AT235327B - Gehärteter Nickel-Stahl für Gegenstände, die eine hohe Festigkeit aufweisen und zugleich auch korrosionsbeständig sein müssen - Google Patents

Gehärteter Nickel-Stahl für Gegenstände, die eine hohe Festigkeit aufweisen und zugleich auch korrosionsbeständig sein müssen

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AT235327B AT681660A AT681660A AT235327B AT 235327 B AT235327 B AT 235327B AT 681660 A AT681660 A AT 681660A AT 681660 A AT681660 A AT 681660A AT 235327 B AT235327 B AT 235327B
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Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Gehärteter Nickel-Stahl für Gegenstände, die eine hohe Festigkeit aufweisen und zugleich auch korrosionsbeständig sein müssen 
Wesentliche Mengen Kohlenstoff enthaltende Kohlenstoffstähle können zu Härtewerten von 50 Rock- well C   (R.)   oder darüber, jedoch nur in dünnen Querschnitten oder nahe der Oberfläche eines dicken
Querschnittes, gehärtet werden. Ferner haben diese Stähle nur eine geringe Korrosionsbeständigkeit. An- derseits können Chrom und Nickel-Chrom enthaltende austenitische Stähle, die eine gute Korrosionsbe- ständigkeit besitzen, normalerweise nicht auf solch hohe Härtewerte gehärtet werden.

   Das gleiche gilt für chromhaltige   martensitische,   rostfreie Stähle mit Ausnahme jener, die einen hohen Kohlenstoffgehalt besitzen ; diese zuletzt genannten Stähle besitzen im gehärteten Zustand meist keine Dehnbarkeit und können auch nicht leicht geschweisst werden. 



   Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung eines 18-30% Nickel, 1,5-9% Aluminium oder/und Titan, bis   2gogo   Kobalt, bis 2% Niob, bis 0, 25% Vanadium, bis   0, 1%   Kohlenstoff, bis   1%   Mangan, bis
0, 5% Silizium, bis   0, 10/0   Kalzium, bis   0, 10/0 Bor,   bis   0, 1%   Zirkon enthaltenden Stahles, der durch Lösungsglühen bei 760-1175 C, Aushärten durch 1-24 h über dem martensitischen Umwandlungsbereich innerhalb 590-760 C und nach Abkühlung auf eine unter   320C   gelegene Temperatur anschliessend durch
1/4-24 h bei 260-650 C, vorzugsweise bei höchstens 540 C, ausgehärtet ist, für Gegenstände,

   die eine hohe Festigkeit aufweisen und zugleich auch korrosionsbeständig sein müssen
Der Kohlenstoffgehalt des Stahles ist vorzugsweise geringer als 0,   05%   und meist geringer als 0, 03% oder sogar 0,   01%.   Für die höchste Härte soll der Titan-+ Aluminiumgehalt   5-9calo   betragen, während er für eine Vereinigung von hoher Dehnbarkeit mit hoher Festigkeit geringer als Wo sein soll, wobei   1-3%   Titan anwesend sein sollen. Wenn der Titan-+ Aluminiumgehalt weniger als 3% beträgt, soll der Nickelgehalt vorzugsweise   281o   nicht überschreiten. Die Gegenwart des Niobs in Mengen von mindestens ungefähr dem 10fachen Kohlenstoffgehalt ist ausserdem vorteilhaft, wenn man die Vereinigung von hoher Dehnbarkeit und hoher Festigkeit erzielen will.

   Die Menge der Verunreinigungen im Eisen,   z. B.   an Schwefel, Phosphor und Stickstoff, soll so niedrig als möglich gehalten werden und 0, 05% nicht überschreiten. Chrom und Molybdän besitzen eine erniedrigende Wirkung auf die Härte und Dehnbarkeit und sollen abwesend sein, obgleich davon bis zu   ? f1/0   als Verunreinigung zugelassen werden können. 



   Die härtende Wärmebehandlung umfasst also das Lösungsglühen des Stahles durch Erhitzen auf   760-11750C   durch mindestens 1/4 h,   das Aushärten   durch   1-24 h über   dem martensitischen Umwandlungsbereich innerhalb 590-760 C das Abkühlen auf eine unter   320C   gelegene Temperatur zur Erzielung der martensitischen Umwandlung und das Aushärten durch 1/4-24 h bei   260-650 C,   vorzugsweise höchstens 5400C. Beim Aushärten sollen bei niedrigeren Temperaturen längere Zeiträume und bei höheren Temperaturen kürzere Zeiträume angewendet werden. Das Abkühlen kann die Abkühlung auf unter 0 C durch mehrere Stunden oder das Halten bei Raumtemperatur durch einige Tage beinhalten. 



   Anscheinend wird bei der ersten Aushärtung eine Nickel enthaltende Gammaphase ausgeschieden, demgemäss die Grundmasse an Nickel in einem solchen Ausmass   verarmt,   dass beim Abkühlen die Martensitumwandlung eintritt und bei der zweiten Aushärtung eine weitere Ausscheidung der Gammaphase erfolgt. In dem Fall, als 18-24% Nickel enthaltende Stähle während des Abkühlens von der   LösungsglUh-   temperatur die Martensitumwandlung gewährleisten, kann die erste Aushärtung entfallen. 



   Als Beispiel zeigt die Tafel 1 die Zusammensetzung einer Anzahl von Stählen und die Tafel 2 eine Anzahl von Wärmebehandlungen. 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 



  Tafel 1 : 
 EMI2.1 
 
<tb> 
<tb> Legierung <SEP> Nr. <SEP> Ni <SEP> Ti% <SEP> Al% <SEP> Nb% <SEP> Mn% <SEP> Si% <SEP> C% <SEP> Fe%
<tb> 1 <SEP> 19,. <SEP> 8 <SEP> 1, <SEP> 76 <SEP> 0,85 <SEP> 1,00 <SEP> 0, <SEP> 61 <SEP> 0, <SEP> 24 <SEP> 0, <SEP> 0086 <SEP> Rest <SEP> * <SEP> 
<tb> 2 <SEP> 24, <SEP> 0 <SEP> 1,79 <SEP> 0,79 <SEP> 1,35 <SEP> 0,54 <SEP> 0,28 <SEP> 0, <SEP> 010 <SEP> Rest <SEP> * <SEP> 
<tb> 3 <SEP> 25,54 <SEP> 3,73 <SEP> 3, <SEP> 89-0, <SEP> 46 <SEP> 0,22 <SEP> 0, <SEP> 017 <SEP> Rest
<tb> 4 <SEP> 20,2 <SEP> 1, <SEP> 7-1, <SEP> 1 <SEP> 0, <SEP> 45 <SEP> 0,22 <SEP> 0, <SEP> 020 <SEP> Rest <SEP> * <SEP> 
<tb> 5 <SEP> 24,4 <SEP> 1, <SEP> 6 <SEP> weniger <SEP> 1, <SEP> 6-0, <SEP> 23 <SEP> 0, <SEP> 037
<tb> als <SEP> 0, <SEP> 01
<tb> 6 <SEP> 20,1 <SEP> 1,91 <SEP> 0,79 <SEP> 1,58 <SEP> 0,05 <SEP> 0,05 <SEP> 0,04 <SEP> Rest <SEP> * <SEP> 
<tb> 7 <SEP> 19, <SEP> 6 <SEP> 2,

  02 <SEP> 0, <SEP> 61 <SEP> 0, <SEP> 98 <SEP> 0, <SEP> 34 <SEP> 0, <SEP> 23 <SEP> 0, <SEP> 025 <SEP> Rest
<tb> 
   *'einschliesslich   unbedeutender Mengen unvermeidlicher Verunreinigungen und
Restgehalte des Desoxydationsmittels 
Tafel 2 : 
 EMI2.2 
 
<tb> 
<tb> Wärme- <SEP> 1. <SEP> Aushärten <SEP> Abkühlen <SEP> 2.

   <SEP> Aushärten
<tb> behandlung <SEP> Stunden <SEP> Temperatur <SEP>  C <SEP> Stunden <SEP> Temperatur <SEP> OC <SEP> Stunden <SEP> Temperatur <SEP> OC
<tb> A <SEP> 1 <SEP> 705 <SEP> 16 <SEP> -73 <SEP> 1 <SEP> 510 <SEP> 
<tb> B <SEP> 4 <SEP> 705 <SEP> Abkühlen <SEP> auf <SEP> Raumtemperature <SEP> 1 <SEP> 510
<tb> C <SEP> 4 <SEP> 705 <SEP> 16-73 <SEP> 4 <SEP> 450
<tb> D <SEP> 24 <SEP> 620 <SEP> 16-73 <SEP> 1 <SEP> 510
<tb> E <SEP> 12 <SEP> 650 <SEP> 8 <SEP> -18 <SEP> 1 <SEP> 510
<tb> F <SEP> 4 <SEP> 705 <SEP> 16-73 <SEP> 1 <SEP> 510
<tb> G--16-73 <SEP> 1 <SEP> 565
<tb> H--16-73 <SEP> 4 <SEP> 480
<tb> I <SEP> - <SEP> - <SEP> 16 <SEP> -73 <SEP> 4 <SEP> 540
<tb> 
 
Die Aushärtungen gemäss Tafel 2 wurden angewendet, nachdem der Stahl durch Erhitzen auf   790-870 C   durch 1/4-4 h lösungsgeglüht wurde.

   Da diese Lösungsglühung stets zu einem austenitischen Gefüge des Stahles führt, ist die Art der Abkühlung des Stahles nach dieser Glühung bedeutungslos. 



   Durch eine Änderung der Zusammensetzung des Stahles und der Wärmebehandlungsbedingungen kann zwar eine weitgehende Abwandlung im Verhältnis der physikalischen Eigenschaften erzielt werden ; im Rahmen der Erfindung können jedoch drei Haupttypen des gehärteten Stahles unterschieden werden. 



   Die erste Type umfasst Stähle mit einem Nickelgehalt von mindestens   24%   und einem hohen Aluminium-+ Titangehalt von 5 bis 9%. Diese Stähle können bis zu extrem hohen Werten gleichmässig und durchwegs über ihren gesamten Querschnitt gehärtet werden und zeigen vor der Härtebehandlung eine gute Verarbeitbarkeit und eine niedrige Härte. Sie sind in der Legierung Nr. 3 veranschaulicht, die nach 
 EMI2.3 
 durch 12 h bei 6500C einem Abkühlen durch 8 h bis auf -180C und einer zweiten Aushärtung durch 1 h bei 5100C besitzt die Legierung Nr. 3 eine Härte von 66 Rc. Ein Wiedererhitzen durch 1 h auf 5100C steigert die Härte auf den äusserst hohen Wert von 67   R, die   im wesentlichen über den ganzen Querschnitt gleich war. 



   Die zweite Stahltype umfasst jene Stähle mit Nickelgehalten von 24 bis   28%,   vorzugsweise   24-26%,   und einem Titan- + Aluminiumgehalt von 1, 5 bis   30/0,   die mindestens   1%   Titan enthalten. Diese Type ist durch die Legierungen Nr. 2 und 5 veranschaulicht, welche brauchbare physikalische Eigenschaften einschliesslich einer hohen Härte, hohe Streckgrenze, hohe Zugfestigkeit und eine erwünschte Dehnbarkeit im gehärteten und vollständig ausgehärteten Zustand aufweisen. Im   lösungsgeglühten   Zustand sind diese Stähle weich und sowohl im warmen als auch im kalten Zustand. leicht bearbeitbar.

   So besitzt die Legie- 
 EMI2.4 
 nachglühung, dem ersten Aushärten und der Abkühlung unterworfen wurden, nach einer zweiten Aushärtung durch 1 h bei   510 C   eine Endhärte zwischen ungefähr 54   R- ; und   58 Rc, ohne Rücksicht darauf, ob die Proben nach der zweiten Aushärtung im Wasser abgelöscht, luftabgekühlt oder in einem Ofen mit einer Geschwindigkeit von ungefähr   55 C/h   langsam abgekühlt wurden.

   Die mit Stählen dieser Type erhaltenen Festigkeitseigenschaften sind in der Tafel 3 veranschaulicht. 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 
 EMI3.1 
 
 EMI3.2 
 
<tb> 
<tb> Legierung <SEP> Nr. <SEP> Wärme-0, <SEP> 2 <SEP> Streckgrenze <SEP> Festigkeit <SEP> Dehnung <SEP> Einschnürung
<tb> behandlung <SEP> (kg/mm2) <SEP> (kg/mm2) <SEP> % <SEP> 0/0 <SEP> 
<tb> 2 <SEP> A <SEP> 149. <SEP> 0 <SEP> 195, <SEP> 0 <SEP> 8 <SEP> 8, <SEP> 6 <SEP> 
<tb> 2 <SEP> F <SEP> 186, <SEP> 5 <SEP> 252, <SEP> 1 <SEP> 5 <SEP> 
<tb> 5 <SEP> C <SEP> 170, <SEP> 2 <SEP> 186, <SEP> 5 <SEP> 9 <SEP> 30, <SEP> 8 <SEP> 
<tb> 
 
 EMI3.3 
 Zustand gewünscht, ist es vorteilhaft, den Stahl in der Nähe der unteren Grenze des   Lösungsglühtempe-   raturbereiches, z. B. bei 8200C oder darunter, zu glühen.

   Um die höchste Streckgrenze nach dem folgenden Aushärten zu erzielen, soll der Stahl von der Lösungsglühtemperatur langsam auf   5400C   abgekühlt werden ; vorzugsweise ungefähr   5 C/sec.   



   Bei den Stählen, die nach dem Lösungsglühen weich gemacht werden können, hängt die Härte im weichen Zustand von der Abkühlungsgeschwindigkeit von der   Lösungsgiühtemperatur   ab. Sollen die Stähle kalt verarbeitet werden, sollen sie rasch abgekühlt werden, insbesondere durch Abschrecken in Wasser oder Abkühlung an der Luft. Nach dieser Behandlung besitzen jene, 24% oder mehr Nickel enthaltenden Stähle im allgemeinen eine Härte von-4 bis 15 Rc und können nach dem Lösungsglühen leicht verarbeitet werden. 



   Die dritte Type von Stählen umfasst jene mit einem Nickelgehalt von weniger als 24% z. B. von ungefähr   200/0.   Diese Stähle zeigen ein günstiges Verhältnis von Streckgrenze, Festigkeit und Dehnbarkeit bei Härtewerten von im allgemeinen über 50 R.. Sie fallen aber nach dem Lösungsglühen nicht austenitisch an, wenn sie nicht unter die Umwandlungstemperatur des Martensits abgekühlt werden. Ist dies der Fall, verleiht die darauffolgende Wärmebehandlung zwischen 260-650 C   demStahl   ein   martensitisches Gefüge.   



   Beispiele dieser Type sind die Legierungen Nr. 1, 4,6 und 7. Die erzielten Festigkeitseigenschaften sind in der Tafel 4 veranschaulicht. 



   Tafel 4 : 
 EMI3.4 
 
<tb> 
<tb> Legierung <SEP> Nr. <SEP> Wärme-0, <SEP> 2 <SEP> Streckgrenze <SEP> Festigkeit <SEP> Dehnung <SEP> Einschnürung
<tb> behandlung <SEP> (kg/mm) <SEP> (kg/mm <SEP> ) <SEP> % <SEP> % <SEP> 
<tb> 1 <SEP> B <SEP> 178,0 <SEP> 190, <SEP> 1 <SEP> 7 <SEP> 15,2
<tb> 1 <SEP> I <SEP> 181,9 <SEP> 190,6 <SEP> 9 <SEP> 37, <SEP> 5
<tb> 4 <SEP> H <SEP> 182, <SEP> 1 <SEP> 207 <SEP> 10 <SEP> 40
<tb> 6 <SEP> F <SEP> 199,9 <SEP> 212, <SEP> 1 <SEP> 6 <SEP> 13,5
<tb> 7 <SEP> G <SEP> 194, <SEP> 2 <SEP> 201, <SEP> 8 <SEP> 9 <SEP> 35, <SEP> 4
<tb> 
 
 EMI3.5 
 verformbar nach spröde erleiden. Sie behalten auch ein brauchbares Verhältnis ihrer physikalischen Eigenschaften bei mässig   erhöhten Temperaturen   bei und können daher vorteilhaft zu Bauteilen verwendet werden, welche erhöhten Temperaturen bis zu 5400C ausgesetzt sind.

   Sie können leicht bei Temperaturen zwischen 760 und   1 0800C   warm verarbeitet und in geschmiedete Formen gestaltet werden ; sie besitzen einen hohen Widerstand gegenüber Wärmestössen und Spannungsrissbildungen, der diese Bauteile befähigt, leicht durch Schweissen zusammengefügt zu werden. Wenn gewünscht, können diese Stähle auch in gegossenen Formen, z. B. als Präzisionsgussstücke, hergestellt werden. 



    PATENTANSPRÜCHE :    
1. Die Verwendung eines 18-30% Nickel, 1, 5-9% Aluminium oder/und Titan, bis   20%   Kobalt, bis   2%   Niob, bis 0, 25% Vanadium, bis   0, 1%   Kohlenstoff, bis   10/0   Mangan, bis   0, 50/0   Silizium, bis   0, 1%   
 EMI3.6 
 Aushärten durch 1-24 h über dem martensitischen Umwandlungsbereich innerhalb 590-760 C und nach Abkühlung auf eine unter   320C   gelegene Temperatur anschliessend durch 1/4-24 h bei   260-650 C,   vorzugsweise bei höchstens 540 C, ausgehärtet ist, für Gegenstände, die eine hohe Festigkeit aufweisen und zugleich auch korrosionsbeständig sein müssen.

Claims (1)

  1. 2. Die Verwendung eines wärmebehandelten Stahles nach Anspruch 1, dessen Kohlenstoffgehalt <Desc/Clms Page number 4> geringer als 0, 05% ist, für einen Zweck nach Anspruch 1.
    3. Die Verwendung eines wärmebehandelten Stahles nach Anspruch 1, dessen Niobgehalt das 10fache seines Kohlenstoffgehaltes beträgt, für einen Zweck nach Anspruch 1.
    4. Die Verwendung eines warmebehandelten Stahles nach Anspruch 1, dessen Nickelgehalt mindestens 24% und sein Gehalt an Titan + Aluminium 5-9'lu beträgt, für einen Zweck nach Anspruch 1.
    5. Die Verwendung eines wärmebehandelten Stahles nach Anspruch 1, dessen Nickelgehalt 24-28% und dessen Titan- +¯ Aluminiumgehalt 1,5-3% beträgt, wobei er mindestens 10/0 Titan enthält, für einen Zweck nach Anspruch 1.
    6. Die Verwendung eines wärmebehandelten Stahles nach Anspruch 1, dessen Nickelgehalt weniger EMI4.1 zu 21o Niob enthält, und dessen Aushärten innerhalb 590-7600C entfallen kann, für einen Zweck nach Anspruch 1.
AT681660A 1959-09-11 1960-09-07 Gehärteter Nickel-Stahl für Gegenstände, die eine hohe Festigkeit aufweisen und zugleich auch korrosionsbeständig sein müssen AT235327B (de)

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