DE879193C

DE879193C - Verguetung von aluminogenetischem Stahl fuer Schweisszwecke

Info

Publication number: DE879193C
Application number: DEG2518D
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dr Sander
Original assignee: TH Goldschmidt AG
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1944-01-22
Filing date: 1944-01-22
Publication date: 1953-06-11

Description

Vergütung von aluminogenetische'm Stahl für Schweißzwecke Die Verwendung des bei der .alüminothermischien Reaktion anfallenden Eisens für Schweißzwecke, insbesondere für Schienenschweißungen, istbekann.t.
Bei der sogenannten Schmelzgußschweißung, bei der eine Lücke über den gesamten Querschnitt der zu verschweißenden Schienen mit alum,inogenetischem Stahl ausgefüllt wird, werden hohe Anforderungen an. die Festiigkeitsei,genschaften des Thermitstahles gestellt, weil das Schweißgut im Kopf der Schiene einen Bestandteil des Schienen, werkstoffes bildet, der hohen, Beanspruchungen ausgesetzt ist. Zu diesem Zweck erhält das Thermiteisen stahlvergütende Zusätze, wie z. B. Mangan, Silicium und Koihlenstoff. Indessen hat es sich erwiesen, daß diese vergütenden Zusätze nicht dazu ausreichen, die Festigkeitseigenschaften des Thermitsta'hles denen des neuzeitlichen Schienenmaterials anzupassen. .So entstehen z. B. ,bei zu geringer Härte des Thermitstahles nach einer gewissen Betriebsdauer an den Schweißstellen sogen@annte Schlaglöcher, die eine Gefährdung sowohl der Schiene als ,auch des rollenden Materials bedingen. Eine Überhärtunig versprädet den T'hermitsbahl und kann zu Stoßbrüchen- führen.
Diese Schwierigkeiten sind durch die Verwendung weiterer Sta'h'lzusätze, wie z. B. von Vanadin und Titan, bei mälßiigen Kohlenstoffgehalten. überwunden worden. Die Zusammensetzung eines zweckmäßig legierten Thermitstah1es für die Schweißung von Schienen mit 7o bis 801,1g/mm2 Zugfestig'keit ist z. B. folgende: Mn r bis r,:20/0, Si o,2 Abis 0,3'10, C o,2,biso,30/a, V o,1 bis 0,15%, Ti 0,o5; bis o,,o8%. Außerdem enthält der . Thermitstahl stets eine geringe Menge Aluminium in: der Größenordnung von 0,2 bis o,30/0.
In -der letzten Zeit sind nur erhebliche Sc'hwierigkeiten; bei der Gewinnung eines geeigneten Thermitstahles dadurch entstanden, daß infolge einer stanken Verknappung von Orig.inal-Hütten-Aluminium nur noch Umschmelz.aluminium aus -der Verwertung der Abfäfle der leichtmetallverarbeitenden Industrie zur Verfügung steht, wobei fast alle handelsüblichen Legierungen außer größeren Mengen an Eisen, Silicium und Mangan mehr oder weniger .größere Mengen Kupfer enthalten.
Eingehende Untersuchungen haben nun ergeben, daß Umschmelzaluminium mit 3 bis 4°/o Kupfer unbedenklich bei ,der Herstellung der Schweißmasse für die s.ogenannte kombinierte Schienen:-schweißüng verwendet werden kann, weil bei -dieser Schweißart nur der Steg und der Fuß der Schienen durch eben Thermitstahl miteinander legiert werden, während die Lücke im Kopf der Schienen, durch ein Schweißblech ausgefüllt wird. Der Kopf der Schiene wird bei der Schweißung nur von der, bei der aluminothermischen Reaktion anfallenden Tonerdeschlacke umhüllt und: dadurch auf Schweißhitze gebracht. Vermittels eines -geeigneten Apparates wird der Kopf der Schiene nach Erreie'hung der erforderlichenTemper.atur durchDruckverschwei'ßt. Für diese Schweißart genügt ein Thermitstahl, der nur durch Mangan., Silicium und Kohlenstoff vergütet ist. Bei der Schweißung nach dem Schmelzgußverfahren ist jedoch wegen der gesteigerten Anforderungen an die Festigkeitseigenschaften -des Thermitstahles eine weitere Vergütung, z. B. durch Vanadin und Titan., erforderlich.
Dabei wurde zunächst nur ein. Teil des: Aluminiums durch kupferhaltiges Umschmelzaluminium ersetzt, um einen zu 'hohen Kupfergehalt des Thermitstahles zu vermeiden, der in Verbindung mit ins-besondere Mangan und Vanadin eine übermäßige Härtung bewirkte.
Weitere Untersuchungen haben -dann jedoch gezeigt, daß es auch möglich ist, nur Umschmelzaluminium, mit. Kupfergehalten von 3 (bis 40/0, wie sie in der Regel bei den leichtmetallverarbeitenden Werke: anfallen., zu verwenden bzw. aluminogeneti.schen Stahl für Schweißzwecke in ausgezeichneter Weise dadurch zu vergüten" daß dem Stahl Kupfer :in Mengen bis zu i,5% zudegiert wird, und zwar insbesondere dann, wenn dabei-die Mengen der anderen an. sich, bekannten stahlvergütenden Zusätze, wie Mangan, Silicium, Vanadin, Titan und Kohlenstoff, in ein geeignetes Verhältnis zu dem Kupfergehalt des Thermitstahles und zueinander ,gebracht bzw. auf den Kupfergehalt des Stahles abgestimmt werden.
So empfiehlt sich z. B. 'bei einem Gehalt des Therm.itsta'hles an Kupfer von, etwa 1,2 bis 1,4%, nachstehendes.Verhältnis der arideren stahlvergütenden Komponenten, in °/0-Teilen des Kupfergehaltes ausgedrückt, einzuhalten: Mn. etwa 6o bis 700/0, Si etwa 2o bis 4o%, C etwa 2o bis 250/0, V etwa zö bis i5 %, Ti etwa bis 5 %, Al etwa 15 bis 25'/0. Höhere Gehalte an Mangan; Vanadin und Aluminium sind -zweckmäßigerweise zu vermeiden. Die ,genaue Einihaltung des zulässigen Aluminiumge'haites, der zweckmäßig 251/o des Kupfergehaltes nicht überschreitet, ist durch sorgfältige Zus:ammensetzung der Thermitmasse hinsichtlich der Aluminiumenge, bezogen auf den Sauerstoffgehalt des verarbeiteten Eisenoxyduloxyds, zu erreichen. Größere Mengen als 1,2 bis i,4% Cu, höchstens 2,50/ö, sind nicht ratsam, weil sonst Rotbrüchigkeit des Thermitstahles eintreten kann. In der Regel wird jedoch ein Überschreiten der angegebenen Grenzen kaum vorkommen, weil die I#',upfergehalte der Umschmelzaluminiumlegierungen selten über etwa 4% liegen. Gegebenenfalls besteht aber auch die Möglichkeit, solches Umschmelzaiuminium in geeignetem Mengenverhältnis mit niedriger legiertem Umschmelzaluminium bzw. mit Original-Hütten-Aluminium zu mischen.
Beim Einhalten der vorgeschriebenen Grenzwerte fällt ein Therm.itstahl an, der bei ausgezeichneter Schweiß:barkeit gute Festigkeitseigenschaften aufweist. Zu erwähnen ist auch die erhöhte Witterumgsbeständibkeit der mit diesem Stahl geschweißten .Schienenstöße.
Im weiteren Verfolg der Untersuchungen ergab sich auch noch die völfig unerwartete und überraschende Tatsache, daß bei gleicher Zusammensetzung ein Thermitstahl mit vorzüglichen Festigkeitseigenschaften und besonders bemerkenswerter ,Keribzähi6-ikeit diann anfällt, wenn das Kupfer in den Thermitstahl teilweise oder völlig nicht über Aluminiumgrieß; sondern als solches, z. B. in Form von Kupferschrott, einlegiert wird, wobei der Kupferschrott entweder der Thermitmasse untermischt oder zusammen mit den übrigen Stahlzusätzen in bekannter Weise eingebracht werden kann.
Bei dieser Art der Einführung von Kupfer in den Stahl ist die Möglichkeit gegeben, die Zusätze an anderen stahlvergütenden Komponenten, wie z, B. Mangan und Vanadi,n, zu erhöhen, um einen Thermitstah.l mit größerer Zugfestigkeit und Härte bei .ausreichender Kerbzähigkeit zu gewinnen:; der zum Verschweißen von Schienen mit einer Festigkeit von 8o; bis 9o kg/mm2 und mehr gut g-e-eignet ist.
Außer den, genannten stahlvergütenden Metallen und Metalleiden hat sich auch der Zusatz von Metallen der Eisen- und'/oder Chromgruppe als günstig erwiesen, die ein.zeiln oder zu mehreren in Mengen bis zu je 5,o 1/o des Kupfergehaltes, zulegiert werden können.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Vergütung von aluminogenetischem Stahl: für Schweißzw.eclze,dadurch gekennzeichnet, daß dem Stahl Kupfer in Mengen Ibis 1,5% ,zul;egiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch, i, dadurch gekenn.zeiohnet, daß die anderen an sich beleannten stahlvergütenden Zusätze, wie Mangan, Siliciu}n, Vanadin, Titan und Kohlenstoff, auf den Kupfergehalt des Stahles abgestimmt werden, vorzugsweise derart, daß, bei einem Kupfergehalt des Stahles von etwa 1,2 bis 1,4% Mangan zu etwa 6o bis. 700/0, Si zu etwa 20 bis 400/a, V zu etwa i o bis i5%, Ti bis etwa 5%, und Kohlenstoff zu etwa 2o bis 25%, in %-Teilen des Kupfergehaltes ausgedrückt, vorliegt.
3. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aluminiumgehalt des al-uminogenetischen Stahles durch entsprechende Bemessung der Aluminiummenge in der aluminothermischen Schweißmasse 251/o des Kupfergehaltes nicht überschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gelkennzeichnet, daß das Kupfer über kupferlegierten Aluminiumgrieß in den aluminogenetischen Stähl bei ,der Reaktion der Schweißmasse eingebracht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche i bis d., dadurch ekennzeichnet, daß das Kupfer als solches, z. B. in Form von Kupferschrott, dem aluminogenetischen Stahl Taulegiert wird.
6. Verfahren. nach einem der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Metalle der Eisengruppe und/oder MetalQe der Chromgruppe einzeln oder zu mehreren in Mengen bis zu je 50°/o des Kupfergehaltes zugesetzt werden.