EP2732061B1

EP2732061B1 - Chrom-molybden-legierung

Info

Publication number: EP2732061B1
Application number: EP12710674.8A
Authority: EP
Inventors: Matthias Kuntz; Friedrich Muehleder
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-05-12
Filing date: 2012-03-13
Publication date: 2017-06-21
Anticipated expiration: 2032-03-13
Also published as: DE102011075697A1; WO2012152477A1; EP2732061A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Chrom-Molybden-Legierung. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine auf 42CrMo4 oder 18CrNiMo7-6 basierende Legierung, die eine Zulegierung von Mangan sowie eine Mikrolegierung von Aluminium, Niob und Stickstoff aufweist.

Stand der Technik

Für viele Anwendungsgebiete werden hochfeste Werkstoffe benötigt. Eine wesentliche Begrenzung der Ausnutzung von hochfesten Werkstoffen ist beispielsweise durch ihre mechanischen Eigenschaften gegeben. Ferner kann die Bauteilherstellroute Limitierungen auferlegen. Gerade für groß dimensionierte Bauteile ist eine große Festigkeit von Bedeutung, da hier oftmals große Kräfte wirken und ein Ersatz von beschädigten Teilen sehr kostenintensiv ist.
Bei der Entwicklung von festen Werkstoffen kann dabei auf Legierungen zurückgegriffen werden, da von diesen bekannt ist, dass sie eine hohe Härte und Zugfestigkeit aufweisen können.
Aus DE 10 2007 021 101 A1 ist ein legierter Stahl bekannt, der in einem Kraftfahrzeug und hier insbesondere in einem Verbrennungsmotor, etwa als Kolben oder als Kolbenbestandteil, Verwendung finden kann. Dieser Stahl basiert auf einem AFP-Stahl und weist die folgende Zusammensetzung auf, angegeben jeweils in Gewichts-%: Kohlenstoff: 0,35-0,50; Silizium: 0,15-0,80; Mangan: 1,20-2,00; Phosphor: 0,00-0,0025; Stickstoff: 0,010-0,035; Chrom: 0,00-0,50; Molybdän: 0,00-0,050; Nickel: 0,00-0,15; Kupfer: 0,00-0,40; Vanadium: 0,13-0,40; Titan: 0,001-0,004; Aluminium: 0,00-0,04; Niob: 0,00-0,05; wobei mindestens zwei der Elemente Vanadium, Aluminium und Niob enthalten sind. Dabei wird ausgeführt, dass ein niedriger Titangehalt von 0,001Gew.-% bis 0,004 Gew.-% ein entscheidender Faktor ist, um mechanische Eigenschaften zu erhalten, die mit den mechanischen Eigenschaften von Vergütungsstählen vergleichbar sind.

Offenbarung der Erfindung

Gegenstand der Erfindung ist eine Chrom-Molybden-Legierung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer Legierung, aufweisend Kohlenstoff in einer Menge von ≥ 0,38 Gew.-% bis ≤ 0,45 Gew.-%; Silizium in einer Menge von ≤ 0,40 Gew.-%; Mangan in einer Menge von ≥ 1,0 Gew.-% bis ≤ 1,3 Gew.-%; Phosphor in einer Menge von ≤ 0,025 Gew.-%; Schwefel in einer Menge von ≤ 0,035 Gew.-%; Chrom in einer Menge von ≥ 0,90 Gew.-% bis ≤ 1,20 Gew.-%; Molybdän in einer Menge von ≥ 0,15 Gew.-% bis ≤ 0,30 Gew.-%; Aluminium in einer Menge von > 0 Gew.-% bis ≤ 0,05 Gew.-%; Niob in einer Menge von > 0 Gew.-% bis ≤ 0,04 Gew.-%, Stickstoff in einer Menge von > 0 Gew.-% bis ≤ 0,015 Gew.-%, gegebenenfalls Phosphor, gegebenenfalls Schwefel und gegebenenfalls Sauerstoff, wobei die Legierungskomponenten zusammen mit einem Rest von Eisen vorliegen und sich so zu 100 Gew-% addieren; und einer Legierung aufweisend Kohlenstoff in einer Menge von ≥ 0,15 Gew.-% bis ≤ 0,20 Gew.-%; Silizium in einer Menge von ≤ 0,40 Gew.-%; Mangan in einer Menge von ≥ 1,0 Gew.-% bis ≤ 1,3 Gew.-%; Chrom in einer Menge von ≥ 1,50 Gew.-% bis ≤ 1,80 Gew.-%; Molybdän in einer Menge von ≥ 0,25 Gew.-% bis ≤ 0,35 Gew.-%; Nickel in einer Menge von ≥ 1,40 Gew.-% bis ≤ 1,70 Gew.-%; Aluminium in einer Menge von > 0 Gew.-% bis ≤ 0,05 Gew.-%; Niob in einer Menge von > 0 Gew.-% bis ≤ 0,04 Gew.%, Stickstoff in einer Menge von > 0 Gew.-% bis ≤ 0,015 Gew.-% gegebenenfalls Phosphor, gegebenenfalls Schwefel und gegebenenfalls Sauerstoff, wobei die Legierungskomponenten zusammen mit einem Rest von Eisen vorliegen und sich so zu 100 Gew-% addieren.

Die erfindungsgemäße Legierung weist eine definierte Zusammensetzung von charakteristischen Legierungselementen auf. Die Basis für die erfindungsgemäße Legierung bilden der Vergütungsstahl 42CrMo4 oder der Einsatzstahl 18CrNiMo7-6. Die Zusammensetzung derartiger Legierungen ist für den Fachmann bekannt. Erfindungsgemäß umfassen eine 42CrMo4-Legierung und eine 18CrNiMo7-6-Legierung insbesondere folgende metallische Verbindungen in den folgenden Konzentrationen, wobei die Konzentrationen in Gewichtsprozent (Gew.-%) angegeben sind (Tabelle 1):

Element	42CrMo4	18CrNiMo7-6
C	≥ 0,38 bis ≤ 0,45	≥ 0,15 bis ≤ 0,20
Si	≤ 0,40	≤ 0,40
Mn	≥ 0,60 bis ≤ 0,90	≥ 0,35 bis ≤ 0,70
P	≤ 0,025	-
S	≤ 0,035	-
Cr	≥ 0,90 bis ≤ 1,20	≥ 1,50 bis ≤ 1,80
Mo	≥ 0,15 bis ≤ 0,30	≥ 0,25 bis ≤ 0,35
Ni	-	≥ 1,40 bis ≤ 1,70

Die an sich bekannten Legierungen 42CrMo4 oder der Einsatzstahl 18CrNiMo7-6 werden erfindungsgemäß modifiziert durch eine Zulegierung von Mangan, wodurch die Menge an Mangan erfindungsgemäß nicht mehr den in der Tabelle 1 genannten Mengen entspricht, sondern darüber liegen, insbesondere in einem Bereich von ≥ 1,0 bis ≤ 1,3 Gew.-%. Ferner weisen die erfindungsgemäßen Legierungen eine Mikrolegierung von Niob, Aluminium und Stickstoff auf. Erfindungsgemäß liegt dabei Aluminium in einer Menge von > 0 Gew.-% bis ≤ 0,05 Gew.-%; Niob in einer Menge von > 0 Gew.-% bis ≤ 0,04 Gew.-% und Stickstoff in einer Menge von > 0 Gew.-% bis ≤ 0,015 Gew.-% vor. Besonders bevorzugt liegt Aluminium in einer Menge von ≥ 0,01 Gew.-% bis ≤ 0,025 Gew.-%; Niob in einer Menge von ≥ 0,01 Gew.-% bis ≤ 0,02 Gew.-% und Stickstoff in einer Menge von ≥ 0,005 Gew.-% bis ≤ 0,010 Gew.-% vor. Ferner kann bei einer auf 18CrNiMo7-6 basierenden Legierung ein Niob-Anteil von ≤ 0,03 Gew.-% ausreichend sein.
Die vorgegebenen Konzentrationen ergeben sich dabei stets zu 100 Gew.-%, wobei der nicht aufgeführte Rest insbesondere durch Eisen (Fe) gegeben ist.
Durch den Zusatz der vorgenannten Mikrolegierungsstoffe wird in der Legierung ein Ausgangszustand generiert, der in weiteren Bearbeitungs- und/oder Wärmebehandlungsschritten zu einem kornfeinenden Effekt in dem Legierungsgefüge führt. Insbesondere verhindern die Mikrolegierungselemente das Kornwachstum bei einer Wärmebehandlung. Erfindungsgemäß ist es daher möglich, mit einer Wärmebehandlungsroute bei einer auf 42CrMo4 basierenden Legierung eine ASTM-Korngröße in einem Bereich von ≥ 12 bis ≤ 13 zu erreichen. Weiterhin kann erfindungsgemäß bei einer auf 18CrNiMo7-6 basierenden Legierung eine ASTM-Korngröße in einem Bereich von ≥ 13 bis ≤ 14 erreicht werden. Dabei wird zur Ermittlung der ASTM-Korngröße (ASTM: American Society for Testing Materials) insbesondere das Schliffbild der Legierung mit der ASTM-Richtreihe stilisierter Korngrenzennetze der Größen 1 (16 Körner / mm²) bis 8 (rund 200 Körner / mm²) in hundertfacher Vergrößerung verglichen.
Der vorgenannte Effekt tritt dabei insbesondere dadurch auf, dass die mikrolegierten Legierungspartner Aluminium und Niob erfindungsgemäß mit dem ebenfalls beigefügten mikrolegierten Stickstoff Carbonitride ausbilden können. Diese intermetallischen Verbindungen lagern sich an den Korngrenzen an und können so das Kornwachstum verhindern und damit zu geringeren Korngrößen führen.
Das hinzugefügte Mangan stabilisiert insbesondere die austenitische Hochtenmperaturphase und verzögert so, beispielsweise bei einer Wärmebehandlung, die Umwandlung dieser Phase in die martensitische Tieftemperaturphase. Dadurch wird der kornfeinende Effekt verstärkt.
Erfindungsgemäß ist es daher insbesondere möglich, Legierungen mit einer geringen Korngröße zu erreichen. Ein feines Korn kann dabei insbesondere für eine gleichmäßigere Verteilung der Verunreinigungen, vollkommenere Isotropie, eine größere Festigkeit, Härte, Zähigkeit und Kerbschlagarbeit sorgen.
Durch die erfindungsgemäße Legierung wird es dabei insbesondere möglich, eine Erhöhung der zyklischen Beanspruchbarkeit und des Widerstands gegen Wälzermüdung zu ermöglichen, wobei die Bauteilherstellroute im Wesentlichen unverändert bleiben kann. Dadurch kann eine Verbesserung der Zuverlässigkeit der Komponenten ohne wesentliche Mehrkosten oder aber ganz ohne Mehrkosten ermöglicht werden. Durch die verbesserten mechanischen Eigenschaften kann dabei beispielsweise die Leistungsdichte von Großgetrieben verbessert werden.
Ferner ist es möglich, Bauteile kompakter auszugestalten, da für vergleichbare mechanische Eigenschaften entsprechend kleinere oder dünnere Bauteile vorgesehen sein können. Dadurch kann bei der Herstellung von entsprechenden Bauteilen Material gespart werden, was erhebliche Kosten sparen kann. Insbesondere für Großgetriebekomponenten ist die Beanspruchbarkeit und/oder das Verhalten unter Wälzkontakt von entscheidender Bedeutung.
Erfindungsgemäß können dabei bestehende Bauteilherstellrouten auf Basis der erfindungsgemäßen Legierung unverändert bestehen bleiben. Änderungen an den Prozessen sind nicht, oder nur unwesentlich und in vernachlässigbarem Aufwand notwendig. Dadurch kann die erfindungsgemäße Legierung auf einfache und kostengünstige Weise ohne die Notwendigkeit von kostenintensiven Umbauten und damit einhergehenden Stillstandszeiten in bestehende Herstellungsprozesse integriert werden. Die erfindungsgemäße Legierung ist auch in bestehenden Prozessen in weiten Bereichen problemlos einsetzbar, was eine vielfältige Anwendungsbreits der erfindungsgemäßen ermöglicht. Das ist insbesondere bei Großgetriebekomponenten von Vorteil, da hier die Bauteilherstellroute auf Grund der Dimensionierung der Bauteile stark eingeschränkt ist.
Die Legierung kann weiterhin Phosphor und/oder Schwefel und/oder Sauerstoff umfassen. Diese Elemente können als Begleitelemente vorkommen und können eine Konzentration in einem dem Fachmann bekannten herkömmlichen Bereich aufweisen. Das Vorhandensein von Phosphor beispielsweise kann insbesondere bei einem Kohlenstoffgehalt ab etwa 0.1% die Festigkeit, insbesondere die Zugfestigkeit, und die Härte, erhöhen und gleichzeitig die Korrosionsbeständigkeit gegen atmosphärische Einflüsse verbessern. Das Vorhandensein von Schwefel kann die Duktilität vermindern, was eine größere Stabilität von Bauteilen insbesondere im Wälzkontakt ermöglicht.
Im Rahmen einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung liegt das Mangan in einer Menge von ≥ 1,0 Gew.-% bis < 1,2 Gew.-% vor, und/oder liegt das Aluminium in einer Menge von > 0,04 Gew.-% bis ≤ 0,05 Gew.-% vor, und/oder liegt der Stickstoff in einer Menge von < 0,010 Gew.-% vor. Mit einer derartigen Zusammensetzung konnten besonders gute Eigenschaften mit Bezug auf Härte und Stabilität gefunden werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die Legierung neben den Legierungsbestandteilen Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Chrom, Molybdän und gegebenenfalls Nickel, Phosphor und Schwefel als weitere Legierungsbestandteile ausschließlich aufweist: Aluminium, Niob, Stickstoff und gegebenenfalls Sauerstoff. Dabei liegen die Legierungsbestandteile insbesondere in den vorbeschriebenen Konzentrationen vor, wobei die Legierungskomponenten zusammen mit einem Rest von Eisen vorliegen und sich so zu 100 Gew-% addieren. Als Legierungskomponente werden dabei insbesondere Stoffe verstanden, die untereinander Mischkristalle ausbilden.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, umfassend die Schritte:

Bereitstellen einer erfindungsgemäßen Legierung,
Formen der Legierung,
Durchführung einer Wärmebehandlung der geformten Legierung.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann auf besonders einfache Weise ein Bauteil hergestellt werden, das aus der erfindungsgemäßen Legierung besteht oder im Wesentlichen aus dieser aufgebaut ist. Dabei wird zunächst eine erfindungsgemäße Legierung bereitgestellt, was nach einem herkömmlichen, dem Fachmann bekannten Verfahren durchführbar ist. Beispielsweise kann die Legierung in einem herkömmlichen Stahlherstellungsprozess bereitgestellt werden, wobei die eigentliche Legierungseinstellung in der Sekundärmetallurgie erfolgt. Im Anschluss daran wird die Legierung geformt, also in eine Form gebracht, die dem herzustellenden Bauteil entspricht. Anschließend wird die geformte Legierung einer Wärmebehandlung unterzogen. Dabei kann die Wärmebehandlung mehrere Funktionen aufweisen. Beispielsweise können durch eine Wärmebehandlung die einzelnen Bestandteile der Legierung homogenisiert werden. Ferner dient eine Wärmebehandlung insbesondere einer Härtung der Legierung. Dies kann beispielsweise für den Fall, dass die erfindungsgemäße Legierung auf einer 18CrNiMo7-6-Legierung basiert, durch ein herkömmliches Mehrfachhärten erfolgen. Dazu kann die geformte Legierung beispielsweise mehrfach auf eine Temperatur in einem Bereich von ≥ 800°C bis ≤ 1200°C erhitzt werden und nach kurzer Zeit des Haltens der Temperatur, abgeschreckt werden. Dieses Verfahren ist für den Fachmann bekannt.
Für den Fall, dass die erfindungsgemäße Legierung aufweist Kohlenstoff in einer Menge von ≥ 0,38 Gew.-% bis ≤ 0,45 Gew.-%; Silizium in einer Menge von ≤ 0,40 Gew.-%; Mangan in einer Menge von ≥ 1,0 Gew.-% bis ≤ 1,3 Gew.-%; Phosphor in einer Menge von ≤ 0,025 Gew.-%; Schwefel in einer Menge von ≤ 0,035 Gew.-%; Chrom in einer Menge von ≥ 0,90 Gew.-% bis ≤ 1,20 Gew.-%; Molybdän in einer Menge von ≥ 0,15 Gew.-% bis ≤ 0,30 Gew.-%; Aluminium in einer Menge von > 0 Gew.-% bis ≤ 0,05 Gew.-%; Niob in einer Menge von > 0 Gew.-% bis ≤ 0,04 Gew.-%, Stickstoff in einer Menge von > 0 Gew.-% bis ≤ 0,015 Gew.-%, gegebenenfalls Phosphor, gegebenenfalls Schwefel und gegebenenfalls Sauerstoff, wobei die Legierungskomponenten zusammen mit einem Rest von Eisen vorliegen und sich so zu 100 Gew-% addieren, kann die Wärmebehandlung insbesondere die folgenden Schritte umfassen:

Erhitzen der Legierung auf eine Temperatur in einem Bereich von ≥ 1000°C bis ≤ 1400°C, Halten der Temperatur für einen Zeitraum in einem Bereich von ≥ 3 Minuten bis ≤ 7 Minuten und Abschrecken der Legierung in einem Zeitraum von ≤ 1 Minute auf eine Temperatur in einem Bereich von ≤ 50°C;
Erhitzen der Legierung auf eine Temperatur in einem Bereich von ≥ 800°C bis ≤ 1000°C, Halten der Temperatur für einen Zeitraum in einem Bereich von ≥ 20 Minuten bis ≤ 45 Minuten und Abkühlen der Legierung in einem Zeitraum von ≤ 1 Minute auf eine Temperatur in einem Bereich von ≥ 550°C bis ≤ 790°C, Halten der Temperatur für einen Zeitraum in einem Bereich von ≥ 60 Minuten bis ≤ 120 Minuten und Abkühlen der Legierung in einem Zeitraum von ≤ 1 Minute auf eine Temperatur in einem Bereich von ≤ 50°C;
Mehrmaliges Erhitzen der Legierung auf eine Temperatur in einem Bereich von ≥ 750°C bis ≤ 1000°C und Halten der Temperatur für einen Zeitraum in einem Bereich von ≥ 10 Sekunden bis ≤ 45 Sekunden, sowie Abkühlen der Legierung auf eine Temperatur in einem Bereich von ≥ 550°C bis ≤ 745°C und Halten der Temperatur für einen Zeitraum in einem Bereich von ≥ 5 Sekunden bis ≤ 10 Sekunden, und anschließendes Abkühlen der Legierung in einem Zeitraum von ≤ 1 Minute auf eine Temperatur in einem Bereich von ≤ 50°C,
Erhitzen der Legierung auf eine Temperatur in einem Bereich von ≥ 750°C bis ≤ 1000°C, Halten der Temperatur für einen Zeitraum in einem Bereich von ≥ 5 Minuten bis ≤ 15 Minuten und Abschrecken der Legierung in einem Zeitraum von ≤ 1 Minute auf eine Temperatur in einem Bereich von ≤ 50°C.

Die Wärmebehandlung ist demzufolge eine Wärmebehandlung umfassend vier Schritte. Die vier Schritte können dabei grundsätzlich auch einzeln und jeder für sich unabhängig von den anderen als einzige Wärmebehandlung oder in einer geeigneten Kombination der einzelnen Schritte durchgeführt werden. Insgesamt werden vorzugsweise bei jedem Aufheizen Aufheizrampen in einem Bereich von ≥ 2°C/s bis ≤ 4°C/s, insbesondere von 3.3°C/s verwendet, wohingegen für jedes Abkühlen Abschreckrampen in einem Bereich von ≥ 25°C/s bis ≤ 75°C/s, insbesondere von 50°C/s, verwendet.
Bei einem ersten Schritt wird ein Lösungsglühen ausgeführt, das insbesondere dazu dient, die einzelnen Legierungsbestandteile zu homogenisieren. Dieses Lösungsglühen wird insbesondere in einem Temperaturbereich von ≥ 1000°C bis ≤ 1400°C, vorzugsweise bei 1200°C für einen Zeitraum von ≥ 3 Minuten bis < 7 Minuten, vorzugsweise von 5 Minuten durchgeführt.
Bei einem zweiten Schritt wird die Legierung einer Zweistufigen Wärmebehandlung ohne zwischenzeitliches Abschrecken unterworfen. Dieser Schritt ist ein sogenanntes FP-Glühen (ferritisch-perlitisch) und dient insbesondere dazu, eine definierte Festigkeit einzustellen. Dieser Schritt wird insbesondere mit Bezug auf die erste Stufe in einem Temperaturbereich von ≥ 800°C bis ≤ 1000°C, vorzugsweise bei 900°C für einen Zeitraum von ≥ 20 Minuten bis ≤ 45 Minuten, vorzugsweise für 30 Minuten und daraufhin mit Bezug auf die zweite Stufe in einem Temperaturbereich von ≥ 550°C bis ≤ 790°C vorzugsweise bei 680°C für einen Zeitraum von ≥ 60 Minuten bis ≤ 120 Minuten, vorzugsweise für 90 Minuten, durchgeführt.
In einem dritten Schritt findet ein sogenanntes Pendelglühen statt. In diesem Schritt wird die Legierung abwechselnd auf eine Temperatur in einem Bereich von insbesondere ≥ 750°C bis ≤ 1000°C, vorzugsweise 850°C erhitzt und folgend auf einen Temperatur in einem Bereich von insbesondere ≥ 550°C bis ≤ 745°C, vorzugsweise 660°C abgekühlt, wobei die jeweilige obere Temperatur für einen Zeitraum in einem Bereich von ≥ 10 Sekunden bis ≤ 45 Sekunden, vorzugsweise 30 Sekunden gehalten wird, und die jeweilige untere Temperatur für einen Zeitraum in einem Bereich von ≥ 5 Sekunden bis ≤ 10 Sekunden, vorzugsweise 7,5 Sekunden gehalten wird. Durch dieses Pendelglühen wird insbesondere der kornfeinende Effekt verstärkt, indem bei der jeweils hohen Temperatur ein Lösungsvorgang stattfindet, wohingegen bei der niedrigen Temperatur entsprechende Carbonitride ausgeschüttet werden. Dadurch wird die Kornbildung verstärkt, weshalb eine Mehrzahl an kleineren Keimen gebildet wird. Durch das Pendelglühen, also eine Vielzahl an entsprechenden Zyklen, wie beispielsweise drei Zyklen, kann dieser Effekt verstärkt werden.
Der vierte Schritt umfasst insbesondere ein Erhitzen der Legierung auf eine Temperatur in einem Bereich von ≥ 750°C bis ≤ 1000°C, insbesondere 850°C, und Halten der Temperatur für einen Zeitraum in einem Bereich von ≥ 5 Minuten bis ≤ 15 Minuten. Dieser Schritt dient insbesondere der Härtung der Legierung.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Bauteil, das eine erfindungsgemäße Legierung umfasst. Dabei sind erfindungsgemäß insbesondere Bauteile umfasst, die einer zyklischen Beanspruchung ausgesetzt sind und insbesondere solche, die eine Wälzbeanspruchung erfahren. Beispielsweise umfassen erfindungsgemäße Bauteile Getriebe und hier insbesondere Großgetriebe beziehungswiese deren Komponenten, wie etwa Zahnräder oder auch stationäre Bauteile im Allgemeinen.
Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung einer erfindungsgemäßen Legierung zur Herstellung eines Bauteils. Dabei ist eine Verwendung insbesondere zur Herstellung für solche Bauteile vorteilhaft, wie sie mit Bezug auf das erfindungsgemäße Bauteil beschrieben sind.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnung veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnung nur beschreibenden Charakter hat und nicht dazu gedacht ist, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigt
Fig. 1 ein schematisches Zeitdiagramm zur Darstellung eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für ein Bauteil umfassend eine erfindungsgemäße Legierung.
In Figur 1 ist ein Zeitdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Bauteils gezeigt. Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Verwendung einer erfindungsgemäßen Chrom-Molybden-Legierung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer Legierung, aufweisend Kohlenstoff in einer Menge von ≥ 0,38 Gew.-% bis ≤ 0,45 Gew.-%; Silizium in einer Menge von ≤ 0,40 Gew.-%; Mangan in einer Menge von ≥ 1,0 Gew.-% bis ≤ 1,3 Gew.-%; Phosphor in einer Menge von ≤ 0,025 Gew.%; Schwefel in einer Menge von ≤ 0,035 Gew.-%; Chrom in einer Menge von ≥ 0,90 Gew.-% bis ≤ 1,20 Gew.-%; Molybdän in einer Menge von ≥ 0,15 Gew.-% bis ≤ 0,30 Gew.-%; Aluminium in einer Menge von > 0 Gew.-% bis ≤ 0,05 Gew.-%; Niob in einer Menge von > 0 Gew.-% bis ≤ 0,04 Gew.-%, Stickstoff in einer Menge von > 0 Gew.-% bis ≤ 0,015 Gew.-%, gegebenenfalls Phosphor, gegebenenfalls Schwefel und gegebenenfalls Sauerstoff, wobei die Legierungskomponenten zusammen mit einem Rest von Eisen vorliegen und sich so zu 100 Gew-% addieren, und einer Legierung aufweisend Kohlenstoff in einer Menge von ≥ 0,15 Gew.-% bis ≤ 0,20 Gew.-%; Silizium in einer Menge von ≤ 0,40 Gew.-%; Mangan in einer Menge von ≥ 1,0 Gew.-% bis ≤ 1,3 Gew.-%; Chrom in einer Menge von ≥ 1,50 Gew.-% bis ≤ 1,80 Gew.-%; Molybdän in einer Menge von ≥ 0,25 Gew.-% bis ≤ 0,35 Gew.-%; Nickel in einer Menge von ≥ 1,40 Gew.-% bis ≤ 1,70 Gew.-%; Aluminium in einer Menge von > 0 Gew.-% bis ≤ 0,05 Gew.-%; Niob in einer Menge von > 0 Gew.-% bis ≤ 0,04 Gew.-%, Stickstoff in einer Menge von > 0 Gew.-% bis ≤ 0,015 Gew.-% gegebenenfalls Phosphor, gegebenenfalls Schwefel und gegebenenfalls Sauerstoff, wobei die Legierungskomponenten zusammen mit einem Rest von Eisen vorliegen und sich so zu 100 Gew-% addieren. Nachdem die Legierung in die Form des gewünschten Bauteils gebracht wurde, wird sie einer Wärmebehandlung zur Einstellung der gewünschten mechanischen Eigenschaften unterzogen.
Die Wärmebehandlung umfasst vier Schritte und ist in Figur 1 in einem nicht beschränkenden Ausführungsbeispiel in Form eines Zeitdiagramms schematisch gezeigt.
Bei einem ersten Schritt wird ein mit a) bezeichnetes Lösungsglühen ausgeführt, wobei die Legierung auf einen Temperaturbereich von 1200°C mit einer Aufheizrampe von 3.3°C/s erhitzt wird, dort für einen Zeitraum von 5 Minuten verbleibt und auf eine Temperatur von 0°C unter Verwendung einer Abschreckrampe von 50°C/s abgekühlt beziehungsweise abgeschreckt wird.
Bei einem zweiten Schritt wird ein mit b) bezeichnetes FP-Glühen durchgeführt, wobei die Legierung mit einer Aufheizrampe von 3.3°C/s auf eine Temperatur von 900°C erhitzt wird und bei dieser Temperatur für einen Zeitraum von 30 Minuten verbleibt. Anschließend wird die Legierung unter Verwendung einer Abschreckrampe von 50°C/s auf eine Temperatur von 680°C abgekühlt und verbleibt bei dieser Temperatur für einen Zeitraum von 90 Minuten, wonach die Legierung unter Verwendung einer Abschreckrampe von 50°C/s auf eine Temperatur von 0°C abgekühlt beziehungsweise abgeschreckt wird.
In einem dritten Schritt findet ein mit c) bezeichnetes Pendelglühen statt. Hierbei wird die Legierung insgesamt dreimal mit einer Aufheizrampe von 3.3°C/s auf eine Temperatur von 850°C erhitzt und verbleibt auf dieser Temperatur für einen Zeitraum von 30 Sekunden. Nach dem ersten und dem zweiten Verbleib der Legierung auf einer Temperatur von 850°C wird die Legierung jeweils unter Verwendung einer Abschreckrampe von 50°C/s auf eine Temperatur von 660°C abgekühlt und verbleibt dort für jeweils 7,5 Minuten, bevor sie wiederum unter Verwendung der vorbeschriebenen Aufheizrampe auf 850°C erhitzt wird. Nach dem dritten Verbleib der Legierung bei einer Temperatur von 850°C wird diese unter Verwendung einer Abschreckrampe von 50°C/s auf eine Temperatur von 0°C abgekühlt beziehungsweise abgeschreckt.
Der vierte Schritt stellt ein als d) bezeichnetes Härten dar, wobei die Legierung auf einen Temperaturbereich 850°C mit einer Aufheizrampe von 3.3°C/s erhitzt wird, dort für einen Zeitraum von 10 Minuten verbleibt und auf eine Temperatur von 0°C unter Verwendung einer Abschreckrampe von 50°C/s abgekühlt beziehungsweise abgeschreckt wird.

Claims

Chrom-Molybden-Legierung, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus
- einer Legierung, aufweisend Kohlenstoff in einer Menge von ≥ 0,38 Gew.-% bis ≤ 0,45 Gew.-%; Silizium in einer Menge von ≤ 0,40 Gew.-%; Mangan in einer Menge von ≥ 1,0 Gew.-% bis ≤ 1,3 Gew.-%; Phosphor in einer Menge von ≤ 0,025 Gew.-%; Schwefel in einer Menge von ≤ 0,035 Gew.-%; Chrom in einer Menge von ≥ 0,90 Gew.-% bis ≤ 1,20 Gew.-%; Molybdän in einer Menge von ≥ 0,15 Gew.-% bis ≤ 0,30 Gew.-%; Aluminium in einer Menge von > 0 Gew.-% bis ≤ 0,05 Gew.-%; Niob in einer Menge von > 0 Gew.-% bis ≤ 0,04 Gew.-%, Stickstoff in einer Menge von > 0 Gew.-% bis ≤ 0,015 Gew.-%, als Begleitelemente können Phosphor und/oder Schwefel und/oder Sauerstoff vorkommen, wobei die Legierungskomponenten zusammen mit einem Rest von Eisen vorliegen und sich so zu 100 Gew-% addieren und

- einer Legierung aufweisend Kohlenstoff in einer Menge von ≥ 0,15 Gew.-% bis ≤ 0,20 Gew.-%; Silizium in einer Menge von ≤ 0,40 Gew.-%; Mangan in einer Menge von ≥ 1,0 Gew.-% bis ≤ 1,3 Gew.-%; Chrom in einer Menge von ≥ 1,50 Gew.-% bis ≤ 1,80 Gew.-%; Molybdän in einer Menge von ≥ 0,25 Gew.-% bis ≤ 0,35 Gew.-%; Nickel in einer Menge von ≥ 1,40 Gew.-% bis ≤ 1,70 Gew.-%; Aluminium in einer Menge von > 0 Gew.-% bis ≤ 0,05 Gew.-%; Niob in einer Menge von > 0 Gew.-% bis ≤ 0,04 Gew.-%, Stickstoff in einer Menge von > 0 Gew.-% bis ≤ 0,015 Gew.-%, als Begleitelemente können Phosphor und/oder Schwefel und/oder Sauerstoff vorkommen, wobei die Legierungskomponenten zusammen mit einem Rest von Eisen vorliegen und sich so zu 100 Gew-% addieren.
Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mangan in einer Menge von ≥ 1,0 Gew.-% bis < 1,2 Gew.-% vorliegt, und/oder das Aluminium in einer Menge von > 0,04 Gew.-% bis ≤ 0,05 Gew.-% vorliegt, und/oder der Stickstoff in einer Menge von < 0,010 Gew.-% vorliegt.
Legierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung neben den Legierungsbestandteilen Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Chrom, Molybdän und gegebenenfalls Nickel, Phosphor und Schwefel als weitere Legierungsbestandteile ausschließlich aufweist: Aluminium, Niob, Stickstoff und gegebenenfalls Sauerstoff.
Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, umfassend die Schritte:
- Bereitstellen einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

- Formen der Legierung,

- Durchführung einer Wärmebehandlung der geformten Legierung.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Legierung aufweist Kohlenstoff in einer Menge von ≥ 0,38 Gew.-% bis ≤ 0,45 Gew.-%; Silizium in einer Menge von ≤ 0,40 Gew.-%; Mangan in einer Menge von ≥ 1,0 Gew.-% bis ≤ 1,3 Gew.-%; Phosphor in einer Menge von ≤ 0,025 Gew.-%; Schwefel in einer Menge von ≤ 0,035 Gew.-%; Chrom in einer Menge von ≥ 0,90 Gew.-% bis ≤ 1,20 Gew.-%; Molybdän in einer Menge von ≥ 0,15 Gew.-% bis ≤ 0,30 Gew.-%; Aluminium in einer Menge von > 0 Gew.-% bis ≤ 0,05 Gew.-%; Niob in einer Menge von > 0 Gew.-% bis ≤ 0,04 Gew.-% Stickstoff in einer Menge von > 0 Gew.-% bis ≤ 0,015 Gew.-%; als Begleitelemente können Phosphor und/oder Schwefel und/oder Sauerstoff vorkommen, wobei die Legierungskomponenten zusammen mit einem Rest von Eisen vorliegen und sich so zu 100 Gew-% addieren, und

- die Wärmebehandlung die folgenden Schritte umfasst:

- Erhitzen der Legierung auf eine Temperatur in einem Bereich von ≥ 1000°C bis ≤ 1400°C, Halten der Temperatur für einen Zeitraum in einem Bereich von ≥ 3 Minuten bis ≤ 7 Minuten und Abschrecken der Legierung in einem Zeitraum von ≤ 1 Minute auf eine Temperatur in einem Bereich von ≤ 50°C;

- Erhitzen der Legierung auf eine Temperatur in einem Bereich von ≥ 800°C bis ≤ 1000°C, Halten der Temperatur für einen Zeitraum in einem Bereich von ≥ 20 Minuten bis ≤ 45 Minuten und Abkühlen der Legierung in einem Zeitraum von ≤ 1 Minute auf eine Temperatur in einem Bereich von ≥ 550°C bis ≤ 790°C, Halten der Temperatur für einen Zeitraum in einem Bereich von ≥ 60 Minuten bis ≤ 120 Minuten und Abkühlen der Legierung in einem Zeitraum von ≤ 1 Minute auf eine Temperatur in einem Bereich von ≤ 50°C;

- Mehrmaliges Erhitzen der Legierung auf eine Temperatur in einem Bereich von ≥ 750°C bis ≤ 1000°C und Halten der Temperatur für einen Zeitraum in einem Bereich von ≥ 10 Sekunden bis ≤ 45 Sekunden, sowie Abkühlen der Legierung auf eine Temperatur in einem Bereich von ≥ 550°C bis ≤ 745°C und Halten der Temperatur für einen Zeitraum in einem Bereich von ≥ 5 Sekunden bis ≤ 10 Sekunden, und anschließendes Abkühlen der Legierung in einem Zeitraum von ≤ 1 Minute auf eine Temperatur in einem Bereich von ≤ 50°C,

- Erhitzen der Legierung auf eine Temperatur in einem Bereich von ≥ 750°C bis ≤ 1000°C, Halten der Temperatur für einen Zeitraum in einem Bereich von ≥ 5 Minuten bis ≤ 15 Minuten und Abschrecken der Legierung in einem Zeitraum von ≤ 1 Minute auf eine Temperatur in einem Bereich von ≤ 50°C.
Bauteil, umfassend eine Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3.
Verwendung einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Herstellung eines Bauteils.