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Festigkeit 



Temperaturerhhung erlangte grere Be- 

 wegungsfreiheit wieder gelst werden. 



4. Einflu der chemischen Zusammen- 

 setzung. Metastabile Gleichgewichte. In 

 der Technik kommen als Konstruktions- 

 materialien hauptschlich nicht reine Metalle, 

 sondern Legierungen zur Verwendung. Es 

 ist sehr charakteristisch, da die Festigkeits- 

 eigenschaften durch kleine Beimengungen 

 sehr wesentlich gendert werden knnen. 

 Die verschiedenen Flueisen- und Stahlarten 

 sind Eisen-Kohlenstofflegierungen, bei denen 

 der Kohlenstoffgehalt zumeist unter 1,5% 

 bleibt. Beim sogenannten Sonderstahl" 

 werden fremde Stoffe ebenfalls in verhlt- 

 nismig geringen Mengen zugemengt, um 

 besonderen Anforderungen an Festigkeit und 

 Plastizitt zu gengen. So lt sich bei 

 reinen Eisen-Kohlenstofflegierungen hohe 

 Streckgrenze und groe Dehnbarkeit nicht 

 vereinigen; die sogenannten harten" Stahl- 

 sorten, die hohe Streckgrenze haben, sind 

 mehr oder weniger sprde. Durch Zu- 

 mischung von 3 bis 3,5% Nickel erhlt 

 man aber ein Material, das beide Eigen- 

 schaften in hohem Mae besitzt. Nickel- 

 stahl bildet heutzutage ein bereits weit 

 verbreitetes Konstruktionsmaterial und wird 

 insbesondere im Schiffbau zur Herstellung 

 von Panzerplatten, neuerdings auch im 

 Brckenbau verwendet. Eisen-Kohlenstoff- 

 Mangan-Legierungen liefern bei geringem 

 Mangangehalt ein sprdes Material; betrgt 

 die Menge des Mangans etwa 4,5 bis 5%, so 

 kann es zu Pulver zerschlagen werden; 

 bei weiterer Steigerung des Mangangehalts 

 wird die Legierung insbesondere nach 



rascher Khlung wieder plastisch und 

 verbindet mit der Plastizitt eine groe 

 Hrte", d. h. hohe Widerstandsfhigkeit 

 gegen Eindringen fremder Krper. Der 

 wegen dieser Eigenschaft als Material fr 

 Panzerplatten geeignete Mang an stahl ent- 

 hlt zumeist etwa 12% Mangan und 1,5% 

 Kohlenstoff; er ist schwer zu bearbeiten, 

 kann nur geschliffen werden und hat auer- 

 dem eine verhltnismig niedrige Elastizi- 

 ttsgrenze. Eine hohe Elastizittsgrenze 

 kann beim Stahl durch Beigabe von Chrom 

 erreicht weiden; Chrom wird auch oft zum 

 Nickelstahl beigemengt. 3 bis 3,5% Ni, 

 0,25% C, 1,5% Cr liefern z. B. ein ganz 

 vorzgliches Material, mit auerordentlich 

 hoher Elatizittsgrenze (etwa 10000 kg/cm 2 ) 

 und groer Elastizitt, das sich hauptsch- 

 lich fr wechselnde Belastung sehr gut 

 eignet. 



Man kann die Festigkeitseigenschaften 

 der Legierungen bei Beibehaltung der chemi- 

 schen Zusammensetzung auch durch geeignete 

 Wrmebehandlung modifizieren. Nach den 

 Grundstzen der Thermodynamik ent- 

 spricht jeder Temperatur und jedem ueren 



Druck ein ganz bestimmter thermischer 

 Gleichgewichtszustand, welcher absolut 

 stabil" ist. Dieser Zustand ist ausgezeichnet 

 durch den kleinsten mglichen Wert des 

 thermodynamischen Potentials", so wie bei 

 rein mechanischen Systemen das stabilste 

 Gleichgewicht durch den kleinsten Wert 

 der potentiellen Energie bestimmt ist (vgl. 

 den Artikel Gleichgewicht"). Auer 

 dem stabilsten Gleichgewicht knnen aber 

 auch sogenannte metastabile Gleichgewichts- 

 zustnde bestehen. In diesen Zustnden hat 

 das System zwar ein kleineres thermo- 

 dynamisches Potential, als in allen benach- 

 barten Zustnden, aber doch ein greres, 

 als im stabilsten Zustande. Der metastabile 

 Zustand ist dementsprechend gegen kleine 

 Strungen stabil, kann jedoch im allgemeinen 

 durch strkere Strung in den absolut 

 stabilen bergefhrt werden. In meta- 

 stabilem Zustand ist z. B. eine Flssigkeit, 

 die oberhalb ihres Siedepunktes durch 

 Vermeidung aller Strungen in flssigem 

 Aggregatzustand erhalten wird. Bei diesem 





Beispiel gengt eine 



mige 



Strung, den 



absolut stabilen Zustand (Verdampfung) her- 

 beizufhren; im festen Aggregatzustande 

 und hauptschlich bei niedrigen Temperatu- 

 ren ist jedoch zwischen stabilen und meta- 

 stabilen Zustnden praktisch kaum ein 

 Unterschied an Bestndigkeit. Diese Tat- 

 sache findet in der metallurgischen Technik 

 zahlreiche Anwendungen. 



Das wichtigste Beispiel eines metastabilen 

 Gleichgewichts liefert das seit uralter Zeit 

 bekannte Hrtungsverfahren des Stahls durch 

 Abschrecken", d. h. Erhitzung und rasche 

 Abkhlung. Bei Eisen-Kohlenstofflegierun- 

 gen etwa unter 2 % Kohlenstoffgehalt kommen 

 zwei chemisch verschiedene Komponenten 

 in Betracht: Eisen und eine Kohlenstoff- 

 eisenverbindung von der Zusammensetzung 

 Fe 3 C, welche Eisenkarbid oder schlechthin 

 Karbid genannt wird. Das reine Eisen selbst 

 kommt in drei verschiedenen allotropen 

 Modifikationen vor, und zwar bei Tempera- 

 turen oberhalb 900 als y-Eisen, zwischen 

 900 und 780 als - und unterhalb 780 als 

 a-Eisen. Die beiden ersten Modifikationen 

 sind hart, y-Eisen auerdem sehr sprde, 

 a-Eisen weich und plastisch. Das y-Eisen 

 bildet oberhalb der Umwandlungstemperatur 

 eine feste Lsung mit Karbid, welche Mar- 

 tensit genannt wird. Bei langsamer Ab- 

 khlung wandelt sich das y-Eisen in - 

 bezw. a-Eisen um; die Umwandlungstempe- 

 ratur in der Lsung variiert mit dem Kohlen- 

 stoffgehalt und zwar ist ein Minimum der Um- 

 wandlungstemperatur (eutektischer Punkt) 

 bei etwa 0,85% Kohlenstoffgehalt vorhanden; 

 dieses Minimum liegt bei 690. Ist die Legie- 

 rung reicher an Kohlenstoff, so besteht sie 



