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Manganstähle sowie Verfahren zu deren erstellung Die Erfindung bezieht
sich auf verbesserte Manganstähle, deren Zusammensetzung und Wärmebehandlung, Verfahren
zu deren Herstellung sowie auf die Ergebnisse dieser Verfahren.
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Der Bedarf an verschleiß- und schlagfesten Stählen ist bekannt. Derartige
Stähle werden beispielsweise im Bergbau
uiid für Erdbewegungszwecke
benötigt, wo sie als Hämmer Brechstangen, Backenbrecher, Zerkleinerungswalzen, -kugeln,
-schirme und fljhrungsrohre verwendet werden. Im Maschinenbau erden derartige Stähle
für Schaufelzähne verschiedener Bauarten von Fördereinrichtungen und Baggern, sowie
für Bohrer, Stechmeißel und Schaufeiblätter für Planiereinrichtungen verwendet.
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Austenitische Manganstähle mit 12 bis 14 % Mangan und etwa 1 Gew.-%
Kohlenstoff, mit oder ohne Zusatz weiterer Legierungselemente sind bereits bekannt.
Diese austenitischen Stähle sind relativ weich und ihre Gebrauchseigenschaften ergeben
sich aus ihrer Fähigkeit, sich unter Belastung zu verfestigen. Diese Verfestigung
oder Kalthärtbarkeit ergibt sich aus der Umwandlung des Stahls bei der Bearbeitung
aus einem relativ weichen austenitischen Stahl zu einem relativ härteren Werkstoff.
Die Kalthärtbarkeit hängt somit von der Instabilität des Austenits ab. Diese austenitischen
Nanganstähle mit 12 bis 14 % I4n haben jedoch drei hauptsächliche Nachteile: a)
Wegen ihrer Kalthärtbarkeit sind sie auf herkömmliche Weise nur mit großen Schwierigkeiten
bearbeitbar. Dadurch sind diese Stähle für eine Vielzahl von Anwendungszwecken ungeeignet,
bei welchen zwar die Verschleißfestigkeit des Stahls erwünscht ist, der Stahl aber
nur durch geeignete Bearbeitungsvorgänge in die angestrebte Gestalt bringbar ist.
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b) Die Kaltverfestigung tritt lediglich bei ziemlich starker Bearbeitung
auf. Der Stahl verfestigt sich unter relativ sachter Beanspruchung nur ziemlich
geringfügig und ist demzufolge für mancherlei Verwendungszwecke nicht hinreichend
abriebbeständig.
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c) Selbst bei starker Kaltverfestigung oder Xalthnrtung liegt die
erreichbare Härte im allgemeinen lediglich - bei etwa 54 auf der Rochfell-C-Skala.
Wenngleich dieses für viele Verwendungsfälle hinreichend ist, so wäre es doch wünschenswert,
über einen stärker härtbaren Stahl zu verfügen.
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Zur Uberwindung des erstgenannten Nachteiles sind einige Vorschläge
gemacht worden, die auf eine Yerlängertu:lg der Wärmebehandlung, insbesondere des
Anlassens, herauslaufen.
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Durch-diese Wärmebehandlungen wird ein Teil des Austenits in Perlit
umgewandelt, der weniger zur Kaltverfestigung neigt. In diesem halbperlitischen
Zustand kann der Stahl in gewissem Ausmaß bearbeitet werden. Die Umwandlung zu Perlit
ist jedoch im allgemeinen unvollständig und demzufolge ist die Bearbeitbarkeit nur
begrenzt. Außerdem wird die Wärmebehandlung verlängert, was aus Kostengründen nachteilig
ist, wodurch sich ein solches Verfahren in vielen Fällen als nicht anwendbar erweist.
Von den genannten Nachteilen ergeben sich der zweite und dritte Nachteil aus den
solchen Stählen mit 12 bis 14 % Mn inhärenten Eigenschaften. Für Anwendungszwecke,
bei denen es in erster Linie auf extreme härte ankommt, ist jedoch eine Vielzahl
von Eisenlegierungen entwickelt worden. Durch Änderungen der Gehalte an Kohlenstoff,
Nickel, Molybdän und Chrom können bei diesen Legierungen Härten von 54 bis 62 auf
der Rockwell-C-Skala erzielt werden. Diese legierten Gußeisen werden vielfältig
verwendet, haben jedoch den Nachteil, daß sie in gleicher Weise, wie die austenitischen
Manganstähle mit 12 bis 14 % Mn mittels herkömmlicher Verfahren nicht-einfach bearbeitbar
sind, weswegen sie für. eine Vielzahl von Anwendungszwecken ungeeignet sind, für
welche sie wegen ihrer Härte an sich geeignet wären. Außerdem sind viele dieser
Werkstoffe spröde und demzufolge nicht ausreichend schlagfest. Sie gehen demzufolge
regelmäßig
zu Bruch, wodurch ständig hohe Kapitalaufwendungen erforderlich sind.
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Es zeigt sich somit, daR die vorhandenen abriebbeständigen Begierungen
noch viele Wünsche offen lassen. Der Bedarf an einer abriebbeständigen, jedoch bearbeitbaren
(zerspanbaren) Legierung ist äußerst groß. Es sei jedoch noch erwähnt, daß unabhängig
von der Bearbeitbarkeit oder Zerspanbarkeit schon eine kleine Steigerung der Abrieb-
und/oder Schlagfestigkeit zu erheblichen Einsparungen im Hinblick auf die sich aus
dem Auswechseln verschlissener oder zu Buch gegangener Teile ergebenden Kosten führen
kann.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, zur Vermeidung der
oben genannten Nachteile und Schwierigkeiten verbesserte Manganstähle sowie Verfahren
zu deren Herstellung zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird im Hinblick auf den zu schaffenden Manganstahl
gelöst durch einen kohlenstoff-, mangan-, chrom- und molybdänhaltigen Stahl mit
0,9 bis 1,4 % Kohlenstoff, 3,0 bis 8,0 % Mangan, 1,0 bis 2,5 % Chrom, 0,5 bis 2,5
% Molybdän, 0,25 bis 2,0 % Silicium, Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen.
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Dabei sind Manganstähle mit 1,1 bis 1,3% Kohlenstoff, 5,0 bis 6,3
% Mangan, 1,6 bis 2,2 % Chrom, 1,4 bis 2,0 % Molybdän, 0,8 bis 1,4 % Silicium, Rest
Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen besonders bevorzugt. Unter den vorstehend
angegebenen Prozentsätzen sind stets Angaben in Gew.-% zu verstehen.
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Im Hinblick auf das zu schaffende Verfahren wird die der Erfindung
zugrundeliegende Aufgabe erfindungsgemäß dadurch
gelöst, daß eine
Legierung mit 0,9 bis 1,4 % hohlenstoff, 3,0 bis 8,0 % Mangan, 1,0 bis 2,5 % Chrom,
0,5 bis 2,5 % Molybdän, 0,25 bis 2,0 % Silicium, Rest Eisen und herstellungsbedingte
Verunreinigungen zur Erzeugung eines verschleißfesten Nanganstahls mit vorherrschend
Austenitgehalt auf eine Temperatur zwischen 900 und 110000 erhitzt und dann auf
eine unter 200°C liegende Temperatur abgekühlt wird.
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Zur Erzeugung eines Manganstahls mit einer Rockwell-C-Härte von mehr
als 50 wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß eine Legierung mit 0,9 bis 1,4 %
Kohlenstoff, 3,8 bis 8,0 % Mangan, 1,0 bis 2,5 % Chrom, 0,5 bis 2,5 6/o Molybdän,
0,25 bis 2,0 96 Silicium, Rest Listen und herstellungsbedingte Verunreinigungen
auf eine Temperatur zwischen 900 und 1100°C erhitzt, auf eine unterhalb von 690°C
liegende Temperatur abgekuhlt, länger als 1 Stunde auf einer Temperatur zwischen
500 und 690°C gehalten und dann länger als 5 Minuten auf eine Temperatur zwischen
690 und 80000 erhitzt wird, worauf die Legierung auf eine unterhalb von 5000 liegende
Temperatur abgekühlt wird.
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Die erfindungsgemäßen Manganstähle können in mehr als einem metallurgischen
Zustand existieren. In einem Zustand können sie ein vorherrschend perlitisches Gefüge
besitzen und deshalb beträchtlich leichter bearbeitet oder zerspant werden als die
herkömmlichen austenitischen Manganstähle mit 12 bis 14 % Mangan, bei welchen, wie
bereits erwahnt, Kaltverfestigungsprobleme auftreten. Im anderen Zustand können
die erfindungsgemäßen Manganstähle verbesserte Verschleiß-und/oder Schlagfestigkeitseigenschaften
besitzen und es hat sich herausgestellt, daß Umwandlungen zwischen diesen verschiedenen
Zuständen erzielbar sind, wie im folgenden noch näher erläutert wird.
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In einer bevorzugten Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Nanganstahls
sind enthalten etwa 1,2 96 Kohlenstoff, etwa 6 96 Mangan, etwa 2 % Chrom, etwa 2
% Molybdän, etwa 1,0 % Silicium sowie Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen
als Rest. Es hat sich herausgestellt, daß Kobalt die Harte und Bearbeitbarkeit der
Stähle beeinflußt. Demzufolge schwanken die Kobaltgehalte in Abhängigkeit vom angestrebten
Verwendungszweck des Stahl es und in Abhängigkeit von der Wichtigkeit, die der angestrebten
Härte und Bearbeitbarkeit oder Zerspanbarkeit zugemessen wird. Der Kobaltgehalt
kann zwischen 1 und 5 % schwanken. Kobaltgehalte von mehr als 5 % sind wegen der
hohen Kosten unwirtschaftlich. Vanadium kann in dem erfindungsgemäßen Manganstahl
mit maximal 2 Gw.-% vorhanden sein. Andere Elemente können in den erfindungsgemäßen
Manganstählen in unterschiedlicher Weise vorliegen. So können beispielsweise Fremdelemente
in die Legierungszusammensetzung über ursprungliche Ausgangsmaterialien hineingelangt
sein. Außerdem können sie als verbleibende Desoxydationsmittel oder als andere Verunreinigungen
vorliegen, die aus Zusätze oder dgl. bei zwischengeschalteten oder zusätzlichen
Erzeugungsstufen stammen. Als Beispiele seien dafür Nickel, Schwefel, Wolfram und
Phosphor genannt, die in kleinen Gehalten vorliegen können. In der Praxis liegen
diese Einzelelemente im allgemeinen in einer Gesamtmenge von weniger als 2 Gew.-96
vor.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.
In dieser zeigen: Figuren 1, 2 und 3 Zeit-Temperatur-Schaubilder, welche jeweils
eine Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines gehärteten
oder verfestigten Manganstahls erläutern,
Figuren'4, 5 und 6 SchliffauSnahmen,
wobei die Figuren 4 und 5 eine 250-fache Vergrößerung und die Figur 6 eine 630-fache
Vergrößerung besitzen.
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Die Stähle nach der Erfindung können in einem Zustand vorliegen, in
welchem ein Perlitgehalt von mehr als 50, vorzugsweise von mehr als 65 % vorliegt.
In diesem Zustand sind die Stähle leichter bearbeitbar als die herkömmlichen austenitischen
Manganstähle. Es wurde gefunden, daß sich die Stähle dadurch in einen vorherrschend
Perlit aufweisenden Zustand überführen lassen, daß sie länger als 1 Stunde einer
Temperatur zwischen 500 und 6900C ausgesetzt werden Außerdem konnten die Stähle
nach der Erfindung in einen Zustand überführt werden, bei welchem der Mistenitgehalt
vorherrscht.
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In einem derartigen Zustand besitzen die Stähle gegenüber den herkömmlichen
Stählen mit 12 bis 14 96 Mangan eine gesteigerte Verschleißfestigkeit. Diese Verschleißfestigkeit
beruht auf wenigstens zwei Gründen. Erstens besitzen die genannten austenitischen
Manganstähle die Fähigkeit zur Kaltverfestigung oder Kalthärtung. Es ist gefunden
worden, daß sich einige der Stähle nach der Erfindung leichter kaltverfestigen als
einige der herkömmlichen Stähle mit 12 bis 14 96 Mangan. Außerdem ist gefunden worden,
daß die während der Kaltverfestigung gebildete Oberflächenschicht selbst beträchtlich
härter ist als die durch Kaltverfestigung gebildeten Oberflächenschichten einiger
herkömlicher Stähle mit 12 bis 14 % Mn. Außerdem ist gefunden worden, daß die Verschleißfestigkeit
durch ein größeres Volumen an harten Metallkarbidteilchen verbesserbar ist, welche
gleichmäßig in dem relativ weichen und duktilen Austenit verteilt sind. Dieser höhere
Anteil an fletallkarbiden ergibt im Vergleich zu anderen feinen oder armen Manganstählen,
die gelegentlich verwendet werden, eine höhere Abriebbeständigkeit. Die Größe, Gestalt
und Verteilung der Karbidteilchen kann durch anteilmäßige Veränderung der Legierungselemente
in der Legierung sowie durch
linderung der Wärmebehandlung verändert
werden. Es hat sich als möglich herausgestellt, Stähle zu erzeugen, bei denen die
Karbidteilchen im gesamten Mistenit verteilt und nicht nur an den Korngrenzen ausgebildet
sind. Diese Stähle besitzen eine verbesserte Verschleißfestigkeit, ohne dabei zu
spröde zu sein.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstelllung eines verschleißfesten
Manganstahls mit vorherrschend austenitischem Gefiige wird eine Legierung der vorstehend
genannten Zusammensetzung auf eine Temperatur zwischen 900 und 1100°C, vorzugsweise
zwischen 980 und 102000 erhitzt und dann auf eine unterhalb von 200°C liegende Temperatur
abgekühlt. Das Abkuhlen kann rasch erfolgen, so z.B. durch Abschrecken in Wasser
oder Öl oder in bewegter Luft. Vorzugsweise erfolgt das Abkühlen so hinreichend
rasch, daß die Bildung von Perlit in einer Tiefe von bis zu 76,2 mm von der Oberfläche
der abgekühlten Legierung vermieden wird.
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Diese Abkühlung erstreckt sich vorzugsweise über einen Zeitraum von
weniger als 1 Stunde.
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Zur Erzeugung eines Manganstahls mit vorherrschend Perlitanteil wird
erfindungsgemäß vorgeschlagen, die oben beschriebene austenitische Legierung länger
als 1 Stunde auf eine Temperatur zwischen 500 und 69000 zu erhitzen. Wird die Legierung
sodann auf eine Temperatur von weniger als 200°C abgekühlt, so stellt sie sich als
mit Hilfe normaler Arbeitsweisen bearbeitbar heraus.
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Die Erfindung gestattet auch die Herstellung von Manganstählen der
genannten Art mit einer Härte von mehr als 50 auf der Rockwell C-Skala, wobei eine
Härte von mehr als 58 auf dieser Skala bevorzugt ist. Härten im Bereich von 62 bis
65 auf dieser Skala sind bereits erreicht worden.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Erzeugung eines Nanganstahls in dem erwähnten
gehärteten Zustand so, daß ein Stahl mit vorherrschend perlitischem Gefüge länger
als 5 Ninuten und vorzugsweise für einen Zeitraum zwischen 30 Minuten u-nd 25 Stunden
auf eine Temperatur im Bereich von 690 bis 800°C erhitzt wird. Bei einigen der untersuchten
Manganstähle wurde eine maximale Härte dadurch erzielt, daß der Stahl auf eine Temperatur
im Bereich von 690 bis 760°C erhitzt wurde. Wird der Stahl sodann auf eine Temperatur
von weniger als 5000 abgekühlt, so zeigt er ein martensitisches Feingefüge.
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Im Hinblick auf das Erzielen bester Verfestigungs- oder Härtungseffekte
hängt die Halte zeit im Temperaturbereich von 690 bis 800°C ab von a) der jeweiligen
ausgewählten Temperatur und b) der Zusammensetzung der jeweiligen Legierung.
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Wegen der Stabilität der Legierungskarbide sind große Aufheizgeschwindigkeiten
und kurze Halte zeiten, wie im Stand der Technik verbreitet, bei der Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht erforderlich.
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Da die Kalthärtbarkeit oder das Raltverfestigungsvermögen der erfindungsgemäßen
Manganstähle ausreichend hoch ist, kann das endgültige martensitische Feingefüge
des verfestigten Stahls ohne starkes Abschrecken, d.h. mit Hilfe von bewegter Zuluft
erzielt werden, wodurch die Gefähr der Rißbildung während der Verfestigung verringert
wird. Wie bereits erwähnt, zeichnen sich die erfindungsgemäßen Manganstähle dadurch
aus, daß sie in mehr als einem metallurgischen Zustand beständig sind und daß sie
von einem Zustand in den anderen
überführt werden können. So können
sie beispielsweise durch Erhitzung im Temperaturbereich von 900 bis 4100°C und einer
anschließenden Abkiihlung, wie oben beschrieben, in einen vorherrschend austenitischen
Zustand umgewandelt werden. Nachdem die Legierungen (auf wenigstens eine unter halb
von 690°C liegende Temperatur) abgekühlt worden sind, können sie in einen vorherrschend
perlitischen Zustand umgewandelt worden, wozu eine mehr als einstündige Erhitzung
im Temperaturbereich von 500 bis 690°C vorgenonmen wird. In diesem vorherrschend
perlitischen Zustand sind die Legierungen leichter zu bearbeiten oder zu zerspanen.
Sollen die Stähle Verschleißfestigkeit mit guter Duktilität verbinden, so können
sie aus einem vorherrschend perlitischen in einen vorherrschend austenitischen Zustand
zurückgeführt werden, wozu eine weitere Erhitzung aif eine Temperatur innerhalb
des Temperaturbereiches von 900 bis 1100°C dient, der sich in bereits beschriebener
Weise ein Abkühlungsvorgang anschließt Soll sich der Stahl durch maximale Härte
auszeichnen, so kann er wahlweise aus einem vorherrschend perlitischen Zustand in
einen gehärteten Zustand übergeführt werden, wozu eine Wärmebehandlung bei einer
Temperatur zwischen 690 bis 800°C dient, der ein Abkühlen auf weniger als 50°C folgt.
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Der Umstand, daß die erfindungsgemäßen Stähle in einen bearbeitbaren,
vorherrschend perlitischen Zustand überführt werden können, erleichtert nicht nur
die Formgebung für viele Verwendungszwecke, sondern gestattet auch das formgebende
Bearbeiten von Teilen zu einer Vielzahl von Größen bzw. Abmessungen oder Gestalten,
welche mit Hilfe einiger herkömmlicher Manganstähle mit 12 bis 14 % Mn nur schwierig
erzielbar wären. Der Umstand, daß diese Stähle im vorherrschend austenitischen Zustand
leichter kaltverfestigbar sind als einige herkömmliche Manganstähle ist die Ursache
dafür, daß sich die erfindungsgemäßen Stähle vielen bestehenden Verwendungszwecken
gegenüber
als besser geeignet erweisen, wenn bei diesen Verwendungsgebieten die Verschleißfostigkeit
von Bedeutung ist. Durch die in Rede stehende Eisen schaft des erfindungsgemäßen
St-ahls wird auch die Verwendung für Zwecke erleichtert, bei wochen der Stahl lediglich
relativ leichten Verschleißbeanspruchungen ausgesetzt ist. Derartige Beanspruchungen
waren bisher häufig nicht ausreichend, um eine angemessene Kaltverfestigung hervorzurufen.
Im gehärtesten Zustand hatten einige der Stähle eine höhere Härte als abgeschreckte
und/oder legierte Gußeisen, wobei sie sich jedoch als weniger brüchig oder spröde
herausstellten. Die erfindungsgemäßen Stähle eignen sich ganz besonders für Verwendungszwecke,
bei denen die Härte von Bedeutung ist, jedoch bis heute Schwierigkeiten durch das
zu Bruch gehen von Teilen auftraten. Ausserdem sind sie geeignet für Verwendungszwecke,
bei welchen eine Bearbeitung der Stähle vor der Verfestigung angestrebt ist.
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Die in den Siguren 1, 2 und 3 angegebenen Temperaturen liegen innerhalb
der als erfindungsgemäß bezeichneten Gemperaturen und sind nicht kritisch Bei den
angegebenen Zeiten handelt es sich um Nerniwerte. Bei der in Figur 1 dargestellten
Arbeitsweise wird die Legierung auf etwa 1010°C erhitzt, auf etwa 20°C abgekühlt,
auf etwa 650°C erhitzt und einige Stunden lang auf dieser Temperatur gehalten, dann
auf 20°C abgekühlt, auf etwa 750°C erhitzt und dann auf Raumtemperatur abgekühlt.
Bei der in figur 2 veranschaulichten Arbeitsweise ist der zweite Abkühlungsvorgang
fortgelassen worden und wird die Legierung als Schlußwärmebehandlung af eine Demperatur-von
650 bis 750°C erhitzt. Bei der Arbeitsweise gemäß Figur 3 sind beide zwischengeschalteten
Abkühlvorgänge fortgelassen und wird die Legierung von 1010°C auf 650°C abgekühlt,
einige Stunden lang auf. dieser Temperatur gehalten und dann auf 750°C erhitzt,
was die
Schlußwärmebehandlung darstellt, worauf auf Raumtemperatur
abgekühlt wird. Die Erfindung wird im folgenden anhand einiger Beispiele noch näher
erläutert Eine Legierung mit 1,1 % Kohlenstoff, 5,7 % Mangan, 1,7 % Kobalt, 1,9
% Chrom, 1,8 96 Molybdän, 1,1 96 Silicium, Rest Eisen und herstellungsbedingte kleinere
Meagcsnn an Verunreinigungen, wurde auf erfindungsgemäße Weise einer Wärmebehandlung
unterzogen. Die Feingefüge und die Härten wurden bei jedem Verfahrensschritt ermittelt.
Die Ergebnisse sind in der folgenden Tafel 1 zusammengestellt und die Gefüge sind
in den Figuren 4, 5 und 6 als Schliffbilder dargestellt.
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Tafel 1
| Probenmaterial Beobachtungen |
| A. Austenitbsiert durch Erhitzen Einzelne Primärkarbide |
| bei 1000 C und Abkühlen auf sowie feine Sekundärkar- |
| Raumtemperatur in bewegter bide in gleichmäßiger |
| Luft- Verteilung in austeniti- |
| scher Matrix. |
| Rockwell-Härte (C) : 24 |
| B. Wie bei (A) mit nachfol- Karbidverteilung wie bei |
| gender vierstüniger Er- (A), Jedoch in Matrix aus |
| hitzung bei 640 C feinstreifigem Perlit mit |
| etwas (Hoch)-Bainit. |
| Rockwell-Härte (C) : 40 |
(Fortsetzung umseitig)
T a f e l 1 (Fortsetzung)
| Probenmaterial Beobachtungen |
| C. Wie bei (B) mit nach- Verteilung der Primärkarbi- |
| folgender vierstündiger de wie bei (A), Jedoch in |
| Erhitzung bei 740°C und martensitischer Matrix. |
| Abkühlung auf Raumtempera- Fig. 6 zeigt Grundmasse |
| tur. aus feinem Kugelkarbid |
| Rockwell-Härte (C): 62 |
Soll die Legierung im Hinblick auf maximale Duktilität im vollständig austenitischen
Zustand verwendet werden, so muß der Austenit ausreichend stabil sein, um ein Zerbrechen
in härtere und weniger dutkilere Bestandteile während seiner Lebensdauer innerhalb
definierter Umgebungstemperaturen zu vermeiden.
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Um einige temperaturabhängige Eigenschaften der Legierung zu bestimmen,
wurden drei Schmelzen mit den in Tafel 2 zusammengestellten Zusammensetzungen bei
100000 austenitisiert, bevor dieselben rasch auf Raumtemperatur abgekühlt wurden.
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Probekörper dieser Legierungen wurden bis zu 52 Stunden lang im Temperaturbereich
von ;60 bis +2000C behandelt und dann mit Hilfe von Röntgenstrahl-Ablenkungsverfahren
untersucht. Die Abwesenheit Jeglicher Umwandlungsprodukte zeigte an, daß die Ms-Temperatur
unterhalb von minus 60°C lag und daß kein perlitisches Erzeugnis unterhalb von 200°C
gebildet wurde.
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Tafel 2
| Chargen-Nr. Elemente in Gew.-% |
| C Mn Co Cr Mo Si |
| M 884 1,2 7,3 1,8 2,0 2,0 1,3 |
| M 971 1,1 5,7 1,7 1,9 1,8 1,1 |
| M 978 1,1 5,9 1,9 2,0 1,8 1,0 |
Ferner herstellungsbedingte Verunreinigungen- an Nickel, Wolfram, Vanadium, Schwefel
und Phosphor Die Laborversuche zur Ermittlung der Verschleißfestigkeit wurden auf
folgende Weise vorgenommen: Probekörper verschiedener Legierungen unter Einschluß
des Stahls nach der Erfindung wurden auf der Peripherie einer Stahlscheibe befestigt.
Die Anordnung wurde auf einem Bohrkopf be festigt und die Proben wurden in einem
Schleifschlamm, bestehend aus Siliciumkarbid und Korund rotiert. Die Probekörper
wurden vor dem Versuch und in bestimmten Zeitabständen während des Versuches gereinigt,
getrocknet und gewogen. Die bei den Versuchen benutzten Werkstoffe sowie die bei
den Versuchen ermittelten Ergebnisse sind in der folgenden Tafel 3 zusammengestellt.
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T a f e l 3
| 1. Versuch (205 Std. Dauer) 2. Versuch (255 Std. Dauer |
| Probenmaterial Gewichts- Probenmaterial Gewichts- |
| verlust (g) verlust |
| T4316-1 (ver- 0,325 M971 (1) ver- 0,357 |
| festigt) festigt |
| M971 (austeni- N971 (2) ver- |
| tisiert) 0,365 festigt 0,360 |
| Manganstahl 0,440 Manganstahl 0,582 |
| (13% Mn) (13% Mn) |
| Legiertes ASTM532 Typ 1 0,335 |
| Gußeisen 0,314 |
| ASTM532 Typ I |
Die Probenmaterialien T4316-1 und M971 enthielten neben Eisen und herstellungsbedingten
Verunreinigungen in (O/o) C Mn Co Cr Mo Si T4316-1 0,99 5,0 Spuren 1,9 1,7 0,80
M971 1,1 5,7 1,7 1,9 1,8 1,1 Die Ergebnisse lassen erkennen, daß die erfindungsgemäßen
Legierungen unter den vorliegenden Versuchsbedingungen beträchtlich bessere Verschleißfestigkeiten
besitzen als der Manganstahl mit 13 % fin. Ferner zeigen die Ergebnisse, daß die
erfindungsgemäßen Legierungen im vollständig gehärteten oder verfestigten Zustand
eine Verschleißfestigkeit besitzen, die bei derjenigen des legierten Gußeisens gemäß
ASTM 532-Typ 1
liegt.
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Die Beurteilung der Bearbei-tberkeit des perlitischen Nanganstahls
nach der Erfindung auf Grundlage der Erfahrung eines Fachmannes ergab einen Wert
von mehr als 40 % Verbesserung gegenüber einem in Wasser gehärteten Werkzeugstahl
unter Stützung auf das "Metals Handbook", Band 3, der American Society for Metals,
Abschnitt "Machinability Ratings for Annealed Tool Steels".
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Die folgenden Untersuchungen wurden ausgeführt, um die relativen Kaltverfestigungen
der erfindungsgemäßen Legierung mit denjenigen des Manganstahls mit 12 bis 14 96
IM zu vergleichen. Dabei wurden quadratische Probekörper geschliffen und im Vakuum
bei 100000 austenitisiert, woran sich ein rasches Abkühlen auf Raumtemperatur mit
hilfe aufgeblasenen Argongases anschloß. Jeder Probekörper wurde sodann unter Normbedingungen
zwei und vier Minuten lang mit Stahlsand beblasen. Die Ergebnisse von Mikrohärteuntersuchungen
der Oberfläche und der Querschnitte sind in der folgenden Tafel 4 zusammengestellt.
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T a f e l 4
| Stahlsandblasdauer 2 Minuten Stahlsandablasdauer 4 Minuten |
| Probenmaterial Oberflächenhärte Vickers-Härte Tiefe der ver-
Vickers-Här- Vickers-Här- Tiefert |
| Vickers-Härte 0,0254 mm un- festigten (ge- te bei to 0,0254
mm verfestigten |
| bei 200 g Last ter der Ober- härteten) Zone 200 g Last unter
der (gehärteten) |
| fläche bei ab Oberfläche Oberfläche Zone ab Ober- |
| 200 g Last bei 200 g fläche |
| Last |
| Mittelwerte Mittelwerte Mittelwerte Mittelwer- Mittelwer- |
| te te |
| 12-14%Mn(1) 770 662 0,6350 mm 833 726 nicht be- |
| stimmt |
| 12-14%Mn(1) 780 694 0,6350 mm 802 710 nicht be- |
| stimmt |
| Charge M971 830 690 0,7112 mm 841 720 nicht be- |
| stimmt |
| Charge M976 870 685 0,6350 mm 918 830 nicht be- |
| stimmt |
| Charge T4316-1 910 700 0,7112 mm - - nicht be- |
| stimmt |
| Charge T4316-2* 946 820 0,5588 mm 927 848 nicht be- |
| stimmt |
* Chemische Zusammensetzung wie bei T4316-1 (vergleiche unter Tafel 3), jedoch mit
4,2 % Kobaltzusatz