DE1408520B2 - Verwendung einer legierung zur herstellung von federmaterial - Google Patents
Verwendung einer legierung zur herstellung von federmaterialInfo
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Description
3 4
stoff, 16 bis 18% Chrom, 7 bis 10% Nickel, 0,8 bis Temperatur für gewöhnliche Stähle bezeichnet wird,
1,5 % Mangan, 0,8 bis 1,5 % Silizium, 0 bis 2 % Molyb- bei welcher der Austenit sich spontan in Martensit umdän,
0 bis 5 % Kobalt, 0 bis 1 % Titan, 0 bis 1 % Niob zuwandeln beginnt. Es wurde ferner festgestellt, daß
und/oder Tantal, 0 bis 2 % Wolfram, 0 bis 1 % Vana- die Wirkung der wichtigsten Legierungselemente auf
dium, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verun- 5 die als Md30 gemessene Stabilität durch die folgende
reinigungen, welche bei einer Temperatur zwischen Gleichung bestimmt werden kann:
950 bis 1200° C geglüht und anschließend abgeschreckt
950 bis 1200° C geglüht und anschließend abgeschreckt
und darauf bei Raumtemperatur oder bei einer zwi- M<*3» ~ 4iV7%f \L° λ Λ°,/oTo f 'In /ο/ χτ·λ
sehen Raumtemperatur und -20°C liegenden Tempe- ~ ^Ώ,^Γ ' ( /o } ~ ' ( /o °
ratur in mehreren Stufen ohne Zwischenglühung zu io i°'-) *>'<· Mo-)·
einer 30- bis 75 %igen Umwandlung des Austenits in Die in Parenthese gehaltenen Angaben bezeichnen die
Martensit mit einer Querschnittsreduktion von 50 bis Gewichtsprozente der verschiedenen Elemente. Ma30
70 % kaltgewalzt wurde, und welche anschließend auf müßte gemäß den angestellten Untersuchungen zwieine
Temperatur zwischen 350 und 5500C angelassen sehen Raumtemperatur und —20° C, vorzugsweise
wurde, zur Herstellung von Federmaterial. Ein solches 15 zwischen 10 und —10° C liegen, um die für die Erfin-Federmaterial
weist einen hohen Elastizitätsmodul und dung charakteristischen Ergebnisse zu erzielen. Durch
eine hohe Zug- und Ermüdungsfestigkeit bei niedrigen die obige Gleichung wird eine weitere und genauere
sowie auch normalen und bei hohen Temperaturen auf. Definition der für die Erfindung geeigneten austeniti-Sie
besitzt gleichzeitig eine gute Korrosionsbeständig- sehen Stähle erreicht.
keit. 20 Gemäß der Erfindung werden die Gegenstände aus
Die Geschwindigkeit der Umwandlung von Austenit Legierungen hergestellt, die nach dem Glühen austein
Martensit hängt zum Teil von der Stabilität des nitisch sind und eine solche Stabilität aufweisen, daß
Austenits, d. h. seiner Umwandlungsbereitschaft, und die Verformungstemperatur, bei welcher 50% Martenzum
Teil vom Verformungsgrad ab. Für einen be- sit aus dem Austenit gebildet wird, nachdem das
stimmten Grad der Kaltverformung erhöht sich die 25 Material unter Spannung entsprechend einer wahren
Menge des gebildeten Martensits mit abnehmender Dehnung von 30 % verformt wurde, zwischen Raum-Stabilität
des Austenits. Umgekehrt erhöht sich für temperatur und —20° C, vorzugsweise zwischen 10
eine bestimmte Stabilität des Austenits die Menge des und —10° C, liegen muß und welche nach dem Glühen
Martensits mit dem Grad der Kaltverformung. Die und einer Reduktion der Querschnittsfläche durch
sich ergebende Festigkeit hängt von dieser Umwand- 30 Kaltverformung um 50 bis 70 % zwischen 30 und 75 %
lung ab. Die Stabilität des Austenits richtet sich teil- Martensit enthalten.
weise nach den Prozentsätzen der Legierungselemente, Der Anteil des Martensits in den Fertigerzeugnissen
welche die Stabilität unterschiedlich beeinflussen, und ist von großer Bedeutung für die Federungseigenteilweise
nach der Verformungstemperatur. Durch schäften. Bei einem Prozentsatz Martensit außerhalb
Senken der Temperatur wird die Stabilität des Auste- 35 des obenerwähnten Bereiches sind gute Federungsnits
herabgemindert. Die Verformungstemperatur eigenschaften nicht zu erhalten. In der Regel ergeben
schafft also ein weiteres Mittel zur Regelung der sich die besten Resultate, wo die Prozentsätze von
Faktoren Stabilität und Kaltverformung in der geeig- Austenit und Martensit etwa einander gleich sind,
netsten Weise. Die Kaltverformung erfolgt in verschiedenen Stufen
netsten Weise. Die Kaltverformung erfolgt in verschiedenen Stufen
Die angestellten Versuche haben gezeigt, daß relativ 40 ohne dazwischenliegende Wärmebehandlungen und
unbedeutende Änderung in den Prozentsätzen der die Reduktion der Querschnittsfläche darf nicht weni-Legierungselemente
eine beträchtliche Veränderung ger als 50% betragen. Gewöhnlich liegt sie zwischen
in der Stabilität des Austenits bewirken kann. So 50% und 70%. Das der Kaltverformung vorauskönnen
viele in ihrer Zusammensetzung nahe ver- gehende Glühen erfordert eine Erwärmung auf hohe
wandte Materialien ganz verschiedene Federungseigen- 45 Temperatur im Bereich von 950 bis 1200° C, mit
schäften aufweisen. Aus diesem Grunde ist es wesent- darauffolgender rascher Abkühlung. Die in den austelich,
die für die Erfindung geeigneten Legierungen auf nitischen Stählen nach der Luftabkühlung gewöhnlich
einer andersartigen Grundlage als die Zusammenset- vorhandenen Karbide werden dadurch in Lösung gezung
der Legierungen zu kennzeichnen. Man hat sich bracht, was den Stählen diejenigen Eigenschaften verdafür
entschieden, die Legierungen nach ihrer Stabili- 50 leiht, welche für die darauffolgende Kaltverformung
tat zu kennzeichnen. Dementsprechend wird die Stabi- erforderlich sind.
lität des Austenits als diejenige Temperatur definiert, Die Verformungstemperatur ist ein weiter Faktor,
bei welcher 50%iger Martensit unter Spannung bei der auf das Ergebnis einen großen Einfluß hat. Eine
einer wahren Dehnung von 0,30 (30%) gebildet wird. Herabminderung dieser Temperatur unter die nor-(Wahre
Dehnung wird definiert als 55 malerweise für die Kaltverformung angewendete ergibt
einen größeren Prozentsatz Martensit für denselben
e _ Jn _ Verformungsgrad oder erfordert einen niedrigeren
/0 Verformungsgrad für den gleichen Prozentsatz Marten
sit. Es ist gezeigt worden, daß eine solche Verminde-
zum Unterschied von der gewöhnlichen Dehnung 60 rung der Verformungstemperatur unter gleichzeitiger
Verminderung des Verformungsgrades keine Verände-
e __ ' ~ '0 rung in den guten Federungseigenschaften bewirkt, die
/0 mit den austenitischen Legierungen im Rahmen der
Erfindung erzielt werden. Dies bedeutet große Vorteile
worin I0 die ursprüngliche Länge der Prüfstange und 65 vom Standpunkt der Herstellung. Durch Niedrighalten
/ die Länge nach der Dehnung bezeichnet.) Diese des Verformungsgrades — er darf nicht weniger als
charakteristische Temperatur wird hier als Md30 be- 50% betragen — werden verschiedene Verformungszeichnet,
analog zu M8, womit die charakteristische stufen eingespart, während der Bereich der Formate
für das fertige Federmaterial beträchtlich erweitert werden kann, ohne über den zulässigen Walzdruck der
modernen Walzwerke hinauszugehen.
Die Verformungstemperatur, welche hier als die leicht zu messende Temperatur des Materials unmittelbar
vor dem Einlaufen in das Walzwerk anzusehen ist, kann also vorteilhaft unter der Raumtemperatur liegen.
Eine Temperatur im Bereich von —10 bis 15° C hat sich als besonders geeignet für diesen Zweck erwiesen.
Anschließend wird der Werkstoff innerhalb des xo Temperaturbereiches von 350 bis 55O0C angelassen,
wobei der Zeitraum entsprechend verschiedener Faktoren, wie Anlaßtemperatur und Form des Gegenstandes,
zweckmäßig einige Minuten bis mehrere Tage betragen kann. Bei einer Temperatur von 400 bis
475° C, die sich als vorteilhaft erwiesen hat, kann die Anlaßdauer vorteilhaft zwischen 2 und 8 Stunden liegen.
Beträchtlich längere Zeiten haben sich in einigen Fällen als vorteilhaft erwiesen, sie sind jedoch in der
Regel nicht notwendig und daher wegen der damit verbundenen Kostensteigerung zu vermeiden.
In den Zeichnungen ist das Verhältnis zwischen dem Prozentgehalt an Martensit, der Verformungstemperatur
und der wahren Dehnung im Falle von austenitischen Legierungen nach dem Glühen dargestellt. In
F i g. 1 handelt es sich um zwei Legierungen A und B, deren erstere im Rahmen der Erfindung liegt, während
die letztere offenbar außerhalb liegt. Beide Legierungen wurden einer wahren Dehnung von 30 % unterworfen,
jedoch nur die Legierung A zeigte die definierte Stabilitat,
nämlich diejenige, bei welcher 50% Martensit innerhalb des Temperaturbereiches von 20 und —20° C
gebildet werden. Für die Legierung A beträgt diese charakteristische Temperatur etwa —5° C, während
diejenige für die Legierung B etwa bei 33° C liegt. F i g. 2 zeigt den Prozentgehalt Martensit aufgetragen
gegen die Verformungstemperatur für die Legierung A für verschiedene wahre Dehnungen. Die Kurven 1, 2, 3
und 4 stellen eine wahre Dehnung von 10 bzw. 20 bzw. 30 bzw. 50 % dar. Hieraus ist klar zu ersehen, wie die
Umwandlung mit zunehmendem Verformungsgrad fortschreitet, ebenso auch der beträchtliche Einfluß der
Verformungstemperatur.
Legierung A hat die folgende Zusammensetzung:
Etwa 0,1% Kohlenstoff, etwa 0,02% Stickstoff, etwa 1% Silizium, etwa 1% Mangan, etwa 18%
Chrom, etwa 8% Nickel, etwa 0,7% Molybdän, der Rest hauptsächlich aus Eisen bestehend. Die Legierung
B unterscheidet sich von der Legierung A hauptsächlich darin, daß sie etwas niedrigere Prozentsäzte
Kohlenstoff, Silizium, Mangan und Molybdän enthält.
Wie oben erwähnt, müßten die Legierungen nach dem Glühen völlig austenitisch, d. h. frei von <5-Ferrit
sein. Dies hat einen günstigen Einfluß auf die Korrosionsfestigkeit. Damit ό-Ferrit nicht vorhanden ist, ist
es wesentlich, daß die Anteile der sogenannten ferritfördernden Elemente, wie Chrom, Silizium, Molybdän,
gegen die Austenit bildenden Elemente, wie Nickel, Mangan, Kohlenstoff und Stickstoff, abgestimmt
werden.
Eines oder mehrere der folgenden Legierungselemente können zugeschlagen werden: Wolfram, Titan,.
Niob, Tantal und Aluminium, und zwar in Prozentsätzen bis zu 1%· Ebenso können noch weitere Elemente
in relativ kleinen Mengen zugesetzt werden.
Ein bevorzugter Analysenbereich zur Herstellung von Blechen ist: 0,10 bis 0,15 % C; 0,015 bis 0,035 %N;
17 bis 18% Cr; 7,5 bis 9% Ni; 0,9 bis 1,2 Si; 0,9 bis 1,2% Mn; 0,5 bis 1,5% Mo, Rest Eisen mit den üblichen
Verunreinigungen.
Um gute Federungseigenschaften zu erzielen, ist es von großer Bedeutung, daß der Prozentsatz an Kohlenstoff
bei austenitischen Stählen einen hohen Wert beibehält. Er darf nicht weniger als 0,08 % betragen und
soll vorzugsweise zwischen 0,10% und 0,15% liegen. So ist die Zunahme der mechanischen Festigkeit infolge
eines durch Kaltverformung erzielten bestimmten Martensitanteils proportional dem Kohlenstoffgehalt.
Da eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften zu einer entsprechenden Veibesserung der Federungseigenschaften führt, ergibt sich ohne weiteres, daß die
richtige Wahl des Kohlenstoffgehaltes von großer Bedeutung ist.
Die angegebene Legierung ist erfindungsgemäß verwendbar für Federn aller Art, beispielsweise Uhrfedern,
jedoch auch für andere Gegenstände, für die gute Federungseigenschaften gefordert werden. Es bestehen
keine Herstellungsschwierigkeiten für Federn mit Stärken bis zu mindestens 2 bis 3 mm und mit guten
Federungseigenschaften und guter Korrosionsbeständigkeit, und zwar bei normalen und auch bei erhöhten
Temperaturen bis zu 500° C. Verglichen beispielsweise mit Kohlenstoffstahlfedern besitzt die gemäß der
Erfindung verwendete Legierung beträchtlich bessere Ermüdungseigenschaften. Sie ist gleichzeitig korrosionsbeständig.
Die Zugfestigkeit der gemäß der Erfindung verwendeten Legierung hat einen Maximalwert
von 250 kg/mm2.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Verwendung einer Legierung aus 0,08 bis sehen Chromnickelstählen um 25 bis 60 % durch KaIt-0,20%
Kohlenstoff, 0,005 bis 0,075% Stickstoff, S walzen mit nachfolgender Warmbehandlung bei relativ
16 bis 18% Chrom, 7 bis 10% Nickel, 0,8 bis 1,5% niedriger Temperatur, beispielsweise zwischen 75 und
Mangan, 0,8 bis 1,5% Silizium, 0 bis 2% Molyb- 2000C, eine gewisse Erhöhung der Festigkeit, welche
dän, 0 bis 5 % Kobalt, 0 bis 1 % Titan, 0 bis 1 % jedoch für Gegenstände nicht ausreicht, die hohe
Niob und/oder Tantal, 0 bis 2 % Wolfram, 0 bis 1 % Festigkeit und gute federnde Eigenschaften erfordern,
Vanadium, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte io wie z. B. Federn für Uhren und andere Instrumente.
Verunreinigungen, welche bei einer Temperatur Ebensowenig ist so behandeltes Material geeignet für
zwischen 950 bis 12000C geglüht und anschließend Federn, welche bei erhöhten Temperaturen, z. B. 300
abgeschreckt und darauf bei Raumtemperatur oder bis 5000C, arbeiten müssen.
bei einer zwischen Raumtemperatur und -2O0C In der deutschen Patentanmeldung S 26 229 VI a/18 d
liegenden Temperatur in mehreren Stufen ohne 15 wurde für ein Verfahren zur Herstellung von korro-
Zwischenglühung zu einer 30- bis 75%igen Um- sionsbeständigen Stahlfedern und Federmaterial mit
Wandlung des Austenits in Martensit mit einer guten Federungseigenschaften einschließlich hohen
Querschnittsreduktion von 50 bis 70% kaltgewalzt Elastizitätsmoduls und hoher Zugfestigkeit Schutz
wurde und welche anschließend auf eine Tempera- begehrt. Das betreffende Verfahren umfaßt das Glühen
tür zwischen 350 und 55O0C angelassen wui de, zur 20 einer unstabilen austenitischen Stahllegierung von
Herstellung von Federmaterial. einer Temperatur zwischen 950 bis 12000C, wobei die
2. Verwendung der Legierung nach Anspruch 1, Legierung Eisen als Hauptbestandteil enthält, 6 bis
bei welcher das Kaltwalzen bei einer Temperatur 10% des austenitfördernden Bestandteils aus Nickel,
zwischen 10 und-100C erfolgte, zum Zweck nach 12 bis 20% des ferritfördernden Bestandteils aus
Anspruch 1. 25 Chrom bestehen und mindestens ein zusätzlicher
3. Verwendung der Legierung nach Anspruch 1, ferritfördernder Bestandteil aus Silizium und Molybbei
welcher das Kaltwalzen bei einer Temperatur dän gewählt wird, der Mengenanteil des Siliziums und
zwischen 15 und —100C erfolgte, zum Zweck nach Molybdäns 2% bzw. 3% nicht übersteigt und min-Anspruchl.
destens 0,8% Silizium und/oder mindestens 0,4%
4. Verwendung der Legierung nach Anspruch 1, 30 Molybdän vorhanden sind, ferner die Kaltverformung
welche nach dem Kaltwalzen auf eine Temperatur der Legierung in mehreren Stufen ohne Zwischenzwischen
400 und 475° C 2 bis 8 Stunden lang ange- glühen unter Verminderung der Querschnittsfläche um
lassen wurde, zum Zweck nach Anspruch 1. mindestens 70 %, wobei die austenit- und ferritfördern-
5. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1 den Bestandteile in der abschreckungsgehärteten Lemit
0,10 bis 0,15% Kohlenstoff, 0,015 bis 0,035% 35 gierung so bemessen sind, daß durch die Kaltverfor-Stickstoff,
17 bis 18% Chrom, 7,5 bis 9% Nickel, mung praktisch keine Umwandlung des Austenits
0,9 bis 1,2% Mangan, 0,9 bis 1,2% Silizium, 0,5 unterhalb 70% Querschnittsreduktion eintritt, dafür
bis 1,5% Molybdän, Rest Eisen und erschmel- aber oberhalb eine wesentliche Umwandlung des
zungsbedingte Verunreinigungen zur Herstellung Austenits in eine nicht austenitische ferromagnetische
von Federmaterial, in Form von Blech. 40 Phase stattfindet, schließlich das Vergüten des kaltbearbeiteten
Materials im Temperaturintervall von
:______ 350 bis 55O0C zur Erzielung guter federnder Eigen
schaften. Nach diesem Verfahren hergestellte Federn besitzen sehr gute Federungseigenschaften; ein Nach-
Die bisher zur Herstellung von Federmaterial ver- 45 teil des Verfahrens ist jedoch die starke Reduktion der
wendeten Materialien mit guten Federeigenschaften Querschnittsfläche, gewöhnlich etwa 90 %>
was zu bestehen in der Regel aus sehr hochlegierten, kost- Schwierigkeiten vom Standpunkt der Herstellung führt
spieligen Stoffen mit Legierungselementen, welche die und sehr teure Anlagen erfordert. Mit modernen Kalt-Warm-
und Kaltverformung beträchtlich erschweren. Walzwerken war es nicht möglich, vergleichsweise
Auf Bildung einer dauerkorrosionsbeständigen Schütz- 5° starkes Material um etwa 90 % zu reduzieren, so daß
schicht behandelter Kohlenstoffstahl ist ebenfalls ver- man beim fertigen Federstahlmaterial nicht unter etwa
wendet worden. Solche Schutzschichten gewährleisten 0,5 mm Dicke gelangt ist.
jedoch nicht immer einen dauernden Schutz gegen Es ist bereits eine Stahllegierung mit weniger als
Korrosion, und ihre Anwendung kann sehr schwierig 0,2 % Q 16 bis 30 % Cr, 1,5 bis 5 % Mn, 1 bis 5 % Mo,
und kostspielig sein. Sie können auch Nachteile, wie 55 7 bis 20% Ni, weniger als 1% Si, Rest Eisen als Maz.
B. Wasserstoffsprödigkeit des Stahles, in sich bergen. terial verwendet worden, das gegen örtliche Korrosion
Seit langer Zeit besteht Bedarf nach Gegenständen (Lochfraß, Kontaktkorrosion), insbesondere gegen
mit sehr guten Federungseigenschaften aus den be-: -·;.- Chloride enthaltendes Wasser, widerstandsfähig ist.
kannten austenitischen röstfreien Stählen. Wegen ihres Es handelt sich hier um eine vollaustenitische Legie-Gehaltes
an Legierungsbestandteilen kann jedoch 60 rung, die auch nach einer Kaltverformung mit erhebdiesen
Stählen keine) erhöhte Festigkeit durch Wärm- licher Querschnittsreduktion (50 bis 70 %) austenitisch
behandlung in der üblichen Weise verliehen werden, bleibt und somit für Federzwecke wenig geeignet ist.
weil sie ihr austenitiscb.es Gefüge bis hinab auf Raum- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
temperatur (15°C)'Üfid darunter beibehalten. Es ist , Legierung vorzuschlagen, die für die Herstellung von
daher nicht möglich, die Festigkeit dieser Stähle durch 65 Federmaterial mit sehr guten Federeigenschaften und
Umwandlung von weichem Austenit in harten Marten- guter Korrosionsbeständigkeit geeignet ist. Die Erfinsit
zu erhöhen. Bei der Kaltverformung austenitischer dung besteht in der Verwendung einer Legierung aus
Stähle ist öfters eine im allgemeinen unerwünschte 0,08 bis 0,20% Kohlenstoff, 0,005 bis 0,075% Stick-
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE290354 | 1954-03-27 |
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Publication Number | Publication Date |
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DE1408520A1 DE1408520A1 (de) | 1968-10-03 |
DE1408520B2 true DE1408520B2 (de) | 1972-07-27 |
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ID=20260967
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DE19551408520 Pending DE1408520B2 (de) | 1954-03-27 | 1955-03-28 | Verwendung einer legierung zur herstellung von federmaterial |
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DE (1) | DE1408520B2 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2935284A1 (de) * | 1979-08-31 | 1981-03-12 | Kawasaki Steel Corp., Kobe, Hyogo | Verfahren zum herstellen nichtrostender federstaehle mit hoher festigkeit und ausgezeichneter dauerfestigkeit. |
CN105970088A (zh) * | 2016-07-06 | 2016-09-28 | 安徽红桥金属制造有限公司 | 一种高弹性油封弹簧及其生产工艺 |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5494537A (en) * | 1994-02-21 | 1996-02-27 | Nisshin Steel Co. Ltd. | High strength and toughness stainless steel strip and process for the production of the same |
DE102010025287A1 (de) * | 2010-06-28 | 2012-01-26 | Stahlwerk Ergste Westig Gmbh | Chrom-Nickel-Stahl |
-
1955
- 1955-03-28 DE DE19551408520 patent/DE1408520B2/de active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2935284A1 (de) * | 1979-08-31 | 1981-03-12 | Kawasaki Steel Corp., Kobe, Hyogo | Verfahren zum herstellen nichtrostender federstaehle mit hoher festigkeit und ausgezeichneter dauerfestigkeit. |
CN105970088A (zh) * | 2016-07-06 | 2016-09-28 | 安徽红桥金属制造有限公司 | 一种高弹性油封弹簧及其生产工艺 |
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Publication number | Publication date |
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DE1408520A1 (de) | 1968-10-03 |
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