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.     

Elektrochemische Untersuchungen über die Thermodynamik der intermetallischen Phasen des Systems Esen–Znk

Bestimmung der thermodynamischen Kennwerte der Eisen-Zink-Legierungen durch elektrochemische Abscheidung des Zinks auf Eisen aus einer Salzschmelze bei Temperaturen zwischen 370 und 570°C. Zuordnung des Phasenbestandes in den Schichten durch mikroskopische, röntgenographische. Auger- und Mikrosonde-Untersuchungen. Vorschläge für das Zustandsschaubild Eisen–Zink.     

Untersuchungen zur Löslichkeit,Korngrenzensegregation und chemisch-analytischen Bestimmung des Tellurs im Eisen

Die Löslichkeit von Tellur in Eisen wurde durch licht- und elektronenmikroskopische Prüfung von Fe–Te-Legierungen auf Ausscheidungen bestimmt. In α-Eisen bei 700°C sind etwa 50 ppm und bei 850°C 120 ppm löslich, in γ-Eisen lösen sich bei 930°C 5 ppm und bei 1000°C 22 ppm Te. Bei höheren Konzentrationen wird FeTe_0,9 festgestellt. In Fe–Mn–Te-Legierungen wird das Te als Mangantellurid gebunden, dieses bildet Einschlüsse gemeinsam mit Mangansulfid. In Fe–Ti–Te-Legierungen wird nur ein kleiner Anteil Te in Titansulfiden gelöst. Tellur segregiert an die Korngrenzen von α- und γ-Eisen und bewirkt interkristallinen Bruch. Die mit AES bestimmten Korngrenzenkonzentrationen nehmen mit der Lösungskonzentration zu und erreichen bei Überschreiten der Löslichkeit einen Sättigungswert. Die Korngrenzensegregation nimmt mit zunehmender Temperatur ab. Tellur bewirkt eine auffallende Facettierung der Korngrenzflächen, es entstehen Strukturen mit Terrassen und Stufen. Die Proben brechen hierdurch bereits während der Auslagerung an den Korngrenzen auf und zeigen Kornzerfall. In Mn-haltigen Proben wird keine Korngrenzensegregation des Te beobachtet, wenn das Tellur völlig vom Mangan abgebunden ist; in diesem Fall ist der interkristalline Anteil der Bruchflächen sehr gering. Die chemische Bestimmung von Tellur in Eisen und Stählen kann sehr vorteilhaft mit der Atomabsorptionsspektroskopie durchgeführt werden, es wurden die Flammen- und die Graphitrohrmethode untersucht. Die Bestimmung kleiner Tellurgehalte in Stählen durch Atomisieren im Graphitrohr wird durch Chlorid, Chrom, Mangan und Nickel beeinflußt. Zu einer deutlichen Optimierung des Atomisierungsablaufs führt das Atomisieren von einer in das Graphitrohr eingeführten Plattform. Lediglich Mangan vermindert dann die Intensität des Absorptionssignals. Es wird eine Nachweisgrenze von 0,2 ppm Tellur bei einer relativen Standardabweichung von 30% erreicht. Mit der Flammentechnik gelingt die Bestimmung bis zu 50 ppm Tellur.     

Die Phosphorgehalte im Eisen unter Schlacken des Systems CaO–FeOn–P2O5–SiO2 bei 1600°C

Phosphorgehalte im flüssigen Eisen bei entmischten silikophosphatgesättigten Schlacken. Schaubild für die Phosphorgehalte des Eisenbades im System Fe–CaO–FeO_n–P₂O₅–SiO₂. Einfluβ der Kieselsäure auf das Gleichgewicht der Entphosphorung. Metallurgische Betrachtungen über die Phosphorgehalte im Eisen unter phosphatischen Stahlwerksschlacken.     

Schmelzgleichgewichte im System Eisen–Silicium–Calcium

Beschreibung der binären Randsysteme des Systems Eisen–Silicium–Calcium. Untersuchung der Erstarrungsgleichgewichte im Dreistoffsystem mit Hilfe der thermischen Analyse und durch Deutung von Gefügebildern. Schematische Darstellung der Zustandsänderungen an einem vergleichbaren System unter besonderer Berücksichtigung der Wirkung einer von einem Randsystem ausgehenden, weit in das Dreistoffsystem hineinreichenden Mischungslücke. Entwurf des Zustandsschaubildes Eisen–Silicium–Calcium aus den Ergebnissen zum Verlauf der Primärausscheidungsflächen und der Raumkurven doppelter Sättigung. Festlegung der Temperaturen und Konzentrationen der Vierphasenebenen sowie der zugehörigen quasibinären Schnitte.     

Untersuchung der Schmelzgleichgewichte im Teildiagramm Eisen—Eisensulfid—Mangan—Mangansulfid des Systems Eisen—Mangan—Schwefel

Aufbauend auf den bekannten Randsystemen des Zustandsschaubildes Eisen—Mangan—Schwefel, Aufteilung des Teilsystems Fe—FeS—Mn—MnS in zwei Dreistoffsysteme Fe—FeS—MnS und Fe—Mn—MnS unter Annahme eines quasibinären Schnittes Fe—MnS. Erörterung möglicher Phasengleichgewichte in den beiden Dreistoffsystemen unter Berücksichtigung des Schrifttums. Durch eigene Schmelzversuche im System Fe—Mn—S Festlegung der monotektischen Linie und Nachweis einer aus der Mischungslücke auf der sulfidreichen Seite austretenden eutektischen Rinne. Entwurf des Zustandsschaubildes Fe—FeS—Mn—MnS für 1000 bis 1600 °C.     

Die Sauerstoffaktivität im System Eisen–Sauerstoff und ihre Beeinflussung durch Zusatzelemente bei Temperaturen der Stahlherstellung

Angaben aus dem Schrifttum zur Wirkung von Nickelzusätzen auf die Sauerstoffaktivität in flüssigem Eisen. Aktivitätsuntersuchungen mit Wasserdampf/Wasserstoff- und Kohlendioxyd/Kohlenmonoxyd-Gemischen. Bestimmung des Wirkungsparameters e^Ni_O und des Aktivitätskoeffizienten. Ermittlung der Gleichgewichtskonstanten für die Lösung von Sauerstoff in flüssigem Eisen und Nickel aus den verschiedenen Gasgemischen.     

Der Einfluß von Zusatzelementen auf die Aktivität des Schwefels in kohlenstofffreiem und kohlenstoffhaltigem Eisen bei 1550°C

Direkte Ermittlungen des Einflusses von Aluminium, Kohlenstoff, Chrom, Mangan, Zinn, Phosphor und Silizium auf die Schwefelaktivität im flüssigen Eisen bei 1550°C über schwefelhaltige Blei- und Bleidampfphasen. Darstellung der Aktivitätskoeffizienten des Schwefels für die Systeme Fe–S–X und Fe–S–X₁–X₂. Aussagen zur Änderung der Schwefellöslichkeit in kohlenstoffgesättigtem Eisen durch Siliziumzugabe. Vergleich der Versuchsergebnisse mit Ergebnissen nach anderen Auswertungsverfahren zur Berechnung von Aktivitätskoeffizienten in Vielstoffsystemen.     

Untersuchungen zum Mangan-Sauerstoff-Gleichgewicht im flüssigen Eisen bei 1600 °C

Ermittlung von Gleichgewichtsbeziehungen zwischen Mangan und Sauerstoff in flüssigem Eisen bei Gehalten von 0,4 bis 1% Mn über EMK-Messungen mit einem Zirkondioxid-Festelektrolyten und einer Chrom-Chromoxid-Vergleichselektrode der Konzentrationskette Pt | Cr, Cr₂O₃ ‖ ZrO₂ · CaO ‖ [O]_Fe | Fe. Überprüfung der Brauchbarkeit der verwendeten Meßzelle. Bestimmung der freien Standardenthalpie der Reaktion 1/2 {O₂} ? [O] sowie des Aktivitätskoeffizienten γ⁰_o im System Eisen–Sauerstoff. Berechnung der freien Standardenthalpie der Reaktion (FeO)_ι + [Mn] ? (MnO)_ι + Fe aus den Meßergebnissen zu ΔG⁰ = – 8,6 ± 1,3 kcal/mol und Erörterung über die Abweichungen zu im Schrifttum angegebenen ΔG⁰-Werten.     

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.     

Untersuchung über den Einfluß von Mangan auf die Chromverteilung und von Chrom auf die Manganverteilung zwischen Carbid und Ferrit in einem Chrom-Mangan-Stahl

Änderung der Konzentrationsverteilung von Legierungsmetallen zwischen dem Ferrit und den Carbiden mit der Glühzeit, beschrieben als heterogene Austauschreaktion. Abhängigkeit der Geschwindigkeit dieser Austauschreaktion vom Stahlgefüge. Gleichgewichtsverteilung von Chrom und Mangan zwischen Ferrit und Carbid in einem Chrom-Mangan-Stahl. Vergleich der Gleichgewichtskonstanten im Vierstoffsystem Fe–Cr–Mn–C mit den K-Werten in den Dreistoffsystemen Fe–Cr–C und Fe–Mn–C. Reaktionsenthalpien der Austauschreaktionen von Mangan und Eisen bzw. Chrom und Eisen zwischen Carbid und Ferrit im Vierstoffsystem und in den Dreistoffsystemen.     

Die Sauerstoffaktivität im System Eisen–Sauerstoff und ihre Beeinflussung durch Zusatzelemente bei Temperaturen der Stahlerzeugung

Sauerstoffaktivität im flüssigen Eisen nach den Angaben im Schrifttum. Messung der Sauerstoffaktivität mit Wasserdampf-Wasserstoff-Argon-Gemischen. Berechnung aus dem Zustandsschaubild Eisen–Sauerstoff. Sauerstoffaldivität in flüssigen Eisenoxyden. Abschätzung eines Mindestbetrages des Wirkungsparameters. Temperaturabhängigkeit des Gleichgewichtes zwischen Wasserdampf-Wasserstoff-Gemischen und im flüssigen Eisen gelöstem Sauerstoff.     

Zur Konstitution der eisenreichen Legierungen des Dreistoffsystems Aluminium–Eisen–Silizium

Ermittlung der Phasenzusammensetzung in der Eisenecke des Dreistoffsystems Aluminium–Eisen–Silizium für Aluminiumgehalte bis rd. 50 Atom-% und Siliziumgehalte bis rd. 35 Atom-% und Temperaturen bis zur Solidusfläche durch differentialthermische, röntgenographische und magnetische Messungen und Ermittlung der Mikrohärte. Kennzeichnendes Gefüge. Schema der Phasenänderungen. Räumliches Zustandsschaubild.     

Die eisernen Pfahlschuhe der Römerbrücke in Trier

Verbundwerkstoff aus Eisen und Holz beim Bau einer Brücke in Trier durch die Römer. Hohe Korrosionsbeständigkeit des Pfahlschuheisens im Flußbett der Mosel. Analytische und metallkundliche Untersuchung der Pfahlschuhlaschen. Bestimmung der Kerbschlagzähigkeit und der Übergangstemperatur des römerzeitlichen Eisenwerkstoffs. Prüfung der heutigen Korrosionsbeständigkeit der Pfahlschuhe in Industrielufl.     

Einfluß verschiedener Legierungselemente auf die Größe des γ-Raumes im System Eisen–Chrom–Kohlenstoff

Das ?Chromäquivalent? als Maß für die Stärke des Legierungseinflusses. Phasenraumanordnung in einem Vierstoffsystem. Herstellung zweidimensionaler und dreidimensionaler Schnitte eines Vierstoffsystems. Anwendung der Überlegungen bei den Untersuchungen im Bereich der Eisenecke des Systems Eisen–Chrom-Kohlenstoff–Molybdän.     

Der Nachweis von Kohlenstoff mit der Elektronenmikrosonde

Messung des Kohlenstoffgehaltes mit der Elektronenmikrosonde. Vermeidung von Kontaminationsschichten durch Aufblasen von Sauerstoff und Benutzung eines Kühlfingers. Aufstellen einer Eichreihe zur Ermittlung des gelösten Kohlenstoffs im Eisen und Bestimmung der Nachweisgrenze. Theoretische Annäherung der Eichkurve nach R. Theisen und daraus Berechnung des Massenschwächungskoeffizienten für Kohlenstoff im Eisen. Messungen an einer Reihe ausgewählter Karbide. Messung der Einhärtetiefe, Randentkohlung und Kohlenstoffseigerungen.     

Thermodynamische Überlegungen zur Desoxydation des Eisens mit Mangan

Chemische Aktivitäten von Mangan und Sauerstoff in flüssigem Eisen. Das thermodynamische Verhalten des Systems Eisen(II)-oxid–Mangan(II)-oxid. Darstellung der Eisenecke des Dreistoffsystems Eisen–Mangan–Sauerstoff. Die Gleichgewichtslage der Desoxydationsreaktion des Eisens mit Mangan. Folgerungen für betriebliche Verhältnisse zur Manganausnutzung in Abhängigkeit vom Gehalt des gelösten Sauerstoffs.     

Die Gleichgewichte zwischen Eisenschmelzen und Schlacken des Systems FeOn–CaO–P2O5–MgO bei 1600 °C

Entwurf des Schlackensystems FeO_n–CaO–P₂O₅–MgO für 1600 °C aus vorliegenden Schrifttumsangaben. Beschreibung des eigenen Untersuchungsverfahrens zur genaueren Bestimmung des Vierstoffsystems. Versuchsergebnisse zur Bestimmung der Sättigungsflächen des Trikalziumphosphates, des Tetrakalziumphosphates und des Kalkes. Gleichgewichtsphosphorgehalte im Eisenbad unter den Schlacken des untersuchten Vierstoffsystems. Folgerungen für die technische Stahlherstellung.     

Ausscheidungsreaktionen im System Eisen–Nickel

Kinetik der Ausscheidungen aus übersättigten α- und γ-Mischkristallen in eisenreichen Legierungen des Systems Eisen–Nickel. Ermittlung der Mengenfunktionen nach dem zweidimensionalen Punktverfahren und Auswertung nach Johnson-Mehl und Austin-Rickett. Licht- und elektronenmikroskopische Ermittlung der Morphologie der Ausscheidungen. Untersuchung der in Abhängigkeit von der Temperatur unterschiedlich ablaufenden Ausscheidung aus martensitischem Ausgangsgefüge.     

Das Verhalten der in Stählen ausgeschiedenen Sulfide gegenüber Wasserstoff bei höheren Temperaturen

Bestimmung von FeS und (Mn, Fe)S in unlegierten Stählen nach dem bereits früher beschriebenen Wasserstoffreduktionsverfahren durch Glühen der elektrochemisch freigelegten Sulfide im Wasserstoffstrom bei 750°C und konduktometrische Messung des gebildeten Schwefelwasserstoffs. Chemische Bestimmung von Kupfersulfid im Isolat kupferhaltiger Stähle. Reaktion von Titan-, Chrom- und Zirkonsulfid sowie von Zirkon-Carbosulfid mit Wasserstoff bei verschiedenen Temperaturen. Getrennte Bestimmung von Mangansulfid und einer weiteren Sulfidphase in kohlenstofffreien Eisenlegierungen und in legierten Stählen.