DE1215940B - Verwendung einer korrosions-, rostbestaendigen und schmiedbaren Stahllegierung fuer Waelz- und Gleitlager sowie Gleitfuehrungen bei Arbeitstemperaturen ueber 260íÒC - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C22c

Deutsche KL: 40 b-39/50

Nummer: 1215 940

Aktenzeichen: V 23953 VI a/40 b

Anmeldetag: 17. April 1963

Auslegetag: 5. Mai 1966

Die Erfindung betrifft die Verwendung einer korrosions-, rostbeständigen, schmiedbaren Stahllegierung, insbesondere für Wälz-, Rollen-, Achs-, Führungs- und Axialdrucklager, die hohen Arbeitstemperaturen ausgesetzt sind. S

Zum Stand der Technik gehört ein Schnellarbeitsstahl, bestehend aus 0,6 bis 2% Kohlenstoff, bis 1% Silizium, bis 1% Mangan, 3 bis 10% Chrom, 0,5 bis 23°/o Wolfram, 0 bis 12»/» Molybdän, 0 bis ^ 8% Vanadium, 0 bis 23% Kobalt, 0 bis 3% Bor, ίο 0 bis 3% Aluminium, 0 bis 6% Titan, 0 bis 6% Zirkon, 0 bis 10% Niob, 0 bis 10% Tantal und bis zu 0,5% Stickstoff und Rest Eisen. Innerhalb dieser Grenzen gibt es zahllose Variationsmöglichkeiten, wobei entsprechend den Bestandteilen und deren ¹S Mengenanteilen die Eigenschaften der Stähle bestimmt werden. So ist es beispielsweise bekannt, daß durch eine besondere Vergütung bei 1050 bis 1200° C über 1 bis 8 Stunden vor dem Härten Stähle mit einem Kohlenstoffgehalt oberhalb der zulässigen Grenze verwendet werden können. Ein solcher Stahl besteht z.B. aus 1,65% Kohlenstoff, 12,5% Wolfram, 4% Vanadium, 4% Chrom, 5% Kobalt, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.

Für viele Zwecke, wie für Wälzlager, sind besonders korrosions-, rostbeständige und schmiedbare Stahllegierungen erforderlich, die auch bei Arbeitstemperaturen über 260⁰C eine lange Lebensdauer haben. Die bisher verwendeten Stähle erfüllen diese Bedingungen nicht zufriedenstellend.

Es ist bereits bekannt, Schwalbungen für Brikettpressen, die hohen Beanspruchungen standhalten sollen, aus Manganhartstahl mit 12% Mangan herzustellen. Die Herstellung dieser Gegenstände aus Manganhartstahl bereitet jedoch wegen der schweren Bearbeitbarkeit große Schwierigkeiten.

Es ist deshalb vorgeschlagen worden, an Stelle von Manganhartstahl eine Stahllegierung aus 0,6 bis 2,5% Kohlenstoff, 8 bis weniger als 20% Chrom und gegebenenfalls einem einzemenoderkombiniertenZusatzvon Wolfram bis 15%, Molybdän bis 12%, Vanadium bis 6%, Titan bis 5% zu verwenden, deren Verschleißfestigkeit höher und Bearbeitbarkeit besser ist als die des Manganhartstahles. Die Widerstandsfähigkeit dieser Legierungen ist bei ständigem Arbeiten bei höhe- ren Temperaturen auch nicht befriedigend.

Der Fachwelt ist bekannt, daß der Verschleiß der herkömmlichen Stahllegierungen bei Temperaturen über 260⁰C überaus groß ist und durch die übermäßige und starke Reibung zum Festfressen neigen. Die dabei auftretenden Störungen verursachen bekanntermaßen erhebliche Unkosten.

Verwendung einer korrosions-, rostbeständigen
und schmiedbaren Stahllegierung für Wälz- und
Gleitlager sowie Gleitführungen bei
Arbeitstemperaturen über 260° C

Anmelder:

Vanadium-Alloys Steel Company, Latrobe, Pa.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Chem. I. Schulze, Patentanwalt,

Heidelberg, Gaisbergstr. 3

Als Erfinder benannt:

John Charles Hamaker jun., Latrobe, Pa.

(V. St. A.)

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, für Lager, insbesondere Wälz- und Gleitlager, eine Stahllegierung vorzuschlagen, die eine besonders hohe Verschleißfestigkeit sowie Korrosions- und Rostbeständigkeit bei Temperaturen von 260° C und mehr aufweist. Diese Legierung muß auch schmiedbar sein. Auf diese Weise sollen die Wirkungsweise und die Lebensdauer der Lager und damit die Wirtschaftlichkeit verbessert werden.

Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung einer korrosions-, rostbeständigen und schmiedbaren Stahllegierung, bestehend aus

Ibis 1,4% Kohlenstoff,
6 bis 14% Chrom,
3 bis 5% Vanadium,
13 bis 18% Wolfram, wobei das Wolfram

ganz oder teilweise durch die

halbe Menge Molybdän ersetzt

werden kann,

Kobalt,

Silizium,

Mangan,

Obis 10%

Obis 3%

Obis 1%

Obis 0,5%Schwefel,

Obis 0,5%Phosphor,

Rest Eisen, wobei die Gesamtsumme des Prozentgehaltes an Chrom und Silizium 9 bis 14% beträgt,

als Werkstoff für Wälz- und Gleitlager sowie Gleitführungen für Arbeitstemperaturen über 260° C.

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Bei diesen Gewichtsanteilen ist das Verhältnis von Wolfram zu Molybdän besonders zu beachten. Die kombinierten Gehalte an Wolfram plus zweimal Molybdän fallen in den Bereich von 13 bis 18%. Ohne Molybdän beträgt der Wolframgehalt 13 bis 18%. Ohne Wolfram beträgt der Molybdängehalt 6,50 bis 9 Gewichtsprozent.

Weiterhin ist auch das Verhältnis von Chrom zu Silizium in der vorliegenden Stallegierung von Bedeutung. Die Gewichtsprozente von Chrom und Silizium sollen im Bereich von 9 bis 14% liegen. Bei fehlendem Siliziumgehalt muß der Chromgehalt 9 bis 14% betragen. Mit 3 % Silizium wird der Chromgehalt im Bereich von etwa 6 bis 10% gehalten. Dieses Verhältnis von Silizium zu Chrom ergibt eine korrosions-, rostbeständige und schmiedbare Legierung.

Der Rest ist in dieser Stahllegierung im wesentlichen nur Eisen mit geringen, in Stahllegierungen manchmal anzutreffenden Verunreinigungen.

Einige Beispiele der erfindungsgemäß verwendeten Stahllegierungen sind in der folgenden Tabelle angeführt, wobei jeweils das Eisen den Restteil bildet.

Tabelle I Gewichtsprozent

	C	Si	Mn	S	P	W	Mo	Cr	V	Co
Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel 3 Beispiel 4	1,26 1,26 1,25 1,25	2,63 0,34 2,54 2,63	0,30 0,27 0,28 0,54	0,020 0,020 0,019 0,017	0,024 0,024 0,010 0,012	5,47 5,53 5,59 5,71	4,75 4,68 4,25 4,27	8,12 12,53 7,72 8,14	4,20 4,12 4,00 4,04	4,75

Diese Stahllegierungsbeispiele eignen sich für jede Art von Wälz-, Rollen-, Achs-, Führungs- und Axiallager, wobei diese Gegenstände entweder massiv oder eine, mehrere oder alle Oberflächen aus diesem Stahl hergestellt sein können. Es wurde gefunden, daß die Lager aus der erfindungsgemäßen Legierung eine überraschende Lebensdauer, auch bei übermäßig langem Gebrauch, gegenüber Stahllegierungen aufweisen, deren Zusammensetzung außerhalb der erfindungsgemäß angegebenen Grenzen liegt.

Die erfindungsgemäße Stahllegierung besitzt die Eigenschaften, die zur Herstellung und Gebrauch der Lager bei hohen Temperaturen erforderlich sind. Das Material ist korrosions- und rostbeständig bei den hohen Arbeitstemperaturen, so daß eine Abnutzung vermieden wird. Auf Grund seiner Schmiedbarkeit und Bearbeitbarkeit kann der Stahl in jede gewünschte Form gebracht werden. Der Stahl kann bis über 60 Rockwell gehärtet werden. Diese Minimalhärte ist für die Festigkeit nötig, um einer Verformung bei hoher Druckbeanspruchung zu widerstehen. Der Stahl besitzt noch bei 538° C eine Härte von mindestens 50 Rockwell C, so daß eine Verformung bei diesen Arbeitstemperaturen nicht eintritt.

Die nachfolgend beschriebenen Wärmebehandlungsmaßnahmen sind nicht Gegenstand der Erfindung. Wärmebehandlung der erfindungsgemäß zu verwendenden Stahllegierung umfaßt in bekannter Weise das Austenitisieren bei einer Temperatur von 1176 bis 1232° C über eine Zeitspanne von mindestens 30 Sekunden und anschließendem Abschrecken in warmem Öl oder Salzbad bei 149 bis 190° C. Die abgeschreckten Legierungen werden dann vorzugsweise bei etwa 539° C bis 649° C angelassen.

Die Stahllegierung gemäß Beispiel 1 in Tabelle I mit der folgenden Zusammensetzung:

Kohlenstoff 1,26%

Silizium 2,63 %

Mangan O,3O«Vo

Schwefel 0,020%

Phosphor 0,024%

Wolfram 5,47%

Chrom 8,12^fl/o

Vanadium 4,20%

Molybdän ' 4,75%

• wurde als Block gegossen, bei 1121° C geschmiedet und bei 1140° C auf einen Durchmesser von 19,05 mm gewalzt. Nach einer üblichen kurzzeitigen Vergütung bei 899° C betrug die durchschnittliche Härte nach der Vergütung 28,3 Rockwell C gleich etwa 269 BHN.

Je zwei Probestücke wurden gleichzeitig in einem gasgeheizten Halbmuffelofen 30 Sekunden lang bei einer Temperatur von 1176, 1205, 1218 und 1232° C austenitisiert und in Öl abgeschreckt. Von der Oberfläche einer Probe wurden vor dem Härtetest und der metallographischen Prüfung eine Schicht von 10,16 mm abgeschliffen. Die Härte nach dem Abschrecken sowie die Korngröße der in Öl abgeschreckten Proben bei den verschiedenen Austenitisiertemperaturen sind in Tabelle Π angeführt.

Das zweite abgeschreckte Probestück wurde dreimal je 2 Stunden lang angelassen, um in jeder Temperaturstufe die Wirkung der Austenitisiertemperatür für jede Härte nach dem Anlassen zu ermitteln. Nach spanabhebender Abtragung einer Schicht von 0,381 mm wurde die Härte nach jeder der drei Anlaßstufen ermittelt. Die Härte nach dem Anlassen ist ebenfalls in Tabelle Π angegeben.

⁵°. Tabelle II

Wirkung der Austenitisiertemperatur auf die Härte

nach dem Abschrecken und nach dem Anlassen Probestücke nach 30 Sekunden von der angegebenen _g5 Austenitisiertemperatur in Öl abgeschreckt

und dreimal je 2 Stunden und einer Temperatur

von 538° C angelassen.

Rockwell C — Härte = Durchschnitt

von 5 Ablesungen

Austeniti	Korn	Nach dem	ersten	Mach dem	dritten	Anlassen	61,7
siertempe	größe	Abschrecken			62,6	62,3
ratur			62,6	zweiten	63,2	62,8
0C	15,0	63,2	63,4	64,0	61,6
1176	15,7	62,2	63,5	61,6
1205	13,0	61,4	62,3
1218	11,7	61,1
1232

Die Stahllegierung gemäß Beispiel 2 in Tabelle I mit der folgenden Zusammensetzung:

Kohlenstoff 1,26%

Silizium 0,34%

Mangan 0,27%

Schwefel 0,020%

Phosphor 0,024%

Wolfram 5,53%

Chrom 12,53%

Vanadium 4,12%

Molybdän 4,68%

wurde als Block gegossen, bei 1121° C geschmiedet und bei 1149° C auf einen Durchmesser von 19,05 mm gewalzt. Nach einer üblichen kurzzeitigen Vergütung bei 899° C betrug die durchschnittliche Härte nach der Vergütung 23,2 Rockwell C, gleich etwa 245 BHN.

Je zwei Probestücke wurden gleichzeitig in einem gasgeheizten Halbmuffelofen 30 Sekunden lang bei Temperaturen von 1176, 1205, 1218 und 1232° C austenitisiert und in Öl abgeschreckt. Von der Oberfläche einer Probe wurde vor dem Härtetest und der metallographischen Prüfung eine Schicht von 1,016 mm abgeschliffen. Die Härte nach der Abschreckung sowie die Korngröße der in Öl abgeschreckten Probestücke bei den verschiedenen, hier angewandten Austenitisiertemperaturen sind in Tabelle III zusammengestellt.

Das zweite abgeschreckte Probestück wurde dreimal je zwei Stunden lang bei 538° C angelassen, um die Wirkung der Austenitisiertemperatur auf die Härte nach dem Anlassen zu prüfen. Nach Abschleifen einer Schicht von 0,381 mm wurde die Härte nach jeder der drei Anlaßvorgänge festgestellt. Die Härte nach dem Anlassen ist in Tabelle III angegeben.

Tabelle III
Wirkung der Austenitisiertemperatur auf die Härte

nach dem Abschrecken und Anlassen
Probestücke nach 30 Sekunden von der angegebenen

Austenitisiertemperatur in Öl abgeschreckt
und dreimal je 2 Stunden und einer Temperatur

von 538° C angelassen

Rockwell C — Härte = Durchschnitt

von 5 Ablesungen

Austeniti	Korn	Nach dem	ersten	Nach dem	dritten	Anlassen	59,5
siertempe	größe	Abschrecken			59,8	63,5
ratur			60,9	zweiten	63,4	62,5
0C	10,3	59,2	61,5	62,5	63,8
1176	10,7	53,4	58,4	62,2
1205	10,3	48,2	59,3
1218	7,5	50,2
1232

gegen ein mittleres Grobkorn auf. Beide Stahllegierungen zeigten zufriedenstellende Oxydationsbeständigkeit.

Claims (1)

Patentansprüche: Beide Legierungsbeispiele zeigten eine sehr hohe Härtbarkeit. Die Stahllegierung gemäß Beispiel 1 war verhältnismäßig feinkörnig und widerstand der Kornvergröberung bei Erhöhung der Härtungstemperatur. Die der Stahllegierung gemäß Beispiel 2 wies da-

1. Verwendung einer korrosions-, rostbeständi- Ibis 1,4% Kohlenstoff, Chrom, einer Stahllegierung nach An Schwefel, gen, für den Zweck nach An Phosphor, gen und schmiedbaren Stahllegierung, bestehend 6 bis 14% Vanadium, spruch 1, bestehend aus Phosphor, spruch 1. Schwefel, aus 3 bis 5% Wolfram, wobei das Wolfram O,O2O«/o Mangan, einer Stahllegierung nach An Mangan, 13 bis 18% ganz oder teilweise durch die 0,024% Kohlenstoff, spruch 1, bestehend aus Kohlenstoff, halbe Menge Molybdän ersetzt 0,30% Silizium, 0,010% Silizium, werden kann, 1,26% Vanadium, 0,019% Vanadium, Kobalt, 2,63% Molybdän, 0,28% Molybdän, 0 bis 10% Silizium, 4,20% Wolfram, l,25«/o Kobalt, Öbis 3% Mangan, 4,75% Chrom, 2,54% Wolfram, Obis 1% Schwefel, 5,47% Rest Eisen mit üblichen Verunreinigun- 4,0% Chrom, Obis 0,5% Phosphor, 8,12% 4,25% Rest Eisen mit üblichen Verunreinigun- Obis 0,5% mit üblichen Veranreinigun- 4,75% Rest Eisen gen, wobei die Gesamtmenge 3. Verwendung 5,59% des Prozentgehaltes an Chrom 7,72% gen, für den Zweck nach An und Silizium 9 bis 14% be spruch 1. trägt, Wälz- und Gleitlager sowie als Werkstoff für Gleitführungen für Arbeitstemperaturen über 260° C. 2. Verwendung

In Betracht gezogene Druckschriften: Österreichische Patentschrift Nr. 148 135; britische Patentschrift Nr. 873 529.

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