DE2315167A1 - Verwendung von hochfesten staehlen - Google Patents

Description

PATENTANWALT DR. HANS-GUNTHEIi EGGERT, DIPLOMCHEMIKER

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Io Ib/

Köln, den 23. März 1973 Ax/Me

Ugine Aciers, Io Rue du General Foy, Paris, Frankreich

Verwendung von hochfesten Stählen

Die Erfindung betrifft neue Anwendungen von hochfesten Stählen bei Temperaturen bis 5oo°C.

Die ÜSA-Patentschrift 3.öl2.879 beschreibe Stähle der folgenden gewichtsmässigen Zusammensetzung:

C	o,85	bis	o,95
Si	o,2o	bis	o,5o
Mn	o,25	bis	o,5o
Cr MO	2 1	bis f bis	7 12
V	o,5	bis	5
N2	0,08	bis	o,13
W		bis	Io
Co		bis	Io

Sie werden im gehärteten Zustand zur Herstellung von Werkzeugen verwendet, und ihr sehr hoher Stickstoffgehalt dient zur Steigerung der Härte, die ihnen durch die Wärmebehandlung verliehen wird.

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Der in der Österreichischen Patentschrift 187.929 beschriebene Stahl, der o,2 bis 2 % Kohlenstoff, 3,5 bis 2o % Chrom, o,o5 bis o,35 % Stickstoff (vorzugsweise etwa o,25 %) und gegebenenfalls bis zu 4 % Vanadin enthält, ist ebenfalls ein Werkzeugstahl. Der Stickstoff dient hier dazu, dem Stahl eine grosse Kornfeinheit zur Verbesserung asiner Zähigkeit zu verleihen.

Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von Stählen der gewichtsmässigen Zusammensetzung

C o,5 bis 1 %
Si o,2 bis 1 %
Mn o,2 bis 2 %

Cr und gegebenenfalls Mo-V-W- Ti- Nb-Zr-

6, s
Ta - B 3 insgesamt 2o %,

N₂ o,o3o % bis zur Loslichkeitsgrenze dieses Elements unter den Verhüttungs- und Giessbedingungen, bei der Erstarrungstemperatur des Stahls,

Fe und Verunreinigungen - Rest

für die Herstellung von vergüteten Teilen, die bei hohen Temperaturen bis 5oo°C arbeiten und hohen Dauerbeanspruchungen unterliegen: Teile von Kugellagern, Rollenlagern, Nadellagern , Lager, Widerlager und Walzen von Walzwerken.

Bisher galt der restliche Stickstoff für diese Anwendungen als unerwünschte Verunreinigung, und sein Gehalt wurde bei einem möglichst niedrigen Wert von o,ol5 bis ο,οΐδ % gehalten, indem eine Entgasung unter Vakuum während der Verhüttung vorgenommen wurde.

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Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass die Anwesenheit von Stickstoff in diesen Stählen in den genannten Konzentrationen ihre Dauerfestigkeit und Wechselfestigkeit ganz erheblich verbessert. Gemäss der Erfindung werden daher für diese stickstoffhaltigen Stähle neue Anwendungen vorgeschlagen, bei denen die den Stählen durch Zusatz von Stickstoff verliehenen neuen Eigenschaften besser ausgenutzt werden, ohne dass ihre übliche mechanische Festigkeit im vergüteten Zustand verschlechtert wird. Diese Stähle haben nach der Vergütung eine Rockwell-Härte von mehr als 5o RC und ein sehr feines Korn (7/8 ASTM). Es ist zu bemerken, dass diese Kornfeinheit keinesfalls allein insgesamt für die Verbesserung der Dauerfestigkeit und Wechselfestigkeit verantwortlich sein kann.

Die Löslichkeitsgrenze des Stickstoffs in diesen Stählen bei der Erstarrungstemperatur und unter Normaldruck liegt bei etwa o,o8o %. Sie kann durch besondere Massnahmen, die dem Fachmann bekannt sind, während der Verhüttung und des Giessens gesteigert werden, so dass eine über 0,08 % liegende Stickstoffmenge eingeführt werden kann.

Die auf den Stickstoff zurückzuführende Verbesserung wird durch das folgende Beispiel veranschaulicht.

Ausgehend von gleichen Ausgangsmaterialien wurden in einem Induktionsofen vier Stahlgußstücke A,B,C,D der folgenden gewichtsmässigen Zusammensetzung hergestellt:

C	ο,78
Si	o,55
Mn	o,33
Cr	4,1
Mo	o,3

V	I,o4 %
Al	o,o38%
S	o,oll%
P	O,ol9%
Fe	Rest.

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Das Gußstück A wurde mit gewöhnlichen Ferrochrom hergestellt. Es enthielt o,ol8 % N₃.

Die Gußstücke B,C, und D wurden unter Zusatz eines Gemisches von gewöhnlichen Ferrochrom und nitrierten Ferrochrom mit 3,4 % N₂ hergestellt. Sie hatten den folgenden endgültigen Stickstoffgehalt:

B	O,o32
C	Ο,ο57
D	o,o79

Die in das Gußstück D eingeführte Stickstoffmenge entsprach ungefähr der maximalen Löslichkeit des Stickstoffs ein einem Gußstück dieser Zusammensetzung bei der Erstarrungstemperatur des Metalls unter Normaldruck.

Mit den in dieser Weise hergestellten vier Blöcken, die sich nur durch ihren Stickstoffgehalt unterschieden, wurden Stäbe von 15 mm Durchmesser für die Herstellung von Prüfkörpern geschmiedet, die einer Wärmebehandlung bis zu einer Härte von 58 bis 59 RC durch Bildung von Austenit bei 95o°C und Vergütung in öl bei 19o°C unterworfen und auf den gleichen Maschinen auf Dauer- und Wechselfestigkeit mit einer Beanspruchung von 80 hbar geprüft wurden.

Der prozentuale Anteil an Prüfkörpern, die loo Millionen Zyklen erreichten, ohne zu brechen, ist in der Abbildung dargestellt. Diese Abbildung zeigt, dass loo Millionen Zyklen ohne Bruch von

4o % der Prüfkörper des Blocks A,

85 % der Prüfkörper des Blocks B,

loo % der Prüfkörper des Blocks C, und

loo % der Prüfkörper des Blocks D

erreicht wurden. 309842/0854

Nach der ersten Zugabe von Stickstoff 1st eine erhebliche Verbesserung der Dauerstandfestigkeit des Metalls festzustellen, und diese Verbesserung wird grosser mit steigender Menge des in das Metall eingeführten Stickstoffs.

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Claims (2)

Patentansprüche

1. Verwendung von Stählen der gewichtsmässigen Zusammensetzung

C ο, 5 bis 1 ,5 % Si ο, 2 bis 1 % Mn ο, 2 bis 2 % Cr >
S bis 2o %

N₂ o,o3o % bis zur Löslichkeitsgrenze dieses Elements unter den Verhüttungs- und Giessbedingungen bei der Erstarrungstemperatur des Stahls,

Fe und Verunreinigungen Rest,

für die Herstellung von vergüteten Teilen, die bei hoher Temperatur bis 5oo°C unter hohen Dauerbeanspruchungen arbeiten müssen, wie Teile von Kugellagern,Rollenlagern, Nadellagern , Lagern, Widerlagern und Walzen von Walz werken .

2. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Chroms des Stahls durch wenigstens eines de: Elemente Mo, V, W, Ti, Mb, Cr, Ta und B ersetzt ist.

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