2-Nichteisenwerkstoffe

PATTitel

NichteisenmetalleNon-ferrous metals

Prof. Dr. E. Schlcker

2PAT

Fa. INA DFM 10/2000 30.01.2008

NichteisenmetalleNickel/Nickellegierungen

Q Hauptschlich Legierungselement Korrosionsbestndig und wrmebestndig Vorsicht Schwingungsrisskorrosion bei Ni > als bei CrNi-Sthlen

Q Rein-Nickel 99,8% 0,2 < 80 100 N/mm2 bei RTQ Rein-Nickel 99,2% 0,2 < 60 80 N/mm2 bei RTQ Bestndig: tzalkalien, z.B. NaOH Konz. >80% 150C, trocken: Cl,

HCLQ Beimengungen: Cu, Fe, Mn, C (

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Fa. INA DFM 10/2000 30.01.2008

NichteisenmetalleNickel-Kupfer-Legierungen (Monel)

Q Zwei wichtige Legierungen: NiCu30Fe (2.4360), NiCu30Al (2.4375)Q NiCu...

0,2 < 200 300 N/mm2 bei RT, 150 N/mm2 bei 150C Cu erhht Bestndigkeit gegen Cl- und Fluoridionen, HF und

H2SO4. Vorsicht: Ni-Ni-S (wie bei Rein Ni) Gegen Meerwasser mit 30% Cu super! NiCu...: Gut Schweibar! Teuer! Daher meist Plattierungen

Q NiAl..: Aushrtbar, hnlich Korr. bestndig wie NiCu.. (Ausnahme HF) 0,2 < 600 700 N/mm2 bei RT, bei 25% Bruchdehnung Daher gut fr Maschinenteile

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Fa. INA DFM 10/2000 30.01.2008

NichteisenmetalleNickel-Molybdn- und Nickel-Chrom-Eisen-Molybdn-Legierungen

Q Fr schwierige Korrossionsprobleme z.B. NiMo28, W.Nr. 2.4017 Herstellerbezeichung: z.B. Hastelloy B-2 Mo verbessert die Bestndigkeit gegen reduzierenden Angriff

(Fr Salz, Schwefel, Flusure usw... Gute Bestndigkeit) Streckgrenze bei 340 N/mm2 bei RT, 270 N/mm2 bei 300C!

Q NiMo29Cr noch hhere TemperaturenQ NiMo16CrTi (2.4610) oder NiCr21Mo14W (2.4602)

Herstellerbezeichnung: Hastelloy C-22 oder ...C-4 Festigkeit hnlich Hastelloy B Cr verbessert Angriff gegen ox Angriff (gut gegen Cl, Cloride,

H2So4...Q NiCr30Fe-Mo, Hastelloy G-30, gut schweibar...

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NichteisenmetalleKupfer

Q Kupferwerkstoffe bedeutend fr Kondensatorrohre. Mit CuNi ist die moderne Seefahrt erst mglich geworden.

Q Kupfer-Nickel-Legierungen und Sondermessing: - gute Wrmeleitfhigkeit; - gute Korrosionsbestndigkeit; - problemlose Verarbeitung (leicht zu lten).

Q Unter konomischen Gesichtspunkten kommt hinzu: + stndige Verfgbarkeit; + niedrige Kapitalkosten; + niedrige Betriebskosten.

Q Unter kologischen Gesichtspunkten kommt hinzu: Kein Biofouling (natrlicher Schutzmechanismus); * Bakterizide Wirkung; * Kein Zusatz umweltgefhrdender Stoffe * Zu 100% ohne Qualittsverlust im Kreislauf recycelbar.

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NichteisenmetalleKupfer

Q Kupfer-Zink = Messing (brass) Korrossionsbestndig wie Kupfer Viele mgliche Zustze (siehe Skript)

Q Kupfer Zinn, .... wichtig fr Wrmetauscher, Apparate Rohrleitungen

Q Kupfer Nickel

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NichteisenmetalleAluminium

Q In der chemischen Verfahrenstechnik meist Rein- und Reinstaluminium Al 99,99, Al99,8..... Bestndig gegen hochkonzentrierte HNO3 auch bei hoher T! In diesem Fall besser als Hastelloy usw.... Grund: Oxydschicht Al2O3 (Passivierung) Vorsicht: Schicht kann abgesplt werden!

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NichteisenmetalleBlei / Bleilegierungen Edelmetalle

Q Blei ist optimal fr Schwefelsure (Pb99,9Cu Kupferblei)Q Hher fester PbSb5 bzw. PbSb8 (Hartblei)

Q Silber ist bestndig gegen Halogene, Alkalischmelzen bei hoher TQ Festigkeitssteigerung durch Nickel, Sillizium oder Cadmium

Q Goldfolien als Dichtungsmaterial

Q Platin als Spindsen (legiert mit Iridium oder Rhodium)

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NichteisenmetalleTitan

Q Titan / Titan-Legierungen Relativ gut korrossionsbestndig, fest gut zu verarbeiten. Dichte 4,5! E = 110 KN/mm2

Palladium steigert die Korrossionsbestndigkeit (0,2%) gegen reduzierenden Angriff

Nur explosionsplattierbar! Gut schwebar unter Argon!

Q Titanlegierungen (mit Al, V, Cr, Zr) Gut korrossionsbestndig, hohe Festigkeit Z.B. Ti-Al7Mo4 Streckgrenze 840 N/mm2

Bis 400C 50% FestigkeitsverlustQ Anwendung

Hoch beanspruchte Teile (in Pumpen, Rhreren, Seperatoren,...)

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PAT

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NichteisenmetalleTantal

Q Hochbestndig , wie GlasQ Hoche Dichte (16,9)Q Nicht bestndig gegen alkalische Lsungen, rauchende

Schwefelsure, Fluor, Flusssure, ...Q Vorsicht bei T > 15C korrosionsverhindernde Deckschichten gehen

verloren.Q Ab 300 C SauerstoffversprdungQ Gut schweibar aber 3000C Q Bevorzugt zur Auskleidung Vorsicht bei SchweibearbeitungQ Meist lose Auskleidung

Q Wann Ta wann Glas? Ta hat hhere Wrmeleitfhigkeit

Stahl Stahl

Wolframoder Tantal Wrmestaustufe

a) b) c)001323 0210

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NichteisenmetalleVergleich

Q

Tantal / Tantalum

Zirkonium / Zirconium

Titan 0,2 Pd / Titanium 0,2 Palladium

Titan / Titanium 99,5

Ni Cu 30 Fe

Zirkonium / Zirconium

Ni Cu 30 Fe

austen. Cr Ni Stahl / Stainless Steel

oxidierende Suren /Increasing Oxidising Power

reduzierende Suren /Increasing Reducing Power

Cl anwesend / Increasing Chloride

Concentration

Cl frei /No Chlorides

001322 0210

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NichteisenmetalleZirkonium

Q Dichte 6,5, E=100N/mm2

Q Korrosionsbestndiger als Titan (40-60% siedende Schwefelsure, HNO3 und HCl) nur Ta ist besser.

Q Explosionsplattierbar!Q Niedriger Neutroneneinfangquerschnitt, daher Kernreaktorbau

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Chemische Bestndigkeit von Werkstoffen

Q

0

20

40

60

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120C

0 20 40 60 100%

250

200

175

150

100

125

50

75

FT

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120C

0 20 40 60 100%

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F

Konzentration, Concentration0 20 40 60 100%

250

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F

0 20 40 60 100%

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F

0 20 40 60 100%

250

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175

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F

0 20 40 60 100%

250

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175

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F

0 20 40 60 100%

250

200

175

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100

125

50

75

F

Siedekurve

,

Boiling poi

nt curve

3,0

1,00,5

0,10,01

Chrom-Stahl (0,1 % C, 13%Cr)Chromium-alloyed steel

Chrom-Nickel-StahlChromium-nickel steel

(0,1 % C, 18 % Cr, 8 % Ni)

Chrom-Nickel-Molybdn StahlChromium-nickel-molybdenum steel

(0,05 % C, 17 % Cr, 13 % Ni, 5 % Mo)


(0,05 % C, 20 % Cr, 25 % Ni, 3 % Mo, 2% Cu)

Chrom-StahlChromium-alloyed steel

(0,08 %C, 17 % Cr, Spuren (traces ol) Ti)


(0,05 % C, 18 % Cr, 10 % Ni, 2 % Mo)


(0,05 % C, 18 % Cr, 18 % Ni, 2 % Mo, 2 % Cu,Spuren (traces ol) Nb)

Chrom-Stahlgu (0,6 % C, 30 % Cr)Chromium-alloyed cast steel

Siedekurve

,

Boiling poi

nt curve

0,01

0,1

0,2

1,0 0,01

0,1

0,2Siede

kurve,

Boiling poi

nt curve

1,0

Siedekurve

,

Boiling poi

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0,01

0,1

1,0

0,2

Siedekurve

,

Boiling poi

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0,01

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0,5

0,1

0,2

1,0

Siedekurve

,

Boiling poi

nt curve

0,01

Siedekurve

,

Boiling poi

nt curve

0,01

1,0

0,2

0,1

Siedekurve

,

Boiling poi

nt curve

0,01

0,1

0,5

1,0

a) b)

c) d)

e) f)

g) h)001256 0201 Salpetersure

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PAT

Fa. INA DFM 10/2000 30.01.2008


Q

0

20

40

60

80

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120C

0 20 40 60 100%

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e

0 20 40 60 100%

250

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150

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50

75

F

0 20 40 60 100%

250

200

175

150

100

125

50

75

F

Konzentration, Concentration

Siedekurve,

Boiling point curve0,1

0,2

0,3

1,0

Siedekurve,

Boiling point curve

0,5

0,3

0,2

0,1

0,05 0,02

0,2

0,10,05

0

20

40

60

80

100

120C

0 20 40 60 100%

Siedekurve,

Boiling point curve

Siedekurve,

Boiling point curve

0,05

0,1

0,2

0,3

0,05 0,1

0,2

0,3

0,1

0,3

0,4

Kupfer, CooperHastelloy B (0,05 % C,

61 % Ni, 26/30 % Mo, 4/7 % Fe)

Monel (0,15 % C, 67 % Ni,30 % Cu, 1,4 % Fe)

Hastelloy C (0,08 % C, 54 % Ni, 14/16 % Cr,15/17 % Mo, 3/4 % W, 4/7 % Fe)

f)

g)

h)

i)

0,5 1,0 2,0 5,0 10 20 50 200100

Penetralion rate milliinches/year

54

60

70

%

K

o

n

z

e

n

t

r

a

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i

o

n

,

C

o

n

c

e

n

t

r

a

t

i

o

n

0,01 0,03 0,05 0,1 0,3 0,5 1,0 3 5 10Abtragung in mm/Jahr

Korrosionsgeschwindigkeit von unlegiertem StahlCorrosion ol unalloyed steel

60

40

20

125

75

50

F

0

C

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

T

e

m

p

e

r

a

t

u

r

e

0 20 40 60 % 100 0 20 40 60 % 100

3,0

0,1

Siedekurve,

Boiling point curve

20-30C68.86F

Siedekurve,

Boiling point curve

0,11,0

10,0

a)

b) d)

Unlegierter Stahl, Unalloyed steel

Chrom-Nickel-Molybdn-StahlChromium-nickel-molybdenum-steel

(0,05 % C, 18 % Cr, 10 % Ni, 2 % Mo)

Chrom-Nickel-Molybdn-StahlChromium-nickel-molybdenum steel (0,1 % C,20 % Cr, 29 % Ni, 2,5 % Mo, 3,5 % Cu, 1 % Si)

Blei und HartbleiLead and hard lead

120

8060

40

20

0

T

e

m

p

e

r

a

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u

r

50

100

150

200F

T

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m

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e

r

a

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u

r

e

c) e)0 20 40 60 % 100Konzentration, Concentration0 20 40 60 % 100

Siedekurve,

Boiling point curve

0,1

0,30,5

1,0

10,0C

0,1

0,31,0

Siedekurve,

Boiling point curve

001255 0201

Flusure

15

PAT

Fa. INA DFM 10/2000 30.01.2008


Q 100

60

40

20

0

C

200

150

50

100

F

T

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u

r

0 20 40%

100

60

40

20

0

C

200

150

50

100

F

0 20 40%

Siedekurve,

Boiling point curve

Siedekurve,

Boiling point curve

100

60

40

20

0

C

200

150

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F

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100

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0

C

200

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50

100

F

0 20 40%

Siedekurve,

Boiling point curve

Siedekurve,

Boiling point curve

100

60

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0

C

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50

100

F

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60

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0

C

200

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50

100

F


Siedekurve,

Boiling point curve

Siedekurve,

Boiling point curve

100

60

40

20

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C

200

150

50

100

F


100

60

40

20

0

C

200

150

50

100

F


Siedekurve,

Boiling point curve

Siedekurve,

Boiling point curve

T

e

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r

a

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u

r

e

T

e

m

p

e

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a

t

u

r

e

Hastelloy B (0,05 % C, 61 % Ni, 26/30 % Mo, 4/7 % Fe)

Hastelloy C (0,08 % C,54 % Ni, 14/16 % Cr,15/17 % Mo, 3/4 % W, 4/7 % Fe)

Chrom-Nickel-Molybdn-StahlChromium-nickel-molybdenum steel

(0,05 % C, 18 % Cr, 18 % Ni, 2 % Mo,2 % Cu, Spuren (tracesol) Nb)

Siliziumeisen (14/16 % Si)Silicon iron

Bergit B(0,1 % C, 62 % Ni, 32 % Mo, 6 % Fe)

Monel(0,15 % C, 67 % Ni,30 % Cu, 1,4 % Fe)

Chrom-Nickel-Molybdn-StahlChromium-nickel-molybdenum steel

(0,05 % C, 20 % Cr, 25 % Ni, 3 % Mo,2 % Cu)

Siliziumeisen (14/16 % Si, 3 % Mo)Silicon iron

0,5

0,2

0,1

0,05

0,025

10,0

2,0

1,00,5

0,20,1

0,05

0,01

10,0

3,0

1,00,3

0,1

0,5

0,2

0,1

0,05 0,1

0,2

0,5 1,0

2,0 10,0

0,1

0,3

1,0

3,0

0,10,2

0,5

1,0

2,0

a) b) c) d)

e) f) g) h)

0,1

1,0

5,0

10,0

001254 0201 Salzsure

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PAT

Fa. INA DFM 10/2000 30.01.2008


Q

140

340

300

260

220

180

100

60

20

C

00 20 40 60 80 100%

Konzentration, Concentration

T

e

m

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t

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r

50

100

150

200

250

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350

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450

500

550

600F

0,05

0,1

0,1

0,5

0,5

0,2

1,0

1,52,0

Sied

ekur

ve, B

oilin

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int c

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120

100

80

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120

100

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200

F

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r

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u

r

20 40 60 100%

Siedekurve,Boiling point curve

10,0

2,0

1,0 1,00,1

20 40 60 100%

Siedekurve,Boiling point

curve

0,5

0,2

0,1

0,020,01

0,005

80

60

40

20

2000 40 60 % 100

C

50

100

150

F0,2

1,0

0,20,2

1,0

0,1

0,1

0,05

0,2

0,10,08

0,050,04

0,03

0,02

mm/Jahr

A

b

t

r

a

g

u

n

g

0,01

8

6

4

2

1,0

0,6

0,4

0,8

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e

20 40 60 % 100

152F, 10 C

76 F, 25 C

P

e

n

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l

i

i

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c

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s

/

y

e

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r

Siliziumeisen (14 / 16 % Si), Silicon ironReinesTitan (0,02% C, 0,05 % Fe)

Titanium Kupfer, Copper

Hartblei (Pb/Sb) Hard lead (Pb/Sb)

Konzentration, Concentration Konzentration, Concentration

Abtragung von SiliziumbronzePenetration on silicon bronce

(97 % Cu, 3 % Si)

a)

b)

c)

d)

e)001253 0201

Schwefelsure

17

PAT

Fa. INA DFM 10/2000 30.01.2008


340

300

260

220

180

140

100

60

20

C

T

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550

500

450

400

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100

50

T

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e

F

20 40 60 %Konzentration,Concentration

0,02

0,05

0,1

0,3

0,30,25

0,250,5 1,0

2,0

5,0

Sied

ekur

ve, B

oilin

g po

int c

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180

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20

C

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350

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50

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180

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20

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20 40 60 100%

350

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250

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50

T

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F

Siedekurve

,po

int c

urve

Boilin

g

3,0

1,0

0,3

0,2

0,1

0,2

0,05

0,02

Siedekurve

, Boilin

g

point

curv

e

5,0

1,00,3

0,1

0,02

140

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100

80

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40

20

C

20 40 60 100%

50

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200

250

F

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e

m

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e

r

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u

r

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e

Konzentration,Concentration

140

120

100

80

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20

C

20 40 60 100%

50

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F

T

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Siedekurve

, Boiling

point

curv

e

Siedekurve

,Boiling

point

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e

140

120

100

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C

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Siedekurve

,Boiling

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140

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C

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Siedekurve

,Boiling

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curv

e

5,0

2,01,0

0,5

0,2

0,10,05

3,0

1,0

0,50,3

0,2

0,1

0,05

10,0

1,0

0,5

0,1

0,01

10,0

5,0

1,0

0,20,1

0,05

Hastelloy B (0,05 % C,61 % Ni, 26/30 % Mo, 4/7 % Fe)

Hastelloy D (0,1 % C, 82 % Ni,10 % Si, 3 % Cu, 2 % Fe, 1,5 % Co, 1 % Cr)

Rein - Nickel (90 % Ni)Pure nickel

HastelloyF (0,1 % C, 44 % Ni, 30 % Fe,22 % Cr, 6,5 % Mo, 2 % Mn, 1 % Si)

Monel (0,15 % C, 67 % Ni,30 % Cu, 14 % Fe)

100

HastelloyC (0,08 % C, 54 % Ni, 14/16 %Cr,15/17 % Mo, 3/4% W, 4/7 % Fe)

Inconel (0,2 % C,76 % Ni, 9 % Fe, 15 % Cr)

a)

b) c)

d)

e)

f)

g)

Konzentration,Concentration Konzentration,Concentration001252 0201 Schwefelsure

NichteisenmetalleNon-ferrous metals Prof. Dr. E. SchlckerNichteisenmetalleNichteisenmetalleNichteisenmetalleNichteisenmetalleNichteisenmetalleNichteisenmetalleNichteisenmetalleNichteisenmetalleNichteisenmetalleNichteisenmetalleNichteisenmetalleChemische Bestndigkeit von WerkstoffenChemische Bestndigkeit von WerkstoffenChemische Bestndigkeit von WerkstoffenChemische Bestndigkeit von WerkstoffenChemische Bestndigkeit von Werkstoffen

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2-Nichteisenwerkstoffe