DE1118472B

DE1118472B - Verwendung von vergueteten Leichtmetall-Gusslegierungen als Werkstoff fuer Schienenfahrzeugraeder mit aufgeschrumpftem Stahlradkranz

Info

Publication number: DE1118472B
Application number: DEV14430A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Kurt Dies
Original assignee: KURT DIES DR ING
Current assignee: KURT DIES DR ING
Priority date: 1958-05-21
Filing date: 1958-05-21
Publication date: 1961-11-30

Description

Verwendung von vergüteten Leichtmetall-Gußlegierungen als Werkstoff für Schienenfahrzeugräder mit aufgeschrumpftem Stahlradkranz Fahrzeugräder für Schienenfahrzeuge wurden bisher aus Schmiedestahl bzw. Stahlguß hergestellt. Im Zuge der Bestrebung, die Fahrzeuge gewichtsmäßig leicht auszuführen, ist auch schon versucht worden, die Räder in Leichtbauweise zu fertigen. Die Gewichte der Räder waren jedoch immer noch zu hoch. Darüber hinaus wirken sich die hohen Massen der Stahlräder als nichtgefederte Bauteile ungünstig auf die Laufruhe aus. Um diese Mängel zu beseitigen, ist die Fachwelt auch schon zur Verwendung von aus geschmiedetem, gepreßtem oder gezogenem Leichtmetall bestehenden Rädern versuchsweise übergegangen. Bevorzugt wurden hierfür Aluminiumlegierungen, die Magnesium mit Silizium oder Kupfer aufwiesen. Abgesehen davon, daß die Fertigung solcher Räder wirtschaftlich nicht tragbar ist, zeigten sich auch während des Laufes Nachteile. So konnte z. B. ein Loslösen des Stahlradkranzes der Räder für Schienenfahrzeuge von der Leichtmetallunterlage beobachtet werden. Mitunter trat auch ein Einreißen an hochbeanspruchten Stellen im Felgenteil auf. Außerdem ist aber die Wärmebeständigkeit der bisher ausgewählten Leichtmetallwerkstoffe verhältnismäßig klein, so daß sich Veränderungen sowohl in der Form als auch im Werkstoff selbst zeigten. Schließlich konnten auch noch Scheuerstellen zwischen dem Radkranz und der Radscheibe beobachtet werden. Um diese Mängel zu beseitigen, wird vorgeschlagen, Räder für Schienenfahrzeuge mit einem auf die Radscheibe aufgeschrumpften Stahlradkranz aus Leichtmetall-Gußlegierungen bestimmter Zusammensetzung herzustellen, die vergütbar sind.
Bisher bestanden gegen die Verwendung von Gußrädern gegenüber den durch Schmieden hergestellten Rädern deshalb Bedenken, weil die ersteren erfahrungsgemäß nicht die erforderliche Festigkeit und Schrumpfbeständigkeit aufwiesen. Überraschenderweise wurde aber gefunden, daß diese Bedenken bei Legierungen nicht gerechtfertigt sind, die aus 8 bis 11% Magnesium, Rest Reinaluminium mit einem Reinheitsgrad von über 99,511/o, vorzugsweise 99,8%, bestehen. Dieser Werkstoff besitzt im Gußzustand außerdem noch den Vorzug einer hohen Spannungskorrosionsbeständigkeit.
Beim Verschmelzen dieser Legierungen ist darauf zu achten, daß die Schmelzen frei bleiben von den sich schädlich auswirkenden Magnesiumoxyden oder Magnesiumnitriden. Dies gelingt durch einen geringen Zusatz von Beryllium in Mengen von 0,05 bis 0,0005 010, wobei es vorteilhaft ist, dafür zu sorgen, daß ein gewisser Berylliumrückstand in dem fertigen Gußstück verbleibt. Außerdem dürfen keine Alkalimetalle, wie z. B. Natrium, Kalium, und auch nicht Kalzium in dem Werkstoff vorhanden sein, entweder durch. Auswahl des entsprechenden Vormaterials oder durch eine Behandlung während des Schmelzvorganges, wobei Natrium, Kalium bzw. Kalzium in unschädlicher Form gebunden und aus der Schmelze in. die Schlacke übergeführt werden. Eine solche Behandlung läßt sich mit Chloriden, Fluoriden und ähnlichen Stoffen durchführen.
Die gereinigte Schmelze wird dann vergossen, wobei die allgemein üblichen Gießverfahren Anwendung finden können.
Die erhaltenen Gußstücke werden einer Homogenisierungsglühung bei 380 bis 450° C etwa 5 bis 48 Stunden lang unterworfen und dann auf Temperaturen zwischen 50 und 100° C in Wasser oder auf Temperaturen zwischen 50 und 180° C in Öl abgeschreckt. Durch eine derartige Behandlung erhält der Werkstoff überraschend hohe mechanische Werte. Die Streckgrenze liegt bei etwa 20 kg/mm2, die Zug-Festigkeit bei etwa 36 kg/mm2 und die Dehnung ö5 über 100/a.
Auffällig ist die hohe Zugfestigkeit, da normalerweise von den bisher in der Regel benutzten Aluminiumlegierungen nur ein Wert von etwa 15 kg/mm2 nfolge der starken Mikroporosität erwartet werden sonnte; auch bleibt die Dehnung meist unter 3 %,.
Als Beispiel sei eine Legierung betrachtet, die aus 10% Magnesium, Rest Aluminium mit einem Reinieitsgrad von 99,84/o besteht und der noch 0,0005% Beryllium zugesetzt worden ist. Die Legierung ist frei von Natrium, Kalium. und Kalzium und wird nach dem Vergießen im Sand vergütet. Dabei wird das Gußstück 20 Stunden lang bei 430° C geglüht, im. Ofen auf 350° C erkalten gelassen und dann in einem Ölbad auf 160° C oder im kochenden Wasser abgeschreckt und dort bis zu 3 Stunden belassen. Im gehärteten Zustand wurden folgende mechanische Werte gemessen:

Streckgrenze . . . . . . . . . . . . . . 25 kg/mm2

Zugfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . 36 kg/mm2

Dehnung ö5. . . . . . . . . . . . . . . . 15%

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verwendung von vergüteten Aluminium-Gußlegierungen, die aus 8 bis 11% Magnesium, Rest Aluminium mit einem Reinheitsgrad von 99,511/o, vorzugsweise 99,8%, bestehen und denen noch 0,5 bis 0,00051% Beryllium zugesetzt worden sind und die ferner frei von Natrium, Kalium und Kalzium gehalten sind, als Werkstoff für die Fertigung hochbelasteter Räder für Schienenfahrzeuge mit einem auf die Leichtmetallradscheibe aufgeschrumpften Stahlkranz.
2. Verwendung von vergüteten Gußlegierungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergütung am fertigen Gußstück erfolgt, indem bei 380 bis 450° C etwa 5 bis 48 Stunden lang homogenisierend geglüht und danach in Wasser zwischen 50 und 100° C oder in Öl zwischen 50 und 180° C abgeschreckt und der Werkstoff gegebenenfalls bis zu 3 Stunden im Abschreckbad belassen wird.
3. Verwendung von vergüteten Gußlegierun gen nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Abschrecken mit Wasser oder Öl eine Abkühlung des Gußstückes im Ofen auf 350° C vorgenommen wird. In. Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 280 892; Metals Handbook (ASM), 1948 Edition, S. 26.