DE1948514C2

DE1948514C2 - Verfahren zum Herstellen von auf Biegung beanspruchten Stahlerzeugnissen

Info

Publication number: DE1948514C2
Application number: DE19691948514
Authority: DE
Inventors: Rolf Prof. Dr.-Ing. 5650 Solingen Seybold
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-09-25
Filing date: 1969-09-25
Publication date: 1982-11-11
Also published as: DE1948514A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von auf Biegung beanspruchten Stahlerzeugnissen gemäß der Im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bezeichneten Art.

Ein derartiges Verfahren Ist nach der US-PS 23 85 200 bekannt. Die danach herzustellenden Stahlerzeugnisse bestehen aus mehreren Schichten von Elsenwerkstoffen, die bei gleicher Behandlung unterschiedliche Festigkeitswerte besitzen und schmelzflüssig miteinander verbunden werden. Bei der Herstellung wird zunächst die Oberfläche des bereits erstarrten Teils des Verbundkörpers mittels mehrerer Elektroden angeschmolzen, woraufhin das flüssige Metall auf die angeschmolzene Oberfläch: bis zu einer bestimmten Höhe gegossen wird. Mit dieser aufgegossenen Metallschicht gelangt eine erhebliche Würmemenge In die Randzone der zuvor mittels der Elektroden angeschmolzenen Oberfläche des erstarrten Verbundkörpers, so daß sich ein Übergangsbereich für die Zusammensetzung vom einen Werkstoff bis zum anderen Werkstoff von erheblicher Dicke einstellt, In welchem es noch zum zusätzlichen Diffusionsausgleich kommt. Entsprechend diesem allmählichen Übergang der Zusammensetzung Ist auch das Gefüge Im Übergangsbereich nur noch sehr wenig differenziert gestaltet. Als Folge dieser allmählichen Übergänge kann ein sich bei entsprechender Biegebelastung auftretender RIß durch mehrere Schichten des Verbundkörpers fortsetzen und das gesamte Stahlerzeugnis zerstören.

Weiterhin Ist nach der DE-PS 58 941 die Warmformgebung eines Verbundstahlerzeugnisses bekannt gewesen, bei welchem Indes gleichfalls der Übergangsbereich vom einen Werkstoff In den jeweils andsun wenig differenziert Ist. Dies liegt daran, daß die bei der Herstellung In einen Gußblock eingesetzten Stäbe anderer Zusammensetzung als der flüssige Stahl Im Bereich des Eingusses des letzteren eine stärkere Aufschmelzung erfahren ais Im übrigen Bereich, so daß man zu einem in Gußrichtung unterschiedlich differenzierten Gefüge kommt, das sich Im Hinblick auf die Verwertbarkelt des Erzeugnisses einschränkend auswirkt. Vom einleitend behandelten Stand der Technik ausge hend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Ver fahren dahingehend welterzuentwlckeln. daß Materialbrüche bei der Biegung weltgehend vermieden werden. Indem gelegentlich auftretende Rißbildungen im Hinblick auf eine Fortsetzung In benachbarten Schichten zuverlässig abgefangen werden können, ohne daß dabei auf die Vorteile einer stoffschlüssigen Verbindung bei dem Verbundstahlerzeugnis verzichtet werden soll.

Diese Aufgabenstellung wird durch den Vorschlag gemäß dem Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 gelöst, für welchen die Vorschläge nach den Unteranspfüehen 2 bis I ] vorteilhafte Weiterentwicklungen vor= sehen.

Man kommt auf diese Weise Insbesondere beim Übergang von einer Schicht In die nächste zu örtlich nur begrenzten Schmelzflüssen, so daß sich eine unzulässig starke Durchmischung der aneinander angrenzenden Elsonwerkstoffe nicht einstellen kann. Insgesamt führt dies zu einem makroskopisch ausgesprochen differenzler-

ten Gefüge. Diese ausgeprägte Differenzierung des Gefüges erlaubt es Insbesondere, die Schichten hinreichend iünn auszubilden, um selbst bei Abfangung eines Risses keine unzulässig starke Querschnittsschwächung zu erhalten. Wenn also die vom Eisenwerkstoff höherer Festigkeit gebildete Schicht reißt, vermag sich dieser Riß nicht mehr weiter fortzupflanzen, well er von dem sich anschließenden Bereich des Eisenwerkstoffes geringerer Festigkeit und damit höherec Dehnbarkelt aufgefangen wird, wobei es nur zu einer unwesentlichen, bei späterer Entlastung reversiolen plastischen Verformung im letztgenannten Bereich des Stahlerzeugnisses kommt.

Man kann erfindungsgemäß die Eisenwerkstoffe in parallel zueinander verlaufenden Bahnen auftragen, wobei die einzelnen Bahnen wechselweise aus zwei Eisenwerkstoffen derart aufgebracht werden, daß In aufeinanderfolgenden Schichten jeweils die Bahnen aus dem Eisenwerkstoff höherer Festigkeit über denjenigen aas dem Eisenvverkstoff geringerer Festigkeit und umgekehrt Hegen. Derartig hergestellte Stahlerzeugnisse eignen sich vor allem für in einer Ebene bestehende Belastungen. Dabei läßt sich auch jeweils eine Bahn durch eine mehrfache Auftragung erzeugen, wenn man den örtlich begrenzten Schmelzfluß besonders kleinhalten will.

Bei zahlreichen Stahlerzeugnissen können In der Praxis In mehreren Ebenen Spannungszustände auftreten, die zu Durchbiegungen führen. Nach einem weiteren Merkmal erfolgt für derartige Anwendungszwecke die Auftragung der Elsenwerkstoffe in jeweils einer Schicht In parallel zueinander verlaufenden Bahnen, wobei die einzelnen Bahnen wechselweise aus zwei Eisenwerkstoffen aufgebracht werden, und wobei die Bahnen der jeweils folgenden Schicht die Bahnen der vorausgehenden Schicht kreuzen. Somit wird ein räumliches Gitter geschaffen, aufgrund dessen das fertige Stahlerzeugnis Beanspruchungen der genannten Art einen besonders großen Widerstand entgegensetzen kann. Die Kreuzungswinkel sollen dabei nicht zu klein gewählt werden, damit die räumlich differenzierte Struktur erhalten bleibt. Am besten gelingt dies dann, wenn man die Bahnen aufeinanderfolgender Schichten sich rechtwinklig kreuzen läßt.

Die Auftragung der Schweißwerkstoffe findet zweckmäßig elektrisch statt, wobei die spezifische Stromstärke in Ampere je Quadratmillimeter zwischen den Werten (Elektroden-0 In mm)²/2,5 und (Elektroden-0 In mm)²/5 liegt

In der Praxis handelt es sich vor allem um Schweißelektroden im Durchmesserbereich zwischen 5 und 10 mm, mit denen gute Ergebnisse erzielbar sind.

Der Elsenwerkstoff von höherer Festigkeit Ist zweckmäßig durch Abschreckung härtbar. Dadurch werden die Festigkeitswerte aufeinanderfolgender Schichten besonders stark voneinander unterschieden.

Da vor allem bei einer starken Verformung die Im Querschnitt des Erzeugnisses differenziert ausgebildeten Bereiche sehr klein wären, besteht die Gefahr, daß bei der Verformungstemperatur eine Homogenisierung des Gefüges eintritt. Dies kann dadurch vermieden werden, daß die Verformungstemperatur Im Bestand Igkeitsbereich des α-Eisens unterhalb der G-O-S-Llnle des Elsen-Kohlenstoff'Diagramms erfolgt. In diesem Falle Ist das α-Elsen des weicheren Werkstoffes aufgrund seines Atomgitters nicht In der Lage, Insbesondere den Kohlenstoff des härteren Elsenwerkstoffes aufzunehmen.

Die Verformung erfolgt bei der vorerwähnten Verformungstemperatur besonders vorsichtig durch Schmieden oder Walzen mit stets nur geringen Stichabnahmen und gegebenenfalls Nachwärmungen. Der Verformungsspielraum wird Indes größer, wenn für den Eisenwerkstoff geringerer Festigkeit ein maximaler Kohlenstoffgehalt von 0,02% und die Verformungstemperatur so gewählt wird, daß sie für den Elsenwerkstoff höherer Festigkeit im Beständigkeitsbereich des γ-Elsens oberhalb der G-O-S-LInIe liegt. In diesem Falle könnte man zum Beispiel bei einem C-Gehalt des Elsenwerkstoffes höherer

ίο Festigkeit von über 0,45% und einer Verformungsternperatur von zum Beispiel 800° C für den weicheren Elsenwerkstoff das α-Elsen beständig erhalten, wohingegen der härtere Elsenwerkstoff oberhalb der Linie G-O-S verformt würde und damit nicht der Gefahr des Schwarzbruches unterliegen würde.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wurden zwei Elsenwerkstoffe mit Festigkelten von etwa 370 N/mm² und etwa 800 N/mm² In Form von Schweißelektroden für die Erzeugung eines Blocket, vorgesehen. Der Schweißelektrodenwerkstoff höherer Festigkeit hatte einen geringen Molybdänzusatz In üblicher Höhe. Der Durchmesser der Elektroden betrug 5 :m. Jeweils eine Bahn wurde durch zweifache Auftragur.g tilt dem gleichen Schweißwerkstoff bei einer Stromstärke von 120 Ampere erzeugt. In allen Auftragsschichten lagen die Bahnen zueinander parallel, doch wechselten sich Innerhalb eine; Schicht die Bahnen aus dem Eisenwerkstoff geringerer Festigkeit mit den Bahnen aus dem Eisenwerkstoff höherer Festigkeit derart ab, daß sich im Querschnitt eine versetzte, sogenannte Schachbrettanordnung ergab. Der mit einer Kantenlänge von ?O mm erzeugte Block wurde durch Schmieden zunächst ohne und dann mit Breitung gereckt, so daß der Endquerschnitt nach der Warmverformung das Format 3 χ 30 mm besaß. Aus diesem Vormaterial wurden alsdann durch Formschmieden und Schleifen Schneidklingen hervorragender Elastizität und Härte hergestellt.

Einige Möglichkeiten des Aufbaus der Blöcke selen anhand der Zeichnung schematisch veranschaulicht. So zeigt:

Fig. 1 den schichtweisen Aufbau eines Blockes aus unterschiedlichen Schichten eines härteren Elsenwerkstofiis 1 und eines weicheren Eisenwerkstoffes 2. Jede einzelne Schicht Ist in sich homogen.

Fig. 2 zeigt den Aufbau eines Blockes, bei welchem die einzelnen Schichten durcheinander abwechselnde Bahnen aus dem Eisenwerkstoff geringerer Festigkeit 2' und dem Elsenwerkstoff höherer Festigkeit Γ bestehen, so daß sich für den Querschnitt 3 ein Schachbrettmuster ergibt, wohingegen die Draufsicht und die Seitenansicht ein Streifenmuster zeigen.

Flg. 3 zeigt schließlich einen Block, bei dem die Bahnen zweier aufeinanderfolgender Schichten Im rechten Winkel zueinander stehen. Der Querschnitt 3' läßt autelnanrhrfolgend homogene Bahnen 1" und heterogene Bahnen 5 erkennen, wobei die homogenen Bahnen aus dem Eisenwerkstoff iiöherer Festigkeit und die heterogenen Bahnen abwechselnd aus den Elsenwerkstoffen geringerer und höherer Festigkeit bestehen. Die Seltenansieht 4 zeigt grundsätzlich den gleichen Aufbau wie die Querschnlttsanslchv 3', jedoch sind die einzelnen Schichten gegenübar dem Querschnitt 3' um die Höhe einer Schicht versetzt. In der Draufsicht 6 erkennt man schließlich wiederum die parallel zueinander verlaufenes den Bahnen 1" und 2" In wechselnder Anordnung aus den beiden Elsenwerkstoffen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von auf Biegung beanspruchten Stahlerzeugnissen aus mehreren Schichten s von Elsenwerkstoffen, die bei gleicher Behandlung unterschiedliche Festigkeitswerte besitzen und schmelzflüssig miteinander In Verbindung gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Elsenwerkstoffen In mehreren Schichten von wech- to selnder Zusammensetzung durch Auftragsschwelßung unter Bildung örtlicher, durch die Anwendung der AufiragsschwelOung begrenzter Schmelzflüsse ein Vorblock erzeugt wird, der alsdann In an sich bekannter Welse einer Warmverformung unterzogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftragen der Eisenwerkstoffe In parallel zueinander verlaufenden Bahnen erfolgt, wobei die einzelnen Bahnen wechselweise aus zwei ElsenwerkstrTen derart aufgebracht werden, daß In aufeinanderioteenden Schichten jeweils die Bahnen aus dem Elsenwerkstoff höherer Festigkeit über denjenigen aus dem Eisenwerkstoff geringerer Festigkeit und umgekehrt liegen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftragung der Elsenwerkstoffe In jeweils einer Schicht In parallel zueinander verlaufenden Bahnen erfolgt, wobei die einzelnen Bahnen wechselweise aus zwei Elsenwerkstoffen aufgebracht werden, und wobei die Bahnen der jeweils folgenden Schicht die Bahnen der vorausgehenden Schicht kreuzen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Bahnen aufeinanderfolgender Schichten rechtwinklig kreuzen.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Bahn durch mehrfache Auftragung erzeugt wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftragung elektrisch mittels Schweißelektroden erfolgt, wobei die spezifische Stromstärke In Ampere je Quadratmillimeter zwischen den Weiten (Elektroden-0 In mm)²/2,5 und (Elektroden-0 In mm)²/5 liegt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißelektroden im Durchmesserbereich zwischen 5 und 10 mm liegen.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Elsenwerkstoff höherer Festigkeit durch Abschreckung härtbar ist.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformung Im Beständigkeitsbereich des α-Eisens beider Eisenwerkstoffe unterhalb der G-O-S-LInIe des Eisen-KohlenstofT-Dlagramms erfolgt.

10. Verfahren nach den Ansprüchen I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenwerksloff geringerer Festigkeit einen maximalen Kohlenstoff-Gehalt von 0,02% besitzt und daß die Veiiormungstemperatur so gewählt wird, daß sie für den Eisenwerkstoff höherer Festigkeit im Beständigkeitsbereich des γ-Elsens oberhalb der G-O-5-Llnle liegt.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Warmverformung mit einer wenigstens 80% betragenden Querschnittsverminderung durchgeführt wird.