97 ARBEITS- UND MATERIALKUNDE Werkstoffe im GWH-Installationsbereich Metallische Werkstoffe 2.2 Metallische Werkstoffe Die Einteilung kann nach verschiedenen Kriterien erfolgen. Nach der Beständigkeit gegen Einflüsse der Luft und des Wassers unterscheidet man • edle Metalle wie Gold, Silber oder Platinmetalle, die mit dem Sauerstoff keine Verbindung eingehen und • unedle Metalle wie Eisen, Kupfer, Blei, Aluminium usw., die in Verbindung mit Sauerstoff Oxide bilden. Nach der Dichte unterscheidet man • Leichtmetalle (Metalle mit einer Dichte unter 5 kg/dm3) wie Aluminium, Magnesium usw. und • Schwermetalle (Metalle mit einer Dichte über 5 kg/dm3) wie Stahl, Kupfer, Blei usw. 2.2.1 Eisenmetalle – Herstellung, Einteilung und Eigenschaften • Eisen Fe (Ferrum) ist das wichtigste Schwermetall (8. Nebengruppe des PSE) und war bereits in der Frühgeschichte (Eisenzeit) ein bekannter und beliebter Werkstoff. Chemisch reines Eisen ist von bläulich weißer Färbung, sehr weich, dehnbar und oxidiert an der Luft sehr stark. Da dieser Werkstoff in der Technik nicht einsetzbar ist, wird Eisen mit verschiedenen anderen Metallen und Nichtmetallen zu technisch hochwertigen Werkstoffen wie Stahl, Temperguss, Grau- und Sphäroguss legiert. Dadurch ändern sich je nach Legierung, Herstellungsverfahren und Wärmebehandlung die Eigenschaften des Grundwerkstoffes. Aus aufbereitetem Eisenerz, Koks und Zuschlagstoffen wird im Hochofen Roheisen gewonnen. Dieses enthält ca. 3,4 % bis 5 % Kohlenstoff und andere Eisenbegleiter wie Phosphor, Schwefel und Silizium. Dieses so gewonnene Roheisen ist ohne weitere Behandlung noch nicht verwendbar, da einerseits der Kohlenstoffgehalt zu hoch ist und andererseits die Begleitstoffe die Werkstoffeigenschaften unvorteilhaft beeinflussen. Wird der Kohlenstoff im Roheisen durch Anwesenheit von Silizium in Form von Grafit ausgeschieden, spricht man von grauem Roheisen (graue, grobkörnige Bruchfläche). Der Kohlenstoffgehalt beträgt 3,5 % bis 4,3 %. Graues Roheisen ist nicht schmiedbar, jedoch gut gießbar und mechanisch bearbeitbar. Es wird daher in Gießereien zu Grauguss und Sphäroguss weiterverarbeitet. Durch die Anwesenheit von Mangan im Roheisen wird der Kohlenstoff in Form von Eisenkarbid gebunden. Die Bruchfläche ist feinkörnig und weiß – weißes Roheisen. Der Kohlenstoffgehalt beträgt ca. 3,5 % bis 4 %. Weißes Roheisen ist sehr spröde, nicht biegbar, nicht schmiedbar, mechanisch nicht bearbeitbar, aber gut gießbar und wird daher zu Stahl weiterverarbeitet. Gusseisen • Gusseisen mit Lamellengrafit Gusseisen mit Lamellengrafit wird im Kupolofen aus grauem Roheisen erschmolzen. Beim Erstarren wird der Kohlenstoff als Grafitlamelle ausgeschieden. Metalle sind auf Grund ihres atomaren Aufbaues bei Raumtemperatur feste Stoffe (Ausnahme: Quecksilber) und leiten Wärme und elektrischen Strom gut. Eisenwerkstoffe Gusseisen Stahlguss Temperguss Stähle Abb. 1: Hochofenprozess edles Metall precious metal Eisenbegleiter companion of iron Eisenerz iron ore Eisenkarbid cementite Frühgeschichte early history Grauguss grey cast iron Kohlenstoffgehalt carbon content Koks coke Leichtmetall light metal nicht biegbar non-flexible Oxid oxide Quecksilber mercury Roheisen pig iron schmiedbar forgeable Schwermetall heavy metal Silizium silicon Sphäroguss modular (or: ductile) cast iron spröde brittle Temperguss malleable cast iron unedles Metall base metal Wärmebehandlung heat treatment Zuschlagstoff additive MUSTER
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