Stahl-Legierungen: Auswirkungen von 48 Elementen

Auswirkungen von 48 chemischen Elementen auf Stahl

Element 1: H(Wasserstoff)

Wasserstoff

Wasserstoff ist das schädlichste Element in Stahl, und die Lösung von Wasserstoff in Stahl kann zu Wasserstoffversprödung und weißen Flecken im Stahl führen.

Ähnlich wie bei Sauerstoff und Stickstoff ist die Löslichkeit von Wasserstoff in festem Stahl sehr gering. Wenn Wasserstoff bei hohen Temperaturen in flüssigen Stahl eingemischt wird, kann er nicht rechtzeitig vor dem Abkühlen entweichen und sammelt sich in der Organisation an, wobei sich feine Hochdruckporen bilden. Dies kann dazu führen, dass die Plastizität, Zähigkeit und Ermüdungsfestigkeit des Stahls stark zu verringern oder sogar zu schweren Rissen und Sprödbruch zu führen.

Wasserstoffversprödung tritt hauptsächlich in martensitischem Stahl auf, ist aber in ferritischem Stahl nicht sehr ausgeprägt. Sie nimmt im Allgemeinen mit der Härte und dem Kohlenstoffgehalt zu.

Andererseits kann Wasserstoff die magnetische Leitfähigkeit von Stahl verbessern, aber er erhöht auch die Koerzitivfeldstärke und den Eisenverlust. Die Koerzitivfeldstärke kann nach Zugabe von Wasserstoff um das 0,5- bis 2-fache erhöht werden.

Element 2:(Bor)

Bor

Die Hauptfunktion von Bor im Stahl besteht darin, die Härtbarkeit des Stahls zu erhöhen, wodurch andere, relativ seltene Metalle wie Nickel, Chrom, Molybdän usw. eingespart werden. Zu diesem Zweck wird sein Gehalt im Allgemeinen im Bereich von 0,001% bis 0,005% festgelegt. Es kann 1,6% Nickel, 0,3% Chrom oder 0,2% Molybdän ersetzen.

Wenn Bor als Ersatz für Molybdän verwendet wird, ist zu beachten, dass Molybdän zwar die Sprödigkeit des Anlasses verhindern oder verringern kann, Bor jedoch eine leichte Tendenz hat, diese zu fördern. Daher kann Molybdän nicht vollständig durch Bor ersetzt werden.

Der Zusatz von Bor zu Kohlenstoffstahl kann die Härtbarkeit verbessern, was die Leistung von Stahl mit einer Dicke von über 20 mm erheblich steigern kann. Daher können 40B und 40MnB Stahl ersetzen 40Crund 20Mn2TiB Stahl kann 20CrMnTi Aufkohlungsstahl ersetzen.

Da jedoch die Wirkung von Bor mit zunehmender Größe schwächer wird oder verschwindet Kohlenstoffgehalt im StahlBei der Auswahl von Boraufkohlungsstahl ist zu beachten, dass die Härtbarkeit der aufgekohlten Schicht nach dem Aufkohlen der Teile geringer ist als die des Kerns.

Federstahl muss im Allgemeinen vollständig abgeschreckt werden, und Borstahl wäre aufgrund seines kleinen Federbereichs eine gute Wahl. Allerdings ist die Wirkung von Bor auf Federstahl mit hohem Siliziumgehalt unbeständig, so dass es nicht verwendet werden sollte.

Bor, Stickstoff und Sauerstoff haben eine starke Affinität. Die Zugabe von 0,007% Bor in Rimming Stahl kann die Alterung des Stahls zu beseitigen.

Element 3: C(Kohlenstoff)

Kohlenstoff

Kohlenstoff ist nach Eisen das wichtigste Element und wirkt sich direkt auf die Festigkeit, Plastizität, Zähigkeit und Schweißeigenschaften von Stahl aus.

Wenn der Kohlenstoffgehalt im Stahl unter 0,8% liegt, ist der Festigkeit und Härte des Stahls nimmt mit dem Kohlenstoffgehalt zu, während die Plastizität und die Zähigkeit abnehmen.

Liegt der Kohlenstoffgehalt jedoch über 1,0%, nimmt die Festigkeit des Stahls mit steigendem Kohlenstoffgehalt ab.

Mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt nimmt die Schweißleistung des Stahls ab (bei einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,3% ist die Schweißbarkeit nimmt deutlich ab). Außerdem nehmen die Kaltbrüchigkeit und die Alterungsempfindlichkeit zu, und die Beständigkeit gegen atmosphärische Korrosion nimmt ab.

Element 4: N(Stickstoff)

Stickstoff

Stickstoff (N) hat ähnliche Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit von Stahl wie Kohlenstoff und Phosphor. Eine Erhöhung des Stickstoffgehalts kann die Festigkeit des Stahls erheblich verbessern, während die Plastizität, insbesondere die Zähigkeit und Schweißbarkeit, verringert und die Kaltsprödigkeit erhöht wird.

Außerdem werden die Alterungstendenz, die Kalt- und Heißsprödigkeit erhöht und die Schweiß- und Kaltbiegeeigenschaften des Stahls beeinträchtigt. Daher sollte der Stickstoffgehalt im Stahl minimiert und begrenzt werden.

Der Stickstoffgehalt sollte nicht höher als 0,018% sein. In Kombination mit Aluminium, Niob, Vanadium und anderen Elementen kann Stickstoff seine negativen Auswirkungen verringern und die Leistung von Stahl verbessern. Stickstoff kann auch als Legierungselement für niedrige Temperaturen verwendet werden. legierter Stahl.

Bei einigen nichtrostenden Stählen kann ein angemessener Stickstoffgehalt den Einsatz von Cr verringern und die Kosten effektiv senken.

Element 5: O(Sauerstoff)

Sauerstoff

Sauerstoff ist ein schädliches Element für Stahl. Er ist während der Stahlherstellung von Natur aus im Stahl vorhanden, und es ist unmöglich, ihn vollständig zu entfernen, selbst wenn am Ende des Prozesses Mangan, Silizium, Eisen und Aluminium hinzugefügt werden.

Bei der Erstarrung von geschmolzenem Stahl entsteht durch die Reaktion von Sauerstoff und Kohlenstoff in der Lösung Kohlenmonoxid, das Blasen verursachen kann.

In Stahl kommt Sauerstoff hauptsächlich in Form von FeO, MnO, SiO2 und Al2O3 vor, was die Festigkeit und Plastizität des Stahls verringert. Insbesondere Ermüdungsfestigkeit und Zähigkeit werden stark beeinträchtigt.

Sauerstoff erhöht den Eisenverlust in Siliziumstahl, schwächt die magnetische Leitfähigkeit und die Intensität der magnetischen Induktion und verstärkt den magnetischen Alterungseffekt.

Element 6: Mg(Magnesium)

Magnesium

Magnesium (Mg) kann die Anzahl der Einschlüsse in StahlSie verringern ihre Größe, sorgen für eine gleichmäßige Verteilung und verbessern ihre Form.

Unter LagerstahlSpuren von Magnesium können die Größe und Verteilung von Karbiden verbessern.

Wenn der Magnesiumgehalt zwischen 0,002% und 0,003% liegt, sind die Zugfestigkeit und die Streckgrenze des Stahls um mehr als 5% an, während die Plastizität im Wesentlichen unverändert bleibt.

Element 7: Al(Aluminium)

Aluminium

Aluminium, das dem Stahl als Desoxidationsmittel oder Legierungselement zugesetzt wird, ist in Bezug auf die Desoxidation viel stärker als Silizium und Mangan.

Die Hauptaufgabe von Aluminium im Stahl besteht darin, das Korn zu verfeinern und den Stickstoff zu stabilisieren, was die Kerbschlagzähigkeit des Stahls erheblich verbessert und die Neigung zur Kaltversprödung sowie die Alterungstendenz verringert.

Für Kohlenstoffbaustahl der Güteklasse D sollte der Gehalt an säurelöslichem Aluminium im Stahl nicht weniger als 0,015% betragen. Für das Tiefziehen mit kaltgewalztem Blech 08AL, sollte der Gehalt an säurelöslichem Aluminium in Stahl 0,015%-0,065% sein.

Aluminium kann auch die Korrosionsbeständigkeit von Stahl verbessern, insbesondere in Kombination mit Molybdän, Kupfer, Silizium, Chrom und anderen Elementen.

Aluminium wird zu Chrom hinzugefügt Molybdänstahl und Chromstahl, um seine Verschleißfestigkeit zu erhöhen.

Das Vorhandensein von Aluminium in kohlenstoffreichem Werkzeugstahl kann dazu führen, dass die Abschreckungsprozess spröde.

Die Nachteil von Aluminium ist, dass es die thermischen Verarbeitungseigenschaften, die Schweißleistung und die Schneidleistung von Stahl beeinträchtigen kann.

Element 8: Si(Silizium)

Silizium

Si ist ein wichtiges Reduktions- und Desoxidationsmittel bei der Stahlerzeugung.

Viele Kohlenstoffmaterialien enthalten weniger als 0,5% Si, und dieses Si wird in der Regel während des Stahlherstellungsprozesses als Reduktions- und Desoxidationsmittel eingebracht.

Silizium kann in Ferrit aufgelöst werden und Austenit zur Erhöhung der Härte und Festigkeit von Stahl, der nach Phosphor der zweithärteste und stärker als Mangan, Nickel, Chrom, Wolfram, Molybdän und Vanadium ist.

Wenn der Siliziumgehalt jedoch 3% übersteigt, nehmen die Plastizität und die Zähigkeit des Stahls erheblich ab.

Silizium kann die Elastizitätsgrenze, die Streckgrenze und das Streckverhältnis des Stahls (Os/Ob) sowie die Ermüdungsfestigkeit und das Ermüdungsverhältnis (σ-1/σb) verbessern, weshalb Silizium- oder Silizium-Manganstahl als Federstahl verwendet werden kann.

Silizium kann die Dichte, Wärmeleitfähigkeit und Leitfähigkeit von Stahl verringern. Es kann die Vergröberung des Ferritkorns fördern und die Koerzitivkraft verringern.

Silizium kann auch die Anisotropie des Kristalls verringern, so dass er leicht magnetisierbar ist und der magnetische Widerstand verringert wird, was zur Herstellung von Elektrostahl verwendet werden kann, so dass der magnetische Blockverlust von Silizium-Stahlblech niedrig ist.

Silizium kann die magnetische Permeabilität von Ferrit verbessern, so dass das Stahlblech bei einem schwächeren Magnetfeld eine höhere magnetische Stärke aufweist. In einem starken Magnetfeld verringert Silizium jedoch die magnetische Intensität von Stahl. Silizium hat eine starke desoxidierende Kraft, die den magnetischen Alterungseffekt von Eisen verringert.

Beim Erhitzen in einer oxidierenden Atmosphäre bildet Siliziumstahl eine SiO2-Schicht, die die Oxidationsbeständigkeit von Stahl bei hohen Temperaturen verbessert.

Silizium kann das Wachstum säulenförmiger Kristalle in Stahlguss fördern und die Plastizität verringern.

Wenn der Siliziumstahl beim Erhitzen schnell abkühlt, ist der Temperaturunterschied zwischen Innen- und Außentemperatur des Stahls aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit groß, was leicht zum Bruch des Stahls führen kann.

Silizium kann die Schweißleistung von Stahl verringern, da es leichter oxidiert werden kann als Eisen. Beim Schweißen kann leicht Silikat mit einem niedrigen Schmelzpunkt entstehen, was die Fließfähigkeit von Schlacke und geschmolzenem Metall erhöhen, Spritzer verursachen und die Schweißqualität.

Silizium ist ein gutes Desoxidationsmittel. Wenn Aluminium desoxidiert wird, kann eine bestimmte Menge Silizium hinzugefügt werden, um die Desoxidationsrate erheblich zu verbessern.

Silizium hat einen gewissen Restgehalt im Stahl, der als Rohstoff in den Stahl eingebracht wird. Bei Rimming-Stahl ist der Siliziumgehalt auf < 0,07% begrenzt, und wenn nötig, wird die Silizium-Eisen-Legierung bei der Stahlherstellung hinzugefügt.

Element 9: (Phosphor)

Phosphor

P wird durch Erz in den Stahl eingebracht, das allgemein als schädliches Element gilt. Phosphor kann zwar die Festigkeit und Härte des Stahlsverringert sich die Plastizität und die Kerbschlagzähigkeit erheblich.

Vor allem bei niedrigen Temperaturen wird der Stahl dadurch sehr spröde, was als "Kaltsprödigkeit" bezeichnet wird.

Die Kaltbrüchigkeit schwächt die Kaltverarbeitbarkeit und Schweißbarkeit des Stahls.

Je höher der Phosphorgehalt ist, desto größer ist die Kaltbrüchigkeit, weshalb der Phosphorgehalt im Stahl streng kontrolliert wird.

Hochwertiger Stahl: P < 0,025%; Qualitätsstahl: P < 0,04%; Gewöhnlicher Stahl: P < 0,085%.

P ist stark in der Mischkristallverfestigung und Abkühlungshärtung.

In Verbindung mit Kupfer kann es die atmosphärische Korrosionsbeständigkeit von hochfestem, niedrig legiertem Stahl verbessern, während es die Kaltumformbarkeit verringert;

In Verbindung mit Schwefel und Mangan kann P die Zerspanbarkeit, Anlasssprödigkeit und Kaltbrüchigkeit des Stahls verbessern.

Phosphor kann die Verhältnisbeständigkeit verbessern und die Koerzitivkraft und den Wirbelstromverlust aufgrund der groben Körnung verringern.

Bei der magnetischen Induktion wird die magnetische Induktion von Stahl mit höherem P-Gehalt in einem schwachen Magnetfeld verbessert.

Die Warmumformung von P-haltigem Siliziumstahl ist nicht schwierig, aber da P den Siliziumstahl spröde machen kann, sollte der P-Gehalt ≯ 0,15% betragen (wie bei kaltgewalztem Silizium-Elektrostahl beträgt der P-Gehalt 0,07 ~ 0,10%).

Phosphor ist das stärkste Element des Ferrits. (die Wirkung von P auf die Rekristallisationstemperatur von Siliziumstahl und das Kornwachstum ist 4 ~ 5 mal so hoch wie die von Silizium mit dem gleichen Inhalt).

Element 10: S(Schwefel)

Schwefel

Schwefel wird aus dem bei der Stahlerzeugung verwendeten Erz und Koks gewonnen. Er ist ein schädlicher Element für Stahl.

Schwefel kommt in Stahl in Form von FeS vor. FeS und Fe bilden eine Verbindung mit einem niedrigen Schmelzpunkt von 985 ℃. Die Warmumformungstemperatur von Stahl liegt in der Regel über 1150 ℃. Daher können FeS-Verbindungen bei der Warmumformung vorzeitig schmelzen und zum Bruch des Werkstücks führen. Dieses Phänomen wird als "Heißsprödigkeit" bezeichnet. Es verringert die Duktilität und Zähigkeit des Stahls und verursacht Risse beim Schmieden und Walzen.

Schwefel ist auch schädlich für die Schweißleistung und verringert die Korrosionsbeständigkeit von Stahl. Der Schwefelgehalt in hochwertigem Stahl sollte weniger als 0,02% bis 0,03%, in Qualitätsstahl weniger als 0,03% bis 0,045% und in gewöhnlichem Stahl weniger als 0,055% bis 0,7% betragen.

Schwefel kann zur Herstellung von Stahlteilen verwendet werden, die eine niedrige Kapazität und einen hohen Oberflächenglanz erfordern, so genannte schnelle Schneidestahlwie z. B. Cr14 mit einer kleinen Menge Schwefel, die absichtlich hinzugefügt wurde (0,2% bis 0,4%). Einige Schnellarbeitsstähle und Werkzeugstähle verwenden S zur Bearbeitung der Oberfläche.

Element 11 und 12: K/Na(Kalium / Natrium)

K/Na können als Modifikatoren verwendet werden, um die Karbide in weißem Eisen zu sphäroidisieren, wodurch sich die Zähigkeit bis zum Zweifachen erhöht, während die Härte erhalten bleibt.

Sie können auch die Struktur von Sphäroguss verfeinern und den Herstellungsprozess von Vermicularguss stabilisieren.

Darüber hinaus sind K/Na wirksame Elemente zur Förderung der Austenitisierung. Sie können zum Beispiel das Mangan/Kohlenstoff-Verhältnis von austenitischem Manganstahl von 10:1-13:1 auf 4:1-5:1 senken.

Element 13: Ca(Calcium)

Die Zugabe von Kalzium zu Stahl kann dessen Korn verfeinern, ihn teilweise entschwefeln und die Zusammensetzung, Menge und Form der nicht-metallisch Einschlüsse, ähnlich dem Zusatz von Seltenen Erden zu Stahl.

Dies kann die Korrosionsbeständigkeit, die Verschleißfestigkeit, die Hoch- und Tieftemperaturleistung von Stahl sowie seine Schlagzähigkeit, Ermüdungsfestigkeit, Plastizität und Schweißeigenschaften verbessern.

Außerdem kann die Zugabe von Kalzium die Kaltverformbarkeit, Stoßfestigkeit, Härte und Kontaktfestigkeit von Stahl verbessern. Bei Stahlguss erhöht die Zugabe von Kalzium die Beweglichkeit des geschmolzenen Stahls, verbessert die Oberfläche des Gussstücks und beseitigt die Anisotropie der Organisationen im Gussstück. Die Gießleistung, die Beständigkeit gegen thermische Risse, die mechanischen Eigenschaften und die Bearbeitungsleistung steigen.

Darüber hinaus kann die Zugabe von Kalzium zum Stahl dessen Widerstandsfähigkeit gegen Wasserstoffrisse und Lamellenrisse verbessern und die Lebensdauer von Geräten und Werkzeugen verlängern. Calcium wird der Mutterlegierung als Desoxidationsmittel, Impfmittel und Mikrolegierungsmittel zugesetzt.

Element 14: Ti(Titan)

Titan hat eine starke Affinität zu Stickstoff, Sauerstoff und Kohlenstoff und eine stärkere Affinität zu S als zu Eisen, was es zu einem wirksamen Element für die Desoxidation und Fixierung von Stickstoff und Kohlenstoff macht.

Obwohl Titan ein stark karbidbildendes Element ist, verbindet es sich nicht mit anderen Elementen zu Verbindungen.

Titankarbid hat eine starke Bindungskraft, ist stabil und lässt sich nur schwer zersetzen. Es kann sich erst bei Temperaturen über 1000℃ langsam in Stahl auflösen.

Vor der Isolierung können Titankarbidteilchen das Kornwachstum verhindern.

Da Titan eine größere Affinität zu Kohlenstoff als zu Chrom hat, wird es häufig in rostfreiem Stahl verwendet, um Kohlenstoff zu binden, die Chromverdünnung in der Korngrenze zu beseitigen und die interkristalline Korrosion in Stahl.

Titan ist auch ein starkes ferritbildendes Element, das die A1- und A3-Temperaturen von Stahl stark erhöht.

In gewöhnlichem niedrig legiertem Stahl kann Titan die Plastizität und Zähigkeit verbessern und gleichzeitig die Festigkeit des Stahls erhöhen, indem es Stickstoff und Schwefel bindet und Titankarbid bildet.

Kornfeinung durch Normalisieren, Ausscheidung Karbide können erheblich verbessern die Plastizität und Schlagzähigkeit von Stahl.

Titanhaltiger legierter Baustahl hat gute mechanische Eigenschaften und gute Verarbeitungseigenschaften, sein Hauptnachteil ist jedoch die geringe Härtbarkeit.

Bei rostfreiem Stahl mit hohem Chromgehalt ist der Titangehalt in der Regel fünfmal so hoch wie der Kohlenstoffgehalt, was die Korrosionsbeständigkeit verbessern kann (vor allem gegeninterkristalline Korrosion) und die Zähigkeit von Stahl, fördern das Kornwachstum bei hohen Temperaturen und verbessern die Schweißleistung von Stahl.

Element 15: V(Vanadium)

Vanadium hat eine starke Affinität zu Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff und bildet mit diesen stabile Verbindungen. In Stahl ist Vanadium hauptsächlich in Form von Karbiden vorhanden.

Vanadium verfeinert das Gefüge und das Korn des Stahls und kann die Härtbarkeit erhöhen, wenn es bei hohen Temperaturen im Mischkristall gelöst wird. Wenn es jedoch in Form von Karbiden vorliegt, kann es die Härtbarkeit verringern. Vanadium erhöht auch die Anlaßstabilität von gehärtetem Stahl und bewirkt einen sekundären Härtungseffekt.

Die Menge an Vanadium im Stahl ist im Allgemeinen auf 0,5% begrenzt, außer bei Schnellarbeitsstahl. In gewöhnlichen niedrigen kohlenstofflegierter StahlVanadium kann das Korn verfeinern und die Festigkeit, Streckgrenze, Tieftemperatureigenschaften und Schweißeigenschaften von Stahl verbessern. In legiertem Baustahl kann es die Härtbarkeit bei normaler Wärmebehandlung verringern, wenn es in Kombination mit Mangan, Chrom, Molybdän und Wolfram verwendet wird.

Vanadium kann die Festigkeit und die Streckgrenze von Feder- und Wälzlagerstählen verbessern, insbesondere die Verhältnis- und die Elastizitätsgrenze, und die Kohlenstoffempfindlichkeit bei der Wärmebehandlung verringern und so die Oberflächenqualität verbessern. Als Zusatz zu Werkzeugstählen verfeinert es das Korn, verringert die Überhitzungsempfindlichkeit und erhöht die Anlaßstabilität und Verschleißfestigkeit, wodurch die Lebensdauer der Werkzeuge verlängert wird.

Bei aufkohlendem Stahl ermöglicht Vanadium das direkte Abschrecken des Stahls nach der Aufkohlung, ohne dass ein zweites Abschrecken erforderlich ist. Lagerstahl, der Vanadium und Chrom enthält, hat eine hohe Dispersion und eine gute Leistung.

Element 16:Cr(Chrom)

Chrom kann die Härtbarkeit von Stahl erhöhen und hat den Effekt der Sekundärhärtung. Es kann die Härte und Verschleißfestigkeit von Kohlenstoffstahl verbessern, ohne ihn spröde zu machen.

Wenn der Cr-Gehalt über 12% liegt, weist der Stahl eine gute Hochtemperaturoxidations- und Korrosionsbeständigkeit auf und erhöht außerdem seine Warmfestigkeit.

Chrom ist das wichtigste Legierungselement in rostfreiem Stahl, säurebeständigem Stahl und hitzebeständigem Stahl.

Chrom kann die Festigkeit und Härte von Kohlenstoffstahl beim Walzen verbessern und die Dehnung und Schrumpfung des Querschnitts verringern.

Wenn der Chromgehalt 15% übersteigt, sinken Festigkeit und Härte, und die Dehnung und die Schrumpfung des Querschnitts nehmen entsprechend zu. Durch Schleifen lassen sich Teile aus Chromstahl leicht in eine hohe Oberflächenqualität bringen.

Die Hauptfunktion von Chrom in der Vergütungsstruktur besteht darin, die Härtbarkeit zu verbessern, dem Stahl nach dem Vergüten eine gute umfassende mechanische Leistung zu verleihen und Chromkarbid in aufkohlendem Stahl zu erzeugen, um die Verschleißfestigkeit der Materialoberfläche zu verbessern.

Chromhaltiger Federstahl lässt sich bei der Wärmebehandlung nicht leicht entkohlen.

Chrom kann die Verschleißfestigkeit, die Härte und die Warmhärte von Werkzeugstahl verbessern und ihm eine gute Anlassbeständigkeit verleihen.

In elektrothermischen Legierungen kann Chrom die Oxidationsbeständigkeit, den Widerstand und die Festigkeit der Legierung verbessern.

Element 17:Mn(Mangan)

Mn kann die Festigkeit von Stahl verbessern. Da Mn relativ billig ist und mit Fe legiert werden kann, hat es nur geringe Auswirkungen auf die Plastizität, während es die Festigkeit von Stahl verbessert. Daher wird Mn häufig zur Verstärkung von Stahl verwendet.

Es kann gesagt werden, dass fast alle Kohlenstoffstähle Mn enthalten. Weicher Stanzstahl, Dualphasenstahl (DP-Stahl), Stahl mit umwandlungsbedingter Plastizität (TR-Stahl) und martensitischer Stahl (MS-Stahl) enthalten Mangan.

Im Allgemeinen überschreitet der Mn-Gehalt in weichem Stahl nicht 0,5%. Der Mn-Gehalt in hochfestem Stahl steigt mit zunehmender Festigkeit, z. B. in martensitischem Stahl kann der Mn-Gehalt bis zu 3% betragen.

Mn erhöht die Härtbarkeit von Stahl und verbessert die thermische Verarbeitbarkeit von Stahl. Ein typisches Beispiel ist 40Mn und Stahl Nr. 40.

Mn kann den Einfluss von S (Schwefel) beseitigen. Mn kann beim Schmelzen von Stahl MnS mit einem hohen Schmelzpunkt bilden und dadurch die nachteiligen Auswirkungen von S abschwächen und beseitigen.

Der Mn-Gehalt ist jedoch auch ein zweischneidiges Schwert. Die Erhöhung des Mn-Gehalts verringert die Plastizität und die Schweißeigenschaften des Stahls.

Element 18Co:Co(Cobalt)

Kobalt (Co) wird in Spezialstahl und Legierungen verwendet. Schnellarbeitsstahl, der Co enthält, weist eine hohe Warmhärte auf.

Wenn Co zusammen mit Molybdän zu martensitisch alterndem Stahl hinzugefügt wird, kann es die Härte und die mechanischen Eigenschaften des Stahls insgesamt erhöhen.

Außerdem ist Co ein wichtiges Legierungselement in heißem Stahl und magnetischen Materialien.

Co kann jedoch die Härtbarkeit von Stahl verringern und damit seine umfassenden mechanischen Eigenschaften, insbesondere bei Kohlenstoffstahl, verschlechtern.

Außerdem kann Co Ferrit verstärken, und wenn es bei der Herstellung von Kohlenstoffstahl zugesetzt wird Glühen oder Normalisieren kann die Härte, die Streckgrenze und die Zugfestigkeit des Stahls verbessern, wirkt sich aber negativ auf die Dehnung und die Querschnittsschrumpfung aus.

Darüber hinaus verringert eine Erhöhung des Co-Gehalts im Stahl dessen Kerbschlagzähigkeit.

Schließlich wird Co aufgrund seiner antioxidativen Eigenschaften in hitzebeständigen Stählen und Legierungen verwendet, insbesondere in Gasturbinen aus Co-Legierungen.

Element 19Ni:Ni(Nickel)

Zu den positiven Auswirkungen von Nickel gehören hohe Festigkeit, hohe Zähigkeit, gute Härtbarkeit, hohe Widerstandsfähigkeit und hohe Korrosionsbeständigkeit.

Nickel kann die Festigkeit von Stahl deutlich erhöhen und gleichzeitig eine hohe Zähigkeit beibehalten. Darüber hinaus ist seine Sprödtemperatur außergewöhnlich niedrig (unter -100℃ bei Nickel < 0,3%, und sie kann auf -180℃ sinken, wenn der Co-Gehalt auf etwa 4-5% erhöht wird), was die Festigkeit und Plastizität von gehärtetem Stahl verbessern kann.

Ein Stahl mit Ni=3,5% kann nicht abgeschreckt werden, aber die Zugabe von Ni=8% zu Cr-Stahl kann ihn bei einer sehr niedrigen Abkühlungsrate in den M-Typ verwandeln.

Nickel hat eine ähnliche Gitterkonstante wie γ-Fe, wodurch es die Stahlhärtung durch Bildung eines kontinuierlichen Mischkristalls fördert.

Nickel kann den kritischen Punkt senken und die Stabilität von Austenitwas zu einer geringeren Abschrecktemperatur und einer guten Abschreckung führt.

Ni-Stahl wird im Allgemeinen für schwere Teile aus großen Profilen verwendet. Durch die Kombination mit Cr, W oder Cr und Mo kann die Härtbarkeit erhöht werden. Nickel-Molybdän-Stahl hat eine hohe Ermüdungsgrenze, und Ni-Stahl hat eine gute thermische Ermüdungsbeständigkeit und kann unter heißen und kalten Bedingungen eingesetzt werden.

In nichtrostendem Stahl wird Ni verwendet, um einen gleichmäßigen A-Körper zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit zu schaffen.

Ni-Stahl lässt sich nicht so leicht überhitzen, so dass das Kornwachstum bei hohen Temperaturen verhindert und eine feine Kornstruktur beibehalten werden kann.

Element 20:Cu(cuprum)

Die herausragende Rolle von Kupfer (Cu) im Stahl besteht darin, die atmosphärische Korrosionsbeständigkeit von gewöhnlichem niedrig legiertem Stahl zu verbessern. In Verbindung mit Phosphor kann Cu auch die Festigkeit und die Streckgrenze von Stahl verbessern, ohne die Schweißleistung zu beeinträchtigen.

Stahlschienen (U-Cu) mit einem Cu-Gehalt von 0,20% bis 0,50% haben eine 2-5 mal längere Korrosionsbeständigkeit als normaler Kohlenstoffstahl.

Wenn der Cu-Gehalt 0,75% übersteigt, kann nach der Mischkristallbehandlung und Alterung ein Alterungseffekt auftreten.

Bei niedrigem Cu-Gehalt ist seine Wirkung ähnlich wie die von Nickel, aber schwächer. Bei hohem Cu-Gehalt ist es für die thermische Verformung nicht geeignet, was zur Sprödigkeit von Kupfer führen kann.

Der Zusatz von 2-3%-Kupfer zu austenitischem Edelstahl kann die Korrosionsbeständigkeit gegenüber Schwefelsäure, Phosphorsäure und Salzsäure sowie die Stabilität der Spannungskorrosion verbessern.

Element 21:Ga(Gallium)

Gallium (Ga) ist ein Element, das sich im geschlossenen γ-Bereich befindet. Mikrogallium ist in Ferrit löslich und bildet einen Substitutionsmischkristall. Es ist kein karbidbildendes Element, aber es bildet auch keine Oxide, Nitride und Sulfide.

In den γ+a-Zweiphasenbereichen diffundiert das Mikrogallium leicht vom Austenit zum Ferrit, wo seine Konzentration hoch ist. Die Wirkung von Mikrogallium auf die Mechanische Eigenschaften von Stahl ist in erster Linie die Stärkung der festen Lösung.

Ga hat einen geringen Einfluss auf die Korrosionsbeständigkeit von Stahl.

Element 22Als(arsenisch)

Das im Erz enthaltene Arsen (As) kann beim Sintern nur teilweise entfernt werden, aber es kann durch chloridhaltiges Rösten entfernt werden. As wird bei der Verhüttung im Hochofen dem Roheisen beigemischt.

Wenn der As-Gehalt im Stahl 0,1% übersteigt, kann er die Sprödigkeit des Stahls erhöhen und seine Schweißleistung schwächen. Daher sollte der As-Gehalt im Erz kontrolliert werden, und die Menge an As im Erz sollte 0,07% nicht überschreiten.

Arsen neigt dazu, die Streckgrenze σs und die Zugfestigkeit σb von Rundstahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt zu erhöhen, während es die Dehnung verringert. Darüber hinaus ist seine Wirkung auf die Verringerung der Kerbschlagzähigkeit Akv von Kohlenstoff-Rundstahl bei Normaltemperatur signifikant.

Element 23Se:selenium)

Selen (Se) kann die Bearbeitung verbessern Eigenschaften von Kohlenstoffstahl, Edelstahl und Kupfer, und machen die Oberfläche der Teile blank und sauber.

Bei hochmagnetischem, induktionsorientiertem Siliziumstahl wird häufig MnSe2 als Inhibitor verwendet. Seine gute Einbindung, verglichen mit der von MnS, ist stärker bei der Eindämmung des Wachstums der anfänglichen Rekristallisation Korn und ist mehr förderlich für die Förderung der ausgewählten sekundären Rekristallisation Korn Wachstum. Dadurch kann eine hoch orientierte (110) [001]-Textur erzielt werden.

Element 24:Zr(Zirkonium)

Zirkonium (Zr) ist ein stark karbidbildendes Element und spielt in Stahl eine ähnliche Rolle wie Niob, Tantal und Vanadium.

Die Zugabe einer geringen Menge Zr bewirkt eine Entgasung, Reinigung und Verfeinerung des Korns, was für die Verbesserung der Tieftemperatur- und Stanzleistung von Stahl von Vorteil ist.

Zr wird häufig bei der Herstellung von Gasmotoren, ultrahochfestem Stahl und Hochtemperaturlegierungen auf Ni-Basis verwendet, die für Raketenstrukturen notwendig sind.

Element 25:Nb(Niobium)

Niob (Nb) wird häufig mit Tantal in Verbindung gebracht, und ihre Rolle in Stahl ist ähnlich. Nb und Tantal können sich teilweise in fester Lösung auflösen und diese verstärken.

Das Abschrecken von Stahl wird erheblich verbessert, wenn der austenitische Körper aufgelöst wird. In Form von Karbiden und Oxidpartikeln kann Nb jedoch das Korn verfeinern und die Härtbarkeit des Stahls verringern. Es kann die Vergütungsstabilität von Stahl erhöhen und hat eine sekundäre Härtungswirkung.

Microniobium kann die Festigkeit von Stahl verbessern, ohne seine Plastizität oder Zähigkeit zu beeinträchtigen. Darüber hinaus kann es das Korn verfeinern, die Schlagzähigkeit verbessern und die Sprödübergangstemperatur des Stahls senken. Wenn der Nb-Gehalt mehr als das 8-fache des Kohlenstoffs beträgt, kann fast der gesamte Kohlenstoff im Stahl gebunden werden, wodurch der Stahl eine gute Beständigkeit gegen Wasserstoff aufweist.

In austenitischen Stählen kann Nb verhindern, dass oxidierende Medien interkristalline Korrosion des Stahls verursachen. Es kann auch die Hochtemperaturleistung von warmem Stahl, wie z. B. die Kriechfestigkeit, aufgrund seines festen Kohlenstoffs und der Ausscheidungshärtung verbessern.

Nb kann die Streckgrenze und die Kerbschlagzähigkeit eines gewöhnlichen niedrig legierten Stahls verbessern und seine Versprödungstemperatur senken, was für das Schweißen von Vorteil ist. Beim Aufkohlen und Vergütungslegierung Baustahl kann es die Härtbarkeit erhöhen und gleichzeitig die Zähigkeit und das Tieftemperaturverhalten verbessern. Außerdem kann Nb die Lufthärtung von kohlenstoffarmen martensitischer rostfreier StahlDadurch wird die Sprödigkeit des Härtezustands vermieden und die Kriechfestigkeit erhöht.

Element 26Mo:Molybdän)

Molybdän (Mo) kann die Härtbarkeit und die Wärmeintensität von Stahl verbessern, Versprödung im Anlassen verhindern, den Restmagnetismus, die Koerzitivfeldstärke und die Korrosionsbeständigkeit in einigen Medien erhöhen.

Unter abgeschreckt und vergütet Stahl, kann Mo die Abschrecktiefe und die Härtung von Teilen mit großem Querschnitt verstärken und die Ziehbarkeit oder die Anlassstabilität von Stahl verbessern. Dies kann die Teile effektiver zu beseitigen (oder zu reduzieren) Eigenspannungen und verbessern ihre Plastizität unter hohen Temperaturen.

Beim Aufkohlen von Stahl kann Mo die Tendenz zur Karbidbildung in einem kontinuierlichen Netz an der Korngrenze während der aufgekohlten Schicht verringern, den Restaustenit in der aufgekohlten Schicht reduzieren und die Verschleißfestigkeit der Oberfläche relativ erhöhen.

Unter Schmiedegesenk Stahl kann Mo die Härte des Stahls stabil halten und seine Beständigkeit gegen Verformung, Rissbildung und Abrieb erhöhen.

In rostfreiem säurebeständigem Stahl kann Mo die Korrosionsbeständigkeit gegenüber organischen Säuren wie Ameisensäure, Essigsäure, Oxalsäure, Wasserstoffperoxid, Schwefelsäure, schwefliger Säure, Sulfat, sauren Farbstoffen, Bleichpulver oder Flüssigkeit weiter verbessern. Insbesondere kann der Zusatz von Mo die Korrosionsneigung von Chlorionen verhindern.

Der Schnellarbeitsstahl W12Cr4V4Mo mit einem Mo-Gehalt von ca. 1% hat eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit, Anlaßhärte und Warmhärte.

Element 27:Sn(Stannum)

Zinn (Sn) gilt als schädliches Verunreinigungselement in Stahl. Es kann die Qualität von Stahl beeinträchtigen, insbesondere die Qualität von Stranggussknüppeln. Zinn kann dazu führen, dass der Stahl heiß spröde wird, spröde wird, reißt und bricht, was die Schweißleistung des Stahls beeinträchtigt, und ist eines der "fünf Übel" für Stahl.

Sn spielt jedoch eine wichtige Rolle in Elektrostahl, Gusseisen und leicht schneidendem Stahl. Die Größe der Siliziumstahlkörner hängt mit der Segregation von Sn zusammen, und die Segregation von Sn kann das Kornwachstum verhindern. Je höher der Sn-Gehalt ist, desto größer ist die Kornausscheidung, und desto wirksamer wird das Kornwachstum behindert. Je kleiner die Korngröße ist, desto geringer ist der Eisenverlust.

Sn kann die magnetischen Eigenschaften von Siliziumstahl verändern und die Stärke der vorteilhaften Textur {100} im Endprodukt aus orientiertem Siliziumstahl verbessern. Dies kann zu einer deutlichen Erhöhung der magnetischen Induktionsintensität führen. Wenn eine kleine Menge Sn in Gusseisen enthalten ist, kann es die Verschleißfestigkeit von Stahl verbessern und die Fließfähigkeit von geschmolzenem Eisen beeinflussen. Perlitisches Tempergusseisen hat eine hohe Festigkeit und eine hohe Verschleißfestigkeit. Um perlitischen Guss zu erhalten, wird der Legierungslösung während des Schmelzens Sn zugesetzt. Da Sn ein Element ist, das die Sphärifizierung von Graphit blockiert, muss die Menge des Sn-Zusatzes kontrolliert werden, die im Allgemeinen weniger als 0,1% beträgt.

Schneidbarer Stahl lässt sich in Schwefel-, Kalzium-, Blei- und Verbundschneidstahl unterteilen. Sn hat eine deutliche Tendenz, sich um Einschlüsse und Defekte herum zu sammeln. Sn verändert nicht die Form des Sulfids Einschlüsse in StahlEs kann jedoch die Sprödigkeit und Schneidleistung des Stahls durch die Entmischung von Korngrenzen und Phasengrenzen verbessern. Wenn der Sn-Gehalt >0,05% ist, hat der Stahl eine gute Schneidfähigkeit.

Element 28:Sb(Stibium)

Nach Zugabe von Antimon (Sb) zu Siliziumstahl mit hoher magnetischer Orientierung kann die Korngröße der ersten und sekundären Rekristallisation verfeinert werden, was zu einer perfekteren zweiten Rekristallisation und verbessertem Magnetismus führt.

Nach dem Kaltwalzen und Entkohlen von Sb-Stahl werden die Komponenten der Texturzusammensetzung {110} oder {110} , die für die Entwicklung der sekundären Rekristallisation günstig sind, verstärkt und die Anzahl der sekundären Kristallkeime nimmt zu.

Bei Sb-haltigem Baustahl scheidet sich Sb bei austenitischer Temperatur um MnS-Einschlüsse und entlang der ursprünglichen Austenit-Korngrenze aus. Ausscheidungen, die um MnS-Einschlüsse herum angereichert sind, können die Organisation des Stahls verfeinern und seine Zähigkeit verbessern.

Element 29:W(Wolfram)

In Stahl wird Wolfram (W) teilweise in Eisen gelöst und bildet einen Mischkristall, außerdem entsteht Karbid.

Seine Wirkung ist ähnlich wie die von Mo, und die allgemeine Wirkung ist mengenmäßig nicht so bedeutend wie die von Mo.

Die Hauptaufgabe von W im Stahl ist die Erhöhung der Anlassbeständigkeit, der Warmhärte, der Wärmeintensität und der Verschleißfestigkeit durch die Bildung von Karbid.

Daher wird es hauptsächlich für Werkzeugstahl, wie Schnellarbeitsstahl und Warmschmiedestahl, verwendet.

W ist ein feuerfestes Karbid in hochwertigem Federstahl, das den Konzentrationsprozess von Karbiden verringern und die Hochtemperaturfestigkeit bei höheren Temperaturen aufrechterhalten kann.

W kann auch die Überhitzungsempfindlichkeit von Stahl verringern und seine Härtbarkeit und Härte erhöhen.

Durch die Luftkühlung hat der Federstahl 65SiMnWA nach dem Warmwalzen eine hohe Härte.

Eine Quelle Stahl mit einem Querschnitt von 50mm2 kann in Öl gehärtet werden und kann eine schwere Last tragen, hitzebeständig sein (nicht mehr als 350 ℃).

30W4Cr2VA hochfesten hitzebeständigen hochwertigen Federstahl hat große Härtbarkeit, und seine Zugfestigkeit kann 1470 ~ 1666 pa nach 1050 ~ 1100 ℃ Abschrecken und 550 ~ 650 ℃ Anlassen sein.

Es wird hauptsächlich für die Herstellung von Federn verwendet, die bei hohen Temperaturen (500 ℃) eingesetzt werden.

Durch den Zusatz von W können die Abrieb- und Schneideigenschaften von Stahl erheblich verbessert werden, weshalb W das Hauptelement von legiertem Werkzeugstahl ist.

Element 30Plumbum:Pb(Plumbum)

Pb kann die Bearbeitbarkeit von Stahl verbessern. Pb-haltiger Stahl hat gute mechanische Eigenschaften und kann wärmebehandelt werden. Aufgrund der Umweltverschmutzung und der schädlichen Auswirkungen beim Recycling von Stahlabfällen wurde Pb jedoch nach und nach ersetzt.

Pb bildet nur schwer einen Mischkristall oder Verbindungen mit Fe. Stattdessen neigt es dazu, sich an der Korngrenze in einer kugelförmigen Form zu sammeln, was bei Temperaturen zwischen 200-480°C zu Sprödigkeit im Stahl und zu Rissen beim Schweißen führen kann.

Element 31Bismut:Bi()

Die Schneidleistung von Stahl kann durch Zugabe von 0,1-0,4% Bi in Automatenstahl verbessert werden.

Wenn Bi gleichmäßig im Stahl verteilt ist, schmelzen die Bi-Partikel nach Kontakt mit dem SchneidewerkzeugEs wirkt wie ein Schmiermittel, das das Schneidwerkzeug bricht, um Überhitzung zu vermeiden und die Schnittgeschwindigkeit zu erhöhen.

In letzter Zeit wurde vielen nichtrostenden Stählen Bi zugesetzt, um ihre Schneidleistung zu verbessern.

Bi kommt in drei Arten von Automatenstählen vor: unabhängig in der Stahlmatrix, umhüllt von Sulfid und zwischen Stahlmatrix und Sulfid.

Die Verformungsgeschwindigkeit von MnS-Einschlüssen nimmt mit der Erhöhung des Bi-Gehalts im S-Bi-Freischneiden ab Stahlbarren.

Das Bi-Metall im Stahl kann die Verformung des Sulfids im Schmiedeprozess des Stahlblocks eindämmen.

Der Zusatz von 0,002-0,005% Bi zu Gusseisen kann die Gießleistung von Temperguss verbessern, die Aufhellungstendenz erhöhen, die Glühen Zeit zu sparen und die Auszugsleistung der Teile zu optimieren.

Der Zusatz von 0,005% Bi zu Gusseisen mit Kugelgraphit kann dessen Antiseismizität und Zugfestigkeit verbessern.

Es ist schwierig, Bi in Stahl einzubringen, da sich Bi bei 1500 ℃ weitgehend verflüchtigt und daher nur schwer gleichmäßig in den Stahl eingearbeitet werden kann.

Derzeit wird Bi im Ausland durch Bi-Mn ersetzt. legiertes Blech mit einem Schmelzpunkt von 1050 ℃ als Zusatzstoff, aber der Nutzungsgrad von Bi liegt immer noch bei 20%.

Nippon Steel & Sumitomo Metal, Posco, TYO und andere Unternehmen haben vorgeschlagen, dass der Zusatz von Bi den B8-Wert von orientiertem Siliziumstahl erheblich verbessern kann.

Statistiken zufolge verfügen Nippon Steel & Sumitomo Metal und JFE über mehr als einhundert Erfindungen von hochmagnetisch orientiertem Siliziumstahl mit dem Zusatz Bi.

Nach der Zugabe von Bi erreicht die magnetische Induktion 1,90T, und der Höchstwert liegt bei 1,99T.

Sonstiges Element 32-48:Re (Seltene Erden)

Als Seltene Erden bezeichnet man im Allgemeinen die Lanthaniden mit den Ordnungszahlen 57 bis 71 (Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium und Lutetium) sowie Scandium (Nr. 21) und Yttrium (Nr. 39), also insgesamt 17 Elemente. Ihre Eigenschaften sind ähnlich, so dass sie schwer zu trennen sind. Als gemischte Seltene Erden, die billiger sind, werden diejenigen bezeichnet, die nicht getrennt wurden.

Seltene Erden können zur Desoxidation, Entschwefelung und Mikrolegierung verwendet werden und können auch die Verformbarkeit von Seltenerdeinschlüssen verändern. Sie können die Sprödigkeit von Al2O3 bis zu einem gewissen Grad beeinflussen und die Ermüdungsleistung der meisten Stahlsorten verbessern.

Seltene Erden sind zusammen mit Ca, Ti, Zr, Mg und Be die wirksamsten Verformungsmittel für Sulfide. Durch die Zugabe einer angemessenen Menge an Seltenen Erden zu Stahl können Oxid- und Sulfideinschlüsse in kleine, dispergierte kugelförmige Einschlüsse umgewandelt werden, die die schädlichen Auswirkungen von MnS und anderen Einschlüssen beseitigen.

In der Praxis der Stahlherstellung liegt Schwefel in der Regel als FeS und MnS vor. Wenn der Mn-Gehalt im Stahl hoch ist, bildet sich mit größerer Wahrscheinlichkeit MnS. Obwohl MnS einen hohen Schmelzpunkt hat und Hitzeversprödung vermeiden kann, kann es sich bei der maschinellen Verformung in Richtung der Bearbeitung ausbreiten und zu Streifen formen. Dies kann die Plastizität, Zähigkeit und Ermüdungsfestigkeit des Stahls erheblich verringern, so dass es notwendig ist, dem Stahl für die Verformungsbearbeitung RE zuzusetzen.

Seltene Erden können auch die Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit von Stahl erhöhen. Ihre Wirkung auf die Oxidationsbeständigkeit ist größer als die von Silizium, Aluminium und Titan. Sie können das Fließen von Stahl verbessern, die nicht-metallisch Einschlüsse und machen die Stahlstruktur dicht und rein. Die Rolle der Seltenen Erden im Stahl besteht hauptsächlich in der Reinigung, Metamorphose und Legierung.

Mit der schrittweisen Kontrolle des Sauerstoff-Schwefel-Gehalts werden die traditionelle Reinigung von geschmolzenem Stahl und die Metamorphose allmählich schwächer, während neue Reinigungstechnologien und Legierungseffekte verbessert werden. Seltene Erden erhöhen die antioxidative Kapazität der Ferrochrom-Aluminium-Legierung und erhalten die Feinkörnigkeit des Stahls bei hohen Temperaturen, wodurch die Hochtemperaturfestigkeit und die Lebensdauer der elektrothermischen Legierung deutlich erhöht werden.

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Shane
Autor

Shane

Gründerin von MachineMFG

Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.

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