Zur Untersuchung von Ausscheidungsvorgängen in warmfesten Stählen mit rd. 12% Cr bei 500 und 600 °C

Metallographische, elektronenmikroskopische und röntgenographische Untersuchung des Gefügezustandes von sieben verschiedenen warmfesten Stählen mit rd. 0,20% C, rd. 12% Cr und Gehalten an Molybdän bis 2,2%, Vanadin bis 1,11% und Wolfram bis 3,97% nach dem Lösungsglühen bei 1300 °C und Abschrecken in Wasser sowie nach anschließendem Glühen bei 500 und 600 °C während 0,5 bis 5000 h. Gehalt an δ-Ferrit im lösungsgeglühten Zustand. Nachweis der aufeinanderfolgenden Carbidausscheidungsreaktionen im angelassenen Martensit und der Bildung von Lavesphase in δ-Ferrit bei Anwesenheit von Molybdän oder Wolfram. Härteänderung in Abhängigkeit von der Glühdauer. Einfluß der Keimbildungsbedingungen auf den Anstieg der Härte durch Ausscheidung von M₇C₃.     

Ein Nahordnungsmodell zur Berechnung thermodynamischer Mischungsgrößen und seine Anwendung auf das System Eisen-Kohlenstoff

Darstellung eines mathematischen Modelles zur Berechnung von Aktivitäten, Mischungsenthalpien und Mischungsentropien in realen Zwei- und Mehrstoffsystemen aufgrund spezifischer Wechselwirkungen der Komponenten. Berechnung dieser Mischungsgrößen in der Schmelze, im α-, γ- und δ-Mischkristall des Systems Eisen-Kohlenstoff. Angabe der freien Schmelz- und Umwandlungsenthalpien des reinen Eisens, des Zementits und des Graphits. Damit Berechnung des vollständigen Zustandsschaubildes Eisen-Kohlenstoff und Vergleich der stabilen und instabilen Sättigungslinien sowie der Aktivitäten und Mischungsenthalpien mit entsprechenden Meßwerten. Dadurch Angabe eines thermodynamisch konsistenten und geschlossenen Bildes aller energetischer Größen und Zustandslinien im System Eisen-Kohlenstoff.     

Thermodynamische Deutung der auf Chromnitridausscheidungen beruhenden Kornzerfallsanfälligkeit stickstofflegierter austenitischer Chrom-Nickel-Stähle

Betrachtungen zur Thermodynamik der auf Chromnitridausscheidungen beruhenden interkristallinen Korrosion anhand von Kornzerfallskurven stickstofflegierter austenitischer Chrom-Nickel-Stähle. Abschätzung des Aktivitätskoeffizienten von Chrom im Austenit. Berechnung des Chrom- und Eisengehaltes im Mischnitrid (Cr, Fe)₂N. Ermittlung des Gleichgewichtschromgehaltes im Mischkristall in Abhängigkeit von der Anlaßtemperatur und dem Stickstoffgehalt des Stahles. Vergleich der berechneten mit den experimentell ermittelten Kornzerfalls- und Löslichkeitstemperaturen T_K und T_L sowie Nachweis der Konstanz von 1/T_K-1/T_L. Ermittlung eines Zusammenhanges zwischen ausgeschiedenem Anteil von Cr₂N und der Chromverarmung im Stahl.     

Peritektoidische Reaktion in einem Stahl mit rd. 1% C und 18% Cr

Betrachtungen zur peritektoidischen Reaktion γ + M₂₃C₆ → M₇C₃ in einem Stahl mit rd. 1% C und 18% Cr im Zusammenhang mit früheren Schrifttumsangaben. Elektrolytische Isolation der Phasen nach unterschiedlichen Austenitisierungsbedingungen des Stahles und chemische sowie Röntgenanalysen der gebildeten Phasen sowie vergleichende metallographische Beurteilung der entstandenen Gefüge. Erörterung der Versuchsergebnisse im Hinblick auf Ablauf, Morphologie und Bildungsmechanismus der peritektoidischen Reaktion unter Berücksichtigung der Diffusionsvorgänge und vorangehender Schrifttumsangaben.     

Der Einfluß von Stickstoffgehalten zwischen < 0,002 und 0,016% in Reineisen mit 0,002 bis 0,065% C und 0,001 bis 0,163% O auf die mechanischen Eigenschaften und das Sprödbruchverhalten nach Normalglühen und künstlicher Alterung

Schrifttum. Herstellung des Versuchswerkstoffes; die Korngröße nach dem Schmieden, Normalglühen sowie einer künstlichen Alterung; Temperaturabhängigkeit der Kerbschlagzähigkeit und der mechanischen Eigenschaften bei Raumtemperatur nach Normalglühen sowie nach einer künstlichen Alterung. Zusammenhang zwischen den mechanischen Eigenschaften und der Korngröße. Zugversuche an einem Werkstoff mit ≦0,002% N im Temperaturbereich zwischen ?196 und +20 °C. Koerzitivkraftmessungen.     

Ermittlung der Rißzähigkeit aus den Werkstoffkenngrößen Streckgrenze und Spaltbruchspannung hochfester Stähle für unterschiedliche Beanspruchungsbedingungen

Zur Ermittlung der Rißzähigkeit aus den Werkstoffkenngrößen Streckgrenze und Spaltbruchspannung, die in kostengünstigeren Verfahren bestimmt werden können, wurden durch Verknüpfung zweier Modellvorstellungen die Rißzähigkeitswerte errechnet und mit den experimentell gefundenen Werten verglichen. Die Kenngrößen Streckgrenze und Spaltbruchspannung wurden für die Stähle St 52-3 und 34 NiCrMo 74 im Zug- und Biegeversuch in Abhängigkeit von Temperatur und Dehngeschwindigkeit aufgenommen. Die Untersuchungen ergaben, daß bei Rißausbreitung durch Spaltbruch der Einfluß von Temperatur und Dehngeschwindigkeit auf die Rißzähigkeit mit Hilfe des dargestellten Ansatzes abgeschätzt werden kann, wenn die jeweilige Streckgrenze sowie die Spaltbruchspannung und die werkstoffspezifische Größe Δx_c gegeben sind.     

Zur Überlagerung von interkristalliner Korrosion und Schwingungsrißkorrosion und ihrer Auswirkung auf das Zeitfestigkeitsverhalten austenitischer Stähle

Umlaufbiegeversuche an Luft und in Oxalsäure an Proben eines austenitischen nichtrostenden Stahles mit rd. 0,07% C, 18% Cr und 9% Ni sowie mit und ohne Niob im lösungsgeglühten und im sensibilisierten Zustand. Ermittlung von Strom-Spannung-Kurven sowie Beobachtung der Potential- und Stromverläufe in Abhängigkeit von der Lastspielzahl bis zum Bruch. Einfluß des Bearbeitungszustandes der Probenoberflächen. Deutung des Schädigungsmechanismus im Hinblick auf den Anteil der interkristallinen Korrosion an dem Schwingungsrißkorrosionsvorgang.     

Einfluß der Temperatur und Kerbschärfe auf das Sprödbruchverhalten höherfester Stähle bei Schlagbeanspruchung

Zur Bestimmung des Sprödbruchverhaltens wurden an den Stählen St 52-3 und 34 NiCrMo 74 im Tieftemperaturbereich Zugversuche an ungekerbten sowie statische und dynamische Biegeversuche an Kerbschlagproben mit verschiedenen Kerbradien durchgeführt. Aus der jeweiligen dynamischen Biegefließkraft der gekerbten Proben wurde unter Berücksichtigung der Fließbehinderung die dynamische Fließgrenze σ_S abgeschätzt. Ferner wurde die mikroskopische Spaltbruchspannung unter Zugrundelegung von theoretischen Vorstellungen aus der Bruchspannung und der jeweiligen Streckgrenze ermittelt. Die Untersuchungen ergaben eine Abnahme der Übergangstemperatur mit zunehmendem Kerbradius, die aus dem Zusammenhang zwischen Spannungskonzentrationsfaktor, Streckgrenze und mikroskopischer Spaltbruchspannung gedeutet wurde.     

Beitrag zum Ablauf der Eisen- und Siliciumreduktion aus Eisenoxid-Kieselsäure-Gemischen mit Koks beim Aufheizen auf 1400°C und beim isothermen Halten

Quantitative Beschreibung der Eisen- und Siliciumreduktion aus Eisenoxid-Kieselsäure-Gemischen sowie des Kieselsäureumsatzes zu gasförmigem Siliciummonoxid (SiO) bei Reduktionsversuchen unter Argon mit Koks an Fayalit, Fe₂O₃-Kiesgemischen wechselnder Zusammensetzung, reinem Kies und reinem Eisen-Kies-Gemisch durch Thermogravimetrie und Abgasbilanz. Bedeutung des reduzierten bzw. vorgegebenen, durch Kohlenstoffaufnahme verflüssigten Eisens bei der ?Kondensation“ des Siliciums im SiO zu siliciertem Eisen, Eisensilicid und Siliciumcarbid. Ausschließlicher Umsatz der Kieselsäure zu SiO bei Abwesenheit von Eisen. Übertragbarkeit der Ergebnisse auf die Kieselsäurereduktion im Hochofen.     

Einfluß von Spannung,Temperatur und Bruchzähigkeit auf das Rißfortschrittsverhalten eines hochfesten Stahles unter Zugschwellbeanspruchung

In Zugschwellversuchen wurden das stabile und das beschleunigte Rißfortschrittsverhalten an einem hochfesten Stahl mit einer R_p.02-Grenze von 1100 N/mm² untersucht. Die geringe plastische Zone im Rißgrund ermöglichte eine bruchmechanische Charakterisierung der Rißausbreitung. Hierbei wurden die Größen n und Ig C der Paris-Gleichung sowie der Punkt K_b der bezogenen Rißfortschrittskurve in Abhängigkeit von Spannung, Temperatur sowie der Bruchzähigkeit bestimmt. Der Zusammenhang zwischen n und Ig C bei unterschiedlichen Beanspruchungsbedingungen wurde durch eine Regressionsanalyse ermittelt.     

Einfluß der Sulfidausbildung auf die mikroskopische Spaltbruchspannung σ*f und Vorhersage der Rißzähigkeit KIc

An vier Schmelzen des Stahles St 52–3 wurde der Einfluß des Schwefelgehaltes und der Sulfidformkontrolle mit CaSi und Cer sowie an dem Stahl StE 36 der Einfluß der Probenlängen längs, quer und senkrecht auf die mikroskopische Spaltbruchspannung σ^*_f untersucht. Die Versuche haben gezeigt, daß durch Einführung eines geeigneten Bruchkriteriums die Bestimmung einer temperaturunabhängigen Spaltbruchspannung σ^*_f möglich ist. Ein Einfluß des Schwefelgehaltes und der Sulfidausbildung auf σ^*_f wurde nicht beobachtet. Weiterhin konnte gezeigt werden, daß mit mikroskopischen Werkstoffkennwerten die Vorhersage makroskopischer Bruchparameter möglich ist, wenn der Einfluß der Rißspitzenabstumpfung berücksichtigt wird.     

Reaktionen sauerstoffaffiner Begleitelemente des Eisens mit eisenoxidhaltigen basischen Schlacken

Laboratoriumsversuche zur Untersuchung des zeitlichen Verlaufs der Reaktionen zwischen den im flüssigen Eisen gelösten Legierungselementen Silicium, Aluminium und Mangan und eisenoxidhaltigen basischen Schlacken im Temperaturbereich von 1600 bis 1780 °C. Ermittlung des Zeitgesetzes und des geschwindigkeitsbestimmenden Teilschrittes der Reaktionen. Aussagen über den Reaktionsablauf bei gleichzeitiger Reaktion zweier Legierungselemente mit der CaO-SiO₂-FeO_n-Schlacke, besonders über den Einfluß der Reaktionswärme auf die Stoffübergangsgeschwindigkeit. Anwendung der gefundenen Gesetzmäßigkeiten zur Berechnung der Aluminiumverschlackung während der Vakuumbehandlung nach dem Umtaufverfahren, während der Spülgasbehandlung und während des Vergießens.     

Einfluß des Feuerverzinkens auf die Dauerfestigkeit von Stahldrähten

Umlaufbiegeversuche an Stahldrähten ohne und mit Zinküberzug und mit Zugfestigkeiten von rd. 400 bis 2000 N/mm². Dauerschwingverhalten der Drähte im Zeit- und Wechselfestigkeitsbereich. Durchführung der Versuche nach dem erweiterten Wöhlerverfahren, Ermittlung der Überlebenswahrscheinlichkeit und der Lebensdauerstreuung sowie der Wechselfestigkeit unter Anwendung des Treppenstufenverfahrens. Abhängigkeit der Biegewechselfestigkeit und des Wechselfestigkeitsverhältnisses von der Zugfestigkeit. Untersuchungen von Verformungserscheinungen, der Rißbildung im Zinküberzug, der Rißausbreitung in der Zinkschicht und im Grundwerkstoff mit dem Lichimikroskop und dem Rasterelektronenmikroskop.     

Untersuchungen zum Einfluß der Korngröße,der Vorverformung sowie der Belastung während der Beladung auf die Wasserstoffversprödung einiger kubisch-flächenzentrierter Werkstoffe

Beladungsversuche an Flachzugproben in 1n H₂SO₄ bei einer Stromdichte von i = 100 mA/cm². Wasserstoffaufnahme bzw. Ausscheidung von Wasserstoff an Korngrenzen. Korngrößenabhängige verformungsbedingte Martensitausbildung der instabilen austenitischen Stähle. Zunehmende Wasserstoffempfindlichkeit der instabilen austenitischen Stähle mit der Verformung aufgrund des verformungsbedingten martensitischen Gefügeanteils sowie der koplanaren Versetzungsanordnungen. Abnehmende Versprödungsneigung der stabilen Austenitstähle sowie des Nickels mit der Verformung durch den Übergang der koplanaren Versetzungsanordnungen in eine Zellstruktur. Erhöhte Versprödungsanfälligkeit der unter Last beladenen Proben im Vergleich zu unbelastet beladenen Proben, bedingt durch die Dilatation des Gitters.     

Experimentelle Untersuchungen der Strömungen,Turbulenz und Teilraumausbildung an Kaltmodellen gasgerührter Mischreaktoren

Im Rahmen dieser Arbeit wurden theoretische und experimentelle Untersuchungen an Wasser- und Quecksilbermodellen bodengeblasener Reaktoren durchgeführt, um ein mathematisches Modell zur Beschreibung der Durchmischungsvorgänge weiterzuentwickeln. Dieses mathematische Modell beruht auf der Einteilung des Gesamtsystems in Subsysteme, die als ideale Mischer miteinander im Stoffaustausch stehen. Die Strömungsverhältnisse sowie ungefähre Anzahl, Lage und Größe der Teilräume wurden unter Variation der Gasvolumenströme, der Gefäßdurchmesser und der Füllstandshöhen zunächst mit Hilfe des Lichtschnittverfahrens erfaßt. Lichtschnittuntersuchungen mit Fluoreszen als Tracer dienten zur Beobachtung des Mischverhaltens der Einzelteilräume sowie zur Bestimmung der Gesamtmischzeiten. Mit einem Laser-Doppler-Anemometer wurden sowohl die großräumigen als auch die lokalen Strömungs- und Turbulenzprofile ermittelt. Aus den so erhaltenen Daten wurden die genaue Lage und die Größe der Teilräume sowie die Stoffaustauschströme zwischen diesen bestimmt. Weiterhin wurden Konzentrationsmessungen an Quecksilbermodellen durchgeführt. Der Vergleich dieser Messungen mit den an Wassermodellen erhaltenen Strömungs- und Turbulenzprofilen führte zu einer Einteilung in fünf Teilsysteme, mit der bei Anwendung des mathematischen Modells gute Übereinstimmung zu gemessenen Werten erzielt werden konnte.     

Einfluß unterschiedlicher Gase im Spalt auf den Wärmeübergang zwischen Block und wassergekühlter Kupferkokille

Gießversuche im Vakuuminduktionsofen an Reineisen mit ausgeprägter Spaltbildung. Thermische Analyse des Erstarrungsablaufes in einer wassergekühlten Kupferkokille. Ermittlung des Wärmeübergangskoeffizienten zwischen Block und Kokille durch kontinuierliche Messung der Wärmeflußdichte beim Gießen und Erstarren mit unterschiedlichen Gasen: Ar, N₂, CO, O₂, ?H₂O?, ?H₂S?, He und H₂ im Spalt. Reaktionen der Gase an der Eisenoberfläche unter Berücksichtigung des Gastransportes im Spalt. Oberflächenbeschaffenheit der Blöcke. Ableitung des Erstarrungsgesetzes aus einer Wärmebilanz. Deutung der Gaswärmeleitung im Spalt aufgrund der Wärmeleitfähigkeit der Gase und der mikroskopischen und makroskopischen Spaltbreite.     

Die Auswertung von Großzugversuchen an schweißbaren Baustählen unterschiedlicher Festigkeit nach einem Energiekonzept unter Berücksichtigung des stabilen Rißwachstums

Großzugversuche. Versuche mit Hillproben. Werkstoffe: RSt 37-2, St 52-3, 22 NiMoCr 37, StE 47, StE 70. Kraft-Verlängerungs-Diagramme. J-Integral in Abhängigkeit von der Verlängerung. J-Werte bei gerade erreichtem vollplastischen Zustand J_gy und bei Beginn des stabilen Rißwachstums J_i. Einfluß der Fließgrenze. Kritische J-Werte in Abhängigkeit von der Temperatur. Einfluß der Kerbschärfe: Kerbe und Risse; erstmaliges Auftreten des stabilen Anrisses; duktiler Bruch. Zusammenhang zwischen bleibender Verschiebung der Kerbflanken bis zum Bruch bei T_s und Hauptformänderung bis zum Bruch bei der Hillprobe. Korrelation zwischen der Bruchspannung der Hillprobe und der größten Hauptnormalspannung im Kerbgrund bei Beginn des stabilen Rißwachstums. Zusammenhang zwischen der Hauptformänderung bis zum Bruch bei der Hillprobe und dem J-Wert bei Beginn des stabilen Rißwachstums.     

Einfluß der Warmverformung auf das Umwandlungsverhalten und das Gefüge von verschiedenen niedriglegierten Stählen

Bei der Ermittlung von kontinuierlichen ZTU-Schaubildern unter dem Einfluß einer Warmverformung von rund 50% wurde festgestellt, daß die Wechselbeziehungen zwischen der verformungs- und legierungsbedingten Realstruktur des Austenits und den Umwandlungsvorgängen bei der anschließenden Abkühlung sich stark auf die Kinetik der γ/α-Umwandlung auswirkt. Änderungen im Löslichkeitsverhalten und in der Diffusionskinetik der Legierungselemente sowie in der Selbstdiffusion des Eisens als Folge der durch die bei der Umformung eingebrachten Gitterfehler im Austenit beeinflussen sowohl die Keimbildung als auch das Wachstum der verschiedenen Umwandlungsphasen. Die Ergebnisse von Versuchen an mehreren niedriglegierten Kohlenstoffstählen zeigen auf, daß die Austenitumwandlung zu Ferrit und Perlit durch eine erhöhte Konzentration an Gitterleerstellen infolge der Warmumformung beschleunigt wird. Die martensitische Umwandlung wird ebenso von der Defektstellenkonzentration im verformten Austenit in dem Sinne beeinflußt, daß die Martensit-Starttemperatur M_s im Vergleich zum unverformten Zustand zu etwa 30 bis 40°C niedrigeren Werten verschoben wird. Es liegen Beweise vor, daß die Erniedrigung der M_s-Temperatur zusätzlich mit der Entstehung einer starken {123} ?412?-Austenittextur verknüpft ist. Bei umwandlungsträgen Stahlsorten wurden beim kontinuierlichen Abkühlen umwandlungsfreie Bereiche zwischen der Ferrit/Perlit- und Bainitstufe als Folge der Warmumformung festgestellt. Teilweise wird die bainitische Umwandlung völlig unterdrückt. Die Ausbildung einer starken Textur im Austenit vor der Bainitumwandlung führt zu einer Senkung der Bainit-Starttemperatur von bis zu 100°C bei höheren Abkühlraten.     

Eigenschaften reiner Eisen-Silizium-Legierungen mit bis zu 5 % Si

Ermittlung der Korngröße, Dehngrenzen, Zugfestigkeit, Bruchdehnung, Brucheinschnürung, des Elastizitätsmoduls und der Übergangstemperatur der Kerbschlagzähigkeit an bei 930 °C geglühten sowie gealterten, im Vakuum-Induktionsofen erschmolzenen reinen Eisen-Silizium-Legierungen mit 0,002 bis 0,011% C und bis zu 5,1% Si, die borfrei waren oder 0,0002 bis 0,025% B enthielten. Ermittlung der Koerzitivfeldstärke an diesen W erkstoffen und an zonengeschmolzenen, bei 880 °C und teilweise bei 800 °C geglühten Proben.     

Einfluß der chemischen Zusammensetzung und der Abkühlungsbedingungen auf den Gefügezustand von Gußeisen mit rd. 3% C und 14% Cr für Walzen

Abguß von drei Walzenkörpern aus verschleißfestem Gußeisen mit 2,95 bis 3,16% C, rd. 0,8% Si, rd. 0,8% Mn, rd. 0,14% P, rd. 0,014% S, rd. 14% Cr, rd. 0,35% Mo und rd. 0,5% Ni. Abkühlgeschwindigkeit nach dem Abguß. Rechnerische Ermittlung der chemischen Zusammensetzung und der Mengenanteile der sich ausscheidenden Gefügebestandteile. Metallographische Gefügeuntersuchungen. Abstand der Sekundärarme der Mischkristalldendriten sowie Länge und Dicke der Carbidteilchen als Kenngrößen zur zahlenmäßigen Gefügebeschreibung. Einfluß der Abkühlungsbedingungen auf den Zustand des Primär- und des Sekundärgefüges.