Was ist Roheisen – Roheisen – Definition

Im Allgemeinen ist das Roheisen ein Zwischenprodukt der Eisenindustrie. Roheisen, auch Roheisen genannt, wird im Hochofenverfahren hergestellt und enthält bis zu 4-5% Kohlenstoff mit geringen Mengen anderer Verunreinigungen wie Schwefel, Magnesium, Phosphor und Mangan. Roheisen wird in verschiedenen Barrengrößen und -gewichten von 3 kg bis über 50 kg geliefert. Roheisen ist kein verkaufsfähiges Produkt, sondern ein Zwischenschritt bei der Herstellung von Gusseisen und Stahl. Die Reduzierung von Verunreinigungen in Roheisen, die die Materialeigenschaften negativ beeinflussen, wie Schwefel und Phosphor, ergibt Gusseisen mit 2-4% Kohlenstoff, 1-6% Silizium und geringen Mengen Mangan.

Eigenschaften von Roheisen

Materialeigenschaften sind intensive Eigenschaften, das heißt, sie sind unabhängig von der Menge der Masse und können von Ort zu Ort innerhalb des Systems jederzeit variieren. Die Grundlage der Materialwissenschaft besteht darin, die Struktur von Materialien zu untersuchen und sie mit ihren Eigenschaften (mechanisch, elektrisch usw.) in Beziehung zu setzen.). Sobald ein Materialwissenschaftler über diese Struktur-Eigenschaftskorrelation Bescheid weiß, kann er die relative Leistung eines Materials in einer bestimmten Anwendung untersuchen. Die wichtigsten Determinanten für die Struktur eines Materials und damit für seine Eigenschaften sind seine chemischen Bestandteile und die Art und Weise, wie es zu seiner endgültigen Form verarbeitet wurde.

Mechanische Eigenschaften von Roheisen

Materialien werden häufig für verschiedene Anwendungen ausgewählt, da sie wünschenswerte Kombinationen mechanischer Eigenschaften aufweisen. Für strukturelle Anwendungen sind Materialeigenschaften entscheidend und Ingenieure müssen sie berücksichtigen.

Festigkeit von Roheisen

In der Mechanik von Materialien ist die Festigkeit eines Materials seine Fähigkeit, einer aufgebrachten Last ohne Versagen oder plastische Verformung standzuhalten. Die Festigkeit von Materialien berücksichtigt grundsätzlich die Beziehung zwischen den auf ein Material ausgeübten äußeren Belastungen und der daraus resultierenden Verformung oder Änderung der Materialabmessungen. Stärke eines Materials ist seine Fähigkeit, dieser angewandten Last ohne Ausfall oder Plastikdeformation zu widerstehen.

Zugfestigkeit

Die Zugfestigkeit von Roheisen variiert stark und hängt von der Form ab, die der Kohlenstoff in der Legierung annimmt. Der hohe Kohlenstoffgehalt macht es relativ schwach und spröde. Durch die Reduzierung der Kohlenstoffmenge auf 0,002-2,1 Massenprozent entsteht Stahl, der bis zu 1000-mal härter sein kann als reines Eisen.

Die Zugfestigkeit ist das Maximum der technischen Spannungs-Dehnungs-Kurve. Dies entspricht der maximalen Spannung, die von einer Struktur in Spannung aufrechterhalten werden kann. Die Zugfestigkeit wird oft auf “Zugfestigkeit” oder sogar auf “das Ultimative” verkürzt.” Wenn dieser Stress angewendet und aufrechterhalten wird, führt dies zu Frakturen. Oft ist dieser Wert deutlich höher als die Streckgrenze (bis zu 50 bis 60 Prozent mehr als die Ausbeute für einige Arten von Metallen). Wenn ein duktiles Material seine Endfestigkeit erreicht, erfährt es eine Einschnürung, bei der sich die Querschnittsfläche lokal verringert. Die Spannungs-Dehnungs-Kurve enthält keine höhere Spannung als die Endfestigkeit. Obwohl Verformungen weiter zunehmen können, nimmt die Spannung normalerweise ab, nachdem die Endfestigkeit erreicht wurde. Es ist eine intensive Eigenschaft, daher hängt ihr Wert nicht von der Größe des Prüflings ab. Es ist jedoch von anderen Faktoren abhängig, wie der Vorbereitung der Probe, dem Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Oberflächenfehlern und der Temperatur der Testumgebung und des Materials. Die Zugfestigkeiten variieren von 50 MPa für Aluminium bis zu 3000 MPa für sehr hochfeste Stähle.

Streckgrenze

Die Streckgrenze von Roheisen variiert stark und hängt von der Form ab, die der Kohlenstoff in der Legierung annimmt.

Die Streckgrenze ist der Punkt auf einer Spannungs-Dehnungs-Kurve, der die Grenze des elastischen Verhaltens und das beginnende plastische Verhalten angibt. Streckgrenze oder Streckspannung ist die Materialeigenschaft, die als die Spannung definiert ist, bei der sich ein Material plastisch zu verformen beginnt, während die Streckgrenze der Punkt ist, an dem die nichtlineare (elastische + plastische) Verformung beginnt. Vor der Streckgrenze verformt sich das Material elastisch und kehrt in seine ursprüngliche Form zurück, wenn die angelegte Spannung entfernt wird. Sobald die Streckgrenze überschritten ist, ist ein Teil der Verformung dauerhaft und nicht reversibel. Einige Stähle und andere Materialien zeigen ein Verhalten, das als Streckpunktphänomen bezeichnet wird. Streckgrenzen variieren von 35 MPa für ein niedrigfestes Aluminium bis zu mehr als 1400 MPa für sehr hochfeste Stähle.

Youngs Elastizitätsmodul

Youngs Elastizitätsmodul von Roheisen variieren stark und hängen von der Form ab, die der Kohlenstoff in der Legierung annimmt.

Der Elastizitätsmodul von Young ist der Elastizitätsmodul für Zug- und Druckspannung im linearen Elastizitätsbereich einer einachsigen Verformung und wird üblicherweise durch Zugversuche beurteilt. Bis zu einer Grenzspannung kann ein Körper seine Abmessungen beim Entfernen der Last wiederherstellen. Die angelegten Spannungen bewirken, dass sich die Atome in einem Kristall aus ihrer Gleichgewichtsposition bewegen. Alle Atome werden um den gleichen Betrag verschoben und behalten ihre relative Geometrie bei. Wenn die Spannungen entfernt werden, kehren alle Atome in ihre ursprünglichen Positionen zurück und es tritt keine dauerhafte Verformung auf. Nach dem Hookeschen Gesetz ist die Spannung proportional zur Dehnung (im elastischen Bereich) und die Steigung ist der Elastizitätsmodul. Der Elastizitätsmodul ist gleich der Längsspannung geteilt durch die Dehnung.

Härte von Roheisen

Die Brinellhärte von Roheisen variiert stark und hängt von der Form ab, die der Kohlenstoff in der Legierung annimmt.

In der Materialwissenschaft ist Härte die Fähigkeit, Oberflächeneindrücken (lokalisierte plastische Verformung) und Kratzern standzuhalten. Härte ist wahrscheinlich die am schlechtesten definierte Materialeigenschaft, da sie auf Kratzfestigkeit, Abriebfestigkeit, Beständigkeit gegen Eindrücken oder sogar Beständigkeit gegen Formgebung oder lokalisierte plastische Verformung hinweisen kann. Die Härte ist aus technischer Sicht wichtig, da die Verschleißfestigkeit durch Reibung oder Erosion durch Dampf, Öl und Wasser im Allgemeinen mit der Härte zunimmt.

Brinell-Härteprüfung ist eine der Eindruckhärteprüfungen, die für die Härteprüfung entwickelt wurde. Bei Brinell-Versuchen wird ein harter, kugelförmiger Eindringkörper unter einer bestimmten Belastung in die Oberfläche des zu prüfenden Metalls gedrückt. Der typische Test verwendet eine Kugel aus gehärtetem Stahl mit einem Durchmesser von 10 mm (0,39 Zoll) als Eindringkörper mit einer Kraft von 3.000 kgf (29,42 kN; 6.614 lbf). Die Last wird für eine bestimmte Zeit (zwischen 10 und 30 s) konstant gehalten. Bei weicheren Materialien wird eine geringere Kraft verwendet; Bei härteren Materialien wird die Stahlkugel durch eine Wolframkarbidkugel ersetzt.

Der Test liefert numerische Ergebnisse zur Quantifizierung der Härte eines Materials, die durch die Brinellhärtezahl – HB ausgedrückt wird. Die Brinellhärtezahl wird von den am häufigsten verwendeten Prüfnormen (ASTM E10-14 und ISO 6506-1: 2005) als HBW (H aus Härte, B aus Brinell und W aus dem Material des Eindringkörpers, Wolframcarbid) bezeichnet. In früheren Normen wurden HB oder HBS verwendet, um Messungen mit Stahl-Eindringkörpern zu bezeichnen.

Die Brinellhärtezahl (HB) ist die Belastung geteilt durch die Oberfläche der Vertiefung. Der Durchmesser des Abdrucks wird mit einem Mikroskop mit einer überlagerten Skala gemessen. Die Brinellhärtezahl wird aus der Gleichung berechnet:

Es gibt eine Vielzahl von Prüfmethoden, die allgemein verwendet werden (z. B. Brinell, Knoop, Vickers und Rockwell). Es stehen Tabellen zur Verfügung, die die Härtezahlen aus den verschiedenen Prüfmethoden korrelieren, bei denen eine Korrelation anwendbar ist. In allen Skalen repräsentiert eine hohe Härtezahl ein Hartmetall.

Thermische Eigenschaften von Roheisen – Roheisen

Thermische Eigenschaften von Materialien beziehen sich auf die Reaktion von Materialien auf Änderungen ihrer Temperatur und auf die Anwendung von Wärme. Wenn ein Feststoff Energie in Form von Wärme absorbiert, steigt seine Temperatur und seine Abmessungen nehmen zu. Unterschiedliche Materialien reagieren jedoch unterschiedlich auf Wärmeeinwirkung.

Wärmekapazität, Wärmeausdehnung und Wärmeleitfähigkeit sind Eigenschaften, die bei der praktischen Verwendung von Feststoffen häufig kritisch sind.

Schmelzpunkt von Roheisen

Roheisen hat einen Schmelzpunkt im Bereich von 1420-1470 K, der niedriger ist als einer seiner beiden Hauptbestandteile, und macht es zum ersten Produkt, das geschmolzen wird, wenn Kohlenstoff und Eisen zusammen erhitzt werden.

Im Allgemeinen ist Schmelzen ein Phasenwechsel einer Substanz von der festen in die flüssige Phase. Der Schmelzpunkt einer Substanz ist die Temperatur, bei der diese Phasenänderung auftritt. Der Schmelzpunkt definiert auch einen Zustand, in dem Feststoff und Flüssigkeit im Gleichgewicht existieren können.

Siedepunkt von Roheisen

Roheisen ist eine Mehrelementsubstanz, hauptsächlich aus Eisen, mit Zusätzen von Kohlenstoff und Verunreinigungen. Der Kohlenstoff liegt meist in Form von Carbiden der Legierungsmetalle vor. Die Karbide haben höhere Siedetemperaturen als die Metallmatrix. Der Siedepunkt von Eisen (nicht Roheisen) beträgt 2860 ° C, so dass der Siedepunkt von Roheisen nahe an diesem Wert liegt.

Im Allgemeinen ist Kochen ein Phasenwechsel einer Substanz von der flüssigen in die Gasphase. Der Siedepunkt einer Substanz ist die Temperatur, bei der diese Phasenänderung (Kochen oder Verdampfen) auftritt.

Wärmeleitfähigkeit von Roheisen

Roheisen ist eine Mehrelementsubstanz, hauptsächlich aus Eisen, mit Zusätzen von Kohlenstoff und Verunreinigungen. Der Kohlenstoff liegt meist in Form von Carbiden der Legierungsmetalle vor. Die Wärmeleitfähigkeit von Eisen (nicht Roheisen) beträgt 80 W / (m.K).

Die Wärmeübertragungseigenschaften eines festen Materials werden durch eine Eigenschaft gemessen, die als Wärmeleitfähigkeit bezeichnet wird, k (oder λ), gemessen in W / m.K. Es ist ein Maß für die Fähigkeit einer Substanz, Wärme durch Wärmeleitung durch ein Material zu übertragen. Beachten Sie, dass das Fourier-Gesetz für alle Materie gilt, unabhängig von ihrem Zustand (fest, flüssig oder gasförmig), daher ist es auch für Flüssigkeiten und Gase definiert.

Die Wärmeleitfähigkeit der meisten Flüssigkeiten und Feststoffe variiert mit der Temperatur. Bei Dämpfen hängt es auch vom Druck ab. Allgemein:

Die meisten Materialien sind sehr homogen, daher können wir normalerweise k = k (T) schreiben. Ähnliche Definitionen sind mit Wärmeleitfähigkeiten in y- und z-Richtung (ky, kz) verbunden, aber für ein isotropes Material ist die Wärmeleitfähigkeit unabhängig von der Übertragungsrichtung, kx = ky = kz = k.