K F51 Stahlplatte

Aspekt der Streckgrenze

Wenn der Kohlenstoffgehalt niedrig ist (z. B. weniger als {{0}},2 %), steigt die Streckgrenze von KE56-Stahlplatten mit steigendem Kohlenstoffgehalt allmählich an. Dies liegt daran, dass sich Kohlenstoff in Ferrit auflöst und eine interstitielle feste Lösung bildet, was zu einem festigenden Effekt der festen Lösung führt. Wenn beispielsweise der Kohlenstoffgehalt von 0,1 % auf 0,2 % steigt, kann die Streckgrenze von etwa 200 MPa auf etwa 240 MPa ansteigen. Die gelösten Kohlenstoffatome behindern die Bewegung von Versetzungen, wodurch es für das Material schwierig wird, sich bei geringerer Spannung plastisch zu verformen, wodurch die Streckgrenze erhöht wird.

Im mittleren Kohlenstoffgehaltsbereich (0,2 % - 0,6 %) beginnen zusätzlich zur Festigung der festen Lösung Karbide auszuscheiden. Diese Karbide können als Hindernisse für die Bewegung von Versetzungen wirken und die Streckgrenze weiter erhöhen. Wenn der Kohlenstoffgehalt beispielsweise 0,4 % erreicht, kann die Streckgrenze auf über 300 MPa ansteigen. Karbide wie Fe₃C (Zementit) führen aufgrund ihrer Existenz dazu, dass Versetzungen diese harten Partikel umgehen oder durchschneiden müssen, um sich weiterzubewegen, was eine höhere Spannung erfordert und somit die Streckgrenze erhöht.

Aspekt der Zugfestigkeit

In der Stufe mit niedrigem Kohlenstoffgehalt steigt auch die Zugfestigkeit mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt. Ähnlich wie die Streckgrenze ist die Mischkristallverfestigung der Haupteinflussmechanismus. Wenn beispielsweise der Kohlenstoffgehalt von 0,1 % auf 0,2 % steigt, kann die Zugfestigkeit von etwa 300 MPa auf etwa 340 MPa ansteigen. Denn Kohlenstoffatome behindern die Bewegung von Versetzungen, sodass das Material während des Streckvorgangs größeren äußeren Kräften standhalten kann, ohne zu brechen.

Bei mittlerem Kohlenstoffgehalt beschleunigt sich die Wachstumsrate der Zugfestigkeit. Die dispergierende und verstärkende Wirkung von Karbiden erhöht die Zugfestigkeit des Materials erheblich. Wenn der Kohlenstoffgehalt beispielsweise 0,4 % beträgt, kann die Zugfestigkeit über 450 MPa erreichen. Durch die disperse Verteilung der Karbide in der Matrix kann die Rissausbreitung wirksam verhindert und so die Belastbarkeit des Materials beim Streckvorgang erhöht werden.

 

 

 

Aspekt der Ermüdungsfestigkeit

Eine entsprechende Erhöhung des Kohlenstoffgehalts kann die Dauerfestigkeit von KE56-Stahlplatten verbessern. In den Stufen mit niedrigem und mittlerem Kohlenstoffgehalt können mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt die Festlösungsverfestigung und die Dispersionsverfestigung von Karbiden die Anti-Ermüdungsleistung des Materials verbessern. Beispielsweise kann während des Prozesses, bei dem der Kohlenstoffgehalt von 0,1 % auf 0,4 % ansteigt, die Ermüdungsgrenze (die maximale Spannung ohne Ermüdungsversagen bei einer bestimmten Anzahl von Zyklen) ansteigen von etwa 180 MPa bis etwa 220 MPa. Denn die verstärkte Materialstruktur ist stabiler und kann Ermüdungsschäden durch Wechselbeanspruchung besser widerstehen.

Bei einem hohen Kohlenstoffgehalt besteht jedoch aufgrund der Aggregation von Karbiden und der Verringerung der Materialzähigkeit die Gefahr, dass Ermüdungsrisse an der Grenzfläche zwischen Karbid und Matrix oder im Inneren des Karbids entstehen, wodurch die Ermüdungsfestigkeit verringert wird. Wenn der Kohlenstoffgehalt beispielsweise 0,8 % erreicht, kann die Ermüdungsgrenze auf etwa 200 MPa sinken. Sobald außerdem ein Ermüdungsriss entsteht, ist in sprödem Material mit hohem Kohlenstoffgehalt die Rissausbreitungsgeschwindigkeit schneller als bei Materialien mit niedrigem und mittlerem Kohlenstoffgehalt, was zu einem früheren Ermüdungsversagen des Materials führt.

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