DE2425187A1 - Bruchzaehe vollraeder bzw. radreifen - Google Patents

Bruchzaehe vollraeder bzw. radreifen

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DE2425187A1 DE19742425187 DE2425187A DE2425187A1 DE 2425187 A1 DE2425187 A1 DE 2425187A1 DE 19742425187 DE19742425187 DE 19742425187 DE 2425187 A DE2425187 A DE 2425187A DE 2425187 A1 DE2425187 A1 DE 2425187A1
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    • B60B17/00—Wheels characterised by rail-engaging elements
    • B60B17/0055—Wheels characterised by rail-engaging elements with non-elastic tyres (e.g. of particular profile or composition)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
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Description

Vollräder bzw. Radreifen werden vorwiegend aus unlegierten Kohlenstoffstählen hergestellte Sie werden im naturharten, normalisierten, vergüteten und laufkranzverguteten Zustand eingesetztο Das Gefüge besteht aus mehr oder weniger feinstreifigem Perlitο Gefüge und chemische Zusammensetzung bedingen eine nur geringe Zähigkeit.
Beim Auftreten von Schleifmartensit durch Klotzbremsen oder Schleudern und Rutschen werden durch den hohen Kohlenstoffgehalt hohe Martensithärten erreicht, die eine akute Rissgefahr bedeuten.
Eine Erhöhung der Zähigkeit wird dadurch erreicht, dass legierte Stähle eingesetzt werden, die durch eine Wärmebehandlung, bestehend aus Härten und Anlassen, ein Vergütungsgefüge entwickeln und dadurch hohe Zähigkeiten bringen.
Selbst wenn man unter Abstimmung der Analyse zum vorliegenden Querschnitt Zwischenstugengefüge erzeugt und anlässt und dabei die Zähigkeiten verbessert, ist die Anfälligkeit auf Oberflächenschäden durch Schleifmartensif noch nicht beseitigt.
Bei sehr hoher Beanspruchung, z.B. im Hochgeschwindigkeitsverkehr, bleiben erhebliche Risiken bestehen, die Werkstoffe für Vollräder bzw. Radreifen mit wesentlich verbesserter Bruchsicherheit und geringer bzw. fehlender Anfälligkeit gegen Reibmartensit erfordern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Vollräder und Radreifen zu schaffen, welche die obengenannten Forderungen erfüllen und hohe Bruchsicherheit, hohe Streckgrenze (bei hohem Streckgrenzenverhältnis), gute Verschleissfestigkeit aufweisen und keine Anfälligkeit von Reibmartensit zeigen.
Gegenstand der Erfindung ist daher die Verwendung von Stählen mit
o,o2 bis o,15 % Kohlenstoff
bis 1,5 % Silizium
3,o bis 5,o % Mangan, wobei der 2 $ I
Mn-Gehalt durch Chrom €
O bis o,4 % Niob
O bis o,4 % Vanadium, jedoch
o,o2 bis o,4 % Niob + Vanadium
0,005 bis 0,025 % Stickstoff
O bis 2 % Kupfer
O bis o,5 % Molybdän
O bis 0,2 % Zirkon
O bis 0,öl % Bor
O bis oi3 % Titan
O bis o,l % metallisches Aluminium,
übersteigende
Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen, als Werkstoff für hochbeanspruchte Vollräder und Radreifen.
Es wird davon ausgegangen, dass die Stähle als an sich bekannt gelten dürften, so dass sie als Stoff nicht beansprucht werden.
- 3 509349/0160
Die in den vorhergenannten Stählen vorgesehenen Legierungsbestandteile sollen bevorzugt, einzeln oder zu mehreren, die nachstehenden unteren und/oder oberen Grenzen haben:
Kohlenstoff untere Grenze o,o4 % und/oder obere Grenze o,12 % Silizium untere Grenze o,2o % und/oder obere' Grenze o,7o %
Mangan untere Grenze 3*5 % und/oder obere Grenze 5>o %, wobei 1 - 1,5 % Mn durch Chrom ersetzbar sind,
Ni ο b untere Grenze o,o2 % und/oder obere Grenze o,12 %
Aluminium untere Grenze o,oo5 % und/oder obere Grenze o,o25 %
Molybdän untere Grenze o,o5 %
Zirkon untere Grenze o,o2 %
Bor . untere Grenze o,oo2$ -
Titan untere Grenze o,öl$ -
Besonders geeignet, auch in wirtschaftlicher Beziehung, er-
scheinen für den Festigkeitsbereich von 70 - 9o kp/mm , wobei sie Streckgrenzen zwischen 5o und 70 kp/mm aufweisen können, Stähle mit:
o,o2 bis 0,05 % Kohlenstoff
o,2o bis 0,50 % Silizium
3,5 ■ bis 4,5 % Mangan
o,o4 bis o,12 % Niob
0,007 bis o,ol2 % Stickstoff
o,oq5 bis o,o25 % Aluminium,
Rest Eisen mit den üblich niedrigen Verunreinigungen
sowie für den Festigkeitsbereich von mindestens 90 kp/mm bis über loo kp/mm , wobei die Streckgrenzen zwischen 65 und loo kp/mm liegen können, Stähle mit:
S09&49/0160
o,o7 bis o,12 % Kohlenstoff o,2o bis o,5o % Silizium 4,o bis 5jO % Mangan o,o4 bis o,12 % Niob o,007 bis o,ol2 % Stickstoff 0,005 bis o,o25 % Aluminium,
Rest Eisen mit den üblich niedrigen Verunreinigungen.
In allen erfindungsgemäss zu verwendenden Stählen sind Stickstoffgehalte von 0,005 - o,o25 % in Kombination mit einem metallischen Aluminiumgehalt von 0,005 - o3o5 % zu empfehlen.
Es ist zweckmässig, für einen niedrigen Wasserstoffgehalt im Stahl zu sorgen, wozu eine Reihe von Behandlungsmöglichkeiten gegeben sind. Der Stahl kann wasserstoffarm erschmelzen und/ oder durch eine der bekannten Stahlentgasungsbehandlungen im Wasserstoffgehalt auf verminderte Werte gebracht werden. Eine Entgasungsbehandlung dieser Art kann auch in bekannter Weise zu einer Senkung des Kohlenstoffgehaltes auf niedrige und besonders an der unteren Kohlenstoffgrenze liegende Werte benutzt werden.
Eine andere oder weitere Massnahme besteht darin, die warmgeformten Räder oder Radreifen zwecks Wasserstoffentfernung auszulagern und zwar bei Raumtemperatur oder erhöhter Temperatur, namentlich im Bereich von 300 bis 45O0C, und zwar genügend
lange, wobei die Dauer mit zunehmender Höhe der Temperatur
kürzer gehalten werden kann.
Die Räder oder Radreifen können bevorzugt in einer Hitze vom Rohblock zum Fertigprofil warmgeformt werden. Das Abkühlen der fertigen Gegenstände kann normal an Luft, oder - insbesondere zur Wasserstoff-Effusion - verzögert erfolgen. Sie können auch in Wasser oder einem anderen Abschreckmittel beschleunigt abgekühlt werden.
- 5 -509849/0160
Bei der Luftabkühlung ergibt sich Zwischenstufengefüge, bei schrofferer Abkühlung zäher Martensit. Die eingangs genannten Gebrauchseigenschaften liegen in beiden Fällen im aufgabenmässig erwünschten Bereich.
Der erfindungsgemäss zu verwendende Stahl zeigt keine Neigung zur Bildung von Reibmartensit-Schichten.
Erfindungsgemäss zu verwendende Stähle weisen bei den in Tafel 1 angegebenen chemischen Zusammensetzungen 1 bis 8 die in Tafel 2 zusammengestellten mechanischen Eigenschaften auf. Zum Vergleich sind zwei heute gebräuchliche Stähle 9 und 10 in beiden Tafeln aufgeführt. Die Werte für Streckgrenze und Zugfestigkeit liegen im Bereich der Vergleichsstähle. Die Werte für die Bruchdehnung sind deutlich, die Werte für die Brucheinschnürung mehrfach besser als die der Vergleichsstähle. Die im Kerbschlagbiegeversuch ermittelten Schlagarbeiten liegen sogar um eine Grössenordnung höher.
509849/0160
Tafel 1
Chemische Zusammensetzung der Radreifenstähle
Stahl-No. BehändIg,-
zustand		 C Sl Mn
1 warmgewalzt o,o2 o,9S 5,9
2 warmgewalzt c,o2 o,28 2,5
cn warmgewalzt o,o2 o,27 4,4
ο 4 warmgewalzt o,o4 o,32
00 5 ifcTftfmc*&%*ry- ι 7i
WJ U X ^i1F' ν ~ "- >k M ν		 o,o7 4,5
49/0 6 aus der Walzhitze
in Wasser abge
schreckt		 o,o5 o,29 4,4
en 7 o,o6 o,42 4,6,
ο δ o,o6 o, 4c 5,9
9 o,75 o,25 1,1
10 o, 73 0,60 1,0
warneewalzt
warmgewalzt
warmgewalzt
warmgewalzt
Cu
Cr
Bemerkungen
2,0
ο,οΐο Stähle entsprechend der Erfndg.
1,1
0, 1 0,2 0, 013 * η f! TI 1
ΟΛ
I
- - o,oll η P r
0, 1 C,Öle r ν r
r
0,
0,		 1
09		 o,oll
o,ol2		 K
r		 ν
r. 		f Γ
0, 11 - o,ol 1 rt ft It rt
0, οδ - ο,οΐο π ft tt
- o,oo5 Stand der Technik
0,007 Stand der Technik
Sämtliche Schmelzen enthalten o,oo5 bis o,o25 % Al,
fs)
cn
Tafel 2
Mechanische Eigenschaften der Radreifenetähle
No. Q
kp/iwn*" 		kp/min'" 22,6 % (DVMK-Probe)
u -500C
2
kp·m/cm Bemerkungen 		Proben nicht
gebrochen
1 56 74 21,9 78 43 It
2 7o 84 21,4 73 29 It
3 58 72 18,1 82 41 ti
4 67 91 16,4 78 33
5 79 110 16,3 67 29
6 82 101 16,5 75 28
7 104 109 18,0 57 25
8 72 68 ' 13,5 65 25
9 56 98 11,4 23 2
10 68 no 22 2
Patentansprüche:
509849/0160

Claims (7)

PAT E NTAN WALT S BÜRO 4 DÜSSELDORF SCHUMANNSTR. 97 PATENTANWÄLTE: Dipl.-Ing. W. COHAUSZ · Dipl.-Ing. W. FLORACK · Dipl.-Ing. R. KNAUF · Dr.-!ng., Dipl.-Wirtsch.-Ing. A. GERBER Patentansprüche:
1.1 Verwendung von Stählen mit
o,o2 bis 0,15 % Kohlenstoff bis 1,5 % Silizium
3,0 bis 5*ο % Mangan, wobei der 2 % übersteigende Mn-
Gehalt durch Chrom ersetzt sein
O bis o,4 # N i ο b kann,
O bis o,4 % Vanadium, jedoch
o,o2 bis o,4 % Niob + Vanadium
o,oo5 bis o,o25 % Stickstoff
O bis 2 % Kupfer
O bis o,5 ' % Molybdän
O bis o,2 # Zirkon
O bis o,öl ^ B ο r
O bis o,3 % Titan
O bis o,l % metallisches Aluminium,
Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen,
als Werkstoff für Vollräder und Radreifen mit mindestens 7o kp/mm2
Festigkeit, mindestens 5o kp/mm Streckgrenze,hoher Bruchsicherheit und fehlender Neigung zu Reibmartensit.
2. Verwendung von Stählen nach Anspruch 1 für den im Anspruch 1 genannten Zweck, deren Gehalte an Legierungsbestandteilen, einzeln oder zu mehreren, die nachstehenden unteren und/oder oberen Grenzen haben:
3 -S-
untere Grenze o,o4 % und/oder obere Grenze ο,12 % Kohlenstoff untere Grenze o,2o % und/oder obere Grenze o,7o % Silizium
untere Grenze 3,5 % und/oder obere Grenze 5* ο % Mangan, wobei 1-1,5 % Mn durch Chrom ersetzbar sind,
- obere Grenze o,12 % N i ο b
untere Grenze 0,005 % und/oder obere Grenze o,o25 % Aluminium untere Grenze o,o5 % Molybdän
untere Grenze o,o2 % Zirkon
untere Grenze o,oo2 % B ο r
untere Grenze o,ol % Titan
3. Die Verwendung von Stählen gemäss Anspruch 1 oder 2 für den in Anspruch 1 genannten Zweck, die
o,o2 bis o,o5 % Kohlenstoff o,2o bis o,5o % Silizium
3,5 bis 4,5 % Mangan o,o4 bis o,12 Miob o,oo7 bis o,ol2 % Stickstoff o,oo5 bis o,o25 % Aluminium
Rest Eisen mit den üblich niedrigen Verunreinigungen,
enthalten und für den Pestigkeitsbereich von 7o - 9o kp/mm %be-
stimmt sind und Streckgrenzen zwischen 5o und 7o kp/mm aufweisen können.
4. Die Verwendung von Stählen gemäss Anspruch 1 oder 2 für den im Anspruch 1 genannten Zweck, die
o,o7 bis o,12 % Kohlenstoff o,2o bis o,5o % Silizium 4,o bis 5*o % Mangan o,o4 bis o,i2 ^Niob o,oo7 bis o,ol2 % Stickstoff · 0,005 bis o,o25 % Aluminium,
Rest Eisen mit den üblich.niedrigen Verunreinigungen,
enthalten und für den Festigkeitsbereich von mindestens P 2
9o kp/mm bis über loo kp/mm bestimmt sind und Streckgrenzen zwischen 65 und loo kp/mm aufweisen können.
5· Die Verwendung von Stählen nach einem der Ansprüche 1-4, die im Schmelzfluss eine Entgasungs- und/oder Entkohlungsbehandlung im Vakuum beim Erschmelzen bzw. zwischen Erschmelzen und Vergiessen erfahren haben, für den Zweck nach den Ansprüchen 1, 3 oder 4.
6. Die Verwendung von Stählen nach einem der Ansprüche 1-5 für
Vollräder und Radreifen, die nach Luftabkühlung Zwischenstufengefüge, nach schroffem Abkühlen - z. B. in Wasser - zähen Martensit aufweisen sollen.
7. Die Verwendung von Stählen nach einem der Ansprüche 1-5 für Vollräder und Radreifen, die nach dem Warmformen in ein oder zwei Hitzen zwecks Wasserstoff-Effusion bei Raumtemperatur oder bei erhöhter Temperatur, nämlich im Bereich von 300 bis 450 C, genügend lange - z.B. 6 um 35° C - ausgelagert sind.
509849/0160
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