Zunderschicht
Zunder
Zunder bezeichnet ein leicht brennbares Material, das Funken aufnimmt und so Feuer entzündet. In der Metallverarbeitung bezeichnet Zunder den Abbrand auf einer Metalloberfläche, der durch die Einwirkung von Sauerstoff entsteht.
Abbrand (Metallurgie)
Abbrand bezeichnet in der Metallurgie den Verlust an Metall durch die Einwirkung von Sauerstoff. Das kann durch Verbrennen, Vergasen, Verschlacken oder Verspritzen erfolgen.
Metallverarbeitung
In der Metallverarbeitung tritt Materialverlust auf Metalloberflächen auf, wenn Metall Sauerstoff und anderen oxidierenden Gasen bei hohen Temperaturen ausgesetzt wird, wie z. B. beim Gasschweißen. Es entstehen dann beispielsweise kleine Eisenoxidplättchen, die beim Eisenschmieden vom Werkstück abbrechen.
Die Begriffe Zunder und Verzundern beziehen sich in der Metallurgie auf die Ähnlichkeit des Abbrennvorganges, der beim Verglimmen von Zündmaterial zum Feuermachen (Zunder) erfolgt. Das Schmelzen von Metalllegierungen findet ebenfalls bei hohen Temperaturen statt. Es kommt daher zu einem Verlust einzelner Elemente durch Abbrand. Chemische Reaktionen bilden dabei Schlacke im Schmelzbad. Bei der Vergütung der Schmiedestücke im Gesenkschmieden-Verfahren entsteht so die Zunderschicht. Sie ist die Oxidschicht auf Eisen oder Eisenlegierungen, die sich bei Walz-, Schmiede- und Härteprozessen bei höheren Temperaturen durch Reaktion mit Sauerstoff bildet.
Wie viel Zunderschicht beim Abbrand entsteht, muss bei der Zugabe von Legierungselementen berücksichtigt werden. Denn: Je nachdem, wie viel Ausgangsmaterial und welche Legierung umgeformt werden, entstehen bei Warmmassivumformprozessen bis zu drei Gewichtsprozent Zunder vom Ausgangsgewicht. Man benötigt jedoch die richtige Menge des Ausgangsmaterials, um die gewünschte chemische Zusammensetzung des geschmolzenen Metalls zu erhalten. Sie bestimmt die Eigenschaften des Produkts (wie zum Beispiel eines Gussblocks oder eines Gussstückes).
Aufbau der Zunderschicht
Der Aufbau der Zunderschicht ist immer ähnlich. Zunder ist gekennzeichnet durch drei geschichtete Phasen:
- Die äußerste Schicht, das Hämatit, repräsentiert das höchstwertigste Eisenoxid (Oxidschicht) des Zunders.
- Die mittlere Phase besteht aus Magnetit und Wüstit.
- Diese innerste Phase ist gleichzeitig die instabilste und verfügt über die geringste Eisenwertigkeit. Sie wird beim Entzundern mechanisch vom Schmiedestück wieder entfernt.
Häufig gestellte Fragen:
Zunderschicht
Erhitzt man Stahl, entsteht Zunder durch die Reaktion von Sauerstoff mit Eisen an der heißen Metalloberfläche.
Zunder auf Stahl entsteht, wenn Sauerstoff oder sauerstoffhaltige Gase mit der Stahloberfläche reagieren. Bei höheren Temperaturen erzeugt das eine Oxidation von Eisen und/oder der Legierungselemente. Es bildet sich dann eine Schicht aus Wüstit (FeO) zwischen dem Stahl und der Magnetitschicht.
Zunderbeständigkeit beschreibt den Widerstand gegen Verzundern. Um eine erhöhte Zunderbeständigkeit bei hohen Temperaturen zu erreichen, wird bei Stahl zusätzlich Chrom hinzugefügt. Grundsätzlich helfen zusätzliche Legierungselemente, um die Zunderbeständigkeit zu steigern. Sie bewirken eine bessere Haftung der äußeren Zunderschicht. Das verringert gleichzeitig die Durchlässigkeit.
Es gibt verschiedene Wege, Zunder von Metall zu entfernen. Dabei gibt es das mechanische, chemische und elektrochemische Entzundern. Zum Einsatz können dabei zum Beispiel Salzsäure oder Schwefelsäure mit Beizinhibitoren, Strahlen mit Schlacken (trocken oder nass) oder Stahlkies sowie Flammstrahlen kommen. Für das Entzundern muss die Stahloberfläche so vorbereitet werden, dass die Grundbeschichtung ausreichend haftet.
Stahl wird entzundert, um diesen für die Weiterverarbeitung zu säubern. Der Zunder soll nicht mit in das Material eingewalzt werden. Damit hat Entzundern nicht nur einen optischen Zweck, sondern beeinflusst auch die Qualität des Materials.
Rostgrade geben an, in welchem Maße eine Oberfläche von Rost befallen ist. Der Rostgrad an beschichteten Stahlflächen wird nach DIN EN ISO 4628-3 eingestuft. Ri 0 bezeichnet dabei eine rostfreie Fläche. Für unbeschichtete Stahlflächen werden anderslautende Kennungen verwendet. Sie werden nach DIN EN ISO 12944-4 eingestuft.