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Technisches
Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Stahldraht und eine Feder mit besseren Ermüdungseigenschaften und ein
Verfahren zur Herstellung eines solchen Stahldrahts und einer solchen
Feder.
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Stand der
Technik
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Stahldrahtfedern, die 0,6 bis 0,8
Masse-% C, 0,15 bis 0,35 Masse-% Si und 0,3 bis 0,9 Masse-% Mn enthalten,
sind im Fachgebiet bekannt. Ein solcher Stahldraht wird hergestellt,
indem er durch die Schritte von Walzen → Patentieren (Erhitzen zum γ-Phasenübergang → isotherme
Transformation) → Drahtziehen → (Aufwickeln:
wenn er zu Federn verarbeitet werden soll) → Spannungsabbautemperung (bei
300 ± 30°C).
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EP-B-0218167 offenbart einen gezogenen
Stahldraht mit hoher Zugfestigkeit, der eine ausgezeichnete Duktilität aufweist
und einen Stahl umfaßt,
der 0,4 bis 1,0 Gew.-% C, 2,0 Gew.-% oder weniger Si, 0,2 bis 2 Gew.-%
Mn, 0,02 Gew.-% oder weniger P, 0,02 Gew.-% oder weniger S und 0,01
Gew.-% oder weniger N enthält
und gegebenenfalls weiter enthält:
mindestens einen Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus
0,05 bis 3 Gew.-% Cr, 0,01 bis 1 Gew.-% Mo, 0,01 bis 1 Gew.-% W,
0,05 bis 3 Gew.-% Cu, 0,1 bis 5 Gew.-% Ni und 0,1 bis 5 Gew.-% Co
und/oder mindestens einen Bestandteil, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus
Al, Ti, Nb, V, Mg und Ca in einer Menge von jeweils 0,001 bzw. 0,1
Gew.-% und 0,0003 bis 0,05 Gew.-% B, Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen,
wobei der Stahl eine Festigkeit σ zwischen
(0,05 σ +
23) und (0,35 σ – 28) kgf/mm2 auf seiner Oberfläche, abhängig von seiner Festigkeit σ besitzt.
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Es ist jedoch ziemlich schwierig
zu sagen, dass solche Stahldrahtfedern wie die zuvor erwähnten weder
im Hinblick auf ihre thermische Beständigkeit noch auf ihre Ermüdungsfestigkeit
zufriedenstellend sind. Zwischenzeitlich ist es für zahlreiche
Stahldrähte,
einschließlich
Paralleldrähte,
bekannt, dass die thermische Beständigkeit durch Erhöhung des
Si-Gehalts verbessert werden kann. In dieser Hinsicht variiert jedoch
der Zweck der Verwendung von Stahldrähten mit guter thermischer
Beständigkeit
mit ihren speziellen Verwendungen, die thermische Beständigkeit
für den
Fall des Paralleldrahts zielt im wesentlichen auf die Begrenzung
der Änderung
der Zugspannung (tensile strength), des Drahts ab, die klein ist,
wenn er galvanisiert wird (bei 450°C für 30 Sekunden). Andererseits
schließen
im Fall solcher Federn, die mit Automotoren im Zusammenhang stehen,
für welche
der erfindungsgemäße Stahldraht
vorgesehen ist, wichtige Überlegungen
ein, die bleibende Dehnung im Temperaturbereich von etwa 100 bis
200°C klein
zu halten und gleichzeitig die gewünschten Ermüdungseigenschaften zu bieten.
Folglich kann die einfache Anwendung einer chemischen Zusammensetzung
eines solchen Paralleldrahts auf einen Federdraht keine zufriedenstellenden
Eigenschaften bewirken, die für
ein Federmaterial ausreichen. Das heißt, während der Si-Zusatz in einem
Paralleldraht Berichten zufolge wirksam ist zur Verbesserung seiner
Ermüdungseigenschaften,
ist dies nur eine Geschichte der Ermüdung unter wiederholtem Zug,
welche sich wesentlich von den Ermüdungseigenschaften unterscheidet,
die für
ein Federmaterial erforderlich sind. Es wurde gezeigt, dass eine
Abnahme der Oberflächenhärte die
Ermüdungseigenschaften
einer Stahldrahtfeder mit einem hohen Si-Gehalt bedeutend beeinflussen,
obwohl ihr Einfluß auf die
Ermüdungseigenschaften
in einem Paralleldraht klein ist.
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Es ist ebenso bekannt, dass ein Stahldraht
mit sowohl verbesserter thermischer Beständigkeit als auch Ermüdungsfestigkeit
(Öl-getemperter
Draht) erhalten werden kann, indem im letzten Schritt der Herstellung
des Stahldrahts abgeschreckt und getempert wird; ein solches Abschreck-
und Temperungsverfahren trägt
jedoch zu den Kosten bei.
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Entsprechend ist es ein Hauptziel
der vorliegenden Erfindung, einen Stahldraht und eine Feder mit
einer hohen thermischen Beständigkeit
und hohen Ermüdungsfestigkeit
bereitzustellen, die ohne Anwendung eines Abschreck- und Temperungsverfahrens
hergestellt werden können,
nämlich
mit einem Ziehverfahren hergestellt werden können, sowie ein Verfahren zur
Herstellung eines solchen Stahldrahts und einer solchen Feder.
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Offenbarung
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung stellt
einen Stahldraht zur Verfügung,
der eine Perlitstruktur aufweist und 0,8 bis 1,0 Masse-% C und 0,8
bis 1,5 Masse-% Si enthält,
worin im Querschnitt des Stahldrahts die durchschnittliche Härte im Bereich
von bis zu 100 μm
von seiner Oberfläche
mindestens um 50 höher
ist als diejenige des inneren Bereichs auf Basis der Mikro-Vickershärte. Dieser
Stahldraht hat eine hohe thermische Beständigkeit und Ermüdungsfestigkeit
und ist besonders geeignet für
Federstahldraht. Insbesondere ist es bevorzugt, dass der tiefere
Bereich eine durchschnittliche Härte
von 500 oder darüber
hat und dabei der äußere Bereich
eine durchschnittliche Härte
hat, die um mindestens 150 höher
ist als diejenige des tieferen Bereichs auf Basis der Mikro-Vickershärte.
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Vorzugsweise kann der Stahldraht
ferner 0,03 bis 0,1 Masse-% Mo enthalten. Ferner kann er 0,3 bis 0,9
Masse-% Mn und/oder 0,2 Masse-% oder weniger Cr enthalten. Um eine
ausreichende Ermüdungsfestigkeit
zu bieten, hat dieser Stahldraht vorzugsweise eine Zugfestigkeit über 1.900
N/mm2. Zusätzlich ist es bevorzugt, dass
der Stahldraht eine Oberflächenkompressions-Restspannung
von 300 MPa oder darüber
besitzt.
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Ferner ist ein Verfahren zur Herstellung
des erfindungsgemäßen Stahldrahts
dadurch gekennzeichnet, dass er die folgenden Schritte umfasst:
Schneiden (Schälen)
eines Stahldrahts mit Perlitstruktur, der 0,8 bis 1,0 Masse-% C
und 0,8 bis 1,5 Masse-% Si enthält;
Patentieren des resultierenden Stahldrahts und Ziehen des patentierten
Stahldrahts; Verarbeiten des resultierenden gezogenen Stahldrahts
durch eine Spannungsabbautemperung bei 350 bis 450°C; anschließende Durchführung eines
Kugelstrahlverfahrens (Strahlhämmerverfahrens)
mit dem so verarbeiteten Stahldraht. Dieses Herstellungsverfahren
kann den erfindungsgemäßen Stahldraht
herstellen, ohne auf ein Abschreck- und Temperungsverfahren zurückgreifen
zu müssen,
und kann einen Stahldraht mit hoher thermischer Beständigkeit
und Ermüdungsfestigkeit
mit niedrigen Kosten herstellen.
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Zur erfindungsgemäßen Verarbeitung des Stahldrahts
in eine Feder kann ferner ein Aufwickelverfahren zwischen den Verfahren
des Ziehens und der Spannungsabbautemperung durchgeführt werden.
Es kann ebenso bevorzugt sein, anschließend an die Spannungsabbautemperung
ein Nitridierungsverfahren vorzusehen. Ferner kann es bevorzugt
sein, eine sekundäre
Spannungsabbautemperung bei etwa 250°C nach dem zuvor beschriebenen
Strahlhämmern
oder nach dem Nitridierungs- und dem anschließenden Strahlhämmerverfahren.
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Nachfolgend werden die vorgenannten
erfindungsgemäßen Merkmale
ausführlicher
diskutiert.
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Chemische
Zusammensetzung
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C: Die untere Grenze des C-Anteils
wurde auf Basis der Ermüdungsfestigkeit
bestimmt, während
seine obere Grenze auf Basis der Ziehfähigkeit des Grads bestimmt
wurde.
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Si: Si ist ein chemisches Element,
das essentiell erforderlich ist für die Verbesserung der thermischen Beständigkeit.
Wenn sein Anteil niedriger ist als die vorgenannte untere Grenze,
wird keine ausreichende thermische Beständigkeit erzielt, während der
resultierende Stahldraht stärker
zu Oberflächenfehlern
neigt, wenn der Si-Anteil größer als
seine obere Grenze ist.
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Mo: Mit einem Mo-Anteil unterhalb
seiner oben beschriebenen unteren Grenze wird er einen kleineren Effekt
auf die Verbesserung der thermischen Beständigkeit und Ermüdungsfestigkeit
des Stahldrahts haben, während
sein Anteil, der die obere Grenze übersteigt, die Zeit verlängert, die
erforderlich ist für
das Patentieren, was zu einer verringerten Produktivität führt.
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Mn: Mn wird zugesetzt zur Verbesserung
der Abschreck-Härtbarkeit
des Stahldrahts. Ein Mn-Anteil, der die obere Grenze übersteigt,
erhöht
tendenziell die Entmischung und verringert die Ziehbarkeit des Drahts.
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Cr: Die vorgenannte untere Grenze
wird festgelegt, weil mit einem Cr-Anteil, der dieses Niveau übersteigt,
eine längere
Patentierungszeit erforderlich wird, was zu einer niedrigeren Produktivität führt.
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Schneiden (Schälen)
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Ein Zweck des Schälverfahrens ist es, eine Schicht
geringer Härte
auf der Oberfläche
des Stahldrahts zu entfernen. Die Ermüdungseigenschaften werden durch
Entfernung dieser äußeren Schichten
mit einer Mikro-Vickershärte,
die mindestens um 50 niedriger ist als diejenige des inneren Bereichs
des Stahldrahts, verbessert.
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Spannungsabbautemperung
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Das Spannungsabbautemperungsverfahren
wird bei 350 bis 450°C
angewandt zur Verbesserung der Ermüdungseigenschaften resultierender
Federn. Indem bei Temperaturen in diesem Bereich getempert wird, können Spannungen
des Stahldrahts, die im Verlauf seiner Zieh- und Aufwickelverfahren
verursacht werden, wirksam entfernt werden. Solch hohe Temperaturen,
denen der Stahldraht während
seiner Spannungsabbautemperung ausgesetzt wird, verringern aufgrund
seines Si-Anteils nicht die Festigkeit des resultierenden Stahldrahts.
Eine Temperungstemperatur unterhalb der unteren Grenze hat nur eine
geringe Wirkung auf die Verbesserung der Ermüdungseigenschaften, während sich
die Festigkeit und Ermüdungsfestigkeit
des Drahts beide verringern, wenn die Temperatur bei der Temperung
seine obere Grenze übersteigt.
Eine bevorzugte Temperungszeit kann im Hinblick auf die Wirkungen
und die Produktivität
etwa 20 Minuten sein.
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Kugelstrahlen (Strahlhämmern)
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Um eine hohe Ermüdungsfestigkeit sicherzustellen,
erfordert ein Federdraht eine hohe Oberflächenhärte und eine große Kompressionsspannung.
Da die Spannungsabbautemperung im wesentlichen die Spannungen aus
dem Stahldraht entfernt, wird es leichter, in einem Strahlhämmerverfahren
dem Draht eine Spannung zu verleihen und folglich haben die resultierenden
Stahldrähte
und -federn eine ausgezeichnete Ermüdungsfestigkeit.
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Nitridierung
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Wenn sie zur Verleihung von Restspannung
der Nitridierung unterzogen werden, haben die Drahtseile des Standes
der Technik eine verringerte Festigkeit in ihrer Matrixstruktur
und folglich können
solche Drahtseile keine ausreichende Restspannung haben, auch wenn
sie durch Nitridierung und Strahlhämmern behandelt werden. Da
der erfindungsgemäße Stahldraht
mit einem erhöhten
Si-Anteil eine verbesserte Wärmebeständigkeit
besitzt und nur eine kleine Verringerung der Matrixfestigkeit erfährt, kann
die verliehene Kompressionsspannung wirksam zur Verbesserung der
Ermüdungsfestigkeit
beitragen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Schaubild, das einen Zusammenhang zwischen der Temperatur bei
der Spannungsabbautemperung und der Amplitudenspannung an der Ermüdungsgrenze
zeigt.
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2 ist
ein Schaubild, das eine Verteilung der Härte über den Querschnitt jedes Stahldrahts
zeigt;
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3 ist
ein Schaubild, das einen Zusammenhang zwischen dem Si-Anteil und
der Amplitudenspannung an der Ermüdungsgrenze zeigt;
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4 ist
ein Schaubild, das einen Zusammenhang zwischen der Verteilung der
Härte über den
Drahtquerschnitt und unterschiedlichen Strahlbedingungen beim Strahlhämmern zeigt;
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5 ist
ein Schaubild, das eine Verteilung der Härte über die Querschnitte von Stahldrähten zeigt, die
durch Nitridierung und/oder Strahlhämmern bearbeitet wurden;
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6 ist
ein Schaubild, das einen Zusammenhang zwischen den Si-Anteilen und
den Amplitudenspannungen an der Ermüdungsgrenze von Stahldrähten zeigt,
die durch Nitridierung und/oder Strahlhämmern bearbeitet wurden.
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Beste Ausführungsform
der Erfindung
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Experimentalbeispiel 1
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100 kg schwere Barren mit in Tabelle
1 gezeigten chemischen Zusammensetzungen wurden jeweils in einer
Vakuumschmelzanlage schmelzgegossen und die resultierenden gegossenen
Produkte wurden durch Warmschmieden und Walzen in Drahtstäbe mit einem
Durchmesser von jeweils 11 mm verarbeitet.
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Die resultierenden Drahtstäbe wurden
geschält,
um Oberflächenschichten
bis zu 10 mm Durchmesser zu entfernen und dann wurden die geschälten Drahtstäbe unter
den unten angegebenen Bedingungen der Patentierung, dem Ziehen und
der Spannungsabbautemperung unterzogen und so in Stahldrähte mit
Perlitstruktur verarbeitet.
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Patentieren: 950°C → Bleibad bei 580°C
Ziehen:
10 mm Durchmesser → 4
mm Durchmesser
Spannungsabbautemperung: bei 300°C, 350°C, 400°C, 450°C, 500°C für jeweils
20 Minuten.
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In diesem Experiment wurden drei
Typen von Stahldraht-Probenstücken hergestellt,
unter denen die Stahldraht-Probenstücke des
bevorzugten Beispiels 1 und Vergleichsbeispiels 1 aus einem Material
mit der selben chemischen Zusammensetzung hergestellt wurden, jedoch
die Probenstücke
des letztgenannten Beispiels nicht durch Strahlhämmern bearbeitet wurden, während im
Vergleichsbeispiel 2 Probenstücke
aus einem Material, das eine signifikant kleinere Menge Si enthielt,
hergestellt wurden, indem sie wie im bevorzugten Beispiel 1 durch
Strahlhämmern
bearbeitet wurden, wie in Tabelle 1 oben gezeigt. Diese drei Typen
von Stahldraht-Probenstücken
wurden ferner einer sekundären
Spannungsabbautemperung (bei 250°C
für 20
Minuten) unterzogen. Das Strahlhämmern
wurde für
20 Minuten durchgeführt
unter Verwendung von gleich großen Stahlkugeln
mit 0,3 mm Durchmesser. Dann wurden die resultierenden Probenstücke einem
Ermüdungsversuch
auf einem Nakamura-Umlaufbiegetestgerät unterzogen, wobei der minimale
Widerstand-Ermüdungsschwellenwert
auf das 10fache der Anwendung der Biegespannung eingestellt wurde.
Die Testergebnisse davon sind in 1 angegeben.
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Wie in 1 zu
sehen ist, weisen die Stahldrähte
des bevorzugten Beispiels 1, die mit Strahlhämmern bearbeitet wurden, eine
bessere Ermüdungsfestigkeit
mit den höchsten
Spannungsausschlägen
an der Ermüdungsgrenze
von den anderen auf. Die Probenstücke von Vergleichsbeispiel
1, die ohne Strahlhämmern
hergestellt wurden, und die Probenstücke von Vergleichsbeispiel
2 mit einem niedrigen Si-Anteil, die mit Strahlhämmern hergestellt wurden, zeigen
beide eine geringere Ermüdungsgestigkeit.
Dabei ergibt die Spannungsabbautemperung ein zufriedenstellendes
Ergebnis im Temperaturbereich von 350 bis 450°C.
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Dann wurde ebenso die Härteverteilung über den
Querschnitt für
jede dieser drei Typen von Stahldrähten bestimmt. Für die Messung
der Härte
wurde die Temperatur für
die Spannungsabbautemperung für
Probenstücke
des bevorzugten Beispiels 1 und des Vergleichsbeispiels 1 auf 400°C eingestellt
und für
die Probenstücke
des Vergleichsbeispiels 2 auf 300°C.
Die Testergebnisse davon sind in 2 angegeben.
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Wie in 2 gezeigt,
hatten die Probenstücke
von Vergleichsbeispiel 1, bei denen das Strahlhämmern weggelassen wurde, eine
geringere Härte
in einem Bereich nahe der Oberfläche,
während
die Probenstücke des
bevorzugten Beispiels 1 und des Vergleichsbeispiels 2 eine höhere Härte in ihren
entsprechenden Oberflächenbereichen
besaßen.
Zusätzlich
zeigten die Probenstücke
des bevorzugten Beispiels 1 eine allgemein größere Härte über ihre Querschnitte im Vergleich
zu den Probenstücken
des Vergleichsbeispiels 2. Wie in 2 zu
sehen ist, besaßen
insbesondere die Probenstücke
des bevorzugten Beispiels 1 eine durchschnittliche Härte von
675 Hmv (Mikro-Vickershärte)
im Bereich von bis zu 100 μm
von der Oberfläche,
wobei ihre Bereiche weiter innen eine Härte von 620 Hmv beibehielten,
was relativ hoch war im Vergleich zu ähnlichen Stahldrähten des
Standes der Technik, wie sie durch Vergleichsbeispiel 1 repräsentiert
werden.
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Außerdem besaßen die Stahldraht-Probenstücke der
entsprechenden obigen Beispiele die folgenden Zugfestigkeiten:
| Bevorzugtes
Beispiel 1: | 2.140
N/mm2 |
| Vergleichsbeispiel
1: | 2.130
N/mm2 |
| Vergleichsbeispiel
2: | 1.960
N/mm2. |
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Experimentalbeispiel 2
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Als nächstes wurde dasselbe Verfahren
wie im vorgenannten bevorzugten Beispiel 1 wiederholt, wobei variierende
C- und Si-Anteile verwendet wurden, und die resultierenden Stahldrähte wurden
in der selben Weise wie im obigen Experimentalbeispiel 1 einem Ermüdungsversuch
unterzogen. In diesem Experiment wurde die Spannungsabbautemperung
für Probenstücke mit
einem Si-Anteil von 0,2 Masse-% bei 300°C für 20 Minuten durchgeführt und
für andere
Probenstücke
bei 400°C
für 20
Minuten. Die Testergebnisse sind in 3 angegeben.
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In 3 zeigt
die mit (x) markierte Kurve ein Scheitern der Experimente an, bei
denen so häufig
Fehler im Verfahren auftraten, dass im wesentlichen keine Probenstücke hergestellt
werden konnten und somit kein Ermüdungsversuch durchgeführt werden
konnte. Wie sich aus dem Schaubild der
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3 ergibt,
reichen bevorzugte C- und Si-Anteile von 0,7 bis 1,0 Masse-% bzw.
0,8 bis 1,5 Masse-%.
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Experimentalbeispiel 3
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Ferner wurden in der selben Weise
wie im bevorzugten Beispiel 1 des vorgenannten Experimentalbeispiels
1 (außer
dass die Bedingungen bei der Spannungsabbautemperung auf 400°C für 20 Minuten
beschränkt
waren) vier Typen Stahldraht-Probenstücke jeweils unter vier variierten
Bedingungen beim Strahlhämmern
hergestellt, und die resultierenden Probenstücke wurden auf ihre Härteverteilung über ihren
Querschnitt hin untersucht. Die Bedingungen beim Strahlhämmern wurden
variiert, indem das Material beim Strahlhämmern und/oder die Zeit des
Strahlhämmerns
variiert wurden.
4 zeigt
die Testergebnisse. Wie im Schaubild von
4 zu sehen ist, konnte das angewandte
Strahlhämmern
Stahldraht-Probenstücke
ergeben, bei denen in ihren Querschnitten die durchschnittliche
Härte im äußeren Bereich
von bis zu 100 μm
von ihrer Oberfläche
mindestens um 50 höher
ist als diejenige des inneren Bereichs auf Basis der Mikro-Vickershärte. Die
getesteten Probenstücke
besaßen
jeweils die folgenden Amplitudenspannungen an der Ermüdungsgrenze:
| Probenstück A: | 575
N/mm2 |
| Probenstück B: | 590
N/mm2 |
| Probenstück C: | 660
N/mm2 |
| Probenstück D: | 690
N/mm2. |
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Experimentalbeispiel 4
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Materialien mit den unten angegebenen
chemischen Zusammensetzungen wurden jeweils den selben Verfahren
wie im zuvor beschriebenen Experimentalbeispiel 1 bis zum Spannungsabbautemperungs-Schritt (außer dass
die Bedingungen bei der Spannungsabbautemperung auf nur 400°C für 20 Minuten
beschränkt waren)
unterzogen und dann mit den jeweiligen entsprechenden Verfahren
zu Stahldraht-Probenstücken
(der bevorzugten Beispiele 2, 3 und des Vergleichsbeispiels 31 verarbeitet,
sowie die resultierenden Probenstücke auf ihre Härteverteilung über ihre
Querschnitte untersucht.
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Bevorzugtes Beispiel 2
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Strahlhämmern, gefolgt von sekundärer Spannungsabbautemperung
Chemische
Zusammensetzung: C: 0,82, Si: 1,35, Mn: 0,51, Cr: 0,09 Masse-%.
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Bevorzugtes Beispiel 3
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Nitridierung gefolgt von Strahlhämmern und
sekundärer
Spannungsabbautemperung
Chemische Zusammensetzung: C: 0,82,
Si: 1,35, Mn: 0,51, Cr: 0,09 Masse-%.
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Vergleichsbeispiel 3
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Nitridierung gefolgt von Strahlhämmern und
sekundärer
Spannungsabbautemperung
Chemische Zusammensetzung: C: 0,82,
Si: 0,21, Mn: 0,50, Cr: 0,09 Masse-%.
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Das Strahlhämmern und die sekundäre Spannungsabbautemperung
wurden unter den selben Bedingungen wie im obigen Experimentalbeispiel
1 durchgeführt,
wobei die Nitridierung bei 450°C
für 2 Stunden durchgeführt wurde.
Die Testergebnisse sind in 5 gezeigt.
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Wie im Schaubild von 5 zu sehen ist, hatten die Probenstücke des
bevorzugten Beispiels 2 im Bereich innerhalb von 100 μm von der
Oberfläche
eine Oberflächenhärte, die
etwa 55 Hmv höher
war als diejenige in einem inneren Bereich über den Querschnitt, während in
den Probenstücken
des bevorzugten Beispiels 3 die Oberflächenhärte etwa 150 Hmv höher war
als die Härte
in seinem inneren Bereich. Zusätzlich besaßen das
bevorzugte Beispiel 3 ebenso wie 2 im inneren Bereich eine durchschnittliche
Härte von über etwa
520 Hmv, was relativ hoch war im Vergleich mit ähnlichen Strahldrähten des
Standes der Technik. Im Gegensatz dazu erfuhren die Probenstücke des
Vergleichsbeispiels 3 dadurch eine wesentliche Verringerung der Festigkeit,
dass sie im Nitritierungsschritt hohen Temperaturen ausgesetzt wurden,
und folglich besaßen
sie im inneren Bereich eine niedrige Härte von etwa 470 Hmv mit einer
wesentlich niedrigeren Oberflächenhärte im Vergleich
zu einem der zwei bevorzugten Beispiele.
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Ferner wurde das selbe Verfahren
wie im vorgenannten bevorzugten Beispiel 3 wiederholt, indem variierende
C- und Si-Anteile verwendet wurden, und die resultierenden Stahldrähte wurden
einem Ermüdungsversuch
unterzogen, um die Amplitudenspannungen an der Ermüdungsgrenze
zu bestimmen. Die Testergebnisse sind in 6 angegeben. Wie im Schaubild von 6 zu sehen ist, vergrößert sich
die Amplitudenspannung an der Ermüdungsgrenze mit den C- und
Si-Anteilen. Ein Si-Anteil von 2,0 Masse-% führte jedoch zu einem Scheitern
des Experiments, weil im Verfahren häufig Fehler auftraten. Es ist
ebenso zu sehen, dass sich die Amplitudenspannung an der Ermüdungsgrenze
signifikant verringert, wenn der Si-Anteil auf unter 0,5 Masse-%
heruntergeht.
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Als nächstes wurde die Oberflächenkompressions-Restspannung
der Probenstücke
der vorgenannten bevorzugten Beispiele 2, 3 und der Vergleichsbeispiele
getestet. Die Testergebnisse sind in Tabelle 2 unten zusammen mit
der Härte
an ihrer Oberfläche
und in inneren Bereichen angegeben.
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Wie in Tabelle 2 oben gezeigt, besitzen
beide bevorzugten Beispiele 2 und 3 eine hohe Oberflächenkompressions-Restspannung und
erreichen so verbesserte Ermüdungsfestigkeit
und sind somit am besten geeignet für Federstahldrähte.
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Industrielle Anwendbarkeit
der Erfindung
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Wie hierin vollständig beschrieben, kann der
erfindungsgemäße Stahldraht,
der eine hohe Hitzebeständigkeit
und hohe Ermüdungsbeständigkeit
besitzt, wirksam für
Federdrähte
verwendet werden. Insbesondere ist der erfindungsgemäße Stahldraht
am besten geeignet für
Federn im Zusammenhang mit Automotoren. Abgesehen davon kann der
erfindungsgemäße Stahldraht
für PC-Stahllitzendraht,
Steuerkabel, Stahlcords, Paralleldrähte usw, verwendet werden.
