DE2610388B2 - Stahl aus Ausgangswerkstoff für die formgebende Bearbeitung - Google Patents
Stahl aus Ausgangswerkstoff für die formgebende BearbeitungInfo
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- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
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- C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
Description
Die Erfindung betrifft einen Stahl als Ausgangswerkstoff
für formgebende Bearbeitung, insbesondere zur Herstellung hochbeanspruchter Schmiedestücke, mit
0,25 bis 0,60% Kohlenstoff und 030 bis 0,70% Silizium,
vorzugsweise ferner mit 0,10 bis 0,35% Chrom und 0,50 bis 1,20% Mangan.
Hochbeanspruchte Gesenkschmiedestücke, wie Kurbelwellen, läßt man nach herkömmlicher Technik nach
dem Schmieden erkalten und vergütet sie, indem man sie auf eine Austenitisierungstemperatur von etwa 780
bis 880 grd erhitzt, dann in öl oder Wasser abschreckt
und bei 550 bis 650 grd auf die gewünschte Festigkeit anläßt.
Um den erhöhten Fertigungs- und Energieaufwand für diese Wärmebehandlung einzusparen, ist in der
DT-OS 23 50 370 vorgeschlagen, einen mit 0,05 bis 0,15% Vanadium oder Niob legierten Kohlenstoff-Mangan-Stahl
zu verwenden und das Teil an Luft aus der Schmiedehitze abzukühlen. Das Legierungselement
Vanadium oder Niob bewirkt dabei durch eine Ausscheidungshärtung (Bildung von Vanadin- bzw.
Niobcarbonitriden) eine Steigerung der Festigkeit, die ein Vergüten entbehrlich macht
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen ebenfalls bei Abkühlung aus der Schmiedehitze
genügende Festigkeit erreichenden Stahl zu schaffen, jedoch unter Ersatz des Vanadiums bzw. Niobs durch
ein weniger wertvolles und billigeres Legierungselement.
Gemäß der Erfindung erfüllt diese Forderungen ein Stahl der eingangs genannten Zusammensetzung, der
einen schmelzmetallurgisch eingebrachten Stickstoffgehalt von 0,0120 bis 0,0350% aufweist. Die günstigste
Wirkung wird in der Regel bei einem Stickstoffgehalt von 0,0140 bis 0,0230% zu erwarten sein. Ferner ist zu
beachten, daß der Stahl möglichst nur Spurengehalte an Elementen mit hoher Stickstoffaffinität aufweist.
Das Gefüge des aus der Schmiedehitze abgekühlten erfindungsgemäßen Strahles ist ferritisch-perlitisch.
Zur Erklärung der nach der Erfindung eintretenden Verfestigung kann man sich etwa folgenden Mechanismus
vorstellen:
Der in vergleichsweise hoher Menge vorgesehene Stickstoff hat sowohl im freien Ferrit als auch im Ferrit
des Perlits durch die bei Temperaturerniedrigung sinkende Stickstofflöslichkeit im Ferritgitter die Neigung,
sich auszuscheiden. Dabei führen sich einphasig ausscheidende Stickstoffatome zu einer hohen Konzentration
von Versetzungen, die die Festigkeit erhöhen.
Weiter kommt es zur Bildung von Eisennitrid. Da sich
dieses unmittelbar aus dem alpha-Eisen-Gitter ausscheidet,
liegen die Abstände nahe beieinander entstehender Nitridausscheidungen voneinander in der Größenordnung
der Atomgitterabstände des alpha-Eisens. Hierdurch können Frank-Read-Quellen entstehen, die die
Eigenschaft haben, beim Anlegen einer Spannung 1·>
weitere Versetzungen zu bilden und damit die Festigkeit noch einmal zu erhöhen. Die Ausbildung solcher als
Frank-Read-Quellen wirkender Verteilungsordnungen wird durch die hohe Stickstoffkonzentration begünstigt
da diese die Wahrscheinlichkeit von Nitridausscheidungen in den betreffenden engen Abständen erhöht
Schließlich bilden sich Eisennitridpartikel feinster Größe und Verteilung, die die entstandenen Versetzungen
blockieren.
Eine Ausscheidungshärtung durch eine eigens herbei-2s
geführte Nitridbildung mit Legierungselementen, wie es nach der DT-OS 23 50 370 für einen mindestens 0,2%
Kohlenstoff enthaltenden Stahl mit 0,05 bis 0,15% Vanadium oder Niob als Nitridbildner vorgesehen ist
soll jedoch nicht vorgenommen werden. Im Sinne der obigen Vorstellungen liegt vielmehr der weitere
Erfindungsvorschlag, zu vermeiden, daß in dem Stahl Elemente mit hoher Stickstoffaffinität wie Vanadin,
Niob, Titan, Bor, Aluminium usw. vorhanden sind, die eine vorzeitige Ausscheidung des Stickstoffs, hauptsächlich
im Austenit, bewirken; der Stickstoff soll noch in dem Ferrit, und zwar sowohl im freien Ferrit als auch in
dem des Perlits, gelöst sein und sich erst bei niedrigeren Temperaturen aus diesem ausscheiden.
Das Schwergewicht liegt dementsprechend mehr in der Schaffung einer besonders großen Zahl von
Versetzungen als in der Schaffung von die Versetzungen blockierenden Ausscheidungen, aber gleichfalls mit dem
Ergebnis einer hohen Versetzungskonzentration.
In dem Buch »Theorie der Stahlerzeugung« von Javojskij wird auf Seite 561 über das eventuelle
Auftreten von Stickstoffgehalten von bis zu 0,017% in Bessemerstählen, bis zu 0,020% in Thomasstählen und in
ähnlicher Höhe in Elektrolichtbogenofen berichtet. Dabei ist der Stickstoff jedoch eine ungewollte, sogar als
schädlich betrachtete Verunreinigung und kein bewußt und dosiert zugegebenes Legierungselement.
Neben dem erfindungsgemäßen Stickstoffzusatz trägt das Silizium in bekannter Weise durch Einlagerung
auf den Zwischengittc-rplätzen des Ferrits zu dessen
Verspannung und damit Verfestigung bei.
Die vorzugsweise ferner vorgesehenen Elemente Chrom und Mangan haben die übliche Bedeutung, das
Umwandlungsverhalten des Stahls bzw. die Ausbildungsform des Perlits zu beeinflussen.
Im folgenden sei die Erfindung anhand von Versuchen zahlenmäßig verdeutlicht.
Es wurden sechs verschiedene Chargen von der Grundzusammensetzung der unter der Bezeichnung
Ck 45 bekannten und zur Herstellung von Kurbelwellen häufig verwendeten Stahlqualität erschmolzen. Von
jeder Charge wurde eine Anzahl gleicher, für verschiedene Chargen jedoch unterschiedlicher Stücke (Kurbel-
».αΐΐαη Rundstabe Sch',venk!s™sr^ "sschmiedet und auf
einem AbkübJband einzeln an Luft aus der Schmiedehitze abkahlen gelassen. Die so erhaltenen Werkstacke
wurden an der Oberfläche der Brinellprüfung mit HB 10/3000 und bis auf die Schwenklager außerdem der
Zerreißprüfung unterzogen. Die Analysen und die Prüfungsergebnisse sind in der anliegenden Tabelle
zusammengestellt
Versuch Nr. 1
wurde mit dem normalen Werkstoff Ck 45 durchgeführt Die Festigkeitswerte, die ohne die für
diesen Werkstoff an sich vorgesehene Vergütung bei bloßer Abkühlung aus der Schmiedehitze
erhalten wurden, genügen nicht
wurde die Schmelze gemäß folgender Richtanalyse modifiziert:
0,45 bis 0,49% C, 0,35 bis 0,50% Si,
0,75 bis 0,90% Mn, unter 0,035% P,
0,050 bis 0,065% S,
0.15 bis 0,25% Cr,
unter 0,05% Mo, unter 0,12% Ni,
0,010 bis 0,020% Al und
0,0150 bis 0,0200% N2.
erhöht Es zeigt sich, daß durch die Modifizierung an dem gleichen Schmiedestück (Kurbelwelle Typ
ΙΪ
A) die Streckgrenze um etwa 8 kp/mm2 und die Zugfestigkeit um etwa 12 kp/mm2 gesteigert werden
konnte (Mittelwerte).
betätigen dies mit weiteren Schmelzen nach derselben Richtanalyse an den weiteren Kurbelwellentypen
B und C.
Versuch Nr. 5
zeigt den Einfluß einer weiteren Modifikation, nämlich der Verringerung des Aluminium-Gehalts
gegenüber den Versuchen Nr. 1 bis 4: Die Streckgrenze und das Streckgrenzenverhältnis
konnten noch einmal beträchtlich und die Zugfestigkeit konnte ebenfalls gesteigert werden. Der
Versuch wurde mit geschmiedeten Rundstäben von 50 mm Durchmesser durchgeführt, deren Abkühlbedingungen
denen der Kurbelwellen annähernd gleichkamen.
Versuch Nr. 6
belegt die Wirkung des erhöhten Stickstoffgehalts an einem Schwenklager.
Die nach den Versuchen 2 bis 6 erhaltenen Gütewerte sind bereits ausreichend, im Fall des Versuchs 5 sogar
gut.
Versuch Nr. | 2 | L | 0,47 | 3 | 4 | 5 | 0,48 | 6 | |
1 | Chargcnbczcichnung | 0,49 | 0,54 | ||||||
Ci | 0,84 | S3 | AL | Λ | 0,83 | N3 | |||
0,009 | 0,009 | ||||||||
Analyse (%): | 0,45 | 0,059 | 0,45 | 0,47 | 0,065 | 0,47 | |||
C | 0,20 | 0,24 | 0,49 | 0,44 | 0,25 | 0,45 | |||
Si | 0,92 | 0,02 | 0,85 | 0,84 | <0,02 | 0,84 | |||
Mn | 0,034 | 0,03 | 0,009 | 0,010 | <0,02 | 0,010 | |||
P | 0,088 | 0,05 | 0,059 | 0,059 | 0,04 | 0,059 | |||
S | 0,20 | <0,02 | 0,24 | 0,23 | <0,02 | 0,23 | |||
Cr | 0,04 | <0,03 | 0,02 | <0,02 | <0,03 | 0,02 | |||
Mo | 0,09 | 0,019 | 0,02 | 0,03 | 0,003 | 0,03 | |||
Ni | 0,15 | 0,0152 | 0,05 | 0,05 | 0,0210 | 0,06 | |||
Cu | Kurbelwellen | <0,02 | <0,02 | Rundstabe | <0,02 | ||||
V | Typ Λ | <0,03 | <0,03 | <0,03 | |||||
Nb | 0,028 | 0,015 | 0,024 | 0,025 | |||||
Λ1 | 0,0080 | 76-81 | 0,0152 | 0,0170 | 0,0160 | ||||
N2 | Kurbelwellen | 44,9 | Kurbelwellen | Kurbelwellen | 49,6 | Schwenk | |||
Geprüfte Schmiede | Typ Λ | SO 1 | Typ B | TypC | JU h | lager | |||
stücke | |||||||||
Prüfwerte: | 65-72 | 78-81 | 78-79 | 79-84 | |||||
Brinell (kp/mm2) | 37,1 | 44,8 | 44,5 | ||||||
SIgITIa02 (kp/mm2) | 70 0 | 79 '■) | 80 S | ||||||
«ipma.. /tn/mm 1 |
Fortsetzung
Geprüfte Schmiede- Kurbelwellen Kurbelwellen Kurbelwellen Kurbelwellen Rundstäbe Schwenk-
stücke Typ A Typ A Typ B Typ C laScr
14,5 16,3 13,2 17,5
30,2 31,9 24,2 37,9
0,55 0,56 0,55 0,60
Prüfwerte: | 19,4 |
delta., (%) | 44,0 |
psi (%) | |
sigma,,,. | 0,5 |
sigmaB | |
ak (kpm/crrr) | |
Claims (4)
1. Stahl als Ausgangsw jrkstoff für die formgebende
Bearbeitung, insbesondere zur Herstellung hochbeanspruchter Schmiedestücke, mit 0,25 bis
0,60% Kohlenstoff und 030 bis 0,70% Silizium,
vorzugsweise ferner mit 0,10 bis 035% Chrom und
040 bis 1,20% Mangan, dadurch gekennzeichnet,
daß er einen schmelzmetallurgisch eingebrachten Stickstoffgehalt von 0,0120 bis
0,0350% aufweist
2. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Stickstoffgehalt von 0,0140 bis 0,0230%
aufweist
3. Stahl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er nur Spurengehalte an
Elementen mit hoher Stickstoffaffinität aufweist
4. Verwendung eines Stahls nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Herstellung von unvergüteten
Schmiedestücken, insbesondere unvergüteten Kurbelwellen, Schwenklagern und Pleuelstangen.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19762610388 DE2610388C3 (de) | 1976-02-07 | 1976-02-07 | Stahl als Ausgangswerkstoff für die formgebende Bearbeitung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19762610388 DE2610388C3 (de) | 1976-02-07 | 1976-02-07 | Stahl als Ausgangswerkstoff für die formgebende Bearbeitung |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2610388A1 DE2610388A1 (de) | 1977-08-11 |
DE2610388B2 true DE2610388B2 (de) | 1980-08-28 |
DE2610388C3 DE2610388C3 (de) | 1984-10-25 |
Family
ID=5972271
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19762610388 Expired DE2610388C3 (de) | 1976-02-07 | 1976-02-07 | Stahl als Ausgangswerkstoff für die formgebende Bearbeitung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2610388C3 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0072355A1 (de) * | 1981-07-21 | 1983-02-16 | Italtractor Itm S.P.A. | Verfahren zur Wärmebehandlung von Raupenkettengliedern für Traktoren oder Kettenfahrzeuge |
EP0085828A1 (de) * | 1982-01-16 | 1983-08-17 | MAN B & W Diesel Aktiengesellschaft | Verwendung eines Kohlenstoff-Mangan-Stahles für Bauteile mit hoher Festigkeit und Zähigkeit bei einfacher Wärmebehandlung |
Families Citing this family (1)
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DE102004022248B4 (de) * | 2004-05-04 | 2007-06-14 | Zf Friedrichshafen Ag | Verfahren zur Herstellung von Kugeln oder Kugelsegmenten, sowie danach hergestelltes Kugelelement für zweiteilige Kugelzapfen |
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DE1222685B (de) * | 1962-11-17 | 1966-08-11 | Kurt Dies Dr Ing | Verwendung eines Eisennitrid in eutektoider feiner Verteilung enthaltenden Werkstoffes auf Eisenbasis fuer Gegenstaende, die auf Abnutzung durch Reibung, Gleitung und Verschleiss beansprucht sind |
DE1608132B2 (de) * | 1967-11-11 | 1973-10-25 | Daimler-Benz Ag, 7000 Stuttgart | Verwendung eines nichtaustemti sehen Stahles zur Herstellung von Bau teilen fur den Fahrzeug und Maschinen bau |
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-
1976
- 1976-02-07 DE DE19762610388 patent/DE2610388C3/de not_active Expired
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2610388A1 (de) | 1977-08-11 |
DE2610388C3 (de) | 1984-10-25 |
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Legal Events
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8281 | Inventor (new situation) |
Free format text: KNELLER, JUERGEN, DIPL.-ING., 6719 BECHHOFEN, DE |
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