Metallographie bei einer Feuerschweißung

Wir haben uns mal ein feuergeschweißtes Paket im metallographischen Schliff angesehen. Die verwendeten Materialien sind 2842 und 2767, das Flußmittel ist Borax anhydr. und das Paket wurde in der Gasesse verschweißt. Die Schliffe sind ungeätzt, die Skalierung erkennt man am µ-Balken unten rechts.

Die Schweißnähte bilden einen aufgelockerten Saum mit oxidischen Einschlüssen. Die letzte Feuerschweißung ist im Großteil angebunden, der Saum ist aber relativ breit, die bereits überschmiedeten Feuerschweißungen sind komplett angebunden und nur noch schwach erkennbar mit relativ wenigen fein verteilten Einschlüssen.

Das Paket lies sich ohne größere Probleme hochkant schmieden und tordieren, so schlecht kanns also nicht gewesen sein.

Nun die Frage: Hat jemand Erfahrungen mit der Metallographie von Feuerschweißungen, und sind die Einschlüsse normal ?

Interessante Bilder. Klar, die oxidischen Einschlüsse sind genau da zu erwarten. Borax soll das weitestgehend ausschalten, aber sowas klappt eigentlich nie zu 100%.
Ich habe solche Bilder noch nicht so oft gesehen, und ich denke, das sollte man weiterführen. Mehrfaches Überschmieden scheint ja die Einschlüsse zu knacken und weiter zu verteilen. Interessant wäre vielleicht, eine einfach Feuerschweißung ortsabhängig zu untersuchen (wo war genug Borax usw.).
Hättest Du Lust, sowas weiter systematisch zu betreiben? Ich fänds klasse.

Klar, geht weiter

Hallo herbert,

ich werd in der Richtung auf jeden Fall weitermachen. Letztendlich zählt natürlich nur ob die Klinge gut aussieht und ob sie was taugt, aber was dahintersteckt und was bei der Verarbeitung passiert hängt ja letztlich auch damit zusammen.

Reihenweise Untersuchungen gehen leider nicht, nur eben ab und zu ein Schliff ist durchaus drin.

Das mit dem ortsabhängig habe ich nicht so ganz verstanden, aber man könnte ja mal ein Stück ohne Flußmittel und eins mit verschweißen und vergleichen. Dann hätte man mal ein Beispiel wie schlecht (oder wie überraschend gut, wer weiß ??) die Anbindung wird wenn man gar nicht fluxt.

Interessant wäre ein Stück von einem fortgeschrittenen Damastschmied (zu denen ich mich nicht zähle) zu schneiden. Gibts da einen Freiwilligen der ein Endstück über hat?

Grüße

Hi hab na ganze Bildersammlung davon.

Das mit dem einwandern der Schalcke ist schon ein interessantes Thema.
Wir haben beobachtet wie der ganze Dreck (Schlacke) sich gerne z.B in den Reinnickellagen abgelagert hat das ganze ist natürlich auch stark von den Feuerbedingungen abhängig der Boraxmischung und dem Zustand der Metallflächen vor dem Schweißen.

Beispielsweise zeigen die Holzkohle und Gasesse geschweißten packete deutlich weniger Einschlüsse als Koks oder gar Schmiedekohle.

Auch arbeiten sich die Fehlstellen einwenig raus mit zunehmenden Grad an faltungen.

Das das Feuerschweißen unter Standardbedingungen keine fehlerfreie Methode ist darauf habe ich im buch ja schon deutlich hingewiesen

Hier das Bild dazu.

Wenn mann den Schliff mit Beraha 1 ätzt, dann kommen da noch ganz andere Informationen zu Tage.

Beispeilsweise sieht mann dass die Nickelschichten graue Zonen haben was darauf hindeutet das hier eine Materialmischung stattfindet.
Weiterhin sieh man auch, dass diese Zonen Martensitnadeln enthalten was darauf Schließen lässt, dass ein umwandlungsfähiges Gefüge vorliegt.
An einigen Stellen sind bereits die Nickellagen vollständig mit diesen Nadeln durchdrungen

Beides zusammen lässt folgenden Meschanismus ableiten.
Eisen un Nickel, legieren unter den Bedingungen Schrittweise auf.

Da Kohlenstoff in Nickel sogut wie keine Löslichkeit kat ist es nut logisch dass das Eisen nun den Kohlenstoff nachzieht.

Die menge des Gewanderten Eisens und Kohlenstoffes reichen nun wiederum aus ein Umwandlungsfähiges gefüge zu erzeugen welches im Schliff ja durch die Nadeln sichtbar wird.

Ergo:
Der Mythos von einer totalen Diffusionsbremse des Nickels dürfte damit wiederlegt sein.
Vielmehr ist darauf hinzuweisen Diffusionshemmung von Nickel nur und bestimmten Prozessparametern der Fall ist, jedoch nicht generell.

Prozessparameter die hierbei eine Rolle spielen sind Dauer der Wärmeeinwirkung und Temperatur sowie Legierungsgehalte der verwendeten Werkstoffe insbesondere Kohlenstoff.

Die ganze Untersuchgung basiert auf Versuchen von Ulrich Gerfin (U. Gerfin) IGDF
Zum Verhalten von Reinnickel in untereutektoieden Werkstoffen.

Ulrich wird hier bestimmt noch was dazu sagen.

HIer nochmal ein Versuch das Bild etwas größer zu zeigen

roman said:

Beispielsweise zeigen die Holzkohle und Gasesse geschweißten packete deutlich weniger Einschlüsse als Koks oder gar Schmiedekohle.

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Um Einschlüsse weitgehens bei der Verwendung von Schmiedekohle(Fett-Nuss-Steinkohle) zu vermeiden, sind einige Dinge zu beachten:
Schmiedekohle ist nicht gleich Schmiedekohle. Zur Zeit wird aus Venezuela Kohle vertrieben, welche schlechteste Werte an Asche,flüchtige Gase und Schwefel hat.Diese Kohle wird relativ schnell zu Staub, schlackt extrem viel, papt nicht zusammen etc.. Sollte man also nicht benutzen. Gut oder besser ist die polnische Schmiedekohle (Fett-Nuss) und wenn man noch bekommt, die Kohle aus der Zeche Blumenthal.
Die zu schweißenden Stahlsorten sollten flächig(bei uns mit einer Flachschleifmaschine) blankgeschliffen sein.
Beim Aufbau des Paketes schon etwas Borax zwischen die Lagen streuen.
Wenn das Paket leichte Wärme erreicht hat, bevor überhaupt sich Zunder bilden kann, sollte es unter einer Presse oder Hammer(nicht Handhammer sondern z.B. Lufthammer) vorsichtig ganzflächig zusammengedrückt werden.
Jetzt sind keine Hohlräume zwischen den Stahlschichten mehr vorhanden. Kein Sauerstoff, Schlacke oder sonst was kann die Schweißnaht mehr oder nur noch wenig beeinflussen.
Die folgenden Doppelungen des Paketes sollten zügig erfolgen, ohne das sich wieder großartig Zunder an den wieder zu schweißenden Flächen bilden kann.Gegebenenfalls den Zunder duch ein Bürsten entfernen. Nach der Doppelung müssen die Pakethälften sofort wieder zusammendrückt und dann erst wieder auf Hitze gebracht werden für die nächste Schweißung.
In diesem Zustand das Paket auf Hitze gebracht, kann eine gute Schweißung erfolgen.
Zu Beachten ist ebenfalls, die entstehende Schlacke regelmäßig aus der Feuermulde zu entfernen.
Wenig Schlackenprobleme gibt es bei Seitenwindfeuern.
Schlechtere Nähte mit entsprechenden Einschlüssen entstehen schneller und leichter, wenn nur von Hand geschmiedet wird und die Vorbereitung wie oben beschrieben nicht so gewissenhaft durchgeführt wird.
Wenn mit Holzkohle oder Koks gearbeitet wird, ist es ebenfalls nicht unumgänglich die mit der Zeit entstehende Schlacke zu entfernen.
Bei der Verwendung von Gasöfchen ist alles leichter. Fehlt aber meiner Meinung nach der gewisse "Kick" im Vergleich zu dem Schmiedefeuer und Handhabung dessen.

Markus

@ Markus

JA das ist gut beschrieben es beschreibt im Wesentlichen genaus den Prozess den ich auch für meine Sachen benutze.

Zur Schmiedekohle: es ist noch zu beachten das die Schmiedekohle vor dem Feuerschweiße gut verkokt ist, damit sich der Einfluß z.B. von Schwefiligen abgasen minimiert.
Weil das eine recht schmutzige angelegenheit ist die auch nicht immer aller Schwefel raus ist.

MIt Gas das ist nicht die Wunderwaffe hier bildet sich auch schlacke jedoch deutlich weniger als mit herkömmlichen Schmiedefeuern.

Peter und ich haben da mal experimentiert und haben Feile mit Feile ohne Borax Verschweißt das geht aber nur wenn die Flächen vorher zunderfrei waren.

Was Roman sagt ist korrekt.

Ich hatte mal als kleines Experiment 3 Stücke Feile ohne zugabe von Borax miteinander Verschweißt.
Die Feilen wurden zuvor nicht bearbeitet, sondern einfach zusammengelegt und auf Temperatur gebracht.
Im Gasfeuer wurde dadurch eine fürs Auge Fehlerfreie und dichte Verschweißung erzielt.
Roman und ich hatten daraufhin später ein größeres Paket verschweißt.
Die erste Schweißung ohne verlief fehlerfrei.
Beim Falten des ausgereckten Paketes ohne die aufeinanderkommenden Stellen von Zunder zu befreien und ebenfals ohne Borax, war die Schweißung nicht mehr (fehlerfrei) möglich.
An der Stelle wurde das Experiment abgebrochen.
Aus der Überlegung heraus ergibt sich jedoch, daß beim Entzundern durch z.b. blankflexen und anschließend feuerschweißen, ein solches Paket ohne Borax zu schmieden ist.
Wie da die Einschlüsse im Gegensatz zum Verwenden von Borax aussehen wäre mal interesssant zu sehen.
A) => eher mehr Einschlüsse, da keine Abfuhr und ggfls.Reduktion durch Borax
B) => eher weniger, da kein zusätzliches 'Fremdmaterial' (Borax) das mit eingeschlossen wird.

Beim sauberen Arbeiten tendiere ich zu Variante A.
Beim nicht ganz sauberen Arbeiten dann evtl. Variante B

Peter

Wenn man also das Material für einen Dreilagenstahl optimal vorbereiten will, schleift man zunächst alles plan und blank (polieren wäre noch besser?), presst das paket anschließend flächig aufeinander und verschweißt die Ränder unter Schutzgasatmosphäre (komplett unter Schutzgas), so dass sich danach "im" Paket keine Einschlüsse (Fremdmaterial) und auch "kein" Oxidationsgas (Sauerstoff) befindet ... ?

Das ist jetzt nur so eine Idee, vielleicht aber auch überflüssig und wieder zuviel Technik!

Wenn man diese ganzen Einschlüsse durch weitere Warmverformung (Schmieden, Walzen) zertrümmert, entstehen wenn ich mich richtig erinnere leider kleine "Vakuumschwänzchen" (IMHO Zitat U. Gerfin), die dann wiederum "Schwachstellen" im Material (quasi Mikrokerben) darstellen. Inwieweit ist das denn für die Leistungsfähigkeit eines Damastes (ganz einfach: Dreilagenstahl) relevant, wenn überhaupt?

Gruß

Lars

@mark23

Klar macht man das so

Was dennkst Du wie man rostbeständigen Damast macht.

Zusammen mit Jean Jose Tritz haben wir das mit V2A und allem möglichen bis hin zum CPM 10V gemacht.

Wenn ich topmaterialien verbinde schleife ich immer vorher den znder wieder ab und achte besonder darauf dass sich kein neuer bildet.

Die Frage der Schweißnähte im Damast ist noch relativ wenig untersucht worden, sodaß man nicht so genau weiß, was da im einzelnen passiert. Pit Dauphin in Luxemburg hat bei einfachsten Damasten -Baustahl und Federstahl- in der Schweißnaht Härten von über 1.ooo HV gefunden. Georg von Tardy hält es für möglich, daß durch fein verteilte Einschlüsse in der Schweißnaht tatsächlich besonders hohe Härtewerte erreichbar sind und, daß durch die Schweißnähte das Kornwachstum (wohlgemerkt nur des Matrixkorns) verhindert werden kann. Roman hält das für Unsinn. Genau weiß man es aber eben noch nicht. Ich selbst bin eher skeptisch und denke die beste Schweißnaht ist die möglichst saubere und wenig sichtbare.
Das Bildchen, das Roman hier zeigt, hat mit Damast eigentlich wenig zu tun. Mir ging es darum, festzustellen, ob und wie sich Reinnickel im Damast mit dem Stahl verbindet, da Nickel jedenfalls bei höheren Lagenzahlen optisch dominiert. Ich habe daher zunächst ein Paket mit 32 Lagen Nickel -kombiniert mit C 55 - gemacht und dann jeweils nach zwei Faltungen ein Probestück entnommen, sodaß sich 128, ca 5oo, 2.ooo, 8.ooo und 32.ooo Nickellagen ergaben. Bei 2.ooo Lagen Nickel wurde das Muster schon etwas verschwommen und löste sich bei den weiteren Faltungen in eine Art feinstes Gewölk auf. Bei diesen extrem hohen Lagenzahlen war zu erkennen, daß das Nickel sich mit dem umgebenden Stahl verbunden hatte und von ihm quasi aufgesaugt worden war. Bei 5oo Nickellagen war es allerdings noch gestochen scharf abgegrenzt.
Zur Klarstellung: Ich würde eine solche Nickelkombination niemals alleine, sondern allenfalls als Furnier verwenden. Bei diesem Versuch spielte auch die Sauberkeit der Verschweißung keinerlei Rolle.
Ich möchte auch Aussagen, daß diese oder jene Erhitzung sauberere oder bessere Ergebnisse bringe, als eine andere, nicht so einfach stehen lassen. Es kommt sehr auf die aufgewandte Sorgfalt an, etwa durch Abbürsten mit Flußmittel vor dem Falten, Überschleifen, Oberflächengestaltung u.ä.. Markus hat eine Möglichkeit sehr sauberer und präziser Arbeit beschrieben. Die Schweißnähte dürften dabei wenig zu bemerken sein.
Es ist hier auch die Frage rostbeständiger Damaste angesprochen worden. Abgesehen von der PM-Methode gibt es im wesentlichen drei Verfahren, wie man das machen kann, die im Kern auch nur Abwandlungen der hier angesprochenen Methode sind: Es gilt, die Bildung des schwer löslichen Chromoxyds zu verhindern. Als Möglichkeiten kommen in Betracht: Erhitzen im Schutzgas, Zuschweißen der Nähte oder Verpacken in einem Mantel.
Jean Tritz, Klaus Loose und Matthias Burger haben nach dieser Weise mit Erfolg gearbeitet.
Ich sehe allerdings den Grund nicht so recht ein. Damaszenerstahl sollte mit dem Ziel einer optischen und technischen Vervollkommnung gemacht werden. Die Verwendung rostfreier Stähle ist da m.E. ein Rückschritt.Was meine "Lehrbuben " auch gemacht haben, waren Dreilagenklingen mit einem V2 A Mantel und einem Kern aus Kugellagerstahl o-ä.-Das hat was für sich, da V2 A ausgesprochen zäh ist. Da es weich ist, zerkratzt es sich aber sehr stark und die Schneidlage ist, soweit sie freiliegt, erhöhter Korrosion ausgesetzt ( sie wirkt quasi als Opferelektrode).
Im Rahmen der künftigen Arbeit in der IGDF werden wir uns hoffentlich intensiver mit dem Geschehen in der Schweißnaht beschäftigen können. Das ist aber noch Zukunftsmusik.

Auflegieren

ich freue mich über die vielen interessanten Beiträge und das rege Interesse.

Daß beide Materialien Auflegieren kann ich wahrscheinlich untermauern. Im bereits überschmiedeten Bereich ist im mit Nital geätzten Schliff eine Zone von ca. 20 µm zu sehen die die bekannten winzigen Einschlüsse enthält, aber auch ein deutlich verändertes Gefüge im Vergleich zu den links und rechts angrenzenden martensitischen Schichten. Eventuell handelt es sich bei den dunklen Nadeln um Bainit (andere Tipps ?).

Das Werkstück wurde übrigens nicht bewusst abgeschreckt, sondern aus der Schmiedehitze an der Luft abgekühlt. Bei der Materialdicke von 6 mm hat das offenbar schon ausgereicht um Martensit zu bilden. Auch im X45 sieht man ganz leicht das nadelige Gefüge.

Bei den Feuerschweißtemperaturen findet ja schon recht starke Diffusion statt. Ich halte es für wahrscheinlich dass die Feuerschweißung auch viel an Stärke gewinnt weil die Schichten dabei regelrecht zusammensintern.

Grüße

Recht interessantes Thema!

Ich habe eine Presse in unserer Werkstatt stehen. Das ist eine Widerstands-Heißpresse.
Da können bei 36to Druck Teile verpresst werden. Der angeschlossene Traffo spannt bei 400 V primär und 150 kVA runter auf 4V. Da flißt sekundärseitig richtig Strom. Das ganze geschieht unter Vakuum!

Was ich damit sagen will ist follgendes:
Wenn man mehrere dünne Stahlpakete zwischen 2 Graphitplatten packt, so kann man diese durch Wiederstandserwärmung unter Vakuum auf bis zu 1.200° erwärmen und gleichzeitig zusammenpressen. Wenn die Platten blank wären, so könnte man Metall (Platten oder Pulver(!)) unter idealen Bedingungen miteinander verschweißen - keine Schlacke, kein Oxid.

Wenn das jemand interessiert, sagt bescheid.

@Damastos: Unsere Maschine heißt übrigens "Druck-Sinterpresse".
WWW.DR-FRITSCH.DE

Grüße aus Stuttgart

Gerhard

JA GeHaWe,

das ist gut so kann man durchaus interessante materialkombinationen Erzeugen.

Nur muss man dann halt großindustriell rann und liegt damit ausserhalb der Reichweite unserer Möglichkeiten

Hallo Roman,
Die "Großindustrie" besteht aus einer kleinen 80-Mann Firma, hat ein Metallographie-Labor (Schliffe, Ätzen, Mikroskope, Röntgen-Spektrographie (oder so ähnlich), solche Sinterpressen etc. und ich habe den Hauptschlüssel.
Wenn wir was versuchen wollen, müssen wir nur Samstags oder Freitag abends hin.
Den Eigentümer des Ladens sehe ich jeden morgen beim Rasieren, der hat damit kein Problem. :lach:

Ich habe mal gehört, dass man rostfreien Damast nur unter Vakuum herstellen kann.

Mit den Pressen werden übrigens "hauptberuflich" Metallpulver versintert, oft auch mehrschichtig - so wie Damasteel hergestellt wird.

Grüße
Gerhard

Stuttgart ist nicht weit weg. Der Eigentümer des Unternehmens ist interessiert. Gerhard, Du hast elektronische Post.
Sagt halt Bescheid, sobald ihr was macht, wäre echt interessant.
Gruß
Lars

GeHaWe said:

Hallo Roman,
Die "Großindustrie" besteht aus einer kleinen 80-Mann Firma, hat ein Metallographie-Labor (Schliffe, Ätzen, Mikroskope, Röntgen-Spektrographie (oder so ähnlich), solche Sinterpressen etc. und ich habe den Hauptschlüssel.
Wenn wir was versuchen wollen, müssen wir nur Samstags oder Freitag abends hin.
Den Eigentümer des Ladens sehe ich jeden morgen beim Rasieren, der hat damit kein Problem. :lach:

Ich habe mal gehört, dass man rostfreien Damast nur unter Vakuum herstellen kann.

Mit den Pressen werden übrigens "hauptberuflich" Metallpulver versintert, oft auch mehrschichtig - so wie Damasteel hergestellt wird.

Grüße
Gerhard

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Wen man so alles beim Rasieren trifft, spitze!

Ich bin auch sehr an Versuchen und Test`s interresiert.
Eine Klinge in San-mai-Technik, außen Titan innen Damast wäre mal einen Versuch wert.
Habe ich so noch nie gesehen.
Aber warscheinlich gibt es das schon.

Grüße Uli

Feine Sache!

...oder auch Timast machen

Gruß,

Martin