DE2721695A1

DE2721695A1 - Durch waermebehandlung gefestigtes bodenbearbeitungswerkzeug

Info

Publication number: DE2721695A1
Application number: DE19772721695
Authority: DE
Inventors: Theodore M Clarke; Gordon H Walter
Original assignee: International Harverster Corp
Current assignee: Navistar Inc
Priority date: 1976-05-14
Filing date: 1977-05-13
Publication date: 1977-11-17
Also published as: ZA77153B; CA1060236A; FR2350776A1; AU2129577A; US4098622B1; AU503933B2; FR2350776B1; US4098622A; MX4909E; GB1541809A; DE7715306U1

Description

Durch Wärmebehandlung gefertigtes Bodenbearbeitungswerkzeug

Die Erfindung bezieht sich auf ein durch Wärmebehandlung gefertigtes Bodenbearbeitungswerkzeug aus längsgewalztem, kohlenstoffreichem Stahl von verschwindendem perlitischen MikrogefUge.

Bodenbearbeitungewerkzeuge, wie beispielsweise Scheiben und Pflugschare, die aus durch herkömmliches Längswalzverfahren hergestellten Stahlplatten bzw. Stahlblechen gefertigt sind, neigen bekanntlich dazu, entlang einer im wesentlichen geradlinig verlaufenden Linie zu Bruch zu gehen, da die Bruchfestigkeit derartiger Werkzeuge in Walzrichtung bzw. in ihrer Längsrichtung niedriger ist als in der hierzu quer verlaufenden Richtung. Längsbrüche derartiger Bodenbearbeitungswerkzeuge beeinträchtigen den Feldbetrieb und erfordern einen sofortigen Austausch der gebrochenen Werkzeuge, da die beschädigten Werkzeuge, beispielsweise die

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Scheiben einer Egge oder eines anderen Bodenbearbeitungsgerätes, an dem die Scheiben montiert sind, wegen Verlust an Spannkraft der verbleibenden Teile der Arbeitswerkzeuge diese ernsthaft in Mitleidenschaft ziehen können. Wenn die gebrochenen Scheiben nicht sofort ausgewechselt werden, verstopft die Scheibenegge, falls nicht der Feldbetrieb sofort unterbrochen wird. Hinzu kommt, daß die Demontage des Scheibensatzes, um die gebrochene Scheibe zu entfernen, und die Montage der zu ersetzenden Scheibe sowohl zeitraubend wie auch mühsam ist.

Das Bedürfnis, die Richtung der Bruchfähigkeit von Bodenbearbeitungsscheiben zu bestimmen, sovrie die damit verbundenen Probleme, sind seit längerem bekannt. Die Problematik einer Bruchrichtfähigkeitsbestimmung ist hauptsächlich durch das Schrägwalzen der Stahlplatte oder des Stahlbleches gegeben, aus welchem letzten Endes die Scheiben hergestellt sind. Diese Problematik wird auch nicht durch ein aus der US-PS 2 8IM 580 bekanntes Verfahren gelöst, bei dem eine Zwischenstufenvergütung als Wärmebehandlung des längs oder einfach nachgewalzten Stahls angewendet wird. Scheiben von Bodenbearbeitungsgeräten aus schräg gewalztem Stahl gehen jedoch wegen der parallel zu den Scheibenoberflächen verlaufenden Delamiftierung aufgrund ihrer linsenförmigen Einschlüsse gelegentlich zu Bruch. Hinzu kommt, daß schräg gewalzte Stahlbleche zur Herstellung verschiedener Größen von Bodenbearbeitungsscheiben von den Stahlzulieferern verhältnismäßig schwer geliefert werden können, denn Aufstellung und Betrieb einer Schrägwalzanlage sind sehr aufwendig.

Um diese und weitere Mängel in der Anwendung und Herstellung von derzeit handelsüblichen Bodenbearbeitungsscheiben zu überwinden und um die Leistung der Bodenbearbeitungsgeräte zu verbessern und die Lebensdauer der Arbeitswerkzeuge zu verlängern, wurden Wege gesucht, die Bruchrichtung bei Bodenbearbeitungsscheiben aus längsgewalzten hochfesten Stählen gänzlich zu beseitigen. Es wurde festgestellt, daß die gewünschte Bestimmung der Bruchrichtfähigkeit durch eine Steuerung der Sulfidmorphologie des in der Herstellung der ■' Π 9 8 L B / 1 1 4

Bodenbearbeitungsscheiben angewendeten Stahls erreicht werden kann. Das Ergebnis waren Bodenbearbeitungsscheiben, die keinen geradlinigen Bruch aufweisen, spröde im Betrieb sind, die aber den Nachteil hatten, daß sie kurze dehnbare Rieee unter extremer Belastung bilden. Obwohl das Prinzip der Sulfidmorphologiesteuerung durch die US-PS 3 666 57o schon zur Anwendung gelangte, um die Verformbarkeit und Bruchdehnbarkeit in kohlenstoffarmen Baustählen zu verbessern, die für gewöhnlich plastisch zerbrechen, wurde dieses Verfahren nie auf hochfesten, kohlenstoffreichen Stahl angewandt. Die maßgebliche Auswirkung der kugeligen Sulfidmorphologie auf die Bruchfestigkeit des hochfesten, kohlenstoffreichen Stahls war für einen Werkstoff, der normalerweise spröde brechbar ist, bisher nicht erkannt worden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein durch Wärmebehandlung gefertigtes Bodenbearbeitungswerkzeug aus längsgewalztem kohlenstoffreichem Stahl zu schaffen, bei dem die eigene geradlinig verlaufende Bruchrichtfähigkeitskennlinie der Scheiben durch chemische Zusätze zur Stahlschmelze eliminiert werden kann. Diese Zusätze bilden im Stahl feuerfeste kugelförmige Sulfide, die im fertigen Erzeugnis im wesentlichen in dieser Form beibehalten werden. Insgesamt soll also durch diese Behandlung und durch die angewendeten Zusätze eine verbesserte Bruchfestigkeit derartiger Arbeitswerkzeuge, wie beispielsweise Eggenscheiben, in allen Richtungen und darüber hinaus eine verhältnismäßig hohe Härte erzielt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen o,o25 t nicht übersteigenden Schwefelgehalt, durch eine Rockwell-Härte innerhalb des Bereiches ^wCⁿ-35 bis 46 und durch im fertigen Erzeugnis beibehaltenen Sulfideinschlüsse kugelförmiger Gestalt gelöst.

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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung und Fotographien. Darin zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer typischen Scheibe für landwirtschaftliche Bodenbearbeitungsgeräte;

Fig. 2 einen Querschnitt dieser Scheibe nach Fig. 1 im wesentlichen entlang der Linie 2-2 der Pig.l;

Fig. 3 eine fotographische Ansicht des Mittelteils eines herkömmlichen zwischenstufenvergüteten Bodenbearbeitungsscheibenmusters, das aus längsgewalztem Stahl hergestellt wurde und das die Auswirkungen eines Kugeldruckversuchs zeigt;

Fig. k eine fotographische Ansicht des Scheibenmusters in Fig. 3 aus einem schrägen winkel, um den Grad der konischen Verformung als Folge des Kugeldruckversuchs besser darzustellen;

Fig. 5 eine verhältnismäßig wenig vergrößerte fotographische Ansicht einer Oberfläche des in Fig. 3 gezeigten Scheibenmusters an einem seiner Brüche, um die Sprödigkeit des Bruches zu zeigen;

Fig. 6 eine der Fig. 3 ähnliche Ansicht, die die Auswirkungen eines Kugeldruckversuchs im Mittelteil eines in einer Zwischenstufe vergüteten erfindungsgemäßen ScheibenmusterS^Sfobei im wesentlichen alle der zurückgehaltetenen Sulfide kugelförmig sind;

Fig. 7 eine der Fig. k ähnliche fotographische Ansicht der Auswirkungen eines Kugeldruckversuchs des in Fig. 6 gezeigten Scheibenmusters aus einem schrägen Winkel, um die konische Verformung und

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Bruchkennlinien als die Auswirkungen eines Kugeldruckversuchs zu zeigen;

Fig. 8a eine loofach vergrößerte Fotographie oder

Fotomikrographie, die die Ausrichtung, Verteilung und Form der zurückgehaltenen Sulfideinschlüsse eines aus einem herkömmlichen längsgewalzten Scheibenstahl hergestellten Scheibenmusters zeigt, wobei die typischen Sulfideinschlüsse in der Walzrichtung in Form gestreckter Schilfer (stringer) und im wesentlichen parallel zur Walzrichtung vorliegen;

Fig. 8b eine loofach vergrößerte Fotomikrographie,

ähnlich der Fig. 8A, in der jedoch das Scheibenmuster aus schräggewalztem Stahl hergestellt wurde; die Sulfideinschlüsse werden in Walzrichtung gezeigt;

Fig. 8C eine Fotomikrographie desselben Scheibenstahlmusters der Fig. 8B, jedoch bei höherer Vergrößerung;

Fig. 8D eine loofach vergrößerte Fotomikrographie

eines Scheibenmusters nach der Erfindung, welche die typischen zurückgehaltenen Sulfideinschlüsse zeigt, die sich während des Walzvorganges nicht deformiert oder verlängert haben;

Fig. 9 ein Belastungs-Verschiebungsdiagramm, das die Bruchzähigkeit eines unbehandelten bzw. herkömmlichen SAE I085 zwischenstufenvergüteten Stahlscheibenwerkstoffes zeigt;

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Fig. Io ein Belastungs-Verschiebungsdiagramm, das die Bruchzähigkeit eines erfindungsgemäßen Stahlscheibenwerkstoffes zeigt;

Fig. 11 ein Diagramm, das die Bruchzähigkeit in zur Walzrichtung parallele bzw. senkrechte Richtungen einer Anzahl von Scheibenstahlmustern zeigt, die unterschiedliche Gehalte der darin zurückgehaltenen kugelförmigen Sulfideinschlüsse aufweisen.

Wie schon erwähnt, bezieht sich die vorliegende Erfindung in erster Linie auf die Schaffung eines Bodenbearbeitungsgerätes, z.B. der Scheibe eines landwirtschaftlichen Bodenbearbeitungsgerätes, die aus einem kohlenstoffhaltigen Stahl besteht, der mehr als 0,65 Gew.-£ C enthält, also normalerweise SAE I085 Stahl, wobei die aus diesem Stahl fertiggestellte Scheibe einen verhältnismäßig hohen Zähigkeitsgrad und Zähigkeitsgleichmäßigkeit in allen Richtungen aufweist. Dies wird in erster Linie dadurch erzielt, daß während der Stahlherstellung der Schmelze des kohlenstoffreichen Stahls mit mehr als 0,65 Gew. J C bestimmte chemische Elemente in vorbestimmten mengen zugesetzt werden. Die zugesetzten Elemente, wobei die einzelnen Elemente und ihre jeweiligen Mengen unten angegeben werden, verbinden sich mit dem Schwefel und Sauerstoff der Schmelze zur Bildung kugelförmiger Oxysulfide, die ihre Kugelform während des Warmwalzens des Stahls in einer zur Herstellung von landwirtschaftlichen Bodenbearbeitungsscheiben geeigneten Blechform beibehalten.

Die Technik zur Steuerung der Sulfidform ist für kohlenstoff arme Baustähle gut bekannt. Die erwünschte Steuerung der Sulfidform bei kohlenstoffreichem Stahl durch Zusätze chemischer Elemente, um einen Werkstoff bereitzu-

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stellen, der sich zur Herstellung landwirtschaftlicher Bodenbearbeitungsscheiben mit überlegenen Eigenschaften eignet, fand jedoch bisher wenig Verständnis. Daher wurden Techniken zur Steuerung der Sulfidforra niemals auf kohlenstoff reiche Stähle zu diesem Zweck angewendet.

Die Ergebnisse einer großen Anzahl von Bruchzähigkeitsuntersuchungen, die mit einer Anzahl von landwirtschaftlichen Bodenbearbeitungsscheibenmustern aus unterschiedlichen Werkstoffen und nach verschiedenen Herstellungsverfahren durchgeführt wurden, zeigen, daß die Richtung der Bruchzähigkeit eine Punktion des Gehalts an Sulfideinschlüssen ist, die noch in Kugelform auch nach dem Warmwalzen des Rohblocks zu einer zur Herstellung landwirtschaftlicher Bodenbearbeitungsscheiben geeigneten Dicke vorhanden sind. Es wurde festgestellt, daß die Scheibenmuster, die im wesentlichen loo % kugelförmige Sulfideinschlüsse beinhalten, im wesentlichen keine Richtbarkeit bezüglich der Bruchzähigkeit zeigen.

Am Anfang der Forschung über Bodenbearbeitungsscheiben, die zu der vorliegenden Erfindung führte, wurden eine Anzahl Scheibenmuster aus Stahlblechen hergestellt, die für Versuchszwecke auf 8mm Stärke längs- und warmgewalzt worden waren. Jedes Blech, aus dem die Scheibenmuster hergestellt wurden, wurde seinerseits aus einer Schmelze gewonnen, in die einer von mehreren verschiedenen Zusätzen zugegeben wurde. Zu der Röihe der Zusätze gehören Cereisen, Siliziumverbindungen mit den Seltenen Erden, Ferrotitan und "Hypercal" (Io - 13* Ca, 9 - 12* Ba, 38 - Io % Si, 19 - 21 % Al, Rest Fe). Aus der Bereitstellung solcher Scheibenmuster ergab sich eine große Anzahl Bruchzähigkeitsproben, bei denen der Gehalt an zurückgehaltenen kugelförmigen Sulfiden nach dem Warmwalzen zwischen 4o und loo* lag,

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Bodenbearbeitungsscheiben können aus einem geeigneten Barren geformt werden, der flachgewalzt wird, oder eher aus einem Stahlblech, das in einer einzigen Richtung gewalzt wurde· Dies nennt man "Längswalzen". Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Scheiben in einem Walzwerk so zu walzen, daß die Walzen in mehreren Richtungen über das Metall laufen; diesen Prozeß nennt man "schrägwalzen". Es erübrigt sich, die Art des durchgeführten Walzens in Einzelheiten zu beschreiben, da dies zum einen schon zum Stand der Technik gehört und zum anderen nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist. Der Walzvorgang findet in der Regel zwischen mit Druck beaufschlagten Walzen statt, durch die das Stahlblech bzw. der Stahlblock hindurchgeführt wird.

Beim Längswalzen von Scheibenstahl, wie z.B. von unbehandeltem SAE I085 Stahl, laufen die Walzen in einer Richtung über das Stahlblech. Die Scheibenrohlinge werden dann aus den Blechen gestanzt und danach in Scheibenform gebracht. Bei diesem in Fig. 8A gezeigten Verfahren haben die Sulfideinschlüsse eine im wesentlichen gestreckte Form und verlaufen im wesentlichen linear parallel über die Scheibe. Beim Schrägwalzen des Stahlblechs, wie in der Vergangenheit üblich, werden die Einschlüsse, wie in Fig. 8B gezeigt, in allen Richtungen in der Walzebene gleichmäßig abgeflacht und weisen eine im wesentlichen linsenförmige Gestalt auf. Daß die Einschlußform linsenförmig, wie in Fig. 8C, und nicht schilferähnlich ist, wird als wichtiger Grund für die Ergebnisse erachtet, die in der Vergangenheit mit schräggewalzten Scheiben gegenüber den durch Längswalzen hergestellten Scheiben erreicht wurden.

Bei den Untersuchungen wurde ein Scheibenstahlwerkstoff hergestellt, in dem die zurückgehaltenen Sulfideinschlüsse sämtlich kugelförmig vorlagen, wie in Fig. 8D. Der als SAE I085 Stahl bekannte Stahl wurde in einer unten beschriebenen Weise mit Cereisen behandelt. Der

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Stahlansatz wurde in einem basischen Sauerstoff-Aufblas-Konverter als Teil einer l4o t Schmelze hergestellt. Die chemische Mindestdurchsitzanalyse in Gew.-ίί war: o,84 % C, 0,58 i Mn, o,19 % P, O,o24 % S bei einer Temperatur von 1591° C.

Während die I4o t Schmelze in die Pfanne abgestochen wurde, wurden folgende Substanzen in den angegebenen Mengen der Schmelze zugesetzt:

Ferrosilizium 567 kg normales Ferromangan 363 kg

Mangan (9o % Mn,Io % Fe, ^ . niedrigen CyGehalt, ^Kg niedrigen' Si-Gehalt in
großen Stücken)

Aluminium 73 kg

(geschnittener Draht)

Verhüttungskoks 34 kg

Die Pfannenanalyse bei 1529° C war wie folgt: o,82 % C, 0,76 % Mn, o,o24 % P, o,ol6 % S, o,22 % Si, o,o3 % Ni, o,o3 % Cr, o,öl % Mo, o,o32 % Al.

Ein 5 t Block aus der oben geannten l4o t Schmelze wurde mit herkömmlichen Cereisen wie folgt behandelt. 4 kg Cereisen wurde dem 5 t Block dadurch zugesetzt, daß man 57 g Cereisenkugeln in die Kokille während des Füllvorgangs einwarf. Der Cereisen-Zusetzungsschritt wurde erst angefangen, nachdem der Kokillenboden mit der'Stahlschmelze bedeckt war, und wurde konstant weitergeführt, bis die Kokille dreiviertel voll war. Das Cereisen enthält etwa 45 Gew.-I.

Die Bruchzähigkeitsproben des oben genannten experimentellen Blocks, dem das Mittel zur Steuerung der Sulfideinschlußform mit Cereisen zugesetzt wurde, wurden durch Zwischenstufenvergütung vergütet. Ein Teil des experimentellen Blocks wurde auch zur Herstellung von Bruchzähigkeitsproben benutzt, die durch Abschrecken und Anlassen vergütet wurden. Das

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Zwischenstufenvergütungsverfahren wurde in einer großtechnischen dreistufigenfewischenvergütungsanlage durchgeführt. Dieses Zwisehenvergütungsverfahren umfaßte Austenitisieren während ¹I Min. in einem Salzbald bei 871° C, Abschrecken während 1 Min. in einem Salzbald bei 288⁰C, um den Stahl über den Knick der übergangsphasehkurve zu bringen, und danach ein nochmaliges Abschrecken in einem Salzbad bei 371° C während 22 Min., was ein bainitisches Mikrogefüge ergab, das im wesentlichen frei von einem perlitischen Mikrogefüge bei "C-¹Io bis k2 der Rockwell-Härteprüfung war. Das Abschreck- und Anlaßtemperaturverfahren umfaßte Austenitisieren bei 8l6° C, Abschrecken in öl bei Ί3° C und Anlassen bei 5o2° C bis zu einer Rockwell-Härte von "C-¹Io bis 42. Um die erfindungsgemäße Aufgabe zu lösen, ist es wichtig, daß die erzeugten Scheiben, unabhängig von dem angewandten Vergütungsverfahren, ein vorwiegend bainitisches oder ein vorwiegend martinsitisches Mikrogefüge aufweisen, und im wesentlichen frei von einem perlitischen Mikrogefüge sind.

Die Bruchzähigkeit der Scheibenproben, die aus einem Stahl bestehen, der mit verschiedenen Mitteln zur Steuerung der Sulfideinschlußform behandelt wurde, der unterschiedliche Gehalte an zurückgehaltenen kugelförmigen Sulfideinschlüssen aufweist oder der aus längsgewalzten, herkömmlichen bzw. unbehandelten SAE I085 Stahl mit gestreckten zurückgehaltenen Sulfideinschlüssen (O % zurückgehaltenen kugelförmigen Sulfideinschlüssen) besteht, oder der aus schräggewalzten SAE I085 Stahl mit linsenförmigen zurückgehaltenen Sulfideinschlüssen besteht, wurde mittels einer durch frühere Studien ermittelten bruchmechanischen Vereuchsmethode verglichen, um die erwartete Leistung der Bodenbearbeitungsscheiben genau in Beziehung zu setzen.

Die nachfolgende Tabelle gibt einen Überblick über die Ergebnisse der Bruchzähigkeitsversuche, die an den verschiedenen Scheibenproben durchgeführt wurden.

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Zusammenfassung der Ergenisse der Bruchzähigkeitsversuche

Probe	Form der Sulfid- einschlüsse	Wärmebe handlung	Rockwell-Bruchzähigkeit härte (Durchschnitt) RC K_C(M P.a. T~m) längs / quer	68,2 62,7	115,5 123,2	Zähigkeits verhältnis längs/quer
unlegierter SAE I085 Stahl	loo % gestreckt	Zw.stufen vergütet, abge schreckt, ange lassen	4o-4l 4o-4l	(83.6^+H 94,6	135,3	o,59 o,51
SAE I085 mit Titan behandelt	48$ kugel förmig 60 % ge streckt	s.o.	4o-42 4o-42	Ιοο,Ι lo2,3	146,3 125,4	o,7o
SAE I085 behandelt mit Si Verbindungen u. Seltenen Erden	5o % kugel förmig 5o % ge streckt	s.o.	4o-42 4o-4l	Ho 96,8	146,3 I4o,8	0,68 o,82
SAE I085 behandelt mit "Hypercal"	60 % kugel förmig 4o % ge streckt	s.o.	4o-42 4o-4l	13o,9 126,5	133,1 132	o,75 o,69
SAE I085 behandelt mit Cer- eisen	loo % kugel förmig	s.o.	4o-4l 4o-4l	lol,2	121	o,98 o,96
Schrägge walzter SAE I085 Scheiben- Stahl	linsen förmig	abge schreckt und ange lassen	42-43	Ο.84

Optische Schätzung mit Hilfe eines Mikroskops mit loofacher Vergrößerun Richtung des induzierten Risses in die Walzrichtung MikrogefUge kann weniger sein als das erwünschte loojt Bainit·

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Aus der obigen Tabelle geht klar hervor, daß die Neigung zum Richtbruchverhalten bei Bodenbearbeitungsscheiben ausweislich des Länge- zu Querbruchzähigkeitsverhältnisses mit einer Zunahme im Gehalt der zurückgehaltenen kugelförmigen Sulfideinschlüsse abnimmt. Solche Ergebnisse sind in Pig. Il graphisch dargestellt. Die gestrichelte Linie 13 zeigt die Bruchzähigkeit der Scheibenmuster, wenn die Messung senkrecht zu der vorwiegend ausgeführten Walzrichtung des Scheibenwerkstoffes erfolgt, und die durchgezogene Linie l¹» zeigt die Bruchzähigkeit derselben Scheibenmuster, wenn die Messung parallel zu der vorwiegend ausgeführten Walzrichtung erfolgt. Die graphische Darstellung in Fig. 11 hebt den verhältnismäßig großen Unterschied in der Richteigenschaft für längsgewalzten unlegierten SAE I085 Stahl deutlica hervor im Vergleich zu Scheibenstahl, der so erfindungsgemäß hergestellt wird, daß der Unterschied seiner Richteigenschaft im wesentlichen gleich Null ist und das Bruchverhalten im wesentlichen isotrop oder ungerichtet ist. Die Bruchzähigkeit der Versuchsproben der vorliegenden Erfindung ist verhältnismäßig hoch, wenn die Messung in einer der vorwiegend ausgeführten Walzrichtung quer bzw. senkrecht erfolgt, und eine solche relativ hohe Bruchzähigkeit verdoppelt sich im wesentlichen, wenn die Messung in einer der vorwiegend ausgeführten Walzrichtungen längs bzw. parallel erfolgt.

Die Ergebnisse der Bruchzähigkeitsuntersuchung weisen darauf hin, daß die Neigung zu einem Richtbruchverhalten in den Scheiben ausweislich des Längs- zu Querbruchzähigkeitsverhältnisses mit einer Zunahme im Gehalt der eingesetzten kugelförmigen Sulfideinschlüsse abnehmen wird, ohne Rücksicht auf die Art und Menge des eingesetzten Mittels bzw. Zusatzes zur Steuerung der Sulfideinschlußform. Die Daten weisen auch darauf hin, daß Scheiben mit loo? kugelförmigen Sulfideinschlüssen überlegen sein müßten gegenüber Scheiben aus schräggewalztem Stahl ausweislich des höheren Zähigkeitsverhältnisses und der Zähigkeitswerte, die der experimentelle Stahl mit Ιοοί kugelförmigen Sulfideinschlüssen aufweist.

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Die Eliminierung der gestreckten Sulfideinschlüsse verbesserte im wesentlichen die Bruchzähigkeit der Scheibenmuster in der Walzrichtung und beseitigte im wesentlichen deren Bruchrichtungen.

Es versteht sich, daß jedes Mittel zur Steuerung der Sulfideinschlußform wie Cereisen, Titan, Siliziumverbindungen der Seltenen Erden und "Hypercal" (Io - 13 % Ca, 9 - 12 % Ba, 38 - 4o % Si, 19 -21 % Al, Rest Eisen) zur Herstellung niehtverformbarer kugelförmiger Sulfideinechlüsse in Scheibenstahl ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, eingesetzt werden kann. Weiterhin versteht es sich, daß die zur Herstellung eines Scheibenstahlansatzes benötigte Menge des Mittels zur Steuerung der Sulfideinschlußform von dem erwünschten Gehalt der kugelförmigen Sulfideinschlüsse abhängt, die nach dem Walzvorgang in dem Stahl zurückgehalten werden sollen·

Wie aus der Tabelle ersichtlich, war die Bruchzähigkeit des mit Cereisen behandelten, längsgewalzten SAE I085 Scheibenstahls besser als die des schräggewalzten Scheibenstahls. Mit Cereisen behandelte SAE I085 Stahlscheibenproben brachen in einer verformbaren Weise (flachem Spannungsriß bzw. -bruch) und wiesen dadurch ihren hohen Bruchausbreitungswiderstand auf, während im Vergleich dazu und wie aus Fig. 5 ersichtlich, die längsgewalzten unbehandelten SAE I085 Stahlproben einen spröden Bruch (flachen Belastungsriß bzw. -bruch) und daher auch geringen Bruchausbreitungswiderstand auf-wiesen. Wie vergleichsweise die Kurven in Fig. 9 und Io zeigen, die Belastung-Rißöffnungsverschiebungsdiagramme für Bruchzähigkeitsversuche an längsgewalzten, mit Cereisen behandelten SAE I085 Stahlversuchsmuster und an längsgewalzten unbehandelten SAE I085 Stahlversuchsmuster darstellen, werden erfindungsgemäß hergestellte Stahlscheiben wesentlich höheren Belastungen und einer größeren Verformung standhalten als aus unbehandeltem Stahl hergestellte Scheiben, bevor ein Bruch in der Scheibe auftritt.

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Ausfälle der schräggewalzten Stahlscheiben bei Feldarbeit wegen Delaminierung gehen zu lasten der abgeflachten Diskusoder Linsenform der zurückgehaltenen Sulfideinschlüsse, die, wie man annimmt, eine weit größere Kerbenauswirkung haben als es der Fall wäre, wenn die gleiche Menge an Sulfideinschlüssen in kompakter Kugelform vorhanden wäre. Obwohl die durchgeführten Bruchzähigkeitsversuche den Widerstand gegenüber delaminierungaartigen Brüchen in der Walzebene nicht auswerteten, sollte längsgewalzter SAE I085 Stahl, der so behandelt wurde, daß loo* der Sulfideinschlüsee in Kugelform zurückgehalten wurden, einen weit größeren Widerstand gegenüber solcher Brüche aufweisen als herkömmlicher bzw. schräggewalzter Stahl.

Feldarbeitsversuche und die Ergebnisse der Kugelbruchversuche liefern den schlüssigen Beweis, daß eine erfindungsgemäße Scheibe das erwünschte, in der vorliegenden Anmeldung als "Nicht-Richtbarkeit" bezeichnete Merkm^al besitzt. In weiterem Sinne bedeutet dieser Begriff, daß ein Bruch, der in einer Scheibe auftritt, in einer zu der Walzrichtung willkürlichen Richtung fortschreiten wird.

Wie schon oben erwähnt, ist dieses Ergebnis besonders wünschenswert bei Feldarbeit unter extremen Betriebsbedingungen, da es verhindert, daß größere Stücke aus einer Scheibe herausbrechen. Kleine Stücke, die aus einer "nicht-gerichteten" Scheibe herausbrechen, lassen den weiteren Betrieb der Scheibe zunächst zu, ohne eine sofortige Demontage bzw. Montage des Scheibensatzes erforderlich zu machen. Der Kugelbruchversuch, dem die Untersuchung der Scheibenmuster zugrundelag, ist eine für Zähigkeitsauswertungen bekannte Produktionsmethode. Fig. 3 bis 6 zeigen jeweils eine unbehandelte, längsgenalzte SAE I085 Stahlscheibe und eine verbesserte erfindungsgemäße Scheibe, wobei beide demselben zugelassenen Kugelbruch-

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versuch unterworfen wurden. Bei dem zur Untersuchung der Scheibenmuster verwendeten Kugelbruchversuch wird eine gehärtete Stahlkugel durch ein in das Scheibenmuster gebohrtes Loch hindurchgedrückt, wobei die Bohrung einen kleineren Durchmesser als die Kugel hat. So wurde eine 12 mm 0 gehärtete Stahlkugel durch ein durch den Mittel- oder Nabenteil 12 des Scheibenmusters gebohrtes abgekantetes 12 mm 0 Loch getrieben. Während des Versuchs wird das Loch über einen Stützring mit einem 76 mm großen Innendurchmesser zentriert. Fig. 3, 1 und 5 zeigen deutlich die gerade Richtkennlinie des Bruchs bzw. Risses eines typischen zwischenstufenvergüteten längsgewalzten unbehandelten SAE Io85 Stahlscheibenmusters. Wie oben erwähnt, zeigt Pig. 5 eindeutig, daß der Bruch einer im wesentlichen gerade verlaufenden Linie folgt, spröde (ein flacher Belastungsbruch) ist und in der Walzrichtung liegt. Ein ähnlicher geradliniger Bruch in der Walzrichtung kommt oft in den Kugelbruchversuchen bei abgeschreckten und angelassenen längsgewalzten Stahlscheiben vor.

Fig. 6 und 7 zeigen deutlich die sehr zähen, verformbaren Verhaltenseigenschaften der aus längsgewalztem SAE I085 Stahl hergestellten Scheiben, der so behandelt wurde, daß im wesentlichen loo % der Sulfideinschlüsse in Kugelform zurückgehalten wurden. Wie in Fig. 6 und 7 angedeutet, hat der Bruch bzw. Riß einen nicht-gerichteten Charakter. Ss fällt auf, daß die Brüche im Scheibenmuster verhältnismäßig kurz sind und willkürlich orientierte Scherbrüche darstellen, die in einem Winkel von 45° zu den flachen Oberflächen des Scheibenmusters stehen. Ein Vergleich zwischen Fig. 3 und 6 zeigt, daß die Brüche des behandelten Scheibenmusters weit entfernt von dem durch den 76 mm Q Stützring hinterlassenen kreisförmigen Eindruck auf der Scheibenoberfläche enden, währen die in Fig. gezeigten Brüche über den durch den 76 mm 0 Stützring hinterlassenen kreisförmigen Eindruck auf der Scheibenoberfläche hinausragen. Der Bruchmodus in Fig. 6 und 7 ist als flacher Spannungsbruch bekannt und ist auch bekanntlich die zäheste Bruchart, die in dem Scheibenmuster der Fig. 3 vorhandenen Brüche sind im wesentlichen flache Belastungsbrüche oder -risse,

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die einen geringen Zähigkeitsbruchmodus darstellen· Wiederholte Kugelbruchversuche der mit einem Mittel zur Steuerung der Sulfideinschlußform behandelten Scheibenmuster haben die Überlegenheit ihrer Bruchzähigkeit und Unabhängigkeit von Richtbrüchen dargelegt. In der Tat haben aus längsgewalzten SAE I085 Stahl hergestellte Scheibenmuster, die mit Zirkon behandelt wurden, um eine Steuerung der Sulfideinschlußform zu erreichen, auch dasselbe zähe, verformbare Verhalten in Kugelbruchversuchen gezeigt.

Das Wesen der vorliegenden Erfindung sieht eine Unterwerfung eines wie in Fig. 1 und 2 aus einem Blech aus längsgewalztem kohlenstoffreichen Stahl, wie z.B. SAE I085 Stahl, hergestellten Scheibenrohlings einer Wärmebehandlung vor, wobei der Stahl mit einem Mittel bzw. Zusatz zur Steuerung der Sulfideinschlußform behandelt wurde. Wie oben erwähnt, wird der Scheibenrohling einer Wärmebehandlung unterworfen, wobei sie ein im wesentlichen bainitisches oder martensitisches Mikrogefüge erzeugt mit im wesentlichen keinem vorhandenen perlitischen Mikrogefüge. Als Folge dieser Wärmebehandlung zusammen mit dem Längswalzen des behandelten SAE I085 Stahl zur Herstellung des Scheibenrohlings, sieht diese Kombination eine verbesserte Strukturänderung bzw. ein Ergebnis vor, welche durch einen willkürlichen Bruch der Scheibe verdeutlicht wird, gegenüber einer gerichteten Riß- bzw. Bruchbildung sowie einer Scheibe mit verhältnismäßig hohem Bruchwiderstand. Mit anderen Worten ist nicht nur die Bruchzähigkeit der erfindungsgemäßen Scheibe in allen Richtungen im wesentlichen gleich, sondern sind auch solche Bruchzähigkeitswerte im Vergleich zu herkömmlichen Scheiben verhältnismäßig hoch.

Ausgedehnte Feldversuche sind mit erfindungsgemäßen Bodenbearbeitungsscheiben durchgeführt worden. Der Feldversuch

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der den tatsächlichen Betrieb der Scheibe in außerordentlich steinigem Boden einschloß, zeigte, daß die Scheibenmuster, die zwischenstufenvergütet waren und in denen looJK der zurückgehaltenen Sulfideinschlüsse in Kugelform vorlagen, den abgeschreckt, angelassen und aus schräggewalztem Stahl hergestellten herkömmlichen Scheiben zumindest äquivalent sind. Während eines der Feldversuche wurden zwei Scheibenarten wechselweise auf eine Egge in Abstand angeordnet, um im wesentlichen gleichartige Belastungsbedingungen im Betrieb zu erreichen. In ähnlichen unter im wesentlichen identischen Bedingungen durchgeführten Versuchen bildeten zwischenstufenvergütete, aus herkömmlichem längsgewalztem Scheibenwerkstoff hergestellten Scheiben geradlinige Brüche infolge Zusammenstößen mit großen Steinen» Zusammenstöße mit großen Steinen in dem oben genannten Feldversuch ergaben jedoch kurze verformbare nicht-gerichtete Brüche sowohl in den Scheiben, in denen im wesentlichen loo/f der zurückgehaltenen Sulfideinschlüsse Kugelform vorlagen, wie auch in den schräggewalzten Stahlscheiben. Was die gerichtete Rift- bzw. Bruchbildung angeht, waren die Leistungen der längsgewalzten Stahlscheibe und der Scheibe mit loo % zurückgehaltenen kugelförmigen Sulfideinschlüssen im wesentlichen gleich. Die Scheiben mit kugelförmigen Sulfiden, die in dem oben erwähnten Feldversuch verwendet wurden, wurden in zwei gleiche Gruppen unterteilt, wobei die eine Gruppe bis auf eine Rockwell-Härte ^MC"-39 bis zwischenstufenvergütet wurde, während die andere Gruppe bis auf eine Rockwell-Härte "C" - 44 bis 46 zwischenstufenvergütet wurde. Die in dem oben erwähnten Feldversuch verwendete schräggewalzte Stahlscheibe wurde bis auf eine Rockwell-Härte ^MC"-42 bis 43 abgeschreckt und angelassen. Beide Gruppen der Scheiben mit kugelförmigem Sulfid wiesen ein Bruchverhalten auf, das der schräggewalzten Scheibe äquivalent, wenn nicht besser war.

Obwohl die Bruchzähigkeit und der nicht-gerichtete Bruchcharakter bei landwirtschaftlichen Bodenbearbeitungsscheiben entscheidend sind, sind die Härte und damit der Eindruckwider-

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stand sowie Abriebwiderstand der Scheibe auch von Bedeutung. Daher ist das oben angegebene Ergebnis aus der einen Gruppe von Scheiben, die kugelförmige Sulfide, eine größere Härte sowie dieselbe Leistung im Feldversuch aufweisen, von Bedeutung, da die Erreichung größerer Härte in der Herstellung von Bodenbearbeitungsscheiben im allgemeinen auf Kosten der Bruchzähigkeit auegetragen wird.

Fig. 1 und 2 zeigen eine herkömmliche tellerförmige landwirtschaftliche Bodenbearbeitungsscheibe Io mit einer Schneide 11 und eine Nabe 12. Die Schneide der Scheiben dieser Art kann eine Anzahl bogenförmiger nicht gezeigter Scherränder einschließen. In manchen Fällen sind Scheiben dieser Art flach statt tellerförmig ausgebildet. Die vorliegende Erfindung ist auf alle landwirtschaftlichen Bodenbearbeitungsgeräte oder Scheiben unabhängig von ihrer Form, Größe oder Betriebsweise anwendbar. Obwohl die Erfindung in dieser Beschreibung lediglich in Bezug auf βΊηβ Bodenbearbeitungsscheibe offenbart wurde, kann sie natürlich auch auf andere Bodenbearbeitungs- bzw. Ackergeräte angewendet werden.

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Claims

D-8000 Münchens,13· Mai 1977 . CaU O. SZotflt* n/w r Ertiardtstraße 8 J-x/w Telefon (089) 24 06 75 2721 International Harvester Company, Chicago Mol, North Michigan Avenue Chicago 6o6ll / USA Patentansprüche

1. Durch Wärmebehandlung gefertigtes Bodenbearbeitungsvrerkzeug aus längsgewalztem kohlenstoffreichem Stahl von verschwindendem perlitischen Mikrogefüge, gekennzeichnet durch einen o,o25 % nicht übersteigenden Schwefelgehalt, durch eine Rockwell-Härte innerhalb des Bereiches "C"-35 bis 46 und durch im fertigen Erzeugnis beibehaltene Sulfideinschlüsse kugelförmiger Gestalt»

2. Bodenbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Kohlenstoffgehalt von wenigstens o,65 %.

3· Bodenbearbeitungswerkzeug nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens 4o % der beibehaltenen Sulfideinschlüsse von kugelförmiger Gestalt sind.

4. Bodenbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ungefähr 5o % der beibehaltenen Sulfideinschlüsse von kugelförmiger Gestalt sind.

5. Bodenbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß annähernd loo % der beibehaltenen Sulfideinschlüsse von kugelförmiger Gestalt sind.

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ORIGINAL INSPECTED

6. Bodenbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen den prozentualen Gehalt beibehaltender Sulfideinschlüsse von bestimmter Gestalt steuernden Zusatz.

7. Bodenbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz Kalzium enthält.

8. Bodenbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz Cer enthält.

9. Bodenbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zusatz o,o3 - o,o45 % Cer enthält·

10. Bodenbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz o,ol5 - o,l % Cereisen enthält,

11. Bodenbearbeitungswerkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz Netalle der Seltenen Erden enthält.

709BA6/1U4