Der Gefahr einer Anfressung durch Schlagermüdungsbeanspruchung infolge Kavitation oder Tropfenschlag ausgesetzter Körper. Bei hydraulischen Maschinen, Schiffs propellern und dergleichen kommt es häufig vor, dass besonders die dem Tropfenschlag auswetzten Teile, sowie die auf der Saug seite der Strömung ausgesetzten Teile star ken Anfressungen unterworfen sind, durch die unter Umständen schon nach kurzer Zeit. der Betrieb in Frage gestellt werden kann. Früher erklärte man sich die Zerstörungen von auf der Saugseite der Strömung aus- ;;esetzten Teilen dadurch, dass an den betref fenden Stellen zufolge des dort herrschenden Unterdruckes die in der Flüssigkeit gelösten Gase frei und dann korrodierend wirken würden.
Später hat man jedoch erkannt, dass diese Hypothese nicht zutrifft. Es gelang nachzuweisen, dass sich infolge des Unter druckes Dampfblasen (Hohlräume) bilden können, welche plötzlich in sich zusammen fallen, sobald sie in Gebiete geringeren Un terdruckes gelangen. Beim Zusammenfallen dieser Dampfblasen entstehen, wie auch beim Tropfenschlag, ausserordentlich hohe, ört- liehe, schlagartige Beanspruchungen, welche eine Ermüdung des Materials und als Folge davon dessen Zerstörung durch Anfressungen verursachen können. Zur Vermeidung bezw. zur Verringerung solcher Anfressungen muss deshalb ein Material verwendet werden, wel ches eine möglichst hohe Ermüdungsfestig keit aufweist.
Um dieser Forderung gerecht zu werden, wählte man seit kurzer Zeit in Fällen, wo die Gefahr, dass Anfressungen durch Schlagermüdungsbeanspruchung ent stehen, gross ist, rostfreien, und zwar vor wiegend martensitischen Stahlguss. Man ging dabei von der Überlegung aus, dass bei un- legiertem Material die Ermüdungsfestigkeit durch die Benetzung bis zu<B>60%</B> ihres Wer tes in Luft herabgesetzt wird, während bei den rostfreien Stählen ein Einfluss der Be netzung kaum wahrnehmbar und die an sich gute Ermüdungsfestigkeit in Luft infolgedes sen auch bei Benetzung noch sehr hoch liegt.
Eingehende Versuche der Erfinderin haben nun gezeigt, dass bei der Beanspru- chung auf Schlagermüdung durch Kavitation und Tropfenschlag gar keine oder auf alle .Fälle keine wesentliche Herabsetzung der Ermüdungsfestigkeit durch die Benetzung eintritt, möglicherweise deshalb, weil bei der Schlagermüdung nur ganz kurzzeitige Bean spruchungen vorkommen. Es hat sich näm lich gezeigt, dass gewöhnliches (urlegiertes oder niedrig legiertes) und nichtrostendes Material von gleicher Ermüdungsfestigkeit in Luft bezüglich Verschleiss durch Schlag ermüdungsbeanspruchung praktisch gleich gut sind, woraus geschlossen werden muss, dass lediglich die Ermüdungsfestigkeit in Luft .des Materials eine Rolle spielt.
An Stelle des teuren, nichtrostenden Stahls kann somit für der Schlagermüdungsbeanspru chung ausgesetzte Stahlteile mit gleichem Erfolge gewöhnlicher (urlegierter oder nied rig legierter) und zwecks Erzielung der er ford-erlichen Festigkeit entsprechend ther misch behandelter Stahl verwendet werden.
Aus diesen Versuchen ergab sich somit, dass für hohen Widerstand gegen Abnützung durch Schlagermüdungsbeanspruchung ein Material mit möglichst hoher Ermüdungs festigkeit in Luft am geeignetsten ist. Nun kann man aber aus Gründen der leichten Be- arbeitbarkeit von Stahlteilen mit der Zug festigkeit, welche ungefähr doppelt so hoch ist wie die Ermüdungsfestigkeit in Luft, kaum über 100 kg/mm2 gehen, da sonst .die Bearbeitung zu kostspielig wird, und ein Vergüten der Teile nach dem Bearbeiten kommt wegen den dabei unvermeidlichen Deformationen und Spannungen nicht in Frage.
Ferner muss man auch von der Ver wendung von Material zu hoher Zugfestig keit, also hartem Material, :deshalb absehen, weil dasselbe die erforderliche Zähigkeit nicht besitzt.
Es liegt im Wesen der Schlagermüdung, dass lediglich die Oberfläche der Körper der hohen Ermüdungsbeanspruchung ausgesetzt ist. Es muss also genügen, wenn die Ober fläche der Körper eine hohe Ermüdungs festigkeit besitzt, was durch Oberflächenhär tung erreicht werden kann, Gestützt auf die erwähnten Versuchs ergebnisse und die vorgetragenen Erwägun gen bestehen nun Körper, die der Gefahr einer Anfressung durch Schlagermüdungs beanspruchung infolge Kavitation oder Trop fenschlag ausgesetzt sind, gemäss vorliegen der Erfindung mindestens teilweise auf zähem Stahl, der an der Oberfläche gehärtet ist. Ein solcher Körper besitzt infolge des zähen Kernes, trotz hoher Oberflächenhärte, als Granzes genügende Zähigkeit.
Die Erfin dung lässt sich beispielsweise anwenden bei Schaufeln für die Laufräder von Turbinen und Pumpen, Schiffspropellern und derglei chen. Dabei kann die Oberfläche solcher Kör per, die aus legiertem oder urlegiertem Stahl bestehen, durch Einsetzen oder Nitrieren ge härtet worden sein. Um die durch das Ab schrecken nach dem Einsetzen oder Nitrieren bedingten Nachteile zu vermeiden, ist es zweckmässig, solche legierte Stähle zu ver wenden, die durch Einsetzen oder Nitrieren und lediglich langsames Erkaltenlassen im Ofen bereits genügend hohe Oberflächenhärte erhalten. Es wurde dabei,die überraschende Tatsache festgestellt, dass sich durch die Oberflächenhärtung von.
Körpern aus zähem Stahl eine nicht erwartete, ausserordentliche Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegen Schlagermüdungsbeanspruchung erreichen lässt, und dass ferner der sonst bei Stahl stücken hoher Ermüdungsfestigkeit schäd liche Einfluss von Kerben anscheinend bei Körpern nach der Erfindung keine Rolle spielt. Es kann schon nach kurzer Zeit eine Aufrauhung der Körper erfolgen, ohne dass ,jedoch später Anfressungen entstehen.
Zweckmässig werden die Körper vor der Oberflächenhärtung fertig bearbeitet. Es können auch nur die Schlagermüdungsbean- spruchung ausgesetzten Stellen der Körper an der Oberfläche gehärtet, die übrigen Stel len dagegen weich gelassen werden.
Wie ausserordentlich günstig sich Körper verhalten, die aus zähem Stahl bestehen, der an der Oberfläche gehärtet ist, zeigen nach folgende, von der Erfinderin durchgeführte Versuche: Material gewöhnlicher Stahl rostfreier Stahl im Einsatz gehärteter Stahl durch Nitrieren gehärteter Stahl
The risk of pitting from impact fatigue as a result of cavitation or body exposed to dripping. In hydraulic machines, ship propellers and the like, it often happens that especially the parts exposed to the drop impact, as well as the parts exposed to the suction side of the flow, are subject to strong pitting, which may take place after a short time. the operation can be called into question. In the past, the destruction of parts exposed on the suction side of the flow was explained by the fact that the gases dissolved in the liquid would have a free and then corrosive effect at the points in question due to the negative pressure prevailing there.
However, it was later recognized that this hypothesis was incorrect. It was possible to demonstrate that as a result of the negative pressure, vapor bubbles (cavities) can form, which suddenly collapse as soon as they reach areas with lower negative pressure. When these vapor bubbles collapse, as in the case of drop impact, extraordinarily high, localized, sudden stresses arise, which can cause the material to become fatigued and, as a result, to be destroyed by pitting. To avoid or To reduce such pitting, a material must therefore be used which has the highest possible fatigue strength.
In order to meet this requirement, in cases where there is a high risk of scuffing due to impact fatigue stress, rust-free, predominantly martensitic cast steel has recently been chosen. It was based on the idea that in the case of unalloyed material, the fatigue strength is reduced by up to <B> 60% </B> of its value in air, whereas in the case of stainless steels, the influence of the wetting is hardly perceptible and the fatigue strength in air, which is good per se, is still very high, even with wetting.
In-depth tests by the inventor have now shown that when exposed to impact fatigue due to cavitation and drop impact there is no or in all cases no significant reduction in fatigue strength due to wetting, possibly because impact fatigue only experiences very brief stresses . It has been shown that ordinary (unalloyed or low-alloyed) and rustproof materials with the same fatigue strength in air are practically equally good with regard to wear from impact fatigue stress, from which it must be concluded that only the fatigue strength in air of the material plays a role .
Instead of the expensive, stainless steel, steel parts exposed to impact fatigue stress can be used with the same success as ordinary (unalloyed or low-alloyed) and thermally treated steel to achieve the required strength.
From these tests it was found that a material with the highest possible fatigue strength in air is most suitable for high resistance to wear and tear due to impact fatigue stress. However, for reasons of ease of processing steel parts with tensile strength, which is roughly twice as high as the fatigue strength in air, it is hardly possible to go above 100 kg / mm2, otherwise the processing will be too costly, and tempering of the parts after machining is out of the question because of the inevitable deformations and stresses.
Furthermore, one must refrain from using material that is too high tensile strength, i.e. hard material, because it does not have the required toughness.
It is in the nature of impact fatigue that only the surface of the body is exposed to high levels of fatigue. It must therefore be sufficient if the surface of the body has a high level of fatigue resistance, which can be achieved by surface hardening.Based on the test results mentioned and the considerations presented, there are now bodies that are at risk of being corroded by impact fatigue as a result of cavitation or droplets are exposed, according to the present invention at least partially on tough steel, which is hardened on the surface. As a result of the tough core, such a body has, in spite of the high surface hardness, sufficient toughness as a granite.
The invention can be applied, for example, to blades for the impellers of turbines and pumps, ship propellers and the like. The surface of such body, which are made of alloyed or non-alloyed steel, may have been hardened by insertion or nitriding. In order to avoid the disadvantages caused by the quenching after onset or nitriding, it is advisable to use alloyed steels that are sufficiently high surface hardness by inserting or nitriding and simply allowing them to cool slowly in the furnace. It was found thereby, the surprising fact that the surface hardening of.
Bodies made of tough steel can achieve an unexpected, extraordinary increase in the resistance to impact fatigue stress, and further that the otherwise harmful influence of notches in steel pieces of high fatigue strength apparently plays no role in bodies according to the invention. A roughening of the body can take place after a short time without, but later on, any pitting.
The bodies are expediently finished before surface hardening. It is also possible to harden only the areas of the body exposed to impact fatigue stress on the surface, while the other areas can be left soft.
The following tests carried out by the inventor show how extraordinarily favorable bodies made of tough steel with a hardened surface behave: material ordinary steel stainless steel in use hardened steel hardened steel by nitriding