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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ausscheidungshärtbare, martensitische nichtrostende Cr-Ni-Ti-Mo-Stahllegierungen
mit einzigartiger Kombination von Spannungsrißkorrosionsbeständigkeit,
Festigkeit und Kerbschlagzähigkeit.
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Hintergrund
der Erfindung
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Bei
vielen technischen Anwendungen, unter anderem in der Flugzeugindustrie,
ist die Verwendung von Bauteilen aus hochfesten Legierungen erforderlich.
Mit dem Ziel der Herstellung derartiger hochfester Legierungen wurden
u. a. ausscheidungshärtbare
Legierungen entwickelt. Bei einer ausscheidungshärtbaren Legierung handelt es
sich um eine Legierung, in der sich in der duktilen Matrix der Legierung
eine Ausscheidung bildet. Die Ausscheidungsteilchen inhibieren Versetzungen
in der duktilen Matrix und festigen dadurch die Legierung.
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Bei
einer der bekannten ausscheidungshärtenden nichtrostenden Stahllegierungen
soll die hohe Festigkeit durch Zusatz von Titan und Niob und Regulierung
des Chrom-, Nickel- und Kupfergehalts zur Gewährleistung einer martensitischen
Struktur geliefert werden. Diese Legierung wird bei verhältnismäßig niedriger Temperatur
geglüht,
damit sich eine möglichst
hohe Zähigkeit
ergibt. Eine derartige niedrige Glühtemperatur ist erforderlich,
damit sich vor der Aushärtung
eine Fe-Ti-Nb-reiche
Laves-Phase bildet. Dadurch wird die übermäßige Bildung von härtenden
Ausscheidungen vermieden und mehr Nickel für die Austenitreversion verfügbar gemacht.
Bei den für
diese Legierung verwendeten niedrigen Glühtemperaturen erfolgt jedoch
keine vollständige
Rekristallisation des Legierungsgefüges. Unter diesen Bedingungen
werden Härtungselementzusätze nicht
effektiv genutzt, und es ergibt sich ein Material, dessen Festigkeit
und Zähigkeit
gegenüber
der Verarbeitung hochempfindlich sind.
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Bei
einem anderen bekannten ausscheidungshärtbaren nichtrostenden Stahl
sind die Elemente Chrom, Nickel, Aluminium, Kohlenstoff und Molybdän in der
Legierung genau aufeinander abgestimmt. Daneben wird der Gehalt
an Mangan, Silicium, Phosphor, Schwefel und Stickstoff gering gehalten,
damit die gewünschte
Eigenschaftskombination der Legierung nicht beeinträchtigt wird.
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Zwar
lieferten die bekannten ausscheidungshärtbaren nichtrostenden Stähle bislang
annehmbare Eigenschaften, jedoch hat sich ein Bedarf an einer Legierung
ergeben, die bessere Festigkeit zusammen mit mindestens der gleichen
Kerbschlagzähigkeit
und Korrosionsbeständigkeit
wie die bekannten ausscheidungshärtbaren,
nichtrostenden Stähle
liefert. Eine Legierung mit höherer
Festigkeit unter gleichzeitiger Erhaltung der Kerbschlagzähigkeit
und Korrosionsbeständigkeit,
insbesondere der Spannungsrißkorrosionsbeständigkeit,
wäre insbesondere
für die
Flugzeugindustrie wertvoll, da Bauteile aus derartigen Legierungen
ein geringeres Gewicht als die gleichen Teile aus gegenwärtig verfügbaren Legierungen
aufweisen könnten.
Eine Verringerung des Gewichts derartiger Bauteile ist wünschenswert,
da sie eine verbesserte Treibstoffausnutzung ergibt.
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Im
Lichte der obigen Ausführungen
wäre es
höchst
wünschenswert, über eine
Legierung zu verfügen, die
eine verbesserte Kombination von Spannungsrißkorrosionsbeständigkeit,
Festigkeit und Kerbschlagzähigkeit
aufweist und sich zudem leicht und zuverlässig verarbeiten läßt.
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In
der eigenen WO-A-97/12073 wird eine ausscheidungshärtende martensitische
nichtrostende Stahllegierung beschrieben, die im wesentlichen aus
etwa max. 0,03 Gewichtsprozent C, max. 1,0 Gewichtsprozent Mn, max. 0,75
Gewichtsprozent Si, max. 0,040 Gewichtsprozent P, max. 0,020 Gewichtsprozent
S, 10–13
Gewichtsprozent Cr, 10,5–11,6
Gewichtsprozent Ni, 1,5–1,8
Gewichtsprozent Ti, 0,25–1,5
Gewichtsprozent Mo, max. 0,95 Gewichtsprozent Cu, max. 0,25 Gewichtsprozent
Al, max. 0,3 Gewichtsprozent Nb, max. 0,10 Gewichtsprozent B, max.
0,030 Gewichtsprozent N und Rest im wesentlichen Eisen besteht.
Eine derartige martensitische nichtrostende Cr-Ni-Ti-Mo-Stahllegierung
soll eine einzigartige Kombination von Spannungsrißkorrosionsbeständigkeit,
Festigkeit und Kerbschlagzähigkeit
aufweisen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, derartige ausscheidungshärtbare martensitische
nichtrostende Cr-Ni-Ti-Mo-Stahllegierungen noch weiter zu verbessern.
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Kurze Darstellung
der Erfindung
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Bei
der erfindungsgemäßen Legierung
handelt es sich um eine ausscheidungshärtende martensitische nichtrostende
Cr-Ni-Ti-Mo-Stahllegierung, die eine einzigartige Kombination von
Spannungsrißkorrosionsbeständigkeit,
Festigkeit und Kerbschlagzähigkeit
liefert.
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Gegenstand
der Erfindung ist erstens ein Verfahren zur Herstellung von ausscheidungshärtbaren, martensitischen
nichtrostenden Stahllegierungen, wie nachstehend in Anspruch 1 dargelegt.
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Gegenstand
der Erfindung sind zweitens ausscheidungshärtbare, martensitische nichtrostende
Stahllegierungen mit einzigartiger Kombination von Spannungsrißkorrosionsbeständigkeit,
Festigkeit und Kerbschlagzähigkeit,
wie nachstehend in Anspruch 8 dargelegt.
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Im
Rahmen der Ansprüche
betragen die allgemeinen, intermediären und bevorzugten Zusammensetzungsbereiche der
erfindungsgemäßen ausscheidungshärtenden,
martensitischen nichtrostenden Stahllegierung in Gewichtsprozent:
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Der
Rest der Legierung besteht aus Eisen, abgesehen von dem in den nachstehenden
Ansprüchen identifizierten
kennzeichnenden Additiv E in den in diesen Ansprüchen angegebenen Mengen und
abgesehen von den in handelsüblichen
Sorten derartiger Stähle
anzutreffenden üblichen
Verunreinigungen und geringen Mengen zusätzlicher Elemente, deren Menge
von wenigen tausendstel Prozent bis zu größeren Mengen, die die gewünschte Eigenschaftskombination
der Legierung nicht maßgeblich
beeinträchtigen,
variieren kann.
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Die
obige tabellarische Aufstellung dient als zweckmäßige Zusammenfassung und soll
weder die unteren und oberen Werte der Bereiche der einzelnen Elemente
der erfindungsgemäßen Legierung
zur Verwendung in Kombination miteinander noch die Bereiche der
Elemente zur alleinigen Verwendung in Kombination miteinander einschränken. So
kann man einen oder mehrere Elementbereiche der allgemeinen Zusammensetzung
in Verbindung mit einem oder mehreren der anderen Bereiche für die übrigen Elemente
in der bevorzugten Zusammensetzung verwenden. Außerdem kann man einen Mindest-
oder Höchstwert
für ein
Element einer bevorzugten Ausführungsform
in Verbindung mit dem Höchst-
oder Mindestwert für
dieses Element aus einer anderen bevorzugten Ausführungsform
verwenden. In der vorliegenden Anmeldung beziehen sich alle Prozentangaben
(%) auf das Gewicht, sofern nicht anders vermerkt.
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Nähere Beschreibung
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Die
einzigartige Kombination von Festigkeit, Kerbschlagzähigkeit
und Spannungsrißkorrosionsbeständigkeit
wird bei der erfindungsgemäßen Legierung
durch Ausbalancierung der Elemente Chrom, Nickel, Titan und Molybdän erreicht.
In der Legierung liegen mindestens 10%, insbesondere mindestens
10,5% und vorzugsweise mindestens 11,0% Chrom vor, um eine Korrosionsbeständigkeit
zu liefern, die der eines herkömmlichen
nichtrostenden Stahls unter oxidierenden Bedingungen entspricht.
In der Legierung liegen mindestens 10,5%, insbesondere mindestens
10,75% und vorzugsweise mindestens 10,85% Nickel vor, da dies die
Kerbschlagzähigkeit
der Legierung verbessert. In der Legierung liegen mindestens 1,5%
Titan vor, was infolge der Ausscheidung einer Nickel-Titan-reichen
Phase bei der Aushärtung
die Festigkeit der Legierung verbessert. Außerdem liegen in der Legierung
auch noch mindestens 0,25%, insbesondere mindestens 0,75% und vorzugsweise
mindestens 0,9% Molybdän
vor, da es zur Kerbschlagzähigkeit
der Legierung beiträgt.
Molybdän verbessert
auch die Korrosionsbeständigkeit
der Legierung in reduzierenden Medien und Umgebungen, die Lochfraß und Spannungsrißkorrosion
fördern.
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Sind
Chrom, Nickel, Titan und/oder Molybdän nicht richtig ausbalanciert,
so wird die vollständige
Umwandlung der Legierung in eine martensitische Struktur unter Verwendung
herkömmlicher
Verarbeitungsmethoden erschwert. Außerdem wird die Fähigkeit
der Legierung, beim Lösungsglühen und
Aushärten
im wesentlichen vollständig
martensitisch zu bleiben, beeinträchtigt. Unter derartigen Bedingungen
wird die Festigkeit der Legierung wesentlich vermindert. Daher sind
die in der in Rede stehenden Legierung vorliegenden Mengen an Chrom,
Nickel, Titan und Molybdän
beschränkt.
Insbesondere ist die Chrommenge auf höchstens 13%, insbesondere auf
höchstens
12,5% und vorzugsweise höchstens
12,0% und die Nickelmenge auf höchstens 11,25%
beschränkt.
Die Titanmenge ist auf höchstens
1,8% und vorzugsweise höchstens
1,7% und die Molybdänmenge
auf höchstens
1,1% beschränkt.
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Schwefel
und Phosphor neigen zur Ausscheidung an den Korngrenzen von Legierungen
dieses Typs. Durch eine derartige Ausscheidung wird die Korngrenzenhaftung
verringert, was die Bruchzähigkeit,
die Kerbschlagzähigkeit
und die Kerbzugfestigkeit der Legierung beeinträchtigt. Die thermomechanische
Verarbeitung eines Produkts aus dieser Legierung mit großem Querschnitt,
d. h. > 0,7 Zoll2 (> 4
cm2) reicht für die Homogenisierung der Legierung
und die Aufhebung des nachteiligen Effekts der Konzentration von
Schwefel und Phosphor an den Korngrenzen nicht aus. Für Produkte
mit großem
Querschnitt gibt man der Legierung als Additiv E vorzugsweise etwas
Cer zu, das durch Kombination mit Schwefel und Phosphor zwecks Erleichterung ihrer
Entfernung aus der Legierung die Bruchzähigkeit, Kerbschlagzähigkeit
und Kerbzugfestigkeit der Legierung verbessert. Damit der Schwefel
und der Phosphor in hinreichendem Maße aus der Legierung abgefangen werden,
beträgt
das Verhältnis
der zugesetzten Cermenge zu der in der Legierung vorhandenen Schwefelmenge
mindestens 1 : 1, insbesondere mindestens 2 : 1 und vorzugsweise
mindestens 3 : 1. Um den Vorteil des Cerzusatzes zu realisieren,
braucht in der Legierung nur eine Spur (d. h. < 0,001%) Cer zu verbleiben. Um jedoch
zu gewährleisten,
daß genug
Cer zugegeben worden ist, und zu verhindern, daß im Endprodukt zu viel Schwefel
und Phosphor verbleiben, liegen gemäß Anspruch 8 in der Legierung
mindestens 0,001% und insbesondere mindestens 0,002% Cer vor. Zu
viel Cer wirkt sich nachteilig auf die Warmformbarkeit und die Bruchzähigkeit
der Legierung aus. Daher ist Cer auf höchstens 0,015% und vorzugsweise
höchstens
0,010% beschränkt.
Das Cer/Schwefel-Verhältnis
der Legierung beträgt
höchstens
15 : 1, insbesondere höchstens
12 : 1 und vorzugsweise höchstens
10 : 1. Anstelle eines Teils des Cers oder des gesamten Cers können in
der Legierung zur Bildung des Additivs E auch Magnesium, Yttrium
oder andere Seltenerdmetalle, wie Lanthan, vorhanden sein.
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Zur
Verbesserung anderer wünschenswerter
Eigenschaften kann die Legierung auch noch zusätzliche Elemente wie Bor, Aluminium,
Niob, Mangan und Silicium in kontrollierten Mengen enthalten. Insbesondere können in
der Legierung bis zu 0,010% Bor, insbesondere bis zu 0,005% und
vorzugsweise bis zu 0,0035% Bor zur Verbesserung der Warmformbarkeit
der Legierung vorhanden sein. Zur Lieferung des gewünschten Effekts
liegen in der Legierung mindestens 0,001% und vorzugsweise mindestens
0,0015% Bor vor.
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Die
Legierung kann zur Verbesserung der Streckgrenze und der Bruchfestigkeit
Aluminium und/oder Niob enthalten. Insbesondere können in
der Legierung bis zu 0,25%, insbesondere bis zu 0,10%, noch besser bis
zu 0,050% und vorzugsweise bis zu 0,025% Aluminium vorliegen. Außerdem können in
der Legierung bis zu 0,3%, insbesondere bis zu 0,10%, noch besser
bis zu 0,050% und vorzugsweise bis zu 0,025% Niob vorliegen. Zwar
sind bei Vorliegen von Aluminium und/oder Niob in der in Rede stehenden
Legierung höhere Streckgrenzen- und Bruchfestigkeitswerte
erhältlich,
jedoch geht die höhere
Festigkeit zu Lasten der Kerbschlagzähigkeit. Daher werden Aluminium
und Niob auf die üblichen
Rest gehalte beschränkt,
wenn die bestmögliche
Kerbschlagzähigkeit
gewünscht
ist.
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In
der Legierung können
als Rückstände aus
Schrottquellen oder desoxidierenden Zusätzen bis zu 1,0%, insbesondere
bis zu 0,5%, noch besser bis zu 0,25% und vorzugsweise bis zu 0,10%
Mangan und/oder bis zu 0,75%, insbesondere bis zu 0,5%, noch besser
bis zu 0,25% und vorzugsweise bis zu 0,10% Silicium vorliegen. Derartige
Zusätze
sind von Vorteil, wenn die Legierung nicht vakuumgeschmolzen wird.
Der Mangan- und/oder Siliciumgehalt wird wegen der schädlichen
Auswirkungen auf die Zähigkeit,
die Korrosionsbeständigkeit
und die Austenit-Martensit-Phasenbalance im Matrixmaterial vorzugsweise
niedrig gehalten.
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Der
Rest der Legierung besteht aus Eisen, abgesehen von den in handelsüblichen
Sorten von für
einen ähnlichen
Verwendungszweck vorgesehenen Legierungen anzutreffenden üblichen
Verunreinigungen. Die Gehalte dieser Elemente werden so reguliert,
daß sie
die gewünschten
Eigenschaften nicht beeinträchtigen.
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Insbesondere
werden durch zuviel Kohlenstoff und/oder Stickstoff die Korrosionsbeständigkeit
und in hohem Maße
die Zähigkeit
der in Rede stehenden Legierung beeinträchtigt. Daher liegen in der
Legierung höchstens
0,03%, insbesondere höchstens
0,02% und vorzugsweise höchstens
0,015% Kohlenstoff vor. Außerdem
liegen in der Legierung höchstens
0,030%, insbesondere höchstens
0,015% und vorzugsweise höchstens
0,010% Stickstoff vor. Liegen Kohlenstoff und/oder Stickstoff in
größeren Mengen
vor, so verbinden sich diese Elemente mit Titan unter Bildung von
titanreichen nichtmetallischen Einschlüssen. Durch diese Reaktion wird
die Bildung der Nickel-Titan-reichen Phase, die bezüglich der
hohen Festigkeit der in Rede stehenden Legierung einen Hauptfaktor
darstellt, inhibiert.
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Man
hält den
Phosphorgehalt niedrig, da er die Zähigkeit und Korrosionsbeständigkeit
beeinträchtigt. Demgemäß liegen
in der Legierung höchstens
0,040%, insbesondere höchstens
0,015% und vorzugsweise höchstens
0,010% Phosphor vor.
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In
der Legierung liegen höchstens
0,020%, insbesondere höchstens
0,010% und vorzugsweise höchstens
0,005% Schwefel vor. Größere Schwefelmengen
fördern
die Bildung von titanreichen nichtmetallischen Einschlüssen, die
wie Kohlenstoff und Stickstoff den gewünschten Festigungseffekt des
Titans inhibieren. Außerdem
beeinträchtigen
größere Schwefelmengen
die Warmformbarkeit und die Korrosionsbeständigkeit der in Rede stehenden
Legierung sowie deren Zähigkeit,
insbesondere in Querrichtung.
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Ein
zu hoher Kupfergehalt beeinträchtigt
die Kerbschlagzähigkeit,
Duktilität
und Festigkeit der in Rede stehenden Legierung. Daher enthält die Legierung
höchstens
0,95%, insbesondere höchstens
0,75%, noch besser höchstens
0,50% und vorzugsweise höchstens
0,25% Kupfer.
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Zum
Aufschmelzen, Gießen
oder Bearbeiten der erfindungsgemäßen Legierung sind keinerlei
spezielle Methoden erforderlich. Bevorzugte Aufschmelz- und Frischverfahren
sind das Vakuuminduktionsschmelzen (VIM) oder das Vakuuminduktionsschmelzen
mit nachgeschaltetem Wiederaufschmelzen mit Vakuum-Lichtbogen (VAR),
wenngleich auch andere Verfahrensweisen in Betracht kommen. Die
bevorzugte Methode zur Bereitstellung von Cer in der in Rede stehenden
Legierung besteht in der Zugabe von Mischmetall während des
VIM. Das Mischmetall wird in einer zur Bereitstellung der benötigten Cermenge,
wie oben besprochen, ausreichenden Menge in den fertigen gegossenen
Rohblock zugegeben. Außerdem
kann man die in Rede stehende Legierung nach pulvermetallurgischen
Methoden herstellen, falls dies gewünscht ist. Darüber hinaus
kann man die mechanische Festigkeit der Legierung durch Kaltformgebung
verbessern, wenngleich die erfindungsgemäße Legierung warm- oder kaltgeformt
werden kann.
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Die
erfindungsgemäße ausscheidungshärtende Legierung
wird zur Entwicklung der gewünschten
Eigenschaftskombination lösungsgeglüht. Dabei
sollte die Lösungsglühtemperatur
hoch genug sein, um die unerwünschten
Ausscheidungen im wesentlichen vollständig im Legierungsmatrixmaterial
aufzulösen.
Ist die Lösungsglühtemperatur
jedoch zu hoch, so wird die Bruchzähigkeit der Legierung durch
Förderung übermäßigen Kornwachstums
beeinträchtigt.
Die erfindungsgemäße Legierung
wird in der Regel bei 1700 bis 1900°F (927 bis 1038°C) 1 Stunde
lösungsgeglüht und dann
abgeschreckt.
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Gegebenenfalls
kann man die in Rede stehende Legierung nach dem Abschrecken zur
weiteren Entwicklung der hohen Festigkeit der Legierung auch einer
Tiefkühlbehandlung
unterziehen. Dabei wird die Legierung auf eine Temperatur abgekühlt, die
so weit unter der Martensit-Endtemperatur
liegt, daß eine
vollständige
Martensitumwandlung gewährleistet
ist. Bei einer Tiefkühlbehandlung
kühlt man
die Legierung in der Regel etwa 1 Stunde auf unterhalb etwa –100°F (–73°C) ab. Die
Notwendigkeit einer Tiefkühlbehandlung
hängt jedoch
zumindest teilweise von der Martensit-Endtemperatur der Legierung
ab. Ist diese Endtemperatur ausreichend hoch, so läuft die
Umwandlung in eine Martensitstruktur ab, ohne daß eine Tiefkühlbehandlung
notwendig ist. Außerdem
kann die Notwendigkeit einer Tiefkühlbehandlung auch von der Größe des zu
fertigenden Teils abhängen.
Mit zunehmender Größe des Teils
wird die Entmischung in der Legierung stärker und die Anwendung einer
Tiefkühlbehandlung
vorteilhafter. Darüber
hinaus muß man
bei großen
Teilen möglicherweise
die Kühldauer des
Teils verlängern,
um die Umwandlung in Martensit zu vervollständigen. So wurde beispielsweise
gefunden, daß bei
einem Werkstück
mit großem
Querschnitt eine Tiefkühlbehandlung
mit einer Dauer von 8 Stunden zur Entwicklung der für die in
Rede stehende Legierung charakteristischen hohen Festigkeit bevorzugt
ist.
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Die
Aushärtung
der erfindungsgemäßen Legierung
erfolgt nach Methoden, die für
die bekannten ausscheidungshärtenden,
nichtrostenden Stahllegierungen Anwendung finden, wie sie dem Fachmann
bekannt sind. So kann man die Legierungen beispielsweise bei einer
Temperatur zwischen etwa 900°F
(482°C)
und etwa 1150°F
(621°C)
etwa 4 Stunden aushärten.
Bei der Wahl der jeweiligen Aushärtungsbedingungen
berücksichtigt
man, daß (1)
die Bruchfestigkeit der Legierung mit zunehmender Aushärtungstemperatur
abnimmt und (2) die zur Aushärtung
der Legierung bis zu einer gewünschten
Festigkeit erforderliche Zeit mit abnehmender Aushärtungstemperatur
zunimmt.
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Die
erfindungsgemäße Legierung
kann zu verschiedensten Produktformen für verschiedenste Anwendungszwecke
ausgeformt werden und eignet sich für die Herstellung von Barren,
Stangen, Stäben,
Drähten, Bändern, Grobblechen
oder Feinblechen nach üblichen
Verfahren. Die erfindungsgemäße Legierung
eignet sich für
verschiedenste praktische Anwendungen, die eine Legierung mit einer
guten Kombination von Spannungsrißkorrosionsbeständigkeit,
Festigkeit und Kerbschlagzähigkeit
erfordern. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Legierung zur Herstellung
von Bauteilen und Verbindungsteilen für Flugzeuge verwendet werden.
Die Legierung eignet sich aber auch gut zur Anwendung in medizinischen
oder zahnärztlichen
Instrumenten.
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Beispiele
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Zur
Demonstration der einzigartigen Eigenschaftskombination der vorliegenden
Erfindung wurden die Vergleichsbeispiele 1–4 gemäß der WO 97/12073 und die erfindungsgemäßen Beispiele
5–8 mit
den in Tabelle 1 in Gewichtsprozent aufgeführten Zusammensetzungen hergestellt.
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Die
Beispiele 1–8
wurden als Chargen mit einem Gewicht von ungefähr 380 lb (172 kg) hergestellt,
die mittels Vakuuminduktionsschmelzen erschmolzen und zu Elektroden
mit einem Durchmesser von 6,12 Zoll (15,6 cm) gegossen wurden. Vor
dem Gießen
jeder der Elektroden wurden die jeweiligen VIM-Chargen für die Beispiele
5–8 mit
Mischmetall versetzt. Die Menge jeder Zugabe wurde so gewählt, daß nach dem
Frischen eine gewünschte
Cermenge verblieb. Die Elektroden wurden mit Vakuum-Lichtbogen wiederaufgeschmolzen und
zu Rohblöcken
mit einem Durchmesser von 8 Zoll (20,3 cm) gegossen. Die Rohblöcke wurden
auf 2300°F (1260°C) erhitzt
und 4 Stunden bei 2300°F
(1260°C)
homogenisiert. Die Rohblöcke
wurden im Ofen auf 1850°F
(1010°C)
abgekühlt
und vor dem Verarbeiten auf der Schmiedepresse 10 Minuten bei 1850°F (1010°C) gehalten.
Dann wurden die Rohblöcke
folgendermaßen
auf der Schmiedepresse zu 5 Zoll (12,7 cm) starken quadratischen
Stangen verarbeitet. Das untere Ende jedes Rohblocks wurde zu einem
5 Zoll (12,7 cm) großen Quadrat
gepreßt.
Das Schmiedestück
wurde dann 10 Minuten lang wieder auf 1850°F (1010°C) erhitzt, wonach das obere
Ende zu einem 5 Zoll (12,7 cm) großen Quadrat gepreßt wurde.
Die geschmiedeten Stangen wurden an der Luft von der Endtemperatur
abgekühlt.
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Die
erhaltenen 5 Zoll (12,7 cm) starken quadratischen Stangen gemäß den Beispielen
1–4, 6
und 7 wurden in zwei Hälften
geschnitten, wobei die Barren vom oberen und untern Ende separat
identifiziert wurden. Jeder Barren vom unteren Ende wurde wieder
auf 1850°F
(1010°C)
erhitzt, 2 Stunden gehalten, auf der Schmiedepresse zu 4,5 Zoll
(11,4 cm) mal 2,75 Zoll (6,98 cm) starken Stangen verarbeitet und
an der Luft auf Raumtemperatur abgekühlt. Jeder Barren vom oberen
Ende wurde wieder auf 1850°F
(1010°C)
erhitzt und 2 Stunden bei dieser Temperatur gehalten. Für die Beispiele
1–4, 6
und 7 wurde jeder aus dem oberen Ende erhaltene Barren dann auf
der Schmiedepresse zu 4,5 Zoll (11,4 cm) mal 1,5 Zoll (3,8 cm) starken
Stangen verarbeitet und an der Luft auf Raumtemperatur abgekühlt.
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Die
5 Zoll (12,7 cm) starken quadratischen Stangen gemäß den Beispielen
5 und 8 wurden in Drittel bzw. Hälften
geschnitten. Dann wurden die Barren wieder auf 1850°F (1010°C) erhitzt,
2 Stunden gehalten, auf der Schmiedepresse zu 4,5 Zoll (11,4 cm)
mal 1,625 Zoll (4,13 cm) starken Stangen verarbeitet und dann an
der Luft auf Raumtemperatur abgekühlt.
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Unter
Bezugnahme auf die Beispiele 1–8
wurden die Stäbe
gemäß jedem
Beispiel vorgedreht, was Prüfkörper für die Glattzug-
und Kerbschlagprüfung
ergab, die die nachstehend in Tabelle 2 aufgeführten Abmessungen aufwiesen.
Jeder Prüfkörper war
zylinderförmig,
wobei die Mitte jedes Prüfkörpers einen
geringeren Durchmesser aufwies, wobei der Mittelteil mit den Endteilen
des Prüfkörpers jeweils über einen
Minimalradius verbunden war. Außerdem
wurden aus der geglühten
Stange maschinell CVN-Prüfkörper (ASTM
E 23–96)
und Kompaktzugblöcke
für die
Bruchzähigkeitsprüfung (ASTM
E399) hergestellt. Alle Prüfkörper wurden
1 Stunde bei 1800°F
(982°C)
lösungsgeglüht und dann
mit Wasser abgeschreckt, entweder 1 oder 8 Stunden bei –100°F (–73°C) kältebehandelt,
dann an der Luft erwärmt
und dann entweder bei 900°F
(482°C)
oder 1000°F
(538°C)
4 Stunden ausgehärtet
und dann an der Luft abgekühlt.
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Zu
den bestimmten mechanischen Eigenschaften gehören die 0,2%-Streckgrenze (0,2%-SG),
die Bruchfestigkeit (BF), die prozentuale Dehnung bei vier Durchmessern
(% Dehnung), die prozentuale Brucheinschnürung (% BE) und die Kerbschlagzähigkeit
(KSZ), die Raumtemperatur-Kerbschlagzähigkeit
nach Charpy (CVN) und die Raumtemperatur-Bruchzähigkeit (KIc).
Die Ergebnisse der Bestimmungen sind in den Tabellen 3–6 aufgeführt.
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Die
hier verwendeten Ausdrücke
und Begriffe dienen nur zur Beschreibung und nicht zur Einschränkung, wobei
die Verwendung derartiger Ausdrücke
und Begriffe jegliche Äquivalente
und beschriebenen Merkmale oder von Teilen davon keineswegs ausschließen soll,
sondern im beanspruchten Schutzbereich der vorliegenden Erfindung
verschiedene Änderungen
vorgenommen werden können.
