Bruchverhalten von Stählen

Wie entsteht beim Stahl der Kalt-, Blau-, Warm- Rot- und Heißbruch und wie läßt sich die Stahlschädigung mit Hilfe der Legierungstechnik vermeiden.

  • Unter Kaltbruch versteht man die Neigung bestimmter Materialien bei tiefen Temperaturen zu brechen. Es liegt eine Sprödigkeit der Werkstoffe bei Kälte ( bis rund 300°C) vor. Bei Stahl kann dies schon bei Zimmertemperatur auftreten, wenn ein sehr hoher Phosphorgehalt und nichtmetallische Einschlüsse im Werkstoff enthalten sind. Außer Phosphor begünstigen die Elemente wie Sauerstoff, Zink, Arsen, Antimon und Chrom diese Brucherscheinung.
  • Blaubruch (200-300°C) kann bei der Warmumformung von Stahl oder Kupfer beim Spanlosen Umformen bei 350-650°C auftreten. Es findet eine Versprödung z.B. bei Kupfer durch das Ausscheiden von gelösten Verunreinigungen z.B. Stickstoff und Kohlenstoff im Werkstoff statt. Die Bezeichnung für Blaubruch wurde wegen der Anlassfarbe bei hohen Temperaturen gegeben.
  • Schwarzbruch kann durch Überzeiten oder Überhitzen ausgelöst werden. Werkstoffe wie z.B. Si-legierte untereutektoide Stähle neigen zur Schwarzbrüchigkeit. Ursache ist der Zerfall des Sekundärzementits in elementaren Kohlenstoff.
  • Warmbruch bzw. Rotbruch (800-1000°C): Diese Brucherscheinung kann bei Temperaturen zwischen 800 und 1000°C beim Warmumformen auftreten. Für Rotbruch ist z.B. der Schwefel im Werkstoff verantwortlich. Im Eisen ist das gebildete Eisenlsulfid  sehr spröde und lagert sich schalenförmig an den Korngrenzen ab. Bei Verformung tritt dann schließlich ein Bruch an den Korngrenzen auf. Rotbruch beschreibt das Aufreißen zum Beispiel von glühendem Stahl beim Umformen. Es ist ein Bruch von Metallen bei Rotglut. Rotbrüchig machen Elemente wie Arsen und Antimon bei Kupfer oder Schwefel bei Eisen. Die negativen Eigenschaften, die durch das Eisensulfid verursacht werden, können durch das Zulegieren anderer Elemente wie Mn reduziert werden.
  • Heißbruch (ab 1200°C) tritt auf, wenn der Schmelzpunkt in einem Stahl mit Schwefel überschritten ist und dieser verformt wird. Das Eisensulfid lagert sich, wie beim Warmbruch beschrieben, an den Korngrenzen ab und führt bei Temperaturen ab 1200°C zum Bruch.