DE102012221607A1 - Metallischer Werkstoff - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen metallischen Werkstoff. Um eine Erhöhung der zyklischen Beanspruchbarkeit, wie insbesondere einer verbesserten Schwingfestigkeit und höheren Zähigkeit, bei gleichzeitig maßänderungsarmer Wärmebehandlung zu erreichen, weist der Werkstoff wenigstens Eisen, Kohlenstoff, Chrom, Molybden und Vanadium auf, wobei der Werkstoff ein bainitisches Grundgefüge aufweist, und wobei ferner carbidische Phasen vorgesehen sind, die zumindest teilweise gebildet werden durch als Carbid vorliegendes Molybden, Vanadium und/oder Chrom, wobei die carbidischen Phasen zumindest teilweise einen Durchmesser in einem Bereich von kleiner oder gleich 200nm aufweisen. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines metallischen Werkstoffs, eine Verwendung eines metallischen Werkstoffs sowie eine Einspritzkomponente.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen metallischen Werkstoff. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines metallischen Werkstoffs sowie die Verwendung eines metallischen Werkstoffs zum Herstellen eines Bauteils in einer Brennkraftmaschine.
  • Stand der Technik
  • Metallische Werkstoffe werden in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet. Beispielsweise sind metallische Werkstoffe als Komponenten einer Brennkraftmaschine bekannt. Eine wesentliche Begrenzung der möglichen Ausnutzung von hochfesten Werkstoffen, wie beispielsweise metallischen Werkstoffen, ist beispielsweise durch ihre mechanischen Eigenschaften gegeben, wie auch durch ihre Bearbeitbarkeit. Insbesondere können die zyklische Beanspruchbarkeit und die wirtschaftliche Bearbeitbarkeit, wie etwa die Umformbarkeit, Zerspanbarkeit oder Schweißbarkeit von Bedeutung sein.
  • Diesbezüglich ist es beispielsweise bekannt, eine zyklische Beanspruchbarkeit durch eine spezielle Härtung eines Werkstoffs, wie insbesondere eines Stahls, mittels Wärmebehandlung zu erreichen. Derartige aus dem Stand der Technik bekannte Härtungsverfahren weisen jedoch oftmals noch Verbesserungspotenzial auf, insbesondere mit Bezug auf das konkrete Herstellungsverfahren des jeweiligen Werkstoffs, wie insbesondere des Stahls.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein metallischer Werkstoff, aufweisend wenigstens Eisen, Kohlenstoff, Chrom, Molybden und Vanadium, wobei der Werkstoff ein bainitisches Grundgefüge aufweist, und wobei ferner carbidische Phasen vorgesehen sind, die zumindest teilweise gebildet werden durch als Carbid vorliegendes Molybden, Vanadium und/oder Chrom, wobei die die carbidischen Phasen zumindest teilweise einen Durchmesser in einem Bereich von kleiner oder gleich 200nm aufweisen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft somit einen metallischen Werkstoff, der eine Mehrzahl von Metallen aufweist, die beispielsweise zumindest teilweise als Legierung oder als reine Metalle vorliegen können. Insbesondere kann der Hauptbestandteil des metallischen Werkstoffs Eisen (Fe) umfassen und kann ferner Kohlenstoff (C) vorgesehen sein. Dabei kann der Kohlenstoffgehalt beispielsweise in einem Bereich von größer oder gleich 0,01 Gew.-% bis kleiner oder gleich 2,06 Gew.-% vorliegen, so dass der metallische Werkstoff insbesondere ein Stahl-Werkstoff sein kann.
  • Ein derartiger metallischer Werkstoff umfasst neben Eisen und Kohlenstoff ferner wenigstens Chrom (Cr), Molybden (Mo) und Vanadium (V). Die vorgenannten Metalle können beispielsweise in Form einer Legierung vorliegen, zumindest teilweise als reine Metalle oder auch zumindest teilweise als Carbide, wie dies im Weiteren erläutert ist. Darüber hinaus kann der Werkstoff weitere Bestandteile enthalten, welche etwa für ein geeignetes Herstellungsverfahren oder für ein spezielles Anwendungsgebiet notwendig sein können. Als weitere Bestandteile können beispielsweise genannt werden bei der Stahlherstellung übliche Bestandteile, wie etwa Schwefel oder Phosphor.
  • Ferner weist ein derartiger metallischer Werkstoff ein bainitisches Grundgefüge auf. Unter einem bainitischen Grundgefüge kann dabei eine derartige Struktur verstanden werden, die insbesondere Ferritphasen und Zementit-Phasen (Fe3C) aufweisen kann. Insbesondere kann eine Bainitstruktur an Kohlenstoff übersättigte Ferrit-Kristalle aufweisen, die mit kubisch raumzentriertem Kristallgitter vorliegen. In anderen Worten kann eine Bainitstruktur erkannt werden an einem bezüglich Kohlenstoff übersättigten ferritischen Mischkristall gegebenenfalls mit weiteren Bestandteilen wie insbesondere Chrom, Molybden und Vanadium, in Kombination mit eisenreichen Metallcarbiden, wie etwa Zementit, wobei ein nicht beschränkender typischer Eisenanteil der metallischen Bestandteile der Carbide in einem Bereich von größer oder gleich 50 Atom-% besteht. Dabei kann die Kombination des Mischkristalls und der Carbide grundsätzlich nebeneinander vorliegen, was jedoch oftmals nur schwer erkennbar sein kann.
  • Weiterhin können in dem vorbeschriebenen Werkstoff carbidische Phasen vorliegen beziehungsweise vorgesehen sein. Diese carbidischen Phasen können dabei zumindest teilweise gebildet werden durch als Carbid vorliegendes Molybden, Vanadium und/oder Chrom. Dabei kann jedes der vorgenannten Metalle als Carbid vorliegen, oder einzelne oder eine geeignete Mischung der vorgenannten Metalle können als Carbide vorliegen. Dabei ist dem Fachmann verständlich, dass die vorgenannten Metalle nicht vollständig als Carbide vorliegen brauchen, sondern ferner auch in nicht carbidischer Form in dem Werkstoff enthalten sein können.
  • Dabei liegen die carbidischen Phasen zumindest teilweise mit einem Durchmesser vor, der in einem Bereich von kleiner oder gleich 200nm liegt, insbesondere in einem Bereich von kleiner oder gleich 100 nm. Dabei liegen als Carbide in diesem Größenbereich insbesondere Molybden und/oder Vanadium als Carbide vor. Insbesondere diese Carbide können für eine Härtesteigerung verantwortlich sein, wie dies im Detail später erläutert wird. Darüber hinaus können weitere Carbide vorliegen, die einen größeren Durchmesser aufweisen, beispielsweise Carbide von Eisen und/oder Chrom.
  • Der vorgenannte Werkstoff ist somit insbesondere ein carbidgehärteter Stahl. Der vorgenannte Stahl erlaubt in besonders vorteilhafter Weise eine Erhöhung der zyklischen Beanspruchbarkeit, wie insbesondere einer verbesserten Schwingfestigkeit und höheren Zähigkeit, bei gleichzeitig maßänderungsarmer Wärmebehandlung.
  • Im Detail erlaubt der vorbeschriebene carbidgehärtete Stahl die Möglichkeit, eine Bearbeitung im weichen Zustand mit einer Erhöhung der zyklischen Beanspruchbarkeit zu verbinden. Die Carbidaushärtung bietet dabei die Möglichkeit einer maßänderungsarmen Festigkeitssteigerung des Stahlgefüges mittels Auslagerung beziehungsweise Wärmebehandlung bei moderaten Temperaturen. Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Werkstoffs können dabei über die Einstellung eines weichen bainitischen Grundgefüges, etwa mit einer Härte in einem Bereich von kleiner als 37HRC (Härte nach Rockwell; Die Rockwellhärte eines Werkstoffs ergibt sich aus der Eindringtiefe eines Prüfkörpers bei Anliegen einer bestimmten Vor- und Prüfkraft und ist ermittelbar beispielsweise nach DIN EN ISO 6508-1) und über folgende Carbidausscheidungen hohe Festigkeitssteigerungen von bis zu 10HRC oder sogar darüber realisierbar sein.
  • Der vorbeschriebene Werkstoff erlaubt somit einen geringen Aufwand bei einer gegebenenfalls notwendigen Nachbearbeitung im harten Zustand. Insbesondere kann bei der Herstellung eines vorbeschriebenen Werkstoffs eine Nachbearbeitung in einem harten Zustand vollständig entfallen, was eine Verkürzung der Wertschöpfungskette zur Einstellung der gewünschten Bauteileigenschaft ermöglichen kann. Dadurch kann ein besonders einfaches und kostengünstiges Herstellungsverfahren ermöglicht werden. Weiterhin ist es möglich, den Werkstoff an ein besonders breites Anwendungsgebiet anpassen zu können.
  • Der vorbenannte Werkstoff ist dabei besonders kostengünstig herstellbar und kann auch zukünftigen Anforderungen gerecht werden, wobei ferner eine Maßschneiderbarkeit an die konkreten Anwendungswünsche gegeben sein kann.
  • Der vorbeschriebene metallische Werkstoff beziehungsweise der vorbeschriebene carbidgehärtete Stahl erlaubt eine besonders vorteilhafte Anwendung bei besonders harschen Bedingungen, wie etwa hohen Temperaturen, oxidativen Atmosphären und hohen Drücken. Eine vorteilhafte Anwendung kann dabei in Brennkraftmaschinen gesehen werden. Insbesondere kann der vorbeschriebene Werkstoff angewendet werden in Einspritzsystemen, beispielsweise eines Dieselmotors. Konkrete Anwendungsbeispiele umfassen das Ausbilden von Düsen beziehungsweise Injektoren, Druckspeichern oder Hochdruckpumpen in Einspritzsystemen. Denn auch bei derartigen Anwendungen auftretenden Bedingungen, wie beispielsweise hohen Einspritzdrücken von beispielsweise 3000bar, kann der vorbeschriebene Werkstoff problemlos bei kostengünstiger Herstellbarkeit standhalten.
  • Neben den vorbeschriebenen Vorteilen bezüglich der mechanischen Stabilität beziehungsweise zyklischen Beanspruchbarkeit besitzt der Werkstoff beziehungsweise sein Gefüge auch nach der Aushärtung noch genügend Duktilität, so dass weitere festigkeitssteigernde Technologien, wie etwa Autofrettage, zum Einsatz kommen können.
  • Zusammenfassend erlaubt der vorbeschriebene Werkstoff die Herstellung von mechanisch und/oder zyklisch hoch beanspruchbaren Bauteilen, eine Einstellung von bisher nicht verfügbaren Eigenschaftskombinationen bei Stählen, und dabei ein besonders einfaches und kostengünstiges Herstellungsverfahren.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung kann der Werkstoff ferner wenigstens einen weiteren Bestandteil aus der Gruppe bestehend aus Silicium und Mangan aufweisen. Durch das Vorsehen wenigstens eines dieser weiteren Bestandteile können die Eigenschaften des Werkstoffs insbesondere hinsichtlich der mechanischen Beständigkeit beziehungsweise der zyklischen Beanspruchbarkeit noch weiter verbessert werden. Durch das Vorsehen von Mangan, beispielsweise, kann die Härtbarkeit, Zugfestigkeit und Schweißbarkeit und grundsätzlich die Prozessierbarkeit verbessert werden, was je nach Anwendungsfall beziehungsweise insbesondere je nach Herstellung von großem Vorteil sein kann. Beispielsweise kann eine während der Herstellung auftretende Abkühlung aufgrund eines vergrößerten Abkühlfensters verbessert werden. Silizium, beispielsweise, kann insbesondere bei der Herstellung des Werkstoffs dazu dienen, die Verarbeitbarkeit zu verbessern und ferner als Desoxidationsmittel zu dienen um den Werkstoff so vor negativer Beeinflussung zu schützen. Ein weiterer Vorteil des Vorsehens von Silizium kann darin gesehen werden, dass die Zugfestigkeit, Streckgrenze und Zunderbeständigkeit des Werkstoffs erhöht werden kann. Grundsätzlich kann Silizium ferner die Festigkeit erhöhen. Darüber hinaus kann Silizium als Mischkristallhärter die mechanischen Eigenschaften noch weiter verbessern.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann der Werkstoff aufweisen:
    • – Kohlenstoff in einem Gehalt von größer oder gleich 0,25 Gew.-% bis kleiner oder gleich 0,4 Gew.-%;
    • – Chrom in einem Gehalt von größer oder gleich 0,3 Gew.-% bis kleiner oder gleich 0,6 Gew.-%;
    • – Molybden in einem Gehalt von größer oder gleich 1,5 Gew.-% bis kleiner oder gleich 3,2 Gew.-%;
    • – Vanadium in einem Gehalt von größer oder gleich 0,2 Gew.-% bis kleiner oder gleich 0,6 Gew.-%;
    • – Silicium in einem Gehalt von größer oder gleich 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 0,35 Gew.-%;
    • – Mangan in einem Gehalt von größer oder gleich 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 0,35 Gew.-%; wobei
    die vorgenannten Bestandteile zusammen in einem Gehalt von kleiner als 100 Gew.-% vorliegen, und wobei sich die weiteren Bestandteile auf Eisen und gegebenenfalls weitere, etwa aus der Stahlherstellung bekannte Bestandteile, wie beispielsweise Phosphor oder Stickstoff, verteilen.
  • Überraschenderweise konnte gefunden werden, dass insbesondere in dieser Ausgestaltung die herausragenden Eigenschaften des vorbeschriebenen Werkstoffs, wie insbesondere die mechanische Stabilität, und die zyklische Beanspruchbarkeit, besonders ausgeprägt sein können. Dabei beschreiben die vorgenannten Gehaltsgrenzen insbesondere eine integrale Zusammensetzung, also das Vorhandensein der jeweiligen Mengen der entsprechenden Atome der Substanzen in jeglicher chemischer Verbindung. Somit kann beispielsweise Chrom etwa als Legierungsbestandteil vorliegen, also in nicht carbidischer Form, oder auch zumindest teilweise in Form eines Carbids. Darüber hinaus können weitere, nicht genannte, Bestandteile in dem vorbeschriebenen Werkstoff vorhanden sein, um beispielsweise das Herstellungsverfahren zu optimieren oder eine Anpassung an spezielle Anwendungsgebiete zu ermöglichen.
  • Bei einer konkreten Ausführungsform kann es bevorzugt sein, dass der Werkstoff die folgenden Bestandteile aufweist:
    • – Kohlenstoff in einem Gehalt von 0,35 Gew.-%;
    • – Chrom in einem Gehalt von 0,5 Gew.-%;
    • – Molybden in einem Gehalt von 3,0 Gew.-%;
    • – Vanadium in einem Gehalt von 0,45 Gew.-%;
    • – Silicium in einem Gehalt von 0,3 Gew.-%; und
    • – Mangan in einem Gehalt von 0,3 Gew.-%; wobei
    die vorgenannten Bestandteile zusammen in einem Gehalt von kleiner als 100 Gew.-% vorliegen und wobei sich die weiteren Bestandteile auf Eisen und gegebenenfalls weitere, etwa aus der Stahlherstellung bekannte Bestandteile, wie beispielsweise Phosphor oder Stickstoff, verteilen.
  • Dabei ist die vorbeschriebene integrale Zusammensetzung des Werkstoffs insbesondere ermittelbar durch eine Funkenspektralanalyse. Aus der Funkenspektralanalyse beziehungsweise Spektralanalyse ist dabei in an sich bekannter Weise ein Verfahren zu verstehen, bei welchem die einzelnen Atome, insbesondere Metallatome, angeregt werden und die entsprechend ausgesendeten Spektrallinien untersucht werden, wobei anhand der Intensität die Menge beziehungsweise anhand der Wellenlänge die Art der Atome ermittelbar ist.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann der Werkstoff eine Härte von größer oder gleich 45HRC aufweisen. Insbesondere in dieser Ausgestaltung weist der Werkstoff eine Härte auf, die gemäß dem Stand der Technik nicht oder nur durch wesentlich aufwändigere Herstellungsschritte, als diese für den beschriebenen Werkstoff notwendig sind, erreichbar sein können. Darüber hinaus weist der Werkstoff insbesondere mit einer derartig großen Härte eine sehr hohe mechanische Stabilität beziehungsweise zyklische Beanspruchbarkeit auf, so dass ein besonders breites Anwendungsgebiet möglich sein kann. Dabei kann unter HRC insbesondere die Härte nach Rockwell verstanden werden. Die Rockwellhärte eines Werkstoffs ergibt sich dabei aus der Eindringtiefe eines Prüfkörpers bei Anliegen einer bestimmten Vor- und Prüfkraft und ist ermittelbar beispielsweise nach DIN EN ISO 6508-1.
  • Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Werkstoffs wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, der erfindungsgemäßen Verwendung sowie der erfindungsgemäßen Einspritzkomponente verwiesen.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Herstellen eines wie vorstehend beschrieben ausgestalteten metallischen Werkstoffs, aufweisend die Verfahrensschritte:
    • a) Bereitstellen einer metallischen Zusammensetzung aufweisend wenigstens die Bestandteile Eisen, Kohlenstoff, Chrom, Molybden, Vanadium, und gegebenenfalls Silizium und gegebenenfalls Mangan;
    • b) Behandeln der metallischen Zusammensetzung mit einer Temperatur, die größer oder gleich der Austenitisierungstemperatur ist;
    • c) Abkühlen der metallischen Zusammensetzung mit einer vorbestimmten Abkühlrate;
    • d) Behandeln des unter Verfahrensschritt c) erhaltenen Produkts mit einer Temperatur in einem Bereich von größer oder gleich 400°C; und
    • e) Abkühlen des unter Verfahrensschritt d) erhaltenen Produkts.
  • Das vorbeschriebene Verfahren beruht insbesondere auf der Einstellung eines bainitischen Grundgefüges mit anschließender Carbidausscheidung bei einer zweistufigen Temperaturbehandlung beziehungsweise Auslagerung bei moderaten Temperaturen mit jeweiligem anschließendem Abkühlen.
  • Hierzu wird in einem ersten Verfahrensschritt a) eine metallische Zusammensetzung, wie beispielsweise Legierungszusammensetzung, bereitgestellt, welche wenigstens die folgenden Bestandteile aufweist: Eisen, Kohlenstoff, Chrom, Molybden und Vanadium, und gegebenenfalls Silizium und Mangan. Dies kann im Wesentlichen mit einem aus der Stahlherstellung bekannten Verfahren realisierbar sein. Im Detail kann das an sich bekannte Elektrostahlverfahren Anwendung finden, bei welchem die jeweiligen Bestandteile mit der geeigneten Zusammensetzung insbesondere in einem Lichtbogenofen eingeschmolzen werden.
  • Dabei können die vorgenannten Bestandteile in der metallischen Zusammensetzung insbesondere in dem nachfolgend beschriebenen Gehalt vorliegen:
    • – Kohlenstoff in einem Gehalt von größer oder gleich 0,25 Gew.-% bis kleiner oder gleich 0,4 Gew.-%;
    • – Chrom in einem Gehalt von größer oder gleich 0,3 Gew.-% bis kleiner oder gleich 0,6 Gew.-%;
    • – Molybden in einem Gehalt von größer oder gleich 1,5 Gew.-% bis kleiner oder gleich 3,2 Gew.-%;
    • – Vanadium in einem Gehalt von größer oder gleich 0,2 Gew.-% bis kleiner oder gleich 0,6 Gew.-%;
    • – Silicium in einem Gehalt von größer oder gleich 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 0,35 Gew.-%; und
    • – Mangan in einem Gehalt von größer oder gleich 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 0,35 Gew.-%; wobei
    die vorgenannten Bestandteile zusammen in einem Gehalt von kleiner als 100 Gew.-% vorliegen und wobei sich die weiteren Bestandteile auf Eisen und gegebenenfalls weitere, etwa aus der Stahlherstellung bekannte Bestandteile, wie beispielsweise Phosphor oder Stickstoff, verteilen.
  • Die vorbeschriebene metallische Zusammensetzung ist somit insbesondere ein Stahl. Sie hat ferner das Potential zu einer Carbidausscheidung durch die Elemente Kohlenstoff in Kombination mit Chrom, Molybden und Vanadium.
  • Um den Werkstoff auszubilden erfolgt in einem weiteren Verfahrensschritt b) ein Behandeln der metallischen Zusammensetzung unter erhöhter Temperatur. Dabei kann die metallische Zusammensetzung insbesondere auf oder über ihre Austenitisierungstemperatur beziehungsweise Austenitbildungstemperatur erhitzt werden. Für die vorliegende metallische Zusammensetzung erfolgt dabei ein Erhitzen auf eine Temperatur in einem Bereich von größer oder gleich 950°C bis zu einer Temperatur in einem Bereich von kleiner oder gleich 1100°C. Diese Temperatur kann dabei für einen vorbestimmten Zeitraum, wie für typischerweise 15 bis 120 min beibehalten werden. Während des Verfahrensschritts b) erfolgt somit eine Austenitbildung der metallischen Zusammensetzung.
  • Weiterhin erfolgt in einem weiteren Verfahrensschritt c) ein Abkühlen der metallischen Zusammensetzung mit einer vorbestimmten Abkühlrate. Die vorbestimmte Abkühlrate kann beispielsweise gewählt werden in Abhängigkeit der konkret gewählten metallischen Zusammensetzung beziehungsweise deren prozentualer Zusammensetzung. Grundsätzlich können für die beschriebene metallische Zusammensetzung Abkühlraten geeignet sein, die in einem Bereich von größer oder gleich 0,2K/s bis kleiner oder gleich 3K/s liegen. Bei diesem Verfahrensschritt c) erfolgt eine Bildung eines bainitischen Grundgefüges. Dabei kann ein Stahl erhalten werden, der bereits eine Härte in einem Bereich von 32 bis 40 HRC, beispielsweise 35HRC aufweist.
  • In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt eine weitere Temperaturbehandlung des erhaltenen Produkts mit einer Temperatur in einem Bereich von größer oder gleich 400°C, insbesondere in einer Temperatur in einem Bereich von größer oder gleich 450°C bis kleiner oder gleich 600°C, beispielsweise für einen Bereich von mehr als einer Stunde, beispielsweise für zwei Stunden. Durch die weitere Temperaturbehandlung erfolgt insbesondere durch das Vorsehen von Kohlenstoff und ferner Chrom, Molybden und Vanadium eine Bildung von den entsprechenden Metallcarbiden, insbesondere von Carbidphasen beziehungsweise von nanoskaligen Carbidausscheidungen in einem Bereich von kleiner oder gleich 200nm, insbesondere in einem Bereich von 100nm. Dadurch kann die Härte weiter gesteigert werden um einen Bereich von ungefähr 10HRC, so dass ein Werkstoff erzielbar ist, der eine Härte von 45HRC oder sogar darüber aufweist.
  • Anschließend erfolgt gemäß Verfahrensschritt e) ein weiteres Abkühlen des fertiggestellten Werkstoffs.
  • Mittels geringfügiger Änderungen in der Wahl der chemischen Zusammensetzung der metallischen Zusammensetzung sowie insbesondere der Parameter der Wärmebehandlungen beziehungsweise der Behandlung unter erhöhter Temperatur sowie des Abkühlens kann bei dem vorbeschriebenen Verfahren die Grundhärte des bainitischen Gefüges sowie die Härtesteigerung beziehungsweise Festigkeitssteigerung an das gewünschte Anwendungsgebiet angepasst werden.
  • Beispielsweise besitzt der Werkstoff beziehungsweise sein Gefüge auch nach der Aushärtung noch genügend Duktilität, so dass weitere festigkeitssteigernde Technologien, wie etwa Autofrettage, zum Einsatz kommen können.
  • Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Werkstoff, der erfindungsgemäßen Verwendung sowie der erfindungsgemäßen Einspritzkomponente verwiesen.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Verwendung eines wie vorstehend beschrieben ausgestalteten Werkstoffs oder eines wie vorstehend beschrieben ausgestalteten Verfahrens zum Herstellen eines Bauteils für eine Brennkraftmaschine, insbesondere zum Herstellen einer Einspritzkomponente.
  • Durch die herausragenden Eigenschaften des vorbeschriebenen Werkstoffs hinsichtlich mechanischer Stabilität sowie zyklischer Beanspruchbarkeit ist der vorbeschriebene Werkstoff insbesondere zum Herstellen eines derartigen Bauteils geeignet, welches unter harschen Bedingungen betrieben wird. Insbesondere ist der vorgenannte Werkstoff beziehungsweise das vorgenannte Verfahren damit geeignet, um ein Bauteil für eine Brennkraftmaschine herstellen zu können. Unter einer Brennkraftmaschine kann dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Wärmekraftmaschine verstanden werden, die über einen Verbrennungsvorgang die chemische Energie eines Kraftstoffes in mechanische Energie umwandelt. Beispiele für Brennkraftmaschinen sind dabei insbesondere ein Verbrennungsmotor, wie etwa ein Dieselmotor oder ein Ottomotor. Insbesondere können als konkrete Anwendungsgebiete Einspritzkomponenten, wie beispielsweise Düsen beziehungsweise Injektoren, Hochdruckpumpen oder Druckspeicher, insbesondere für einen Dieselmotor, genannt werden.
  • Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Verwendung wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Werkstoff, dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie der erfindungsgemäßen Einspritzkomponente verwiesen.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Einspritzkomponente für eine Brennkraftmaschine, aufweisend einen wie vorstehend beschrieben ausgestalteten Werkstoff. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine Einspritzkomponente, wie insbesondere eine Düse beziehungsweise ein Injektor, eine Hochdruckpumpe oder ein Druckspeicher, die zumindest teilweise, beispielsweise vollständig, aus dem vorstehend beschriebenen Werkstoff ausgebildet sind. Insbesondere kann unter dem Begriff Einspritzkomponente im Sinne der vorliegenden Erfindung ein druckführendes oder druckbelastetes Bauteil einer Einspritzanlage, insbesondere für einen Dieselmotor verstanden werden. Durch die herausragenden Eigenschaften des vorbeschriebenen Werkstoffs hinsichtlich mechanischer Stabilität sowie zyklischer Beanspruchbarkeit ist der vorbeschriebene Werkstoff insbesondere zum Herstellen einer Einspritzkomponente insbesondere für einen Dieselmotor geeignet.
  • Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Einspritzkomponente wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Werkstoff, dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie der erfindungsgemäßen Verwendung verwiesen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • DIN EN ISO 6508-1 [0011]
    • DIN EN ISO 6508-1 [0022]

Claims (11)

  1. Metallischer Werkstoff, aufweisend wenigstens Eisen, Kohlenstoff, Chrom, Molybden und Vanadium, wobei der Werkstoff ein bainitisches Grundgefüge aufweist, und wobei ferner carbidische Phasen vorgesehen sind, die zumindest teilweise gebildet werden durch als Carbid vorliegendes Molybden, Vanadium und/oder Chrom, wobei die carbidischen Phasen zumindest teilweise einen Durchmesser in einem Bereich von kleiner oder gleich 200nm aufweisen.
  2. Werkstoff nach Anspruch 1, wobei der Werkstoff ferner wenigstens einen weiteren Bestandteil aus der Gruppe bestehend aus Silicium und Mangan aufweist.
  3. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Werkstoff aufweist: – Kohlenstoff in einem Gehalt von größer oder gleich 0,25 Gew.-% bis kleiner oder gleich 0,4 Gew.-%; – Chrom in einem Gehalt von größer oder gleich 0,3 Gew.-% bis kleiner oder gleich 0,6 Gew.-%; – Molybden in einem Gehalt von größer oder gleich 1,5 Gew.-% bis kleiner oder gleich 3,2 Gew.-%; – Vanadium in einem Gehalt von größer oder gleich 0,2 Gew.-% bis kleiner oder gleich 0,6 Gew.-%; – Silicium in einem Gehalt von größer oder gleich 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 0,35 Gew.-%; und – Mangan in einem Gehalt von größer oder gleich 0 Gew.-% bis kleiner oder gleich 0,35 Gew.-%.
  4. Werkstoff nach Anspruch 3, wobei der Werkstoff aufweist: – Kohlenstoff in einem Gehalt von 0,35 Gew.-%; – Chrom in einem Gehalt von 0,5 Gew.-%; – Molybden in einem Gehalt von 3,0 Gew.-%; – Vanadium in einem Gehalt von 0,45 Gew.-%; – Silicium in einem Gehalt von 0,3 Gew.-%; und – Mangan in einem Gehalt von 0,3 Gew.-%.
  5. Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Werkstoff eine Härte von größer oder gleich 42 HRC, insbesondere größer oder gleich 45HRC, aufweist.
  6. Verfahren zum Herstellen eines Werkstoffs nach einem der Ansprüche 1 bis 5, aufweisend die die Verfahrensschritte: a) Bereitstellen einer metallischen Zusammensetzung aufweisend wenigstens die Bestandteile Eisen, Kohlenstoff, Chrom, Molybden, Vanadium, und gegebenenfalls Silizium und gegebenenfalls Mangan; b) Behandeln der metallischen Zusammensetzung mit einer Temperatur, die größer oder gleich der Austenitisierungstemperatur ist; c) Abkühlen der metallischen Zusammensetzung mit einer vorbestimmten Abkühlrate; d) Behandeln des unter Verfahrensschritt c) erhaltenen Produkts mit einer Temperatur in einem Bereich von größer oder gleich 400°C; und e) Abkühlen des unter Verfahrensschritt d) erhaltenen Produkts.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei Verfahrensschritt b) durchgeführt wird in einem Temperaturbereich von größer oder gleich 950°C bis kleiner oder gleich 1100°C.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei Verfahrensschritt d) durchgeführt wird in einem Temperaturbereich von größer oder gleich 450°C bis kleiner oder gleich 600°C.
  9. Verfahren nach Anspruch 6 bis 8, wobei bei Verfahrensschritt c) eine Abkühlrate in einem Bereich von größer oder gleich 0,2K/s bis kleiner oder gleich 3K/s verwendet wird.
  10. Verwendung eines Werkstoffs nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 6 bis 9 zum Herstellen eines Bauteils für eine Brennkraftmaschine, insbesondere einer Einspritzkomponente.
  11. Einspritzkomponente für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für einen Dieselmotor, aufweisend einen Werkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016108633A1 (de) * 2016-05-10 2017-11-30 Benteler Steel/Tube Gmbh Kraftstoffeinspritzleitung und rohrförmiger Leitungskanal

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3291655A (en) * 1964-06-17 1966-12-13 Gen Electric Alloys
US3806378A (en) * 1972-12-20 1974-04-23 Bethlehem Steel Corp As-worked bainitic ferrous alloy and method
KR100375086B1 (ko) * 1997-07-28 2003-03-28 닛폰 스틸 가부시키가이샤 초저온 인성이 탁월한 초고강도 용접성 강판 및 이의 제조방법
DE10139620A1 (de) * 2001-08-11 2003-02-27 Bosch Gmbh Robert Kraftstoffeinspritzventil für Brennkraftmaschinen und ein Verfahren zur Härtung desselben
JP4609138B2 (ja) * 2005-03-24 2011-01-12 住友金属工業株式会社 耐硫化物応力割れ性に優れた油井管用鋼および油井用継目無鋼管の製造方法
WO2007058364A1 (ja) * 2005-11-21 2007-05-24 National Institute For Materials Science 温間加工用鋼、その鋼を用いた温間加工方法、およびそれにより得られる鋼材ならびに鋼部品
PL2211050T3 (pl) * 2007-11-12 2019-01-31 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation Sposób wytwarzania układów common rail i częściowo wzmocnionych układów common rail
FR2931166B1 (fr) * 2008-05-15 2010-12-31 Arcelormittal Gandrange Acier pour forge a chaud a hautes caracteristiques mecaniques des pieces produites
JP5483859B2 (ja) * 2008-10-31 2014-05-07 臼井国際産業株式会社 焼入性に優れた高強度鋼製加工品及びその製造方法、並びに高強度かつ耐衝撃特性及び耐内圧疲労特性に優れたディーゼルエンジン用燃料噴射管及びコモンレールの製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DIN EN ISO 6508-1

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016108633A1 (de) * 2016-05-10 2017-11-30 Benteler Steel/Tube Gmbh Kraftstoffeinspritzleitung und rohrförmiger Leitungskanal

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