Die Metallurgie des Schweißens: Eisenwerkstoffe - Nichteisenmetallische Werkstoffe

364203182X......Page 1
Die Metallurgie\rdes Schweißens,\r4. Auflage......Page 3
Vorwort zur vierten Auflage......Page 5
Inhalt......Page 8
1.1 Schweißtechnik erfordert die Werkstoffkunde......Page 21
1.2.1 Bindungsformen der Metalle......Page 22
1.2.1.1 Metallische Bindung......Page 24
1.2.1.2 Ionenbindung ( heteropolare Bindung)......Page 25
1.2.2 Gitteraufbau der Metalle......Page 26
1.2.2.1 Gitterbaufehler (Realkristalle)......Page 27
1.2.3 Gefüge, Korn, Kristallit, Korngröße......Page 32
1.3.1 Verformungsvorgänge in Idealkristallen......Page 35
1.3.2 Verformungsvorgänge in technischen Metallen......Page 36
1.3.3 Verfestigung der Metalle......Page 38
1.3.4 Einfl uss der Korngrenzen......Page 39
1.4 Phasenumwandlungen......Page 42
1.4.1.1 Primärkristallisation von (reinen) Metallen......Page 44
1.4.1.2 Primärkristallisation von Legierungen......Page 47
1.4.2 Phasenumwandlungen im festen Zustand......Page 50
1.4.2.1 Diffusionskontrollierte Phasenumwandlungen......Page 52
1.4.2.2 Diffusionslose Phasenumwand-lungen ( Martensitbildung)......Page 54
1.5.1 Diffusion......Page 58
1.5.2 Erholung und Rekristallisation......Page 62
1.5.3 Warmverformung......Page 65
1.6 Grundlagen der Legierungskunde......Page 66
Unknown......Page 0
1.6.1.2 Intermediäre Verbindungen......Page 68
1.6.2 Zustandsschaubilder......Page 69
1.6.2.1 Zustandsschaubild für vollkommene Löslichkeit im fl üssigen und festen Zustand......Page 70
1.6.2.2 Eutektische Systeme......Page 71
1.6.2.4 Systeme mit intermediären Phasen......Page 73
1.6.3.1 Kristallseigerung......Page 75
1.6.4.1 Abschätzen des Schweißverhaltens......Page 77
1.6.4.2 Mechanische Gütewerte......Page 78
1.6.5 Dreistoffsysteme......Page 79
1.6.5.1 Ternäre Schaubilder in ebener Darstellung......Page 81
1.7 Grundlagen der Korrosion......Page 83
1.7.1 Defi nitionen und Begriffe......Page 84
1.7.2 Elektrochemische Vorgänge......Page 85
1.7.3 Korrosionsmechanismen in wässrigen Lösungen......Page 88
1.7.3.1 Wasserstoffkorrosion (Säurekorrosion)......Page 89
1.7.3.2 Sauerstoffkorrosion......Page 90
1.7.3.3 Das Korrosionsverhalten beeinfl ussende Faktoren Ionenkonzentration......Page 91
1.7.4 Elektrochemische Polarisation......Page 97
1.7.4.2 Aktivierungspolarisation......Page 98
1.7.4.3 Konzentrationspolarisation......Page 100
1.7.5 Passivität......Page 101
1.7.6.1 Korrosionsarten ohne mechanische Beanspruchung......Page 103
1.7.6.1.2 Lochkorrosion (Lochfraß)......Page 104
1.7.6.1.3 Spaltkorrosion (Berührungskorrosion)......Page 106
1.7.6.1.4 Selektive Korrosion......Page 107
1.7.6.1.5 Korrosionsvorgänge in besonderen Umgebungen......Page 108
1.7.6.2.1 Spannungsrisskorrosion (SpRK)......Page 111
1.7.6.2.2 Kavitation(skorrosion)......Page 113
1.7.7 Gestaltungsrichtlinien; Werkstoffwahl......Page 114
1.7.7.3 Wasserlinienkorrosion, atmosphärische Korrosion......Page 118
1.7.7.5 Spannungsrisskorrosion (SpRK)......Page 119
1.7.7.6 Besonderheiten beim Schweißen......Page 120
1.7.8.1 Aktive Schutzverfahren......Page 121
1.7.8.2 Passive Schutzverfahren......Page 126
1.8 Aufgaben zu Kapitel 1......Page 130
1.9 Schrifttum......Page 141
2.1 Allgemeines......Page 143
2.2 Einteilung der Stähle......Page 144
2.3.1 Erschmelzungsverfahren......Page 145
2.3.1.1 Sekundärmetallurgie......Page 148
2.3.2 Vergießungsverfahren; Desoxidieren......Page 150
2.3.2.1 Vergießen und Erstarren des Stahles......Page 151
2.3.2.3 Beruhigt vergossener Stahl; Kennzeichen (R)......Page 152
2.4 Das Eisen-KohlenstoffSchaubild (EKS)......Page 153
2.5 Die Wärmebehand lung der Stähle......Page 156
2.5.1.1 Spannungsarmglühen......Page 158
2.5.1.2 Normalglühen......Page 159
2.5.2.1 Härten......Page 160
2.5.2.2 Vergüten......Page 163
2.5.3 Die Austenitumwandlung im ZTUund ZTA-Schaubild......Page 165
2.5.3.1 ZTU-Schaubilder für kontinuierliche Abkühlung......Page 168
2.5.3.3 Möglichkeiten und Grenzen der ZTU-Schaubilder......Page 170
2.5.3.4 Anwendbarkeit der ZTU-Schaubilder auf Schweißvorgänge......Page 172
2.5.3.5 ZTA-Schaubilder......Page 175
2.6.1 Prinzip der Festigkeitserhöhung......Page 177
2.6.2.1 Theoretische Schubfestigkeit......Page 178
2.6.3.1 Kaltverfestigung......Page 179
2.6.3.2 Mischkristallverfestigung......Page 180
2.6.3.3 Ausscheidungshärtung......Page 181
2.6.3.5 Martensithärtung......Page 185
2.7 Unlegierte und (niedrig-)legierte Stähle......Page 187
2.7.2 Unlegierte Baustähle nach DIN EN 10025-2......Page 188
2.7.3 Stähle für den Maschinen-und Fahrzeugbau......Page 191
2.7.3.1 Vergütungsstähle......Page 194
2.7.3.2 Einsatzstähle......Page 195
2.7.4 Warmfeste Stähle......Page 197
2.7.5 Kaltzähe Stähle......Page 202
2.7.6 Feinkornbaustähle......Page 204
2.7.6.1 Normalgeglühte Feinkornbaustähle......Page 208
2.7.6.2 Thermomechanisch gewalzte Feinkornbaustähle......Page 210
2.7.6.3 Vergütete Feinkornbaustähle......Page 217
2.8.1 Erzeugen und Erhalten der Korrosionsbeständigkeit......Page 220
2.8.2 Korrosionsverhalten der Stähle in speziellen Medien......Page 222
2.8.3.1 Die Zustandsschaubilder Fe-Cr, Fe-Ni......Page 223
2.8.3.2 Das Zustandsschaubild Fe-Cr-Ni......Page 224
2.8.3.3 Einfl uss wichtiger Legierungselemente Nickel......Page 225
2.8.3.4.1 Interkristalline Korrosion (IK)......Page 228
2.8.3.4.2 Sigma-Phase (......Page 230
2.8.3.4.3 475 °C-Versprödung......Page 231
2.8.4 Einteilung und Stahlsorten......Page 234
2.8.4.2 Ferritische Chromstähle......Page 235
2.8.4.3 Austenitische Chrom-Nickel-Stähle......Page 237
2.8.4.4 Austenitisch-ferritische Stähle ( Duplexstähle)......Page 241
2.9 Aufgaben zu Kapitel 2......Page 244
2.10 Schrifttum......Page 255
3.1 Schweißbarkeit – Begriff und Defi nition......Page 257
3.1.3 Schweißmöglichkeit......Page 258
3.2.1.1 Erschmelzungsund Vergießungsart......Page 259
3.2.1.2 Chemische Zusammensetzung......Page 260
3.2.2 Legierte Stähle......Page 263
3.3 Wirkung der Wärmequelle......Page 264
3.3.1 Temperatur-Zeit-Verlauf......Page 265
3.3.2 Eigenspannung; Schrumpfung, Verzug......Page 269
3.3.2.2 Winkelschrumpfung......Page 272
3.3.2.4 Haupteinfl üsse auf Schrump-fungen und Spannungen Wärmemenge und Schweißverfahren......Page 273
3.3.3 Metallurgische Wirkungen des Temperatur-Zeit-Verlaufs......Page 274
3.3.3.1 Sauerstoff......Page 276
3.3.3.2 Stickstoff......Page 277
3.3.3.3 Wasserstoff......Page 278
3.4.1 Werkstoffmechanische Grundlagen......Page 281
3.4.2 Probleme konventioneller Berechnungskonzepte......Page 283
3.4.3 Sprödbruchbegünstigende Faktoren......Page 285
3.4.3.1 Werkstoffl iche Faktoren......Page 286
3.4.3.2 Konstruktive Faktoren......Page 287
3.5 Fehler in der Schweißverbindung......Page 288
3.5.1 Metallurgische Fehler......Page 289
3.5.1.1 Die Wirkung der Gase......Page 290
3.5.1.2 Fehler beim Schweißbeginn und Schweißende......Page 291
3.5.1.3 Probleme des Einbrands......Page 293
3.5.1.4 Einschlüsse; Schlacken......Page 294
3.5.1.5 Zündstellen......Page 295
3.5.1.6 Rissbildung im Schweißgut und in der WEZ......Page 296
3.5.2 Bewertung der Fehler......Page 306
3.6 Aufgaben zu Kapitel 3......Page 309
3.7 Schrifttum......Page 316
4.1 Aufbau der Schweißverbindung......Page 318
4.1.1.1 Die Primärkristallisation der Schweißschmelze......Page 319
4.1.1.2 Massentransporte im Schweißbad......Page 326
4.1.2 Werkstoffl iche Vorgänge in der Wärmeeinfl usszone......Page 328
4.1.3 Die WEZ in Schweißverbin-dungen aus umwandlungs-fähigen Stählen......Page 329
4.1.3.1 Der Einfl uss des Nahtaufbaus; Einlagen-, Mehrlagentechnik......Page 335
4.1.3.2 Eigenschaften und mechanische Gütewerte......Page 337
4.1.3.3 Vorwärmen der Fügeteile......Page 346
4.1.3.4 Einfl uss der Stahlherstellungsart und der chemischen Zusammensetzung......Page 352
4.1.4 Verbinden unterschiedlicher Werkstoffe......Page 353
4.2.1 Konzepte der Normung......Page 355
4.2.3.1 Umhüllte Stabelektroden für das Licht bogenhandschweißen ( DIN EN ISO 2560)......Page 356
4.2.3.1.1 Aufgaben der Elektrodenumhüllung......Page 357
4.2.3.1.2 Metallurgische Grundlagen......Page 358
4.2.3.1.3 Eigenschaften der wichtigsten Stabelektroden......Page 360
4.2.3.1.4 Bedeutung des Wasserstoffs......Page 363
4.2.3.1.5 Normung der umhüllten Stabelektroden......Page 368
4.2.3.2 Schweißzusätze für das Schutzgasschweißen......Page 372
4.2.3.3.1 Drahtelektroden......Page 382
4.2.3.3.2 Schweißpulver......Page 385
4.3.1 Unlegierte niedriggekohlte C-Mn-Stähle......Page 393
4.3.1.1 Baustähle nach DIN EN 10025-2......Page 398
Gütegruppen (Stahlgütegruppen)......Page 401
Wahl der Gütegruppe......Page 402
4.3.2.1 Allgemeine Konzepte......Page 403
4.3.2.2 Einfl uss der Abkühlbedingungen auf die mechanischen Gütewerte der Verbindung......Page 404
4.3.2.3 Fertigungstechnische Hinweise Nahtvorbereitung......Page 408
4.3.2.4 Schweißzusatzwerkstoffe......Page 412
4.3.3 Feinkornbaustähle; vergütet......Page 417
4.3.4 Höhergekohlte Stähle......Page 421
4.3.5 Warmfeste Stähle......Page 425
4.3.5.2 Ferritische Stähle (ferritisch-bainitisch)......Page 426
4.3.5.3 Ferritische Stähle (martensitisch)......Page 428
4.3.5.5 Versprödungsund Rissmechanismen......Page 430
4.3.6 Kaltzähe Stähle......Page 432
4.3.7.1 Einfl uss der Verarbeitung auf das Korrosionsverhalten......Page 433
4.3.7.2 Konstitutions-Schaubilder......Page 436
4.3.7.3 Martensitische Chromstähle......Page 441
4.3.7.4 Ferritische und halbferritische Stähle......Page 444
4.3.7.5 Austenitische Chrom-Nickel-Stähle......Page 450
4.3.7.6 Austenitisch-ferritische Stähle ( Duplexstähle)......Page 459
4.3.8.1 Austenit-FerritVerbindungen......Page 465
4.3.8.2 Schweißplattieren......Page 467
4.3.8.3 Schweißpanzern......Page 470
4.4.1.1 Stahlguss für allgemeine Verwendung......Page 475
4.4.1.2 Hochfester schweißgeeigneter Stahlguss......Page 479
4.4.2 Gusseisen (EN-GJL, alt: GG; EN-GJS, alt: GGG; ISO/JV, alt: GJV)......Page 481
4.4.2.1 Gusseisen mit Lamellengrafi t (EN-GJL, alt: GG)......Page 482
4.4.2.2 Gusseisen mit Kugelgrafi t (EN-GJS, alt: GGG)......Page 486
4.4.3.1 Weißer Temperguss (EN-GJMW, alt: GTW)......Page 493
4.4.3.2 Schwarzer Temperguss (EN-GJMB, alt: GTS)......Page 496
4.5 Aufgaben zu Kapitel 4......Page 497
4.6 Schrifttum......Page 514
5.1 Die WEZ in Schweiß-verbindungen aus Nichteisenmetallen......Page 521
5.1.1 Einphasige Werkstoffe......Page 522
5.1.3 Ausscheidungshärtende Legierungen......Page 523
5.1.4 Hochreaktive Werkstoffe......Page 525
5.2 Schwermetalle......Page 526
5.2.1 Kupfer und Kupferlegierungen......Page 527
5.2.1.1 Hinweise zum Schweißen 5.2.1.1.1 Kupfer......Page 529
5.2.1.1.2 Kupferlegierungen......Page 533
5.2.2 Nickel und Nickellegierungen......Page 538
5.2.2.1 Einfl uss der Legierungselemente auf das Schweißverhalten......Page 542
5.2.2.2 Schweißmetallurgie 5.2.2.2.1 Allgemeine Werkstoffprobleme......Page 543
5.2.2.3 Schweißpraxis......Page 547
5.3.1 Aluminium und Aluminiumlegierungen......Page 549
5.3.1.2 Bezeichnungsweise......Page 551
5.3.1.3 Metallurgisch bedingte Schweißnahtdefekte......Page 553
5.3.1.4 AluminiumKnetlegierungen......Page 554
5.3.1.5 AluminiumGusslegierungen......Page 555
5.3.1.7 Aluminium-Sonderlegierungen......Page 561
5.3.1.8 Schweißzusatzwerkstoffe......Page 563
5.3.1.9 Schweißpraxis 5.3.1.9.1 Vorbereitende Maßnahmen......Page 565
5.3.1.9.2 Schweißverfahren......Page 566
5.3.2 Magnesium und Magnesiumlegierungen......Page 569
5.4 Hochschmelzende und hochreaktive Werkstoffe......Page 571
5.4.1 Titan und Titanlegierungen......Page 572
5.4.1.1 Eigenschaften und Schweiß-verhalten der Titanwerkstoffe......Page 574
5.4.1.2 Metallurgisch bedingte Schweißnahtdefekte......Page 578
5.4.1.3 Schweißpraxis......Page 579
5.4.2 Molybdän und Molybdänlegierungen......Page 580
5.4.3 Zirkonium und Zirkoniumlegierungen......Page 581
5.5 Aufgaben zu Kapitel 5......Page 584
5.6 Schrifttum......Page 592
6 Anhang\r(spezielle Werkstoffprüfverfahren)......Page 597
7 Sachwortverzeichnis......Page 615