Warum bricht Stahl?

Es gibt Tausende von Stahlsorten, die in verschiedenen Industrien verwendet werden. Jeder Stahl hat einen anderen Handelsnamen aufgrund unterschiedlicher Eigenschaften, chemischer Zusammensetzung oder Legierungstyp und -gehalt. Obwohl die Zähigkeitswerte die Auswahl jedes Stahls erheblich erleichtern, sind diese Parameter nicht auf alle Stähle anwendbar. Die Hauptgründe sind:

• 1. Weil eine bestimmte Menge einiger oder mehrerer Legierungselemente beim Schmelzen von Stahl zugesetzt werden muss, kann nach einer einfachen Wärmebehandlung eine unterschiedliche Mikrostruktur erhalten werden, wodurch die ursprünglichen Eigenschaften des Stahls verändert werden;
• 2. Weil die beim Stahlherstellungs- und Gießprozess erzeugten Defekte, insbesondere konzentrierte Defekte (wie Poren, Einschlüsse usw.), beim Walzen äußerst empfindlich sind und unterschiedliche Veränderungen zwischen verschiedenen Ofenzeiten desselben Stahls mit gleicher chemischer Zusammensetzung und sogar in verschiedenen Teilen desselben Knüppels auftreten, was sich auf die Qualität des Stahls auswirkt. Da die Zähigkeit von Stahl hauptsächlich von der Mikrostruktur und der Verteilung der Defekte (konzentrierte Defekte strikt verhindern) und nicht von der chemischen Zusammensetzung abhängt. Daher ändert sich die Zähigkeit nach der Wärmebehandlung stark.

Um die Eigenschaften von Stahl und die Ursachen von Brüchen eingehend zu untersuchen, ist es auch notwendig, die Beziehung zwischen physikalischer Metallurgie und Mikrostruktur sowie der Zähigkeit von Stahl zu beherrschen.

Der Einfluss der Verarbeitungstechnologie

Aus der Praxis ist bekannt, dass die Schlagleistung von wasservergütetem Stahl besser ist als die von geglühtem oder normalisiertem Stahl, da die schnelle Abkühlung die Bildung von Zementit an den Korngrenzen verhindert und die Verfeinerung der Ferritkörner fördert.

Viele Stähle werden im warmgewalzten Zustand verkauft, und die Walzbedingungen haben einen großen Einfluss auf die Schlagzähigkeit. Die niedrigere Endwalztemperatur reduziert die Übergangstemperatur, erhöht die Abkühlgeschwindigkeit und fördert die Verfeinerung des Ferritkorns, wodurch die Zähigkeit des Stahls verbessert wird. Da die Abkühlgeschwindigkeit von dicken Platten langsamer ist als die von dünnen Platten, ist das Ferritkorn dicker als das von dünnen Platten. Daher sind dicke Platten unter den gleichen Wärmebehandlungsbedingungen spröder als dünne Platten. Daher wird nach dem Warmwalzen üblicherweise eine Normalglühbehandlung durchgeführt, um die Eigenschaften von Stahlplatten zu verbessern.

Warmwalzen kann auch anisotrope Stähle und gerichtete duktile Stähle mit verschiedenen Mischstrukturen, Perlitbändern und Einschlüssen an Korngrenzen in der gleichen Walzrichtung erzeugen. Das Perlitband und die länglichen Einschlüsse sind grob in Schuppen verteilt, was einen großen Einfluss auf die Kerbzähigkeit bei niedrigen Temperaturen im Charpy-Übergangstemperaturbereich hat.

Der Einfluss des Kohlenstoffgehalts von 0,3% ~ 0,8%

Der Kohlenstoffgehalt von untereutektoidem Stahl beträgt 0,3% ~ 0,8%, und der proeutektoide Ferrit ist eine kontinuierliche Phase und bildet sich zuerst an der austenitischen Korngrenze. Perlit bildet sich in Austenitkörnern und macht 35% ~ *** der Mikrostruktur aus. Darüber hinaus bilden sich innerhalb jedes Austenitkorns eine Vielzahl von Aggregationsstrukturen, wodurch Perlit polykristallin wird.

Da die Festigkeit von Perlit höher ist als die des proeutektoiden Ferrits, ist die Fließfähigkeit von Ferrit begrenzt, so dass die Streckgrenze und die Verfestigungsrate von Stahl mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt von Perlit zunehmen. Der Begrenzungseffekt wird mit der Zunahme der Anzahl der gehärteten Blöcke und der Verfeinerung der proeutektoiden Korngröße von Perlit verstärkt.

Wenn eine große Menge an Perlit im Stahl vorhanden ist, können sich bei niedrigen Temperaturen und/oder hohen Dehnraten während der Verformung Mikrorissrisse bilden. Obwohl es einige interne Aggregationsgewebeschnitte gibt, verläuft der Bruchkanal anfänglich entlang der Spaltebene. Daher gibt es einige bevorzugte Orientierungen in den Ferritkörnern zwischen den Ferritplatten und in den benachbarten Aggregationsstrukturen.

Edelstahlbruch

Edelstahl besteht hauptsächlich aus Eisen-Chrom-, Eisen-Chrom-Nickel-Legierungen und anderen Elementen, die die mechanischen Eigenschaften und die Korrosionsbeständigkeit verbessern. Die Korrosionsbeständigkeit von Edelstahl beruht auf der Bildung von Chromoxid auf der Metalloberfläche, um eine weitere Oxidation zu verhindern - eine undurchlässige Schicht.

Daher kann Edelstahl in einer oxidierenden Atmosphäre Korrosion verhindern und die Chromoxidschicht verstärken. In reduzierender Atmosphäre wird die Chromoxidschicht jedoch beschädigt. Die Korrosionsbeständigkeit nimmt mit zunehmendem Chrom- und Nickelgehalt zu. Nickel kann die Passivierung von Eisen verbessern.

Der Zusatz von Kohlenstoff dient dazu, die mechanischen Eigenschaften zu verbessern und die Stabilität der austenitischen Edelstahleigenschaften zu gewährleisten. Im Allgemeinen wird Edelstahl nach Mikrostrukturen klassifiziert.

• Martensitischer Edelstahl. Es ist eine Eisen-Chrom-Legierung, die austenitisiert und nach der Wärmebehandlung zur Herstellung von Martensit verwendet werden kann. Typischerweise 12% Chrom und 0,15% Kohlenstoff.
• Ferritischer Edelstahl. Chromgehalt ca. 14% ~ 18%, Kohlenstoff 0,12%. Da Chrom ein Stabilisator von Ferrit ist, wird die austenitische Phase durch mehr als 13% Chrom vollständig unterdrückt und ist daher eine vollständige Ferritphase.
• Austenitischer Edelstahl. Nickel ist ein starker Stabilisator von Austenit, so dass bei Raumtemperatur, unter Raumtemperatur oder hoher Temperatur ein Nickelgehalt von 8%, ein Chromgehalt von 18% (Typ 300) die Austenitphase sehr stabil machen kann. Austenitische Edelstähle ähneln ferritischen Formen und können nicht durch martensitische Umwandlung gehärtet werden.

Die Eigenschaften von ferritischen und martensitischen Edelstählen, wie z. B. die Korngröße, ähneln denen anderer ferritischer und martensitischen Stähle derselben Klasse.