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Einsatzstähle
Gegenstand des Stammpatentes Nr. 214468 ist ein Verfahren zur Herstellung von legierten oder unlegierten Stählen mit niedrigem Gehalt an nichtmetallischen oxydischen Einschlüssen, wonach dem mit Mangan, Silicium od. dgl. desoxyd1erren Stal11bad, dessen Temperatur mindestens 1500 e. vorzugswei-
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Oxyde und Nitride in der metallischen Grundmasse zu erzielen, dass die Stähle eine vollkommene Kornwachstumsicherheit bei den üblichen Einsatztemperaturen aufweisen. Als Beispiel wurden dort die ChromMangan-Einsatzstähle genannt, die mit Sicherheit aus der Einsatztemperatur direkt gehärtet werden können. Sie sind auch bei den längsten in der Praxis zur Anwendung kommenden Zementationszeiten vollkommen kornwachstumsicher.
Es hat sich nun bei der Anwendung der nach dem Verfahren des Stammpatentes hergestellten, unlegierten und legierten Einsatzstähle überraschenderweise gezeigt, dass sie noch weitere für die praktische Verwendung wesentliche Eigenschaften aufweisen. So können die Zementationsbedingungen, die bisher für alle Einsatzstähle mit einer Temperatur von maximal 9200 C bei Zementationszeiten von maximal 20 Stunden begrenzt waren, wesentlich erweitert werden.
Einsatzstähle mit Aluminiumgehalten von mehr
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Der Kern des Werkstoffes behält dabei seine Ausgangskorngrösse entsprechend einer Wertzahl nach ASTM von 8 bis 9, während der aufgekohlte Rand auch unter den extremsten Bedingungen einer 20-sttindigen Zementation bei 10000 C noch eine Korngrösse von 6 bis 9 aufweist und damit nach allen technischen Begriffsbestimmungen als feinkörnig bezeichnet werden muss.
Die Anwendung hoher Zementationstemperaturen bis zu 10000 C gibt die Möglichkeit, die Zementationsdauer durch die erhöhte Diffusionsgeschwindigkeit des Kohlenstoffes wesentlich herabzusetzen und schafft gleichzeitig einen besseren Ausgleich im Kohlenstoffgefälle. Man kommt daher für eine gegebene Aufkohlungstiefe mit Zementationszeiten aus, die höchstens die Hälfte der bisherigen betragen. Eine Gegenüberstellung mit einem normalen"Feinkorn-Einsatzstahl"bisheriger Erzeugung zeigt den durch den oben angegebenen, in der Grundmasse gelösten Aluminiumgehalt von mehr als 0,05 und bis 0,50 % erzielten technischen Fortschritt :
1.
Normaler Feinkorn-Einsatzstahl entsprechend 16 MnCr5. Korngrösse nach McQuaid-Ehn im Ausgangszustand 6-8, aufgekohlt in festen Aufkohlungsmitteln bei einer Temperatur von 10000 C mit 10 Stunden Haltezeit.
Aus der Zementationshitze gehärtet : im Kern Korngrösse 4-5, in der aufgekohlten Randschicht Korngrösse 3-5.
Eine direkte Härtung aus der Zementationshitze ohne Zwischenwärmebehandlung ist nicht möglich.
2. Nach dem Verfahren des Stammpatentes hergestellter Feinkorn-Einsatzstahl EC 80, entsprechend 16 MnCr5.
Korngrösse nach McQuaid-Ehn im Ausgangszustand 8-9, aufgekohlt in festen Aufkohlungsmittelnbei
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einer Temperatur von 10000 C mit 10 Stunden Haltezeit.
Aus der Zementationshitzs gehärtet : im Kern Korngrösse 8-9, in der aufgekohlten Randschicht Korngrösse 7-9.
Eine direkte Härtung aus der Zementationshitze ist ohne Verlust an Zähigkeit möglich.
Neben der absoluten Feinkörnigkeit hat die Verwendung nach dem Verfahren des Stammpatentes hergestellter aluminiumlegierter Einsatzstähle zur Direkthärtung aus der Zementationshitze einen weiteren wesentlichen Fortschritt der technischen Entwicklung ermöglicht. Bei allen Einsatzstählen ist die Höchsthärte im aufgekohlten und gehärteten Rand abhängig vom Restaustenitgehalt, der bei der Härtung entsteht, und dieser ist wieder abhängig vom Randkohlenstoffgehalt und der Härtetemperatur. Man ist daher gezwungen, bei allen bisher erzeugten Einsatzstahlen neben dem Einhalten der Zementationstemperatur an der unteren Grenze, also etwa maximal 9000 C, eine Aufkohlung in der Randschicht auf maximal 0,7 bis 0,8 % C einzuhalten.
Bei höheren Randkohlenstoffgehalten werden besonders auch beiden Chrom-Mangan-Einsatzstählen so hohe Restaustenitgehalte auftreten, dass die Randhärte unter 60 HRc sinkt.
Die nach dem Verfahren des Stammpatentes hergestellten aluminiumlegierten Einsatzstähle lassen dagegen wesentlich Höhere Randkohlenstoffgehalte und eine höhere Härtetemperatur zu. So kann man z. B. die besonders empfindlichen Mangan-und Mangan-Chrom-Einsatzstähle (16 MnCr 5 und 15 Cr 3) bis auf Randkohlenstoffgehalte von 1, 0 bis 1, 2 % überkohlen, ohne dass die Randhärte selbst bei direkter Härtung von Zementationstemperaturen bis 10000 C unter 60 HR, sinkt. Diese technische Überlegenheit gegen- über allen bisher üblichen Einsatzstählen ist wesentlich für die Einführung neuer Einsatzhärteverfahren, besonders der kontinuierlichen Gasaufkolilung, bei der gelegentlich Überschreitungen des Randkohlenstoffgehaltes und der Zementationstemperatur kaum vermieden werden können.
Man kann sich die Wirkung des als Lcgierungselement im Stahl enthaltenen Aluminiums etwa ='0 vorstellen, dass bereits bei der Kristallisation und bei der späteren Abkühlung des Stahles im y-Gebiet Keime (bevorzugt Aluminium-Nitride) entstehen, deren Verteilungsform und Teilchengrösse durch die Höhe des Stickstoffgehaltes und die Höhe des Aluminiumgehaltes beeinflusst werden kann. Diese Keime erhöhen die Umwandlungsfreudigkeit des hochgekohlten Austenits in der Randzone so stark, dass die schädliche Restauste- nitbildung bis zu hohen Überkohlungen nicht mehr auftritt. Gegenüber der bekannten Wirkung von aluminiumhaitigen Keimen auf die Perlitstufe tritt in allen nach dem Verfahren des Stammpatentes hergestellten Stählen eine bisher nicht bekannte Beeinflussung der Umwandlung in der Martensitstufe ein.
Die absolute Überhitzungsunempfmdlichkeit bis zu Temperaturen von 1000 C und die Unempfind- lichkeit gegenüber einer bis zu 50 %gen Überkohlung in der äussersten Randschicht ohne schädliche Restaustenitbildung ist nicht nur bei den beispielsweise angeführten Mangan-und Chrom-Mangan-Einsatzstählen gegeben, sondern auch bei allen andern unlegierten und legierten, z. B. den Chrom-MolybdänEinsatzstählen. Auch diese sind erst nach ihrer Herstellung nach dem im Stammpatent gekennzeichneten Verfahren sicher und störungsfrei verarbeitbar.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Die Verwendung der nach dem Verfahren des Stammpatentes Nr. 214468 hergestellten legierten oder unlegierten Stähle als Einsatzstähle mit einer Kornwachstumsbeständigkeit bis zu Einsatztemperaturen von 1000 C.
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