DE2701565C2

DE2701565C2 - Hochabriebfester Stahl zur Verwendung bei der Herstellung der Spitze des Aufreißwerkzeugs eines Erdbewegungsfahrzeugs

Info

Publication number: DE2701565C2
Application number: DE19772701565
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kyoto Ikeda; Kazuyoshi Nagaokakyo Kyoto Satsumabayashi; Tomihiro Hirakata Osaka Tagawa
Original assignee: KOMATSU SEISAKUSHO TOKYO JP KK
Current assignee: KOMATSU SEISAKUSHO TOKYO JP KK
Priority date: 1977-01-15
Filing date: 1977-01-15
Publication date: 1982-05-06
Also published as: DE2701565A1

Description

als Werkstoff zur Herstellung von hochabriebfesten Spitzen von Aufreißerwerkzeugen eines Erdbewegungsfahrzeuges.

2. Verwendung eines Stahles nach Anspruch 1, der zusätzlich 0,01 bis 0,1% Niob enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.

3. Verwendung eines Stahles nach Anspruch 1 oder 2, der zusätzlich 0,2 bis 1,5% Vanadium enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.

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An einen abriebfesten Stahl, welcher beim Ausbaggern von Gesteinsschichten eingesetzt werden soll, werden folgende mechanische Anforderungen gestellt: Zugfestigkeit über 150 kg/mm², Härte H_RC über 50, Charpysche Schlaghärte über 5 kg · m/cm². Zur Zeit werden als abriebfeste Stähle meistens Ni-Cr-Mo-Legierungen für die Aufreißerspitzen von Erdbewegungsmaschinen verwendet Bei die^n bekannten abriebfesten Stählen nimmt die Hart? jedoch erheblich ab, wenn die Temperatur der Aufreiße spitze während der Ausschachtarbeiten hoch wird; hierdurch 'wird der Abrieb gefördert

Um die gute Abriebfestigkeit während des Betriebs der Aufreißerspitze zu erhalten, ist es erforderlich, die Aufreißerspitze aus einem Stahl zu fertigen, der seine relativ große Härte auch bei erhöhten Temperaturen behält Dies wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch erreicht, daß als Material für die Aufreißerspitze von Erdbewegungsfahrzeugen ein hochabriebfester Stahl verwendet wird, der durch folgende Zusammensetzung gekennzeichnet ist:

0,25 bis 0,40% Kohlenstoff 1,50 bis 240% Silizium 0^0 bis 1,60% Mangan 3,00 bis 5,00% Chrom 030 bis U0% Molybdän Rest Eisen

Um die erwünschten Eigenschaften des Stahls noch z'i verbessern, können außerdem zugesetzt werden:

0,01 bis 0,10% Niob 0,20 bis 130% Vanadium

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Stähle mit ähnlicher Zusammensetzung wie der des erfindungsgemäß zu verwendenden Stahls sind bekannt, beispielsweise aus OB-PS 1036 442, GB-PS 517 118 und DE-PS 8 61706, jedoch ist es nur mit der vorgeschlagenen engen Zusammensetzung und nur dank der speziellen Abstimmung aller Komponenten möglich, die erforderliche hohe Abriebfevtigkeit und zugleich hohe Zähigkeit bei hohen Temperaturen zu

erreichen.

Die Erfindung wird durch die Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g, 1 die schematische Seitenansicht des hinteren Teiles eines Erdbewegungsfahrzeugs mit dem Aufreißer und dessen Spitze,

F i g. 2 die Abbildung einer Aufreißerspitze mit einer typischen Temperaturverteilung während des Betriebs der Spitze,

Fig.3 die graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Siliziumgehalt und der Charpyschen Schlaghärte eines Kohlenstoffstahls mit einem konstanten C-Gehalt von 0,4%,

Fig.4 die graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen Anlaßtemperatur und //«c^Härte eines 0,4% C enthaltenden Stahls mit wechselndem Si-Gehalt von 1,0 bis 23%,

Fig.5 die graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Anlaßtemperatur und der //«crHärte eines CrSiMn-Stahls mit wechselndem Chromgehalt von 2,12 bis 4,85% und Gehalten an Kohlenstoff, Silizium und Mangan von 30%, 1,90%, bzw. 0,70%,

Fig.6 die graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Chromgehalt und der Charpyschen Schlaghärte eines CrSiMn-Stahls mit wechselndem Chromgehalt von etwa 1,0 bis 7,0% und konstant gehaltenen Kohleratoff-, Silizium- und Mangangehalten von 0,35%, 135%, bzw. 0,95%,

Fig.7 die graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Anlaßtemperatur und der //«c-Här- te eines SiMnCrMo-Stahls mit wechselndem Molybdängehalt von 03 bis 1,1% und konstanten Kohlenstoff-, Silizium-, Mangan- und Chromgehalten von 030%, 138%, 0,67%, bzw. 430%,

Fig.8 die graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Molybdängehalt und der Charpyschen Schlaghärte eines SiMnCrMo-Stahls mit wechselnden Molybdängehalten von etwa 0ß bis 13% und konstantem Kohlenstoff-, Silizium-, Mangan- und Chromgehalten von 030%, 1,88%, 0,67% bzw. 430%,

Fig.9 die graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Anlaßtemperatur und der //«c-Härte beim erfindungsgemäß zu verwendenden Stahl und bei einem herkömmlichen NiCrMo-Stahl, und

Fig. 10 die graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen der Betriebsdauer und dem Abriebsgewicht von Aufreißerspitzen aus Stählen gemäß der vorliegenden Erfindung und herkömmlichen NiCrMo-Stählen.

F i g. 1 zeigt den hinteren Teil eines Bulldozers 3, an welchem über ein Gelenk 4 ein Aufreißer 1 mit der daran befestigten Spitze 2 angebracht ist

Beim Ausbaggern einer Gesteinsschicht 5 mit dem Aufreißer 1 steigt die Temperatur der Aufreißerspitze 2 infolge der Reibung der Aufreißerspitze an der Gesteinsschicht 5 auf die in F i g. 2 dargestellten Werte. Damit sie einem erhöhten Abrieb bei diesen hohen Temperaturen widerstehen kann, besteht die Aufreißerspitze erfindungsgemäß aus einem hochabriebfesten Stahl mit der obenangegebenen Zusammensetzung.

Der Kohlenstoffgehalt ist auf 0,25 bis 0,40% beschränkt, um die //rc-Härte über 50 zu halten und eine gute Zähigkeit zu erreichen. Wenn der Kohlenstoffgehalt 0,4% übersteigt fällt die Charpysche Schlaghärte unter 5 kg · m/cm² und damit auf einen für die Ziele der Erfindung unzureichenden Wert

Der Siliziumgehalt liegt vorzugsweise bei etwa 13 bis 23%. wodurch die Gefügefestigkeit verbessert wird und

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die Beständigkeit gegen Erweichen während des Anlassens erhalten bleibt.

Wie Fig.3 zeigt, fällt die Zähigkeit des Stahls stark ab, wenn der SUiziumgehalt 2ß% übersteigt Fig.4 zeigt andererseits ganz deutlich, daß die Erweichungsbeständigkeit beim Anlassen nicht ausreichend ist und eine gute Härte des Stahls bei erhöhten Temperaturen schwierig zu erreichen ist, wenn der Siliziumgehalt weniger als 1,5% beträgt

Es ist bekannt, daß die Zugabe von Mangan zusammen mit Silizium die Zähigkeit eines Stahls verringern kann. Die Zähigkeit des Stahls kann jedoch verbessert werden, wenn außerdem Molybdän zugesetzt wird.

Deshalb können dem erfindungsgemäß zu verwendenden Stahl bis zu l,6Gew.-% Mangan zugesetzt werden.

Chrom wird in einer Menge von 3,0 bis 5,0% zugesetzt, um die gute Härtbarkeit ebenso zu erhalten wie die Anlaßerweichungsfestigkeit Der bevorzugte Chromgehalt liegt bei 3,5 bis 4,5%. Wie F i g. 5 zeigt, ist eine gute Härte des Stahls bei erhöhten Temperaturen schwierig zu erreichen, wenn der Chromgenalt weniger als 3,0% beträgt Gemäß F i g. 6 kann die Charpysche Schlagfestigkeit unter 5 kg · m/cm² fallen, wenn der Chromgehalt 5,0% übersteigt

Molybdän wird in einer Menge von etwa 0,5 bis 1,2% zugegeben, um sowohl Sekundärhärtung als auch ausreichende Zähigkeit zu gewährleisten. Wie Fig.7 zeigt kann die erforderliche Sekundärhärte durch Carbidbildung kaum erreicht werden, wenn der Molybdängehalt unter 0,5% liegt Gemäß F i g. 8 kann die Charpysche Schlaghärte unter 5 kg ■ m/cm² fallen, wenn der Molybdängehalt 1,2% übersteigt. Außerdem

Tabelle 1

kann, wenn der Stahlzusammensetzung Niob zugesetzt wird, Sekundärhärte infolge Ausfällung von Mo-Nb-C-N kaum erreicht werden, wenn rier Molybdängehalt unter 0,5% liegt

Etwa 0,01 bis 0,10% Nb können der Stahlzusammensetzung zugesetzt werden, um die Zähigkeit infolge Kristallkornverfeinerung ebenso zu verbessern wie die Sekundärhärte infolge Ausfällung von komplexen Mo-Nb-C-N.

ίο Etwa 0,20 bis 1,50% Vanadin können zugesetzt werden, um die Härte des Stahls durch Verbesserung der Anlaßbeständigkeit ebenso zu verbessern wie die Zähigkeit infolge Kristailkomverfeinerung. Eine Verbesserung der Charpyschen Schlaghärte ist nicht zu erwarten, wenn mehr als 13% Vanadin zugesetzt werden.

Beispiele

Erfindnngsgemäß zu verwendende hochabriebfeste Stähle wurden entsprechend den ir Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungen und Wärmebehandlungen hergestellt
Mit Aufreißerspitzen aus Stählen gemäß Tabelle 1 wurden versuchsweise harte Gesteinsschichten mit einer elastischen Wellengeschwindigkeit von über 3000 m/sek aufgerissen. Die Ergebnisse sind in F i g. 10 dargestellt Die gepunktete Linie in Fig. 10 gibt die Versuchsergebnisse wieder, die unter Verwendung

jo einer Aufreißerspitze aus einem herkömmlichen abriebfesten Stahl unter den gleichen Bedingungen erhalten wurden. Die Zusammensetzung und die Wärmebehandlungsbedingungen dieses herkömmlichen Stahls sind ebenfalls in Tabelle 1 angegeben.

C	Si	Mn	Ni	1,71	0,30	0,79	-	Cr	Mo	Nb	V	Wärmebehandlung	Härte H_RC
Erfindun£:igemäß zu verwendende				Stähle
0,33	1,83	0,55	-	3,77	0,98	-	-	Abgeschreckt von 950 C	51,0
								Angelassen bei 500 C
0,31	1,75	0,50	-	4,10	0,55	0,08	-	Abgeschreckt von 950 C	51,0
								Angelassen bei 550 C
0,30	Vergleichsstahl			3,95	0,67	0,05	0,71	Abgeschreckt von 950 C	53,0
	0,31	0,84	0,165					Angelassen bei 550 C

0,58	0,20	-	-	Abgeschreckt von 850 C	50.0

Angelassen bei 300 C

Wie Fig. 10 deutlich zeigt haben die erfindungsge- Reibung an der Gesteinsschicht erhitzt,
maß zu verwendenden Stähle eine überlegene Abriebs- 55 Die beschriebenen Versuchsergebnisse wurden in festigkeit gegenüber dem herkömmlichen Stahl. Dies weiteren Versuchen bestätigt, bei denen die Aufreißerliegt daran, daß die Aufreißerspitze aus einem der spitze bei Baggerarbeiten sich auf Temperaturen über erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle auch dann 600° C erhitzte
eine ausreichende Härte behält, wenn sie sich infolge

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

27 Ol Patentansprüche:

1. Verwendung eines Stahles, bestehend aus

0,25 bis 0,4% Kohlenstoff 1,5 bis 2,5% Silizium 0,5 bis 1,6% Mangan 3,0 bis 5,0% Chrom 0,5 bis 1,2% Molybdän Rest Eisen