AT408762B - Verwendung einer austenitischen stahllegierung - Google Patents

Description

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   Die Erfindung betrifft die Verwendung einer ferritfreien austenitischen Stahllegierung für Schmuckstücke und insbesondere für äussere Uhrenteile wie Uhrenschalen und dergleichen, welche Stahllegierung die Legierungselemente Kohlenstoff (C), Silizium (Si), Mangan (Mn), Molybdän (Mo), Chrom (Cr), Nickel (Ni), Eisen (Fe) und Begleitelemente enthält. 



   Schmuckstücke und äussere Uhrenteile sollen das Aussehen möglichst lange beibehalten und keinerlei Nachteile im ästhetischen Erscheinungsbild bei oftmaligem Gebrauch aufweisen. 



   Bei einem Kontakt der Teile mit der menschlichen Haut werden diese jedoch oftmals besonders hohen Korrosionsbelastungen durch Körperschweiss und dergleichen ausgesetzt. Aus diesem Grunde sind für obige Teile durchwegs hochkorrosionsfeste Werkstoffe auszuwählen. 



   Abgesehen von Edelmetallen wie Gold, Platin und dergleichen und aufwendigen Beschichtungen mit diesen ist es bekannt, Titan und Titanlegierungen als Werkstoff für Uhrengehäuse einzusetzen. Diese Titanwerkstoffe weisen höchste Korrosionsfestigkeit auf, verursachen nach derzeitigem Wissen auch keinerlei Allergien, haben jedoch den Nachteil eines hohen Werkstoffpreises und können nicht auf Hochglanz poliert werden. 



   Werden Stahllegierungen für äussere Uhrenteile eingesetzt, so ist neben einer hohen Korrosionsfestigkeit derselben wichtig, dass diese keinesfalls auch nur stellenweise ein ferromagnetisches Verhalten zeigen. 



   Für kostengünstige äussere Uhrenteile sind derzeit zumeist ferritfreie austenitische Stahllegierungen, zum Beispiel mit der Werkstoffnummer 1. 4435 nach DIN, vorgesehen. Diese Werkstoffe können ein ausreichend gutes Korrosions- und magnetisches Verhalten zeigen und   zufriedenstel-   lend kaltumformbar sowie dergleichen polierbar sein, jedoch den Nachteil einer ungünstigen Zerspanbarkeit aufweisen. 



   Austenitische Stähle bilden bei einer Dreh- oder Fräsbearbeitung lange lockenförmige Späne, die sich ungünstig auf den Bearbeitungsvorgang und auf die Oberflächengüte des Werkstückes auswirken können. Weiters ist die Standzeit der verwendeten Werkzeuge gering. Dem Fachmann ist bekannt, durch höhere Schwefelgehalte, zum Beispiel 0,2 Gew. -% S, die Zerspanbarkeit des Werkstoffes zu verbessern und vorteilhaft kurzbrechende Späne bei dessen Bearbeitung zu bewirken. Das Brechen der Späne wird dabei durch Sulfideinschlüsse, insbesondere Mangansulfide, hervorgerufen, welche Einschlüsse jedoch einen äusserst nachteiligen Einfluss auf eine Hochglanz-   polierbarkeit des Materials haben.

   Mit anderen Worten : eine austenitische Stahllegierung   einen derartig hohen Schwefelgehalt, dass eine gute Zerspanbarkeit des Materials erreicht wird, so ist diese nicht auf Hochglanz polierbar. 



   Gleiches gilt für Blei-Titan-Niob- und erhöhte Sauerstoff-Gehalte im Stahl, die ebenfalls zur Verbesserung der Zerspanbarkeit des Werkstückes zulegiert sein können. 



   Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen und setzt sich zum Ziel, zur Verwendung für Schmuckstücke und insbesondere für äussere Uhrenteile wie Uhrenschalen und dergleichen eine ferritfreie austenitische Stahllegierung mit erhöhter Festigkeit, guter Polierbarkeit und verbesserter Zerspanbarkeit anzugeben. 



   Dieses Ziel wird durch die Verwendung einer ferritfreien austenitischen Stahllegierung, enthaltend in Gew.-% C höchstens 0,16 Si höchstens 1,2 Mn höchstens 2,2 Mo höchstens 4,9 Cr mindestens 15,0 Ni mindestens 9,0 sowie Stickstoff (N) 0,02 bis 0,3 Bor (B) 0,001 bis 0,02 Rest Fe und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, erreicht. 



   Die mit der Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen dann zu sehen, dass der Werkstoff bei einer gesicherten Korrosionsbeständigkeit auf der menschlichen Haut keinerlei für Uhren nachteilige ferromagnetische Eigenschaften besitzt und gleichzeitig eine verbesserte Zerspanbarkeit sowie höchste Güte der polierten Oberfläche aufweist. Weiters werden erhöhte Festigkeitswerte des Materials erhalten. Die Ursache dafür liegt, wie gefunden wurde, im wesentlichen in einer 

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 synergetischen Wirkung von Bor und Stickstoff in derartigen Legierungen. Das Bor ist in Stählen dieser Art praktisch nicht oder nur in geringem Ausmass löslich und bildet Boride, die gegebenenfalls durch den Einfluss von Stickstoff fein und homogen verteilt an den Korngrenzen im Gefüge eingelagert sind.

   Für den Fachmann war vollkommen überraschend, dass die harten Boride in den erfindungsgemässen Konzentrationen von Bor keinerlei Nachteile hinsichtlich der Polierbarkeit des Werkstoffes besitzen Offenbar sind die Borideinschlüsse so klein und dispers verteilt, dass keinerlei Schlieren, Streifen, Kometenstreifen und dergleichen beim Polieren auftreten. Weiters wurde überraschend festgestellt, dass trotz der geringen Korngrösse wesentlich kürzere Späne bei der Bearbeitung dieses Materials gebildet werden, bzw. dass ein Brechen der Späne gefördert wird. 



  Eine vom Fachmann erwartete Verschlechterung der Kaltumformbarkeit konnte bei üblichen Materialverformungen zum Beispiel im Herstellungsprozess von Uhrenschalen und Gehäuseteilen nicht festgestellt werden, wohl aber ist eine Steigerung der Materialfestigkeit durch B und N in den erfindungsgemässen Grenzen von 0,001 bis 0,02 B und 0,02 bis 0,3 N gegeben. Niedrigere Gehalte als 0,001 Gew.-% B sowie kleinere Konzentrationen als 0,02 Gew-% N ergeben eine schlechte Bearbeitbarkeit und eine erniedrigte Festigkeit des Materials, hingegen bewirken B-Werte über 0,02 Gew.-% grobe Boridausscheidungen vorwiegend in Wolkenform und somit stellenweise eine Materialversprödung und eine Verschlechterung der Polierbarkeit.

   Stickstoffgehalte über 0,3 Gew.-% können die mechanischen Werkstoffeigenschaften nachteilig für die Herstellung von Uhrenteilen ändern und bei Wechselwirkung mit Bor ungewünschte Nitride bilden. 



   Wenn die Legierung einen Gehalt in Gew.-% an Beryllium von 0,001 bis 0,02 aufweist, wird die günstige Wirkung von B und N im Hinblick auf eine verbesserte Zerspanbarkeit bei höchster Polierbarkeit des Stahles verstärkt. Auch die Materialfestigkeit erfährt durch Be-Gehalte im obigen Bereich eine Erhöhung. 



   Zusätzlich zu den wissenschaftlich belegbaren, vorteilhaften Eigenschaftsveränderungen des Materials wurde, insbesondere bei Uhrenböden aus Be- legierten Stählen im Gebrauch, von einem positiven Einfluss auf die Psyche der Trägerin bzw. des Trägers berichtet. Diese Wirkung könnte erreicht worden sein bzw. erreicht werden, weil die Be-Verbindungen im Uhrenboden fein verteilt vorliegen und am Handgelenk, an dieser neuralgischen Stelle, eine besonders konzentrierte Entfaltung und Wirksamkeit erreichen. 



   Für die Herstellbarkeit und die Gebrauchseigenschaften des Werkstoffes, aber auch hinsichtlich eines geringstmöglichen Werkzeugverschleisses kann es vorteilhaft sein, wenn die Legierung einen Summengehalt von Bor und Beryllium von 0,002 bis 0,028, vorzugsweise von bis zu 0,024 Gew. -% aufweist. 



   Eine vollaustenitische Gefugestruktur unter Vermeidung von Resten an Delta-Ferrit, welcher die Funktion von Uhrwerken stören kann, und eine hohe Korrosionsbeständigkeit des Werkstoffes sind in günstiger Weise errreichbar, wenn die Legierung in Gew. -% C höchstens 0,15; Cr 16,0 bis 20,0 ; Ni 10,0 bis 17,0 und Mo 1,1 bis 4 enthält. 



   Besondere Vorteile betreffend das Eigenschaftsprofil bzw. einer synergetischen Wirkung der Legierungselemente des Stahles sind erfindungsgemäss erreichbar, wenn die Legierung in Gew.-%   C kleiner/gleich 0,035 ; Si 0,15 bis 0,45 ; Mn1,5 bis 2,0 ; 16,5 bis 18,5; Mo 2,1 bis 3,1 ; 12,5 bis 14,0 ; B 0,0015 bis 0,012 ; 0,04 bis 0,2 ; Bekleiner/gleich 0,009 ; (B+Be) 0,0025 bis 0,018 enthält.   



   Anhand von Untersuchungsergebnissen wird die Erfindung im folgenden näher erläutert:
Eine Stahllegierung mit einer Zusammensetzung in Gew.-% von C = 0,021 Si = 0,28 Mn = 1,69 Cr = 17,6 Mo = 2,67 Ni = 13,3 B = 0,005 N = 0,065 Fe = Rest wurde in einem Labor-Induktionsofen erschmolzen und 50 % der Schmelze in eine Kokille unter Bildung eines Blockes A abgegossen. Dem Schmelzenrest wurde Be derart zulegiert, dass eine Konzentration dieses Elementes im Stahl von 0,006 vorlag, worauf damit eine Herstellung eines 

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 Blockes B erfolgte. Die Blöcke A und B wurden zu Blechen verformt, wonach aus den Blechen Uhrenschalen gefertigt und letztlich Armbanduhren hergestellt wurden.

   Im Herstellungsprozess erfolgte eine Feststellung des Korrosionsverhaltens K, der mechanischen Festigkeit F, der Polierbarkeit P und der Zerspanbarkeit Z des Werkstoffes der Versuchslegierungen, welche Werte in % mit denjenigen (100 %) der bisherigen Erzeugung 0 ohne B, N, Be in der Tabelle gegenübergestellt sind. 
 EMI3.1 
 
<tb> 
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  Werkstoff <SEP> Korrosion <SEP> K <SEP> [%] <SEP> Festigkeit <SEP> F <SEP> [%] <SEP> Polierbarkeit <SEP> P <SEP> Zerspanbarkeit
<tb> [%] <SEP> Z[%]
<tb> O <SEP> 100 <SEP> 100 <SEP> 100 <SEP> 100
<tb> A <SEP> 100 <SEP> 112 <SEP> 96 <SEP> 168
<tb> B <SEP> 105 <SEP> 118 <SEP> 98 <SEP> 182
<tb> 
 
Untersuchungen haben ergeben, dass die geringere Polierbarkeit der Materialien auf einen hohen Sauerstoffgehalt der Versuchsschmelzen zurückzuführen ist, welcher naturgemäss in einer Produktion von grösseren Schmelzen wesentlich geringer anfällt. 



   Im wesentlichen zeigen die Versuchsergebnisse eine ausgepägte Verbesserung der Zerspanbarkeit durch die Legierungselemente B, N nd Be bei verbesserten Festigkeitswerten des Stahles. 



   Befragungen von Personen nach einer Zeitdauer von 38 Tagen, in welcher Uhren mit einem Boden des Werkstoffes A und B im wesentlichen ununterbrochen am Handgelenk getragen wurden, erbrachten, dass das psychische Wohlbefinden der "B-Personen" um 63 % gesteigert war.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verwendung einer ferritfreien austenitische Stahllegierung, enthaltend in Gew. -% C höchstens 0,16 Si höchstens 1,2 Mn höchstens 2,2 Mo höchstens 4,9 Cr mindestens 15,0 Ni mindestens 9,0 sowie N 0,02 bis 0,3 B 0,001 bis 0,02 Rest Fe und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, mit erhöhter Festigkeit, guter Polierbarkeit, verbesserter Zerspanbarkeit und Beständigkeit gegen Korrosion auf der menschlichen Haut für Schmuckstücke und insbesondere für äussere Uhrenteile
2. 2. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung einen Gehalt in Gew.-% von Beryllium (Be) 0,001 bis 0,02 aufweist.
3. 3 Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung einen Summengehalt in Gew-% von (B+Be) = 0,002 bis 0,028, vorzugsweise bis 0,024, aufweist.
4. 4 Verwendung einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich- net, dass die Legierung in Gew.-% C höchstens 0,15 Cr 16,0 bis 20,0 Ni 10,0 bis 17,0 Mo 1,1 bis 4,0
5. 5 Verwendung einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich- net, dass die Legierung in Gew.-% C kleiner/gleich 0,035 Si 0,15 bis 0,45 Mn 1,5 bis 2,0 <Desc/Clms Page number 4> EMI4.1 <tb> <tb> Cr <SEP> 16,5 <SEP> bis <SEP> 18,5 <tb> Mo <SEP> 2,2 <SEP> bis <SEP> 3,1 <tb> Ni <SEP> 12,5 <SEP> bis <SEP> 14,0 <tb> B <SEP> 0,0015 <SEP> bis <SEP> 0,012 <tb> N <SEP> 0,04 <SEP> bis <SEP> 0,2 <tb> Be <SEP> kleiner/gleich <SEP> 0,009 <tb> B+Be <SEP> 0,0025 <SEP> bis <SEP> 0,018 <tb> enthält. <tb>

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