Chris Deminie
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Meiner Meinung nach kommt es auf die Zeit an wie lange das Damastpaket auf Schweißtemperatur im Feuer gehalten wird,da diffundiert der Kohlenstoff in das andere Material rüber.
Gruß Chris
Gruß Chris
Die Diffusion des Kohlenstoffs im Damast ist von J. Verhoeven wissenschaftlich untersucht worden. Auch Prof. Pohl von der Ruhruniversität hat sich mit dieser Frage beschäftigt.
An der Diffusion an sich können ernsthafte Zweifel nicht mehr bestehen.
Fraglich bleibt die Geschwindigkeit, mit der der interstitiell gelagerte Kohlenstoff wandert.
Als Faustregel hat man sich etwa auf die Größenordnung 1my in 30 sec. bei 1000 Grad C geeinigt.
Das ermöglicht keine wirkliche Berechnung der Diffusionsgeschwindigkeit, sondern allenfalls eine Abschätzung- allerdings im Ergebnis mit doch recht klarer Aussage.
Die Schweißtemperatur wird in der Regel eher über 1100 Grad C liegen als darunter. Beim Schweißen untereutektoidischer un- oder leicht legierter Stähle werden die meisten Schmiede auf ca. 1200 Grad gehen.
Die Diffusionsgeschwindigkeit steigt aber mit steigender Temperatur.
Beim Erwärmen zum Schweißen wird ein Temperaturbereich von über 1000 Grad bis zur eigentlichen Schweißtemperatur durchlaufen und auch die Abkühlung aus der Schweißtemperatur nimmt eine gewisse Zeit in Anspruch.
Geht man -zurückhaltend- davon aus, daß der Temperaturbereich von ca. 1000 Grad bis zur Schweißtemperatur und wieder zurück bis ca 1000 Grad in ca 5 min. durchlaufen wird, so erhält man schon eine Diffusionsstrecke von über 10my, wobei die beschleunigende Wirkung der höheren Temperatur (über 1000 Grad) noch nicht berücksichtigt ist.
Bei mehreren Schweißvorgängen summiert sich natürlich die Wirkung.
Ich habe mich mit genauen Zahlen bewußt zurückgehalten, weil das Feuerschweißen normalerweise nicht unter Laborbedingungen stattfindet.
Es können auch noch andere Gegebenheiten eine Rolle spielen:
Legierungselemente, die Sonderkarbide bilden, können so stabile Karbide bilden, daß sie bei 1000 Grad noch nicht in Lösung gehen- ein klassischer Fall wäre Vanadium. Was aber im Karbid gebunden ist, also eben nicht in der Elementarzelle gelöst und auf Zwischengitterplätzen eingelagert ist, kann auch nicht diffundieren.
Für die normalen, leicht legierten Werkzeugstähle mit ihren Spritzerchen Vanadium spielt das keine Rolle, einzig der Riffelstahl 1.2838 mit ca. 3 % Vanadium hätte da eine deutliche Wirkung.
Wegen seiner schlechten Schweißbarkeit und seiner großen Karbide sollte man von diesem Stahl aber ohnehin die Finger weglassen.
Fazit: Die Diffusion hat mit der Lagenzahl n i c h t s zu tun, wohl aber mit der Schweißtemperatur, der Lagendicke und der Zeit auf Temperatur.
Freundliche Grüße
U. Gerfin
An der Diffusion an sich können ernsthafte Zweifel nicht mehr bestehen.
Fraglich bleibt die Geschwindigkeit, mit der der interstitiell gelagerte Kohlenstoff wandert.
Als Faustregel hat man sich etwa auf die Größenordnung 1my in 30 sec. bei 1000 Grad C geeinigt.
Das ermöglicht keine wirkliche Berechnung der Diffusionsgeschwindigkeit, sondern allenfalls eine Abschätzung- allerdings im Ergebnis mit doch recht klarer Aussage.
Die Schweißtemperatur wird in der Regel eher über 1100 Grad C liegen als darunter. Beim Schweißen untereutektoidischer un- oder leicht legierter Stähle werden die meisten Schmiede auf ca. 1200 Grad gehen.
Die Diffusionsgeschwindigkeit steigt aber mit steigender Temperatur.
Beim Erwärmen zum Schweißen wird ein Temperaturbereich von über 1000 Grad bis zur eigentlichen Schweißtemperatur durchlaufen und auch die Abkühlung aus der Schweißtemperatur nimmt eine gewisse Zeit in Anspruch.
Geht man -zurückhaltend- davon aus, daß der Temperaturbereich von ca. 1000 Grad bis zur Schweißtemperatur und wieder zurück bis ca 1000 Grad in ca 5 min. durchlaufen wird, so erhält man schon eine Diffusionsstrecke von über 10my, wobei die beschleunigende Wirkung der höheren Temperatur (über 1000 Grad) noch nicht berücksichtigt ist.
Bei mehreren Schweißvorgängen summiert sich natürlich die Wirkung.
Ich habe mich mit genauen Zahlen bewußt zurückgehalten, weil das Feuerschweißen normalerweise nicht unter Laborbedingungen stattfindet.
Es können auch noch andere Gegebenheiten eine Rolle spielen:
Legierungselemente, die Sonderkarbide bilden, können so stabile Karbide bilden, daß sie bei 1000 Grad noch nicht in Lösung gehen- ein klassischer Fall wäre Vanadium. Was aber im Karbid gebunden ist, also eben nicht in der Elementarzelle gelöst und auf Zwischengitterplätzen eingelagert ist, kann auch nicht diffundieren.
Für die normalen, leicht legierten Werkzeugstähle mit ihren Spritzerchen Vanadium spielt das keine Rolle, einzig der Riffelstahl 1.2838 mit ca. 3 % Vanadium hätte da eine deutliche Wirkung.
Wegen seiner schlechten Schweißbarkeit und seiner großen Karbide sollte man von diesem Stahl aber ohnehin die Finger weglassen.
Fazit: Die Diffusion hat mit der Lagenzahl n i c h t s zu tun, wohl aber mit der Schweißtemperatur, der Lagendicke und der Zeit auf Temperatur.
Freundliche Grüße
U. Gerfin
Zuletzt bearbeitet:
Eine ergänzende, aber wie ich glaube extrem wichtige Information, habe ich heute erhalten. Die Geschwindigkeit der Kohlenstoffdiffusion ist nicht nur von der Temperatur abhängig, sondern auch vom Zustand des Kristallgitters.
So wandert Kohlenstoff im kubisch raumzentrierten Gitter bei 720° C genauso schnell wie bei 1020° C im kubisch flächenzentrierten Gitter.
Das bedeutet, das insbesondere bei relativ langen Weichglühzeiten noch eine erhebliche C-Diffusion stattfinden kann.
Ein weiteres interessantes Thema ist die ebenfalls nicht ausgeschlossene Aufwärtsdiffusion, also vom niedrig kohlenstoffhaltigen Stahl hinein in den höher kohlenstoffhaltigen Stahl. Dazu mehr demnächst.
So wandert Kohlenstoff im kubisch raumzentrierten Gitter bei 720° C genauso schnell wie bei 1020° C im kubisch flächenzentrierten Gitter.
Das bedeutet, das insbesondere bei relativ langen Weichglühzeiten noch eine erhebliche C-Diffusion stattfinden kann.
Ein weiteres interessantes Thema ist die ebenfalls nicht ausgeschlossene Aufwärtsdiffusion, also vom niedrig kohlenstoffhaltigen Stahl hinein in den höher kohlenstoffhaltigen Stahl. Dazu mehr demnächst.
Hallo Achim,
schon witzig, erst vor ein paar Tagen habe ich in "Eisenwerkstoffe Stahl und Gusseisen" geschmökert und bin dabei auf die selbe Information gestoßen.
Hier wird von 100mal langsamerer Diffusion in Austenit, als im Ferritgefüge gesprochen. Übrigens nicht nur in Bezug auf Kohlenstoff, sondern auch Substituierte Elemente diffundieren im Ferrit viel schneller.
Interessant wird es bei legierten Stählen deren Legierungslemente das Austenitgebiet einschnüren. Überschreitet man die Austenittemperatur kommt es sprunghaft zu extrem schneller Kohlenstoffmigration.
Die aufwärtsdiffusion klingt interessant. geht es hier um die hohe Affinität mancher Legierungselemente zu Kohlenstoff? Wodurch eine diffusion richtung dieser Elemente mit anschließender Karbidausscheidung stattfindet? Anders kann ich es mir kaum vorstellen.
mfg
Ulrik
schon witzig, erst vor ein paar Tagen habe ich in "Eisenwerkstoffe Stahl und Gusseisen" geschmökert und bin dabei auf die selbe Information gestoßen.
Hier wird von 100mal langsamerer Diffusion in Austenit, als im Ferritgefüge gesprochen. Übrigens nicht nur in Bezug auf Kohlenstoff, sondern auch Substituierte Elemente diffundieren im Ferrit viel schneller.
Interessant wird es bei legierten Stählen deren Legierungslemente das Austenitgebiet einschnüren. Überschreitet man die Austenittemperatur kommt es sprunghaft zu extrem schneller Kohlenstoffmigration.
Die aufwärtsdiffusion klingt interessant. geht es hier um die hohe Affinität mancher Legierungselemente zu Kohlenstoff? Wodurch eine diffusion richtung dieser Elemente mit anschließender Karbidausscheidung stattfindet? Anders kann ich es mir kaum vorstellen.
mfg
Ulrik
Zuletzt bearbeitet:
Ich warte noch auf die Analyse,ich habe eine Klinge mit breiten Steifen und da es eine Ledermesserklinge ist hat sie auch eine große Fläche zum 5mm Abfunken,mal sehen was dabei rauskommt.
Ich habe ein Hackmesser mal überprüfen lassen und da ist im Leo schon mal mind. 0,2% mehr C drin.
Ich habe ein Hackmesser mal überprüfen lassen und da ist im Leo schon mal mind. 0,2% mehr C drin.
Wie es aussieht funktioniert das genau so. Ich hab eine Untersuchung von einem Stück Damast aus 1.2842, 1.2519 und 75Ni8 von mir vorliegen, in dem ein großer Teil des Kohlenstoffs aus dem 75Ni8 in die benachbarten Stähle mit karbidbildenden Legirungselementen diffundiert ist.
Xerxes
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Hi hab gerade letztes We nen interessanten Versuch dazu gemacht. Ausgang war ein Paket mit 11 Lagen 1.2842 und 10 Lagen Reineisen. Die Bleche waren 1mm dick. Ich hab das Paket bei hoher Temperatur (ca.1100-1200) verschweißt, ausgereckt, gefaltet und einmal erneut verschweißt. Zum Schluss hatte das Paket also nur 41 Lagen und zwei Hitzen. Ich hab es dann zu einem Flachstahl mit ca. 4mm Dicke ausgeschmiedet, kurz nach Gefühl geglüht und in Wasser gehärtet bei bei ca. 800 Grad. Anschließend hab ich das Paket zerbrochen. Ich kann nicht mit Sicherheit sagen, ob sich der Kohlenstoff komplett ausgeglichen hat. Aber, das Stück war komplett durchgehärtet. Definitiv keine "harten und weichen" Lagen.
Naja, soviel dazu von mir
Gruß Jannis
Naja, soviel dazu von mir
Gruß Jannis
Hallo Jannis,
das Ergebnis deines Versuchs ist ganz logisch, der 1.2842 hat kaum Karbidbildende Legierungslemente, das bisschen Chrom (0,2-0,5) und Vanadium (0,05-0,15) können nicht sehr viel Kohlenstoff binden. Zudem sind bei den Temperaturen beim Feuerschweißen die Karbide gelöst. Daher kann ein guter Teil des Kohlenstoffs in das Reineisen entweichen. In dem Fall folgt der Kohlenstoff einfach dem Konzentrationsgefälle. Und bei 41 Lagen auf 4mm sind das nur noch 0,1mm Schichtdicke, da von zwei Seiten diffundiert nur noch 0,05mm. Das geht ganz flott.
Was Achim andeutet finde ich allerdings hochspannend. Das würde auf so manchen Leistungsdamast ein ganz neues Licht werfen, in der Schneide will man so eine Kombination dann schließlich nicht haben. Es sei denn man steht auf Sägen
Andererseits eröffnen sich unter dem Aspekt betrachtet vielleicht ganz neue Möglichkeiten für zäharte Kombinationen für Außenlagen und dergleichen.
mfg
Ulrik
das Ergebnis deines Versuchs ist ganz logisch, der 1.2842 hat kaum Karbidbildende Legierungslemente, das bisschen Chrom (0,2-0,5) und Vanadium (0,05-0,15) können nicht sehr viel Kohlenstoff binden. Zudem sind bei den Temperaturen beim Feuerschweißen die Karbide gelöst. Daher kann ein guter Teil des Kohlenstoffs in das Reineisen entweichen. In dem Fall folgt der Kohlenstoff einfach dem Konzentrationsgefälle. Und bei 41 Lagen auf 4mm sind das nur noch 0,1mm Schichtdicke, da von zwei Seiten diffundiert nur noch 0,05mm. Das geht ganz flott.
Was Achim andeutet finde ich allerdings hochspannend. Das würde auf so manchen Leistungsdamast ein ganz neues Licht werfen, in der Schneide will man so eine Kombination dann schließlich nicht haben. Es sei denn man steht auf Sägen
Andererseits eröffnen sich unter dem Aspekt betrachtet vielleicht ganz neue Möglichkeiten für zäharte Kombinationen für Außenlagen und dergleichen.
mfg
Ulrik
Xerxes,schleife/schmiede es so das man gut die Lagen nach dem Ätzen sehen müßte,das Ergebnis möchte ich unbedingt wissen.
Achim,gut das es beim Leo1/1.2510/Feile nicht so ist,der Leo scheint sogar genauso Hart zu werden wie die Feile im Damast.
Koraat,das versuche ich noch rauszubekommen ob es auch noch so ist wenn der Leo mehr C hat.
Achim,gut das es beim Leo1/1.2510/Feile nicht so ist,der Leo scheint sogar genauso Hart zu werden wie die Feile im Damast.
Koraat,das versuche ich noch rauszubekommen ob es auch noch so ist wenn der Leo mehr C hat.
Hallo Urgestein,
wenn man bei der Annahme bleibt, dass karbidbildende Legierungselemente zu der Kohlenstoffwanderung führen, ist es nur logisch, dass dein Leo nicht an Kohlenstoff verliert. Er ist schließlich mit Cr, Mo und V legiert. Es ist eher zu vermuten, dass, sollte der Effekt allgemeingültig sein und Achim nicht einen Sonderfall entdeckt hat, die Feile überproportional viel C an den 1.2510 und den Leo abgibt.
mfg
Ulrik
wenn man bei der Annahme bleibt, dass karbidbildende Legierungselemente zu der Kohlenstoffwanderung führen, ist es nur logisch, dass dein Leo nicht an Kohlenstoff verliert. Er ist schließlich mit Cr, Mo und V legiert. Es ist eher zu vermuten, dass, sollte der Effekt allgemeingültig sein und Achim nicht einen Sonderfall entdeckt hat, die Feile überproportional viel C an den 1.2510 und den Leo abgibt.
mfg
Ulrik
Über die "Bergaufdiffusion" hat Prof. Pohl Untersuchungen angestellt, allerdings im Hinblick auf korrosionsbeständige Damaste, bei denen die
V 2A- Komponente dem martensitischen korrosionsbeständigen Stahl C entzogen hatte und zwar bis zu einem Grad, daß die ursprünglichen V2A Schichten im Damast härter waren, als die ursprünglich martensitischen.
Er ist Mitglied der IGDF und könnte zu seinen Untersuchungen befragt werden.
Bei der Frage der Diffusion des Kohlenstoffs im Ferrit stellen sich mir allerdings ein paar Fragen.
Wie will der Kohlenstoff das machen ?.
Im Ferrit ist er bis auf Spuren von 0,0-- % nicht löslich. Solange die Grundmasse aus Ferrit besteht und Kohlenstoff dazu kommt, liegt dieser als Karbid-entweder als reines reines Eisenkarbid oder als Sonderkarbid - vor -das Gefüge ist dann ein Gemisch aus Ferrit und Karbid-eben Perlit.
Das Karbid ist selbständiger Teil des Stahls, also nicht in der Elementarzelle enthalten. Das Karbid löst sich im Ferrit nicht. Der Kohlenstoff kann also nicht wandern.
Etwas anderes kann zu einem möglichen Mißverständnis geführt haben:
Im gehärteten Zustand befindet sich der Stahl sozusagen in einer instabilen "Zwangsform". Bei einem eutektoidischen Stahl wären bei vorheriger vollständiger Austenitisierung keine Karbide vorhanden. Der Kohlenstoff wäre vollständig in der Elementarzelle eingelagert. Man hat also quasi einen durch den eingesperrten Kohlenstoff verzerrten Ferrit vor sich.
Beim Anlassen kann der Kohlenstoff sich nach und nach bei steigender Temperatur aus dieser "Zwangslage" befreien. Diese Ausscheidung geht nach Überschreiten der entsprechenden Anlaßtemperatur schnellvor sich.
Vielleicht ist das mit der schnellen Diffusion des Kohlenstoffs aus dem Martensit/Ferrit gemeint.
Könnte der Kohlenstoff sich im Ferrit in nennenswerter Geschwindigkeit bewegen, so müßte unter AC 1 sowohl Aufkohlung wie Entkohlung möglich sein. Dazu sagt Haufe S. 11, wie alle sonstigen Stahlmonographien: "Eine merkliche Entkohlung von Werkzeugstahl tritt erst oberhalb der A1 Umwandlung auf ".
Die Befürchtung, daß Stähle mit Sonderkarbidbildnern- in zunehmender
Stärke- Chrom, Wolfram, Molybdän und Vanadium- aus den Nachbarschichten Kohlenstoff zu sich herüberziehen könnten, ist nicht ganz von der Hand zu weisen. Man kann sie aber rechnerisch abschätzen. Der stärkste Karbidbildner-Vanadium- bindet im Vanadiumkarbid ca 0,16 % C pro 1 % Vanadium.
Aus diesem Grunde hat man bei der Entwicklung des Stahls PM 10 V auf der Basis des 1.2363 den C- Gehalt des 1.2363 von ca.1 % auf ca. 2,6 % angehoben, um die 10 % Vanadium zu binden und um noch genug C für die Härtung zur Verfügung zu haben. Molybdän bindet etwa halb soviel C im Karbid wie Vanadium, Wolfram etwa 1/6, Chrom noch weniger.
Daraus läßt sich ableiten, daß der in den Sonderkarbiden gebundene Anteil des Kohlenstoffs bei den von uns im Damast verwendeten Stählen relativ gering ist. Selbst 3 % Wolfram- etwa im Riffelstahl 1.2562- würden nur 0,08 % C im Karbid binden.
Liegen die Sonderkarbidbildner aber als Karbid gebunden vor, können sie keinen weiteren Kohlenstoff an sich ziehen, wären also im Sinne des "Aussaugens" der Nachbarlagen unschädlich gemacht.
Hier droht also keine Gefahr von heimlich erweichten Schichten.
Freundliche Grüße
U. Gerfin
V 2A- Komponente dem martensitischen korrosionsbeständigen Stahl C entzogen hatte und zwar bis zu einem Grad, daß die ursprünglichen V2A Schichten im Damast härter waren, als die ursprünglich martensitischen.
Er ist Mitglied der IGDF und könnte zu seinen Untersuchungen befragt werden.
Bei der Frage der Diffusion des Kohlenstoffs im Ferrit stellen sich mir allerdings ein paar Fragen.
Wie will der Kohlenstoff das machen ?.
Im Ferrit ist er bis auf Spuren von 0,0-- % nicht löslich. Solange die Grundmasse aus Ferrit besteht und Kohlenstoff dazu kommt, liegt dieser als Karbid-entweder als reines reines Eisenkarbid oder als Sonderkarbid - vor -das Gefüge ist dann ein Gemisch aus Ferrit und Karbid-eben Perlit.
Das Karbid ist selbständiger Teil des Stahls, also nicht in der Elementarzelle enthalten. Das Karbid löst sich im Ferrit nicht. Der Kohlenstoff kann also nicht wandern.
Etwas anderes kann zu einem möglichen Mißverständnis geführt haben:
Im gehärteten Zustand befindet sich der Stahl sozusagen in einer instabilen "Zwangsform". Bei einem eutektoidischen Stahl wären bei vorheriger vollständiger Austenitisierung keine Karbide vorhanden. Der Kohlenstoff wäre vollständig in der Elementarzelle eingelagert. Man hat also quasi einen durch den eingesperrten Kohlenstoff verzerrten Ferrit vor sich.
Beim Anlassen kann der Kohlenstoff sich nach und nach bei steigender Temperatur aus dieser "Zwangslage" befreien. Diese Ausscheidung geht nach Überschreiten der entsprechenden Anlaßtemperatur schnellvor sich.
Vielleicht ist das mit der schnellen Diffusion des Kohlenstoffs aus dem Martensit/Ferrit gemeint.
Könnte der Kohlenstoff sich im Ferrit in nennenswerter Geschwindigkeit bewegen, so müßte unter AC 1 sowohl Aufkohlung wie Entkohlung möglich sein. Dazu sagt Haufe S. 11, wie alle sonstigen Stahlmonographien: "Eine merkliche Entkohlung von Werkzeugstahl tritt erst oberhalb der A1 Umwandlung auf ".
Die Befürchtung, daß Stähle mit Sonderkarbidbildnern- in zunehmender
Stärke- Chrom, Wolfram, Molybdän und Vanadium- aus den Nachbarschichten Kohlenstoff zu sich herüberziehen könnten, ist nicht ganz von der Hand zu weisen. Man kann sie aber rechnerisch abschätzen. Der stärkste Karbidbildner-Vanadium- bindet im Vanadiumkarbid ca 0,16 % C pro 1 % Vanadium.
Aus diesem Grunde hat man bei der Entwicklung des Stahls PM 10 V auf der Basis des 1.2363 den C- Gehalt des 1.2363 von ca.1 % auf ca. 2,6 % angehoben, um die 10 % Vanadium zu binden und um noch genug C für die Härtung zur Verfügung zu haben. Molybdän bindet etwa halb soviel C im Karbid wie Vanadium, Wolfram etwa 1/6, Chrom noch weniger.
Daraus läßt sich ableiten, daß der in den Sonderkarbiden gebundene Anteil des Kohlenstoffs bei den von uns im Damast verwendeten Stählen relativ gering ist. Selbst 3 % Wolfram- etwa im Riffelstahl 1.2562- würden nur 0,08 % C im Karbid binden.
Liegen die Sonderkarbidbildner aber als Karbid gebunden vor, können sie keinen weiteren Kohlenstoff an sich ziehen, wären also im Sinne des "Aussaugens" der Nachbarlagen unschädlich gemacht.
Hier droht also keine Gefahr von heimlich erweichten Schichten.
Freundliche Grüße
U. Gerfin
Nein, es geht um Diffusion bei ca. 720° C in den o.a. Stählen. Und die findet offenbar statt, wie ein paar mir vorliegende Untersuchungen zeigen.
Naja, offenbar kann er trotz dem, was Haufe sagt. Mehr dazu später.
Hallo Ulrich,
dazu hätte ich jetzt eine Frage. Du schreibst, dass Chrom noch weniger Kohlenstoff bindet als Wolfram.
Jetzt ist es doch aber so, dass Wolfram die Karbide WC sowie W2C bildet. Also Auf ein Kohlenstoffatom 1 bzw. 2 Wolfram Atome kommen.
Bei Chrom bilden sich zB. Mischkarbide wie (FeCr)3C oder (FeCr)7C3, hier kommen 3 bzw. gut zwei Chromatome auf ein Kohlenstoffatom.
Es ist aber so, dass Chrom ein Molmasse von knapp 52 hat, während Wolfram 180 hat. Das macht einen faktor von 3,5.
das heißt doch, dass bei 1% Legierung (die ja nach Masse und nicht Atomzahl erfolgt) 1%Chrom soviele Atome zur karbidbildung zur verfügung stellt wie 3,5%W, oder verstehe ich das falsch?
Dann müsste Chrom doch deutlich mehr Kohlenstoff binden können als W?
mfg
Ulrik
Mal nicht Damast,mir ist aufgefallen als ich eine Spalte zwischen Baustahl mit einem Erl von einer Feile beim Elektrodenschweißen überbrückt habe,das trotz mehrmaligen Raupenüberzug,der Kohlenstoff der Feile bis nach Außen gewandert ist weil eine Schmelzvermischung eigentlich nicht mehr Stattgefunden haben kann
Hallo zusammen,
vielleicht hilft es, etwas auszuholen bzw. aufzuzählen, worin Einigkeit besteht und dann können ja ggf. die Fachleute dort mit Erklärungen einhaken. So werden sicher mehr "mitgenommen" und können etwas lernen - ich hoffe, ich dann auch.
- Eisen liegt je nach Temperatur in verschiedenen Gitterstrukturen vor
- tiefe Temp. = Ferrit (alpha) = kubisch raumzentriertes Gitter (krz)
- höhere Temp. = Austenit (gamma) = kubisch flächenzentriert (kfz)
- der Kohlenstoff ist deutlich kleiner und liegt in den Lücken im Gitter zwischen den Eisenatomen
- obwohl die Atome im kfz-Gitter an sich dichter gepackt sind, ist mehr Kohlenstoff in diesem Gitter löslich als im krz (2,06 gegenüber nur 0,02 Ma.-%) siehe Eisen-Kohlenstoff-Diagramm
http://www.technisches-zeichnen.net/bilder-01/eisen-kohlenstoff-diagramm-02.jpg
[Wobei ich mir das rein geometrisch nicht ganz erklären kann, wenn hier jemand mehr weiß, nur zu]
- Diffusion heißt ja jetzt: Der Kohlenstoff muss von einer Lücke zur nächsten "hüpfen"
- dazwischen gibt es aber eine Engstelle und die ist im kfz-Gitter (Tetraederlücke: 3 TT-Bälle im Dreieck und ein 4. oben rein und schaut Euch da mal den engen Zwickel an, der sich bildet) viel enger als im krz-Gitter (Oktaederlücke)
- somit ist klar: Im alpha ist die Beweglichkeit viel größer
- das alleine sagt aber noch nix darüber aus, wie viel jetzt diffundiert
Damit aber wirklich viel diffundiert, muss ja auch eine Triebkraft da sein, ein Gradient, ein Konzentrationsunterschied eben! Aber der kann ja innerhalb des alpha gar nicht größer sein als 0,02 %, weil sich gar nde mehr drinnen löst als das.
Aber jetzt erstmal: Mahlzeit
Gruß,
Daniel
vielleicht hilft es, etwas auszuholen bzw. aufzuzählen, worin Einigkeit besteht und dann können ja ggf. die Fachleute dort mit Erklärungen einhaken. So werden sicher mehr "mitgenommen" und können etwas lernen - ich hoffe, ich dann auch.
- Eisen liegt je nach Temperatur in verschiedenen Gitterstrukturen vor
- tiefe Temp. = Ferrit (alpha) = kubisch raumzentriertes Gitter (krz)
- höhere Temp. = Austenit (gamma) = kubisch flächenzentriert (kfz)
- der Kohlenstoff ist deutlich kleiner und liegt in den Lücken im Gitter zwischen den Eisenatomen
- obwohl die Atome im kfz-Gitter an sich dichter gepackt sind, ist mehr Kohlenstoff in diesem Gitter löslich als im krz (2,06 gegenüber nur 0,02 Ma.-%) siehe Eisen-Kohlenstoff-Diagramm
http://www.technisches-zeichnen.net/bilder-01/eisen-kohlenstoff-diagramm-02.jpg
[Wobei ich mir das rein geometrisch nicht ganz erklären kann, wenn hier jemand mehr weiß, nur zu]
- Diffusion heißt ja jetzt: Der Kohlenstoff muss von einer Lücke zur nächsten "hüpfen"
- dazwischen gibt es aber eine Engstelle und die ist im kfz-Gitter (Tetraederlücke: 3 TT-Bälle im Dreieck und ein 4. oben rein und schaut Euch da mal den engen Zwickel an, der sich bildet) viel enger als im krz-Gitter (Oktaederlücke)
- somit ist klar: Im alpha ist die Beweglichkeit viel größer
- das alleine sagt aber noch nix darüber aus, wie viel jetzt diffundiert
Damit aber wirklich viel diffundiert, muss ja auch eine Triebkraft da sein, ein Gradient, ein Konzentrationsunterschied eben! Aber der kann ja innerhalb des alpha gar nicht größer sein als 0,02 %, weil sich gar nde mehr drinnen löst als das.
Aber jetzt erstmal: Mahlzeit
Gruß,
Daniel
MythBuster
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Hallo,
ja das ist vollkommen richtig was Haasi sagt: Im Austenit (fcc) ist die Diffusions-Konstante 100mal größer als im Ferrit (bcc) bei gleicher Temperatur (!) (find grad keine Quelle,vielleicht kann das einer ergänzen), obwohl sich so viel mehr C im Austenit löst. Aber wie gesagt der C muss wandern und damit durch die Zwickel durch. Diesen Widerstand nennt man Diffusionsbarriere. Der Ferrit hat aber ein Problem, er scheidet bei höherer C Konzentration lammelaren Zementit aus und dieser scheint nun wiederum eine höhere Diffusionsbarriere zu besitzen (B.Ozturk).
(Die letzte Schlussfolgerung ist auf meinem Mist gewachsen und muss nicht stimmen!
)
Ergänzung: man darf auch nicht vergessen, dass die Diffusionskonstante eigentlich keine Konstante ist, sie ist auch Konzentrationsabhängig und bei Ferrit kann man sie eben nur bis 0,02% messen.
Eine andere Sache ist, in welcher Richtung die Diffusion geht. Da ist es notwendig hinzuschauen in welcher chemischen Umgebung sich der C befindet, d.h. wie groß sein chemisches Potential ist. Also, berühren sich 2 Stahle mit gleicher Legierungszusammensetzung so wird der Kohlenstoff immer dem Konzentrationsgradienten abwärts folgen (Down-Hill Diffusion). Das muss aber bei stark abweichender Zusammensetzung der Stähle nicht immer so sein es gibt auch Beispiele für eine Up-Hill Diffusion.
Gruß
MythBuster
ja das ist vollkommen richtig was Haasi sagt: Im Austenit (fcc) ist die Diffusions-Konstante 100mal größer als im Ferrit (bcc) bei gleicher Temperatur (!) (find grad keine Quelle,vielleicht kann das einer ergänzen), obwohl sich so viel mehr C im Austenit löst. Aber wie gesagt der C muss wandern und damit durch die Zwickel durch. Diesen Widerstand nennt man Diffusionsbarriere. Der Ferrit hat aber ein Problem, er scheidet bei höherer C Konzentration lammelaren Zementit aus und dieser scheint nun wiederum eine höhere Diffusionsbarriere zu besitzen (B.Ozturk).
(Die letzte Schlussfolgerung ist auf meinem Mist gewachsen und muss nicht stimmen!
)Ergänzung: man darf auch nicht vergessen, dass die Diffusionskonstante eigentlich keine Konstante ist, sie ist auch Konzentrationsabhängig und bei Ferrit kann man sie eben nur bis 0,02% messen.
Eine andere Sache ist, in welcher Richtung die Diffusion geht. Da ist es notwendig hinzuschauen in welcher chemischen Umgebung sich der C befindet, d.h. wie groß sein chemisches Potential ist. Also, berühren sich 2 Stahle mit gleicher Legierungszusammensetzung so wird der Kohlenstoff immer dem Konzentrationsgradienten abwärts folgen (Down-Hill Diffusion). Das muss aber bei stark abweichender Zusammensetzung der Stähle nicht immer so sein es gibt auch Beispiele für eine Up-Hill Diffusion.
Gruß
MythBuster
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Zum Beitrag 15:
Ulriks Darstellung wird richtig sein. Ich habe die Sache da im Bemühen um Verständlichkeit zu sehr vereinfacht.
Wieviel C ein bestimmtes Legierungselement im Karbid bindet, stand für mich nicht im Vordergrund. Das ist auch eine sehr komplexe Materie, da es nicht nur die einfachen Karbide des Eisens, des Chroms, des Wolframs, des Molybdäns und des Vanadiums gibt-Titan Zirkon, Niob und Co. lasse ich mal ganz beiseite- sondern auch Mischkarbide, bei denen die einzelnen Legierungselemente zugleich und teilweise auch in wechselnder Menge vorhanden sein können.
Im reinen Vanadinkarbid VC, in dem keine anderen Karbidbildner enthalten sind, würde Vanadium wohl ca. 0,3 % C binden (Rapatz. S. 121).
Da Vanadium aber auch in einem Komplexkarbid gelöst sein kann, bindet es dort, weil ein Teil der "Bindekraft" auch an die übrigen enthaltenen Karbidbildner geht, nur noch einen Bruchteil des Kohlenstoffs.
Die Folge für die Praxis ist, daß man statt einer Erhöhung des C-Gehalts um 0,3 % pro 1 Prozent Vanadium mit 0,16 % Erhöhung auskommt.
Die Gesetzmäßigkeiten hierzu behandelt Rapatz sehr ausführlich.
Damit wollte ich mich aber eigentlich gar nicht auseinandersetzen.
Für mich und auch für Dich ging es bei Deiner Befürchtung ja darum, daß starke Karbidbildner dazu führen könnten, daß die Damastlagen, in denen sie vorkommen, die an solchen Elementen freien Damastlagen "aussaugen " könnten.
Dafür kommt es aber meiner Meinung nach nicht auf den weichgeglühten Zustand an, sondern auf den gehärteten.
Welche Karbide in welcher Zusammensetzung im weichgeglühten Stahl vorliegen, berührt uns nur mittelbar.
Karbide, die sich bei Erreichen von AC 1 auflösen, oder bei deutlicher Überschreitung von AC 1 und nach einer gewissen Zeit in Lösung gehen, stellen für die Härtung ihren C-Gehalt wieder zur Verfügung und sind deshalb bei der Frage, wieviel C man im Stahl zur ordnungsgemäßen Härtung braucht, nicht zu berücksichtigen.
Sehr stabile Karbide- wie eben das Vanadiumkarbid- gehen bei den üblichen Härtetemperaturen aber nicht mehr in Lösung, entziehen der Grundmasse also auf Dauer den Kohlenstoff, sodaß bei hohen Legierungsanteilen von Vanadium eben entsprechend mehr C zugegeben werden muß.
Besonders unangenehm wirkt sich das bei den wolframhaltigen Stählen aus, die beim zu lange durchgeführten Weichglühen "verglühen" können, nämlich das nicht mehr lösbare Karbid WC bilden, das dann für die Härtung nicht mehr zur Verfügung steht.
Da ich von der Vorstellung ausgehe, daß Karbide selbst nicht wandern und chemisch stabil sind, können sie im Ferrit keinen Kohlenstoff an sich ziehen-sie haben ihren Anteil ja schon.
Die karbidbildenden Elemente können, wenn sie ungebunden vorliegen, Kohlenstoff an sich ziehen, aber eben nur freien Kohlenstoff.
Meine Angaben bezogen sich also nicht auf die chemische Zusammensetzung und die Menge von C, die bestimmte Elemente im Karbid binden, sondern darauf, um wieviel man den C-Gehalt erhöhen muß, um bei beim Härten nicht gelösten Karbiden die volle Härtung zu erreichen.
Haufe: "Schnellarbeitsstähle", S. 41 gibt eine Formel an, die besagt, daß Molybdän 1,9 % mehr C verlangt und Vanadium 6,3 % mehr.
Ich habe das auf 2 und 6 % vereinfacht. Chrom bleibt dabei unberücksichtigt, da die Chromkarbide bei den üblichen Härtetemperaturen (für Schnellarbeitsstähle !) vollkommen in Lösung gehen.
Das ist alles ziemlich kompliziert. Eine gute Darstellung findet sich bei Rapatz, der den Karbiden ein eigenes Kapitel gewidmet hat.
Freundliche Grüße
U. Gerfin
Ulriks Darstellung wird richtig sein. Ich habe die Sache da im Bemühen um Verständlichkeit zu sehr vereinfacht.
Wieviel C ein bestimmtes Legierungselement im Karbid bindet, stand für mich nicht im Vordergrund. Das ist auch eine sehr komplexe Materie, da es nicht nur die einfachen Karbide des Eisens, des Chroms, des Wolframs, des Molybdäns und des Vanadiums gibt-Titan Zirkon, Niob und Co. lasse ich mal ganz beiseite- sondern auch Mischkarbide, bei denen die einzelnen Legierungselemente zugleich und teilweise auch in wechselnder Menge vorhanden sein können.
Im reinen Vanadinkarbid VC, in dem keine anderen Karbidbildner enthalten sind, würde Vanadium wohl ca. 0,3 % C binden (Rapatz. S. 121).
Da Vanadium aber auch in einem Komplexkarbid gelöst sein kann, bindet es dort, weil ein Teil der "Bindekraft" auch an die übrigen enthaltenen Karbidbildner geht, nur noch einen Bruchteil des Kohlenstoffs.
Die Folge für die Praxis ist, daß man statt einer Erhöhung des C-Gehalts um 0,3 % pro 1 Prozent Vanadium mit 0,16 % Erhöhung auskommt.
Die Gesetzmäßigkeiten hierzu behandelt Rapatz sehr ausführlich.
Damit wollte ich mich aber eigentlich gar nicht auseinandersetzen.
Für mich und auch für Dich ging es bei Deiner Befürchtung ja darum, daß starke Karbidbildner dazu führen könnten, daß die Damastlagen, in denen sie vorkommen, die an solchen Elementen freien Damastlagen "aussaugen " könnten.
Dafür kommt es aber meiner Meinung nach nicht auf den weichgeglühten Zustand an, sondern auf den gehärteten.
Welche Karbide in welcher Zusammensetzung im weichgeglühten Stahl vorliegen, berührt uns nur mittelbar.
Karbide, die sich bei Erreichen von AC 1 auflösen, oder bei deutlicher Überschreitung von AC 1 und nach einer gewissen Zeit in Lösung gehen, stellen für die Härtung ihren C-Gehalt wieder zur Verfügung und sind deshalb bei der Frage, wieviel C man im Stahl zur ordnungsgemäßen Härtung braucht, nicht zu berücksichtigen.
Sehr stabile Karbide- wie eben das Vanadiumkarbid- gehen bei den üblichen Härtetemperaturen aber nicht mehr in Lösung, entziehen der Grundmasse also auf Dauer den Kohlenstoff, sodaß bei hohen Legierungsanteilen von Vanadium eben entsprechend mehr C zugegeben werden muß.
Besonders unangenehm wirkt sich das bei den wolframhaltigen Stählen aus, die beim zu lange durchgeführten Weichglühen "verglühen" können, nämlich das nicht mehr lösbare Karbid WC bilden, das dann für die Härtung nicht mehr zur Verfügung steht.
Da ich von der Vorstellung ausgehe, daß Karbide selbst nicht wandern und chemisch stabil sind, können sie im Ferrit keinen Kohlenstoff an sich ziehen-sie haben ihren Anteil ja schon.
Die karbidbildenden Elemente können, wenn sie ungebunden vorliegen, Kohlenstoff an sich ziehen, aber eben nur freien Kohlenstoff.
Meine Angaben bezogen sich also nicht auf die chemische Zusammensetzung und die Menge von C, die bestimmte Elemente im Karbid binden, sondern darauf, um wieviel man den C-Gehalt erhöhen muß, um bei beim Härten nicht gelösten Karbiden die volle Härtung zu erreichen.
Haufe: "Schnellarbeitsstähle", S. 41 gibt eine Formel an, die besagt, daß Molybdän 1,9 % mehr C verlangt und Vanadium 6,3 % mehr.
Ich habe das auf 2 und 6 % vereinfacht. Chrom bleibt dabei unberücksichtigt, da die Chromkarbide bei den üblichen Härtetemperaturen (für Schnellarbeitsstähle !) vollkommen in Lösung gehen.
Das ist alles ziemlich kompliziert. Eine gute Darstellung findet sich bei Rapatz, der den Karbiden ein eigenes Kapitel gewidmet hat.
Freundliche Grüße
U. Gerfin
Xerxes
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Jep, einfach ist das nicht. Ich gestehe, dass ich hier ziemlich an meine Grenzen komme. Nehmt es mir also nicht krumm, wenn ich das ein oder andere falsch verstanden hab...
Was ich mich beim Lesen gefragt hab, ist, was das für Konsequelnzen für das Damastschmieden hat.
Probleme mit der Aufwärtsdiffusion dürfte es doch eigentlich nur dann geben, wenn der "erste" Stahl, schon von Anfang an zu wenig Kohlenstoff hat, um alle Karbidbildenden Elemente zu versorgen und voll härtbar zu sein. Ein solcher Stahl würde sich also Theoretisch den fehlenden Kohlenstoff aus dem "zweiten" Stahl, der weniger oder keine karbidbildenden Elemente hat, heraussaugen. Ist allerdings der "erste" ausreichend mit Kohlenstoff gesättigt, bzw. hat sogar überschüssigen Kohlenstoff, kann der überschüssige Kohlenstoff in den "zweiten" Stahl wandern, bis das Verhältnis ausgeglichen ist. Der für eine vollständige Karbidbildung nögtige Kohlenstoff bleibt aber in jedem Fall im "ersten" Stahl... Ist das so in etwa richtig?
Da man im Damast ja keine "ausgesaugten" weichen Lagen haben will, wäre die Konsequenz, dass man nur Stähle verwendet, die schon von Anfang an ausreichend bzw. überschüssigen Kohlenstoff haben. Bzw. dass man nur möglichst "reine" Stähle verwendet, die nur geringe Anteile karbidbildender Elemente haben, was ja, aufgrund der schlechten Schweißbarkeit, eh meistens der Fall ist...
Ich hoffe, ich hab da nichts grundlegend falsch verstanden...
@ Urgestein: Also, die Kombi 1.2842 und Reineisen gibt einen super Kontrast. Mit lösl. Kaffee geätzt, gibt es einen starken silber-schwarzen Kontrast... Ich hab den Test eigentlich nur gemacht, weil ich wissen wollte, welche Konsequenzen die Herstellung eines solchen Damastes für die WB hat.
Gruß Jannis
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