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Die Verwendung von Eisen-Chrom-Titan-Legierungen 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 weitergesteigert wird. Solche härtbaren und rostfreien Stähle sind
für viele Zwecke, beispielsweise für Messerklingen u. dgl., gut verwendbar. Bei
anderenVerwendungszwecken ist es dagegen erwünscht, daß diese Stähle diese Härtungsfähigkeit
nicht besitzen.
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Es ist zu diesem Zwecke bereits vorgeschlagen worden, den Kohlenstoffgehalt
unter o, I0/0 zu senken. Abgesehen davon, d'aß durch diese Maßnahme die Herstellungskosten
der Cr-Stähle ganz erheblich gesteigert werden, wird ihre Härtungsfäligkeit doch
nicht völlig behoben.
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Es wurde nun festgestellt, daß eine Verringerung der Härtbarkeit kohlenstoffhaltiger
Chromstähle dadurch erzielt werden kann, daß den Legierungen eine bestimmte Menge
Titan zugesetzt wird. Gemäß der Erfindung soll daher zur Herstellung von solchen
Gegenständen, welche ohne ausgedehnte Wärmebehandlung und nach rascher Abkühlung
von für kurze Zeit, z. B. einige Minuten, aufrechterlhaltenen erhöhten Temperaturen,
z. B. zwischen 95o und Iooö° C, oder nach erneuter Erwärmung und Abkühlung dieser
Art in Gebrauch genommen werden und dann nicht hart, sondern weich und dehnbar sein
müssen, eine Legierung verwendet werden, welche außer Eisen nicht mehr als je etwa
o,5% Kohlenstoff, I % Mangan und I °/o Silicium, etwa 2 bis 30 °/o Chrom und ferner
noch Titan in einer Menge enthält, die mindestens etwa das Vierfache, höchstens
aber 1,5 °/o plus dem Vierfachen des Kohlenstoffgehaltes beträgt.
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Legierungen der genannten Zusammensetzung sind zwar an sich bekannt.
Insbesondere ist es bekannt; daß titanhaltige Chromstähle ausscheidungshärtungsfähig
und sicher gegen interkristalline Korrosion sind. Die besondere Eigenschaft eines
Teils dieser bekannten 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 gemäß der Erfindung zu verwendenden Legierungen sind verhältnismäßig
weich und weisen bei der Wärmebehandlung eine fast zu vernachlässigende Härtungsfähigkeit
auf. Aus der folgenden Tabelle I sind die Eigenschaften von titanfreien und titanhaltigen
Stählen mit einem Chromgehalt von etwa 5 bis etwa 27 °/a zu entnehmen.
| Tabelle I |
| A. Eigenschaften- des gewalzten Stahles |
| Streck- Zug- Dehnung Quer- Erichsen- |
| Cr C Ti grenze |
| festigkeit (I =4d) schnitts- Wert Brinel |
| ver in mm härte |
| minderung (I mm |
| 0/0 0/0 °%o in kg/qmm in % t3lecllstürte) |
| 5,44 oIo - I03 I27 5 I2 5,0 375 |
| 5e44 0,II 0,78 59 70 I8 68 6,5 I63 |
| I2,62 0I2 - I05 I43 3 8 5,0 387 |
| I2,32 0,I4 0,72 25 44 27 72 7,0 I26 |
| I8,29 0,o8 - 40 65 6 I4 5,0 I70 |
| I8,65 0,I4 0,78 34 50 3I 69 7,0 I3I |
| 22,50 0r5 - 43 66 7 II 5,5 I70 |
| 22,25 0,I7 I,40 37 56 3I 62 6,5 I53 |
| 26,28 0,I4 - 44 63 9 II 6,5 I87 |
| 26,9o ö,I8 I,20 46 6I 29 64 7,5 I63 |
| B. Eigenschaften des 4 Stunden auf 725 bis 775° C erhitzten |
| und dann luftgekühlten Stahles |
| 544 o,Io - 52 65 26 74 7,9 I59 |
| 5,44 0,II 0,78 20 43 37 78 9,8 I0I |
| I2,62 0,I2 - 37 56 30 73 7,5 I49 |
| I2,32 0,I4 0,72 28 45 28 70 7,5 II6 |
| I8,29 0;08 - 36 58 25 55 7,0 I43 |
| I8,65 0,I4 0,78 35 53 29 66 8,0 I34 |
| C. Eigenschaften des I2 Stunden auf 85o bis goo° C erhitzten |
| und dann in Wasser abgeschreckten Stahles |
| 22,50 0,I5 - 34 58 26 50 7,5 I56 |
| 22,25 0,I7 I,4o. 33 5I 29 6I 8,5 I37 |
| 26,28 0,I4 - 39 58 26 5I 8,0 I59 |
| 26,90 0,I8 I,20 40 58 26 56 8,8 I37 |
| D. Eigenschaften des 5 Minuten auf 95ö bis Iooo° C erhitzten |
| und dann luftgekühlten Stahles |
| 5,44 0,z0 - I05 I22 2 6 4,0 364 |
| 5,44 0,II 0,78 '20 44 - 44 79 9,5 II6 |
| I2,62 O,12 - 82 I05 4 6 3,5 302 |
| I2,32 0,14 0,72 25 45 30 56 7,0 II6 |
| I8,29 0,08 - 42 69 9 I8 3.0 I6o |
| I8,65 0,14 0,78' 32 50 29 62 9,0 II8 |
| 22,50 0,r5 - 34 59 I4 44 6,o I56 |
| 22,25 0,z7 I,40 34 53 26 56 9,6 I37 |
| 26,28 01z4 - 40 - 46 5 55 5,0 149 |
| 26,go o,18 1,20 34 58 28 58 - 7,0 143 |
Aus dem Abschnitt A der Tabelle I ergibt sich, daß gewöhnliche
Chromstähle, welche etwa 5, I2, I8,22 und 27 °% Chrom und etwa o,Io bis o,I5 % Kohlenstoff
enthalten, im gewalzten Zustande eine sehr geringe Dehnung besitzen. Die 5 und 12
°/o Chrom enthaltenden Stähle sind in diesem Zustande ferner sehr hart. Durch Hinzulegieren
von Titan zu diesen Stählen wird in jedem Falle eine erhebliche Zunahme der Dehnung
der gewalzten Stähle bewirkt. Ferner wird die Härte der 5 und I2 %o Chrom enthaltenden
Stähle durch den Titanzusatz erheblich vermindert.
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In den Abschnitten B und C der Tabelle I sind die Eigenschaften von
Stählen mit niedrigerem und höherem Chromgehalt und verschiedener Wärmebehandlung
wiedergegeben. Die Angaben zeigen, daß gewöhnliche Chromstähle durch Ausglühen sehr
weich und dehnbar gemacht werden, während die Eigenschaften titanenthaltender und
im übrigen gleich zusammengesetzter Stähle durch dieselbe Wärmebehandlung nur wenig
geändert werden. Die bei dem Ausglühen titanhaltiger Stähle auftretenden Änderungen
der Härte und Dehnung sind offenbar auf die Beseitigung innerer Spannungen zurückzuführen.
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Wie der Abschnitt D der Tabelle I ergibt, werden titanhaltige Stähle,
die zunächst auf 95o bis 1ooo° C .erwärmt und dann an der Luft gekühlt sind, hierdurch
nicht gehärtet oder weniger dehnungsfähig gemacht. Die Angaben der Tabelle zeigen,
daß gewöhnliche Chron istähle durch die angegebene Wärmebehandlung je nach dein
Chromgehalt mehr oderweniger hart und wenig dehnbar gemacht werden. Titanhaltige
Stähle, die im Ausgangszustand bereits weich und dehnbar waren, werden dagegen bei
dieser Behandlung noch weicher und dehnbarer. Titanhaltige Chromstähle lassen sich
sogar von einer Temperatur von I Ioo° C rasch herunterkühlen, ohne daß eine Härtung
erfolgt.
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Die Stähle der angegebenen Zusammensetzung können zur Beseitigung
der bei der Bearbeitung entstandenen Spannungen bei Temperaturen ausgeglüht werden,
von dendn gewöhnliche Chromstähle gehärtet werden. Dies ist von großer wirtschaftlicher
Bedeutung, weil die mit einer geeigneten Titanmenge versetzten Stähle auf diese
Weise innerhalb weniger Minuten bei verhältnismäßig hohen Temperaturen ausgeglüht
werden können, während die titanfreien Chromstähle erst bei einem mehrstündigen
Ausglühen bei niedrigen Temperaturen weich werden. Bei Anwesenheit eines geeigneten
Titangehaltes ist es auch nicht erforderlich, einen Höchstgehalt von o,I % Kohlenstoff
aufrechtzuerhalten, weil die Stähle auch bei einem etwas höheren Prozentsatz von
Kohlenstoff weich sind. Die Stähle mit hohem Chromngehalt, deren Kohlenstoff an
Titan gebunden ist, weisen ferner, wie dies für Stähle mit den angegebenen Bestandteilen
an sich bekannt ist, eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen oxydierende Mittel auf.
So erleidet bei Einhaltung bestimmter Versuchsbedingungen ein etwa 5 % Chrom und
o,i °1o Kohlenstoff enthaltender Stahl in Salpetersäure einen Gewichtsverlust von
etwa o,2 -g je Ouadratzentimeter und Stunde, während ein mit Titan legierter und
im übrigen gleich zusammengesetzter Stahl unter den gleichen Versuchsbedingungen
weniger als ein Viertel dieser Menge verliert. Eine ähnliche Verbesserung der Widerstandsfähigkeit
gegen Salpetersäure tritt bei titanhaltigen Stählen mit einem Chromgehalt von etwa
7,5 und g 01, Chrom auf. Bei Legierung der Stähle mit Titan bleibt daher
anscheinend praktisch das ganze vorhandene Chrom in fester Lösung und bewirkt so
die hohe Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion.
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Die Menge des verwendeten Titans kann, wie Versuche gezeigt haben,
in weiten Grenzen schwanken. Bei Verwendung eines beträchtlichen Überschusses vog
Titan über die zur Bindung des Kohlenstoffs erforderliche Menge oder bei Bildung
einer verhältnismäßig großen Menge von Titancarbid sind die erhaltenen Stähle aber
etwas weniger weich und dehnbar als diejenigen, in denen diese Überschüsse vermieden
sind. Trotzdem kann in einigen Fällen ein wesentlicher Überschuß von Titan vorhanden
sein, ohne d'aß die ausgezeichneten Eigenschaften der Legierung, insbesondere ihre
Dehnung und Weichheit, vernichtet werden. Zur Erzielung eines möglichst weichen
Stahles soll das Verhältnis des Titans zum Kohlenstoff v@enigstens etwa .q. : i
betragen. Der Anteil des Titans kann erhöht werden, ohne daß dieses die durch. ihn
erzielte vorteilhafte Wirkung beeinträchtigt. Die Titanmenge, welche im Überschuß
zu der für das q. : i-Verhältnis erforderlichen Menge vorhanden ist, sollte jedoch
nicht 1,5 und vorzugsweise nicht etwa i % des gesamten Stahles überschreiten.
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In der umstehenden Tabelle I I sind die Eigenschaften eines typischen
Chromstahles mit wechselndem Titangehalt dargestellt. Die Angaben zeigen im einzelnen,
daß bei Anwesenheit von zu viel Titan der Stahl eine größere Härte bekommt, wenn
er bei Temperaturen ausgeglüht und gekühlt wird, bei denen die titanfreien Chromstähle
in der Regel weich gemacht werden.
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Sobald der Chromgehalt bei Stählen mit geringem Kohlenstoffgehalt
allmählich über i2
% ansteigt, sinkt die mit diesen Stählen erzielbare Härte.
Bei einem Chromgehalt von über etwa 16 °/o können die Stähle durch
| Tabelle II |
| A. Eigenschaften des gewalzten Stahles |
| Streck- Zug- Dehnung Quer- Erichsen- |
| Cr C Ti grenze |
| ^festigkeit Schnitts- Wert Brinell- |
| (1 =4d. ver- in mm härte |
| o 11/0 in kg/qmm °/ min erung (1 n1 |
| %o %o %o ro %o Blecllstärke) |
| I2,62 0,I2 - I05 129 3 8 5,0 387 |
| 12,63 0,12 0,30 11o 123 7 16 5,0 321 |
| 12,32 O,14 0,72 25 45 27 72 7,0 126 |
| I2,68 o,o6 0,53 27 44 28 63 7,0 I26 |
| I3,00 0,I0 2,25 44 72 22 40 5,5 I70 |
| 13,79 0,04 - 89 I07 6 I3 5,5 170 |
| B. Eigenschaften des 4 Stunden auf 725 bis 725' C erhitzten |
| und luftgekühlten Stahles |
| I2,62 0,12 - 37 56 30 73 7,5 149 |
| 12,63 0,12 0,30 57 73 22 65 7,6 I66 |
| I2,32 0,I4 0,72 27 44. 28 70 7,5 I21 |
| I2,68 0,ö6 0,53 22 42 34 68 8,5 114 |
| 13,00 o,10 2,25 37 80 I2 12 5,9 202 |
| 13.79 0,04 - 28 50 28 70 7,9 I34 |
Wärmebehandlung nicht merklich gehärtet werden. Steigt der Chromgehalt bis auf 20
% und mehr, so wird die Neigung zümn Hartwerden. weiter verringert. Selbst bei derartigen
Stählen ist aber ein längeres, vielstündiges Ausglühen erforderlich, um sie dehnbar
zu machen. Durch Hinzulegieren von Titan zu derartigen Stählen werden diese bereits
in gewalztem Zustande dehnbar. Der Titanzusatz ist also auch bei Stählen, die etwa
30 % Chrom enthalten, vorteilhaft. Die Dehnung des gewalzten, Titan enthaltenden
Stahles kann natürlich durch Ausglühen unter Beseitigung der bei der Bearbeitung
entstandenen Spannungen weiter erhöht werden.
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Es wurden auch andere Metalle, wie beispielsweise Uran, Molybdän und
Wolfram, Chromstählen hinzugefügt und die Eigenschaften der erhaltenen Stähle untersucht.
Es zeigte sich, daß die Stähle selbst bei Gegenwart merklicher Mengen dieser Metalle
im gewalzten Zustand noch verhältnismäßig hart sind. Es können also nicht alle Carbid
bildenden Metalle als äquivalent für Titan betrachtet werden.
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Zur Erzielung der gewünschten Weichheit der Stähle sollte der Kohlenstoffgehalt
nicht etwa 0,5 % überschreiten. Vorzugsweise wird im Falle der Verwendung von Stählen,
welche bis zu etwa 160% Chrom enthalten, ein Kohlenstoffgehalt von nicht mehr als
etwa o,2 %, bei Stählen, welche annähernd 16 bis 30% Chrom enthalten, ein Kohlenstoffgehalt
von nicht mehr als etwa 0,3 % verwendet..
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Es ist in manchen Fällen erwünscht, einen Teil des Kohlenstaftes in
Verbindung mit dem Eisen und dem Chrom zu lassen. Wird beispielsweise ein Stahl
benötigt, der eine gewisse Härte hat, so kann ein Stahl mit einem hohen Chromgehalt
und etwa o,2 bis o,5 °/0 Kohlenstoff verwendet werden, dessen Kohlenstoffgehalt
annähernd zur Hälfte durch Titan gebunden ist. Der Stahl würde in diesem Falle etwa
die gleiche Weichheit haben wie ein unbehandelter Stahl mit etwa o,I bis o,25% Kohlenstoff.
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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 1 % Mangan, I °% Silicium und bis zu etwa I %,lQ zufällige Verunreinigungen
von anderen Metallen oder Metalloiden zugegen sind. - Der Chromgehalt der verwendeten
Legierungen kann zwischen 2 bis 30 °/o schwanken und beträgt vorteilhaft etwa 4
bis °/°.