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Chrom-Niob-Eisen-Legierung Es ist bekannt, daß Eisen durch Zusatz
von Kohlenstoff härtbar gemacht" werden kann und daß die erzielte Härtungsfähigkeit
durch Zusatz von Chrom unter gleichzeitiger Verbesserung der Korrosionsfestigkeit
der Legierung weiter gesteigert wird. Solche härtbaren und rostfreien Stähle sind
für viele Zwecke, beispielsweise. für Messerklingen u. dgl., gut verwendbar. Bei
anderen Verwendungszwecken ist es dagegen erwünscht, daß die Stähle diese Härtungsfähigkeit-
nicht besitzen.
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Es ist zu diesem- Zwecke bereits vorgeschlagen worden, den Kohlenstoffgehalt
unter o,1 °/o zu senken. Abgesehen davon, daß durch diese Maßnahme die Herstellungskosten
der Cr-Stähle ganz erheblich gesteigert werden, wird ihre Härtungsfähigkeit dadurch
doch nicht völlig behoben.
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Es wurde nun festgestellt, .daß eine Verringerung der Härte kohlenstoffhaltiger
Chromstähle dadurch erzielt werden kann, daß den Legierungen ein bestimmter Gehalt
an Niob gegeben wird. Gemäß der Erfindung soll daher zur Herstellung von solchen
Gegenständen, welche entweder ohne Wärmebehandlung oder nach Abkühlung von erhöhten
Temperaturen oder nach erneuter Erwärmung und Abkühlung in Gebrauch genommen werden
und dann nicht hart, sondern weich und dehnbar sein müssen, eine Legierung verwendet
werden, welche Eisen, Chrom, Niob und Kohlenstoff enthält und bei welcher der Chromgehalt
etwa 2 bis 30°4 und der Kohlenstoffgehalt nicht mehr als etwa o,50/, beträgt, wobei
die Menge des Niobs wenigstens das Vierfache der Kohlenstoffmenge und nicht mehr
als das Achtfache des Kohlenstoffgehaltes plus 1,5 % der gesamten Legierung
ausmacht. Vorzugsweise ist das Verhältnis des Niobs zum Kohlenstoff größer als etwa
8 : z.
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Legierungen der genannten Zusammensetzung sind zwar an sich bekannt.
Die besondere Eigenschaft dieser Legierungen, sowohl ohne jede Wärmebehandlung als
auch nach der Abkühlung von erhöhten Temperaturen oder auch nach erneuter Erwärmung
und Abkühlung nicht hart zu werden, sondern weich und dehnbar zu bleiben, ist aber
bisher noch nicht erkannt und auch noch nicht ausgewertet worden.
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Die Wirkung des Niobgehaltes zu Stählen mit hohem Chromgehalt ergibt
sich aus der folgenden Tabelle I:
| Tabelle I |
| A. Eigenschaften .des gewalzten Stahles |
| f , - |
| Quer- o/o Schnitts- Eri Wert c ihn sen- mm Brinell- |
| Streck- s |
| o/o Cr o/o C o/ö Nb grenze festigkeit Dehnung ver- |
| härte |
| in kg/qmm in kg/qmm (i .--_ 4d) minderung (i mm härte |
| in o% Blechstärke) |
| 5,44 0;10 - 103 127 5 12 5 375 |
| 5s62 - 0,o9 1,04 69 78 15 62 6 200 |
| 12,62 0,12 - 105 144 3 8 5 ' 387 |
| 12,42 0,10 1,18 28 45 30 54 7 131 |
| 18,29 0,08 - .40 65 6 14 5 170 |
| 19,20 0,o8 1,00 37 5= 22 41 6,5 149 |
| 22,50 0,15 - 43 66 7 11 5,5 170 |
| 22,85 o,12 1,47 37 53 I9 39 6 131 |
| B. Eigenschaften des q. Stunden auf 725 bis 775° C erhitzten |
| und dann luftgekühlten Stahles |
| 12,62 0,12 |
| - 37 56 30 73 7,5 =4@ |
| 12,42 o,IO I,18 27 44 29 67 7@0 I[ 128 |
Aus dem Abschnitt A der Tabelle I ergibt sich, daß gewalzte, niobfreie Stähle mit
niedrigem Kohlenstoffgehalt und annähernd 5, 12, 18 und 230o Chrom eine sehr geringe
Dehnung besitzen. Die Stähle mit einem Gehalt von 5 und 12'/, Chrom sind überdies
sehr hart. Die Zahlen, welche für mit Niob legierte, im übrigen aber ähnlich zusammengesetzte
Stähle gefunden wurden, zeigen, daß diese Stähle eine wesentlich größere Dehnung
und eine geringere Härte besitzen. Der Abschnitt B der Tabelle I läßt die Wirkungen
des Ausglühens auf einen hartbaren, 12% Chrom enthaltenden Stahl und auf einen mit
Niob legierten, ebenfalls 12°o Chrom enthaltenden Stahl erkennen. Bei einem Vergleich
der in Abschnitt A und Abschnitt B der Tabelle 1
| Tabelle II |
| Eigenschaften eines 5 Minuten auf g50 bis Iooo° C erwärmten |
| und dann luftgekühlten Stahles |
| Quer- Erichsen- |
| Streck- Zug- % Schnitts- Wert in mm Brinell- |
| °% Cr % C % Nb grenze festigkeit Dehnung ver- |
| härte |
| in kg/qmm in kg/qmm (i -4d) minderung (` mm härte |
| in o% Blechstärke) |
| 12,62 0,12 82 105 4 6 3,50 302 |
| 12,42 0,1o 1,18 26 44 37 73 9,30 116 |
Die mitgeteilten Zahlen zeigen, daß niobhaltige Stähle bereits in gewalztem Zustande
weich und dehnbar sind. Um auch die durch die Verarbeitung hervorgerufenen Spannunangegebenen
Werte zeigt sich, daß die aufgeführten Eigenschaften des niobfreien Stahles durch
Ausglühen erheblich geändert werden, während die Eigenschaften des mit Niob legierten
Stahles ziemlich unverändert bleiben. Niobhaltiger Chromstahl hat ferner selbst
im ausgeglühten Zustande eine geringere Härte als gewöhnlicher Chromstahl.
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Die üblichen niobfreien Chromstähle, welche annähernd 12'/, Chrom
und wenig Kohlenstoff enthalten, werden durch rasches Abkühlen von etwa 95o° C merklich
gehärtet. Wird ein solcher Stahl jedoch mit einer hinreichenden Menge von Niob legiert,
so.tritt selbst bei raschem Abkühlen von den erwähnten Temperaturen keine Härtung
auf. Die folgende Tabelle 1I ergibt dies im einzelnen, gen zubeseiti;gen, empfiehlt
es sich, dieStähle nach der Verarbeitung auszuglühen, Die Angaben der Tabellen I
A und 1I zeigen, daß bei niobhältigen Stählen wenige Minuten genügen,
um
die Legierungen weich und dehnbar zu machen, während bei niobfreien Stählen zur
Erzielung eines ähnlich günstigen Ergebnisses mehrere Stunden bei niedrigen Temperaturen
ausgeglüht werden muß. Bei Stählen mit geringem Kohlenstoffgehalt und einem Chromgehalt
von mehr als 120/0 sinkt die mit diesen Stählen erreichbare Härte mit steigendem
Chromgehalt allmählich ab (vgl. Tabelle I A). Bei einem Chromgehalt von etwa 16%
ist eine erhebliche Härtungsfähigkeit nicht mehr zu erzielen; bei einem Ansteigen
des Chromgehaltes auf 2o0/0 und mehr wird die Neigung zum Hartwerden weiter verringert.
Selbst bei derartigen Stählen ist aber ein längeres, vielstündiges Ausglühen erforderlich,
um sie dehnbar zu machen. Diese Eigenschaft kann selbst bei gewalzten Stählen in
einfacherer Weise durch Hinzulegieren von Niob erhalten werden. Der Zusatz von Niob
empfiehlt sich daher auch bei solchen Stählen, welche etwa 25 bis 30°/0 Chrom enthalten.
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Die Menge des verwendeten Niobs kann, wie Versuche gezeigt haben,
in weiten Grenzen schwanken. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei einem beträchtlichen
Überschuß von Niob über die zur Bindung des Kohlenstoffs erforderliche Menge oder
bei Bildung einer verhältnismäßig großen Menge von Niobcarbid die erhaltenen Stähle
etwas weniger weich
| Tabelle III |
| Eigenschaften des gewalzten Stahles |
| Quer- Erichsen- |
| Streck- Zug- °% schnitts- Wert in mm Brinell- |
| °/° Cr °/° C °% Nb grenze festigkeit Dehnung ver- |
| in kg/qmm in kg/qmm (I -q.d) Minderung (I mm härte |
| in % Blechstärke) |
| 13,62 0,11 - 105 130 3 8 5 375. |
| 1379 0,04 - 89 1o7 6 13 . 5 17o |
| 12,65 o,14 0,58 124 145 1 7 5 418 |
| 13,62 o,15 1,o9 61 88 7 11 6 228 |
| 12,42 o,1o 1,18 28 45 30 54 7 131 |
| 1354 o,o6 1,o7 30 44 22 38 6 131 |
| 12,58 o,1o 2,58 33 57 14 29 6:5 159 |
| 12,63 o,11 3,58 37 61 22 39 5>5 170 |
Die Menge des verwendeten Chroms in den Stählen kann etwa zwischen 2 und 30'/o schwanken.
Vorteilhaft werden Legierungen von etwa 4. bis
80/, Chrom verwendet.
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Es wird festgestellt, daß die Widerstandsfähigkeit der genannten Stähle
gegen oxydierende Mittel durch Vereinigung des Kohlenstoffes mit Niob erhöht wird.
Dies wird durch, die Tatsache erwiesen, daß Stähle mit und dehnbar sind als diejenigen,
in denen diese Überschüsse vermieden sind. Nichtsdestoweniger kann in einigen Fällen
ein wesentlicher Überschuß an Niob vorhanden sein, '.clhne daß die ausgezeichneten
Eigenschaften' der Legierung, insbesondere ihre Dehnung und Weichheit, vernichtet
werden. Das Verhältnis des Niobs zum Kohlenstoff sollte wenigstens etwa 8:1 betragen,
wenn ein möglichst weicher Stahl erzielt werden soll. Das Verhältnis des Niobs zum
Kohlenstoff kann aber auch erhöht werden, jedoch sollte die Niobmenge, die im Überschuß
zu derjenigen vorhanden ist, welche zur Erzielung des 8:1-Verhältnisses erforderlich
ist, nicht etwa 1,5 °/° der gesamten Legierung überschreiten.
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Der Kohlenstoffgehalt der Legierungen sollte nicht etwa o,50/0 übersteigen.
Vorzugsweise soll im Falle der Verwendung von Stählen, welche bis zu etwa 160/0
Chrom enthalten, der Kohlenstoffgehalt nicht mehr, als o,20/° betragen. Bei Stählen
mit annähernd 16 bis
30'/, 'Chrom sollte der Kohlenstoff-Behalt
0,359, nicht überschreiten. In der folgenden Tabelle III sind die Eigenschaften
eines typischen Chromstahles bei wechselndem Verhältnis von Niob zu Kohlenstoff
angegeben. Die Zahlen zeigen, daß der Niobgehalt verhältnismäßig hoch sein kann,
ohne die Güte der Stähle zu beeinträchtigen. niedrigem Kohlenstoffgehalt, welche
weniger als etwa 120/0 Chrom enthalten, größere Widerstandsfähigkeit gegen Salpetersäure
zeigen, wenn sie mit Niob legiert sind. Bei der Legierung .dieser Chromstähle mit
Niob bleibt anscheinend praktisch alles vorhandene Chrom in fester Lösung und verleiht
dem Stahl hierdurch seine größere Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion.
Es
ist in manchen Fällen erwünscht, einen Teil des Kohlenstoffs in Verbindung mit dem
Eisen und dem Chrom zu lassen.: Wird bei-,
| spielsweise ein Stahl benötigt,. ' iind g«i |
| wisse Härte besitzt; so kann eine, ierung |
| Verwendung finden, welche a; ':,b,5°lo' |
Kohlenstoff enthält, der annähernd zur Hälfte durch Niob gebunden ist. Das Verhältnis
des Niobs zum Kohlenstoff beträgt dann etwa 4: i. In diesem Falle würde der Stahl
gleiche Weichheit besitzen wie ein niäbfreier Stahl mit etwa o, i bis o,2511/0 Kohlenstoff.
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Wie durch Versuche festgestellt wurde, wird die Wirkung des Niobgehaltes
nicht durch die Anwesenheit geringer Mengen von Tontal beeinträchtigt, welche sich
gewöhnlich zusammen mit dem Niöb vorfinden. Es wurde ferner ermittelt, daß ein Gehalt
an anderem Carbidbildnern, beispielsweise an Uran, Molvbdän und Wolfram, nicht die
gleiche Wirkung ausübt wie der Zusatz von Niob.
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Sollen sehr weiche und dehnbare Legierungen erzielt werden, so ist
es erwünscht, daß in den Stählen der angegebenen Zusammensetzung überdies nicht
mehr als etwa. 10/" Mangan, etwa z 11/o Silicium und bis zu etwa 111/0 zufällige
Verunreinigungen durch andere Metalle oder Metalloide zugegen sind.