DE1458464A1

DE1458464A1 - Stahllegierungen und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE1458464A1
Application number: DE19621458464
Authority: DE
Inventors: James Tarwater
Original assignee: Republic Steel Corp
Current assignee: Republic Steel Corp
Priority date: 1961-09-21
Filing date: 1962-09-13
Publication date: 1969-03-27
Also published as: GB1013735A; US3198630A; DE1458464B2; DE1458464C3; LU42364A1

Description

HEUE UNTERLAGEN

R 921

Republic Steel Corporation, Cleveland, Ohio, YoSt.A.

Stahllegierungen und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft Stahllegierungen und Verfahren zu ihrer Herstellung, insbesondere eine Stahllegierung, die sich zu "superfesten" Stahlerzeugnissen mit einer wesentlich oberhalb 21 ooo kg/cm liegenden Zugfestigkeit verarbeiten läßt, die gleichzeitig eine im wesentlichen definierte Streckgrenze, die praktisch den gleichen Wert hat wie die äußerste Zugfestigkeit, und weiterhin ein hohes Maß an Dehnbarkeit (Duktilität) aufweisen.

Die Erfindung betrifft ferner eine martens!tische superfeste Stahllegierung mit guter Duktilität und einer innerhalb eines größeren Temperberelchs, wie eines Temperaturbereichs von etwa 2o4 bis 482 C, erreichbaren, sehr hohen Festigkeit im getemperten Zustand, die vorzugsweise Kobalt und/oder Aluminium enthält»

Die Erfindung betrifft weiterhin eine superfeste Stahl-9 Ö d 6 13 / O 8 2 6 legierung.

fallt Unterlagen (Art 711 Abt. Ζ Nr. I Sap 3 «μ Aftd«-uno«a«l. v. 1. ) ·

ORIGINAL INSPECTED

legierung, die eine hohe Bruchzähigkeit aufweist, wie sie an Hand des 7/iderstandes einer gekerbten Probe eines Bleches gegenüber der Ausdehnung eines Risses unter Spannung gemessen wird.

Superfeste Stähle sind in neuerer Zeit eine interessante Gruppe von Stahllegierungen geworden= Ton verschiedenen Herstellern solcher Stähle wurden die verschiedensten Zusammensetzungen mit den 'dazugehörigen Zugfestigkeiten offenbart, die in praktisch sämtlichen Fällen «wesentlich unterhalb von 21 ooo kg/cm'¹ lageno In den meisten Fällen weisen diese Stähle einen mittleren Kohlenstoffgehalt und Legierungselemente wie Mangan, _Λ ,, Silicium, Chrom, Molybdän, Vanadium und Nickel auf. In praktisch sämtlichen Fällen war jedoch der Nickelgehalt ganz niedrig, d.ho kaum oberhalb von 2 ^, während einige der anderen genannten Elemente in Mengen vorlagen, die wesentlich oberhalb von den erfindungsgemäß als zulässig angesehenen Vierten liegen. Der Chromgehalt beispielsweise lag wesentlich oberhalb der erfindungsgemäß mit etwa o,5 °ß>. angegebenen oberen Grenze» Der erfindungsgemäße Stahl kann daher im Gegensatz zu diesen»bekannten Legierungen als ein Nickelstahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt bezeichnet werden, in dem das Nickel in einer Menge von etwa 3 - 7 $ vorliegt, wobei - wie weiter unten beschrieben wird - für bestimmte Zwecke weitere Begrenzungen in bezug auf die Zusammensetzung gegeben sind.

Nach dem Stand der Technik sind ferner eine Reihe

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von Legierungszusammensetzungen vorgeschlagen worden} die im allgemeinen als Stähle vom "Ladish-Typ" bezeichnet wurden, von denen einige bestimmte in den TJSA-Patentschriften 2 919 188 und 2 921 849, die beide der Ladish Company, Cudahy, Wisconsin, gehören, angegeben sind« Diese Stähle haben einen ganz niedrigen Nickelge- ■ halt, was z.B. in der ersten dieser beiden Patentschriften aus folgenden Worten ersichtlich ist:

"Der Nickelgehalt ist stets geringer als der Chromgehalt und stets geringer als der Molybdängehalt."

Wie im folgenden im einzelnen beschrieben werden wird, lassen sich mit den erfindungsgemäßen Legierungszusammensetzungen - sowohl vom Standpunkt der im getemperten Zustand vorliegenden Eigenschaften, wie der über einen wesentlichen Bereich vom Tempertemperaturen erreichbaren Streckfestigkeit und Zugfestigkeiten, als auch vom Standpunkt der die hohe Streckfestigkeit und die hohen Zugfestigkeitseigenschaften begleitenden Dehnbarkeit (Duktilität) - Zugfestigkeits-, Streckfestigkeits- und Dehnbarkeitswerte erreichen, die den Stählen vom Ladish-Typ sowie sämtlichen anderen nach dem Stand der Technik bekannten Stählen wesentlich überlegen sind. Eine weitere Gruppe von diesen Stählen - sämtlich in Übereinstimmung mit dem oben definierten allgemeinen Erfindungsbereich besitzt im Vergleich zu den bekannten superfesten Stählen eine weit überlegene Bruchzähigkeit - eine Eigenschaft,

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die für manche Zweoke, für die solche Stähle heute erforderlich sind, von immer größerer Bedeutung wird. Eine solche Verwendung von vorgespannten (prestrained) und spannungsgealterten (strain-aged) Materialien liegt bei der Herstellung von mit hoher Geschwindigkeit laufenden Rotoren vor, wie sie z.B. für mit hoher Geschwindigkeit laufende Präzisionspumpen benötigt werden, für die Stähle mit sehr hoher o,o2 ^-Verschiebungs-Streckfestigkeit (vgl. die Erläuterung weiter unten) erforderlich sind. Weitere Anwendungsgebiete finden diese Stähle bei der Herstellung von Zuggliedern von Takelagen von Gerüsten und Bauteilen, insbesondere für Plugzeuge und Raketen, wo ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht gefordert wird. Mit diesen Anwendungsgebieten ist jedoch keine Begrenzung der Verwendungsmöglichkeiten dieser Stähle gegeben.

Erfindungsgemäß wird eine martensitische Stahllegierung vorgeschlagen, die im wesentlichen die folgenden Bestandteile aufweist ι

etwa o,35 - o_#6o fa_t vorzugsweise o,45 - o,55 f° Kohlenstoff

" 3 - 7 #» " 3 1/2-5 fo Nickel

¹¹ o,2 - o,5 fo Chrom

¹¹ 0-2 fo Mangan

¹¹ ο - 2 fo Silicium

" ο - o, 2 $> Vanadium

¹¹ ■ ο - 5 $ Kobalt

¹¹ ο - 1 jS Aluminium

" ο - o,öl i» Sohwefel und

¹J ο - o,öl <$> Phosphor, wobei

wobei.der Rest aus Bisen mit zufälligen Verunreinigungen besteht, und die eine hohe Festigkeit im getemperten Zustand und eine gute Streckbarkeit aufweist»

Gemäß dem Stand der Technik ist ferner ein Verfahren zur Stahlbehandlung vorgeschlagen worden, das in mancher Beziehung dem hier beschriebenen Verfahren im wesentlichen ähnlich ist, mit der Ausnahme, daß dieses Verfahren bisher lediglich auf Stähle mit niedrigem ITickelgehalt wie z.B. "AISI Type 434o"-Stahl (l,74 fo Nickel) angewendet worden ist, bei denen außerdem der Chromgehalt wesentlich höher war als er erfindungsgemäß gewünscht bzw. nahegelegt wird (d.h. der Chromgehalt betrug o,82 $). Der "AISI Type 434o"-Stahl und das Y-erfahren zu seiner Behandlung ist ausführlich in den "Transactions of the American Society of Metals", März 1962, Seiten 72 - 83, beschrieben. Während der erhaltene Stahl eine sehr hohe Zugfestigkeit aufweist, sind seine Dehnbarkeits- (Duktilitäts-)eigenschaften fast völlig verlorengegangen. Auf Seite.82 des genannten Artikels heißt es» -

".... die Festigkeit ist begleitet von einem nahezu vollständigen Verlust an stabiler Dehnbarkeit ...■".

Im Gegensatz dazu können die erfindungsgemäßen Stähle mit Vorteil nach diesem Verfahren behandelt werden, d.h. zunächst wird bei einer ausreichend hohen Temperatur die Austenltbildung durchgeführt, aodann abgeschreckt und

danach

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danach bei verhältnismäßig niedriger Temperatur getempert, gefolgt von einer plastischen Vorspannung bis über die Elastizitätsgrenze des Metalls hinaus und einer anschließenden Behandlung, die hier als "Spannungsalterung'¹ (©ngl. "strain-aging") bezeichnet wird und bei der der Stahl, der vorher wie besagt einer Spannung ausgesetzt worden ist, für eine gewisse Zeit bei einer gewünschten Temperatur gehalten wird, sodaß die gewünschten Eigenschaften erzielt und praktisch für immer erhalten bleiben.

Wird eine Stahllegierung mit einer Zusammensetzung, die innerhalb der erfindungsgemäßen Grenzen liegt, nach dem vorgenannten Verfahren behandelt, besitzt das erhaltene Stahlerzeugnis in der Richtung, in der die Vorspannung erfolgte, sine "Superfestigkeit", die von einer ziemlich definierten Streckgrenze und einer o,2 ^o-Verschiebungs-Streckgrenze (vgl. die Erläuterung weiter unten) begleitet wird, die dem Zugfestigkeitswert praktisch, gleicht« Ein solches Stahlprodukt ist für sich ein Gegenstand, der vorliegenden Erfindung.

Die Erfindung wird aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, in der auf die anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird, besser verständlich werden.

In Fig· 1 wird ein Stahl, der getempert, jedoch nicht vorgespannt oder spannungsgealtert worden ist, mit einem Stahl verglichen, der vollständig in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung behandelt, d.h. u.a. bei erhöhter

Temperatur

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■ -7- 145846ft'·

Temperatur spannungsgealtert worden ist. In der Zeichnung ist die Zugspannung gegen die Dehnung aufgetragen. Außerdem wird die o,o2 ^-Versohiebungs-Linie und die· o,2 <fo-Verschiebungs-Linie gezeigt. .

In Pig. 2 ist die Streokfestigkeit (o,2 $ Verschiebung) in kg/cm gegen die Tempertemperatur in °0 aufgetragen.

In der Fig. 5» die der Pig. 2 ähnelt, ist die an Hand der gleichen Testproben ermittelte Zugfestigkeit in Abhängigkeit von der Tempertemperatur aufgetragen.

Pig» 4 ie* eine Abbildung eines Teststückes, wie es zur Bestimmung der Bruchzähigkeit einer Stahlprobe durch Ermittlung der Spannung, die zur raschen Portführung eines RisseB in einer eoharf gekerbten Probe erforderlich ist, verwendet worden ist.

Die innerhalb der angegebenen allgemeinen Grenzen zusammengesetzten Etähle lassen sich in bezug auf ihren Verwendungszeck in drei verschiedene Gruppen aufteilen. Pur alle diese Zwecke ist ein superfester Stahl erforderlich, d.h. ein Stahl, der int getemperten bzw. wärmebehandelten Zustand eine sehr hohe Zugfestigkeit aufweist. Viele hochfesten Stähle besitzen keine echte Streckgrenze, sodaß es üblich geworden ist, eine sogenannte "Streckgrenze" dadurch zu ermitteln, daß man zunächst die an ein Prüfstück angelegte Spannung, z.B. die Zugspannung, gegen die an dem Prüfstück tatsächlich festgestellte Dehnung' aufträgt^ Während der Krafteinwirkung (Spannung) unterhalb bzw. bis

zur

^; §09813/0828

zur Elastizitätsgrenze des Materials handelt es sich bei der so aufgetragenen Funktion um eine verhältnismäßig gerade Linie mit positivem Anstieg. Jenseits eines Punktes, der praktisch der Elastizitätsgrenze des Metalls entspricht, geht die Serade ohne wahrnehmbaren scharfen Knick in eine Kurve über, die zu Anfang praktisch tangential zur genannten geraden Linie verläuft. Aus diesem Grunde ist es üblich geworden, eine willkürliche gerade Linie parallel zu dem geraden Teil der Spannungs/Dehnungs-Funktion, der unterhalb der Elastizitätsgrenze liegt, zu· ziehen, die um einen Dehnungswert von o,2 $ gegen diese verschoben ist, und den Schnittpunkt dieser willkürlichen Linie mit der eigentlichen Kurve der Meßpunkte als Streckgrenze bzw. als- "o,2 ^-Verechiebungs-Streckfestigkeit" (engl.'i o,2 ^offset yield strength) zu bezeiohnen. Erfindungsgemäß werden jedoch Stähle vorgeschlagen, die nach der Behandlung eine echte und ganz scharfe Streckgrenze aufweisen, wie sich aus einem Vergleich der Kurven A und B der Fig. 1 ergibt.

Zunäohst sei die allgemeine Zusammensetzung der erfindungegemäßen Stähle angegeben. Die Zusammensetzung ist wie folgtι

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.,. ■ H58464

etwa o»35 - 0,60 "Jo Kohlenstoff

¹¹ 5 - 7 fo Nickel

" o,2 - o_t5 $ Chrom

ⁿ o,2-2 $ Mangan

" o,15 - 2 $> Silicium

" ο - o,2 i> Vanadium

» ο - 5,o $ Kobalt

¹¹ ο - 1 $ Aluminium

und nicht mehr als etwa o,ol fo Schwefel sowie nicht mehr als o_tol $ Phosphor, wobei der Heat aus Eisen mit zufälligen Verunreinigungen besteht.

7Qn den aufgeführten Bestandteilen ist der Kohlenstoff im sogenannten mittleren Bereich von ο,35 - ο,βο 9$ enthalten, da Stähle mit niedrigerem Kohlenstoffgehalt keinen echten Vorteil gegenüber des Stand der Technik bieten, während Stähle mit höherem Kohlenstoffgehalt verspröden, sodaß die gewünschten uehnbarkeltseigensohaften nicht vorliegen· Will man einen Stahl mit maximaler Eignung zur Herstellung eines vorgespannten und spannungsgealterten Erzeugnisses alt der gewünschten Superfeetigkelt und Dehnbarkeit haben, eo wird ein etwas engerer Kohlenetoffbereich bevorzugt, d.h. der Kohlenstoffgehalt beträgt in diesem Falle vorzugsweise etwa o,45 - o»5o $. Obwohl der Kohlenstoffgehalt damit etwas höher 1st ale derjenige des "AISI Type 4340"-Stahl· (0,40 </» Kohlenstoff), ist die erhaltene Stahlltgierung nach der erfindungegeaäö

durchgeführten

BAD ORlGiNAt

- Io -

durchgeführten Behandlung viel dehnbarer«

Per nächstwichtigste Legierungsbestandteil der erfindungsgemäßen Stähle ist das Nickel, Der Niokelgöhalt -kann ganz allgemein etwa 3 - 7 $ "betragen. Bin "bevorzugter Hiokelgehalt liegt bei etwa 3 1/2 - 5 $, Bs sind jedoch innerhalb beider Bereiche ausgezeichnete Ergebnisse erzielt worden, und es wird auch kein Grund gesehen» weshalb die dass wischen liegenden Bereiche keine genau so ausgezeichneten Ergebnisse für viele_f wenn auoh vielleicht nickt für sämtliche Zwecke ergeben sollten. Sie untere Grenze des Fiokelgehaltes- ist jedoch von kritischer Bedeutung. Liegt nämlioh die Menge des vorhandenen Nickels wesentlich unterhalb von 3 $» wie bei dem "ÄlSI-Iype 434o"-Stahl, bei dem der Niokelgehalt nur 1,74 $> beträgt» weisen die vorgespannten und spannungsgealtsrte» Stahlgegenstände eine sehr geringe Dehnbarkeit auf. D|e obere Grenze für den Nlokelgehalt ist nicht so kritisch» dooh liefern wesentlich höhere NickeIgahalte andersartige Legierungen! die den erfindungsgemäßen Hegeln und Eigenschaften im allgemeinen nioht folgen. Außerdem ist Hiokel viel kostspieliger als mancher der anderen Bestandteile, insbesonder« das Bisen« das natürlich ale Hauptbestandteil vorliegt) wtefcalb die Kosten der fertigen Stahllegierung mit zunehpendent Hiokelgehalt entspreohend Änsteigeß.

Das Mangan äh&alt iß "bftsug avtf «ißigt Sigerifohaften, duroh »eine Iinverl*ibuKg hervorgerufen werden dem

Silioium.

BAD

Silicium, da beide Elemente zu einem gewissen Ausmaß zur Härtbarkeit der Stahllegierungen beitragen. Im allgemeinen wird ein Restgehalt an Mangan beibehalten, damit der Schwefel gebunden wird, um auf diese Weiße Schwierigkeiten bei der Heißbearbeitung zu vermeiden. Bei der Auswahl der Rohmaterialien kann die Manganzugabe jedoch verringert oder ganz unterlassen werden, sodaß die untere Grenze des Mangangehaltes bei 0 liegen kann. Der Maximalgehalt liegt bei etwa 2 fo_t da sich mit größeren Mengen von Mangan keine merklichen Verbesserungen der Eigenschaften der erfindungsgemäßen Produkte erzielen lassen« Bei der oberen Grenze handelt es sich daher nicht um eine kritische Grenze, sondern um eine Grenze, die zum größten Teil durch wirtschaftliche Faktoren gegeben ist und nicht durch Faktoren, die etwas mit den technischen Eigenschaften des Produktes zu tun haben.

Das Silioium wird in vielen Stahlen biB zu einer gewissen Menge gefunden und hat im allgemeinen die Aufgabe» die Temperreaktion bei Temperaturen von 316 G und darunter zu verzögern. Das Silioium wird im allgemeinen deshalb zugegeben, damit es eich In der Schmelze mit dem Sauerstoff verbindet! unter Anwendung bestimmter Sohmelzverfahren kann das Silioium jedoch gänzlich weggelassen werden, sodaß die untere Grenze bei0 liegen kann· Der Höchstwert für Silicium von etwa 2 $ wurde aus dem Grunde gewählt, weil das Endprodukt mit zunehmendem Siliciumgehalt

mehr

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mehr und mehr spröde wird. Werte von mehr als etwa 2 $ verleihen dem Produkt daher eine unerwünschte Sprödigkeit.

Das Chrom verhindert .während der Wärmebehandlung oder der Benutzung der Stahllegierung die Graphitbildung und ist erfindungsgemäß vorzugsweise in Mengen von etwa o,2 - o,5 $ zugegen. Der bevorzugte Chromgehalt liegt bei etwa o,25 - o,35 f°»

Es ist erwünscht, daß der Gehalt an Schwefel und Phosphor auf ein Minimum herabgesetzt wird, da in der ganzen Bisenmetallurgie bekannt ist, daß der Schwefel die Stahlerzeugnisse im heißen Zustand brüchig macht, während der Phosphor eine Sprödigkeit im kalten Zustand hervorruft· Die Werte für Schwefel und Phosphor stellen daher maximal zulässige Werte dar, doh. es wird natürlich bevorzugt, daß die beiden Elemente in der kleinstmöglichen Menge vorliegen, doch ist es aus wirtschaftlichen Gründen praktisoh nicht möglich, die Elemente völlig zu entfernen.

Ein weiteres Element, das in der erfindungsgemäßen Legierung wahlweise vorliegen kann, ist das Kobalt* Die Grenzen liegen erfindungsgemäß bei etwa O - 5 $· Es sei daher ausdrücklich darauf hingewiesen, daß Legierungen ohne Kobalt innerhalb des Erfindungsbereiohs liegen, während Zusammensetzungen mit über etwa 5 f° auszusehließen sind. Die obere Grenze ist in diesem Falle nicht besonders kritisch. Die Aufgabe des Kobalts liegt - zumindest bei

Gegenwart

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Gegenwart von Silicium - darin, die Temperbeständigkeit zu verbessern und dem Material - insbesondere im getemperten Zustand - erwünschte physikalische Eigenschaften einzuverleiben, d.h. ohne die anschließend beschriebenen Stufen des Vordehnens und Spannungsalterns. Andererseits haben sich kobalthaltige Legierungen - wie weiter unten angegeben ist« bei der Durchführung des Vordehnens und Spannungsalterns nicht nur als brauchbar, sondern als höchst erwünscht erwiesen.

Das Aluminium ist ein weiteres wahlweise verwendbares Element und ist insbesondere bei kobalthaltigen Stählen erwünscht» wie weiter unten erläutert wird. So weit bekannt, wirkt dieses Element in den verhältnismäßig geringen Konzentrationen, wie sie erfindungsgemäß vorgeschlagen werden, d.h. von 0 - 1 $, für die Stahllegierungen als deeoxydierendes Mittel. In diesem Fall hat "0" die Bedeutung, daß viele der erfindungsgemäßen Stahllegierungen überhaupt kein Aluminium zu enthalten brauchen.

Bas Molybdän und das Vanadium sind ebenfalls wahlweise vorhandene Legierungsbestandteile, d.h. sie können beide auch ganz entfallen» weshalb die untere Grenze in jedem Fall mit ¹¹O" angegeben ist. Der Höchstgehalt sei für Molybdän mit etwa 0,5$ und für Vanadium mit etwa o,2 'fa angegeben.

Es wurde ganz allgemein gefunden, daß die Elemente Chrom, Molybdän, Vanadium, Wdfram und Niob (Golumbium)

gemeinsam

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gemeinsam als "Carbidbildner" bezeichnet werden können. Biese Elemente "bzw. einige von ihnen werden bis zu einem gewissen Ausmaß in praktisoh sämtlichen hochfesten Stabilen verwendet* Es.sei jedoch bemerkt} daß wesentliche Mengen von diesen Metallen den Stahl hart und fest maohen, jedoch eine sehr geringe Dehnbarkeit verursachen. Im allgemeinen werden diese Metalle für Stähle verwendet) die bei etwa 316 0 getempert werden sollen, d.h. oberhalb des Bereichs} in dem superfeste Stähle üblicherweise ihre maximale Zugfestigkeit zeigen. Erfindungsgemäß wird der Gehalt an diesen Metallen' bei oder nahe einem Minimum gehalten} damit die erhaltene Stahllegierung gleichzeitig die gewünschte Festigkeit und eine wesentliche Dehnbarkeit aufweist·

Die erfindungBgemäßen Stähle werden vorwiegend durch das Vorhandensein der Nicht-Carbidbildner, wie Nickel} Silicium} Kobalt und Aluminium, gekennzeichnet. SS wurde gefunden, daß das Mangan manche Eigenschaften der Carbidbildner und manche Eigenschaften der Nicht-Carbidbildner vereinigt, sodaß es nicht ausschließlich einer der beiden Gruppen zugeordnet werden kann«

In verhältnismäßig geringen bzw. Spurenmengen können weitere Elemente! wie CaIdUm₁ Kupfer, Titan, Zirkonium} Niob} Tantal und Bor, zugegen sein» Falls in der Legierung enthalten} ist die Menge irgendeines dieser Metalls bzw. die Gesamtmenge aller dieser Metalle so gering, daß die

Eigenschaften

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Eigenschaften der Legierung insgesamt gesehen nicht wesentlich beeinflußt werden« Falls diese Elemente überhaupt zugegen sind, können sie in den vorliegenden Mengen als zufällige Verunreinigungen des Eisens bezeichnet werden.

Es wird nahegelegt, die meisten, wenn nicht sogar sämtliche erfindungsgemäßen Legierungen zumindest zuerst einem mehr oder weniger üblichen Wärmebehandlungsverfahren zu unterwerfen, das als erste Stufe die Austenit-Bildung einschließt, wobei die Stahllegierung zunächst auf eine Temperatur oberhalb des Bereichs von etwa 760-788 C erhitzt und genügend lange auf dieser Temperatur gehalten wird, bis das Metall einen verhältnismäßig gleichmäßigen und beständigen Zustand angenommen hat* Das Metall wird dann in öl bzw. einer Salzschmelze - wie weiter unten besonders beschrieben - abgeschreckt. Das Abschrekken gehört völlig zum Stand der Technik und braucht daher nicht im einzelnen beschrieben werden. Danach wird der abgeschreckte Gegenstand gewöhnlich getempert bzw· "angelassen", indem man ihn auf eine bestimmte Temperatur bringt und dort hältj die gewöhnlich im Bereich von etwa 177 - 316 G liegt, obgleich in manchen Pillen auch bei Temperaturen von 4²7 0- oder darüber getempert werden kann. Es wurde jedoch gefunden, daß zur Erzielung einer maximalen Festigkeit die niedrigeren Tempertemperaturen ge-■ wohnlich nteh*-ete»pkftl:1i-ven-5lfi-C» vorzuziehen sind, d.h.

das

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das Maximum liegt gewöhnlich nicht oberhalb von Viele erfindungsgemäße Legierungen werden vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 2o4 C getempert·

Mit den bisher bekannten Stählen, wie dem "AlSI* Type 415o^1l-Stahl, wurde gewöhnlieh die Erfahrung gemaoht, daß die Streokfestigkeit und die äußerste Zugfestigkeit mit steigender Tempertemperatur-fortschreitend verringert werden. Die an Hand des "415o-Typ^lf-Stahles gemessenen Daten werden duroh die punktierten Linien C und C in den Fig. 2 bzw. 5 wiedergegeben· Sie erfindungsgemäßen Stähle weisen jedoch mit steigenden Temperaturen von 204 - 316 C und sogar oberhalb 316 G zunehmende Streckfestigkeitswerte (o,2 ^-Verschiebungs-Streokgrenzen) auf, wobei die Streckfestigkeitswerte bei den bevorzugten Legierungen oberhalb der Werte der üblichen Stähle, wie derjenigen vom "415o-Typ" liegen. Dies geht am besten aus Fig. 2 hervor, wo die Testwerte erfindungsgemäß bevorzugter Legierungen mit denjenigen des 4150-Typ-Stahls in graphischer Form verglichen werden»

Die Prüfergebnisse werden duroh die Linien C und 3) der Fig. 2 wiedergegeben. Die Legierung, an Hand derer die Linie C erhalten wurde, enthielt sowohl Kobalt als auoh Aluminium, die legierung der Linie D enthielt Kobalt, jedooh kein Aluminium. Weiter unten wird hierauf nooh ausführlich eingegangen werden. In der gleichen Zeichnung wird ferner eine Linie 2 gezeigt, die die an Hand einer

ähnlichen

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ähnlionen Legierung, die jedoch weder Kobalt noch Aluminium enthielt, gemessenen Daten wiedergibt« Diese drei Mnien werden weiterhin mit einer Kurve F verglichen, die an Hand einer Legierung erhalten wurde, die weder Kobalt noch Aluminium, dafür aber sowohl Molybdän als auch Vanadium enthielt und damit in Übereinstimmung mit den bevorzugten Zusammensetzungen der Erfindung einen töhersehut an Garbidbildnern aufwies« Die Legierung der Linie F ist vom Standpurikt der im getemperten Zustand vorliegenden Eigenschaften aus gesehen verhältnismäßig unerwünscht« Obwohl diese Legierung daher insofern innerhalb des Erfindungsbereichs liegt, als sie sich mit Vorteil nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bearbeiten, d.h. u.a. vordehnen und spannungsaltern läßt, weist sie nicht die gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erwünschten Eigenschaften auf, wie eine über einen wesentlichen Bereich von Tempertemperaturen erzielbare, verhältnismäßig hohe Festigkeit und Streokfeetigkeit im getemperten Zustand» Die genannten Linien können ferner mit der Linie G der Fig. 2 verglichen werden, die einem bekannten Stahltyp, nämlich dem Ko. 415o~Stahl, entspricht. Der Vollständigkeit halber sei die einem Standardwerk über Stähle entnommene Zusammensetzung des Ho* 415ο« Stahlß angegebent

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Kohlenstoff ο,48 - ο, 53 $

Mangan ο,75 - 1»QO $

Schwefel und Phosphor jeweils maximal o,4o f°

Silicium o,2o « α, 35 $

Fiokel ' "- - -> ->

Chrom o,8o - l,lo $

Molybdän ' o»15 - o_f25-J$.

Der Beet besteht aus Eisen mit zufälligen Verunreinigungen«

In dar Fig. 3 sind die Linien O¹, JD·-» E*, F» und S¹ an Hand von Daten gesogen worden, die durch Spannungs-Behnungs«Prüfungen der gleichen Gruppe von Stählen erhalten wurden« Dabei entspricht C der gleichen Legierung wie C usw·

Aus den in den Fig. 2 und 3 erläuterten Daten ist ersichtlich, daß awar die Zugfestigkeit der verschiedenen hei 2o4°0 getemperten Stähle höher ist als diejenige der bei höherer Temperatur gehärteten Stähle, daß jedoch die exfindtsngsgemäßen Stähle eine unerwartete Verbesserung baw. Zunahme der 0,2 ^-Versohiebungs-Streokfestigkeit aufweiaen_f wenn sie hei Temperaturen bis zu 316⁰G und darüber getempert werden, wenn man mit bekannten Stahllegierungen vergleicht, wie der Legierung, an Hand deren die punktierten Linien Q und (J¹ erhalten wurden.

Bei dem erfindungBgemäSen Verfahren, das auf eine verhältnismäßig groSs Gruppe von Stählen anwendbar ist, die aioh sämtlich innerhalb des Erfindungsbereiohs befinden,

wird

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BA© ORIGINAL

wird Im Anschluß an dae übliche Tempern eine Tordehnung und eine Spannungsalterung durohgeführt. Diese "beiden Stufen werden im folgenden erläutert.

Wenn es "bekannt ist, daß ein bestimmtes Stahlstück einer, besonderen Art von äußeren Kräften» wie einer Zugkraft» einem Druck, einer drehenden bzw· Torsionskraft in Uhrzeigerriehtung oder in entgegengesetzter Richtung zu widerstehen hat» jedoch nicht mehr ale einer dieser vier Kräftearten {wobei die !Torsion mit ihren beiden möglichen Richtungen als zwei Arten angesehen wird), so ist es nach dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich» in der gewünschten dieser vier Richtungen die Superfestigkeits-' eigenschaften zu erzielen. Da. das Ziehen gewöhnlioh als das wichtigste Prüfverfahren angesehen wird und viele Stahlteile gegen Zugkräfte, im Gegensatz zu Druck-, RechtstorBions- und Linkstorsionskräften, widerstandfähig gemacht werden müssen, wird der^ betreffende Metallgegenstand in der gleichen Richtung, in der er bei der späteren Benutzung fest sein soll, unter Zug vorgespannt. So wird also ein Metallgegenstand, der einem Zug zu widerstehen hat, unter Zug vorgespannt, während ein Gegenstand, der einem Druck zu widerstehen hat, unter Druck vorgespannt wird, usw· · Dies ist erforderlich, um den sogenannten "Dauschinger-Effekt" zu vermeiden. Unter diesem Effekt . versteht man die Erscheinung, daß ein Segenstand, der z.B» einem Zug zu widerstehen hat, durch Vorspannen unter Zug

und

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- 2ο -

und anschließende Spannungsalterung wirksam vorbehandelt werden kann» fflb der gleiche Gegenstand jedoch einem Druck zu widerstehen, ist das Vorspannen und Spannungsal fern unter Zug ohne bedeutende Wirkung. In ähnlicher Weise ist bei einem Gegenstand, der einer Rechtstorsion zu widerstehen hat, ein Vorspannen und Spannungsaltern unter Linkstorsion ohne Wirkung; tatsächlich kann der Gegenstand nach einer solchen Behandlung sogar schwächer sein als ein gänzlich unbehandelter Gegenstände Das Vorspannen und Spannungsaltern muß also erfindungsgemäß in der Richtung durchgeführt werden, in der der Gegenstand die gewünschte Superfestigkeit aufweisen soll.

Der Begriff "in der Richtung" wird verwendet, um nicht nur zwischen dem Druck und dem' Zug und ferner zwischen der Rechtstorsion und der Linkstorsion zu unterscheiden, sondern auch, um eine Unterscheidung zwisohen den von den Enden her wirkenden Kräften (d.K. dem Druck oder dem Zug) auf der einen Seite und den Torsionskräften in beiden Richtungen auf der anderen Seite zu schaffen. In der ,ganzen Beschreibung und den Ansprüchen wird der Begriff in diesem Sinne verwendet·

Das erfindungsgemäß durchgeführte Vorspannen ist ferner auf ein plastisches Vorspa nnen beschränkt, d.h. es wird genügend Kraft einwirken gelassen, daß eine Spannung bis über die Elastizitätsgrenze des Materials hinaus bewirkt wird, sodaß infolge und im Anschluß an das Vorspannen,

wenn

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wenn die angewendete Kraft entfernt wird, eine dauernde Verformung des Segenstandes zurückbleibt. Die bleibende Verformung sollte in der G-rö Ben Ordnung von etwa 1 - 6 ft> der ursprünglichen Dimension des betreffenden Gegenstandes in der Richtung der Spannung liegen und zu diesem Ausmaß als bleibende Spannung oder Verformung erhalten bleiben. Die Spannung, bzw. Verformung kann dem Gegenstand mit jeder geeigneten Vorrichtung mitgeteilt werden, die die notwendige Festigkeit und Spannvorrichtung zur Ausübung der in Frage kommenden Kraft in der gewünschten Richtung aufweist»

Wird ein Gegenstand lediglich vorgespannt (ohne Spannungsalterung), und zwar z.B. unter Zug nach den hier gegebenen Lehren,, und unmittelbar danach auf die Zugfestigkeit geprüftf so entspricht die neue o,2 ^o-Verschiebungs-Streckfestigkeit etwa der Spannung, bei der das Vorspannen beendet wurde· Wird jedoch im Anschluß an das Vorspannen eine ausreichende Zeit verstreichen gelassen, um eine sogenannte Spannungsaltexung zu erzielen, treten die erwünschten Effekte des Vorspannens hervor. Die Zeitdauer und die Temperatur der Spannungsalterung sind nicht genau zu definieren. Die Spannungsalterung findet anscheinend mit steigender Temperatur viel rascher statt und wird daher varzuigsweisef-bei erhöhter Temperatur ausgeführt, obgleich es theare-fcisch möglich ist,, die Spannungsalterungsogar Ta«! Raumtemperatur durchzuführen, sofern man nur

eine

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eine ausreichend lange Zeit verstreichen läßt. Da es jedoch erwünscht ist, die Ergebnisse in einer möglichst kurzen Zeit zu erreichen, wird es gewöhnlich bevorzugt, die Spannungsalterung bei erhöhter Temperatur durchzuführen, und zwar über eine genügend lange Zeitο Diese erhöhte Temperatur sollte jedoch die vorher angewendete Tempertemperatur nicht überschreiten, da andernfalls unerwünschte Ergebnisse erzielt werden, d«h. es werden sämtliche erwünschten Ergebnisse, die mit dem kombinierten Verfahren des ITorspannens und der Spannungsalterung erzielt werden sollen, eliminiert. Die erhöhte Temperatur für die Spannungsalterung liegt vorzugsweise etwa 28 C unter der Tempertemperatur. Diese 28 C stellen jedoch keinen kritischen Wert dar; es ist lediglich wichtig, daß die beim Spannungsaltern verwendete Temperatur etwas und vorzugsweise wesentlich unterhalb der beim Tempern angewendeten Temperatur liegt. Es wurde gefunden, daß eine Temperaturdifferenz von 28 C vorzuziehen istο Bei Temperaturen, die etwa 28⁰C unterhalb der Tempertemperätur liegen, kann die Spannungsalterung in einem zufriedenstellenden Maß in etwa zwei Stunden eintreten, sodaß eine Zeit von mehr als zwei Stunden* keine wesentliche "Verbesserung der erzielten Ergebnisse hervorruft. Wiederum ist die Zeitdauer von zwei Stunden nicht von kritischer Bedeutung, d.h. die Alterung- kann ohne Schaden _a oh über eine größere,Zeitdauer durchgeführt werdes.;, ;£id ssci bsi kürzeren Zeiten ist oftmals

ein

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ein großer Anteil der gewünschten Ergebnisse zu erzielen.

Die vorliegende Erfindung beruht nicht auf irgendeiner besonderen Theorie zur Erklärung dessen, was bei der Spannungsalterung vor sieht geht. Es wird jedoch angenommen, daß es sich bei der Spannungsalterung in Wirklichkeit um eine Diffusionserscheinung handelt, wobei bestimmte gelöste Atome, wie Kohlenstoff und Stickstoff, in Richtung auf die während und infolge der "Vorspannung hervorgerufenen Bereiche hoher Spannung wandern. Es wird ferner angenommen, daß die Geschwindigkeit dieser Wanderung bzw. Diffusion mit jeder Erhöhung der Temperatur, bei der die Spannungsalterung durchgeführt wird, etwa verdoppelt wird»

Mit der vorstehenden Theorie, von der angenommen wird, daß sie richtig ist, ohne sich jedoch in bezug auf den Erfindungsgegenstand in bestimmter Weise auf sie zu verlassen, kann erklärt werden, weshalb die Spannungsalterung bei höheren Temperaturen bis zu etwa 28 C unterhalb der Tempertemperatur besser verläuft und weshalb sie sogar bei Raumtemperatur durchgeführt werden kann, die erfindungB-gemäß mit 21 0 angenommen wird« Der bevorzugte Temperaturbereich für das Spannungsaltern liegt etwa 28 - 56 0» vorzugsweise etwa 28 0 unterhalb der Tempertemperatur.

Ein Ergebnis des im vorstehenden genannten Vorspannens und Spannungsaltern ist, daß die Stahlproben eine . definierte und verhältnismäßig hohe Streokgrenae annehmen,

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wie sich aus einem Vergleich der Kurven A und B der Fig. 1 ergibt, wo die Probe, die der Testkurye A zugrundeliegt, in üblicher Weise getempert, jedoch nicht vorgespannt und spannungsgealtert worden ist, während die Probe, die die Kurve B geliefert hat, getempert und sodann vorgespannt und spannungsgealtert worden ist«

Das Vorspannen und das Spannungsaltern wird zwar bis zu einem gewissen Maße in dem obengenannten Aufsatz von Stevenson und Mitarbeitern in den "Transactions of the American Society of Metals'' beschrieben. Bei den in diesem Aufsatz angegebenen Prüfergebnissen war jedoch nicht nur der verwendete Stahltyp zur Erzielung bestmöglicher Ergebnisse in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ungeeignet, da der Nickelgehalt zu niedrig und der Chromgehalt zu hoch war, sondern den Autoren dieses Aufsatzes war es auch unbekannt bzw. sie hatten in keinem Falle untersteht und mitgeteilt, daß die Temperatur beim Spannungsaltern bzw. "erneuten Tempern" (engl."retempering"), wie es in diesem Aufsatz genannt wird, wesentlich unterhalb der Temperatur liegen sollte, bei der der Gegenstand zuerst getempert worden ist. Aus diesem Grunde gelang es diesen Autoren nicht, eine Verfestigung des Stahls bis zu den gewünschten Werten, d.h. bis auf Werte von über etwa 21 ooo kg/cm bei gleichzeitigem Vorliegen einer angemessenen Dehnbarkeit, zu erreichen. Wie bereits oben erwähnt, spreohen die Autoren von einem "nahezu vollständigen Verlust

4:09813/0826

^ 25 -

der Dehnbarkeit", die natürlich ein Maß der Schmied- bzw» Walzbarkeit ist. Im Vergleich dazu können erfindungsgemäß durch Auswahl einer geeigneten Zusammensetzung, sogar in dem angegebenen verhältnismäßig breiten Bereich, sowie unter Durchführung des Vorspannens und des Spannungsalterns bei einer Temperatur unterhalb der Temperatur des ursprünglichen Temperas, die gewünschten Eigenschaften der Dehnbarkeit (Schmied- und Walzbarkeit) zum größten Teil beibehalten werden, während die Festigkeit der hergestellten Gegenstände enorm erhöht wird. Obgleich die meisten der weiter unten angegebenen Prüfungen unter Anwendung von Zugkräften durchgeführt wurden und die durch das Vorspannen unter Zug und das anschließende Spannungsaltern hervorgerufene erhöhte Zugfestigkeit anzeigen, werden unter Druck oder unter,Itechtstorsion bzw. Linkstorsion ähnliche Ergebnisse erzielt» Wird daher z.B. ein Stahlgegenstand so verwendet, daß er einer. Linkstorsion zu widerstehen hat, so wird er.unter Linkstorsion, vorgespannt und anschließend spannungsgealtert., wobei ein Endprodukt erhalten wird, das in seiner Fähigkeit, der entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn erfolgenden Verdrehung bzw. Torsion zu, widerstehen, verbessert worden 1st.» Dieser Gregsnstand ist jedoch in bezug, auf sanfte. Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Reohtstorsioa, .nicht ,bedeutend verbessert» Unterliegt andererseits ein Stehlge-geiistand während seines normalen Gebrauchs,einer Hechtstorsion, so wird er unter Rechtstorsion vorgespannt

109813/0826 ^v ' ' ^y[l'\.

- 2β -

H58464

und spannungsgealtert, wodurch, seine Festigkeit; der im Uhrzeigersinn erfolgenden Verdrehung bzw. Torsion zu widerstehen, stark verbessert wird. Seine Fähigkeit, .der Linkstorsion bzw. -Verdrehung zu widerstehen, wird jedoch durch diese Ausführung des Yorspannens und Spannungsalterns nicht bedeutend verbessert.

In ähnlicher Weise wird durch ein Vorspannen und Spannungsaltern unter Zug die Festigkeit.eines Gegenstandes, Zugkräften zu widerstehen, erhöht, während ein Vorspannen und Spannungsaltern unter Druck einen Gegenstand gegenüber Druckkräften widerstandsfähiger macht. Das Vorspannen in der einen Richtung trägt jedoch, nicht bedeutend dazu bei, den Gegenstand auch gegenüber den in der bzw. den anderen Sichtungen einwirkenden Kräften fester zu machen. Diese Erscheinung ist - wie oben bereits gesagt - als "Bauschinger-Effekt" bekannt·

Die Erfindung wird nunmehr durch eine Anzahl, von Beispielen erläutert, die in ausführlicher Weise die verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung betreffen.

Beispiel 1

In diesem Beispiel werden erf indungsge'mäße Legierungen mit einer bekannten Legierung verglichen, um die Ergebnisse des Vorspannens und Spannungsaltern zu zeigen.

In der folgenden Tabelle I wird die Zusammensetzung von 5 erfindungsgemäßen Stählen und zum Vergleich von einem mit "PA-I" bezeichneten Stahl angegeben, der ein

Beispiel

Probe

Beispiel der "bekannten Stähle vom Ladish~Typ ist.

Tabelle I Zusammensetzung der Nickelstähle in G-ew.-$

Mn Si Ni Cr

Al Mo

o,5o 0,19 1,87 3,75 0,26 —

o,53 0,91 1,71 3,77 0,27 — — —

o,47 0,95 1,77 3,73 0,26 — o,85 —

0,48.1,05. 1,92 4,07 o,28 2,29 o,78 —

o,49 0,96 1,71 3,68 o,27 2,11 — --

o,47 o,78 o,27 0,69 1,13 — — 1,1c

0,003 0,008

— o,oo3 0,008 -- 0,004 0,009

— 0,004 0,008

— o,oo3 0,008 ο,οθ ,o,oo5 0,008

Die Legierungen wurden zusammengestellt und Prüfstücke hergestellt. Die Prüfstücke der Proben 1-5 wurden sämtlich bei 2o4 C getempert, wie im folgenden angegeben ist, und weiterhin unter Zug vorgespannt und spannungsgealtertt Die Ergebnisse dieser Prüfungen werden in der folgenden Tabelle II wiedergegeben.

Tabelle II

909813/0

Tabelle II

Einfluß des Vorspannens und des Spannungsalterns auf die Zugfestigkeitseigenschafteii von Stählen (ZugfestigkeitB-Prüfstücke von o,9o6 cm Durchmesser)

Probe Hr.	Auste- nit- bil-	Tem- per- tem-	Pla sti sches	Tempe ratur beim	Streckfestigkeit (in Einheiten „ von looo kg/cm )	o,2 fo- Ter- schie- bung	Zugfe stig keit	Deh nung {fo in	Quer- schnitts- verrin-
	dungs- tempe- ratur	pera- tur (⁰C)	Vor span nen	Span nung s- altern ι C^ 1 V » J	o,o2 </o- Ter- schie- bung	17,6	in Ein heiten von looo ρ kg/cm	5,o8 cm)	gerung
1	816	2ο4	—	—	13,7	15,95	21,4	₂xxx	Io
2	816	2ο4	—	—	11,25·	18,ο	22,4	9	26
3	816	2ο4	—		14,6	16,9	2o,7	Io	37
4	816	2O₄	—	—	11,95	17, ο	22,o	9	36
5 -	816	2ο4	—	—	lo,9	24,7	21,9	6	18
1	788	2ο4	* 2	177	24,1	-.25,3	24,7	6	33
2	788	2ο4	3	149	24,2	23,8	25,3	4	23
3	788	2ο4	2	177	_«.	24,8	25,8	5	46
4	788	2ο4	2	177	23,8	24,6	24,8		39
5	788	2ο4	2,	149	21, ο	23,6	24,6	-XXX	29
PA-I	83ο	2 ο4	3	177	—	24,9	23,6	^XXX	21 .
1	843	2ο4	2,5	177	23,8	26,ο	24,9	3	11
2	843	2ο4	3	177	22,9	23,6 ·	26,0	1	5
3	843	2ο4	2	177	22,8	24,4	23,6	3	4o
4	843	2ο4	2	177	22,5	24,8	24,4	5	51
5	843	2ο4	3	177	21,4	24,2	24,8	3	16
PA-I	927' ,	2ο4	3,5	177	— -	24,4	24,2	_<i^xxx	6
PA-I	927.	2ο4	5	177		3 2 ß	24,7	2	12
				9.008	113/01

XXX

Bruch bei oder außerhalb der Prüfmarken

Die in Tabelle II aufgeführten Stähle wurden nach der Aus-fcenithildung in geschmolzenem Salz bei 2(So C abgeschreckt (mit Ausnahme der Probe PArI, die in üblicher Weise in Öl abgeschreckt wurde), 1 Minute in der Salzschmelze belassen und sodann an der Luft abgekühlt» Die Spannungsalterung wurde -. falls durchgeführt - 2 Stunden bei der angegebenen Temperatur vorgenommen.

Die Daten der obigen Tabelle stellen vollständige, wirklich gemessene Werte dar. Es wird jedoch angenommen daß die Daten in bezug auf die Dehnung in 'ja und die iiuerschnittsverringerung für die zur Austsnitbildung bei 845 C behandelte Probe 2 auf einem Irrtum beruhen, da sie aus den Daten der übrigen Proben wesentlich herausfallen. Eine weitere mögliche Erklärung wäre, daß diese Probe einen verhältnismäßig hohen Kohlenstoffgehalt aufgewiesen und daher nicht innerhalb des für diesen allgemeinen Zweck bevorzugten Kohlenstoffbereichs gelegen hat. Darauf mag .zum Teil die verhältnismäßig geringe Dehnbarkeit im Segensatz zu den anderen geprüften Proben zurückzuführen sein. Es ist jedoch festzustellen, daß diese Probe 2 die größte Zugfestigkeit und die höchste σ, 2 fa-"Verschiebungs-Streckgrenze zeigt· Diese Werte werden jedoch bei dieser besonderen Probe zu einem wesentlichen leil auf Kosten ihrer Dehnbarkeit erzielt» Aus diesen Gründen liegt der bevorzugte Kohlenstoffgehalt daher im Bereich etwa o»45 - o₍5o fo. Bei der Probe 2 werden jedoch -

wenn

wenn nach einer bei verhältnismäßig hoher Temperatur durchgeführter Austenitbildung getempert wird - ÜPestigkeitseigenschaften erzielt, die diejenigen sämtlicher anderen geprüften Proben übertreffen., sodaß diese !Probe im weiteren Sinne ebenfalls innerhalb des Erfinduttgsbereiches liegt.

Beispiel 2

In diesem Beispiel wird die vorliegende Erfindung unter Anwendung auf Stähle mit etwa 5 i° Nickel erläutert. Es wurden zwei Stahllegierungen - hier als Proben 6 und bezeichnet - hergestellt und nach den Bedingungen dieses Beispiels geprüft. Die Zusammensetzung der Stähle ist in der folgenden Tabelle III angegeben.

	0 S£L·	Tabelle III	Si (¥o)	IJi	Cr	V	Mo ()*
Probe	o,5o o,42	Mn	o,17 Iio7	5,lo	o,38 o,39	o,14 o,14	o,3o o,52
6 7	o,41 o,87

Der Rest bestand bei diesen Legierungen im wesentlichen aus Eisen mit zufälligen Verunreinigungen, einschließlich einer geringen Menge - und zwar Jeweils weniger als o,ol ?£ - Schwefel und Phosphor. Die Proben wurden wie oben geprüft. Die Ergebnisse werden in der folgenden Tabelle IV aufgeführt.

Tabelle IV

13/0826

- 51 -

Tabelle IV

Verhalten von Stählen mit 5iO fo Nickel und Einfluß der Temperatur bei der Spannungsalterung

Probe Tem- Pia- Tempe- Streckfestigkeit in Zugfe- Deh- Quer-Nr. pera- sti- ratur Einheiten von looo stig- nung schnittstur sehes beim kg/cm keit (fo in verrin-

beim Vor- Span- ο,2 %- Streck- o,o2?£- in Ein- 5,08- gerung Tem- span- nungs- Ver- grenze Ver- heiten cm) pern nen altern schie- schie- von

c cm

I VO VO	204 2o4	5 5	—	12,9 11,45	—	16,75 16,75	2o,3 2o,3	7 8	37 40
6 6	2o4 2o4	2,5 3	177 177	22,85 21,5	23,8 24,1	25,8 24,1	23,8 24,1	5 6	55 33
VO VO	2 04 2o4	—	2o4 2 04	17,25 18,65	__	22,4 22,4	22,6 22,4	4 5	31 29
7 7	2 04 2o4	5 5	—	11,6 11,25		15,2 14,75	2o,o 2o,2	9' 9	28 28
7 7	2o4 2o4	3 2,5	177 177	22,2 22,3	25,4 25,1	25,4 25,1	23,4 23,1	6 5	31 31
7 7	2o4 2 04	2o4 2oi	2 0,6 18,85	22,85 22,85	22,85 22,85	22,9 22,85	6 4	29 25

Die obige Tabelle zeigt die Festigkeit der aus den dazugehörigen Legierungen hergestellten Prüfstücke im getemperten Zustand» Außerdem sind die Werte für die Streckgrenze als solche angegeben, wo sie definiert und sicher festzustellen ist« In verschiedenen Fällen wurden unter den gleichen Bedingungen Doppelversuche durchgeführt, bei denen sich eine gute Übereinstimmung der erhaltenen Werte ergab. Es ist festzustellen, daß in jedem Fall eine we8ent -

13/002$

liehe Erhaltung der Dehnbarke.it, wie sie duroh die Dehnung und die Querschnittsverringerung gemessen wird, festzustellen ist, obgleich die sehr wesentliche Festigkeit szunähme nach der vorliegenden Erfindung mit einem gewissen Verlust an Dehnbarkeit verbunden ist. Die verbleibende Dehnbarkeit reicht jedoch für viele, um nicht zu sagen, für die meisten Anwendungszwecke dieser Stähle aus und ist viel größer, als sie mit einer in ähnlicher Weise behandelten, bekannten Stahlsorte erreichbar ist. Für jede Probe wird außerdem eine Reihe von Daten angegeben, die mit einer Temperatur bei der Spannungsalterung erzielt wurden, die der beim Tempern angewendeten Temperatur praktisch gleich kam. Wie festzustellen ist, sind unter diesen Bedingungen sowohl die Dehnung als auch die Querschnittsverringerung und damit die Dehnbarkeit (Schmied· bzw. Walzbarkeit) geringer als in den Fällen, wodie Temperatur bei der Spannungsalterung um 28⁰C unter der Temperatur beim Tempern lag, doch ist die Dehnbarkeit nooh in wesentlichem Maße vorhanden und für die meisten Zwecke ausreichend. Andererseits wird es als unerwünscht angesehen, bei der Spannungsalterung bzw. bei dem erneuten Tempern Temperaturen anzuwenden, die höher als die beim ursprünglichen Tempern angewendeten Temperaturen liegen, da dies - wie aus den bekannten Arbeiten von Stepheneon und Mitarbeitern (vgl. oben) hervorgeht - su einer weeentliohen Verschlechterung mehrerer Festigkeiteeigeneohaften ■^[ de.

909813/0826-

■ . - 33 -

des Produktes führt.

Beispiel 5

In diesem Beispiel werden grundsätzlich die erwünschten Eigenschaften eines Kobalt und/oder Aluminium enthaltenden Stahls erläutert, vorzugsweise einer Stahllegierung, in der sowohl Kobalt als auch Aluminium vorliegen. Solche Stahlsorten haben im getemperten Zustand eine verhältnismäßig hohe o_r2 fa-Verschiebungs-Streekfestigkeit (von 16 2oo

2 ' ■ ' · ■ ■■ ■ ■ ■ - ■■ · ■ . ■ ■ ■■■■■'

kg/cm xinä mehr)» An Hand einer Gruppe von Stahllegierungen mit verschiedener Zusammensetzung wurden die Eigenschaften bestimmt» die beim Tempern bei verschiedenen Temperaturen im Bereich von etwa 2o4 - 427 G entstehen. In der folgenden Tabelle TF sind "die Zusammensetzungen der Verschiedenen Probest angegeben.

Tabelle V . Probe C Mn Si Fi Cr Mo . V Go Al

8 Q_t5ö o_f;4i O₁IT 4,92 o,58 ö,3o 0,14 — —

9 o,51 σ,90 1,33 3*59· α", 25 — — 1*93 —

10 <>t53''-αί94 ·1>59 5t&5«· "0,29· — — 2,10 0,78

11 ö_t5o 0,9*5 1,49 3rS9· 0,27 — — — —

Bei der isobe- S handelt- es sich nicht um eine bevor-!- . ,

Sagierumg dieser Ausßihaningsform der Erfindung, da aie wesentliche Mesgen lplybdan. und Vanadium enthält,», obgleioh ·ύ· auch

auch dieser Stahl im weiteren Sinne innerhalb des allgemeinen Erfindungsbereichs liegt, da er den Proben 5 und Sf die ganz erwünschte Eigenschaften in bezug .auf die gespannten und spahnungsgealterten Produkte aufweisen» ziemlich ähnlich ist. Unter den aufgeführten vier Proben hat die mit ^lflo" bezeichnete Probe etwa die bevorzugte Zusammensetzung. Die Proben wurden im getemperten'Zustand geprüft und die Ergebnisse in der folgenden Tabelle 71 zusammengestellt.

tabelle VX

U58464

	Tem	bei Raumtemperatur	■o,2 ^-Ver	Zugfestigkeit	Deh	Deh	Quer-
	pera	(Runde Prüfstücke mit o,So6 cm Durchmesser)	schiebung	(in Einheiten	nung	nung	schnitts-
	tur	Streokfestigkeit (in		von looo 2	C nQ	(fo in O K λ	verringe-
Tabelle VI	De im Tem	Einheiten χοη looo	15,8	kg/cm )	5,OO cm)	£ t JtJ- cm)	rung
χ) Zugfestigkeitseißenschaften von Versuchsstählen '	pern	kg/cm'	15,8
	(⁰C)	o,o2 ^-Ver	16,3
Probe	2o4	schiebung	16,65	2o,5	8	16	41
Nr.	2o4		14,3	2o,9	9	15	34
	2Ό4	12,9	•18,1	22,6	9	12	21
	2o4	11,45	15,5	22,8	9	15.	23
	2o4	15,5	15,25	22,4	9	15	27
	26o	11,95	18,1	22,2	8	14	38
8	316	. lo,55	17,9	16,9	9	16	47
θ	316	14,4	18,65	16,7	9	16	46
9	316	14,8	18,65	19· 9	7	12	32
Io	516	14,4	17,o	2o,6	8	14	38
11	316	14,8	17,1	21,2	B	16	■ 43
Io	316	15,35	I5.8	21,4	7	Io	29
8	516	15,1	15,9	19,5	9	16	41
8	316	14,8	16,6	19,5	9	15	39
9	371	13,9	16,7	17,2	8	14	36
9	571	U,7	15,35	17,25	7	13	33
Io	571	14,5	15,35	19,25	7	12	25
Io	571	14,65	16,9	19,4	9	16	38
11	427	12,65	. 16,9	15,8	9	14	39
11	427	13,6	15,7	15,8	9	15	39
9	427	14,4	15,75	18,3	8	13	28
9	427	14,4	18,3	7	12	27· ·
Io	482	15,1	16,4	7	Io	17
Io	482	15,3	16,4	8	13	. 50
9		14,9
9		15,1
Io
Io
Io
Io

X) ■ .

Austenitbildung bei 8I6 O durchgeführt, in geschmolzenem Salz

bei 26o°C abgeschreckt,' 1 Minute in der Schmelze belassen und an der Luft abgekühlt·

901813/0826

Aus den Daten ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäßen Legierungen recht hohe o,2 ^-Verschiebungs-Streckgrenzen erreichen, die jedoch in den meisten Fällen wesentlich unterhalb der Werte der äußersten Zugfestigkeit liegen, wenn sie sich ihnen auch annähern, wie es insbesondere bei der Legierung der Probe Io der Fall ist. Es ist ebenfalls ersichtlich, daß eine Zunahme der Temperatur beim Tempern im allgemeinen eine Verringerung der Zugfestigkeit hervorruft. Werden diese Daten jedoch graphisch aufgetragen, so werden die in den Fig« 2 und 3 gezeigten ungewöhnlichen Ergebnisse ersichtlich. So wird insbesondere in Fig. 2 bei einer Tempertemperatur von 316 C ein Maximum für die o,2 fo-Yerschiebungs-Streckgrenze beobachtet, die einen höheren Wert hat als die entsprechende Streckgrenze für die gleichen, jedoch bei 2o4 C getemperten Proben. Die Kurven O und C der Fig. 2 und 3 sind aus den Meßwerten der Probe Io gezogen worden; die Kurve D der Fig. 2 und die Kurve D· der Fig. 3 sind die graphische Darstellung der Meßwerte der Probe 9» die am nächsten bevorzugte Zusammensetzung aufweist; die Kurve E der Fig. 2 und die Kurve E¹ der Fig. 3 sind aus den Meßwerten der Probe 11 und die Kurven F der Fig. 2 bzw. F¹ der Fig. 3 sind aus aus den Meßwerten der Probe 8 gezogen worden. Die punktierten Linien der Fig. 2 und 3 sind graphische Darstellungen der entsprechenden Daten einer bekannten Stahllegierung, die im allgemeinen als "Type 415o"-Stahl bekannt

ist

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U58464

ist und deren Zusammensetzung oben angegeben worden ist.

Aus der '.Tabelle VI ist ferner zu entnehmen, daß die bevorzugte Legierung, d*h. die Legierung der Probe Io, beim Auftragen der o,2 yS-Versehiebungs-Streckfestigkeit gegen die Tempertemperatur zusätzlich zu dem Maximum bei 316 Q, das in Fig. 2 gezeigt ist, bei einer Tempertempera,tur von 427 G sin zweites, verhältnismäßig niedriges Maximum bei 16 9°° kg/cm liefert.

Die besonders guten Eigenschaften, die sich mit der Zusammensetzung der Probe Io erzielen lassen, gehen weiterhin sehr eindrucksvoll daraus hervor, daß ein 3o»5 cm langer Rundkopf-Zugfestigkeitsstab, der aus dieser Legierung gefertigt war und einen Durohmesser von 1,064 cm aufwies, bei einem Versuch das Gewicht eines 2o,4oo kg schweren Güterwagens auszuhalten vermochte, wobei der Prüfstab die einzige Verbindung zwischen der Verseilung des Güterwagens auf der einen Seite und dem Haken eines schweren Krans oberhalb des Güterwagens auf .der anderen Seite war. Bei diesem Versuch mußte das Prüfstück eine Spannung von 22 9^0Q kg/cm aushalten. Vorher war noch ein weiterer Versuch durchgeführt worden. Um festzustellen, ob das Prüfstück nicht nur das Gewicht des Güterwagens, sondern auch noch die dazukommende Spannung aushält, die sich aua dem Hochheben des Güterwagens um etwa 1 m über die Gleise ergibt» wurde es einer Zugfestigkeitsprüfung unterworfen, bei der es einem Gesamtzug von 22 700 kg

widerstand«

§01813/0826

widerstand, was 25 3°o kg/cm entsprach. Dieses Prüfstück war aus der Legierung der Probe Io nach dem hier beschriebenen Verfahren hergestellt worden, d.h. es wurde bei 2o4 G getempert, der Stab um etwa 2 fo seiner ursprünglichen Länge plastisch vorgedehnt und bei 177 C spannungsgealtert. Bs wurde gefunden, daß die o,2 fo-Verschiebungs-Streckfestigkeit bei Legierungen solcher Zusammensetzung sowie nach dieser Behandlung zwischen

etwa 24 600 und 25 3oo kg/cm liegt.

Im folgenden sei die Zusammensetzung einer weiteren bevorzugten Stahllegierung angegeben, die in ihrer Zusammensetzung der eben beschriebenen Probe Io entspricht und in die Klasse der Stähle mit 3,5 /° Nickel fällt:

Kohlenstoff	O	,53 Yo
Mangan	O	,90 f&.
Silicium	1	,60 fo
Nickel	3	,60 ⁽fo
Chrom	O	,30 ja
Kobalt	2	> OO \o
Aluminium	O	,75 ^
Phosphor	ο	,00$C
Schwefel	O	.006^

Der Rest besteht aus Eisen mit zufälligen Verunreinigungen.

Beispiel 4

In diesem Beispiel werden die Bruohzähigkeits-Eigen-

sohaften

μ 59 -

schäften der erfindungsgemäßen Stahllegierungen erläutert. Ferner werden die innerhalb des allgemeinen Erfindungsbereichs bevorzugten Legierungen hervorgehoben, die die höchste Bruchzähigkeit aufweisen»

Zur Ermittlung der Bruchzähigkeit ist es üblich, die Zugfestigkeitseigenschaften eines scharf gekerbten Stahlbleches zu bestimmen. In manchen Fällen werden die für diese Prüfung verwendeten Stahlbleche an den Seiten gekerbt, wobei die Kerben einander gegenüberstehen und wobei der mittlere Teil, der geprüft wird, d.h. sich zwischen den von der Prüfapparatur festgehaltenen Enden befindet, undurchlöchert ist» Es ist jedoch üblich, daßdie von der Prüfapparatur festzuhaltenden Endteile einer Probe zur Einführung einer großen Stange durchlöchert sind, um das Festhalten der Endteile zu erleichtern. Eine Diskussion der Bruchprüfung von gekerbten Prüfstücken ist im ASTIÄ-Bulletin in der Januarausgabe i960, Seiten 29 u.f., und der Februarausgabe i960, Seiten 18 u.f., enthalten.

Erfindungsgemäß wurde jedoch zur Prüfung eine Probe verwendet, wie sie in Fig. 4 gezeigt wird. Die Zeichnung gibt die genauen Abmessungen des Prüfstückes an. Die Sndteile weisen Löcher von 1,27 cm Durchmesser zum Festhalten auf. In der Mitte befindet sich ein weiteres Loch mit Ker-, ben, die an einander gegenüberliegenden Stellen des Loches beginnen und von dort nach 'außen verlaufen. Das in der

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Mitte "befindliche Loch und die daran angrenzenden Kerben wurden mit Hilfe einer Elektrostrahlapparatur hergestellt, d.h. eines Gerätes, das einen elektrischen Lichtbogen verY/endet und unter Ölkühlung läuft «Die Prüfstücke wurden dann vor der Prüfung an den Kerben durch Ermüdung gebrochen, wobei die Kerben als Startstellen für den Ermüdungsbruch dienten. Dies geschah durch wiederholte, abwechselnde Anwendung einer hohen Zugspannung, die etwa einem Fünftel der Streckfestigkeit des Materials entsprach, und einer niedrigen Zugspannung, die etwa die Hälfte der hohen Zugspannung ausmachte, um den Ermüdungsbruch einzuleiten und fortzuführen« Diese Spannungen wurden intermittierend etwa 3° ooo-mal angewendet, bis die Ermüdungsbrüche (vgl. 11 und 12 von Fig.4) derart la.ng. waren, daß die Entfernung von Ende zu »Ende etwa 1,9°5 cm ausmachte (vgl.die Zeichnung). TJm anschließend die Länge des langsam fortschreitenden Risses bis zum Anfang des unregelmäßigen Bruchverlaufs bestimmen zu können, wurde auf die Kerben nahe ihren Scheitellinien chinesische Tusche aufgetragen, damit diese dem Riß folgt. Diese Länge kann wiederum zur Berechnung eines Wertes verwendet werden, der als Bruohzähigkeit bekannt ist. Die Tinte folgte wegen ihrer Feuchtigkeit und Fließfähigkeit jedem Riß in dem Maße, wie er sich allmählich ausdehnt, bis zu dem Punkt, wo der unregelmäßige Verlauf einsetzt. Dieses Verfahren wurde zur Abschätzung der Länge des langsam weiterlaufenden Risses verwendet, aus

der

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-41- U58464

der die Bruchzähigkeitswerte "berechnet werden können. Diese Prüfmethode is*t von dem -ASTM-Ausschuß,, der für die Bruchprüfung von hochfesten Stahlblechen zuständig ist, auf seiner Sitzung vom 17· November i960 bevorzugt worden.

Die Zusammensetzung (in Gew,-,*) der verschiedenen geprüften Stähle wird in der folgenden Tabelle angegeben Die Angaben für die zu Yergleichszwecken herangezogenen bekannten PA-Stahllegierungen sind der Literatur entnommen.

Tabelle YII Probe 0 Mn Si Hi Cr Mo V Co

12 0,47 o,95 1,77 3,73 o,26 —

15 o,45 o,49 o,18 5>o8 o,37 o,3o 0,13

14 0,45 0,4a 0,14 5,o7 o»51 ~ 0,14 2,04

15 o,5o 0,51 Q»l6 5»o7 0,30 — ' 0,15 4,00 PA-2 0,49 0,74 o»l9 o>57 I*o7 o,97 0,08 . — PA-3 0,49 o,84 o,2o 0,57 iio6 I»o2 o,o9 PA-4 0,45 0,89 1,78 1,92 0,90 o,43 o_f13 — PA-5 o_t4o o,75 0,25 l,8o 0,80 0,25

PA-6 0,40 0,75 l,6o 1,85 o,85 o,4o 0,08

Aus den Legierungen der Tabelle YII wurden Prüfstücke hergestellt und in jedem Fall zunächst entlang der Längs-

achsen

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achgen der Proben geschnitten., d.h. in senkrechter Richtung entlang der Zeichnung, wie sie aus Fig.4 ersichtlich ist, entlang der tfalzrichtung des Bleches. In jedem Fall wurde die Probe aus dem Blech herausgeschnitten und - wurden die Löcher und Kerben gebildet, ehe in üblicher Weise die .lustenitbildung durchgeführt., abgeschreckt und getempert wurde, d.h. diese Arbeitsgänge wurden sämtlich mit dem geformten und durchlöcherten Blech durchgeführt. Im Anschluß daran wurden die Ermüdungsbrüche durch abwechselnde Anwendung von hohen und niedrigen Belastungen in Längsrichtung der Probe gebildet, wobei die hohe Belastung ungefähr das zweifache der niedrigen Belastung ausmachte. Es wurde gefunden, daß die erforderliche Belastung und die Zahl der zur Bildung dieser Ermüdungsbrüche notwendigen Zyklen bzw» Perioden von der Frequenz des Wechsels zwischen der hohen und der niedrigen Belastung abhängt. Die bei der Herstellung des Ermüdungsbruches gewonnenen Daten sind daher für sich nicht charakteristisch. Es genügt daher die Angabe, daß die Enden der Ermüdungsbrüche zu Anfang eine Entfernung von l_t9o5 cm - wie in Fig» 4 angegeben - aufweisen, eine Entfernung, die die Ermüdungsbrüche selbst, den Durchmesser des zentralen Loches und die Tiefen der Kerben einschließtο Die Proben wurden sodann bei Raumtemperatur unter Zug geprüft und die bis zu dem Punkt, an dem der unregelmäßige Verlauf des Bruches beginnt, vorliegende maximale Zugkraft bestimmt. Die Lange des Risses bis zu dem Punkt, wo der unregelmäßige Verlauf beginnt, wurde außerdem nach dem oben beschriebenen Tintenverfahren

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Verfahren bestimmt, da die Tinte dem Riß bis zu dem Punkt des beginnenden unregelmäßigen Verlaufs folgt. Die Hetto-Kerbfestigkeit einer jeden Probe wurde nach dem obigen Test aus der maximal angewendeten Belastung, geteilt durch die nicht gebrochene Querschnittefläche der Prqbe am Anfang des unregelmäßigen Verlaufs des Bruches, bestimmt.

Bei dieser Prüfung zeigte die Probe 13» die in bezug auf die Widerstandsfähigkeit gegenüber der Bruchfortpflanzung bzw. die Bruchzähigkeit - wie die Eigenschaft bisweilen genannt wird - die erfindungsgemäß bei weitem bevorzugte Zusammensetzung aufweist, ^eine Netto-Kerb-

2
festigkeit von 17 3oo kg/cm (Durchschnittswert von drei Prüfstücken, die jeweils Werte von 16 2oo, 17 45o bzw.'

18 35° kg/cm ergaben, während ein viertes Prüfstück einen

2
Wert von 18 15o kg/em lieferte). Diese Prüfstücke wurden bei 2o4 C getempert und wiesen eine verschiedene Dicke auf; die ersten drei Prüfstücke waren 0,244 cm und die letzte Probe, die das Prüfergebnis von 18 I50 kg/cm geliefert hatte, 0,294 cm dick. In jedem Fall betrug die anfängliche Bruchlänge I,9o5 bis 1,98 cm, während die Bruchlänge zum Schluß ebenfalls von 2,97 bis 3»22 cm variierte. Diese Zahlen für die Zugfestigkeit bei gekerbter Probe können mit der o,2 ^-Verschiebungs-Streckfestigkeit von glatten,-sanäen Prüf stäben der gleichen Zusammensetzung,

die etwa I4 800 - 15 5oo 'kg/cm beträgt, und der - ebenfalls

an

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an einem glatten, runden Prüfstab gemessenst- Gesamtzugfestigkeit von etwa 18 3°o kg/cm .verglichen werden*

Diese Ergebnisse können weiterhin mit den Werten der Probe PA-3 verglichen werden, die aus einer bekannten Legierung besteht und bei der ein ähnliches Prüfstück eine Zugfestigkeit bei gekerbter Probe von nur 13 3oo kg/cm aufwies ο Die Probe PA-5, die aus einem Stahl vom Typ 434o besteht, lieferte für die Netto-Kerbfestigkeit Durch-

schnittswerte von etwa 14 5°o kg/cm (wie oben berechnet), wobei die geprüften verschiedenen Proben ¥erte !zwischen 14 2oo und 14 7oo ergaben. Die Netto-Kerbfestigkeits-Werte der erfindungsgemäßen Stähle können ferner mit den Zahlen verglichen werden, die in der Literatur für den Stahl PA-6 angegeben sind. Für diesen bekannten Stahl wird eine

Netto-Zugfestigkeit bei gekerbter Probe von 15 3°° kg/cm angegeben.

Die Bruchcharakteristik der verschiedenen Proben ist ebenfalls von großem Interesse. Diejenigen Proben, deren Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung entspricht, weisen - wenn sie längs der Walzrichtung aus dem Blech geschnitten worden sind - zu loo $ Scherbrüche auf. Dies ist die erwünschte Bruchform. Bei den Proben der verschiedenen bekannten Legierungen lagen in praktisch sämtlichen Fällen wesentlich weniger als loo ?a Scherbrüche vor.-Für die unterschiedlichen Proben wurden Werte von 73 fa, 8o fo und 95 ^c/o ermittelt.

Einige Proben der bevorzugten Legierung wurden ferner

in 9ö9813/0826

in der folgenden Weise - Msweilen als "Heiß-Kalt-Bearbeitung" bekannt - behandelt. Dabei wurde das Material bei 788 C in Blechform zur Austenitbildung behandelt, anschließend in geschmolzenem Salz bei 3l6 abgeschreckt und unmittelbar danach - d.h.» vor der Abkühlung der Probe - in einem einzigen Arbeitsgang gewalzt, um die Dicke des Bleches um 35 ?£ zu verringern, wonach in öl bei etwa 49 C abgeschreckt wurde. Die so hergestellten Proben wurden dann geprüft und lieferten verhältnismäßig niedrige Vierte für die Iietto-Zugfestigkeit bei gekerbter Probe, und zwar von etwa 6 12o kg/cm α V/enn die in dieser flfeise hergestellten Proben jedoch vor der Prüfung weiterhin bei 2o4 C getempert wurden (sämtliche Proben entsprechen der vorliegenden Erfindung und haben eine Dicke zwischen o,157 und o,1525 cm), wurden bei der Prüfung Netto-Zugfestigkeiten von 16 800 und 18 400 kg/cm und Endlängen , der Brüche von 3»3o cm bzw. 3,35 cm ermittelt, während die Endlängen der Brüche für die erste Gruppe von Proben mit Uetto-Kerbfestigkeitan von 6 12o kg/em nur 2,08 bzw. 2,27 cm betrugen.

Es wird angenommen, daß die Fähigkeit eines Stahls, Prüfungen bei gekerbter Probe zu widerstehen, von sehr grosser Bedeutung ist, da die Anfangsstellen der Brüche einen sehr kleinen Radius, d.h. von q,oo254 om oder darunter, aufweisen. Solche Brüche können während der Herstellung vieler Erzeugnisse aus Stahlblech entstehen, die eine große

Festigkeit

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Festigkeit haben und unter extremen Betriebsbedingungen nicht versagen sollen. Solche Risse können während der Herstellung der Gegenstände aus dem Walzstahl bei der Heißbearbeitung, beim Schweißen oder bei anderen Arbeiten entstehen. Solche Risse sind - wenn überhaupt - während der normalen Qualitätskontrolle nur schwer festzustellen. Aus diesen Gründen ist die Widerstandsfähigkeit gegenüber der Portpflanzung des Risses oft von größerer Bedeutung als die bloße Zugfestigkeit des Stahls.

Die oben bezeichneten Proben 14 und 15 wurden bei 2o4 C oder bei Jl6 C getempert. Bei einem Tempern bei 2o4 C zeigte eine Probe, die der Fig. 4 entsprach und eine Dicke von o,221 aufwies, einen Bruch, dessen Fläche au loo ;-o einem Sch erbruch entsprach. Die Netto-Kerbfestigkeit betrug 17 6oo kg/cm . Die Probe 15r die ebenfalls bei 2o4 C getempert worden war und die in Fig. 4 gezeigte Form und eine Dicke von o,219 cm besaß, wurde in ähnlicher Weise geprüft. Der Bruch entsprach nur zu 59 fo einem Scherbruch, und die ITetto-Kerbfestigkeit betrug nur Io 9oo kg/cm . Damit ist gezeigt, daß Kobalt in einer Menge von 2 fo durchaus verwendet werden kann. Bei der Probe 15 ist jedoch das Verhältnis von Kobalt zu Kohlenstoff etwas hoch, sodaß Proben mit der angegebenen Dicke keine Brüche liefern, die vollständig einem Seherbruch entsprechen, und keine hohen Netto-Kerbfestigkeitswerte aufweisen.

Wenn die Proben 14 und 15 - beide der Form nach Fig.4

entsprechend

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entsprechend und von einer Dicke von o,219 - o,221 cm - "bei 316 C getempert wurden, so wurden Bräche, die vollständig einem Scherbruch entsprachen und hohe Netto-Kerbfestigkeitswerte erhalten (etwa 17 000 - 18 000 kg/cm ). Damit ist gezeigt, 'daß mit dem höheren Kobalt-Kohlenstoff-"V^erhältnis - sogar bei den genannten Dicken - echte Scherbrüche und hohe Efetto-Kerbfestigkeitswerte erzielt werden können,, wenn man bei höheren Temperaturen tempert. Die Legierungen der Proben I4 und 15 lieferten nach Herstellung glatter, runder Zugfestigkeits-Prüfstäbe von 0,907 cm Durchmesser und Tempern bei 3I6 C und bei Prüfung bei Raumtemperatur o,2 /ü-Verschiebungs-Streckfestigkeitswerte von etwa 16 5oo - 16 7°o kg/cm und Zugfestigkeitswerte von

ρ ,

etwa 17 9⁰⁰ - 18 1°° kg/cm ο Damit ist gezeigt, daß sämtliche Hetto-Kerbfestigkeitswerte der bei 316 C getemperten Proben I4 und 15 wesentlich über den Streckfestigkeitswerten der glatten Prüfstäbe liegen.

Eine weitere Stahllegierung, die bei der Prüfung gute Kerbeigenschaften gezeigt hat, indem sie in der oben beschriebenen Weise gegenüber der Fortpflanzung eines Bruches an einer gekerbten Probe höchst widerstandsfähig war, besitzt die folgende Zusammensetzung» 0,48 $ Kohlenstoff, 0,45 /0 Mangan, 0,25 fo Silicium, 5»lo $ Nickel, o,3o fa Chrom,' o,3o fo Molybdän, ο,12 5^ Vanadium und maximal je 0,006 fo , Schwefel und Phosphor. Der Rest besteht aus Eisen mit zufälligen Verunreinigungen.

Obwohl

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Obwohl die Erfindung in allgemeiner Form und in bezug auf besondere Ausführungsformen erläutert worden ist, können zahlreiche weitere Abänderungen vorgenommen werden_f ohne daß der Erfindungsbereioh verlassen wird.

- Pa t e nt an s prü ehe -

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Claims

P a t e η t a η sρ r ti ο h e

le Martensitische Stahllegierung, dadurch gekennzeichnet, daß sie im wesentlichen die folgenden Bestandteile aufweisti

etwa o,35 - o,6o Jo, vorzugsweise o,45 - o,55 °/° Kohlenstoff

¹V 5 - 7 f°_r Torzugsweise 3 l/2- 5 # Hickel

¹¹ . o,2 - o*5 ^ Chrom

¹¹ ο ~ 2 . fo Hangan

¹¹ Q - 2 ?o Silicium

^Ir ο - o,2 ^ Yanadium

¹¹ ο - 5 $> Kobalt

¹¹ ο - 1 fo Aluminium

" ο - ο»öl /C Schwefel und

" ο o, öl fa Fhosphoi¹,

während der Rest aus Eisen mit zufälligen Verunreinigungen besteht» wobei die Legierung im getemperten Zustand eine hohe Festigkeit und eine gute Dehnbarkeit (Duktilität) aufweist*

2. Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahllagierung wärmebehandelt wird, indem sie

~ , getempert

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₍Art.7|1

getempert, austenitisiert, abgeschreckt, vorgespannt und sodann spannungsgealtert wird, wobei das Vorspannen in der Richtung ausgeführt wird, in der die maximale Festigkeit gewünscht wird»

5» Legierung nach Anspruch 1 oder 2, da,durch gekennzeichnet, daß sie

o,45 - ο,55 fo Kohlenstoff 3 1/2-4 JO Nickel o,2 - 1,2 }j Mangan o,2 - o,4 i° Chrom 1,7 - 2 fo Silicium '

und praktisch kein "Vanadium enthält«

4« Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie

o,4 - o,5 ¹P Kohlenstoff

5 f« Nickel

o*4 - o,9 fö Mangan

0,15 - 1,1 1° Silicium

o,55 - o,4 7° Chrom und

0,14 fo Vanadium

enthält.

5. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet

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kennzeichnet, daß sie

o,35 - o,5 fo Kohlenstoff

4 - 6 <fo Nickel

o,2 - 0,4 7° Chrom

o,3 - 1 *fo Hangan

o,2 - 1 'fr Silicium und

0,05 - 0,3 '-'fo Vanadium enthält.

6. Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie 0,45 - 0,5 $_# Kohlenstoff 4,8 - 5,5 i° Nickel o,2 - 0,4 i° Chrom o,45 - o,9 i° Mangan o,2 - 0,9 io Silicium und

o,l - 0,15% Vanadium enthält.

7· Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie o,48 $ Kohlenstoff 5, Io io Nickel o,3o io Chrom 0,45 i> Mangan

o,25 io Silicium 1,12 io Vanadium und-nicht mehr als -je etwa 0,006 $ Schwefel und Phosphor

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enthalt.

θ» Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet f daß sie

o,4 - o,6 ρ Kohlenstoff

3-6 fo Nickel

o,2 - o,4 f° Chrom

ο» 3 - 1»3 ?° Mangan

1 -1,8 fo Silicium

1 _ 3 i/2,,b Kobalt und

o,2 - 1 fo Aluminium enthält.

9· Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie

o,45 - o,55 fo Kohlenstoff

3»5 - 4»ο fo Nickel

o,2 - 0,4 ^cß> Chrom

0,6 -l,o fo Mangan

1.4 - 1,8 fo Silicium

1.5 - 2,5 fo Kobalt und

0,6 - 0,8 ?'o Aluminium enthält.

ο Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie o,53 fo Kohlenstoff 3 »60 fo Nickel o,3o fo Chrom ' 0,90 fo Mangan l,6o $ Silicium 2,oo fo Kobalt o,75 fo Aluminium

90 98 13/0 82 6 _und

und nicht mehr als je etwa 0,006 fo Schwefel und Phosphor enthält.

11. Verfahren zur Herstellung einer martensitischen Stahllegierung nach Anspruch 2 - Io, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Legierungsansatz mit den folgenden Bestandteilen herstellts

etwa o,35 - 0,60 ,^,vorzugsweise o,45 - o,55 ft Kohlenstoff Λ

" 3 - 7 '^,vorzugsweise 3 I/2 - 5 fo Hickel

" o,2 - 0,5 "fo Chrom

¹¹ ο - 2 ^c/o Mangan

" ■ ο - 2 °fo Silicium

" ο - o,2 ^o Vanadium

" 0 - 5 I" Kobalt

¹¹ ο - 1 fo Aluminium

und nicht mehr als je etwa o,ol ~fo Schwefel und Phosphor, wobei der Rest aus Eisen mit zufälligen Verunreinigungen besteht} und daß man den Legierungskörper tempert, in der Richtung, in der die maximale Festigkeit gewünscht wird, über die Elastizitätsgrenze hinaus bis auf eine bleibende Spannung von etwa 1 - 6 'fo vorspannt und anschließend bei einer vorbestimmten, erhöhten Temperatur, die die beim Tempern angewendete Temperatur nicht wesentlich überschreitet, spannungsaltert.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,

.,·-■' daß

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daß man den Legierungskörper zur Austenifbildung bei einer Temperatur von über 760 C, vorzugsweise ^; von 788 - 843-C behandelt, anschließend abschreckt

und bei einer bestimmten Temperatur im Bereich von etwa 177 - 316 G tempert? daß man den Körper durch Anwendung einer ausreichenden Kraft in der Richtung, in der er die gewünschte Superfestigkeit aufweisen soll, vorspannt, um infolge der Spannung eine bleibende Verformung des Körpers um etwa 1-6 7°» vorzugsweise um 2 - 3 i° seiner ursprünglichen Abmessungen über seine Elastizitätsgrenze hinaus hervorzurufen; und daß man den Körper anschließend durch Aufbewahrung bei einer vorbestimmten Temperatur, die nicht wesentlich über der beim Tempern des Körpers angewendeten Temperatur und vorzugsweise etwa 28 G unterhalb der Tempertemperatur liegt, über eine zur Erzielung der gewünschten Festigkeit ausreichende Zeitdauer spannungsaltert.

13· Verfahren nach Anspruch 12-, dadurch gekennzeichnet, daß man beim Torspannen Zugkräfte auf den Kör-

per einwirken läßt, um eine bleibende, plastische Dehnung hervorzurufen, wenn der gewünschte Stahlgegenstand eine Superfestigkeit gegenüber Zugkräften aufweisen soll.

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14· Verfahren nach Anspruch 12 oder 13» dadurch gekennzeichnet, daß das Tempern des Legierungskorpers "bei einer Temperatur von etwa 2o4 C und das Spannungsaltern hei einer Temperatur im Bereich von etwa 149 177°G durchgeführt wird.

15· Verfahren nach Anspruch 12 - 14» dadurch gekennzeichnet, daß das Tempern des Legierungskörpers hei einer Temperatur von etwa 2o4 0 ausgeführt wird, daß das Torspannen so durchgeführt wird, daß eine Verformung um etwa 3 fo hervorgerufen wird, und daß das Spannungsaltern hei einer Temperatur von etwa 177 vorgenommen wird, um ein Produkt zu erhalten, dessen o,2 ^-Verschiebungs-Streckgrenze der Zugfestigkeit des Körpers etwa gleichkommt«

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