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Diese
Erfindung betrifft die Herstellung eines aus einem hochfesten Stahl
gefertigten Gegenstands, genauer ausgedrückt, die Kontrolle von auf Aluminiumoxid
basierenden Einschlüssen
beim Schmelzen und daher auch des fertigen Gegenstands.
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In
einer Flugzeug-Gasturbine (Jet) wird vorn an der Maschine Luft angesaugt,
von einem Axialverdichter komprimiert und mit Treibstoff vermischt.
Das Gemisch wird verbrannt und die erhaltenen heißen Verbrennungsgase
werden durch eine Axialturbine geleitet. Der Gasstrom versetzt die
Turbine in Drehung, indem er mit einem Schaufelabschnitt des Turbinenblatts
in Kontakt kommt, das seinerseits dem Kompressor Energie liefert.
Die heißen
Abgase fließen
hinten aus der Turbine, treiben sie an und das Flugzeug vorwärts.
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Die
verschiedenen Stufen des Kompressors und der Turbine sowie ein Turbofan,
falls vorhanden, sind auf Wellen befestigt und werden durch Wellen und
Wellenabschnitte zusammengehalten, die längs der Mittelachse der Gasturbine
verlaufen. Einige dieser Wellen sind aus hochfestem Stahl gefertigt.
Diese Wellen müssen über eine
gute Festigkeit verfügen, aber
gleichermaßen
wichtig müssen
sie wegen der auf die Wellen einwirkenden Belastungsarten eine gute
Standzeit im Niedrig-Lastwechsel-Ermüdungs-Verhalten bei Verdrehungen
aufweisen.
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Die
Wellen sind herkömmlicherweise
aus Martensit-aushärtenden
Stählen
hergestellt worden, welche Ausfällungen
aus Titannitrid enthalten. Nachdem in Studien gezeigt werden konnte,
dass diese Ausfällungen
die Standzeit im Niedrig-Lastwechsel-Ermüdung-Verhalten bei Verdrehungen
beschränken,
wurde eine neue Familie hochfester Martensit-aushärtender
Stähle
mit geringem Titangehalt entwickelt. Diese Stähle werden durch Zusätze von Aluminium
in der Größenordnung
von ca. 0,5 bis ca. 1,3 Gew.-% verfestigt, welche die Titanzusätze der früheren Stahlgenerationen
ersetzen. Diese Stähle mit
hohem Gehalt an Aluminium werden in dem US-Patent 5,393,488 beschrieben,
dessen Offenbarung hiermit als Referenz eingeführt wird. Die Stähle des
US-Patents 5,393,488 zeigen eine deutlich verbesserte Standzeit
der Wellen gegenüber
Ermüdung.
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Es
bleibt jedoch ein Bedarf nach einer Verbesserung. Es besteht nach
wie vor ein Bedürfnis nach
einer weiteren Verbesserung der Standzeiten für die Stähle des US-Patents 5,393,488t
gegenüber Ermüdung, ohne
dass die Festigkeit, Zähigkeit
und anderen Eigenschaften der Stähle
beeinträchtigt werden
und ohne dass an den Verarbeitungsparametern größere Veränderungen vorgenommen werden. Die
vorliegende Erfindung kommt diesem Bedürfnis nach und bietet weitere
damit verbundene Vorteile.
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein verbessertes Schmelz- und Gießverfahren
für Stähle mit
hohem Aluminiumgehalt wie das des US-Patents 5,393,488 zur Verfügung. Die
neue Verfahrensweise reduziert das Vorkommen von Einschlüssen, die
auf Anhäufungen
von Aluminiumoxidzusammensetzungen beruhen. Falls solche Anhäufungen
vorkommen, dienen sie als Ausgangspunkte für Ermüdungsfehler. Die anderen erwünschten
mechanischen Eigenschaften werden bei Durchführung der vorliegenden Erfindung
nicht nachteilig beeinflusst. Die mit dem vorliegenden Verfahren
hergestellten Stähle
können als
Wellen für
Gasturbinen und auch in anderen Anwendungen eingesetzt werden.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren
zur Herstellung eines Stahlgegenstandes umfasst die Schritte, dass
man eine Legierung auf Basis von Eisen mit weniger als 0,5 Gew.-%
Aluminium bereit stellt, die Legierung danach zur Bildung einer
Schmelze schmilzt, danach eine erste Desoxidatorzugabe (vorzugsweise
Calcium) zu der Schmelze hinzufügt;
danach Aluminium zu der Schmelze hinzufügt, um den Aluminiumgehalt
der Schmelze auf mehr als 0,5 Gew.-% Aluminium anzuheben; und danach
die Schmelze zur Bildung eines Formlings gießt.
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Die
anfangs bereitgestellte Legierung auf Basis von. Eisen weist wünschenswerterweise
weniger als 0,5% Aluminium auf, vorzugsweise weniger als 0,1% Aluminium,
um das bevorzugte Schmelzverfahren zu verwenden. In einer Ausführungsform weist
die im Anlieferungszustand bereitgestellte Legierung auf Basis von
Eisen 10 bis 18 Gew.-% Nickel, ca. 8 bis ca. 16 Gew.-% Kobalt, 1
bis 5 Gew.-% Molybdän,
weniger als 0,5 Gew.-% (vorzugsweise weniger als 0,1 Gew.-%) Aluminium
und 1 bis 3 Gew.-% Chrom auf, der Rest ist Eisen und geringere Mengen an
anderen Elementen. Die Aluminiumzugabe erhöht den Aluminiumgehalt der
Schmelze im gewünschten Umfang
von 0,5 auf 1,3 Gew.-% Aluminium. In einer Ausführungsform ist es erwünscht, dass
der Endgehalt 10 bis 18 Gew.-% Nickel, 6 bis 16 Gew.-% Kobalt, 1–5 Gew.-%
Molybdän,
0,5 bis 1,3 Gew.-% Aluminium, 1 bis 3 Gew.-% Chrom, bis zu 0,3 Gew.-% Kohlenstoff
und weniger als 0,1 Gew.-% Titan aufweist, der Rest ist Eisen und
geringere Mengen an anderen Elementen.
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Im
gewöhnlichen
Fall verfügt
die anfangs bereitgestellte Legierung auf Basis von Eisen über einen
relativ hohen Gehalt an Kohlenstoff, gewöhnlich mehr als 0,3 Gew.-%.
Es ist bevorzugt, die anfangs bereitgestellte Legierung auf Basis
von Eisen in einem Vakuumofen zu schmelzen, den Druck nach und nach
zu reduzieren, während
eine chemische Reaktion von Kohlenstoff und Sauerstoff stattfindet
(Kohlenstoffsieden (carbon boil) genannt), um den Sauerstoffgehalt
der Schmelze auf unter 10 Gewichtsteile pro einer Million zu senken.
Dann erfolgt die erste Calciumzugabe, vorzugsweise mit einer Menge
von über
200 Gewichtsteilen pro eine Million. Wahlweise, doch vorzugsweise,
gibt es einen weiteren Schritt, der gleichzeitig mit dem Schritt
der Aluminiumzugabe durchgeführt
wird, nämlich
eine zweite Calciumzugabe zu der Schmelze, wünschenswerterweise in einer Menge
von 100 bis 200 Gewichtsteilen pro eine Million. Wahlweise, doch
vorzugsweise, gibt es einen weiteren Schritt nach dem Schritt der
Zugabe von Aluminium und vor dem Schritt mit dem Gießen, nämlich der
Zusatz einer dritten Calciumzugabe zu der Schmelze, wünschenswerterweise
in einer Menge von 50 bis 150 Gewichtsteilen pro eine Million. Die Calciumzugaben
erfolgen vorzugsweise in Form einer Legierung wie NiCa. Die Calciumzugaben
desoxidieren die Schmelze während
des Zeitraums, in dem sich sonst Einschlüsse aus auf Aluminium und Sauerstoff
basierenden Anhäufungen
bilden würden, wobei
das Auftreten der Bildung solcher Einschlüsse von Anhäufungen verringert wird, welche,
falls vorhanden, die Niedrig-Lastwechsel-Ermüdungs-Leistung
der aus dem Stahl gefertigten Gegenstände negativ beeinflussen.
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Die
vorliegenden Stähle
werden typischerweise nicht in dem Zustand, wie sie vom Gießen kommen,
eingesetzt, sondern werden normalerweise mechanisch verarbeitet
(mechanische Bearbeitung und/oder thermomechanische Weiterverarbeitung). Bei
der am meisten interessierenden Anwendung wird das Gussstück zur Formung
einer Welle für
eine Gasturbine mechanisch bearbeitet.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfasst das Verfahren zur Herstellung eines Stahlgegenstands die
Schritte eine Basiseisenlegierung mit mehr als 0,3 Gew.-% Kohlenstoff
und weniger als 0,1 Gew.-% Aluminium bereitzustellen und danach
die Legierung in einem Vakuumofen zur Bildung einer Schmelze zu
schmelzen. In dem Schritt, die Legierung zu schmelzen, wird der
Druck innerhalb des Vakuumofens graduell reduziert, um ein Kohlenstoffsieden
in der Schmelze auszulösen,
was den Sauerstoffgehalt der Schmelze auf weniger als 14 Gewichtsteile
pro eine Million verringert. Danach wird der Schmelze die erste
Calciumgabe in einer Menge von mehr als 200 Gewichtsteilen pro eine
Million zugesetzt. In dem Verfahren werden danach der Schmelze ferner
gleichzeitig Aluminium zur Steigerung des Alumimumgehalts der Schmelze
auf mehr als 0,5 Gew.-% Aluminium und eine zweite Calciumgabe in
einer Menge von 100 bis 200 Gewichtsteilen pro Million zugegeben.
Danach wird der Schmelze vorzugsweise eine dritte Calciumgabe zugesetzt, vorzugsweise
in einer Menge von 50 bis 150 Gewichtsteilen pro eine Million. Die
angegebenen Mengen für
die Calciumzugabe sind für
typische Fälle. Die
Mengen für
die Zugaben können
als notwendige Antwort auf die aktuell in der Schmelze enthaltene Menge
an Sauerstoff variiert werden, die mit herkömmlichen Echtzeittechniken
leicht gemessen werden kann. Calcium kann durch andere gängige Oxidationsmittel
ersetzt werden. Die Schmelze wird danach gegossen und das Gussstück mechanisch
bearbeitet. Damit übereinstimmende
Merkmale, die hier an anderer Stelle diskutiert werden, lassen sich
für diese
Ausführungsform
anwenden.
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Die
Zusammensetzungen des US-Patents 5,393,488 erzielten größere Verbesserungen
bei der Niedrig-Lastwechsel-Ermüdungs-Standzeit
des Stahls, indem der Titangehalt des Stahls reduziert wurde, wodurch
das Vorkommen von Titannitrid-Einschlüssen verringert wurde. Es wurde
beobachtet, dass diese Einschlüsse
eine Quelle für
das Auslösen von
Ermüdungsfehlern
darstellen.
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Die
Stähle
des US-Patents 5,393,488 werden durch den Zusatz von Aluminium in
für Stähle relativ
großen
Mengen in der Größenordnung
von 0,5 bis 1,3 Gew.-% gehärtet.
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben beobachtet, dass in
aus diesen und ähnlichen
Stählen
mit hohem Aluminiumgehalt gefertigten gegossenen und bearbeiteten
fertigen Gegenständen
Ermüdungsfehler
an den Einschlüssen
aus auf Aluminium und Sauerstoff basierenden Anhäufungen (manchmal als "Rafts" bezeichnet) ihren
Ausgang nehmen können.
Diese auf Aluminium und Sauerstoff basierenden Anhäufungen sind
bis zum Schmelzvorgang zurückverfolgt
worden. Wenn die Legierung aus Stahl mit hohem Aluminiumgehalt vor
dem Gießen
geschmolzen wird, kann in dem geschmolzenen Stahl das Aluminium
die Einschlüsse
aus auf Aluminium und Sauerstoff basierenden Anhäufungen bilden. Diese aus Anhäufungen bestehenden
Einschlüsse überdauern
den Gießvorgang
und verbleiben in dem mechanisch bearbeiteten fertigen Produkt,
was zu einem vorzeitigen Ermüdungsfehler
führt.
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Eine
mögliche
Lösung,
dieses Problem zurückzudrängen besteht
darin, der Schmelze aus Stahl mit hohem Aluminiumgehalt unmittelbar
vor dem Gießvorgang
Calcium zuzusetzen. Die vorliegenden Untersuchungen zeigten jedoch,
dass der Zusatz von Calcium zu der Schmelze mit hohem Aluminiumgehalt
vor dem Gießen
nicht ausreichte, im fertigen Produkt das Vorkommen von auf Aluminium und
Sauerstoff basierenden Einschlüssen
zu vermeiden.
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Stattdessen
wurde gefunden, dass das Einschlussproblem beträchtlich vermindert werden kann,
wenn zuerst die Schmelze mit einem relativ niedrigen Aluminiumgehalt
hergestellt wird und dann das Calcium zugegeben wird, bevor das
restliche Aluminium zugesetzt wird, um den Aluminiumgehalt auf den
im fertigen Produkt gewünschten
Gehalt, typischerweise 0,5 bis 1,3 Gew.-%, anzuheben. Das Calcium
wird wahlweise, doch auch vorzugsweise, gleichzeitig mit der Aluminiumzugabe
zugesetzt. Der erhöhte
Calciumgehalt in der Schmelze verringert den zur Bildung von Anhäufungen
auf der Basis von Aluminium und Sauerstoff zur Verfügung stehenden freien
Sauerstoff. Das Calcium reagiert mit dem freien Sauerstoff in der
Schmelze und bildet Produkte, in denen der Sauerstoff nicht mehr
frei ist, wie z.B. Calciumoxid und/oder Calciumaluminat. Ferner
kann Calcium wahlweise zugegeben werden, nachdem das Aluminium zugesetzt
worden ist, um mit Sauerstoff zu reagieren, der während der
Behandlung der Schmelze vor dem Gießen in die Schmelze eingeführt worden
sein kann. Im fertigen Produkt hat man eine geringere Konzentration
an Anhäufungen
auf Basis von Aluminium und Sauerstoff. Dem Calcium funktionell
gleichwertige Desoxidationsmittel können ebenfalls Verwendung finden.
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Das
Ergebnis dieser veränderten
Vorgehensweise ist eine verbesserte Niedrig-Lastwechsel-Ermüdungs-Standzeit
für die
aus dem Stahl hergestellten fertigen Produkte. Andere Merkmale und Vorteile
der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden genaueren Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
zusammen mit den anhängenden Zeichnungen
zu ersehen, die beispielhaft die Grundlagen der Erfindung zeigen.
Der Umfang der Erfindung wird durch diese bevorzugte Ausführungsform jedoch
nicht eingeschränkt.
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Die
Erfindung wird nun genauer an Hand eines Beispiels mit Bezugnahme
auf die Zeichnungen beschrieben.
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer aus dem erfindungsgemäßen Stahl
gefertigten Welle.
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2 ist
ein Flussdiagramm in Blockform für eine
Lösung
zur Durchführung
der Erfindung.
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3 zeigt
eine idealisierte Mikrostruktur des nach dem Plan der 2 hergestellten
Stahls.
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4 zeigt
eine idealisierte Mikrostruktur des Stahls mit der gleichen Zusammensetzung
wie der in 3 gezeigte, jedoch ohne Zusatz
von Calcium vor der Zugabe von Aluminium; und
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5 ist
eine graphische Darstellung der Pseudowechselbeanspruchung als Funktion
der Lastwechselzahl bei Niedrig-Lastwechsel-Ermüdung mit und ohne Calciumzusätze.
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1 zeigt
ein Beispiel eines Gegenstands aus Stahl 20, der nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellt werden kann. Der Gegenstand 20 ist vorzugsweise
eine in einer Gasturbine verwendete Welle. Die Benutzung der Erfindung
ist jedoch nicht auf diesen Gegenstand beschränkt.
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Die 2 zeigt
in einem Blockdiagramm eine bevorzugte Verfahrensweise zur Ausführung der Erfindung.
Unter dem Bezugszeichen 30 wird eine Legierung auf Basis
von Eisen bereitgestellt. Die Legierung auf Basis von Eisen hat
mehr Eisen als von jedem anderen Element. Die Legierung auf Basis
von Eisen weist einen relativ kleinen Gehalt an Aluminium auf, weniger
als ca. 0,5 Gew.-% und vorzugsweise weniger als 0,1 Gew.-%. Typischerweise
sind andere Elemente enthalten. In einer bevorzugten Ausführungsform
verfügt
die Legierung auf Basis von Eisen über ca. 10 bis ca. 18 Gew.-%
Nickel, über
ca. 8 bis ca. 16 Gew.-% Kobalt, über
ca. 1 bis ca. 5 Gew.-% Molybdän, über weniger
als ca. 0,5 Gew-% Aluminium und über
ca. 1 bis ca. 3 Gew.-% Chrom. Kohlenstoff liegt gewöhnlich in
der anfangs bereitgestellten Legierung auf Basis von Eisen in einer
Menge bis zu mehr als 0,3 Gew.-% vor und der Kohlenstoffgehalt wird
während
des Schmelzvorgangs reduziert, wie dies noch beschrieben wird. Titan
liegt, wenn es überhaupt
vorkommt, in einer Menge von weniger als ca. 0,1 Gew.-% vor. Der
Rest der Zusammensetzung besteht aus Eisen, möglicherweise anderen Elementen,
die mit Absicht enthalten sind sowie aus Verunreinigungen. (Wenn
nicht anders angegeben, sind die Zusammensetzungen in Gew.-% angegeben).
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Unter
Bezugszeichen 32 wird die Legierung danach geschmolzen.
Das Schmelzen erfolgt vorzugsweise in einem Vakuumofen bei einem
Druck, der schließlich
weniger als ca. 50 Mikrometer Druck erreicht. Am meisten bevorzugt
ist der Vakuumofen, ein Vakuuminduktionsschmelzofen, bei dem ein
aus Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid gefertigter Tiegel verwendet
wird. Unter Bezugszeichen 34 der 2 reduziert
der Schmelzvorgang den Gehalt an freiem Sauerstoff in der Schmelze
auf einen niedrigen Stand, so dass wenig freier Sauerstoff zur Verfügung steht,
um zur Bildung der zerstörerischen
Einschlüsse
aus auf Aluminium und Sauerstoff basierenden Anhäufungen mit Aluminium zu reagieren.
In dem bevorzugten Verfahren wird der Gehalt an freiem Sauerstoff über zwei
Hauptmechanismen reduziert. Erstens, wenn der Druck in der Vakuumkammer reduziert
wird, reagieren der Kohlenstoff und der freie Sauerstoff chemisch
miteinender, um gasförmiges Kohlendioxid
und Kohlenmonoxid zu bilden, die unter Blasenbildung aus der Schmelze
entweichen. Diese Reaktion und das Entweichen unter Blasenbildung kann
ganz turbulent sein, was zu der Bezeichnung "Kohlenstoffsieden" (carbon boil") führt.
Das Kohlenstoffsieden tritt nicht in nennenswertem Umfang auf, wenn
der Gehalt an Aluminium zu hoch ist und aus diesem Grund liegt der
Aluminiumgehalt der anfänglich
bereitgestellten Schmelze vorzugsweise bei weniger als ca. 0,1 Gew.-%.
Falls in diesem Anfangsstadium des Schmelzvorgangs andere Sauerstoff
reduzierende Techniken eingesetzt werden, können höhere Gehalte an Aluminium vorkommen.
Der Gehalt an freiem Sauerstoff in der Schmelze ist am Ende von Schritt 34 vorzugsweise
kleiner als ca. 10 Gewichtsteile pro eine Million.
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Unter
Bezugszeichen 36 der 2 wird zur noch
weiteren Reduktion des Sauerstoffgehalts der Schmelze ein erster
Zusatz eines chemischen Desoxidationsmittels, vorzugsweise Calcium,
zugegeben. Der Zusatz von Calcium erfolgt vorzugsweise in einer Menge
von mehr ca. 200 Gewichtsteilen pro eine Million, wobei ein Überschuss
an Calcium gewählt
wird, um im Wesentlichen mit allem freien Sauerstoff in der Schmelze
zu reagieren und sich mit ihm zu vereinigen. Das Calcium kann in
jeder wirksamen Form zugegeben werden, die dazu führt, dass
Calcium in elementarer Form in der Schmelze vorliegt. Bei der Entwicklung
des vorliegenden Verfahrens wurde NiCa als Calciumquelle eingesetzt.
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Unter
dem Bezugszeichen 38 wird danach Aluminium bis zu der gewünschten
Endkonzentration der Legierung der Schmelze zugesetzt. Ein bevorzugter
Aluminiumgehalt der gegossenen Legierung, liegt im Bereich von ca.
0,5 bis ca. 1,3 Gew.-%. Die chemische Zusammensetzung der anderen
Inhaltsstoffe der Schmelze können
zu diesem Zeitpunkt auf Grundlage der während des Schmelzvorgangs vorgenommenen
chemischen Analysen auf die gewünschten
Endwerte eingestellt werden.
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In
Schritt 38 erfolgt gleichzeitig mit der Zugabe von Aluminium
zu der Schmelze vorzugsweise eine zweite Zugabe von chemischem Oxidationsmittel,
welches am meisten bevorzugt Calcium ist. Der zweite Zusatz von
Calcium beträgt
vorzugsweise ca. 100 bis ca. 200 Gewichtsteile pro eine Million.
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Die
erste Calciumzugabe in Schritt 36 vor dem Zusatz von Aluminium
in Schritt 38 und die gleichzeitige zweite Calciumzugabe
in Schritt 38 sorgen für
das chemische Desoxidationsmittel in der Schmelze, welches chemisch
mit dem in der Schmelze vorhandenen freien Sauerstoff reagiert,
um Verbindungen wie Calciumoxid oder Aluminiumoxid zu bilden. Diese
Verbindungen neigen nicht dazu, Anhäufungen zu bilden. Es ist kein
freier Sauerstoff mehr vorhanden, um mit dem in Schritt 38 zugegebenen
zusätzlichen
Aluminium zur Bildung von auf Aluminium und Sauerstoff basierenden
Spezies zu reagieren, welche zur Bildung von Anhäufungen neigen, die im fertigen
Gießprodukt
eventuell für
unerwünschte
Einschlüsse
aus den Anhäufungen
sorgen. Ohne die vorliegende Verfahrensweise bilden sich solche
auf Aluminium und Sauerstoff basierende Anhäufungen, die im fertigen Produkt
zu Einschlüssen führen. Die
Einschlüsse
können
als Ausgangsorte für frühzeitige
Ermüdungsfehler
dienen.
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Freier
Sauerstoff neigt dazu, selbst unter dem Vakuum des Vakuumschmelzofens
und während
des nachfolgenden Gießvorgangs
in die Schmelze zu diffundieren, was möglicherweise zur Bildung von
Anhäufungen
aus Aluminium und Sauerstoff führt.
Es ist daher bevorzugt, in Schritt 40 der 2 eine
dritte Zugabe von Calcium zu der Schmelze vorzunehmen, um mit jeglichem
noch vorhandenen freien Sauerstoff chemisch zu reagieren, nachdem
in Schritt 38 das Aluminium auf seinen endgültigen Wert
eingestellt worden ist und vor oder während des Gießvorgangs
in Schritt 42. Die dritte Calciumzugabe erfolgt vorzugsweise
mit einer Menge von ca. 50 bis ca. 150, am meisten bevorzugt von
ca. 100 Gewichtsteilen pro eine Million.
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Unter
Bezugszeichen 42 wird danach die Schmelze gegossen und
verfestigt. Jedes durchführbare
Verfahren mit stationärer
Form oder mit kontinuierlicher Gießprozessführung kann eingesetzt werden.
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Die
bevorzugten Legierungen sind Schmiedstähle, welche nicht in der Form,
zu der sie ursprünglich
gegossen wurden, eingesetzt werden. Stattdessen wird unter dem Bezugszeichen 44 der
gegossene Gegenstand noch zu seiner endgültigen gewünschten Form, wie die Welle
in 1, mechanisch bearbeitet. Die mechanische Bearbeitung 44 kann eine
Bearbeitung bei Raumtemperatur, eine Bearbeitung bei erhöhter Temperatur
oder eine thermomechanische Verarbeitung sein. Wenn nötig, können Hitzebearbeitungen
stattfinden. Weitere Details von bevorzugten Verfahren zur Bearbeitung
von Gussstahl finden sich im US-Patent 5,393,488. Ein Vorteil des
vorliegenden Verfahrens besteht darin, dass sich zur Herstellung
der Gegenstände
die gleichen mechanischen Verarbeitungstechniken des vorliegenden
Verfahrens zusammen mit denen früherer
Verfahren einsetzen lassen.
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Die 3 bis 4 stellen
idealisierte Mikrostrukturen des Gegenstands 20 dar. Die
Mikrostruktur der 3 soll das erfindungsgemäß hergestellte
Material darstellen, bei dem die erste Zugabe von Calcium 36 stattgefunden
hat. Die Mikrostruktur der 4 soll das
ohne die erste Calciumzugabe 38 vor der Aluminiumzugabe 38 hergestellte
Material darstellen und zeigt ein nicht im Schutzbereich der Erfindung
liegendes Produkt. In diesem Material der 4 gibt es
Anhäufungen
auf Basis von Aluminium und Sauerstoff 24, die als über die
gesamte Mikrostruktur verteilte Einschlüsse fungieren. Diese Anhäufungen 24 sind
ziemlich groß,
wobei jede typischerweise eine ebene Fläche in der Mikrostruktur von
Hunderten von Quadratmikron einnimmt. Die großen Anhäufungen 24 können im
fertigen Produkt als Ursprung für
die Auslösung
eines Ermüdungsbruchs
dienen, insbesondere von einem Niedrig-Lastwechsel-Ermüdungs-Bruch.
Im Gegensatz dazu gibt es in der Mikrostruktur der 4 über die gesamte
Mirostruktur vorliegende und verteilte feine Teilchen 26.
Diese feinen Teilchen 26 lagern sich nicht zu Anhäufungen
von ausreichender Größe zusammen,
als dass sie einen starken negativen Einfluss auf die Niedrig-Lastwechsel-Ermüdungs-Eigenschaften
ausüben
könnten,
indem sie als Auslöseort für einen
Bruch wirken.
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Das
vorliegende Verfahren ist in die Praxis umgesetzt worden. Vergleichende
Testergebnisse für die
mit Calciumzusätzen
und ohne Calciumzusätze hergestellten
Gegenstände
werden in 5 gezeigt. Das vorliegende Verfahren
unter Verwendung der Calciumzusätze
liefert im Allgemeinen bessere Ergebnisse bei der Ermüdung, insbesondere
im Schlüsselbereich
für die
Niedrig-Lastwechsel-Ermüdung
zur linken Seite der graphischen Darstellung hin.