Werkstofftechnik - elektrische leitfähigkeit von Stählen
Hallo, ich komm gerade nicht mehr weiter mit google und auch nicht mit meinen Büchern. Deshalb hoffe ich, dass es unter euch ein Paar Experten gibt.
Meine Frage ist: Warum nimmt die elektrische Leitfähigkeit von Stählen mit zunehmendem Härtegrat ab? Hat das etwas mit dem Gefüge, also Anteile von Perlit oder Martensit oder ähnliches, zu tun? Oder eher mit der Anzahl von freien Elektronen?
Wäre super, wenn mir jemand eine einigermaßen gute Erklärung dafür geben könnte.
Danke im Vorraus!
3 Antworten
Ich würde sagen, es hat etwas mit dem Gefüge zu tun. Die Leitfähigkeit von Metallen beruht ja auf den frei beweglichen Elektronen. Werden diese in ihrer Bewegung durch eine höhere Anzahl von Korngrenzen zwischen den Martensit und Perlitbereichen gehindert sinkt die Leitfähigkeit. Durch die höhere Anzahl der Bereiche zwischen Perlit und Martensit kommt es ja auch zu höheren Verspannungen im Kristallgitter.
Bei welchen Metallen hast du den jemals Perlit neben Martensit liegen sehen? Entweder gibt es Martensit = abgeschreckter Austenit der keine Zeit hatte sich in Perlit umzuwandeln (diffusionslose Umwandlung), oder Perlit = langsame Abkühlung, Austenit hatte genug Zeit sich umzuwandeln (Bildung von Ferrit und Zementit in lamelaren Form). Es gibt zwar Sonderformen von Perlit die eher zu Bainit als zu Perlit gehören, die beim Abschrecken entstehen können und nur bei bestimmten Stählen, aber das meinst doch sicher nicht.
Hi, aus dem Potentialtopfmodell (Valenzbänder, Leitbänder) ableitbar. Wird kaltverfestigt (Stahl härter), entsehen viele Störstellen: Versetzungen und Leerstellen. Der Stahl ist somit (hinterm Komma) voluminöser, hat geringere Dichte. Dadurch wird der elektr. Widerstand erhöht bzw. die Leitfähigkeit sinkt. Ähnlich beim Härten (Lösen von C im Austenit und Abschrecken, wodurch übersättigter Alpha Strich (Martensit) entsteht. Größeres Volumen, dadurch viele Störstellen bzw. Leerstellen, Versetzungen. Dadurch sinkt die Leitfähigkeit. Durch Anlassen vermag ein Teil des C als Fe3C (Vorstufe: Fe2C) ausscheiden, die Matrix erholt sich, hat weniger Fehlstellen, daher geringerer Widerstand/bessere Leitfähigkeit. Gruß Osmond http://e-collection.library.ethz.ch/eserv/eth:24612/eth-24612-01.pdf
Da der Stahl kein reines Metall ist sondern eine Legierung, besteht das Gefüge aus einem Grundkristallgitter (Eisenatome) mit Einlagerungs- und Substitutionsatomen (Fremdatome von anderen Elementen wie zB Kohlenstoff und Metalle) die den Stomfluß behindern.
Zusatzlich dazu muss man die null-, ein-, zwei- und dreidimensionale Fehler im Gefüge berücksichtigen (Versetzungen, Korngrenzen, nichtmetallische Verbindungen wie Karbide).
Die Gefügebestandteile und Phasen haben unterschiedliche Leitfähigkeiten für den Strom --> Widerstand.
Dh je feiner das Korn, je mehr Fehler im Gefüge, Kohlenstoff, bestimmter Anteil an Legierungselementen und Phasen, desto härter ist der Stahl und desto weniger leitet er den Strom.
ZB für die Stromleitungen nimmt man nur Reinstkupfer, da jeder Fremdelement wie gesagt Widerstand erzeugt.