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Bauteile des Fahrzeug- oder Motorenbaus Als Werkstoff für Bauteile
im Fahrzeug- und Motorenbau (Seitenwellen, Achsen, Zahnräder, Kurbelwellen, Teile
der Steuerung) sind vor Einführung der Chrom-Molybdän-Stähle mit oder ohne Vanadinzusätzen
vielfach Chrom- und Chrom-Nickel-Stähle verwendet worden, die je nach Querschnitt,
Einbaufestigkeit und Beanspruchung mit Wolfram, Molybdän oder Vanadin einzeln oder
mehrfach legiert waren und einer Einsatz- oder einer Vergütungsbehandlung unterworfen
wurden.
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Um die nickellegierten Stähle durch nickelfreie zu ersetzen, wurden
für das gleiche Verwendungsgebiet Chrom-Molybdän-Stähle etwa folgender Zusammensetzung
geschaffen 0,x2 bis 0,q.5°/0 Kohlenstoff, 0,6o bis r,20 °/o Mangan, o,go bis 2,50"/,)
Chrom, o,io bis 0,30°/o Molybdän, o,zo bis 0,250/, Vanadin. Dabei beträgt der Kohlenstoffgehalt
bei Einsatzstählen etwa 0,z2 bis
0,230/" bei Vergütungsstählen 0,25 bis 0,450/,.
Der Vanadingehalt wurde wahlweise zugegeben.
Die Versuche, bei diesen
Stählen Molybdän einzusparen, ergaben wesentliche Schwierigkeiten. Fehlt nämlich
das Molybdän, dann muß insbesondere bei stärkeren Querschnitten der Werkstücke der
Mangangehalt insbesondere für Luftvergütung gesteigert werden. Infolge des Fehlens
des Molybdäns und der Steigerung des Mangangehaltes vergrößert sich aber die Gefahr
der Versprödung durch die Anlaßsprödigkeit. So zeigen z. B. Stähle mit 0,25 bis
0,40 % Kohlenstoff, 0,8o bis
7,3004 Mangan, 1,5o bis 3,0o % Chrom in den
für solche Verwendungszwecke üblichen Festigkeitsbereichen bis herauf zu 14o kg/mm2
stark schwankende Kerbschlagzähigkeitswerte. Bei einem Stahl mit 0,30 % Kohlenstoff,
1,82% Mangan, 0,6o % Silizium, 2,21% Chrom, 0,13% Vanadin wurde gemäß nachstehender
Zahlentafel bei Anlaßtemperaturen für Festigkeiten von etwa 140 kg/mm2 und darunter
eine wesentliche Versprödung festgestellt, die die Verwendung eines derartigen molybdänfreien
Werkstoffes für die genannten Verwendungszwecke zum Teil vollkommen in Frage stellt.
| Zahlentafel I |
| AnlaB- Streckgrenze Festigkeit Dehnung d 5 Einschnitt Kerb-
Kerb- |
| temperatur zäwgkeit zähigkeit |
| °C kg/mm2 kg/mm2 °/o 0/a mkg/cm2 Mittelwert |
| 00 1455 1587 11,6 40,8 5,3 bis 47 |
| 4 148,0 163,6 11,6 40,8 3,9 bis 3,4 } 4.3 |
| 137,7 158,o 12,0 39,2 47 bis 5,3 o |
| 45 139,0 16o,2 12,0 39,2 5,o bis 5,0 J 5' |
| 130,0 151,7 11,0 37,6 4,6 bis 5,o |
| 5°° 128,6 150,2 11,0 42,2 4,2 bis 3,4 j 4.3 |
| 134,0 140,0 10,0 39,2 1,7 bis 1,7 |
| 550 131,3 141,5 8,o 26,o 1,4 bis 2,o 1'7 |
Bei den Versuchen, die zu den in der Tafel genannten Werten führten, wurden jeweils
zwei Zerreißproben bei den entsprechenden Temperaturen und zu jeder Zerreißprobe
zwei Kerbschlagproben geprüft. Wie die Aufstellung zeigt, sinkt die Kerbschlagzähigkeit
von 4,3mkg%cm2bei15okg/mm2Festigkeitauf i,7mkg/cm2 bei 140 kg/mm2 Festigkeit.
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Erfindungsgemäß bestehen bei normalen Temperaturen beanspruchte Achsen,
Steuerungsteile, Seitenwellen, Kurbelwellen und Zahnräder für den Fahrzeug-und Motorenbau
aus Stählen mit etwa 0,5o bis o,650/, Kohlenstoff, über 1,0o bis 1,50% Mangan, 1,0o
bis 2,5004 Chrom, 0,2o bis i,oo % Silizium, o bis 0,25% Vanadin, Rest Eisen
mit den üblichen Verunreinigungen, und sie sind ohne Aufkohlen unter Anwendung von
Anlaßtemperaturen um etwa 250°C auf eine Festigkeit von über i80 kg/mm2, vorzugsweise
über 195 kg/mm2, vergütet. Sie besitzen Festigkeits- und Kerbschlagzähigkeitswerte,
die selbst für lebenswichtige Bauteile ausreichen.
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Die bemerkenswerte Eignung der gemäß der Erfindung zu verwendenden
Stähle für die genannten Verwendungszwecke ist auch deshalb überraschend, weil allgemein
die Ansicht vertreten wird, daß ein hoher Kohlenstoffgehalt bei Vergütungsstählen
eine zu geringe Zähigkeit bei hohen Festigkeiten und Beanspruchungen bedingt. Deshalb
ist auch bei den einleitend angegebenen, früher für die gleichen Zwecke benutzten
Chrom-Molybdän-Stählen der Kohlenstoffgehalt auf höchstens 0,45 0/0 begrenzt worden,
lag praktisch aber meist viel niedriger, um insbesondere für lebenswichtige Teile
eine möglichst hohe Zähigkeit vorliegen zu haben. Bei Chrom-Vanadin-Stählen, bei
denen Kohlenstoffgehalte über o,45 % vorliegen, sind in den Behandlungs- und Verwendungsvorschriften
(Normen) Anlaßtemperaturen von über 500°C und Festigkeitshöchstgrenzen von i20 kg/mm'
vorgeschrieben worden.
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In der Literatur sind für Stähle mit o,45 bis 0,55
0/0 Kohlenstoff,
maximal 0,40 % Silizium, 0,4 bis o,8 0/0 Mangan, o,8 bis 1,501, Chrom und 0,15 bis
0,25% Vanadin Festigkeiten von 14o bis 16o kg/mm2 unter Anwendung von Anlaßtemperaturen
von 25o bis 450'C erwähnt worden, jedoch nur für Zahnräder.
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Es fehlte demnach sowohl in den Normen als auch in der übrigen Literatur
die Erkenntnis, daß hochkohlenstoffhaltige Chrom Mangan-Vanadin-Stähle der angegebenen
Zusammensetzung nach Vergütung höhere als die in den Normen bzw. der Literatur vorgeschlagenen.
Werte, nämlich auf über Z80 kg/mm2 Festigkeit,
vorzugsweise über
195 kg/mm2, Bauteile für den Fahrzeug- und Motorenbau ergeben, die sowohl in der
Fertigung als auch im Betrieb außerordentliche Vorteile bieten.
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Ein weiterer Vorteil der gemäß der Erfindung zu verwendenden Stähle
liegt darin, daß bei verwickelter Formgebung die Luftvergütung angewendet werden
kann, wodurch ein Verzeihen bei der Wärmebehandlung nicht oder nur in einem so geringen
Umfange auftritt, daß keine wesentliche Nachbearbeitung durch Schleifen od. dgl.
nötig ist.
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Zur weiteren Erläuterung und zum Nachweis der Eignung dieser Stähle
sind im folgenden Versuchsergebnisse aufgeführt. Es wurden mehrere Schmelzen mit
verschiedenen Kohlenstoff-, Mangan- und Chromgehalten geprüft.
| Zahlentafel Il |
| Stahlgruppe Schmelze C Mn si p S Cr V |
| 1588 0,36 1,12 0,73 o,oi9 0,031 2,38 0,23 |
| 1 1589 0,39 1,45 o,76 0,013 0,030 2,38 0,23 |
| 1592 0,43 1,48 o,69 0,015 0,018 2,35 0,23 |
| 1591 0,50 1,1o 0,73 0,o18 0,027 2,42
0,23 |
| 2 1594a o,61 1,12 o,69 o,oi8 0,030 2,45 0,22 |
| 1595 0,58 1,52 0,78 0,015 0,026 2,41 0,25 |
Die bei diesen Stählen ermittelten Kerbschlagzähigkeitswerte und Festigkeitseigenschaften
sind in nachstehenden Tabellen wiedergegeben:
| Zahlentafel III |
| Kerbzähigkeit in mkg/cm2 in Abhängigkeit der Anlaßtemperatur |
| Härtetemperatur goo°C Luft, Anlaßtemperatur Zoo bis 650°C i
Stunde |
| Schmelze Gehärtet 200°C 250 0 C 300 0 C
350°C 400°C 4500C 500 0 C 550 1 C 600°C
650°C |
| 1588 6,2 6,o 8,2 6,7 4,9 4,9 5,0 4,0 2,4 3,7 7,2 |
| 1589 4,7 5,8 6,7 6,7 4,4 3,1 4,7 3,7 2,9 2,5 6,7 |
| 1592 2,0 2,6 4,5 4,1 3,1 4,3 4,1 2,0 4,0 |
| 4@2 5,0 |
| 1591 2,4 i,9 3.6 3,5 3,7 3,3 3,2 3,6 2,9 2,8 6,2 |
| =594a 1,6 2,4 3,5 3,4 2,8 3,5 3,9 3,9 3,4 3,9 7,6 |
| 1595 1,1 1,0 2,9 2,3 2,0 2,2 3,0 3,8 2,8 2,7
5,7 |
Die Stahlgruppe i ist zum Nachweis des Einflusses des Kohlenstoffgehaltes angeführt,
da diese Stähle abfallende Kerbschlagzähigkeitswerte zeigen.
| Zahlentafel IV |
| Abhängigkeit der Festigkeit in kg/mm2 von der Anlaßtemperatur |
| Härtetemperatur 90o° C Luft, Anlaßtemperatur Zoo bis
650'C i Stunde |
| Schmelze Gehärtet 200° C 1 250°C 1 300°C
1 350°C 1 400°C 1 450°C I 500° C 1 550°C 1 600°
C I 650° C |
| Nr. angelassen |
| 1588 162,5 177,0 177,0 170,o i7o,o 164,0 151,0 151,0
143,0 132,0 110,0 |
| 1589 174,8 177,o 177,o i7o,o i7o,o 164,0 151,0 151,0 143,0
132,0 107,0 |
| 1592 181,6 181,6 181,6 177,0 177,0 162,2 162,2 151,0 151,0
138,o 114,0 |
| 1591 181,6 181,6 181,6 177,0 177,0 177,0 162,2 156,7 146,2
143,0 110,0 |
| 1594a 196,5 196,5 188,2 188,2 181,6 i7o,o 162,2 156,7 151,0
138,o iio,o |
| 1595 204,0 196,5 196,5 188,2 181,6 177,0 168,3 162,2 151,0
143,0 iiO,O |
Die Kerbschlagzähigkeit der Stähle der Gruppe 2 ist bei niedrigen
Anlaßtemperaturen zwar geringer, aber für die Verwendung im gehärteten und schwach
entspannten Zustand bis zu einer Anlaßtemperatur von etwa
250'C, die der
üblichen Anlaß- bzw. Entspannungstemperatur von einsatzgehärteten oder im Durferritbad
gehärteten Zahnrädern entspricht, bestehen technisch keine Bedenken.
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Daher ist es erfindungsgemäß möglich, die obengenannten Bauteile aus
den erfindungsgemäß zu verwendenden Stählen mit hohem Kohlenstoffgehalt ohne Einsatz-
oder Durferrithärtung zu fertigen und sie unter Anwendung von Anlaßtemperaturen
um etwa 250°C auf hohe Festigkeit, z. B. (gemäß Zahlentafel IV) auf Festigkeiten
über i80 bzw. über 195 kg/mm2 gebracht, zu verwenden.
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Infolge des Einflusses des veränderlichen Mangangehaltes auf die Härtetiefe
ist die Verzugsneigung zu steuern, an Nacharbeit zu sparen und gleichmäßigere bzw.
höhere Festigkeit auch im Kern möglich. Es ergibt sich eine weitere Möglichkeit
zur Erzielung einer höheren Sicherheit bei der Möglichkeit der Gewichtseinsparung
und höherer Belastung. Der Verschleißwiderstand bleibt auch bei fortschreitender
Abnutzung erhalten, er liegt also nicht nur bei einer so dünnen Oberflächenschicht
vor wie bei einsatzgehärteten Teilen, auch gegen wechselnde bzw. schlagartige Belastung
ist infolge höherer Zähigkeit hohe Sicherheit gegeben.
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Ähnliche Feststellungen, z. B. geringere Kernfestigkeit, höherer Verschleiß
nach Abnutzung der dünnen, aufgekohlten Schicht, geringere Kerbschlagzähigkeit und
höherer Verzug, gelten auch für die insbesondere für ölgehärtete Zahnräder verwendeten
Vergütungsstähle aus den Güten VC 135 mit Kohlenstoff = 0,3o bis 0,45, Mangan =
0,5o bis 0,8o, Chrom = o,go bis 1,2o sowie Fliegernormstahl 1458 für Öl- und Lufthärtung
mit Kohlenstoff = 0,37 bis o,45 0/0, Mangan = 1,0o bis 1,2o 0/0, Chrom =
2,00 bis 2,30 %, Molybdän = höchstens 0,30%.
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Es ist schon vorgeschlagen worden, Stähle mit Kohlenstoff = 0,2o bis
0,6o 0/0, Mangan = 1,0o bis 2,500/0, Silizium = 0,2o bis 1,50%, Chrom = 0,5o bis
2,0o 0/0, Rest Eisen und Verunreinigungen für Radreifen zu verwenden. Bekanntlich
liegt aber bei Radreifen die Festigkeit im allgemeinen unter ioo kg/mm2 und kann
im Höchstfalle 1i0 kg/mm2 betragen (vgl. Werkstoffhandbuch »Stahl und Eisen«, 1937
Blatt Q 42-5). Es sind Stähle mit Kohlenstoff bis 0,40 0/0, Silizium = o,1 bis 10/0,
Mangan = o,a bis 20/0, Chrom = o,oi bis 1,5 0/a zur Herstellung geschweißter Bauteile
vorgeschlagen worden. Die erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle sollen aber nur
zu ungeschweißten Teilen verwendet werden, da wegen ihrer lufthärtenden Eigenschaften
beim Schweißen in den Übergangszonen sich eine erhöhte Schweißrissigkeit ergeben
würde, die auch durch keine Nachbehandlung nach dem Schweißen mehr beeinflußt werden
kann.