DE2817628C2 - Zähe, hochfeste Stahllegierungen und Verfahren zur Herstellung solcher Werkstücke - Google Patents

Zähe, hochfeste Stahllegierungen und Verfahren zur Herstellung solcher Werkstücke

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DE2817628C2
DE2817628C2 DE2817628A DE2817628A DE2817628C2 DE 2817628 C2 DE2817628 C2 DE 2817628C2 DE 2817628 A DE2817628 A DE 2817628A DE 2817628 A DE2817628 A DE 2817628A DE 2817628 C2 DE2817628 C2 DE 2817628C2
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Description

welche der Bainithärtung im Temperaturbereich von 5—500C oberhalb des Martensitpunkts bis zu einem Umwandlungsgrad von etwa 55—85% unterworfen wurden.
2. Stahiiegierungen gemäß Patentanspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Zähigkeit, gemessen an ungdcerbten Rundproben von 4,5 mm Durchmesser, von mehr als 70 J, vorzugsweise mehr als 85 J. und eine Härte von mindestens 57 HRC, vorzugsweise 58 HRC und mehr, insbesondere 60 aufweisen.
3. Stahllegierungen gemäß Patentanspruch 1 oder ' 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie bis zu einem Umwandlungsgrad von 75—85%, insbesondere 80% umgewandelt sind.
4. Verfahren zur Herstellung von verbesserten Werkstücken aus umwandlungsträgen bainithäribaren, unlegierten oder niedriglegierten Stahllegierungen niedrigen Martensitpunkt mit
0,57-0,75% C,
0.15-035% Si.
0.70-0.85% Mn,
max. 0,035% P.
max. 0.035% S,
0,20-0,50% Mo und/oder
0,20-1,00% Cr,
Rest Eisen und übliche Verunreinigungen,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Bainithärtung im Temperaturbereich von 5—50° C oberhalb der Temperatur des Martensitpunkts durchgeführt und bei einer 55—85%igen, insbesondere 75—85%igen Umwandlung, bezogen auf die dilatometrisch gemessene maximale Umwandlung, abgebrochen wird.
den werden konnte.
So sind beispielsweise hochiegierte Stähle hoher Festigkeit und Zähigkeit z. B. der Werkstoffnummern 1.6357, X 2 Ni Co Mo 18 8 3,1.6358 und 1.6359 bekannt Solche Stähle sind schlecht verformbar, schlecht zerspanbar und, wegen der hohen Kosten der Legierungsbestandteile wenig wirtschaftlich. Es sind auch niedriglegierte Stähle bekannt wie 75 CrI (Stahl-Eisen-Liste 1975, Werkstoffnummer 1.2003), die jedoch die erwünschte Eigenschaft hoher Zähigkeit und Härte nicht aufweisen.
Es ist demnach eine Aufgabe der Erfindung, Stahllegierungen und Werkstücke zur Verfügung zu stellen, die wirtschaftlich sind und auch unabhängig von der Gegenwart erheblicher Anteile wertvoller Legierungspartner, gleichzeitig hohe Zähigkeit und hohe Festigkeit aufweisen bzw. extrem hohe Festigkeitswerte b£.->.zen. So sollten Gegenstände des Massenkonsums, z. B. Bolzenstähle bzw. Eintreibbolzen herkömmlicher Form für die Direktbefestigung, die auch in hochfesten Baustahl eintreibbar sind, zugänglich gemacht werden.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch unlegierte oder nichtlegierte, bainithärtbare, umwandlungsträge Stahllegierungen niedrigen Martensitpunkts mit
0,57-0,75% C,
0,15-035% Si,
0.70-0,85% Mn,
max. 0,035% P,
max. 0,035% S,
0,20-0,50% Mo und/oder
0,20-1,00% Cr.
Rest Eisen und übliche Verunreinigungen,
Die Erfindung betrifft Stahllegierungen hoher Zähigkeit und Festigkeit und Verfahren zur Herstellung von Werkstücken mit diesen Eigenschaften.
Es ist bekannt, durch Verwendung größerer Mengen wertvoller Legierungszusätze Stahllegierungen herzustellen, welche gleichzeitig hohe Zähigkeit und Festigkeit besitzen. Wegen der auch aus technischen Gründen bedingten hohert Gestehungskosten können solche Legierungen praktisch nur für Sonderzwecke verwendet werden. Es ist verständlich, daß schon vielfach versucht wurde, Stahllegierungen hoher Zähigkeit und Festigkeit auch auf wirtschaftlicherem Wege herzustellen, ohne daß bislang eine wirklich befriedigende Lösung gefunwelche der Bainithärtung im Temperaturbereich von 5—500C oberhalb des Martensitpunkts bis zu einem Umwandlungsgrad von etwa 55—85% unterworfen wurden.
Dabei kann z. B. anstelle von je 1 Teil Mo je 1 Teil Cr treten. Im allgemeinen ist Molybdän gegenüber Chrom bevorzugt
Der Erfindung liegt die allgemeine Erkenntnis zugrunde, daß Stahllegierung und Werkstücke, die an sich konträren Eigenschaften hoher Zähigkeit und hoher Festigkeit dann aufweisen, wenn sie einer nur unvollkommenen Bainithärtung (Wärmebehandlung), bis zu einer Umwandlung von größenordnungsmäßig höchstens etwa 80%. im Temperaturbereich von 5—50°C oberhalb des Martensitpunkts unterworfen wurden.
Dc=- Martensitpjnkt liegt meist im Bereich von etwa 180 bis 2800C, insbesondere im Bereich von etwa 180 bis 230° C, vor allem von etwa 185 bis 2100C. Ganz allgemein hat sich gezeigt, daß im Rahmen der Erfindung der Temperaturbereich oberhalb des Martensitpunkts, in welchem die erfindungsgemäße unvollkommene Bainithärtung durchführbar ist, um so schmaler ist, je höher der Martensitpunkt und, umgekehrt, um so breiter, je tiefer der Martensitpunkt liegt. Bevorzugt liegt die Temperatur für die unvollkommene Bainithärtung unter etwa 270—2800C, insbesondere beij260°C und darunter. Besonders günstige Effekte treten ein bei Verwendung von Stählen mit Martensitpunkten im niedrigeren des hier erörterten Bereichs. Weisen die Ausgangsstähle das für die unvollkommene Bainithärtung erforderliche Gefüge noch nicht auf, so sind sie natürlich entsprechend, z. B. durch Wärmebehandlung unter Bildung eines austenitischen Gefüges, vorzubehandeln.
Die Umwandlung wird im allgemeinen bis in einen Bereich von etwa 55 bis höchstens 85%, bezogen auf dilatometrisch gemessene maximale, d. h. erschöpfende Umwandlung geführt, wobei die Bereiche von 75 bis 85% und insbesondere von etwa 80% besonders bevorzugt sind. Der Umwandlungsgrad kann meßtechnisch in einfacher Weise unter Ausnutzung des Umstandes verfolgt werden, daß die Bainitumwandlung mit einer positiven Längenänderung verbunden ist. So kann die Umwandlungskinetik und damit schließlich der Umwandlungsgrad bei der jeweiligen Temperatur durch dilatometrische Messungen an Stahlproben in einfacher Weise verfolgt werden. Unter einem Umwandlungsgrad von 80% versteht man demnach 80% der bei völliger bainitischer Umwandlung bei der jeweiligen Temperatur erreichbaren maximalen Längenänderung.
Es ist zwar schon, wie aus der DE-OS 15 58 505 der gleichen Anmelderin bekannt, versucht worden, Legierungen anderer Zusammensetzung bainitisch zu verbessern, wobei jedoch tine Verbesserung der Härte und Zähigkeii nur bei Vorliegen ganz überwiegender, ζ. El. 90% oder mehr bainitisc'ner Struktur erzielbar ist Daraus läßt sich jedoch die erfindungsgemäße konträn: Lehre, daß bei Legierungen anderer spezifischer stofflicher Zusammensetzung zur Erzielung ausgezeichneter Werte die bainitische Härtung, zudem im Temperaturbereich von 5—50° C oberhalb des Martensitpunktii, frühzeitig abzubrechen ist, nicht ableiten.
Die erfindungsgemäßen Stahllegierungen und erfindungsgemäß hergestellten Werkstücke besitzen vorzugsweise eine Zähi^':tit, gemessen an ungekerbten Rundproben von 4,5 mm Durchmesser, von mehr als 70 J, vorzugsweise bis 85 J und sogar 90 J und eine Härte von mindestens 57 HRC und darüber, his ζ. B. 60 unii 61 HRC.
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung von verbesserten Werkstücken aus umwandlungsträgen, bainithärtbaren, unlegierten oder niedriglegierten Stahllegierungen niedrigen Martensitpunkts
0,57-0,75% C,
0,15-0,35% Si,
0,70-0,85% Mn,
max. 0,035% P,
max. 0,035% S,
0,20—0,50% Mo und/oder
0,20-1,00% Cr,
Rest Eisen und übliche Verunreinigungen,
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wozu man eine Bainithärtung im Temperaturbereich von 5 bis 50° C oberhalb des Martensitpunkts durchführt und bei einer 55- bis 85%igen, vorzugsweise 75-bis 85%igen Umwandlung, bezogen auf die dilatometrisch gemessene maximale Umwandlung, abbricht. Die etwaige Anwesenheit geringfügiger Legierungselemente ist nicht maßgebend für die erfindungsgemäß erzielten Ergebnisse.
Erfindungsgemäße Stahllegierungen bzw. in dem Verfahren verwendete Werkstücke sind genügend umwandlungsträge Stähle bzw. Werkstücke, welche die Voraussetzungen fürfeine isotherme Bainitumwandlung aufweisen, und die nach Möglichkeit niedrige Martensitpunkte besitzen. Im autokatalytischen Netz von Austin und Rickett zeigen diese Stähle im allgemeinen einen Knick in der sonst gradlinig verlaufenden Umwandlungskinetik. Hier tritt offenbar eine die Zähigkeit nachteilig beeinflussende Ausscheidung auf. Durch die vorliegende Erfindung werden, unter Gewinnung von Legierungen und Werkstücken hoher Zähigkeit und hoher Festigkeit gezielt Abläufe vermieden, welche möglicherweise die Zähigkeit nachteilig beeinflussen.
Aus den erftndungsgemäßen Stahllegierungen können Werkstücke mit den vorteilhaften Eigenschaften in üblicher Weise, insbesondere durch Kaltverformung, hergestellt werden. Es können natürlich ebenso Werkstücke aus nicht vorbehandeken Stahllegierungen der vorgenannten stofflichen Zusammensetzungen hergestellt und dann an diesen Werkstücken die beanspruchte Behandlung vorgenommen werden. Dabei liegt ein wesentlicher Vorteil der Erfindung darin, daß, im Gegensatz ::u den früher notwendigen hoch legierten Stahllegierur.gen, erfindungsgemäß Massenkonsumprodukte in wirtschaftlicher Weise hergestellt werden können. Zu den erfindungsgemäßen Werkstücken gehören insbesondere Befestigungsmittel (Schrauben, Nägel, Bolzsn, insbesondere Setzbolzen für die Direktbefestigung, Nieten, Dübel, Dübelteile), Werkzeuge (wie Bohrer, Bohrerschäfte, Schraubenzieher, Sägen, Stempel, Dorne), folgende Maschinenelemente: Sicherungsstifte, Federn, Tellerfedern, Ventile, Ventilführungen, Kolbenringe, Wellen, Achsen, Splinte, Kupplungen, Scheiben, Lamellen; Waffenteile, Panzerplatten, Beschläge für Bau-, Schiff-, Sport- und Möbelzwecke, Ketten, Angelhaken, Skikanten, Teile von optischen und Meß-Geräten.
In den nachfolgenden Beispielen ist die Erfindung erläutert
Beispiel 1
Es wurde ein Stahl mit 0,73% C, 0,85% Mn, 0,2% Si und 0,2!?% Mo zu Draht kaltgezogen, weichgeglüht, schwach nachgezogen auf eine Festigkeit von ca. 800 N/ mm2 und nach einer Wärmebehandlung von 860°C einer Behandlung 20' — 240° C. 40' —Luft an Abschnitten von 1 =50 mm, 0 =4,5 mm unterworfen. Härte 58 HRC;Schlagzähigkeit:77,9-80,4 J.
Beispiel 2
Nach Durchführung der gleichen Wärmebehandlung an fertigen Direktbefestigungselementen (Nägel, Bolzen) zeigten die Gegenstände bei einer Härte von 58 HRC gute Zähigkeit und waren biegbar bis < 90°.
Beispiel 3
Zur Herstellung von Zugfedern hoher Härte und Zähigkeit mit einem Durchmesser von 80 mm aus einem Draht ^=4,5 mm wurden die Federn im fertiggewickelten Zustand, wie zuvor beschrieben, wärmebehandelt

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Unlegierte oder niedriglegierte, !bainithärtbare, umwandlungsträge Stahllegierungen niedrigen Martensitpunkts mit
0,57—0,75% C
0,15-035% Si,
0,70-0,85% Mn,
max. 0,035% P,
max. 0,035% S,
0,20—0,50% Mo und/oder
020-1,00% Cr,
Rest Eisen und übliche Verunreinigungen,
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