Teilchenanalyse Ermittlung der Ausscheidungsreaktionen beim Auslagern im Temperaturbereich von 550 bis 800 °C. Darstellung der Versuchsergebnisse nach Gleichungen für das Teilchenwachstum.     

Kriechrißverhalten typischer Kraftwerksbaustähle

Zur Auslegung und Überwachung von Hochtemperaturbauteilen für Kraftwerke und thermische Anlagen werden Kenntnisse über das Kriechrißverhalten unter langzeitiger Beanspruchung benötigt. Auf der Basis von Kriechrißversuchen sind für wichtige Kraftwerksbaustähle geometrie- und beanspruchungsunabhängige Beschreibungen zur Kriechrißeinleitung und zum Kriechrißfortschritt zu gewinnen. An vier Kraftwerksbaustählen wurden mit Proben unterschiedlicher Form und Größe Kriechrißversuche in einem weiten Beanspruchungsbereich durchgeführt. Dabei wurden Kriechrißgeschwindigkeiten bis herab zu 5 · 10^?5 mm/h bei Versuchsdauern bis zu 14 000 h erreicht. Die Kriechrißgeschwindigkeit der bei 550°C untersuchten Stähle 30 CrMoNiV 4 11, X 22 CrMoV 12 1 und X 20 CrMoV 12 1 läßt sich mit dem Parameter C₂^* in deutlich engeren Streubändern beschreiben als mit den Parametern C₁^* und K_l. Nur für den bei 450°C untersuchten Stahl X 12 CrNiMo 12 2 eignet sich der Parameter K_l besser zur Beschreibung der Kriechrißgeschwindigkeit. Die Kriechrißeinleitung läßt sich mit einem Zwei-Kriterien-Diagramm abschätzen, das für größere Proben und damit vermutlich auch für größere Bauteile eher überkonservativ ist.     

Die Thermokraft von Aluminiumnitrid bei Temperaturen zwischen 1350 und 1650 °C in Argon- und Stickstoffatmosphäre

Beschreibung der Versuchsapparatur zur Messung der Thermospannung der Kette Rh |_{T + Δ} AIN |_T Rh für Temperatur-differenzen bis zu ± 60 °C zwischen 1350 und 1650 °C. Ermittlung der Thermokraft und ihres homogenen Anteils. Berechnung der Überführungswärme der wandernden Ionen aus der homogenen Thermokraft. Erörterung zum Leitungsmechanismus im Aluminiumnitrid AlN.     

Die Bestimmung der thermodynamischen Eigenschaften des Systems PbO–SiO2 mit Hilfe von EMK-Messungen

EMK-Messungen mit der Kette Pb | PbO–SiO₂||ZrO₂(CaO)||Pt, O₂ zur Ermittlung der Aktivitäten der Komponenten des Systems Blei(II)-oxid–Kieselsäure im Temperaturbereich von 750 °C bis 1000 °C. Darstellung der integralen Mischungsenthalpie und der Mischungsentropie sowie der integralen freien Mischungsenthalpie des binären Systems für 1000 °C. Vergleich der Ergebnisse mit den Angaben anderer Verfasser. Bedeutung der Untersuchung für allgemeine Schlußfolgerungen über metallurgisch wichtige Silikatschlacken.     

Verlauf der Kalksättigung im System FeO–Fe2O3–CaO–SiO2–P2O5–MgO–MnO beim Gleichgewicht mit einer Eisenschmelze

Durch Auswertung zahlreicher, in Laborversuchen bei 1580–1650°C erschmolzener kalkgesättigter Schlacken mit gleichzeitigen Gehalten an FeO, Fe₂O₃, SiO₂, P₂O₅, MgO und MnO ist die aus metallurgischen Gründen angestrebte Kalksättigung komplexer Schlacken der Stahlerzeugung für 1600°C neu festgelegt worden. Ausgehend von der Beschreibung der Schlackenzusammensetzungen in den Grundsystemen CaO′–FeO′_n–SiO′₂ und CaO′–FeO′_n–P₂O₅ wird dabei die Beeinflussung der Kalksättigung durch MgO und MnO sowie qualitativ durch dreiwertige Eisenanteile angegeben. Die untersuchten Schlacken lassen in beiden Grundsystemen einen stetigen, von hohen FeO′_n-Gehalten bis hinunter zu Massengehalten von 8% gültigen Verlauf der Kalksättigung ohne einsetzende Dicalciumsilikat- bzw. Tetracalciumphosphatausscheidung erkennen. Durch die bewertende Umrechnung der P₂O₅-, MgO- und MnO-Gehalte wird eine nahezu alle Komponenten erfassende Darstellung komplexer kalkgesättigter Schlacken in einem einfachen Quasidreistoffsystem CaO^*–FeO^*-SiO^*₂ erreicht und die resultierende, dicht belegte Kalksättigungslinie mathematisch beschrieben. Der Einfluß von Al₂O₃-Gehalten auf die Kalksättigung wird abgeschätzt sowie das maximale Lösungsvermögen der kalkgesättigten Schlacke für MgO durch die Berechnung der Schnittlinie zwischen der Kalk- und der Magnesiowüstitsättigungsfläche festgelegt. Ein Ansatz zur Erfassung des Temperatureinflusses auf die Kalksättigung erlaubt schließlich eine vollständige mathematische Beschreibung der Kalksättigungsgehalte im System CaO^*–FeO^*_n–SiO₂ sowohl in Abhängigkeit von der Schlackenzusammensetzung als auch von der Temperatur. Damit können die Kalkgehalte komplexer Betriebsschlacken unterschiedlicher Temperatur mit den erreichbaren Gleichgewichtssättigungswerten verglichen und die Sättigungszustände der Schlacken nach Berechnung eines Sättigungsgrades S_CaO beurteilt werden.     

Vergleich experimenteller Ergebnisse und theoretischer Ansätze zur Verdampfung von Begleitelementen aus Stahlschmelzen

Auswertung von Schmelzversuchen im Vakuuminduktionsofen zur Verdampfung der Begleitelemente Kupfer, Mangan und Chrom aus Schmelzen des Stahles X 5 CrNi 18 9 bei Temperaturen von 1550 bis 1650 °C, Drücken von 10^?4 bis 50 Torr und Schmelzgewichten von 5 und 25 kg. Beschreibung des Verdampfungsvorganges anhand eines Teilschrittmodells, das Ansätze für die Diffusion durch die Grenzschicht in der Schmelze an die freie Oberfläche, die Verdampfung an der freien Oberfläche und die Diffusion durch die Gasgrenzschicht über der Schmelze vorsieht.     

Untersuchungen zum System Kalk–Eisen–Sauerstoff

Ermittlung des Liquidusbereiches der Kalksättigung im System Fe–O–CaO im Temperaturbereich 1150 bis 2050 °C durch Versuchsschmelzen mit Kalk-Eisenoxid-Schlacken in einem aus reinem Calciumcarbonat isostatisch gepreßten und bei 1650 °C gesinterten Kalktiegel. Aussagen zum Einfluß des Sauerstoffpartialdrucks auf die Phasengleichgewichte und auf das Lösungsvermögen der Schlacken für Kalk. Mikroskopische Gefügeuntersuchung der abgeschreckten Schlacken zur Abgrenzung der Kalksättigung gegenüber der Dicalciumferritsättigung. Erörterung des Einflusses der Temperatur auf die Schwefelverteilung zwischen Schlacke und Bad.     

Einfluß von Temperatur und Haltedauer beim Spannungsarmglühen auf den Abbau innerer Spannungen und die mechanisch-technologischen Eigenschaften von Stahl 22 NiMoCr 3 7

An einer Bramme aus einer Schmelze des Stahles 22 NiMoCr 3 7 mit rd. 0,2% C, 0,6% Mn, 0,45% Cr, 0,6% Mo und 0,95% Ni Durchführung von Untersuchungen über den Einfluß der Temperatur und der Haltedauer beim Spannungsarmglühen auf die mechanischen Eigenschaften und den Abbau von inneren Spannungen durch Ermittlung der Kennwerte im Zugversuch bei 20 und 350 °C, der Übergangstemperatur im Kerbschlagbiegeversuch für Kerbschlagzähigkeiten von 27 J und 41 J und 50% Anteil an kristallinem Bruchgefüge sowie der Übergangstemperatur im Fallgewichtsversuch (NDT-Temperatur) an bei Temperaturen im Bereich von 450 bis 730 °C jeweils bis zu 100 h geglühten, der Bramme in Querrichtung entnommenen Proben. Härtemessungen in der Wärmeeinflußzone von IIW-Aufschweißproben nach entsprechenden Glühungen. Zeitstand-Zugversuche bei Temperaturen von 450 bis 730 °C mit unterschiedlicher Beanspruchungshöhe und -dauer bis zum Erreichen einer bleibenden Dehnung von wenigstens 0,2%. Erörterung der Ergebnisse mit Folgerungen, besonders für den durch die Verringerung der Härte und die Parameter im Zeitstandversuch mittelbar gekennzeichneten Abbau von inneren Spannungen sowie (hieraus resultierend) für eine vereinfachte Glühbehandlung von Schweißverbindungen.     

Zerteilung einer Eisenschmelze in Tropfenketten mit Hilfe einer Druckdüse

Im Rahmen von Untersuchungen zum Stoffübergang von Mangan aus Eisentropfen in hoch-FeO_n-haltige Schlacken ist eine gezielte Erzeugung von Einzeltropfen und Tropfenketten mit definierten Partikeldurchmessern notwendig. Hierzu wurde als Versuchseinrichtung zur Zerteilung einer Eisenschmelze eine Druckdüse verwendet. Bei Kapillardurchmessern um 0,6 mm weisen 80 bis 90% der erzeugten Partikeln im festen Zustand nur eine geringe Streuung ihrer Durchmesserum den häufigsten Wert von knapp 3,9 mm auf. Für 1600°C lassen sich damit der mittlere kugeläquivalente Tropfendurchmesser zu 4 mm und die spezifische Oberfläche zu 0,216 m² kg^?1 berechnen. Schwierigkeiten bei der Erzeugung von definierten Tropfenketten mit noch kleineren Fragmenten werden erläutert.     

Gemeinsamer Einfluß yon Mangan- und Magnesiumoxid auf die Schlackengleichgewichte im System Fe–CaO–FeOn–SiO2 bei 1600 °C

Ebene Darstellung eines Vielstoffsystems durch mehrfache Parallelprojektion. Schlackengleichgewichte im System Fe–CaO–FeO_n–SiO₂–MnO_n–MgO bei 1600 °C. Mikroskopische Untersuchung der Schlackenphase. Theoretische Entwicklung von Sättigungslinien für ausgewählte konstante Gehalte von Einzelstoffen. Erörterung der Ergebnisse im Hinblick auf ?LD?- und Siemens-Martin-Schlacken.     

Die Beeinflussung der Kohlenstoff- und Sauerstoffaktivität im flüssigen Eisen durch Vanadin,Zinn und Antimon

Untersuchung des Einflusses der Elemente Vanadin, Zinn und Antimon auf die Kohlenstoff- und Sauerstoffaktivität im flüssigen Eisen bei 1600 °C über Kohlenmonoxid-Kohlendioxid-Hilfsgasgleichgewichte. Angabe der Wirkungsparameter ?^X_C, e^X_C sowie ?^X_O und e^X_O für Zusammensetzungen bis 1,2% [V], bis 50% [Sn] und bis 20% [Sb]. Berechnung der Einflüsse von Kohlenstoff und Sauerstoff auf die Aktivitäten der Legierungselemente Vanadin, Zinn und Antimon mit Hilfe der Kreuzrelation. Vergleich der Ergebnisse mit Schrifttumsangaben.     

Ausscheidungsreaktionen im System Eisen–Mangan

Ermittlung der Gleichgewichtsverhältnisse im System Eisen–Mangan im Temperaturbereich zwischen 780 und 800 °C bei Stoffmengengehalten an Mangan (Mangangehalten in Atom-%) bis zu 8%. Kinetik der Ausscheidungen aus übersättigten α- und γ-Mischkristallen in eisenreichen Legierungen des Systems Eisen–Mangan. Ermittlung der Mengenfunktionen nach dem zweidimensionalen Punktverfahren und Auswertung nach Johnson-Mehl und Austin-Rickett. Untersuchung der in Abhängigkeit von der Temperatur unterschiedlich ablaufenden Ausscheidung aus martensitischem Ausgangsgefüge. Vergleich der Ausscheidungsverhältnisse mit denen im System Eisen–Nickel.     

Entsphosphorung von kohlenstoffhaltigen Eisenschmelzen mit Calciumcarbid und Calciumcarbid-Calciumfluorid-Schlacken

Für die bei einer Entphosphorung von Eisenschmelzen mit CaC₂ auftretenden Sättigungszustände des Zustandsdiagramms Fe—C—Ca—P wurden in der Eisenecke mit den für Eisenschmelzen interessierenden technischen Gehalten an P und C folgende sättigende Phasen ermittelt zu: Calcium, Calciumcarbid, Calciumphosphid, Calciumcarbophosphid und Graphit. Aufgrund der gefundenen Versuchsergebnisse führen die geringen P-Gehalte im Bereich der Calcium- und der Calciumcarbidsättigung zunächst zu erhöhten Ca-Werten, ehe im Bereich der Calciumphosphid- und Calciumcarbophosphidsättigung die P-Werte mit steigenden Ca-Gehalten durch ihre Verknüpfung über das Löslichkeitsprodukt abnehmen. Bei der Behandlung von P-haltigen Eisen-Kohlenstoff-Schmelzen mit CaC₂—CaF₂-Schlacken wird die Entphosphorung ebenfalls über in Lösung gegangenes Ca und die Bildung von Calciumphosphid geregelt. Die Entphosphorung ist stark abhängig vom C-Gehalt im Eisen und zeigt nach den eigenen Ergebnissen ein Maximum bei ca. 0,85 Gew.-% C. Jedoch wird durch das verstärkte Auftreten des Calciumcarbophosphids bei höheren Kohlenstoffgehalten auch bei Graphitsättigung der Eisenschmelze noch ein deutlicher P-Abbau bei steigenden Ca-Gehalten gewährleistet. Insgesamt führt die Entphosphorungsbehandlung mit CaC₂—CaF₂-Schlakken zu Abbauergebnissen, die einer Verschiebung der im reinen System Fe—C—Ca—P gefundenen Sättigungszustände zu um den Faktor 2 niedrigeren Werten gleichkommen.     

Schmelzgleichgewichte im System Fe—C—Ca

Das binäre Randsystem Ca—Fe ist gekennzeichnet durch eine ausgeprägte Mischungslücke mit sehr geringen Löslichkeiten der beiden Elemente ineinander, während das System Ca—C durch die hochschmelzende kongruente Verbindung CaC₂ und eine relativ große Löslichkeit von C im flüssigen Ca charakterisiert wird. Die durch das System Ca—C für Eisenschmelzen hervorgerufene Ca- und CaC₂-Sättigungslinie im ternären System Fe—C—Ca läßt sich nach thermodynamischer Auswertung der Versuchsergebnisse mit In γ^c_ca-Werten als Funktion der Kohlenstoffkonzentration und der Temperatur beschreiben. Der Gang des Aktivitätskoeffizienten bewirkt dabei, daß die gelösten Ca-Gehalte mit steigenden C-Werten zunächst im Bereich der Ca-Sättigung bis zur Doppelsättigung mit CaC₂ ansteigen, anschließend im Bereich der CaC₂-Sättigung wieder abfallen, ein Minimum durchlaufen und zur Doppelsättigung mit C und CaC₂ hin erneut zunehmen.     

Aufkohlungsversuche an hitzebeständigen Chrom-Nickel-Stählen und -Legierungen bei Temperaturen von 900 bis 1150 °C

Kohlenstoffaufnahme von 16 hitzebeständigen Chrom-Nickel-Stählen und -Legierungen mit 17 bis 60% Cr, bis zu 72% Fe und 8 bis 80% Ni nach 200 h Glühdauer in Kohlegranulat bei 900 bis 1150 °C. Einfluß von Glühtemperatur und Nickelgehalt auf den Höchstwert der Kohlenstoffaufnahme im oberflächennahen Bereich und auf die Eindringtiefe des Kohlenstoffs. Metallographische Hinweise auf die Bildung von Randschichten. Vergleich mit Betriebserfahrungen bei Rohren für die Äthylenerzeugung.     

Thermodynamik der Auflösung des Sauerstoffs in Fe-Co-, Fe-Ni-, Fe-Cu- und Co-Ni-Schmelzen

EMK-Messungen an Sauerstoffzellen der Form Luft / stabilisiertes Zirkonoxyd / sauerstoffhaltige Metallschmelze. Die EMK-Differenzen binärer Fe-Co-, Fe-Ni-, Fe-Cu- und Co-Ni-Schmelzen im Konzentrationsbereich von 0 bis 100% gegenüber den jeweiligen reinen Metallschmelzen gleichen Sauerstoffgehalts. Berechnung der Änderungen der Freien Enthalpie der Reaktion 1/2 {O₂} [O]_Metall und der Wirkungsparameter f_O^(x) für die angegebenen binären Metallschmelzen bei 1600°C. Die Enthalpie- und Entropieänderung der Auflösung des Sauerstoffs in Fe-Co- und Fe-Ni-Schmelzen bei 1450 bis 1750°C.