DE705689C

DE705689C - Verfahren zur Erhoehung der Dauerfestigkeit von Stahl

Info

Publication number: DE705689C
Application number: DEV34226D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hans Kostron
Original assignee: Vereinigte Leichtmetallwerke GmbH
Current assignee: Vereinigte Leichtmetallwerke GmbH
Priority date: 1937-10-19
Filing date: 1937-10-19
Publication date: 1941-05-07

Description

Es ist bekannt, daß die Höhe der Dauerfestigkeit von metallischen Werkstoffen vor allem durch den Qberflächenzustand beeinflußt wird. Daüexbrüche entstehen fast immer an der Oberfläche und sind meist durch Spannungsspitzen verursacht, die aus irgendwelchen Gründen an der Oberfläche auftreten.

Wenn es gelingt, das Spannungsniveau der Oberfläche durch irgendwelche Mittel zu senken, ohne dadurch die von den tiefer liegenden Materialschichten aufgenommenen Spannungen zu beeinflussen, so muß dies zu einer Erhöhung der Dauerfestigkeit führen.

Es ist bekannt, dies wenigstens örtlich zu erreichen, indem Spannungsspitzen, welche durch örtliche Kerben entstanden sind, durch Entlastungskerben erniedrigt werden.

Die vorliegende Erfindung erreicht durch

ao ein grundsätzlich anderes Mittel einen viel weitergellenden Erfolg: Es wird nämlich nicht nur örtlich, sondern auf der ganzen Oberfläche gleichmäßig das Spannungsniveau gesenkt. Dies wird dadurch erreicht, daß man den Stahl mit einer metallischen Deckschicht «5 verschweißt, deren Elastizitätsmodul E_n geringer ist als der Modul Eq des Grundmaterials. In einem solchen Falle ist auch die größte, an der Oberfläche auftretende Spannung im Verhältnis E_B: Eq kleiner als sie sich für unplattierten Werkstoff ergeben würde. Es wurde gefunden, daß eine Erhöhung der Dauer festigkeit immer dann eintritt, wenn das Verhältnis der Dauerfestigkeit des Plattiermaterials a_p zur Dauerfestigkeit des Grundmaterials oq größer ist als das Modulverhältnis,· es muß also sein

Diese Bedingung kann nun für Stahl erfüllt werden, wenn man Plattierungen aus vergütbaren Aluminium- bzw. Magnesiumlegie-

rungen bzw. Al-Legierungen mit hohem Mg-Gehalt anwendet. Die Verbesserung der Dauerfestigkeit, die dabei zu erwarten ist, kann z. B. wie folgt errechnet werden*"·^ *" *« Chrom-Kupfer-Baustahl z. B. hat eine SyI gungsdauerfestigkeit von 28 kg/mm²./\ E-Modul beträgt 21 000 kg/mm². Für eine aushärtbare Aluminiumlegierung mit 4,5°/o Cu, 1,20/0 Mg, 1,40/0 Mn und 0,70/0 Si ist »ο die Schwingungsfestigkeit 14 kg'mm², der E-Madul 7300 kg/mm². Die Verbesserung der Dauerfestigkeit ist in diesem Falle, wenn der Stahl mit der Al-Legierung plattiert wird, gleich

3
28

21OOO .

=: r · 44, el. h. 447,,.

7300 ^ '

Plattiert man denselben Stahl mit einer Magnesiumlegierung (0,500 Al, 0,50/0 Zn, in ι % Mn, Rest Mg), welche eine Schwingungsfestigkeit von 12 kg/mm² und einen E-Modul von 4500 kg/mm² aufweist, so liegen die Ergebnisse noch günstiger: die Verbesserung der Dauerfestigkeit beträgt dann

Ε,,

12

21 000

= 2,00, d. h. 100"/,,. a a Kp 28 4500 "

Besonders günstig ist aber eine Plattierung mit Aluminiumlegierungen der Gattung Al-Mg nach Din 1713 mit Magnesiumgehalten von mindestens 30/0, weil bei diesen nicht nur die Voraussetzungen für die Erhöhung der Dauerfestigkeit gegeben sind, sondern weil diese Legierungen außerdem eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweisen.

Es ist an sich schon früher versucht worden, die Dauerfestigkeit von Stahl durch Plattieren mit Aluminium zu erhöhen. Doch war der Gedankengang, der damals zugrunde lag, ein wesentlich anderer, der sich überdies durch die inzwischen über Dauerfestigkeitsfragen gewonnenen Erkenntnisse als falsch erwiesen hat. Man erwartete, daß die gute Verformbarkeit des ReinaJuminiums auch eine gute Dauerfestigkeit bedingen müßte. Es ist aber dabei nicht beachtet, daß Reinaluminium trotz guter Verformbarkeit nur sehr geringe Dauerfestigkeit hat, wie ja überhaupt äif_v Dauerfestigkeit mit der Verformbarkeit licfits zu tun hat. Eine in derselben Weise

i oben durchgeführte Rechnung ergibt für die Reinaluminiumplattierung folgende Beeinflussung der Dauerfestigkeit (Schwingungsfestigkeit des Reinaluminiums a_F — 6 kg/mm², Modul E_n — 6600 kg/mm²)

a_u Ec, 6 21000 ..

— = 0,68.

ac, Ep 28 6600

Die Reinaluminiumplattierung des als Beispiel gewählten Stahles bringt also nicht nur fi< > keine Besserung, sondern eine Verschlechterung der'Dauerfestigkeit um 3 2 0/0.

Es ist an sich schon vorgeschlagen, Eisenblech mit Magnesiumlegierung mit Zink zu plattieren, um das Eisenblech vor Korrosion ⁶S zu schützen und den Walzprozeß zu verbessern und auch um der Oberfläche durch Beizen eine größerei Anzahl Farbtöne geben zu können, die bei Aluminiumplattierungen nkht zu erhalten sind. Es ist jedoch noch 7« nicht bekannt, daß durch Plattierung mit Aluminium- oder Magnesiumlegierungen eine Erhöhung der Dauerfestigkeit erhalten werden kann.

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung von Verbundwerkstoffen aus Stahl mit einer Plattierung aus Leichtmetallegierungen des Aluminiums oder »o Magnesiums, bei denen das Verhältnis zwischen Dauerfestigkeit und E-Modul größer ist als beim Grundmetall, zur Herstellung von Gegenständen, bei denen es auf hohe Dauerfestigkeit ankommt. «5

2. Verwendung eines Verbundwerkstoffes gemäß Anspruch 1. l>ei dem die Plattierung mit Aluminiumlegierungen der Gattung Al-Mg mit Magnesiumgehalten von mindestens 3 0/0 vorgenommen ist.