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Verfahren zur Erhöhung der Festigkeitseigenschaften von kupferhaltigen Stählen.
Es ist bekannt, dass im allgemeinen die Zugfestigkeit und die Streckgrenze von kaltverformte Kohlenstoffstahl durch Anlassen bei Temperaturen oberhalb von etwa 350 C mit steigender Anlasstemperatur und-dauer stetig sinken, während die Formänderungswerte entsprechend der Entfestigung ansteigen. Weiter ist es bekannt, die Festigkeitseigenschaften von kupferhaltigen Stählen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und einem Kupfergehalt von 0'4 bis 3% nach dem Warmwalzen oder normalisierenden Glühen durch ein Anlassen bei Temperaturen zwischen 350 und 600 C wirksam zu erhöhen.
Demgegenüber wurde gefunden, dass auch die Festigkeitseigenschaften eines unterhalb seines Al-Punktes und vorzugsweise unter 5500 C verformten Stahles, welcher Kupfer in einer Menge von zweckmässig 0'4bis 3% enthält, durch Anlassen bei Temperaturen zwischen 350 und 600 C in wirksamem Grade erhöht werden. Gegenüber den Festigkeitseigensehaften der im geglühten Zustande angelassenen Kupferstähle weisen die nach der Erfindung behandelten Stähle ganz erheblich höhere Werte für Streckgrenze und Zugfestigkeit bei verhältnismässig guter Zähigkeit auf.
Der Verlauf der Zugfestigkeit, der Streckgrenze und der Dehnung bei steigenden Anlasstemperaturen ist für einen Kohlenstoffstahl aus Fig. 1 und für einen Chrom-Kupfer-Stahl aus Fig. 2 der Zeichnung zu entnehmen. Bei Fig. 1 handelt es sich um einen um 6% kaltgezogenen Rundstahl mit 0-29% Kohlenstoff.
Die Kurven lassen den Verlauf der Festigkeitseigenschaften und der Dehnung bei zweistündigem Anlassen erkennen. Je nach der chemischen Zusammensetzung und dem Grad der Kaltverformung beobachtet man bis zu einer Anlasstemperatur von etwa 300 C mitunter eine gewisse Steigerung von Festigkeit und Streckgrenze über ihre Ausgangswerte. Diese Erscheinungen gehören in das Gebiet des Alterns.
Die in Fig. 2 dargestellten Kurven beziehen sich auf nahtlose Rohre aus Chrom-Kupfer-Stahl mit 0-2% Kohlenstoff, 0'3% Silizium, 0-8% Mangan, 0-4% Chrom und 0-8% Kupfer. Die Rohre sind um 8% kaltgezogen und eine Stunde bei steigenden Temperaturen angelassen und bei Raumtemperatur geprüft. Die Kurven lassen den Verlauf der Streckgrenze bzw. der 0'2-Grenze, der Zugfestigkeit und der Dehnung in Abhängigkeit von der Anlasstemperatur erkennen. Dem bei etwa 350'C einsetzenden Ent-
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durch das Anlassen bekanntlich erheblich erhöht.
Wie Untersuchungen ergeben haben, ist die Steigerung der Festigkeitseigenschaften des kaltverformten kupferlegierten Stahles auf die Ausscheidungshärtung durch überschüssig gelöstes Kupfer zurückzuführen, die sich dem normalen Entfestigungsvorgang überlagert. Die optimale Anlasstemperatur und-dauer werden durch die Menge des überschüssig gelösten Kupfers und den Grad der Kaltverformung bestimmt, u. zw. wirken beide Faktoren in der gleichen Richtung : Je höher die überschüssig gelöste Kupfermenge und der Grad der Kaltverformung ist, bei desto tieferen Temperaturen wird bei entsprechender Zeitdauer ein Optimum der Festigkeitseigenschaften erreicht. Als untere Grenztemperatur kann 3500 C, als obere 6000 C angesehen werden.
Im allgemeinen werden unter 500'C liegende Temperaturen und a, us betriebstechnischen Gründen Zeiten von 1 bis 6 Stunden zweckmässig sein. Durch Kombination verschiedener Anlasstemperaturen und-zeiten ist eine weitgehende Abstufung in den Festigkeitseigenschaften möglich. Besondere Kennzeichen der auf diesem Wege erreichten Eigenschaften sind immer ein hohes Streekgrenzenverhältnis und verhältnismässig hohe Formänderungswerte.
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Formgebung und Anlassen können ausserdem zweckmässig auch im gleichen Arbeitsgang erfolgen, was mit wirtschaftlichen Vorteilen verbunden ist. Gleichzeitige Verformung und Ausseheidungshärtung führen also zu einer ganz ausserordentlich starken Steigerung von Streckgrenze und Zugfestigkeit. So wurden durch ein 10%iges Recken eines kupferlegierten Stahles bei 450 C, der im Walzzustand eine
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67 mm2 Zugfestigkeit bei guter Dehnung und Zähigkeit erreicht.
Der Kohlenstoffgehalt der kupferlegierten Stähle soll zweckmässig 0-4% nicht überschreiten, da der Ferrit der Träger der Anlasshärtung ist. Am Wesen des Verfahrens wird nichts geändert, wenn die kupferlegierten Stähle noch andere Mischkristallbildner, wie z. B. Chrom, Mangan, Silizium, Molybdän, Wolfram, Vanadin, in Mengen unter 2%, einzeln oder kombiniert, enthalten, was mit Rücksicht auf eine hohe Zähigkeit erwünscht ist.
Die Kaltverformung kann in üblicher Weise und in den üblichen Grenzen, z. B. durch Ziehen, Walzen, Stauchen oder Pressen, erfolgen.