DE2010586C2 - Verfahren zur Herstellung von auf Biegung beanspruchten Stahlerzeugnissen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von auf Biegung beanspruchten Stahlerzeugnissen aus mehreren Schichten von Eisenwerkstoffen, die bei gleicher Behandlung unterschiedliche ss Festigkeitswerte besitzen und schmelzflüssig miteinander in Verbindung gebracht werden, wobei nach Patent 48 514 aus den Eisenwerkstoffen in mehreren Schichten von wechselnder Zusammensetzung durch Auftragschweißung unter Bildung örtlicher, durch die Anwendung der Auftragschweißung begrenzter Schmelzflüsse ein Vorblock erzeugt wird, der alsdann in an sich bekannter Weise einer Warmverformung unterzogen wird.

Das Verfahren gemäß Patent 19 48 514 verhindert durch örtlich begrenzte Schmelzflüsse beim Übergang von einer Schicht zur nächsten die Homogenisierung infolge Durchmischung aneinander angrenzender Eisenwerkstoffe, so daß sich ein makroskopisch ausgesprochen differenziertes Gefüge bildet. Sofern ein derartiges Stahlerzeugnis einer übermäßigen Beanspruchung durch Biegung ausgesetzt ist, tritt eine Rißbildung zunächst nur in der am stärksten beanspruchten Schicht auf, ohne daß sich der Riß in den benachbarten Schichten fortsetzen kann. Dennoch bleibt hierbei der Vorteil einer stoffschlüssigen Verbindung erhalten.

Dieses Verfahren soll durch die vorliegende Erfindung dahingehend weiterentwickelt werden, daß das hergestellte Stahlerzeugnis insbesondere in erhöhtem Maße Torsionsbelastungen aufnehmen kann. Längere Antriebswellen, die starr sein müssen, wie zum Beispiel die Antriebswellen des Heckpropellers des Hubschraubers, sowie auch Torsionsstäbe und dergleichen machen in besonderem Maße torsionsbelastbare Stahlerzeugnisse erforderlich.

Zwar ist es nach der DE-PS 2 43 704 bekannt, bei der Herstellung von Gußkörpern eine Verstärkungseinlage zu verwenden, die aus mit Drall gegeneinander verflochtenen Stäben besteht Beim Umgießen dieser Verstärkungseinlage sollen indes die inneren Stäbe gegeneinander verschiebbar bleiben, so daß dort eine stoffschlüssige Verbindung unterbleibt Dies führt zwar im Ergebnis zu einem Gußkörper mit einer in Längsund in Querrichtung nachgiebigen Verstärkungseinlage, doch erfüllt dabei die nur in der Randzone bestehende stoffschlüssige Verbindung mit dem GuBwerkstoff nicht die Bedingungen, die an ein in besonderem Maße auf Torsion beanspruchtes, massives Stahlerzeugnis unter dem Gesichtspunkt der Belastbarkeit gestellt werden. Man erkennt andererseits Verbundstahlerzeugnisse, bei denen beispielsweise nach der DE-PS 25 843 harte und weiche Stahlschichten mit unterschiedlichen Kohlenstoffgehalten miteinander verschweißt sind. Ein derartiger Schichtaufbau macht indes Einzelschichten von beträchtlicher Dicke erforderlich, wenn die Kohlenstoffgehalte der einzelnen Schichten noch trotz der homogenisierenden Verschweißung genügend differenziert bleiben sollen. Daher ist von dieser Möglichkeit nur im Zusammenhang mit verhältnismäßig dicken Platten Gebrauch gemacht worden.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung wird demgegenüber dadurch gelöst, daß die Auftragung der Schichten und/oder deren Warmverformung mit der Maßgabe erfolgen, daß von ihnen gebildete, in Längsrichtung eines das Stahlerzeugnis bildenden Körpers verlaufende, in stoffschlüssiger Verbindung miteinander stehende Werkstoffstränge, von denen aneinander angrenzende Stränge jeweils abwechselnde Zusammensetzung besitzen, den Körper wenigstens in Nähe seiner Peripherie unter einem zu seiner Längsachse geneigten Winkel durchsetzen.

Nach diesem Verfahren hergestellte Stahlerzeugnisse sind deshalb besonders für Torsionsbelastungen geeignet, weil die einzelnen Werkstoffstränge in Richtung ihrer Erstreckung besonders hoch belastet werden können. Infolge der Neigung der Werkstoffstränge bezüglich der Längsrichtung des Stahlerzeugnisses wird eine um die Längsachse wirkende Torsionsbeanspruchung in bezug auf die einzelnen Werkstoffstränge teilweise in Längsbeanspruchung umgewandelt. Derar* tige, von Zug- oder Druckkräften hervorgerufene Längsbeanspruchungen können durch die Zug- oder Druckfestigkeit des Materials besser aufgenommen werden als die uneingeschränkten Torsionsbeanspruchungen.

So läßt sich das neue Stahlerzeugnis, etwa in Form

einer Antriebswelle, mh clem Antriebsmoment derart belasten, daß dieses eine weitere Verwendung in der bereits bestehenden Verwindungsrichtung der Werkstoffstränge hervorzurufen sucht. In diesem Falle werden Zugkräfte auf die Werkstoffstränge übertragen. Die innige metallische Verbindung der einzelnen Werkstoffstränge ermöglicht es, daß man das Antriebsmoment jedoch auch entgegengesetzt zur Verwindungsrichtung der Werkstoßstränge zur Einwirkung bringen kann, was insofern von Vorteil ist, als dadurch während der Belastung Längenänderungen einer längeren Antriebswelle entgegengewirkt wird.

Ein erfindungsgemäß hergestelltes Stahlerzeugnis besitzt in besonderer Ausführungsform der Erfindung einen Querschnitt, bei welchem der Verlauf der Werkstoffstränge schraubenförmig ist Die Neigung der Werkstoffstränge kann erfindungsgemäß ebenfalls durch Verdrehen des Körpers in verformungsfähigem Zustand erzeugt sein. Vor allem kommen die vorteilhaften Auswirkungen der erfindungsgemäß differenzierten Werkstoffstränge dann zur Geltung, wenn einer der Eisenwerkstoffe ein härtbarer Stahl ist, und wenn das Stahlerzeugnis eine abschließende Härtung erfahren hat.

In den vorstehend benannten Fällen tritt die beabsichtigte Wirkung besonders zuverlässig ein, wenn die Werkstoffstränge einen 45° überschreitenden Winkel zur Längsachse des Körpers besitzen.

Die Werkstoffauswahl richtet sich auch bei diesen metallischen Verbundwerkstoffkörpern nach den bestehenden Anforderungen. Im Hinblick auf den Verwendungszweck finden insbesondere hochfeste Werkstoffe Verwendung, wobei in der Regel das Basiselement wenigstens eines der Werkstoffe Eisen ist

Die Erfindung sei weiterhin anhand der sich auf ein Ausführungsbeispiel beziehenden Zeichnung veranschaulicht Darin zeigt

F i g. 1 eine seitliche Ansicht des neuen Verbundwerkstoffkörpers,

F i g. 2 den Querschnitt des neuen Verbundwerkstoffkörpers vor dem Verdrehen und

Fig.3 den schematischen Querschnitt des neuen Verbundwerkstoffkörpers nach dem Verdrehen.

Der F i g. 1 kann man die periphere Struktur des neuen Werkstoffkörpers entnehmen. Es handelt sich dabei um einen Ausschnitt aus einer Welle, deren Längsachse sich in Richtung des Doppelpfeiles 1 erstreckt Die Werkstoffstränge der Werkstoffe 4 und 5 stehen mit der Richtung der Längserstreckung 1 unter einem Winkel 8 von etwa 50°. Die Werkstoffe 4 und 5 sind wechselweise aufeinanderfolgend vorgesehen, was durch die schraffierte Darstellung des Werkstoffes 4 verdeutlicht wurde,

Fig.2 zeigt den runden Querschnitt des Verbundwerkstoffkörpers vor dem Verdrehen. Der Obersichtlichkeit halber sind in den die Achse der Längserstrekkung 1 umgebenden konzentrischen Zonen nur einige wenige Stränge der Werkstoffe 4 und 5 dargestellt Nach dem Verdrehen, wie es F i g. 3 zeigt, kommt es zu einer Deformation der ursprünglich etwa im Querschnitt ringsektorförmig erscheinenden Werkstoffstränge. Je nach der ursprünglichen Stärke der Werkstoffstränge kann der Querschnitt auch so aussehen, daß in einem konzentrischen Ring nur ein einziger Werkstoff erkennbar wird.

Für den vorstehend vorgeschlagenen Verbundwerkstoffkörper wird in besonders vorteilhafter Weise für einen der ihn bildenden Werkstoffe eii iärtbarer Stahl verwendet Im Anschluß an seine Ferügs'-cllung wird der Verbundwerkstoffkörper dann noch gehärtet Dies hat infolge der Volumenzunahme bei der Martensit-Bildung zur Folge, daß in den aus gehärtetem Werkstoff bestehenden Werkstoffsträngen Druckspannungen erzeugt werden, wohingegen die übrigen Werkstoffstränge, die aus einem nicht härtbaren Werkstoff oder aber aus einem weniger Martensit bildenden Werkstoff bestehen können, Zugspannungen aufweisen. Bei Belastung eines derartigen Verbundwerkstoffkörpers durch sich in Richtung seiner Werkstoffstränge erstreckenden Zugkräfte wirkt sich die in unbelastetem Zustand bestehende Druckspannung in den martensitreichen Werkstoffsträngen als Vorspannung aus, die zunächst durch Zugbelastung abgebaut werden muß. Erst bei weiterer Steigerung der Zugspannung kommt es in den martensitreicheren Werkstoffsträngen gleichfalls zu Zugspannungen, doch sind diese infolge der Vorspannung geringer, als es den Zugkräften entspricht Die übrigen Werkstoffstränge, für die Werkstoffe geringerer Volumenzunahme beim Abkühlen Verwendung gefunden haben, wie insbesondere kohlenstoffarmes Eisen, unterliegen ohnehin erst bei höherer Dehnung der Bruchgefahr.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche;

1. Vertäuen zum Herstellen von auf Biegung beanspruchten Stahlerzeugnissen aus mehreren Schichten von Eisenwerkstoffen, die bei gleicher Behandlung unterschiedliche Festigkeitswerte besitzen und schmelzflüssig miteinander in Verbindung gebracht werden, wobei nach Patent 19 48 514 aus den Eisenwerkstoffen in mehreren Schichten von wechselnder Zusammensetzung durch Auftragschweißung unter Bildung örtlicher, durch die Anwendung der Auftragschweißung begrenzter Schmelzflüsse ein Vorblock erzeugt wird, der alsdann in an sich bekannter Weise einer Warmverformung unterzogen wird, dadurch gekenn- ;s zeichnet, daß die Auftragung der Schichten und/oder deren Warmverformung mit der Maßgabe erfolgen, daß von ihnen gebildete, in Längsrichtung eines das Stahlerzeugnis bildenden Körper verlaufende, in stoffschlüssiger Verbindung miteinander stehende Werkstoffstränge (4, 5), von denen aneinander angrenzende Stränge jeweils abwechselnde Zusammensetzung besitzen, den Körper wenigstens in Nähe seiner Peripherie unter einem zu seiner Längsachse (1) geneigten Winkel durchsetzen.

2. Nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 hergestelltes Stahlerzeugnis, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstoffsträngt einen 45° überschreitenden Winkel zur Längsachse des Körpers besitzen.

3. Nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 hergestelltes Stahlerzeugnis, insbesondere gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlerzeugiiis einen runden Querschnitt besitzt und der Verlauf der WerUtoffstr.Jige schraubenförmig ist

4. Nach dem Verfahren jemäß Anspruch 1 hergestelltes Stahlerzeugnis, insbesondere nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Werkstoffstränge (4, S) durch Verdrehen des Stahlerzeugnisses im verformungsfähigen Zustand erzeugt ist

5. Nach dem Verfahren gemäß Anspruch hergestelltes Stahlerzeugnis, insbesondere nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daä einer der ihn bildenden Eisenwerkstoffe härtbarer 4s Stahl ist, und daß das Stahlerzeugnis einem abschließenden Härtevorgang unterzogen ist