DE3918700A1

DE3918700A1 - Verfahren zur festigkeitssteigerung von verguetungsstahl und verwendung eines so behandelten verguetungsstahles

Info

Publication number: DE3918700A1
Application number: DE3918700A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Scharf
Original assignee: Diehl GmbH and Co
Current assignee: Diehl Stiftung and Co KG
Priority date: 1989-06-08
Filing date: 1989-06-08
Publication date: 1990-12-13
Also published as: DE59002614D1; DE3918700C2; EP0401726B1; EP0401726A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines durch Zerspanung bearbeitbaren hochfesten Metallgegenstandes aus einem Metallrohling, und eine Verwendung des Metallgegenstandes.

Metallgegenstände wie Submunitionshüllen für Suchzündermunition sind beim Abschuß auf einem Waffenrohr großen Beschleunigungen ausgesetzt, die zu bleibenden Verformungen insbesondere im Bereich von Schwachstellen der Submunitionshüllen führen können. Derartige Schwachstellen in der Wandung von Submunitionshüllen sind beispielsweise in Form von in den Submunitionshüllen ausgebildeten Durchbrechungen gegeben, die zur Aufnahme und Lagerung von aus der Wandung herausbewegbaren Sensoren vorgesehen sind (vgl. DE 36 31 078 A1). Im Extremfall ist es nicht mehr möglich, aus derartigen Submunitionshüllen die zugehörigen Sensoren auszuschwenken, so daß die Submunitionen nicht richtig wirksam werden können. Denn zu den durch die extremen Abschußbeschleunigungen wirksamen Kräften kommen noch die Reaktionskräfte der im Trägerprojektil koaxial benachbarten, d. h. übereinandergestapelten Submunitionshüllen hinzu. Und um das Nutzlastverhältnis einer Suchzündermunition zu optimieren, wird für die Submunitionshüllen eine relativ geringe Wanddicke angestrebt, was ebenfalls bei den während des Abschusses auftretenden extremen Abschußbeschleunigungen bei zu geringer Zug- bzw. Druckfestigkeit des für die Submunitionshüllen zur Anwendung gelangenden Materials zu unerwünschten Verformungen der Submunitionshüllen führen kann.

Um den extremen Abschußbeschleunigungen solcher Körper und den gegebenenfalls auf sie einwirkenden Reaktionskräften benachbarter Körper eine ausreichende Formstabilität zu geben, wäre es grundsätzlich möglich, höchstfeste Stähle wie z. B. den Vergütungsstahl X 41 CrMoV 51 anzuwenden, wie er im DE-B "Werkstoffkunde-Stahl", Band 2: Anwendung, Herausgeber: Verein Deutscher Eisenhüttenleute, 1985, Springer-Verlag, Seiten 224 bis 227, beschrieben ist. Ein solcher höchstfester Vergütungsstahl weist zwar eine Zugfestigkeit in der Größenordnung bis 1900 N/mm² auf, er ist jedoch sehr teuer. Im Vergleich hierzu ist beispielsweise der Stahl mit der Bezeichnung 30 CrNiMo 8, wie er im Prospekt der Firma Stahlwerke Südwestfalen AG, Hüttental-Geisweid, Druckschrift-Nr. 500, Ausgabe Juli 1971, Seite 82, dargestellt ist, vergleichsweise preisgünstig, wobei die Zugfestigkeit dieses Vergütungsstahls jedoch in Abhängigkeit von der angewandten Anlaßtemperatur zwischen 900 und 1450 N/mm² liegt. Die Anlaßtemperatur liegt bei diesem Stahl zwischen 500 und 650°C.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem ein gut verfügbarer, preisgünstiger Vergütungsstahl mit einer hohen Festigkeit in der Größenordnung um 1800 N/mm² entsprechend der Zugfestigkeit eines höchstfesten hochlegierten Stahles erzielbar ist, sowie eine bevorzugte Verwendung eines nach diesem Verfahren hergestellten Metallgegenstandes anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nach der zerspanenden Bearbeitung des Metallrohlings zur Eliminierung von im Metallrohling vorhandenen Walz- bzw. Schmiedespannungen eine Weichvergütung erfolgt, daß nach der Weichvergütung der Metallgegenstand erforderlichenfalls zerspanend fertigbearbeitet wird, und daß abschließend ein Vergüten auf Festigkeit nur mit Anlaßtemperaturen zwischen etwa 200 und 250°C durchgeführt wird, wonach ggf. eine feine Schleifbearbeitung maßkritischer Bereiche des Metallgegenstandes erfolgt.

Die zerspanende Bearbeitung des Metallrohling ist einfach und problemlos möglich, weil die Härte des Metallrohlings vergleichsweise gering ist. Durch die Eliminierung von im zerspanend bearbeiteten Metallrohling vorhandenen Walz- bzw. Schmiedespannungen ergibt sich nach der Durchführung der Weichvergütung, bzw. nach der Durchführung der Vergütung auf Festigkeit eine gute Maßhaltigkeit, so daß nach Durchführung dieser Vergütung eine Nachbearbeitung des Metallgegenstandes nicht mehr bzw. ggf. nur an bestimmten eng begrenzten Flächenabschnitten erforderlich ist, was durch Schleifen bzw. Polieren erfolgen kann, um engste Abmessungs-Toleranzen bzw. Passungen zu realisieren. Durch diese Verfahrensweise wird bei einem geeigneten Stahl, dessen Zugfestigkeit bislang infolge der bei ihm zur Anwendung gelangenden hohen Anlaßtemperaturen von 500°C und mehr nur bis maximal 1450 N/mm² liegt, eine Zugfestigkeit in der Größenordnung um 1800 N/mm² und mehr erzielt, was den Festigkeitswerten von an sich bekannten, aber teuren höchstfesten Stählen wie X 41 CrMoV 51, entspricht.

Erfindungsgemäß erfolgt also nicht ein Anlassen wie bei einem Vergütungsstahl, d. h. ein Anlassen im Temperaturbereich von 500°C und darüber, sondern ein Vergüten wie bei an sich bekannten Werkzeugstählen, d. h. ein Anlassen nur bei Temperaturen im Bereich zwischen ca. 200 und 250°C.

Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn die Weichvergütung des Metallrohlings durch ein mindestens einstufiges Vorwärmen, ein sich an das Vorwärmen anschließendes Austenitisieren, ein an das Austenitisieren anschließendes Abschrecken und ein an das Abschrecken anschließendes Weichglühen erfolgt. Das Vergüten auf Festigkeit erfolgt vorzugsweise mit einer Anlaßtemperatur um 220°C.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise ein Metallrohling aus 30 CrNiMo 8 gemäß DIN 17 200 verwendet. Bei diesem Vergütungsstahl liegen die einzelnen Legierungsbestandteile - wie aus der nachfolgenden Tabelle ersichtlich ist - innerhalb bestimmter unterer und oberer Grenzen:

(Vergütungsstahl 30 CrNiMo 8 gemäß DIN 17 200; die Zahlenwerte sind Massenanteile in %)
C\|0,26 bis 0,34
Si	≦ 0,40
Mn	0,30 bis 0,60
P	≦ 0,035
S	≦ 0,03
Cr	1,80 bis 2,20
Mo	0,30 bis 0,50
Ni	1,80 bis 2,20

Es wurde festgestellt, daß überraschend hohe Festigkeitswerte erzielt werden, wenn ein Metallrohling aus 30 CrNiMo 8 gemäß DIN 17 200 verwendet wird, dessen Legierungsbestandteile, insbesondere sein Kohlenstoff-Anteil, jeweils an den entsprechenden Obergrenzen, und dessen übrige nichtmetallische Elemente an den entsprechenden Untergrenzen liegen. Erfindungsgemäß wird - wie bereits erwähnt worden ist - insbesondere der C-Gehalt an der in der Tabelle angegebenen Obergrenze gewählt. Dadurch wird die Härtbarkeit gewährleistet. Die Elemente S und P werden jedoch reduziert, um bei hohen Festigkeitswerten noch ausreichende Zähigkeitswerte zu gewährleisten. Im konkreten Fall liegt die Zugfestigkeit bei (1650 + 150) N/mm². Ebenso bewirkt die Begrenzung der nichtmetallischen Einschlüsse ausreichende Zähigkeitswerte bei hoher Festigkeit des Vergütungsstahls - wie ausgeführt worden ist. Es wurde festgestellt, daß ein in seiner Analyse auf die oben angegebenen Werte eingeschränkter 30 CrNiMo 8-Vergütungsstahl mit einer Festigkeit von 1600 bis 1800 N/mm² im Vergleich zu bekannten höchstfesten Vergütungsstählen mit gleicher Festigkeit, wie 32 CrMoV 12 10, 50 CrMo 4, 56 NiCrMoV 12 5 die besten Zähigkeitswerte aufweist. Ein nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellter Metallgegenstand kann in vorteilhafter Weise für Submunitionshüllen von Suchzündermunition verwendet werden.

Nachfolgend werden die wesentlichen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines durch Zerspanung bearbeitbaren höchstfesten Metallgegenstandes detaillierter beschrieben, bei denen es sich um die Weichvergütung und um die Vergütung auf Festigkeit des Metallgegenstandes aus dem an sich bekannten Vergütungsstahl 30 CrNiMo 8 handelt.

I. Weichvergütung des Metallrohlings zum Spannungsabbau

1. Aufstellen einer Anzahl von Metallrohlingen in einer dafür vorgesehenen Vorrichtung,
2. zweistufiges Vorwärmen -
- 1. Vorwärmstufe bei Temperaturen um 300°C
- 2. Vorwärmstufe bei Temperaturen um 550°C,
3. Austenitisieren bei Temperaturen um 840 bis 850°C während einer Dauer von ca. 40 min in einem Salzbad,
4. Abschrecken in einem Salzbad, das eine Temperatur von ca. 160 bis 170°C aufweist; Verweildauer im Salzbad ca. 30 bis 40 min; Restabkühlung an Luft,
5. Weichglühen bei einer Temperatur von ca. 700°C während einer Zeitdauer von ca. 60 min in einem Salzbad; anschließend Abkühlung durch langsames Abheizen,
6. Waschen.

II. Vergüten des bearbeiteten Metallgegenstandes auf Festigkeit

1. Aufstellen der bearbeiteten Metallgegenstände in einer dafür vorgesehenen Vorrichtung (wie oben unter Pkt. I. 1),
2. zweistufiges Vorwärmen (wie oben unter Pkt. I. 2),
3. Austenitisieren (wie oben unter Pkt. I. 3),
4. Abschrecken (wie oben unter Pkt. I. 4),
5. Waschen,
6. Härteprüfung z. B. mittels Vickers-Verfahren DIN 50 133 HV 30 oder mittels Rockwell-Verfahren DIN 50 103,
7. Anlassen bei einer Temperatur um 220°C während einer Verweildauer von ca. 3 h in einer Luft-Ofenatmosphäre; anschließend Abkühlung an Luft,
8. Härteprüfung z. B. nach dem Vickers-Verfahren HV 30 oder nach dem Rockwell-Verfahren mit jeweils mindestens drei Eindrücken.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines durch Zerspanung bearbeitbaren Metallgegenstandes aus einem Metallrohling, dadurch gekennzeichnet, daß nach der zerspanenden Bearbeitung des Metallrohlings zur Eliminierung von im Metallrohling vorhandenen Walz- bzw. Schmiedespannungen eine Weichvergütung erfolgt, daß nach der Weichvergütung der Metallgegenstand erforderlichenfalls zerspanend fertigbearbeitet wird, und daß abschließend ein Vergüten auf Festigkeit nur mit Anlaßtemperaturen zwischen etwa 200 und 250°C durchgeführt wird, wonach ggf. eine feine Schleifbearbeitung maßkritischer Bereiche des Metallgegenstandes erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Weichvergütung des Metallrohlings durch ein mindestens einstufiges Vorwärmen, ein sich an das Vorwärmen anschließendes Austenitisieren, ein an das Austenitisieren anschließendes Abschrecken und ein an das Abschrecken anschließendes Weichglühen erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vergüten auf Festigkeit bei einer Anlaßtemperatur um 220°C erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metallrohling aus 30 CrNiMo 8 gemäß DIN 17 200 verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metallrohling aus 30 CrNiMo 8 gemäß DIN 17 200 verwendet wird, dessen Legierungsbestandteile, insbesondere sein Kohlenstoff-Anteil, jeweils an den entsprechenden Obergrenzen und dessen übrige nichtmetallische Elemente an den entsprechenden Untergrenzen liegen.

6. Verwendung eines Metallgegenstandes, der nach dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt worden ist, für Submunitionshüllen von Suchzündermunition.