DE1433111C - Verwendung einer Stahllegierung als Werkstoff fur Gegenstande mit hoher Festig keit, Verschleißfestigkeit und verhältnis maßig geringem spezifischem Gewicht - Google Patents
Verwendung einer Stahllegierung als Werkstoff fur Gegenstande mit hoher Festig keit, Verschleißfestigkeit und verhältnis maßig geringem spezifischem GewichtInfo
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Description
sowie Mangan und Nickel, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte
Verunreinigungen als Werkstofffür Bauteile im Flugwesen, gelenkte Geschosse, Kompressorsehaufeln und -läufer, Flugzeugmotoren,
Pleuelstangen, Getriebe, Ventilsitzringe, Lagergehäuse,
Federn, Scheibenbremsen, Befestigungsteile, Warmschmiedegesenke und Abspannisolatoren
nach Patent 1 262 613, mit der Maßgabe, daß der Mangangehalt 8 bis 18% und der Nickelgehalt
5 bis 15% beträgt.
2. Verwendung einer Stahllegierung nach Anspruch 1, die zusätzlich bis zu 10% der Elemente
Beryllium, Kobalt, Molybdän, Wolfram, Vanadium, Kupfer, Tantal, Titan, Zirkonium und/oder
Chrom enthält, für die Zwecke nach Anspruch 1.
3. Verwendung einer Stahllegierung nach Anspruch 1 oder 2, die bis 2% Bor enthält, für die
Zwecke nach Anspruch 1.
4. Verwendung einer Stahllegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die bis 2% Cer
enthält, für die Zwecke nach Anspruch 1.
5. Verwendung einer Stahllegierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit der Maßgabe,
daß der Aluminiumgehalt 6 bis 12% und der Kohlenstoffgehalt 0,6 bis 1,2% beträgt, für die
Zwecke nach Anspruch 1.
0,15 bis 2% Kohlenstoff,
4 bis 20% Aluminium,
0 bis 1% Stickstoff,
0 bis 4% Niob,
0 bis 3% Silizium
4 bis 20% Aluminium,
0 bis 1% Stickstoff,
0 bis 4% Niob,
0 bis 3% Silizium
sowie Mangan und Nickel, Rest Eisen und eischmelzungsbedingte
Verunreinigungen als Werkstoff für Bauteile im Flugwesen, gelenkte Geschosse, Kom-
pressorschaufeln und -läufer, Flugzeugmotoren, Pleuelstangen, Getriebe, Ventilsitzringe, Lagergehäuse,
Federn, Scheibenbremsen, Befestigungsteile; Warmschmiedegesenke
und Abspannisolatoren, mit der Maßgabe, daß der Mangangehalt 8 bis 18% und der
Nickelgehalt 5 bis 15% beträgt
Es hat sich herausgestellt, daß bei Gegenwart von Nickel zwischen 5 und 15%: insbesondere in der Größenordnung
von 10%, die Eigenschaft des Nickels, Austenit zu bilden, es ermöglicht, den Mangangehalt
auf 8 bis 18% !festzusetzen und somit gegenüber dem Bereich, der in der Schrift zum Hauptpatent angegeben
ist (18 bis 40%), zu reduzieren. Auf diese Weise kann die Zugfestigkeit und die Streckgrenze
der Stahllegierung erhöht werden. Liegt der AIu-
miniumgehalt im oberen Teil des angegebenen Bereichs, kann außerdem die Duktilität verbessert
werden.
Es sei erwähnt, daß eine Stahllegierung bekannt ist <s. Schrift zum USA.-Patent 1 892 316), die sich aus
folgenden Komponenten zusammensetzt:
Das Hauptpatent 1 262 613 stellt unter Schutz die Verwendung einer Stahllegierung mit hoher Festigkeit,
Verschleißfestigkeit und verhältnismäßig geringem spezifischem Gewicht, bestehend aus
0,15 bis 2,0% Kohlenstoff,
4,0 bis 20,0% Aluminium,
18,0 bis 40,0% Mangan,
18,0 bis 40,0% Mangan,
0 bis 1,0% Stickstoff,
0 bis 4,0% Niob,
0 bis 3,0% Silizium,
Rest Eisen und übliche Verunreinigungen,
Rest Eisen und übliche Verunreinigungen,
als Werkstoff für Bauteile im Flugwesen, gelenkte Geschosse, Kompressorschaufeln und -läufer, Flugzeugmotoren,
Pleuelstangen, Getriebe, Ventilsitzringe, Lagergehäuse, Federn, Scheibenbremsen, Befestigungsteile, Warmschmiedegesenke und Abspannisolatoren.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Stahllegierung des Hauptpatentes weiter
zu verbessern.
Die Lösung dieser AufgatK ILgL in der Verwendung
einer Stahllegierung mit hoher Festigkeit, Verschleißfestigkeit und verhältnismäßig geringem spezifischem
Gewicht, bestehend aus
Aluminium 5 bis 25%
Mangan 3 bis 18%
Nickel 1 bis 5%
Kohlenstoff 0 bis 1,5%
Rest Eisen und Verunreinigungen.
Diese Legierung unterscheidet sich somit im Prinzip von der erfindungsgemäß zu verwendenden Legie-
rung dadurch, daß sie einen niedrigeren Nickelgehalt hat. Als Werkstoff für die erwähnten Gegenstände
ist sie somit ungeeignet, weil sie nicht die Festigkeit und die Verschleißfestigkeit hat, welche die erfindungsgemäße
Legierung besitzt.
In der folgenden Tabelle 1 sind einige Beispiele für erfindungsgemäß zu verwendende Legierungen angegeben:
| Le | Aluminium | Mangan | Kohlen | Nickel | Silizium |
| gierung | 10,70 | 8,7 | stoff | 5,84 | 0,10 |
| 1 | 9,81 | 9,8 | 1,20 | 5,75 | — |
| 2 | 8,66 | 9,8 | 1,12 | 6,02 | 0,10 |
| 3 | 8,58 | 9,3 | 0,92 | 5,84 | 0,10 |
| 4 | 8,00 | 10,4 | : 1,12 | 6,00 | — |
| 5 | 8,58 | 9,3 | 1,12 | 5,89 | 0,10 |
| 6 | 6,89 | 10,8 | 1,12 | 5,05 | — |
| 7 | 1,12 | ||||
Wenn die Legierungen der Tabelle 1 in Blöcke von 50 mm Durchmesser gegossen und sodann bei
12000C in quadratische Stäbe von 12,5 mm Seitenlänge
warmgewalzt werden, weisen sie die in Tabelle 2 ersichtlichen Eigenschaften auf.
| Le. | 0,1% Dehn | Zugfestigkeit | % | •/«Ein |
| gierung | grenze in lcg^aiin2 |
in kg/mm2 | Dehnung | schnürung |
| 1 | * 130 | 168 | — | |
| 2 | 126 | 145 | 2 | — |
| 3 | 103 | 122 | 22 | 23 |
| 4 | 132 | 146 | 19 | 24 |
| 5 | 126 | 140 | 12 | 23 |
| 6 | 126 | 144 | 15 | 15 |
| 7 | 128 | 142 | 30 | 48 |
Die modifizierten Legierungen, die wenig Mangan der in den Tabellen 1 und 2 angegebenen Art für
zusammen mit Nickel als wesentliche Legierungsele- 1 Stunde auf 10500C durchweicht und mit Wasser
mente enthalten, können weiterhin wärmebehandelt abgeschreckt werden, wonach sie folgende physi-
und/oder kaltgewalzt und/oder gealtert werden. So 20 kaiische Eigenschaften aufweisen:
können z. B. warmgewalrte Stäbe oder Legierungen
können z. B. warmgewalrte Stäbe oder Legierungen
| Legierung | Verfahrensbedingungen | 0,1% Dehngrenze in kg/mm2 |
Zugfestigkeit in kg/mm2 |
% Dehnung | % Einschnürung |
| 1 | l'/2 Std. 1050/11000C wa*) | 118 | 138 | 2 | 7 |
| 2 | 72Std. 1050° C wa*) | 110 | 126 | 27 | 25 |
| 3 | V2SId. 1050/1!000C wa*) | 70 | 94 | 28 | 33 |
| 4 | 1 Std. 10500C wa*) | 86 | 93 | 46 | 55 |
| 5 | 1 Std. 10500C wa*) | 83 | 99 | 60 | 58 |
| 6 | 1 Std. 10500C wa*) | 92 | 98 | 23 | 64 |
| 7 | 1 Std. 1050°C v;a*) | 70 | 86 | 80 | 64 |
*) wa. = mit Wasser abgeschreckt.
Aus den Tabellen 1, 2 und 3, insbesondere unter Bezugnahme auf die Legierung 1, geht hervor, daß bei
einem Gehalt der Legierung an Aluminium über 10% und Mangan etwas unter 9% geringe Duktilitäts- und
Einschnürungswerte sowohl bei warmbearbeiteten als auch durch Lösungsglühung behandelten Bedingungen
erhalten werden.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen haben außergewöhnlich gute Eigenschaften im warmbearbeiteten
oder geschmiedeten Zustand; z.B. hat die Legierung 4 eine Vickers-Härtezahl von 488 im
warmbearbeiteten Zustand, und nach Unterwerfung einer weiteren Wärmebehandlung mittels Durchweichung
auf 5000C während 20 Stunden ergibt sich eine
Erhöhung der Härte auf den beträchtlichen Wert von 712. Solche Legierungen im gehärteten Zustand
sind außergewöhnlich brauchbar für hochbeanspruchte und verschleißfeste Bauteile.
Die Legierungen dieser Modifikation mit einem niedrigen Mangangehalt lassen sich ferner leicht einer
Alterungsbehandlung in dem Bereich von 400 bis 7000C unterwerfen, der nach der Warmverformung
oder nach der Lösungsglühbehandlung erfolgt. Ein Beispiel der damit erhaltenen Ergebnisse einer typischen
Legierung mit der Analyse: Aluminium 9,33%, Mangan 9,48%, Kohlenstoff 1,02%, Nickel 6,51%,
Silizium 0,10%, Rest Eisen, mit einem spezifischen Gewicht von 6,927, ergibt sich aus der folgenden
Tabelle 4:
| Warmverformung | Wärmebehandelt | |
| bei 12000C und gealtert bei 6000C |
1 Stunde bei 10500C, | |
| Zeit bei Temperatur "P fSlnnderrt |
Vickershärte | mit Wasser abgeschreckt |
| und gealtert bei 5000C | ||
| 450 | Vickershärte | |
| 0 | 510 | 340 |
| 2 | 530 | 390 |
| 3 | 545 | |
| 6 | ||
| 6V2 | 553 | 430 |
| 10 | ||
| 10V2 | 557 | 480 |
| 12V2 | ||
| 13 | 552 | 492 |
| 14V2 | 535 | |
| 18 V2 | 525 | |
| 25V2 | ||
| 26 | 530 | |
Im Hauptpatent ist erwähnt, daß diese Eisen-Aluminium-Legierungen
mit Mangan und Kohlenstoff mechanische Eigenschaften besitzen, die gleichwertig sind mit jenen, die man bei legiertem Stahl nach Warmbehandlung
erhält, und daß sie auch gute mechanische
Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen aufweisen. Es wurde auch gefunden, daß sich diese Legierungen
im Walzzustand zur Herstellung von Stanzmatrizen oder Gesenken eignen. Eine solche Matrize, die aus
einem Schmiedestück hergestellt war, hatte bei der Verwendung zur Herstellung eines Aluminiumbronzestempels
eine Lebensdauer von 7250 Stanzungen, was ungefähr das Doppelte dessen ist, was nvt einer
Matrize aus wärmebehandeltem Stahl der Zusammensetzung Kohlenstoff 0,50%, Nickel 1,75%, Chrom
0,60%, Molybdän 0,30%, Rest Eisen und Verunreinigungen, erreichbar ist. Diese Lebensdauer ist offenbar
weitaus langer als die besten Erzeugnisse aus allen anderen Arten von Gesenkstählen.
Es wurde festgestellt, daß die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen mit hohem Nickel- und
herabgesetztem Mangangehalt, wenn sie als Stanzmatrizen zur Herstellung der erwähnten Aluminiumbronzestanzen
verwendet werden, noch größere Lebensdauer von etwa 8000 bis 10 000 Stanzungen aufweisen.
Die für diesen besonderen Fall verwendete Legierung war die Legierung 3 (Tabelle 1). Die Matrize
wurde bei 12000C aus einem 132 mm Durchmesser aufweisenden Ingot geschmiedet und 6V2 Stunden
bei 6000C behandelt, bevor sie durch Pressen hergestellt
wurde.
Legierungen gemäß dem Hauptpatent können als Sandgußstiicke hergestellt werden, aber es wtrde
gefunden, daß die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen mit Nickel und herabgesetztem Mangangehalt
verbesserte Eigenschaften beim Sandguß erhalten, insbesondere bei Wärmebehandlung durch
Glühen bei 800 bis 12000C, wobei sie gute mechanische
Eigenschaften kombiniert mit hoher Duktilität erhalten. In diesem Zustand können die Sandgußstücke
durch Ausscheidung im Temperaturbereich von 400 bis 7500C gehärtet werden, um Zugfestigkeit
und Härte zu verbessern. Ein weiter Bereich von Festigkeit und Härte kann durch entsprechende Auswahl
und Dauer der Temperatur der Wärmebehandlung erreicht werden. Die Legierungen erscheinen
für viele Anwendungszwecke geeignet, die hohe Zugfestigkeit bei Temperaturen bis 4000C aufweisen
(oder für kürzere Zeiten bei höheren Temperaturen) und mäßige Korrosionsfestigkeit verlangen, insbesondere
dann, wenn geringes Gewicht erwünscht ist, z.B.für
1. Kompressorfiügel und -scheiben,
2. Luftfahrzeuge, bei denen derzeit Kohlenstoff oder niederlegierte Stähle verwendet werden,
3. kurzzeitige Dienste bei Temperaturen bis zu 6500C und wo eine Gewichtsersparung von
überragender Bedeutung ist, z.B. bei Konstruktionselementen
gelenkter Geschosse,
4. Flugzeugmaschinen, bei denen geringes Gewicht und niedrige Leitfähigkeit erwünscht
sind, z. B. Lagergehäuse,
5. hochzugfeste Befestigungen,
6. Federn (in kalt gewalztem oder gezogenem Zustand),
7. Gesenke für Heißschmieden,
8. Anwendungen, die Reibfestigkeit verlangen (in diesem Falle ist die Legierung in gehärtetem
Zustand dann zu verwenden, wenn eine etwas größere Sprödigkeit zulässig ist).
Weitere entsprechende Anwendungsarten sind folgende:
a) F^euelstangen, bei denen ein hohes Verhältnis
zwischen Festigkeit und Gewicht wünschenswert ist,
b) Getriebe,
c) Ventilsitzeinlagen,
d) Scheibenbremsen,
e) Isolierbolzen, insbesondere für die Elektrifizierung von Bahnen, bei denen das größte Verhältnis
zwischen Festigkeit und Gewicht erforderlich ist.
Ebenso wie die Legierungen des Hauptpatents können die erfindungsgemäß zu verwendenden Legierungen
ferner bis zu 4% Niob, bis zu 3% Silizium, bis zu 1 % Stickstoff und bis zu 10% der Elemente
Beryllium, Kobalt, Nickel, Molybdän, Wolfram, Vanadium, Kupfer, Tantal, Titan, Zirkon und/oder Chrom
enthalten. In gleicher Weise können die Legierungen auch bis zu 2% Bor und/oder Cer enthalten.
Claims (1)
1. Verwendung einer Stahllegierung mit hoher Festigkeit, Verschleißfestigkeit und verhältnismäßig
geringem spezifischem Gewicht, bestehend aus
0,15 bis 2% Kohlenstoff,
4 bis 20% Aluminium,
0 bis 1% Stickstoff,
0 bis 4% Niob,
0 bis 3% Silizium
4 bis 20% Aluminium,
0 bis 1% Stickstoff,
0 bis 4% Niob,
0 bis 3% Silizium
Applications Claiming Priority (4)
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| GB2090857A GB841366A (en) | 1957-07-02 | 1957-07-02 | Improvements in iron aluminium alloys |
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| DEL0036774 | 1960-08-08 | ||
| DEL0036774 | 1960-08-08 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1433111A1 DE1433111A1 (de) | 1968-12-19 |
| DE1433111B2 DE1433111B2 (de) | 1972-08-17 |
| DE1433111C true DE1433111C (de) | 1973-03-22 |
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