DE3933782A1 - Maraging-stahl - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Maraging-Stahl einer
bestimmten Art, dessen Herstellung und Verwendung.
Die sogenannten Maraging-Stähle sind seit den 1960er
Jahren allgemein bekannt. Diese Stähle sind Eisen-
Nickel-Martensit-Stähle, die durch Ausfällung von
Mo und Ti enthaltenden intermetallischen Verbindungen
aushärten. Üblicherweise werden sie in geschmiedeten
Erzeugnissen eingesetzt.
Nun wurde ein martensitaushärtender Stahl einer bestimmten
Zusammensetzung erfunden, der auch für zu
gießende Produkte und insbesondere für großstückige
Gußprodukte eingesetzt werden kann.
Die Erfindung und einige ihrer Ausführungsformen
werden präzise in den Patentansprüchen angegeben.
Der Stahl enthält als Legierungselemente ungefähr
17 bis 19% Nickel, ungefähr 4 bis 6% Molybdän
und ungefähr 10 bis 13% Kobalt und bis ungefähr
0,35% Titan.
Im folgenden werden einige Ausführungsformen der
Erfindung im einzelnen beschrieben.
Martensitaushärtender Stahl ist eine Legierung auf
Eisenbasis, die im Austenit-Bereich lösungsgeglüht
wird und bei Abkühlung auf Raumtemperatur martensitisch
wird. Die Martensit-Reaktion wird durch reichliches
Legieren des Stahls gefördert. Intermetallische
Verbindungen werden durch Ausscheidungsglühen
in einem Temperaturbereich von ungefähr 400 bis
600°C als Martensit ausgeschieden. Zur Bildung der
intermetallischen Verbindungen werden wenigstens
zwei der folgenden Legierungselemente beilegiert:
Kobalt, Molybdän und Titan. Die Stärke und Härte des
Stahls beruhen auf diesem Ausscheidungsprozeß wie
auch auf der martensitischenMatrix. Kohlenstoff
bildet eine Verunreinigung und seine Konzentration
sollte höchstens 0,05%, vorzugsweise höchstens
0,02% und im Falle von großen Gußstücken höchstens
0,01% betragen.
Die Konzentrationen der Legierungselemente in einem
erfindungsgemäß verwendbaren Maraging-Stahl sind:
Ni 17 bis 19%,
Mo 4 bis 6%,
Co 10 bis 13%,
Ti <0,35%.
Mo 4 bis 6%,
Co 10 bis 13%,
Ti <0,35%.
Die maximalen Verunreinigungskonzentrationen sind:
C <0,02%, vorzugsweise <0,002%,
Si <0,1%, vorzugsweise <0,01%,
Mn <0,1%, vorzugsweise <0,05%,
P <0,01%, vorzugsweise <0,005%,
S <0,01%, vorzugsweise <0,001%,
Cr <0,2%, vorzugsweise <0,04%.
Si <0,1%, vorzugsweise <0,01%,
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S <0,01%, vorzugsweise <0,001%,
Cr <0,2%, vorzugsweise <0,04%.
Eine der kritischsten Verunreinigungen ist Kohlenstoff,
der bei langsamer Abkühlung große Ti(C,N)-Ausscheidungen
an Korngrenzen bildet und dadurch die Zähigkeit
verringert.
Der Stahl wird optimal mittels des sogenannten Vakuum-
Sauerstoffentkohlungskonverterverfahrens (VODC, Vacuum
Oxygen Decarburization Converter) hergestellt. Hierdurch
werden die notwendigen geringen Konzentrationen
von Kohlenstoff, Schwefel, Wasserstoff, Sauerstoff
und Stickstoff am günstigsten erreicht.
Der Stahl hat die folgenden mechanischen Eigenschaften:
R e 1650 MPa (Zug)
R e 2000 MPa (Druck)
R m 1730 MPa
A₅ 6%
Z 15%
R e 2000 MPa (Druck)
R m 1730 MPa
A₅ 6%
Z 15%
CVN-Wert gemäß dem V-Kerbversuch nach Charpy
15 J bei 20°C
15 J bei 20°C
Bruchzähigkeit
K IC 80 MPaV bei 20°C
K IIC 140 MPaV bei 20°C
K IC 80 MPaV bei 20°C
K IIC 140 MPaV bei 20°C
Typische Wärmebehandlungstemperaturen sind:
Homogenisierung bei etwa 1200°C
Lösungsglühen bei ungefähr 900°C
Ausscheidungshärten bei ungefähr 450°C
Homogenisierung bei etwa 1200°C
Lösungsglühen bei ungefähr 900°C
Ausscheidungshärten bei ungefähr 450°C
Änderungen in der Ausscheidungszeit haben auf die
mechanischen Eigenschaften keinen nennenswerten
Einfluß.
Die Schweißbarkeit des Stahls ist auch bei großen
Querschnitten gut. Die mechanischen Eigenschaften
im Schweißungsbereich entsprechen den Eigenschaften
des Grundmaterials. Die besten Ergebnisse werden
erhalten, wenn das Schweißen vor dem Lösungsglühen
und dem Ausscheidungshärten durchgeführt wird. Die
Zusammensetzung des Schweißmaterials ist im wesentlichen
die gleiche wie die des Grundmaterials. Eine
Vorwärmung ist nicht erforderlich. Es wird empfohlen,
beim Schweißen niedrige Energien einzusetzen.
Der Stahl kann im lösungsgeglühten Zustand maschinell
bearbeitet werden. Die Eigenschaften hinsichtlich
der maschinellen Bearbeitung entsprechen dann den
Eigenschaften von AISI 4340 Martensit-Stahl, der auf
die gleiche Härte gebracht wurde (30 . . . 35 HRC).
Die Härte des Stahls nach der Ausscheidungshärtung
liegt bei 50 bis 53 HRC. In diesem Zustand liegt
die Bearbeitungsgeschwindigkeit im Verhältnis zur
Lebensdauer des Bearbeitungswerkzeugs ungefähr doppelt
so hoch wie im Falle des AISI 4340 Stahls, der auf
entsprechende Härte gebracht wurde. Bei dem erfindungsgemäßen
Stahl ist es jedoch üblicherweise nicht
nötig, die maschinelle Bearbeitung im ausscheidungsgehärteten
Zustand durchzuführen, da die Dimensionsänderungen
beim Ausscheidungshärten sehr gering sind
und nur ungefähr 0,05% betragen.
Aus dem Stahl können insbesondere bearbeitete Teile
mit großem Querschnitt wie folgt hergestellt werden:
- 1. Ein Rohling wird durch Guß aus einem Maraging- Stahl der oben beschriebenen Art erzeugt (Härte 280 bis 320 HV).
- 2. Der Rohling wird grob bearbeitet.
- 3. Bei 800 bis 900°C werden Spannungen abgebaut und es schließt sich eine Luftkühlung an (Spannungen können beispielsweise durch ungleichmäßiges Bearbeiten entstehen).
- 4. Die Endbearbeitung wird durchgeführt.
- 5. Bei 450 bis 530°C wird die Ausscheidungshärtung bis zum Erreichen der Endhärte (500 bis 800 HV) durchgeführt; dann wird luftgekühlt.
- 6. Es erfolgt die Fertigbearbeitung.
Verglichen mit der Herstellung des gleichen Teils
unter Verwendung eines herkömmlichen ultraharten
Werkzeugstahls ergeben sich die folgenden Vorteile:
- - Wenigstens drei Bearbeitungs- oder Wärmebehandlungsschritte werden vermieden,
- - bei der Wärmebehandlung fallen geringere Kosten an,
- - es werden kürzere Fertigungszeiten erreicht,
- - die Bearbeitungskosten werden verringert, weil kein gehärtetes Material bearbeitet werden muß, und
- - Rißbildungen und Verformungen bei der Wärmebearbeitung werden vermieden.
Verwendungszwecke für den erfindungsgemäßen Stahl
sind insbesondere:
- - Gußwerkzeuge für Aluminium,
- - Einspritz-Preßform- und Extrusionswerkzeuge für Kunststoffe,
- - Stempel und Stanzwerkzeuge für Metallbleche,
- - drucksichere Aufbauten für Tiefseebedingungen,
- - Kammern für Raketenmotoren,
- - Verwendungen bei Luftfahrt und Raumfahrt,
- - Extrusionswerkzeuge für Aluminium,
- - Landungseinrichtungen für Kampfflugzeuge und Helikopter,
- - Rotoren und Gehäusefedern für Pumpen,
- - hydraulische Ausrüstungsteile,
- - Federn,
- - Kraftmeßeinrichtungen.
Claims (7)
1. Maraging-Stahl,
gekennzeichnet durch einen Gehalt der Elemente Nickel,
Molybdän, Kobalt und Titan als Legierungselemente und
dadurch daß die Konzentrationen dieser Legierungselemente
sind: Nickel ungefähr 17 bis 19%, Molybdän
ungefähr 4 bis 6%, Kobalt ungefähr 10 bis 13%, Titan
weniger als ungefähr 0,35% und daß die Maximalkonzentrationen
der Verunreinigungselemente Kohlenstoff,
Silizium, Mangan, Phosphor, Schwefel und Chrom folgende
sind: Kohlenstoff weniger als ungefähr 0,02%,
Silizium weniger als ungefähr 0,1%, Mangan weniger
als ungefähr 0,1%, Phosphor weniger als ungefähr
0,01%, Schwefel weniger als ungefähr 0,01% und Chrom
weniger als ungefähr 0,2%.
2. Maraging-Stahl nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Maximalkonzentrationen
der Verunreinigungselemente folgende sind: Kohlenstoff
weniger als ungefähr 0,002%, Silizium weniger als
ungefähr 0,01%, Mangan weniger als ungefähr 0,05%,
Phosphor weniger als ungefähr 0,005%, Schwefel weniger
als ungefähr 0,001% und Chrom weniger als ungefähr
0,04%.
3. Verwendung eines Maraging-Stahls gemäß Anspruch 1
oder 2 als Material für Gußteile.
4. Verwendung eines Maraging-Stahls gemäß Anspruch 3
zur Verwendung als Material für Gußteile mit großen
Querschnitten.
5. Verfahren zur Herstellung eines Maraging-Stahls,
dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl gemäß Anspruch
1 oder 2 in einem Vakuum-Sauerstoffentkohlungskonverter
hergestellt wird.
6. Verfahren zur Herstellung von Gußteilen, bei
dem ein aus Stahl hergestellter Rohling maschinell
bearbeitet und gehärtet wird,
dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling aus einem
Maraging-Stahl gemäß Anspruch 1 oder 2 hergestellt
wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
- - aus Maraging-Stahl gemäß Anspruch 1 oder 2 wird ein Rohling hergestellt,
- - der Rohling wird grob bearbeitet,
- - bei ungefähr 800 bis 900°C werden Spannungen abgebaut,
- - die maschinelle Endbearbeitung wird durchgeführt,
- - bei einer Temperatur von ungefähr 450 bis 500°C wird bis zum Erreichen einer Härte von ungefähr 500 bis 800 HV eine Ausscheidungshärtung durchgeführt.
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|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |