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Verwendung einer wÅarinebehandelten Stahllegierung für dynamisch hochbeanspruchte Bauteile mit geringer Kerbempfindlichkeit.
Bei den bisher für dynamisch hoehbeanspruehte Bauteile verwendeten Stählen war eine Erhöhung der Dauerwechselfestigkeit im gekerbten Zustande auf Werte über 30 lcglmm2 nicht zu erreichen.
Im allgemeinen steigt zwar die an polierten Stäben ermittelte Dauerwechselfestigkeit etwa proportional der Zugfestigkeit des Stahles an. Selbst bei hocl1Vergüteten und hochlegierten Stählen wurde jedoch ein um. so beträchtlicherer Abfall der Dauerwechselfestigkeit im gekerbten Zustande festgestellt. Die Kerbempfindlichkeit des verwendeten Stahles ist aber bei dynamisch hochbeanspruchten Bauteilen äusserst wichtig, da durch die konstruktive Formgebung solcher Bauteile das Auftreten von Kerbwirkungen an dynamisch hochbeanspruchten Stellen nicht immer zu vermeiden ist und daher häufig Dauerbrüche an solchen Stellen auftreten.
Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung einer wärmebehandelten Stahllegierung mit einer bisher nicht bekannten Unempfindlichkeit gegen Kerbwirkungen zur Herstellung dynamisch hochbeanspruchter Bauteile, die, wie z. B. Zahnräder, Kurbelwellen, Induktorwellen, Kolben-und Pleuel- stangen und ähnlichen, geringe Kerbempfindliehkeit bei Dauerwechselbeanspruehungen aufweisen müssen.
Die gemäss der Erfindung zu verwendende Stahllegierung weist ein so bemessenes Verhältnis des Siliziumgehaltes zum Mangangehalt auf, dass hach einer Glühbehandlung ein Teil des Kohlenstoffgehaltes im Stahl in elementarer hochdisperser Form ausgeschieden ist. Die hochdispers verteilten Kohlenstoffteilehen wirken auf das Gefüge keimbildend und damit stark kornverkleinernd, wodurch eine bisher nicht bekannte Kerbunempfindlichkeit bei Dauerweehselbeanspruehung erzielt wird.
Diese Wirkung wird nach der Erfindung dann erreicht, wenn in einer Stahllegierung mit
EMI1.1
<tb>
<tb> 0'30-0'60% <SEP> Kohlenstoff,
<tb> 0'40-1'20% <SEP> Mangan,
<tb> 0-80-2-00% <SEP> Silizium,
<tb> Phosphor <SEP> und <SEP> Schwefel <SEP> normal <SEP> und
<tb> Rest <SEP> Eisen
<tb>
der Siliziumgehalt höher gehalten wird als der Mangangehalt-wobei vorzugsweise der Siliziumgehalt etwa doppelt so hoch ist wie der Mangangeh, It-und diese Stahllegierung einer Glühung oberhalb des oberen Umwandlungspunktes mit anschliessender Abkühlung im Ofen oder in ruhiger Luft unterworfen wird.
Die Wärmebehandlung der Stahllegierung kann jedoch ruch durch eine Vergütung erfolgen, die in beschleunigter Abkühlung in Wasser, Öl oder Luft mit anschliessendem Anlassen auf so hohe Temperaturen, vorzugsweise 700 C und darüber, besteht, dass die Zugfestigkeit gegenüber dem langsam abgekühlten Zustand nicht wesentlich erhöht ist.
Es sind bereits Stähle der angegebenen Zusammensetzung bekannt geworden, in denen der Siliziumgehalt den Mangangehalt überwiegt. Diese Stähle sind jedoch stets in hochvergütetem Zustand mit einer Zugfestigkeit von etwa 140 kg/mm2 z. B. als Federstähle verwendet worden, wobei die günstige Wirkung des Siliziumgehaltes auf die Höhe der Elastizitätsgrenze in hochvergütetem Zustande ausge-' nutzt wurde. In diesem Zustand sind die Stähle jedoch ausgesprochen kerbempfindlich, weshalb bei der konstruktiven Durchbildung von Gegenständen aus diesen Stählen scharfe Querschnittsübergänge und Kerbwirkungen möglichst weitgehend vermieden werden mussten und ausserdem gegebenenfalls noch eine teuere Oberflächenbearbeitung der fertigen Gegenstände z.
B. durch Schleifen erfolgen musste, da die Gegenstände im hochvergüteten Zustande mit spanabhebenden Werkzeugen nicht bearbeitet werden konnten.
Die gemäss der Erfindung zu verwendende wärmebehandelte Stahllegierung weist dagegen bei einer zwischen etwa 70#80 kg/mm2 liegenden Zugfestigkeit vorzügliche Formänderungseigenschaften,
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gute Verarbeitbarkeit mit spanabhebenden Werkzeugen und eine bisher nicht bekannte Unempfind- lichkeit gegen Kerbwirkungen bei Dauerweehselbeanspruchungen auf.
Als Beispiel für die hohe Kerbunempfindlichkeit einer gemäss der Erfindung zusammengesetzten und wärmebehandelten Stahllegierung seien Versuchsergebnisse eines Stahles mit folgender Zusammensetzung und den nachstehenden Festigkeitseigenschaften wiedergegeben :
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<tb>
<tb> C <SEP> 1tfn <SEP> Si <SEP> P <SEP> S
<tb> 0-41 <SEP> 0-78 <SEP> 1-56 <SEP> 0-02 <SEP> 0'02 <SEP> %
<tb> Streckgrenze <SEP> Zugfestigkeit <SEP> Dehnung <SEP> Einschnürung
<tb> kg/mm2 <SEP> kg/mrn2 <SEP> 5d% <SEP> 10d <SEP> %
<tb> 56-2 <SEP> 77-3 <SEP> 31-0 <SEP> 22-0 <SEP> 51
<tb>
Dauerwechselfestigkeit am polierten Stabe : 41 kg/mm2
Dauerweehselfestigkeit am eingekerbten Stabe :
38 y/WHK (Beim eingekerbten Stabe betrug die Kerbtiefe O'l mm und der Kerbwinkel 60 .)
Demgegenüber erreicht zwar der Chromnickelvergütungsstahl VCN 35 h nach DIN 1662 eine Dauerweehselfestigkeit von 42 lcg/rmn2 bei polierter Staboberfläche, während jedoch seine Dauerweehselfestigkeit im gekerbten Zustande nur 29 A/m beträgt.
Neben der äusserst geringen Kerbempfindliehkeit weist die gemäss der Erfindung zu verwendende wärmebehandelte Stahllegierung Festigkeitseigenschaften, insbesondere Dehnungswerte, auf, wie sie bisher nur bei hochvergüteten Chromniekelstählen erreicht wurden. Da der Stahl aber ausser Kohlenstoff, Mangan und Silizium keine anderen wertvollen Legierungsbestandteile zu enthalten braucht, ist seine wirtschaftliche Überlegenheit gegenüber den Chromniekel bzw. Chrom-Molybdänstählen und ähnlichen Edelstählen gegeben.
Ein weiterer Vorteil dieser Stahllegierung besteht darin, dass sie ihre hervorragenden Eigenschaften bereits im normalisierend geglühten Zustande erhält. Darunter ist bekanntlich Erhitzung über den oberen Umwandlungspunkt mit nachfolgender Ofen-bzw. Luftabkühlung zu verstehen. Auch hat sich gezeigt, dass die Festigkeitseigenschaften des Stahles, insbesondere das Streekgrenzenverhältnis und die Dehnung weiter verbessert werden, wenn der Stahl von einer über seinem Umwandlungspunkt gelegenen Temperatur abgeschreckt und nachfolgend hoch, vorzugsweise bei etwa 700 C und darüber, angelassen wird, wobei die günstigen dynamischen Eigenschaften, insbesondere die geringe Kerbempfindlichkeit keine wesentliche Einbusse erleiden.
Im Wesen der Erfindung wird nichts geändert, wenn die Wirkung des Siliziums durch Legierung mit den Elementen Aluminium, Kupfer oder Nickel, die ebenfalls die Ausscheidung des Kohlenstoffs in elementarer höchdisperser Form begünstigen können, unterstützt wird. Diese Elemente können daher einzeln bis zu 1% oder zu mehreren bis zu insgesamt 3% das Silizium teilweise ersetzen.
Die gemäss der Erfindung zu verwendende Stahllegierung kann ebenfalls geringe Mengen der Karbidbildner Chrom, Molybdän, Wolfram, Vanadin oder Titan enthalten, wenn die die Abscheidung des Kohlenstoffs in hochdisperser elementarer Form begünstigenden Elemente Silizium, Aluminium, Kupfer oder Nickel in solchen Mengen vorhanden sind, dass ihre Wirkung auf die Keimbildung durch Abseheidung elementaren Kohlenstoffs die Wirkung der Karbidbildner überwiegt.
Gemäss der Erfindung kann die wärmebehandelte Stahllegierung sowohl in der Form von Guss- stücken als auch Schmiede-oder Walzerzeugnissen verwendet werden.
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PATENT-ANSPRUCHE <SEP> :
<tb> 1. <SEP> Verwendung <SEP> von <SEP> Stahllegierungen <SEP> der <SEP> nachstehenden <SEP> Zusammensetzung <SEP> :
<tb> 0-30-0-60% <SEP> Kohlenstoff,
<tb> 0-40-1-20% <SEP> Mangan,
<tb> 0-80-2-00% <SEP> Silizium,
<tb> Phosphor <SEP> und <SEP> Schwefel <SEP> normal,
<tb> Rest <SEP> Eisen,
<tb>
bei denen innerhalb der angegebenen Grenzen der Siliziumgehalt den Mangangehalt übersteigt und durch eine Glühbehandlung ein Teil des Kohlenstoffs in elementarer hochdisperser Form ausgeschieden ist, für Bauteile, die einer hohen Dauerwechselbeanspruchung ausgesetzt sind, vorzugsweise für solche Teile, die infolge ihrer Formgebung geringe Kerbempfindlichkeit aufweisen müssen, z. B. Zahnräder, Kurbelwellen, Induktorwellen, Kolben-und Pleuelstangen u. dgl.