Die spezifische Wärmekapazität von metallischen Werkstoffen. – I. Teil: Ferritische,umwandlungsfähige Stähle

Beschreibung des verwendeten adiabatischen Hochtemperaturkalorimeters. Wahre und mittlere spezifische Wärmekapazität zwischen 50 und 400 bzw. 650°C der Stähle St 35, 13 CrMo 4 4, 10 CrMo 9 10, X 20 CrMoV 12 1, 12 Ni 19 und X 8 Ni 9. Ergänzende Untersuchungen an dem ferritisch-austenitischen Stahl X 20 CrNiSi 25 4. Aufspaltung der Meßwerte in den Anteil nach Debye sowie in den anharmonischen, elektronischen und magnetischen Beitrag zur spezifischen Wärmekapazität.     

Anomalien in der Wärmeausdehnung austenitischer Cr—Ni-Stähle

An folgenden sieben austenitischen Cr—Ni-Stählen wurden zwischen 20 und rd. 900°C der differentielle und der mittlere lineare Wärmeausdehnungskoeffizient bestimmt: X 5 NiCrMoCuTi 20 18, X 10 NiCrMoTiB 15 15, X 2 CrNiMo 25 22 2, X 3 CrNiMoN 17 13, X 2 CrNiMo 18 12, X 6 CrNi 18 11 und X 5 CrNi 18 9. Im Verlauf des differentiellen linearen Ausdehnungskoeffizienten ergeben sich im Temperaturbereich um 200°C sowie um 600 bis 700°C ausgeprägte Maxima. Diese erweisen sich als streng reversibel und können weder Ausscheidungen noch Nahordnungsvorgängen oder magnetischen Ordnungseinstellungen zugeordnet werden. Durch Anpassung der Grundkurve an einen nach der Grüneisen-Theorie berechneten Verlauf verbleibt ein zusätzlicher Beitrag, ein sogenannter Ausdehnungsexzeß. Dieser läßt sich wie bei einer früheren Untersuchung zur spezifischen Wärmekapazität auf thermisch induzierte Elektronenübergänge, basierend auf der γ₁ – γ₂-Hypothese von R. J. Weiss, zurückführen.     

Vergleichende wärmetechnische Bewertung von Brennstoffen für Industrieöfen

Graphische Darstellung der thermodynamischen Grundlagen der Brennstoffbewertung durch Enthalpie-Volumen- und Temperatur-Wärmekapazität-Schaubilder. Überprüfung der bisherigen Bewertungsverfahren. Untersuchung des Einflusses des Luftüberschusses, der Verbrennungsluft- und Brennstoffvorwärmung, der Anfangstemperatur der Wärmgase, der Abgastemperatur und des Verbrennungsablaufs auf die Bewertungsrechnung.     

Einfluß des Gefüges und der Belastung auf den Wälzverschleiß des martensitaushärtbaren Stahles X 2 NiCoMo 1885

Unterschiedlich ausscheidungsgehärtete Gefüge des Stahles X 2 NiCoMo 1885 wurden in einem Zwei-Scheiben-Prüfstand einer Wälzbeanspruchung bei Mangelschmierung unterzogen. Der Einfluß der Gefüge bei gleicher und unterschiedlicher Härte sowie der Einfluß unterschiedlicher Hertzscher Pressung auf das Verschleißverhalten wurden untersucht. Als Meßgrößen zur Beurteilung des Widerstandes gegen Wälzverschleiß wurden die Reibungszahl, die Laufflächenrauheit und der massenmäßige Verschleißbetrag ermittelt. Es zeigte sich, daß der martensitische, ausscheidungsgehärtete Stahl unter den gewählten experimentellen Bedingungen den Stählen 42 CrMo 4 und X 155 CrVMo 121 deutlich im Widerstand gegen Wälzverschleiß überlegen war.     

Untersuchungen zur Wärmeübertragung bei der Spritzwasserkühlung von Stahlplatten

Mittels eines instationären Untersuchungsverfahrens wurde der Wärmeaustauschvorgang bei der Wasserabspritzung in einem sich auf die Kühlstrecke einer Warmwalzanlage beziehenden Bereich untersucht. Es wurde der Einfluß von Wasserbeaufschlagungsdichte, Oberflächenstoßdruck, Wasserschicht und Material auf den Wärmetransport überprüft. Die gesamte Oberflächenwärmestromdichte wurde als passende Größe zur Beschreibung der Wärmeübertragung bei der Wasserabkühlung besonders im Bereich der instabilen Filmverdampfung ausgewählt. Quantitativ wurde diese Größe unter verschiedenen Abkühlbedingungen ermittelt. Nach Forderung der Kühlungssimulationsaufgabe wurde die ?Stepwise Regression Procedure“ verwendet, um die Form und die entsprechenden Parameter der Regressionsformeln festzustellen. Die Ergebnisse für X 5 CrNi 18 8 wurden dargestellt. Solche mathematische Darstellungen können Wärmerandbedingungen in den Bereichen der stabilen und instabilen Filmverdampfung sowie der Blasenverdampfung kontinuierlich erfassen. Die Ergebnisse enthalten die wichtigsten Einflußfaktoren, wie einerseits Oberflächentemperatur (150–850°C) und andererseits Wasserbeaufschlagungsdichte (300–1500 l/(m² · min)). Diese Methode eignet sich als Grundlage zur Ermittlung der Wärmerandbedingungen unter den verschiedenen simulierten Kühlungsbedingungen und stellt somit den Ansatz eines zuverlässigen Modells zur Simulation und Optimierung des Warmwalzprozesses bzw. des Wärmebehandlungsprozesses und schließlich auch der ganzen Anlage dar.     

Hochfeste martensitaushärtende Nickelstähle

Metallkundliche Grundlagen für die Entwicklung martensitaushärtender Nickelstähle allgemein und ihres kennzeichnenden Vertreters X 2 NiCoMo 18 8 5 mit rd. 0,02% C, 18% Ni, 8% Co, 5% Mo und Zusätzen an Aluminium und Titan. Mechanische Eigenschaften dieses Stahles (Kennwerte des Zugversuchs bei 20 °C und höheren Temperaturen, Kerbschlagzähigkeit bei 20 °C und niedrigeren Temperaturen, Dauerschwingfestigkeit, auch unter korrosiver Beanspruchung, Langzeitverhalten bei höheren Temperaturen und Bruchzähigkeit) in Abhängigkeit von den Bedingungen bei der Wärmebehandlung. Verhalten des Stahles beim Schweißen. Möglichkeiten zur Weiterentwicklung der Stähle.     

Mathematische Modelle für verfahrenstechnische Hochtemperaturprozesse,erläutert am Beispiel des Glasschmelzofens

Betrachtungen über die Begriffe ?Mathematisches Modell” und ?Hochtemperaturverfahrenstechnik”. Bildung von Kenndaten, Studium von Einzelvorgängen sowie physikalische Modelle als Vorstufe der mathematischen Modelle, die die gesamte Anlage umfassen. Aufbau und Wirkungsweise einer Glasschmelzwanne. Wärmebilanz- und Wärmeaustauschgleichung für den Einschmelzbereich und für den Blankschmelz- und Läuterbereich als Grundlagen des mathematischen Modells. Voraussetzungen für dieses Modell. Darstellung der Anwendbarkeit des Modells am Beispiel der Überprüfung des Zusammenhanges zwischen Wärmeverbrauch und Schmelzleistung und der Überprüfung der Gleichmäßigkeit der Wärmezufuhr einer Glasschmelzwanne bei Steigerung der Leistung. Überprüfung des Einflusses elektrischer Zusatzheizung auf die Schmelzleistung. Hinweis auf die Bedeutung, die einer analytischen Erfassung der Glasströmung in Hinsicht auf die Anwendbarkeit und Genauigkeit des Modells zukommt. Berücksichtigung der Glasqualität und die Schlierigkeit des Glases. Rechnerische Berücksichtigung des Auszieheffektes sowie der Diffusion.     

Die Wärmeausdehnung kubisch-flächenzentrierter Eisenlegierungen

Dilatometrische Messungen zwischen ?200 und 500 °C an Eisen-Nickel-, Eisen-Mangan- und Eisen-Mangan-Nickel-Legierungen. Einfluß von Kohlenstoff, Chrom und Kupfer auf Wärmeausdehnung und magnetische Eigenschaften. Ermittlung der Volumenmagnetostriktion an den ferromagnetisch und antiferromagnetisch geordneten Legierungen. Vergleich der relativen Längenänderung zwischen 20 und ?200 °C bei verschiedenen Werkstoffen.     

Untersuchung des Wärmeübergangs an einer simulierten Sekundärkühlzone beim Stranggießverfahren

Wärmeübergang beim Aufspritzen von Wasser auf heiße Flächen. Versuche zur Wasserverteilung und zum Wärmeübergang bei Verwendung von Flachstrahl- und Vollkegeldüsen. Beschreibung des Einflusses der Wasserbeaufschlagungsdichte und der Wasseraustrittsgeschwindigkeit auf den Wärmeübergang mit Gleichungen. Übertragung der Ergebnisse auf das Stranggießverfahren.     

Die Wärmeleitfähigkeit von Schamotte-Feuerleichtsteinen in verschiedenen Casen

Theoretische Grundlagen zur Berechnung der Wärmeleitfähigkeit in Gasen von zur Wärmeisolierung benutzten porigen feuerfesten Stoffen. An Schamotte-Feuerleichtsteinen mit 67% Porigkeit Messung der Wärmeleitfähigkeit nach dem Heißdrahtverfahren bis rd. 1000°C in den Gasen Luft, Argon, Helium, Wasserstoff und Kohlendioxyd und Vergleich der gemessenen Werte mit errechneten Werten.     

Isolierung und Untersuchung der Oxydeinschlüsse in unberuhigten und teilberuhigten Stählen

Stand der Entwicklung bei der Sauerstoffbestimmung und Oxydisolierung in beruhigten und unberuhigten Stählen. Chemische und elektrochemische Vorgänge an Wüstitelektroden in nahezu neutralen Elektrolyten. Die Bedingungen zum Freilegen des Wüstits aus der α-Eisen-Matrix. Veränderungen des Wüstits bei Wärmebehandlungen. Sauerstoff in den isolierten Oxyden. Versuche mit Jodtrichloridlösungen in Estern. Silikate neben Wüstit in beruhigten und unvollständig beruhigten Stählen. Änderungen der Phasen bei Wärmebehandlungen. Änderungen der Phasen bei der Chlorierung.     

Das Temperaturfeld eines im Gegenstrom oder Gleichstrom beheizten Zylinders

Einheitliche Behandlung von Gegenstrom und Gleichstrom. Geschlossene Lösung der Differentialgleichung. Beschreibung des Verhaltens von Gas- und Zylindertemperatur bei verschiedenen Verhältnissen der Wärmekapazitätsströme.     

Über das magnetische Verhalten einiger stabiler austenitischer Chrom-Nickel-Stähle im Bereich tiefer Temperaturen

Das magnetische Verhalten austenitischer Eisenwerkstoffe. Beschreibung der Meβeinrichtungen. Temperatur-abhängigheit der spezifischen magnetischen Suszeptibilität unterhalb Raumtemperatur bis herab zur Siedetemperatur des flüssigen Heliums bei den Stählen X 8 CrNiNb 16 13, X 8 CrNiMoVNb 16 13, X 8 CrNiMoNb 1616 und X 15 CrNiSi 25 20. Antiferromagnetisches Verhalten bei austenitischen Stählen. Theoretische Erörterung zum Antiferromagnetismus.     

Dauerschwingverhalten von Baustählen und Rißausbreitung unter Zug-Druck-Wechselbeanspruchung mit gleichbleibenden und veränderlichen Spannungsausschlägen

Zug-Druck-Dauerversuche mit gleichbleibenden und veränderlichen Spannungsausschlägen an gekerbten Flachproben (α_k = 2,7) der Baustähle St 37-3 und St 52-3. Erfassung der Versuchseinzelwerte in einem erweiterten Wöhler-Schaubild durch Darstellung von Wöhler-Linie, Schadenslinie und Grenzlinie der Verformungsspuren für einstufige Beanspruchung sowie der Lebensdauerlinie des Betriebsfestigkeitsversuches, Aufzeichnung der Rißausbreitung während der einstufigen und mehrstufigen Schwingversuche mit Hilfe einer optischen Registriereinrichtung. Abhängigkeit der Rißausbreitung von der Lastspielzahl und den Spannungsausschlägen.     

Zur konvektiven Wärmeübertragung an Außenflächen von Industrieöfen

Untersuchung der konvektiven Wärmeübertragung an waagerechten und senkrechten Flächen. Vergleich der Ergebnisse mit Schrifttumsangaben. Versuche über den gegenseitigen Einfluβ waagerechter und senkrechter Flächen aufeinander bei konvektiver Wärmeübertragung an einem idealisierten Ofen (oberflächenbeheizter Würfel). Entwicklung einer Gebrauchsformel für die konvektive Wärmeübertragung an Auβenflächen von Industrieöfen.     

Die Optimierung der mechanischen Eigenschaften des Stahls X20Cr13 durch simulierende Wärmebehandlung

Simulierende Wärmebehandlung an kleinen Proben zur Erfassung des Einflusses der Austenitisierungstemperatur, der Abkühlgeschwindigkeit beim Härten und der Anlaßtemperatur auf die mechanischen Eigenschaften des Stahls X20Cr13. Neuartige Darstellung der Ergebnisse in der Form des Wärmebehandlungsschaubildes zur Kennzeichnung der kombinierten Wirkung von Abkühlgeschwindigkeit und Anlaßtemperatur. Einstellung von Festigkeit und Zähigkeit des Stahls durch Kontrolle der drei oben erwähnten Wärmebehandlungsparameter.     

Dauerschwingverhalten nichtrostender Stähle unter gleichzeitiger korrosiver Beanspruchung,Teil 1: Verhalten bei erhöhten Temperaturen und in korrosiver Heißgasatmosphäre

In einer Übersicht werden die bislang am Lehrstuhl für Werkstoffkunde und Mechanische Technologie der Universität Kaiserslautern durchgeführten Untersuchungen des Dauerschwingverhaltens nichtrostender Stähle vorgestellt. Es wird eine Prüfeinrichtung beschrieben, mit der das Schwingverhalten metallischer Werkstoffe bei erhöhten Temperaturen bis zu 700°C bei gleichzeitiger Einwirkung heißer Gase ermittelt werden kann. Für die mit dieser Apparatur untersuchten hochlegierten Stähle X 5 CrNi 18 9 (1.4301), X 10 CrNiMoTi 18 10 (1.4571) und X 5 CrTi 12 (1.4512) ist die Verringerung der Schwingfestigkeiten in erster Linie durch die erhöhte Versuchstemperatur bedingt. Der zusätzliche festigkeitsmindernde Einfluß der korrosiven dampfförmigen Phase eines Modellkondensates bzw. H₂O-HCI-Gemisches ist bei den gegebenen Versuchsbedingungen vergleichsweise gering. Bei Betriebsfestigkeitsuntersuchungen mit verschiedenen Beanspruchungskollektiven ergeben sich für den Stahl 1.4571 bei allen Versuchstemperaturen die kürzesten Lebensdauern erwartungsgemäß für den reinen Einstufenversuch (Wöhler-Versuch).     

Berechnung des Temperaturfeldes und des Wärmebedarfs bei der Wärmebehandlung zylindrischer Blöcke

Theoretische Grundlagen zur Berechnung zeitlich veränderlicher Temperaturfelder. Aufstellen der Differenzengleichungen bei veränderlichen Stoffwerten. Berechnung der Wärmestromdichte aus dem Wärmeinhalt. Beschreibung eines Programmes zur Ermittlung des zeitlichen Temperaturfeldes und des Wärmebedarfs aus der Oberflächentemperatur. Anwendung des Programmes auf den Glühprozeβ in einem Hubbalkenofen und das Flockenfreiglühen eines Blockes.     

Untersuchungen zum Einfluß höherer Mo-Gehalte auf das Korrosionsverhalten von höherfesten nichtrostenden ferritisch-austenitischen Stählen

An geschmiedeten Proben unterschiedlicher Wärmebehandlungsquerschnitte aus ferritisch-austenitischen Stählen mit 20–28% Cr, 1,5–6% Mo, ca. 5% Ni, bis ca. 1,5% Cu und bis zu je 0,25% Nb, V und N wurden Untersuchungen auf interkristalline Korrosion, Lochtraß- und Spaltkorrosion in Cl-haltigen Medien, Salpetersäurebeständigkeit und Spannungsrißkorrosion durchgeführt. Die Untersuchungsergebnisse sind wie folgt: Die untersuchten Stähle erwiesen sich selbst bei größeren Mengen an Ausscheidungen auf den Korn- und Phasengrenzen als beständig gegen interkristalline Korrosion im verschärften Strauß-Test. Ursache hierfür ist die unkritische Cr-Verarmung aufgrund der verhältnismäßig geringen Cr-Abbindungsrate in den auftretenden Nitridmodifikationen. Die Lochfraß- und besonders die Spaltkorrosionsbeständigkeit gegen Cl-Ionen wird ab 3,2% Molybdän sprungartig verbessert. Ab ～4% Mo führt die zunehmende Ausscheidungsmenge besonders bei größeren Wärmebehandlungsquerschnitten wieder zu einem Rückgang der Spaltkorrosionsbeständigkeit. In konzentrierter siedender HNO₃ nimmt die Materialverlustrate mit zunehmendem Mo-Gehalt und mit sinkender Abkühlgeschwindigkeit, entsprechend steigendem Wärmebehandlungsquerschnitt, infolge erhöhter Ausscheidungsmenge auf den Korngrenzen zu. Das SpRK-Verhalten zeigt keine bemerkenswerte Abhängigkeit vom Mo-Gehalt. Ein ferritisch-austenitischer Stahl mit rd. 25% Cr, 3,5% Mo, 5% Ni und festigkeitssteigernden Legierungszusätzen von Nb, V, N, der auch Cu-Gehalte von über 1% enthalten kann, weist bei gleichen Festigkeitskennwerten wie X 4 CrNiMoNbVN 27 6 2 wesentlich verbesserte Cl-lonenbeständigkeit auf. Der auf 0,03% begrenzte C-Gehalt gewährleistet IK-Beständigkeit im verschärften Strauß-Test. Dieser Stahl, der die Bezeichnung X 3 CrNiMoNbVN 25 6 4 (Werkstoff-Nr. 1.4530) trägt, wurde in der Zwischenzeit vorwiegend in Schmiedestücken mit Wanddicken bis zu ca. 180 mm für chemisch und mechanisch hoch beanspruchte Teile im Maschinenbau eingesetzt.     

Über den Einfluß von Wärme- und Stoffübergang bei heterogenen Reaktionen zwischen Gasen und dichten Festkörpern

Allgemeine Betrachtung über heterogene Reaktionen zwischen Gasen und Feststoffen und Erörterung der maßgebenden Gleichungen für den Abbau von festen Ausgangsstoffen: Darstellung der Bedeutung von Stoffübergang, Porendiffusion, chemischer Kinetik, Wärmeübergang und Wärmeleitung für den Reaktionsablauf. Definition einer neuen Beziehung für die Reaktionsgeschwindigkeit für geringe Gleichgewichtsabweichungen in der Gasphase zur Beschreibung des Einflusses der einzelnen Teilschritte. Als Beispiel Darstellung des Einflusses von Wärme- und Stoffübergang auf den Reaktionsablauf.