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(1)
Schliffbild eines feuerverzinkten Stahls mit typischem Schichtaufbau
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(2)
Schliffbild feuerverzinkten Stahls mit durchgewachsener Fe+Zn-Legierungsschicht
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(3)
Einfluß des Siliciumghaltes im Stahl auf die Zinkauflage
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(4)
Dachkonstruktion;
Auf den Breitpanschträgern ist der Zinküberzug hellglänzend, auf den eingesetzten Blechecken dagegen mattgrau ausgefallen
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(5)
Graues, netzartiges Aussehen des Zinküberzuges
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Arbeitsblätter Feuerverzinken
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2.2
Anforderungen an den Werkstoff Stahl
1. Allgemeines
Beim Feuerverzinken werden Eisen- und Stahlteile durch Eintauchen in eine Zinkschmelze mit einem Zinküberzug versehen und während des Tauchvorganges auf die Zinkbadtemperatur von ca. 450 °C erwärmt. Dabei bilden sich auf der Oberfläche durch wechselseitige Diffusion Eisen-Zink-Legierungsschichten. Beim Herausziehen der Stahlteile aus dem Zinkbad überziehen sich diese Legierungsschichten mit einer Reinzink-schicht. Dadurch entsteht normalerweise ein silbrig glänzender Überzug, teilweise mit einem ausgeprägten Zinkblumenmuster (Abb. 1).
Die Bildung der Eisen-Zink-Legierungsschichten (auch Hartzinkschichten genannt) kann allerdings mit sehr unterschiedlicher Geschwindigkeit ablaufen. Von entscheidender Bedeutung ist dabei die chemische Zusam-mensetzung des Stahls.
Grundsätzlich lassen sich zwar alle gängigen Baustahlsorten und Gußeisenarten feuerverzinken, es kann jedoch insbesondere bei Stählen mit einem kritischen Silicium-Gehalt vorkommen, daß die Reaktion zwischen Eisen und Zink während des Verzinkungsvorganges besonders rasch abläuft und deshalb der Anteil der Eisen-Zink-Legierungsschichten im Zinküberzug größer als normal ist. Im Extremfall kann der gesamte Zinküberzug aus Eisen-Zink-Legierungsschichten bestehen. In diesem Fall ist der Zinküberzug meist deutlich dicker als üblich; er hat durch eine größere Überzugsdicke im Regelfall einen höheren Korrosionsschutzwert (Abb. 2). Andererseits ist mit der dickeren Eisen-Zink-Legierungsschicht oftmals eine Verringerung des Haftvermögens des Zinküberzuges verbunden.
2. Einfluß des Siliciums
Nach dem bisherigen Kenntnisstand spielt der Anteil von Silicium im Stahl eine entscheidende Rolle beim Ablauf der Reaktionen zwischen Eisen und Zink während des Feuerverzinkens. Ein beschleunigtes Wachstum der Eisen-Zink-Legierungsschichten wird hauptsächlich bei Siliciumgehalten zwischen etwa 0,03 und 0,12 % (sogenannter Sandelin-Effekt) sowie bei Gehalten oberhalb 0,30 % beobachtet. Abbildung 3 zeigt hierbei Tendenzen.
In solchen Fällen entsteht in der Regel ein deutlich dickerer Zinküberzug, der zudem meist noch ein graues oder graufleckiges Aussehen aufweist (Abb. 4). Das graue Aussehen des Zinküberzuges kann sich über das gesamte Bauteil erstrecken oder nur bestimmte Bereiche erfassen; in Einzelfällen ist auch eine graue, netzartige Struktur des Zinküberzuges möglich (Abb. 5).
3. Einfluss von Phosphor
In jüngeren Untersuchungen wurde darüber hinaus festgestellt, daß bei Silicium-Gehalten unterhalb des sogenannten Sandelin-Bereiches auch der Phosphorgehalt im Stahl eine entscheidende Rolle spielt. In dem Bereich von weniger als 0,03 % Si muß demnach zusätzlich auch der Phosphorgehalt im Stahl Berücksichtigung finden.
Einen groben Anhaltswert zur Beurteilung der Eignung von Stählen mit niedrigen Silicium-Gehalten bietet die empirische Formel Si + 2,5P < 0,09 %, d.h. addiert man die aus der Stahlanalyse ersichtlichen Beträge des Siliciums und des mit 2,5 multiplizierten Phosphorgehaltes, sollte in der Summe der Betrag von 0,09% nicht überschritten werden.
Das Zusammenwirken von Silicium und Phosphor im Stahl ist im Hin-blick auf die Reaktionen beim Feuerverzinken nur bei niedrigen Si-Gehalten bedeutsam. Bei Stählen mit höheren Si-Gehalten (Si > 0,12 %) haben übliche P-Gehalte keinen nennenswerten Einfluß mehr auf das Verzinkungsverhalten des Stahls.
4. Bestellhinweise
Die Feuerverzinkerei hat praktisch kaum eine Möglichkeit, das durch die Stahlzusammensetzung bedingte extreme Wachstum der Eisen-Zink-Legierungsschichten zu beeinflussen. Aus diesem Grunde kommt der Auswahl von Stählen, die für das Feuerverzinken gut geeignet sind, eine besondere Bedeutung zu.
Die für das Stückverzinken maßgebliche DIN EN ISO 1461 "Durch Feuerverzinken auf Stahl aufgebrachte Zinküberzüge (Stückverzinken)" erwähnt daher auch in ihrem Anhang folgendes:
"Die meisten Stähle lassen sich zufriedenstellend feuerverzinken. Verschiedene reaktive Elemente im Stahl können das Feuerverzinken beeinflussen, z. B. Silicium (Si) und Phosphor (P). Die Stahlzusammensetzung hat einen Einfluß auf die Dicke und das Aussehen von Zinküberzügen. Bei unterschiedlichen Anteilen von Silicium und Phosphor ergeben sich ungleichmäßige, glänzende und/oder dunkelgraue Überzüge, die spröde und dicker als üblich sein können." Die DIN EN 10025 (Warmgewalzte Erzeugnisse aus unlegierten Baustählen; Technische Lieferbedingungen) empfiehlt zudem unter Abschnitt 7.5.4 Sonstige Anforderungen: "Bei der Bestellung können die Eignung zum Feuerverzinken oder zum Emaillieren sowie die Güteanforderungen an die entsprechenden Erzeugnisse vereinbart werden." Falls eine derartige Vereinbarung bei der Stahlbestellung getroffen wird, empfiehlt es sich, falls möglich und bereits bekannt, den Verwendungszweck des bestellten Stahls ebenfalls mitzuteilen. Diese Zusatzinformation kann dem Fachmann bei der Auswahl der richtigen Stahlsorte wichtige Hinweise geben.
Liegen im Einzelfall keine Hinweise über die Stahlzusammensetzung vor oder bestehen Zweifel über die Eignung eines Werkstoffes, empfiehlt es sich, anhand eines kleinen Materialabschnittes eine Probeverzinkung durchzuführen. Aussagefähige Ergebnisse können mit einer Probeverzinkung jedoch nur dann erzielt werden, wenn unter ähnlichen Bedingungen verzinkt wird wie bei den späteren Originalteilen. Die Einhaltung praxisgerechter Bedingungen gilt besonders im Hinblick auf die Tauchdauer der Probe und die Zinkbadtemperatur.
5. Andere Stähle
Die vorstehenden Aussagen gelten primär für Stähle im Rahmen der DIN EN 10025. Sollen Stähle außerhalb dieser Norm feuerverzinkt werden, sind unter Umständen besondere Abstimmungen mit der Feuerverzinkerei erforderlich. Das gilt beson-ders für hochfeste Werkstoffe (z. B. hochfeste, vergütete oder thermomechanisch behandelte Feinkornbaustähle).
Besondere Aufmerksamkeit im Hinblick auf eine Versprödung der Stähle durch Wasserstoff, der beim Beizen aufgenommen werden kann, ist bei Stählen gegeben, wenn ihre Härte höher liegt als etwa 34 HRC, 340 HV oder 325 HB. In solchen Fällen müssen unter Umständen besondere Maßnahmen bei der Vorbereitung des Verzinkungsgutes (z.B. Strahlen der Oberflächen) oder beim Feuerverzinken selbst ergriffen werden. Beim Feuerverzinken von Gußteilen und von Stählen außerhalb der DIN EN 10025 ist aufgrund der erforderlichen Maßnahmen im Rahmen der Vorbereitung derartiger Stahlteile eine präzise Abstimmung mit der Feuerverzinkerei erforderlich.
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