DE1298291B

DE1298291B - Verwendung einer martensitaushaertbaren Nickel-Kobalt-Molybdaen-Stahllegierung fuer Gegenstaende mit einer Mindestzugfestigkeit von 265 kg/mm

Info

Publication number: DE1298291B
Application number: DEI30877A
Authority: DE
Inventors: Bieber Clarence George; Mihalisin John Raymond
Original assignee: Inco Ltd
Current assignee: Inco Ltd
Priority date: 1965-05-20
Filing date: 1966-05-20
Publication date: 1969-06-26
Also published as: US3359094A; BE681320A; NL6606944A; GB1115808A; CH456965A; AT260972B; ES326889A1

Description

1 2

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung Verringerung der Zähigkeit bzw. Dehnung und einer martensitaushärtbaren Nickel-Kobalt-Molyb- unter Beibehaltung einer hohen Härte weiter zu dän-Stahllegierung für Gegenstände mit einer Min- verbessern. Die Lösung dieser Aufgabe beruht auf destzugfestigkeit von 265 kg/mm². Der zu ver- der überraschenden Feststellung, daß sich, wenn wendende Werkstoff besteht aus 5 bis 16,5% Nickel, 5 der Molybdängehalt wenigstens 7% beträgt und 7 bis 16% Molybdän, 6 bis 30% Kobalt bei einem vorzugsweise höher liegt und die Gehalte an Kobalt Gesamtgehalt an Molybdän und Kobalt von wenig- und Nickel gleichzeitig entsprechend eingestellt stens 20%, wenn der Molybdängehalt unter 11% werden,' bemerkenswert hohe Streckgrenzen beim liegt, 0 bis 2,5% Titan, 0 bis 2,5% Aluminium bei Aushärten im martensitischen Zustand ergeben, einem Gesamtgehalt an Titan und Aluminium von io Hiervon ausgehend wird die Verwendung einer höchstens 3%, bis 1% Kohlenstoff, 0 bis 0,5% aus 5 bis 16,5% Nickel, 7 bis 16% Molybdän und Silizium, 0 bis 0,5% Mangan, 0 bis 2% Niob, 0 bis 6 bis 30% Kobalt bei einem Gesamtgehalt an 4% Tantal, 0 bis 0,1% Bor, 0 bis 0,25% Zirkonium, Molybdän und Kobalt von wenigstens 20%, wenn 0 bis 8% Chrom, 0 bis 2% Vanadin, 0 bis 0,1% der Molybdängehalt unter 11% liegt, 0 bis 2,5% Kalzium, 0 bis 1% Beryllium und 0 bis 4% Kupfer, 15 Titan, 0 bis 2,5% Aluminium bei einem Gesamtwobei der Gesamtgehalt an Silizium, Mangan, Niob, gehalt von Titan und Aluminium von höchstens Tantal, Bor, Zirkonium, Chrom, Vanadin, Kalzium, 3%, bis 1% Kohlenstoff, 0 bis 0,5% Silizium, 0 bis Beryllium und Kupfer 10% nicht übersteigt, Rest 0,5% Mangan, 0 bis 2% Niob, 0 bis 4% Tantal, einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreini- 0 bis 0,1% Bor, 0 bis 0,25% Zirkonium, 0 bis 8% gungen Eisen. 20 Chrom, 0 bis 2% Vanadin, 0 bis 0,1% Kalzium, Bekannt ist aus der österreichischen Patentschrift 0 bis 1% Beryllium und 0 bis 4% Kupfer, wobei 149 196 bereits die Verwendung einer Nickel-Kobalt- der Gesamtgehalt an Silizium, Mangan, Niob, Molybdän-Stahllegierung mit 0 bis 25% Nickel, Tantal, Bor, Zirkonium, Chrom, Vanadin, Kalzium, 0,5 bis 20% Kobalt und 7 bis 30% Molybdän, Beryllium und Kupfer 10% nicht übersteigt, Rest Rest mindestens 50% Eisen als Werkstoff für 25 einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreini-Gegenstände, die, wie Dauermagneten, besonders gungen Eisen bestehenden Stahllegierung als Werkgute magnetische Eigenschaften besitzen müssen. stoff für Gegenstände vorgeschlagen, die bei hoher Über die mechanischen Eigenschaften dieser Stahl- Härte und guter Dehnung eine Zugfestigkeit von legierung, insbesondere deren Zugfestigkeit, Zähig- mindestens 265 kg/mm² besitzen müssen, keit und Härte, ist dagegen nichts bekannt. 30 Das Molybdän kann teilweise durch Wolfram Durch die nicht vorveröffentlichte deutsche Aus- ersetzt werden, wobei 2 Gewichtsteile Wolfram an legeschrift 1 232 757 wird wegen ihrer hohen Härte die Stelle eines Gewichtsteils Molybdän bei einem und des hohen Verhältnisses der Zugfestigkeit im maximalen Wolframgehalt von 8% treten. Vorzugsgekerbten und ungekerbten Zustand zur Verwendung weise beträgt der Höchstgehalt für Wolfram jedoch als Werkstoff für Konstruktionsgegenstände eine 35 6% oder besser noch 4%, da Molybdän im Gegen-Nickel - Kobalt - Molybdän - Stahllegierung vorge- satz zu Wolfram zu einer verbesserten Warmschlagen, die aus bis 0,15% Kohlenstoff, 10 bis 23% bearbeitbarkeit und außerdem zu einer besseren Nickel, 0 bis 8% Chrom bei einem Gesamtgehalt Zähigkeit führt.

an Nickel und Chrom von höchstens 23%, 1 bis Wenn eine gute Zähigkeit von besonderer Be-10% Molybdän, 2 bis 30% Kobalt, 0 bis 7% Berylli- 40 deutung ist, sollte der Mangan- und Siliziumgehalt um, Silizium, Kupfer, Wolfram, Niob, Titan, Alu- jeweils 0,25% nicht übersteigen und vorzugsweise minium, Vanadin und Stickstoff einzeln oder zu nicht über je 0,15% liegen. Vorzugsweise übersteigt mehreren, 0 bis 1% Mangan, insgesamt 0 bis 0,1% der Gesamtgehalt an Silizium, Mangan, Niob, Kalzium und Magnesium, 0 bis 0,1% Bor und Tantal, Bor, Zirkonium, Chrom, Vanadin, Kalzium, 0 bis 0,25% Zirkonium, Rest Eisen mit einem jeden 45 Beryllium und Kupfer 6% nicht, wobei die Einzel-Legierungsbestandteil übersteigenden Gehalt besteht. gehalte der letzteren Elemente bei höchstens 1% Bei dieser Stahllegierung soll das Produkt aus Niob, 2% Tantal, 0,01% Bor, 0,1% Zirkonium, Kobalt- und Molybdängehalt 10 bis 100 betragen; 4% Chrom, 1% Vanadin, 0,05% Kalzium, 0,1% sie besitzt eine Zugfestigkeit bis 210 kg/mm² sowie Beryllium und 1% Kupfer liegen, eine Streckgrenze von 140 bis 200 kg/mm². Diese 5° Der Restgehalt der erfindungsgemäß zu verFestigkeit stellt bei den martensitaushärtbaren Stahl- wendenden Stahllegierung beträgt, von erschmellegierungen mit guter Härte das erreichbare zungsbedingten Verunreinigungen abgesehen, Eisen. Maximum dar. Unter die Verunreinigungen fallen geringe Gehalte Der Molybdängehalt zahlreicher in der älteren der Desoxydations- und Raffinationselemente sowie Patentanmeldung im einzelnen beschriebener Stahl- 55 Schwefel, Phosphor, Wasserstoff, Sauerstoff und legierungen betrug 5%, in Einzelfällen auch 8,3 bis Stickstoff, deren Gehalte so niedrig wie praktisch 9,9%. Versuche haben jedoch ergeben, daß sich bei möglich gehalten werden sollten, einem Produkt aus dem Molybdän- und dem Kobalt- Es ist sehr wesentlich, daß sich die Stahllegierung gehalt von über 60 ein Abfall der Härte und Festigkeit vor dem Aushärten im martensitischen oder im einstellt. Insbesondere sind die höchsten Festigkeiten 60 überwiegend martensitischen Zustand befindet. Dader in der älteren Patentanmeldung beschriebenen bei ist es wünschenswert, daß sich die Stahllegierung Stahllegierungen mit einer verhältnismäßig geringen bei der Abkühlung nach einer Warmverformung Zähigkeit verbunden. So besaß eine Stahllegierung oder einem Lösungsglühen im wesentlichen in den mit 7% Molybdän zwar eine Streckgrenze von martensitischen Zustand umwandelt, ohne daß kg/mm², aber auch eine Dehnung von nur 4%. ⁶5 dabei eine Kaltverformung oder Tieftemperatur-

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe behandlung erforderlich ist.

besteht nun darin, die Zugfestigkeit der Stahl- Molybdän und Kobalt fördern die Festigkeit und

legierung nach der älteren Patentanmeldung ohne Härte. Dabei führt das Molybdän zu einer besseren

Verfestigung und Härtung als das Kobalt, so daß bei einem Mindestgehalt an Molybdän von 11% der Gesamtgehalt an Molybdän und Kobalt unter 20% und der Kobaltgehalt bei 6% liegen sollte. Es ist jedoch vorzuziehen, daß der Kobaltgehalt wenigstens 8% beträgt. Molybdän verleiht der Stahllegierung eine gute Schmiedbarkeit und Zähigkeit bei gleichzeitig hoher Festigkeit. Bei steigendem Gesamtgehalt an Molybdän und Kobalt steigt auch die Härte und Festigkeit der Legierung, doch neigt die Zähigkeit zu einem Abfall.

Nickel ist im Hinblick auf die Verformbarkeit, Zähigkeit und das gewünschte martensitische Gefiige nach dem Abkühlen aus der Temperatur der Warmverformung oder des Lösungsglühens von Bedeutung, so daß der Nickelgehalt 5 bis 16,5% betragen muß. Die Legierung ist bei einer hohen Temperatur austenitisch und unterliegt einer Umwandlung in den martensitischen Zustand während der Abkühlung. Bei übergroßen Nickelgehalten kann sich jedoch eine unerwünschte Menge Restaustenit ergeben, so daß beim Aushärten die Gefahr einer beträchtlichen Rückumwandlung in den austenitischen Zustand besteht. Aus diesem Grund muß der Nickelgehalt im allgemeinen geringer sein als bei den bekannten martensitaushärtbaren Nickel-Kobalt-Molybdän-Stahllegierungen.

Die Rückumwandlung in den austenitischen Zustand kann durch eine geringe Aushärtungstemperatur von beispielsweise unter 370⁰C verringert werden, doch wird dabei gleichzeitig die Festigkeit beeinträchtigt. Bei gegebenenem Molybdän- und Kobaltgehalt ergibt sich eine optimale Kombination von Festigkeit und Zähigkeit, wenn der Nickelgehalt so hoch ist, wie im Hinblick auf eine niedrigstmögliche M_s-Temperatur bei einem Höchstgehalt an Restaustenit von etwa 5% zulässig ist. Es ist anzunehmen, daß sich bei einer geringen Ms-Temperatur eine größere Zahl von Versetzungsbereichen ergeben und dadurch die Festigkeit verbessert wird. Darüber hinaus verursachen geringe Nickelgehalte die Bildung von Ferrit oder anderen unerwünschter Phasen. Demzufolge beträgt der Nickelgehalt vorzugsweise 7 bis 16,5% und dann, wenn eine optimale Zähigkeit erforderlich ist, vorzugsweise 11 bis 16%.

Es ist weiterhin vorzuziehen, daß die Gehalte an Nickel, Molybdän und Kobalt so aufeinander abgestimmt werden, daß der Gesamtgehalt an Nickel und Molybdän plus Vio des Kobaltgehaltes zwischen 16 Und 27%, vorzugsweise zwischen 20 und 26% liegt. Diese Beziehung trägt in starkem Maße zur Bildung eines zufriedenstellenden martensitischen Gefüges beim Abkühlen von der Temperatur der Warmverformung oder des Lösungsglühens bei, ohne daß dabei eine zusätzliche Behandlung, wie beispielsweise eine Tieftemperaturbehandlung, erforderlich ist. Der Gesamtgehalt an Nickel und Molybdän plus >/io des Kobaltgehaltes kann auch 30¹Vo und mehr betragen, doch ist dann eine Tieftemperaturbehandlung, beispielsweise ein Tiefkühlen und/oder Kaltverformen, vor dem Aushärten erforderlich, um den gewünschten Grad der Umwandlung in den martensitischen Zustand zu erreichen.

Titan und Aluminium können im Hinblick auf eine gute Desoxydation und Glühbarkeit zulegiert werden. Titan dient dabei der Bindung solcher Elemente wie Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff. Doch braucht der Titan- oder Aluminiumgehalt je 1% sowie 1,5% insgesamt nicht zu übersteigen. Liegt der Molybdängehalt jedoch im unteren Teil der erwähnten Gehaltsgrenze für dieses Element, beispielsweise bei 7 bis 10%, dann verfestigt das Titan und/oder Aluminium in einem Gehalt von 1 bis 3% die Stahllegierung merklich, insbesondere wenn sich der Nickelgehalt im oberen Bereich der angegebenen Gehaltsgrenze befindet. Wenigstens 0,05% Aluminium und/oder Titan erleichtern jedenfalls die Behandlung der erfindungsgemäßen Stahllegierung.

Der Kohlenstoffgehalt sollte im allgemeinen 0,3% und im Hinblick auf eine gute Zähigkeit 0,1% nicht übersteigen. Strebt man optimale technologische Eigenschaften an, dann sollte der Kohlenstoffgehalt höchstens 0,05% betragen. Für solche Zwecke jedoch, bei denen das Vorliegen von Karbiden vorteilhaft ist, beispielsweise bei Schneidkanten, kann die Stahllegierung Kohlenstoffgehalte bis zu 1% besitzen.

Bei der erfindungsgemäß zu verwendenden Stahllegierung lassen sich sehr hohe Festigkeiten erreichen, wobei die im einzelnen erreichbaren Festigkeitswerte von der jeweiligen Zusammensetzung abhängen. Im allgemeinen besitzt die Legierung eine Zugfestigkeit von wenigstens 265 kg/mm². Bei hohen Molybdän- und Kobaltgehalten lassen sich jedoch Zugfestigkeiten bis zu 350 kg/mm² erreichen, obgleich diese Stahllegierungen keine Zähigkeit besitzen. Sie können jedoch mit Vorteil für solche Zwecke verwandt werden, bei denen eine maximale Härte im Vordergrund steht, beispielsweise für Gesenke, Lager, Maschinenwerkzeuge, Messer und Rasierklingen. Derartige Legierungen enthalten 5 bis 10% Nickel, 13 bis 16% Molybdän und 16 bis 30% Kobalt, vorzugsweise jedoch nur 6 bis 9% Nickel, 13,5 bis 15,5% Molybdän, 20 bis 30% Kobalt sowie in jedem Falle 0 bis 1% Titan, 0 bis 1%> Aluminium und bis 0,1% Kohlenstoff, Rest Eisen mit Ausnahme von erschmelzungsbedingten Verunreinigungen.
Will man jedoch eine Zugfestigkeit von 300 kg/ mm² oder mehr bei einer gewissen Zähigkeit erreichen und ist eine maximale Härte nicht erforderlich, dann kann die Stahllegierung 7 bis 13% Nickel, 12 bis 15% Molybdän, 12 bis 22% Kobalt, 0 bis 1% Titan, 0 bis 1% Aluminium und bis 0,1% Kohlenstoff, Rest, von erschmelzungsbedingten Verunreinigungen abgesehen, Eisen enthalten. Beste Ergebnisse lassen sich jedoch mit Stahllegierungen erzielen, die 7 bis 10,5% Nickel, 12,5 bis 14,5% Molybdän, 14 bis 20% Kobalt, 0 bis 0,5% Titan und 0 bis 0,5% Aluminium bei einem Gesamtgehalt an Titan und Aluminium von höchstens 0,75%, bis 0,05% Kohlenstoff, Rest, von erschmelzungsbedingten Verunreinigungen abgesehen, Eisen enthalten. Dabei kann der Molybdängehalt jedoch bis auf 10 bis 12% verringert werden, vorausgesetzt, daß der Kobaltgehalt bis auf wenigstens 25% erhöht wird.

Im allgemeinen enthält die Stahllegierung im Hinblick auf eine optimale Kombination der technologischen Eigenschaften, d. h. bei einer Zugfestigkeit von 265 bis 300 kg/mm² und gleichzeitig beträchtlicher Zähigkeit, vorteilhafterweise 11 bis 16% Nickel, 7,5 bis 12% Molybdän, 10 bis 18% Kobalt

bei einem Gesamtgehalt an Molybdän und Kobalt von wenigstens 22%, 0 bis 1% Titan, 0 bis 1% Aluminium bei einem Gesamtgehalt an Titan und Aluminium von höchstens 1,5% sowie bis 0,1% Kohlenstoff, Rest, von erschmelzungsbedingten Verunreinigungen abgesehen, Eisen. Eine optimale Kombination von Zugfestigkeit und Zähigkeit ergibt sich bei einer Legierung mit 12,5 bis 15,5% Nickel, 8 bis 10,5% Molybdän, 12 bis 16% Kobalt bei einem Gesamtgehalt an Molybdän und Kobalt von wenigstens 22%, bis 0,05% Kohlenstoff, 0 bis 0,5% Titan und 0 bis 0,5% Aluminium, wobei der Gesamtgehalt an Titan und Aluminium 0,75% nicht übersteigt.

Die erfindungsgemäß zu verwendende Stahllegierung kann an Luft oder im Vakuum erschmolzen werden und wird nachfolgend vorteilhafterweise mit sich verzehrenden Elektroden geschmolzen. Die gegossenen Blöcke sollten völlig homogenisiert sein; sie werden dann warmverformt und, falls erforderlich, bis auf die gewünschte Form kaltverformt. Verschiedene Glüh- und Warmverformungsverfahren können angewandt werden, um eine Homogenisierung zu erreichen. Die Legierung kann mit zufriedenstellendem Ergebnis bei 1260 bis 760⁰C warmverformt werden. Sie wird nach dem Warmverformen vorzugsweise in Luft abgekühlt, doch kann ein Ofenabkühlen oder ein Abschrecken angewandt werden.

Bei der Abkühlung auf Raumtemperatur wandelt sich die bevorzugte Legierung in den martensitischen Zustand um, doch kann es in Einzelfällen auch wünschenswert sein, sie kaltzuverformen oder einer Tieftemperaturbehandlung zu unterwerfen, um eine vollständige MartensitumWandlung sicherzustellen. Nach der Umwandlung in den martensitischen Zustand kann die Legierung ohne jeden weiteren Verfahrensschritt bzw. ohne jede Wärmebehandlung durch ein Glühen von 100 Stunden bis zu 6 Minuten bei einer Temperatur von 400 bis 595 C ausgehärtet werden, wobei sich längere Zeiten bei niedrigeren Temperaturen ergeben. Ein Auslagern bei 510 bis 480° C führte zu zufriedenstellenden Ergebnissen. Aushärttemperaturen unter 400 C erfordern unerwünscht lange Glühzeiten, wenn eine maximale Festigkeit und Härte angestrebt wird. Andererseits sollten Aushärttemperaturen über 595 C mit Glühzeiten von 1 Stunde und mehr nicht angewandt werden, um eine Rückumwandlung in Austenit zu vermeiden. Wenn jedoch besonders harte Oberflächen, insbesondere in Kombination mit einem weicheren Kern, erforderlich sind, kann die Legierung für höchstens 30 Minuten bei 760⁰C ausgelagert werden. Für diesen Zweck ist eine Temperatur von 675 bisJ730°C bei Glühzeiten von ¹Ai bis 5 Minuten ausreichend.

Vorzugsweise wird die Legierung vor dem Auslagern bearbeitet, d. h. im warmverformten oder lösungsgeglühten Zustand, da sie in diesem Zustand vergleichsweise weich ist.

Falls erforderlich, kann die Legierung vor dem Auslagern noch lösungsgeglüht werden. Bei einer Legierung, die 7 bis 8% Molybdän enthält, kann das Lösungsglühen bei 760° C erfolgen, während bei Molybdängehalten zwischen 8 und 10%, zwischen 10 und 12%, zwischen 12 und 14% und zwischen 14 und 16% die jeweilige Glühtemperatur wenigstens 870, 980, 1040 und 1095°C betragen soll.

In Tabelle I sind mehrere Beispiele erfindungsgemäß zu verwendender Stahllegierungen aufgeführt. Diese enthielten höchstens 0,03% Kohlenstoff und einen Gesamtgehalt an Silizium und Mangan von höchstens 0,15%. Zusätzlich enthielten die Legierungen 4, 5 und 10 noch 0,5% Niob, die Legierungen 13 und 14 noch 1% Vanadin und die Legierungen 14 und 16 noch 2% Wolfram. In jedem Falle bestand der Analysenrest aus Eisen. Die Legierungen wurden im Vakuum erschmolzen, homogenisiert und warmverformt. Warmgewalzte Probestücke wurden dann den nachfolgenden Wärmebehandlungen unterworfen :

Wärmebehandlung A:
4stündiges Glühen bei 480 C.

Wärmebehandlung B:
5stündiges Glühen bei 480 C.

Wärmebehandlung C:
1 stündiges Glühen bei 510 C.

Nach dem Aushärten wurden die mechanischen Eigenschaften der Probestücke bestimmt, wobei ihre Zugfestigkeit und Härte nach Rockwell ebenfalls in Tabelle I aufgeführt sind.

	Wärmebe handlung	Ni	Mo	Tabelle I	Ti	Al	Zug festigkeit	Härte
Legie rung		(%)	(%)	Co	(%)	α)	(kg/mm²)	(HRC)
	A	8	14	(%)	0,2	0,2	355,9
1*)	A	9	13	18	0,2	0,2	351,7	—
2*)	A	8	14	20	0,2	—	344,6	64,5
3	C	8	14	18	0.2	—	335,2	—
	C	8	14	18	0,2	0,2	336,6	65,5
1	A	8	14	18	0,2	0,2	340,2	65,5
4	C	8	14	18	0,2	0,2	325,2	—
	C	8	14	18	0,2	—	335,0	—
5			18

*) Etwa 30",,ige Kaltverformung vordem Aushärten.

Fortsetzung

Legie rung	Wärmebe handlung	Ni	Mo	Co	Ti	Al	Zug festigkeit	Härte
		(%)	(%)	(%)	(%)	(%)	(kg/mm²)	(HRC)
6	A	8	14	20	0,2	0,2	330,4	66
	C	8	14	20	0,2	0,2	334,0	—
7	A	8	14	18	—	0,2	328,9	65,5
	C	8	14	18	—	0,2	329,0	—
8	A	10	12	20	0,2	0,2	326,2	63,5
	C	10	12	20	0,2	0,2	.325,5	—
9	A	12	10	16	2	0,2	325,9	65
	C	12	10	16	2	0,2	315,9	—.
2	A	9	13	20	0,2	0,2	324,8	65
	C	9	13	20	0,2	0,2	319,3	—
10	A	8	14	18	—	0,2	324,7	65
	C	8	14	18*	—	0,2	337,1	—
11	A	8	14	18	0,2	0,2	322,0	63,5
12	C	9	13	18	0,2	0,2	321,8	—
13	B	9	13	18	0,2	0,2	319,1	65
14	B	9	12	18	0,2	0,2	318,2	65
15	A	12	10	16	0,8	0,8	316,4	64,5
16	B	9	12	18	0,2	0,2	314,2	65,5
17	A	12	10	16	1	0,2	313,4	65
18	A	9	13	15	0,2	0,2	311,5	63
19	A	12	10	16	0,2	1	302,5	63
20	A	10	12	14	0,2	0,2	300,9	62
21	C	5	15	21	0,2	0,2	298,8	— ■
22	A	12	10	20	0,2	0,2	298,1	62,5

Wie sich aus Tabelle I ergibt, lassen sich Zugfestigkeiten von 280 kg/mm² ohne weiteres erreichen. Die Legierungen 1 und 2 besaßen Zugfestigkeiten über 350 kg/mm² nach einer Kaltverformung, während die Legierung 3 eine Zugfestigkeit von nahezu 350 kg/mm² ohne jede Kaltverformung erreichte.

Die Härte der Versuchslegierungen lag in jedem Falle über HRC 60.

Die Streckgrenze der Versuchslegierungen wurde ebenfalls ermittelt und als sehr hoch und sehr nahe bei den entsprechenden Zugfestigkeiten liegend festgestellt. So betrug beispielsweise die 0,2°/o-Streckgrenze der Legierung 1 im nicht kaltverformten Zustand 333,1 kg/mm² und diejenige der Legierung 18

310.1 kg/mm². Die als Höchstwert an einer Probe der Legierung 3. die der Wärmebehandlung A unterworfen worden war, ermittelte Streckgrenze betrug

342.2 kg/mm². Ein hohes Verhältnis von Streckgrenze zu Zugfestigkeit ist von großer Bedeutung, da der Konstrukteur im allgemeinen die Streckgrenze (im Gegensatz zu der höheren Zugfestigkeit) als Kriterium bei der Werkstoffauswahl benutzt. Bei der erfindungsgemäß zu verwendenden Stahllegierung liegt das Verhältnis von Streckgrenze zu Zugfestigkeit vorteilhafterweise bei wenigstens 0,9. Es wurde außerdem festgestellt, daß die Dehnung, die an ejnem Probestück mit der vierfachen Länge seines Durchmessers bestimmt wurde, der Legierung nach Tabelle I in Anbetracht der Festigkeitswerte besonders hoch war. Bei diesen Versuchen wurde die höchste Dehnung mit 4% für die Legierung 2 im nicht kaltverformten Zustand und nach der Wärmebehandlung C sowie von 2% für die Legierung 12 ermittelt.

In Tabelle II sind die Zusammensetzungen weiterer erfindungsgemäß zu verwendender Legierungen wiedergegeben. Zusätzlich zu den angegebenen Legierungsbestandteilen enthielten sie noch 0,2% Aluminium und Titan. Keine der aufgeführten Legierungen enthielt jedoch mehr als 0,04% Kohlenstoff bzw. höchstens je 0,15% Silizium und Mangan.

Die Versuchslegierungen wurden in derselben Weise hergestellt wie die nach Tabelle I mit Ausnahme einer teilweise anderen Wärmebehandlung folgender Art:

Wärmebehandlung D:
96stündiges Aushärten bei 430⁰C.

Wärmebehandlung E:

4stündiges Aushärten bei 480 C im Anschluß an eine Tieftemperaturbehandlung.

Die mechanischen Eigenschaften der Versuchslegierungen wurden bestimmt, wobei die 0,2%-Streckgrenze. die Dehnung und die Einschnürung in Tabelle Il wiedergegeben sind.

909 526."?(■'■■

Tabelle II

Legie rung	Wärmebe handlung	Ni	Mo	Co	Zug festigkeit (kg/mm²)	Zugfestigkeit (kg/mm²)	Dehnung Ρ/ο)	Einschnürung
23	A	12	12	12	291,8	282,6	3	16
24	A	10	12	12	291,8.	284,0	4	10
25	A	9	13	13	289,0	283,3	3,5	23
26	D	13	10	12	281,8	273,0	8	38,5
	A	13	10	12	282,9	277,6	6	23
27	A	12	10	16	282,6	274,2	5	27
28	A	13	- 9	16	280,5	271,4	5	23
29	A	12	10	14	277,0	267,9	4	24
30	A	13	9	14	276,6	267,2	5	30
	C	13	9	14	276,0	270,0	7	33
31*)	E	13	9	14	276,4	269,3	6	24
32	E	14	8	16	269,4	263,8	8	28
33	A	14	8	16	270,0	263,7	5	25,5
	D	14	8	16	267,4	261,0	9	37,5

*) An Luft erschmolzen.

Wie sich aus Tabelle II ergibt, besitzen die Legierungen eine ausgezeichnete Kombination von Zugfestigkeit und Dehnung. Beispielsweise besitzt die Legierung 26 bei einer Streckgrenze von über 270 kg/mm² eine ausnehmend hohe Dehnung von 8% bei einer gleichzeitigen Einschnürung von 38%. Die Versuchsergebnisse lassen außerdem die außerordentliche Nähe von Streckgrenze und Zugfestigkeit erkennen, wobei das Verhältnis von Streckgrenze zu Zugfestigkeit für jede der Legierungen 23 bis 33 über 0,95 lag.

Einige der Ergebnisse aus den Tabellen I und II sind in Tabelle III zusammengestellt, um darzustellen, wie Aluminium und Titan bei 10% nicht wesentlich übersteigendem Molybdängehalt die Festigkeit verbessern.

Tabelle III

Legie rung	Wärmebe handlung	Ni (To)	Mo (%)	Co (%)	Ti (%)	Al (%)	Zug festigkeit (kg/mm²)
29	A	12	10	14	0,2	0,2	277,0
27	A	12	10	16	0,2	0,2	282,6
19	A	12	10	16	0,2	1	302,3
17	A	12	10	16	1	0,2	312,8
15	A	12	10	16	0,8	0,8	316,4
9	A	12	10	16	2	0,2	325,5

raschende Eigenschaftsverbesserung ergibt sich bei ■ Legierungen, die einen 10% wesentlich übersteigenden Molybdängehalt besitzen, nicht, insbesondere bei Nickelgehalten unter 14%. So können bei einem 11% nicht übersteigenden Molybdängehalt Zugfestigkeiten von 300 kg/mm² und mehr erreicht werden, vorausgesetzt, daß der Gesamtgehalt an Aluminium und Titan wenigstens 1% beträgt. In diesem Falle können die Legierungen 5 bis 16,5% Nickel, 7 bis 11% Molybdän, 8 bis 30% Kobalt bei einem Gesamtgehalt an Molybdän und Kobalt von wenigstens 20%, je 2,5% Titan und/oder Aluminium bei einem Gesamtgehalt an Titan und Aluminium von 1 bis 3% und bis 0,3% Kohlenstoff, Rest, von erschmelzungsbedingten Verunreinigungen abgesehen, Eisen enthalten.

In Tabelle IV ist die Zusammensetzung dreier weiterer Legierungen (34 bis 36) im Vergleich zu drei nicht unter die Erfindung fallenden Legierungen A bis C wiedergegeben.

Bei der Legierung A handelte es sich um eine Gußlegierung, die 4 Stunden lang bei 1150^JC lösungsgeglüht, in Luft abgekühlt und dann 3 Stunden lang bei 480⁰C ausgehärtet wurde. Bei den übrigen Legierungen handelte es sich um Schmiedestähle, die der Wärmebehandlung A unterworfen wurden. Die Härte wurde mit den sich aus der Tabelle IV ergebenden Resultaten bestimmt.

Wie sich aus Tabelle III ergibt, ist das Ansteigen der Zugfestigkeit der Legierung 27 im Vergleich zur Legierung 29 auf einen höheren Kobaltgehalt zurückzuführen. Bei einer Erhöhung des Aluminiumoder Titangehaltes der Legierung 27 von 0,2 auf 1 %, wie beispielsweise bei den Legierungen 19 und 17, ergibt sich ein bemerkenswerter Anstieg der Zugfestigkeit. Die größte Steigerung ergab sich bei der Legierung 9, die einen Titangehalt von 2% besaß. Die Legierung 15 mit je 0,8% Aluminium und Titan erweist eine außergewöhnliche Steigerung der Zugfestigkeit im Vergleich zur Legierung 27, die nur je 0,2% Titan und Aluminium enthielt. Diese über-

Tabelle IV

Legie	Ni	Mo	Co	Ti	Al	Härte
rung	(%)	(%)	P/o)	(%)	(%)	(HRC)
60 A	18	10	20	0,2		0
B	10	10	40	0,2	0,2	22
C	18	10	18	0,2	0,2	16
34	10	10	30	0,2	0,2	65
65 35	7	15	15	0,2	0,2	65
36*)	5	13	18	0,2	0,2	63

♦) 4% Chrom zugesetzt.

Aus vorstehender Tabelle ergibt sich, daß die Legierungen A, B und C eine außerordentlich geringe Härte besaßen. Bei der Legierung A wurde daher das Mikrogefüge untersucht und dabei festgestellt, daß es austenitisch war. Die Härte der Legierungen 34, 35 und 36, die ein martensitisches Gefüge besaßen, war außerordentlich zufriedenstellend.

Die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen besitzen nicht nur die erwähnten guten Eigenschaften, sondern sind außerdem auch unempfindlich gegen Spannungsrißkorrosion. Sie können unter anderem zu Knüppeln, Grob- und Feindraht, Grobblech, Gußstücken und zu Fertigprodukten, wie Befestigungselementen, beispielsweise Bolzen, verarbeitet werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung einer martensitaushärtbaren Stahllegierung, bestehend aus 5 bis 16,5°/» Nickel, 7 bis 16% Molybdän, 6 bis 30% Kobalt bei einem Gesamtgehalt von Molybdän und Kobalt von wenigstens 20%, wenn der Molybdängehalt unter 11% liegt, 0 bis 2,5% Titan, 0 bis 2,5% Aluminium bei einem Gesamtgehalt an Titan und Aluminium von höchstens 3%, bis 1% Kohlenstoff, 0 bis 0,5% Silizium, 0 bis 0,5% Mangan, 0 bis 2% Niob, 0 bis 4% Tantal, 0 bis 0,1% Bor, 0 bis 0,25% Zirkonium, 0 bis 8»/» Chrom, 0 bis 2% Vanadin, 0 bis 0,1% Kalzium, 0 bis 1% Beryllium und 0 bis 4% Kupfer, wobei der Gesamtgehalt an Silizium, Mangan, Niob, Tantal, Bor, Zirkonium, Chrom, Vanadin, Kalzium, Beryllium und Kupfer 10% nicht übersteigt, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen, als Werkstoff für Gegenstände, die bei hoher Härte und guter Dehnung eine Zugfestigkeit von mindestens " 265 kg/mm² besitzen müssen.

2. Verwendung einer martensitaushärtbaren Stahllegierung nach Anspruch 1 als Werkstoff für Gesenke, Lager, Maschinenwerkzeuge, Messer und Rasierklingen sowie Befestigungselemente und Bolzen.

3. Verwendung einer martensitaushärtbaren Stahllegierung nach Anspruch 1, die jedoch 8 bis 30% Kobalt bei einem Gesamtgehalt an Molybdän und Kobalt von wenigstens 20% enthält, für den Zweck nach den Ansprüchen 1 und 2.

4. Verwendung einer martensitaushärtbaren Stahllegierung nach den Ansprüchen 1 und 3, bei der ein Teil des Molybdäns durch Wolfram im Verhältnis von 2 Gewichtsteilen Wolfram für je 1 Gewichtsteil Molybdän bis zu einem Maximalgehalt an Wolfram von 8% ersetzt ist, für den Zweck nach den Ansprüchen 1 und 2.

5. Verwendung einer martensitaushärtbaren Stahllegierung nach den Ansprüchen 1, 3 und 4, die wenigstens eines der Elemente Niob, Tantal, Bor, Zirkonium, Chrom, Vanadin, Kalzium, Beryllium und Kupfer mit folgenden Höchst-

. gehalten enthält: 1% Niob, 2% Tantal, 0,01% Bor, 0,1% Zirkonium, 4% Chrom, 1% Vanadin, 0,05% Kalzium, 0,1% Beryllium und 1% Kupfer, wobei der Gesamtgehalt dieser Elemente einschließlich Silizium und Mangan 6% nicht übersteigt, für den-Zweck nach den Ansprüchen 1 und 2.

6. Verwendung einer martensitaushärtbaren Stahllegierung nach den Ansprüchen 1 und 3 bis 5, deren Kohlenstoffgehalt jedoch höchstens 0,3% beträgt, für den Zweck nach den Ansprüchen 1 und 2.

7. Verwendung einer martensitaushärtbaren Stahllegierung nach Anspruch 6, deren Kohlenstoffgehalt jedoch höchstens 0,05% beträgt, für den Zweck nach den Ansprüchen 1 und 2.

8. Verwendung einer martensitaushärtbaren Stahllegierung nach Anspruch 1 oder 3, deren Gesamtgehalt an Nickel und Molybdän plus '/ίο des Kobaltgehaltes 16 bis 27% beträgt, für den Zweck nach den Ansprüchen 1 und 2.

9. Verwendung einer martensitaushärtbaren Stahllegierung nach den Ansprüchen 1 und 8, deren Gesamtgehalt an Nickel und Molybdän plus Vio des Kobaltgehaltes 20 bis 26% beträgt, für den Zweck nach den Ansprüchen 1 und 2.

10. Verwendung einer martensitaushärtbaren Stahllegierung nach den Ansprüchen 1 und 3, deren Gesamtgehalt an Molybdän und Kobalt wenigstens 22% beträgt, für den Zweck nach den Ansprüchen 1 und 2.

11. Verwendung einer martensitaushärtbaren Stahllegierung nach Anspruch 3, die jedoch aus

5 bis 10% Nickel, 13 bis 16% Molybdän, 16 bis 30% Kobalt, 0 bis 1% Titan, 0 bis 1% Aluminium und bis 0,1% Kohlenstoff, 0 bis 0,5% Silizium und 0 bis 0,5% Mangan, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen besteht, für den Zweck nach den Ansprüchen 1 und 2.

12. Verwendung einer martensitaushärtbaren Stahllegierung nach Anspruch 11, die jedoch

6 bis 9% Nickel, 13,5 bis 15,5% Molybdän und 20 bis 30% Kobalt enthält, für den Zweck nach den Ansprüchen 1 und 2.

13. Verwendung einer martensitaushärtbaren Stahllegierung nach Anspruch 3, die jedoch aus

7 bis 13% Nickel, 12 bis 15% Molybdän, 12 bis 22% Kobalt, 0 bis 1% Titan, 0 bis 1% Aluminium, bis 0,1% Kohlenstoff, 0 bis 0,5% Silizium und 0 bis 0,5% Mangan, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen besteht, für den Zweck nach den Ansprüchen 1 und 2.

14. Verwendung einer martensitaushärtbaren Stahllegierung nach Anspruch 13, die jedoch 7 bis 10,5% Nickel, 12,5 bis 14,5% Molybdän, 14 bis 20% Kobalt, 0 bis 0,5% Titan, 0 bis 0,5% Aluminium bei einem Gesamtgehalt an Titan und Aluminium von höchstens 0,75% und bis 0,05% Kohlenstoff enthält, für den Zweck nach den Ansprüchen 1 und 2.

15. Verwendung einer martensitaushärtbaren Stahllegierung nach Anspruch 3, die jedoch aus 7 bis 13% Nickel, 10 bis 12% Molybdän, 25 bis 30% Kobalt, 0 bis 1% Titan, 0 bis 1% Aluminium, bis 0,1% Kohlenstoff, 0 bis 0,5% Silizium, 0 bis 0,5% Mangan, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen besteht, für den Zweck nach den Ansprüchen 1 und 2.

16. Verwendung einer martensitaushärtbaren Stahllegierung nach Anspruch 3, die jedoch aus

11 bis 16% Nickel, 7,5 bis 12% Molybdän, 10 bis 18% Kobalt bei einem Gesamtgehalt an Molybdän und Kobalt von wenigstens 22%, 0 bis 1,0% Titan, 0 bis 1,0% Aluminium bei einem Gesamtgehalt von Titan und Aluminium von höchstens 1,5%, bis 0,1% Kohlenstoff, 0 bis 0,5% Silizium und 0 bis 0,5% Mangan, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen besteht, für den Zweck nach den Ansprüchen 1 und 2.

17. Verwendung einer martensitaushärtbaren Stahllegierung nach Anspruch 16, der jedoch 12,5 bis 15,5% Nickel, 8 bis 10,5% Molybdän,

12 bis 16% Kobalt bei einem Gesamtgehalt an Molybdän und Kobalt von wenigstens 22%, bis 0,05% Kohlenstoff, 0 bis 0,5% Titan und 0 bis 0,5% Aluminium bei einem Gesamtgehalt an Titan und Aluminium von höchstens 0,75% enthält, für den Zweck nach den Ansprüchen 1 und 2.

18. Verwendung einer martensitaushärtbaren Stahllegierung nach den Ansprüchen 1 und 3 bis 17, die jedoch höchstens 0,15% Silizium und höchstens 0,15% Mangan enthält, für den Zweck nach den Ansprüchen 1 und 2.