Was ist Stahl?: Eine Stahlkunde für Jedermann

135 Pages·1958·4.415 MB·German

by  Leopold Scheer (auth.)

WAS IST STAHL?
WAS IST STAHL?
EINE STAHLKUNDE FOR JEDERMANN
VON
LEOPOLD SCHEER
ELFTE ERWEITERTE AUFLAGE
MIT 49 AHBILDUNGEN
UND EINER TAFEL
SPRINGER-VERLAG
BERLIN HEIDELBERG GMBH
DAS BUCH WURDE BISHER INS
ENGLISCHE, TORKISCHE UND PORTUGIESISCHE
OBERSETZT
ISBN 978-3-642-53033-3 ISBN 978-3-642-53032-6 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-642-53032-6
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@ B Y SPRINGER-VERLAG BERLIN HEIDELBERG 1958
URSPRONGLICHERSCHIENENBEI SPRINGER-VERLAG OHG., BERLIN! GăTTINGEN I HEIDELBERG 1958
Aus dem Vorwort zur ersten Auflage.
N eben einem ins Riesenhafte angewachsenen fachwissenschaft
lichen Schrifttum auf dem Gebiete des Stahles sind nur wenige beIeh
rende Biicher erschienen, die das ZieI verfolgen, den groBen Kreis
der an "Stahl und Eisen" interessierten Laien, vor allem auch den
Kreis der Stahlverkăufer und der Einkăufer iiber das Wesen des
Stahles allgemeinverstăndlich zu unterrichten. Geschrieben wurden
auch diese Lehrbiicher von Fachleuten, die gemeiniglich allein fiir
berufen befunden wurden, auf ihrem Gebiete AufschluB zu geben.
Diese Ansicht ist nicht ganz richtig. Der Fachmann ist zu sehr auf
seinesgleichen eingestellt; oft ist er in seinen technischen Gedanken
găngen so befangen, daB er sich nicht bewuBt wird, was von den
technischen Dingen noch zum "Allgemeinwissen" gehort und was
schon zu den "Sonderkenntnissen" zu rechnen ist; er setzt bei seinen
nichttechnischen Lesern hăufig zu vieI voraus. Solche Lehrbiicher
haben meistens auch nicht ihren Zweck erfiillt. Der willige Leser
legt sie oft sehr bald ermiidet aus der Hand und gibt dann sein
"Studium" iiberhaupt auf. Ein auch nur oberflăchliches Eindringen in
das Wesen des Stahles ist dem Nichtfachmann im allgemeinen ver
sagt geblieben. Man frage einmal einen Iăngere J ah re im Stahlfach
"selbstăndig" arbeitenden Verkăufer nach den einfachsten Begriffen,
die ihm bei seiner Arbeit tăglich in die Quere kommen, und man
wird sich davon iiberzeugen, daB ihm jede brauchbare Vorstellung
fehlt. Von zehn Stahlverkăufern werden keine zwei auch nur den
Unterschied zwischen Normalgliihen und Weichgliihen angeben
konnen, wăhrend der jiingste Autoverkăufer bis ins kleinste iiber
die technischen Einzelheiten seiner Wagen Bescheid weiB.
Der Verfasser des vorliegenden Buches ist Kaufmann, also Nicht
fachmann. Er hat sich in langen Jahren durch einen Berg von Fach
literatur durchgearbeitet und kennt aus eigener Erfahrung die
Schwierigkeiten, die sich dem technisch nicht Vorgebildeten auf diesem
interessanten Gebiete entgegenstellen. Er bemiiht sich in dieser
Schrift, in leicht verstăndlicher Form und in gedrăngtem, aber aus
reichendem MaBe einen Begriff vom Wesen des Stahles zu geben.
Die Arbeit kann und sol1 nicht mit der eingangs erwăhnten fach-
VI Vorwort zur elften Auflage.
wissenschaftlichen Literatur in Wettbewerb treten, sie wendet sich
an einen ganz anderen Leserkreis.
Das Buch ist hin Nachschlagewerk, das in der Schreibtischlade
liegen und zu gelegentlicher Beratung hervorgeholt werden soll. Es
ist eine "Einfilhrung" und muB Seite filr Seite gewissenhaft durch
gearbeitet werden. Jeder einzelne Abschnitt ist zum Verstăndnis der
weiteren Ausfilhrungen notwendig, weshalb auch cler "Vorgeschrit
tene" nichts ilberschlagen soJl.
D il s s el d o rf, im Februar 1937.
Der Verfasser.
V orwort zur elften Auflage.
In dieser neuen Auflage sind Einteilung und lnhalt dieser "Klei
nen Stahlkunde" im wesentlichen unverăndert geblieben. Nur Ab
schnitt 9 hat eine N eufassung und - in Anlehnung an die einschlă­
gigen DIN-Normen - eine nicht unbeachtliche Erweiterung erfahren.
Vor allem wird jetzt auch auf die Massenstăhle sowie auf die un
legierten Vergiltungs- und Einsatzstăhle năher eingegangen.
Die Vorarbeiten filr diesen Abschnitt, der jetzt den Namen "Die
unlegierten Stăhle" filhrt, wurden von Herrn Dipl.-Ing. Friedrich
Ulm geleistet, dem der Verfasser auch an dieser Stelle seinen be
sonderen Dank ausspricht. Ebenso gebilhrt Herrn Direktor Dr.-Ing.
Hans P o Il a c k Dank filr wertvolle Hinweise.
Diisseldorf, im Juai 1958.
Der V erfasser.
Inhaltsverzeichnis.
Seite
1. Einleitung ........................................ .
2. Der Kohlenstoff ................................... 1
3. Kleiner, unbeschwerter Ausflug in die Atomphysik .. , 3
4. Das Raumgitter des Eisens .......................... 4
5. Die Verteilung des Kohlenstoffs im Stahl ........... 6
6. Das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm .................. 7
7. Die Warmebehandlung (Nutzanwendung d. Diagramms) 15
A. Das Gliihen der Stahle .......................... 16
a) Weichgliihen (auf karnigen Zementit gliihen) .,. 16
b) Normalgliihen (Normalisieren) ................ 16
c) Spannungsfreigliihen ......................... 17
B. Das Harten der Stahle ........................... 17
a) Umwandlungshartung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 18
Das Anlassen der geharteten Stahle .......... 20
Abarten der Umwandlungshartung ............ 21
a) Warmbadhartung (Thermalhartung, Stufen-
hartung) .................................. 21
(3) Die Einsatzhartung ........................ 22
Y) Die artliche Oberflachenhartung ....... . . . .. 24
b) Die KaIthartung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 25
c) Die Ausscheidungshartung (Aushartung) ...... 26
C. Das Vergiiten der Stahle .................... . . . .. 27
8. Die Legierungen des Stahles ........................ 28
A. Allgemeines .................................... 28
B. Einteilung der Grundstoffe nach ihren Wirkungen 31
a) Grundstoffe, die das Gamma-Gebiet erweitern 31
b) Grundstoffe, die das Gamma-Gebiet verengen .. 31
C. Einteilung der Stahle nach ihrem Gefiige ......... 32
9. Die unlegierten Stahle ............................. 33
A. Allgemeine Baustahle (Massenstahle) ............ 34
B. Unlegierte Vergiitungs- und Einsatzstahle ........ 35
C. Unlegierte Werkzeugstahle ...................... 47
VIII Inhaltsverzeichnis.
Seite
10. Manganstăhle ...................................... 50
11. Nickelstăhle .... .................................. 52
12. Chromstăhle ....................................... 53
13. Chrom-Nickelstăhle ................................ 58
14. Chrom·Manganstăhle .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 59
15. Siliziumstăhle ...................................... 60
16. Kobaltstăhle ....................................... 61
17. Wolframstăhle ..................................... 62
18. Molybdănstăhle .................................... 64
19. Vanadinstăhle ...................................... 65
20. Aluminium im Stahl ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 66
21. Kupfer im Stahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 67
22. Der Stickstoff ...................................... 67
23. Der Sauerstoff ..................................... 69
24. Der Schwefel ...................................... 69
25. Der Phosphor .................................... 70
26. Andere Grundstoffe im Stahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 70
27. Rost-, săure- und hitzebestăndige Stăhle ............. 70
28. Warmfeste und hochwarmfeste Stăhle ... . . . . . . . . . . . .. 79
29. Die Schnellarbeitsstăhle ............................. 85
30. Die Schneidmetalle ................................ 90
a) Die Stellite ..................................... 91
b) Die Hartmetalle ................................. 92
31. Priifung der Stăhle ................................. 93
32. Ober die Erzeugung von Eisen und Stahl ............ 101
33. SchluBwort ........................................ 110
Namen- und Sachverzeichnis ............................ 113
Bildanhang ............................................ 119
Tafe! (am SchluB des Buches)
1. Einleitung.
Ais Sta h 1 bezeimnet man heute alle Eisenlegierungen - mit Aus
nahme von GrauguB und HartguB - ohne Riicksimt auf ihre Eigen
smaften. Friiher wurde als wesentlimes Merkmal des Stahles die
Hartbarkeit angesehen. Es gibt aber eine ganze Reihe von Stahlen.
die sim nimt harten lassen, die durm das Absmrecken aus hohen
Temperaturen im Gegenteil sogar weimer, zaher werden.
E d e 1 sta h 1 e werden vielfam solme Stahle genannt, die auBer
mit Kohlenstoff aum nom mit anderen Grundstoffen, z. B. mit
Chrom, Nickel, Wolfram, Vanadin usw. legiert sind. Diese Be
griffsbestimmung ist jedom nimt ersmopfend und aum anfemtbar.
Denn man wird einen reinen Kohlenstoffstahl, der sorgfaltig erzeugt
und auf dem ganzen Wege der Herstellung - vom GuB bis zum
Versand - immer wieder gewissenhaft gepriift worden ist, zweifel
los auch zu den Edelstahlen rechnen miissen. Andererseits enthalten
manchmal Massenstahle - aum als unbeabsimtigte Verunreini
gungen - gewisse Mengen von Legierungselementen.
Das Rimtige wird man treffen, wenn man die bei den groBen
Hiittenwerken in groBen Mengen erzeugten billigen Stahle als
Massenstahle bezeimnet, die von einem Edelstahlwerk mit Sorgfalt
und unter smarfster Kontrolle hergestellten Stahle dagegen als
Edelstahle.
Die billigen Massenstahle werden meistens nam Festigkeit ver
kauft, die Edelstahle dagegen nam dem Verwendungszweck und
unter einer Markenbezeimnung.
Reines Eisen wird entweder auf elektrismem Wege (Elektrolyse)
oder nam einem Sondersmmelzverfahren erzeugt· Am bekanntesten
ist das Armco-Eisen (Abkiirzung fiir American Rolling Mill Com
pany), das einen Reinheitsgrad von etwa 99,8 % besitzt.
2. Der Kohlenstoff.
Das wimtigste Legierungselement im Stahl ist der Kohlenstoff
(memismes Zeimen: C). Die Bedeutung dieses Grundstoffes wird
klar, wenn man erfahrt, daB die iiblimen Werkzeugstahle in den
gewohnten Hartestufen "weim", "zah" , "mittelhart" und "hart"
Sd1eer. SlahI. 11. Aufl.
2 Der Kohlenstoff.
Kohlenstoffgehalte von 0,65 bis 1,50 % haben, daB also diese groBen
Verschiedenheiten in der Hiirte innerhalb einer Spanne von nur
etwa 0,8 % Kohlenstoff erscheinen.
Nun darf man sich die Sache aber nicht etwa so vorstellen, daB
sich der Kohlenstoff als solcher tiber die ganze Eisenmasse gleich
miiBig verteilt vornndet. Es wird tiberraschen, daB sich im Stahl -
wenigstens in den meisten der hier zu besprechenden Fiille - iiber
haupt kein Kohlenstoff im eigentlichen Sinne, d. h. in elementarer
Form, findet.
Je clermann wird sich von der Schule her erinnern, daB bei einer
chemischen Verbindung z\\<eier oder mehrerer Grundstoffe ein vollig
neuer Stoff mit ganz anderen Eigenschaften entsteht, der mit den
urspriinglichen Grundstoffen aber auch nichts mehr gemein hat. So
ist z. B. W'asserstoff (chemisches Zeichen: H) ein leicht brennbares
Gas, mit dem man wegen seines gering:m spezinschen Gewichtes
Luftballone ftillt. Sauerstoff (chemisches Zeichen: O) ist ein Gas,
ohne das es kein Feuer gibt, ja das Verbrennen ist iiberhaupt nichts
anderes als ein fortlaufendes Entstehen einer chemischen Verbindung
des Sauerstoffes mit dem betreffenden brennbaren Stoff. Vereinigt
sich nun Sauerstoff mit W'asserstoff zu einer solchen chemischen
Verbindung, dann entsteht - Wasser (H 0). Mit Wasser kann
2
man natiirlich keine Luftballone mehr fiiIlen, man kann sie aber
damit loschen, wenn sie Feuer gefangen haben, denn der neue Stoff
ist ja selbst unverbrennbar. Dieses einfache Beispiel solI nur in
Erinnerung bringen, wie g r u n d 1 e gen d die Eigenschaften
zweier Elemente veriindert werden, wenn sie sich zu einer chemi
schen Verbindung, also zu einem neuen (zusammengesetzten) Stoff
vereinigen.
Genauso verhiilt es sich mit dem Kohlenstoff (C) im Stahl. Auch
er ist nicht einfach mit dem Eisen (Fe) gemischt, sondern diese
beiden Elemente Kohlenstoff und Eisen sind eine chemische Ver
binclung eingegangen und haben einen ganz neuen Stoff mit ganz
anderen Eigenschaften gebildet, niimlich das Eisenkarbid, auch
Zementit genannt, das die chemische Formel Fe3C hat. Diese Formel
besagt, daB an drr Verbindung immer im gleichen Verhiiltnis 3 Teile
Eisen (Fe) und 1 Teil Kohlenstoff (C) beteiligt sind.
In den meisten der fiir uns wichtigen Fiille ist es nun nicht der
freie Kohlenstoff, sondern das Eisenkarbid, das im Stahl verteilt ist.
Dennoch wird aber bei der Angabe der Zusammensetzung eines
Kleiner, unbeschwerter Ausflug in die Atomphysik. 3
Stahles nicht der Gehalt an diesem neuen Stoff, dem Eisenkarbid,
angefiihrt, sondern der entspremende Gehalt an Kohlenstoff, der
das Karbid bildet.
Wăhrend das reine Eisen weich und bildsam - fast wie Kupfer
- ist, zeichnet sich das Eisenkarbid durch groBe Hărte und Sprodig
keit aus. Es ist daher zu erwarten und trifft auch zu, daB ein Stahl
um so hărter ist, je mehr von diesem harten Karbid in die Masse
des reinen Eisens verteilt ist.
Die Verteilung des vorhandenen Eisenkarbids ist nicht regellos
und zufăllig, sondern unterliegt strenger GesetzmăBigkeit, wie wir
noch sehen werden.
3. Kleiner, unbeschwerter Ausflug
in die Atomphysik.
Wollen wir die spăter zu besprechenden Vorgănge und Verănde­
rungen im Stahl Iichtig verstehen, dann miissen wir uns zuerst ein
mal mit der Frage beschăftigen, wIe eigentlich die Materie auf
gebaut ist.
Wie jeder weiB, sind die Stoffe aus Atomen zusammengesetzt.
Die Natur baut aber nach anderen Grundsătzen und in anderen
Formen als unsere biederen Maurermeister.
Der Unterschied beginnt schon bei cler Gestalt der Bausteine:
Die Atome sind nicht ziegel- oder quaderformig, sondern haben nach
unserer Vorstellung Kugelgestalt.
Ziegelsteine lassen sich ohne Zwischenrăume schon aneinander
schichten, viele Abwechslungsmoglichkeiten in cler Anordnung sind
dabei jedoch n.icht gegeben. Es wird einfach Ziegel an Ziegel gereiht
und Stein 'auf Stein gesetzt. Das Ergebnis ist der sta r r e Mauer
korper.
Kugelige Bausteine, wie WiT uns die Atome vorstellen, konnen
dagegen auch bei ganz regelmăBiger Anordnung die verschiedensten
Stellungen zueinander einnehmen. Ein Beispiel ist in Abb. 11
(s. Bildanhang) dargestellt. Die Natur macht von diesen Moglich
keiten beim Bauen mit den Atomkugeln ausgiebig Gebrauch: j e d e r
S t o ff h a t e i n e n a n d ere n A tom a u f bau. Mit Hilfe
der Rontgenstrahlen kann man ihn ohne Schwierigkeiten studieren
1 Von Herrn Prof. W e v e r, Eisenforschungsinstitut, Diisseldorf, freund
lichst zur Verfiigung gestellt.