DE2138195A1 - Hochfester korrosionsbeständiger Stahl und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

s* Patentanwälte *---

Dr, Ing. HANS RUSCHKE

D;pl.-!ng. HEINZ AGULAR «Ρ· JuIl 1971

äPö-zon«i'erstr2

Brunswick Corp., Ohicago/lll. (V.StoA.)

Hochfester korrosionsbeständiger Stahl und Verfahren zu dessen Herstellung

Die Erfindung betrifft ein ultrafestes Material, das aus üblichem 18-8 korrosionsbeständigen Stahl hergestellt ist und eine Zugfestigkeit von über 280 kg/mm aufweist.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung dieses ultrafesten Materials durch thermomechanische Bearbeitungsgänge. Das Material kann jede gewünschte" gaometrisojie Querschnitt ausbildung haben und ist als I?eder-7/erkstof£ geeignet*

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"Die Erfindung arbeitet also auf dem O-ebiet der hochfesten Stähle, insbesondere auf dem G-ebiet der ultrahochfesten, korrosionsbeständigen Stähle des Typs 18-8.

Ursprünglich wurden rostfreie Stähle bzw. korrosionsbeständige Stähle dadurch hergestellt, daß einem relativ kohlenstoffarnien Eisen etwa 18 $> Chrom und 8 ?S Uickel zugefügt wurden. Seit der ersten Herstellung dieses Stahls etwa um das Jahr 1910 wurden viele Abwandlungen und Änderungen auf dsr 3asis von 18-8 korrosionsbeständigen Stählen gemacht. Später wurde dieser Ausgangswerkstoff ala auatanitischer korrosionsbeständiger Stahl klassifiziert, da später entwickelte korrosionsbeständige Stähle anderer Typen kein austenitisches Sefüge aufwiesen. Es wurden also alle korrosionsbeständigen Stähle reklassifiziert mit dieser frühen Crruppe von 18-8 korrosionsbeständigem Stahl, der jetzt als AISI Typs 300 bezeichneten Gruppe. Der ursprüngliche 18-8 korrosionsbeständige Stahl Ist jetzt im allgemeinen als korrosionsbeständiger Stahl AISI Type 302 bezeichnet.

Der Stahl Type 302 hat ein austenitisches (refuge und kann nicht leicht oder ohne Schwierigkeiten durch Wärmebehandlung nur In im wesentlichen martensitlsoii^s 3-efüge

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■umgewandelt werden. Es wurden jedoch viele Versuche durchgeführt, um den korrosionsbeständigen Stahl der Type 302 fester und härter zu machen und zwar zuerst durch übliche Warmbehandlungen ohne daß der Oxydationsund Korrosionswiderstand geändert wurde» Rückschauend konnte nicht festgestellt werden, daß derartige Versuche funktionieren und sie haben tatsächlich auch nicht funktioniert. Jedoch wurden korrosionsbeständige Stähle des Typs 302 und Spezialzusamiaensetzungen von diesen verfestigt durch Kaltverformen mit erreichbaren Ergebnissen, die eine Festigkeit bis zu maximal 25C kg/mm (355 000 psi) für den Standardtyp des 302 und 267 kg/mm² (380 000 psi) für spezielle Zusammensetzungen von diesem. Diese speziellen Zusammensetzungen enthalten geringe chemische Änderungen, die das G-efüge des Katerials nicht wesentlich ändern.

Andererseits wurden drastische Änderungen der chemischen Zusammensetzung vorgenommen, die die Festigkeit des korrosionsbeständigen Stahls wesentlich erhöhten, jedoch auch den Oxydations- und Korrosionswiderstand änderten. In einigen Fällen wurden zusätzliche Werkstoffe notwendigerweise diesen Legierungen zugefügt, um die Oxydationsund Korrosionswiderstandswerte v/ieder herzustellen. Als

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Ergebnis dieser Änderungen ergaben sich neue Gruppen von korrosionsbeständigen Stählen, die jedoch wesentlich teuerer und in ihrem speziellen Anwendungsbereich wesentlich stärker eingeengt sind, als die Basietype 302 des korrosionsbeständigen Stahls.

Die bei üblichem korrosionsbeständigen Stahllegierungen der Type 302 erreichbare Höhe der Festigkeit zwischen 250 kg/mm² (355 000 psi) bis 267 kg/mm² (380 000 psi) sind jedoch weit unter den Festigkeitswerten, die mit den hochfesten legierten Stahlwerkstoffen, die für Federn anwendbar sind, erreicht werden. Einige dieser Stahllegierungen wurden zur Herstellung feiner Federn gemacht, jedoch sind sie nicht für den Gebrauch in oxydierender oder anderer korrodierenden Atmosphären geeignet. Entsprechend war es seit langem bekannt, daß es außerordentlich wünschenswert wäre, den Festigkeitsbereich von korrosionsbeständigen Stählen der Type 302 so weiterzubilden, daß ein guter, im allgemeinen hochfester korrosionsbeständiger S^ahlwerkstoff für die Verwendung als Federn in oxydierenden und korrodierenden Atmosphären geschaffen würde.

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_ 5 —

Die Erfindung bezieht sich auf oxydatione- und korrosionsbeständige Stähle und betrifft einen neuen und verbesserten 18-8 korrosionsbeständigen (Stahl, der eine ultrahohe Festigkeit von über 280 kg/mm-(400 000 psi) bis über 420 kg/mm² (600 000 psi) aufweist. Die Erfindung betrifft außerdem ein neues und verbessertes thermo-mechanisches Verfahren zur Behandlung derartiger 18-8 korrosionsbeständiger Stähle zur Erzielung dieser ultrahohen lestigkeitswerte.

Allgemein gesagt wird ein 18-8 korrosionsbeständiger Stahlwerkstoff einer Reihe von Verformungshärtungsvorgängen unterzogen, die immer unter der Hekristallisationstemperatur für das Material mit Zwischenglühungen durchgeführt werden. Entsprechend wird der Werkstoff durch Verformung auf einen sehr hohen Spiegel des kalten Werkstoffes über 85 56 gehärtet. Der Werkstoff wird ferner in der Weise behandelt, daß er einer Zwischenwärmebehandlung unterzogen wird, um eine dynamische Vergütung zu verhindern und eine Behandlungsfähigkeit zu erhalten und dabei die bereits durch die Verformungshärtung erreichte festigkeit zu erhalten. Der Werkstoff kann weiter durch Verformung gehärtet werden mit Zwischenwärmebehandlungen, um nochmals die

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Festigkeit auf eine größere Höhe zu bringen, wobei jedoch der gute Qxydationswiderstand bei Temperaturen im Bereich von 260° C (500° Έ) erhalten bleibt. Ein derartiger Werkstoff hat hervorragende FedereigensGhaften und einen Oxydationswiderstand, der bisher bei 18-8 korrosionsbeständigem Federstahlwerkstoffen unbekannt war.

Es ist entsprechend eine der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, einen 18-8 korrosionsbeständigen Stahl mit einer Zugfestigkeit über 280 kg/mm (4OO 000 psi) au bringen und dabei den Oxydations- und Korrosionswiderstand au erhalten, den dieser Werkstoff in normalem, kalt bearbeiteten Zustand aufweist.

Es ist eine weitere der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, ein. Verfahren zum Behandeln eines derartigen I8-8 korrosionsbeständigen Stahls zur Erzielung einer ultrahohen Festigkeit durch thermo-mechanische Behandlung des Werkstoffes zu schaffen. Es ist ein Gegenstand der Erfindung einen derartigen ultrahochfesten 18-8 korrosionsbeständigen Stahlwerkstoff zur Verwendung als Federwerkstoff zu schaffen.

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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist es, einen 18-8 korrosionsbeständigen Stahlwerkstoff luit einer ultrahohen Festigkeit in Querschnittsausbildungen nach Wunsch, z.B. kreisförmig, quadratisch, rechteckig, I-förmig, langestreckt rechtwinklig, I-förmig uswο zu schaffen.

L'och ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist es, einen ultrahochfesten 18-8 korrosionsbeständigen Stahl-Merkstoff zu schaffen, der in einem Arbeitsbereich von etwa 260 C (500 Ί?) noch seinen guten Oxydationswider— stand beibehält.

Zvoch ein weiteres Kerkinal der Erfindung ist es, eine Vielzahl von 18-8 korrosionsbeständigen Stahlfasern zu schaffen, deren.jede eine Zugfestigkeit von über 28C kg/am² (400 000 psi) aufweist.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist es, ein zusammengesetztes liiaterial zu schaffen, welches eine Vielzahl von 18-8 korrosionsbeständigen Stahlfasern aufweist, welche durch einen metallischen Einbettwerkstoff umgeben sind, wobei der zusammengesetzte Werkstoff eine Zugfestigkeit von über 280 kg/mm² (400 OCO psi) aufweist.

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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist es, einen 18-8 korrosionsbeständigen Stahldraht mit einer ultrahohen Festigkeit zu schaffen und mit einer korrosionsbeständigen Abdeckung, die höher ist als die des im Kern liegenden korrosionsbeständigen Stahls.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zoiduungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

In dan Zeichnungen zeigen:

1?lg. 1 einen Querschnitt durch ein-kreisförmiges Ilohr, welches uei einen kreisförmigsn Draht liegt;

U¹Ig. 2 einen Querschnitt durch ein Verbundmaterial mit einer kreisförmigen Außenausbildung, welche ein Kermaterial mit einem quadratischen Außenumfang umgibt;

ig· 3 einen Querschnitt durch iinen Abdeckwerkstoff lait kreisförmigem Außendurchmesser, welcher einen Kern mit einem rechteckigen Außenumfang umgibt;

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, 4 einen Querschnitt durch, einen Abdeckwerkstoff liiit einer kreisförmigen Außenausbildung, welcher um. einen Eern mit einem sechseckigen Außenumfang liegt ;

. 5 einen Quersämitt durch einen Abdeckwerkstoff mit einer kreisförmigen Außenausbildung, welcher um einen Kern mit einem I-förmigen Außenumfang liegt

Fig. 6 einen Querschnitt durch ein Abdeckmaterial mit einem kreisförmigen Außenumfang, welches einen Kern mit bandförmigem Material umgibt;

]?ig. 7 einen Querschnitt durch Anordnung gemäß Fig. 1, wobei die Anordnung heruntergezogen wurde, um die Abdeckung gegen das Kernmaterial anzulegen und

ig. 8 ein !Fließschema des Verfahrens , das zur Herstellung von hochfestem korrosionsbeständigen Material dient.

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- ίο -

Bei einer "bevorzugten Ausführungsform der 3rfindung wird ein Kernwerkstoff aus einem 18-8 korrosionsbeständigen Stahl mit einer Querschnittsausbildung kieisfärmig, quadratisch, rechteckig, sechseckig, I-förmig, bandförmig oder dergleichen mit einen LIetall z.3. einer Nickel-Kupferlegierung, einem korrosionsbeständigen Stahl auf Nickel Superlegierung der Type 310, Superlegierungen auf Kobaltbasis, Niekel-Kobaltlegierungen, Legierungen auf Kupferbasis, 31ei, Titan und seine Regierungen versehen, sodaß ein Verbundwerkstoff hergestellt wird. Der Verbundwerkstoff wird dann im Querschnitt vermindert, so daß die Abdeckung fest am Kern haftet. Wenn die Änderung der Kernform minimal gehalten werden soll, kann das Innere der Abdeckung mit dem Äußeren des Eerns übereinstimmen, Die Kältverformung kann durch Ziehen, Gesenkschmieden, Walzen, Pressen, Quetschen oder dergleichen oder durch jede gewünschte Kombination dieser Verfahren erfolgen.

Der in dieser Beschreibung bezeichnete korrosionsbeständige Stahl der Type 302 (18-8 korrosionsbeständiger Stan}.) hat etwa die folgende Gewichtszusammensetzungi

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Kohlenstoff Chrom Kupfer TJangan Ilolybden HiclEel Phosphor Silicium Schwefel 3isen

0,01 - 0,15 # 17,0 -19,0 fo 0,0 - 0,5 ?° 0,0 - 2,0 fS 0,0 - 0,9 io 7,0 - 10,0 io 0,0 - 0,04 $> 0,0 - 1,5 f> 0,0 - 0,03 <y Rest ·

Dies entspricht in wesentlichen der AIIS-:Torm der legierung der Vereinigten Staaten. Alle Bestandteile mit Ausnahme von Kohlenstoff, der in einer". Ilenge von unter 1 y> vorhanden sein muß, sind als weniger wichtige Elemente gemäß dieser Beschreibung anzusehen« Daruberhinaus ist die prozentuale Verminderung, die prozentuale Kaltverformung, der prozentuale Kalfoearbeitungszustand usw. alles dasselbe wie die prozentuale Verminderung des Querschnittsbereichs des Werkstoffes nach dem letzten Glühen. Kit anderen Worten entspricht ein 9-7,6 $ kaltbearbaitoter Zustand einer 97,6 ^igen Verminderung im Querschnittsbereich.

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Ss wurde festgestellt, daß es leichter ist, den Querschnitt des Yerbundmaterials zu reduzieren, wenn das Äußere der Abdeckung im wesentlichen kreisförmig ist. (Jedoch können auch andere Außenausbildungen der Abdeckungen nach Wunsch verwendet werden. Der im wesentlichen kreisförmige Außenquerschnitt 8 eines derartigen "Kbrbundmaterials 7 ist in Pig. 1 dargestellt, wobei der Kern 10 durch eine Abdeckung 12 umgeben ist und die Außenfläche 11 des Kerns 10 im wesentlichen kreisförmig ist und in der Innenfläche 13 der Abdeckung 12 liegt. In ähnlicher Weise sind Querschnittsausbildungen für das Verbundmaterial mit einem Quadrat 10a, mit einem Hechteck 10b, einem Sechseck 10c, einer I-Form 1Od und einer Sandform 1Oe in Pig. 2-6 dargestellt. Die Abdeckung 12 «yi:cd in ihrer Abmessung reduziert, so daß sie dicht am Kern anliegt und jede Relativbewegung zwischen dem Kern 10 und der Abdeckung 12 an der Sitzfläche 15 verhindert wird, vorausgesetzt, daß eine gleiche Reduktion des Kerns 10 und der Abdeckung 12 wie in Pig. 7 dargestellt, erreicht wird.

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-. 13 -

Das Verhältnis des Abdeckwerkstoffes zum Kernwerkstoff hängt von der Art der Werkstoffe und der Ausbildung ab. 3s sind etwa 5 - 10 $> !Reduktion im Quersehnittsbereich erforderlich, um die anfängliche dichte mechanische Anlage der Abdeckung 12 am Kern 10 au erreichen. Wenn der Kern 10 aus einem Werkstoff wie korrosionsbeständigem Stahl Type 302 hergestellt ist und die Alieckung aus einer llickel-Eupfer-Legierung besteht, wird das Verbundmaterial in einem Glühofen für etwa 2 Sekunden je mil Durchmesser des Verbundmaterials geglüht. Die Glüh- oder Sekristallisationstemperatur muß so hoch sein, daß ein völliges Lösungsglühen im Kern erfolgt* Für ein Verbundmaterial aus korrosionsbeständigem Stahl Typ 302 und liickel-Kupf er-Legierung sind etwa 1050° 0 (1950° Έ) ausreichend, um ein löseglühen durchzuführen und einen geringen Grad von Diffusionsverbindung zwischen dem Kern 12 und der Abdeckung an der Sitzfläche 15 zu bewirken, wodurch zusätzlich sichergestellt wird, daß keine Relativbewegung zwischan Kern und Abdeckung erfolgen kann. Das Verbundmaterial wird schnell abgeschreckt, wenn es den Glühofen verläßt, so daß eine Karbidumwandlung in der MikroStruktur des korrosionsbeständigen Stahls verhindert ist.

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Der Verbundwerkstoff wird dann einer Heine von Ealtreduzierstufen mit Zwischenglühungen unterzogen, wobei der Querschnittsbereich des Verbundwerkstoffes um wenigstens 75 i^a durch Kaltverformung, vorzugsweise 85 f° durch Kaltverformung nach dem letzten G-lühen reduziert ist. Jede der Zwischenglühungen v/ird über der Rekristallisationstemperatur des Kernmiterials durchgeführt. Jedoch sollte diese Temperatur so gering als möglich gehalten werden, um eine zu hohe Diffusion zwischen dem Kern und dem Abdeckmaterial zu verhindern. Der extrem hohe G-rad von Kaltverformung wird dadurch möglich, daß das Abdeckmaterial das Kernmaterial abstützt und eine Schutzabdeckung bildet sowie als Schmierstoff wirkt. Dieser besondere Schritt des Verfahrens ist außerordentlich bedeutungsvoll und wurde bisher nicht als einer der primären Schritte angesehen, die notwendig sind, um einen ultrahochfesten Werkstoff mit komplizierter geometrischer Querschnittsausbildung herzustellen. Selbstverständlich ist für einfache geometrische Formen z.3. ein langgestrecktes Hechteck, ein Quadrat, einen Kreis oder dergleichen die aufgesetzte Abdeckung nicht erforderlich, jedoch kann sie, wenn gewünscht verwendet

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werden. In dieser Stufe des Verfahrens können drei unterschiedliche Heihen von Vorgängen verwendet werden, je nach der gewünschten ISndf estigkeit des Kernworkstoffes,

Bei einer "bevorzugten Ausführungsform wird das um 75 - 84 i° kaltverformte Verbundmaterial für et v/a vier Stunden erhitzt, mit einem zulässigen Zeitbereich von etwa einer halben Stunde his etwa sechzehn Stunden oder mehr, auf eine Temperatur, die gut unterhalb der niedersten Rekristallisations- oder Transformationstemperatur des Kernwerkstoffes ist. Für korrosionsbeständigen Stahl der Type 302 liegt der Bereich etwa von 370° C (700° P) bis 440° C (825° P), vorzugsweise in einem engeren Bereich von etwa 410° C (775° P) bis 430° G (800° P). Zur leichteren Verständlichkeit und der im folgenden verwendeten Eorm bezeichnet die Subtrahsformationstemperatur des Kerntrerkstoffes eine ^smperatur, bei welcher im wesentlichen keine ^kristallisation des Mikrogefüges auftritt» Diese Subtransformatiönstemperatur wird auch Sntspannungstemperatur genannt. Darauf wird das um 84 i° kaltverformte Verbundmaterial zusätzlich auf mehr als 97 # kaltverformt, wobei das Kernmaterial eine

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Zugfestigkeit von über 350 kg/mm (500 000 psi) erhält. Wenn gewünscht, kann das Abdeckmaterial von dem Kern z.B. durch chemische Auflösung oder andere bekannte Verfahren entfernt werden. Wenn das Abdeckmaterial eine Nickel-Kupfer-Legierung ist, kann die chemische Ablösung mit Salpetersäure zufriedenstellend erfolgen.

w Wenn die Subtransformationswärme-Behandlung weggelassen wird, zeigt der Werkstoff bei einer 97 folgen Kaltverformung eine Zugfestigkeit von über 280 kg/mm .

Bei einer anderen vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung wird das auf 84 ?° kaltverformte Verbundmaterial weiter auf etwa 93 bis 94 i° kaltverforrat. Das Verbundmaterial wird dann wärmebehandelt bei einer Subtransformationstemperatur im Bereich von 370° C bis 440° C k (700° F bos 825° F) für die Zeit von etwa vier Stunden. Das Verbundmaterial wird dann auf 98 $ kalt verformt und erneut wärmebehandelt bei einer Subtransformationstemperatur zwischen 370° C und 440° 0 (700° F bis 825° F) für etwa einen Zeitraum von vier Stunden. Die Abdeckung kann dann wie oben beschrieben entfernt werden, wobei der Kern eine endgültige Zugfestigkeit im Bereich von etwa 350 kg/mm² bis 410/kg mm² (500 000 bis 580 000 psi) aufweist.

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Bei noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das auf 84 1° kaltverformte Verbundiaaterial weiter auf 97,6 fo kalt verformt_r Das Verbundmaterial wird dann wärmebehandelt bei einer Subtransformationstemperatur von etwa 370° O - 400° C (700° F - 825° F) für etwa vier Stunden. Das "Verbandmaterial wird dann zusätzlich kalt noch, auf 98,7 7° verformt. Das Kernmaterial zeigt

ρ ρ

eine Zugfestigkeit von etwa 404 kg/mm - 420 kg/mm (575 000 - 600 000 psi). Dieses Verbundraaterial wird dann ein zweites Mal warm behandelt bei einer Subtransformati ons temperatur im gleichen Bereich wie oben beschrieben für etwa viereinhalb Stunden. Das Kernmaterial hat dann eine Zugfestigkeit von über 420 kg/mm² (600 000 psi).

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das auf 84 f> kalt verformte Material weiter auf etwa 97 i» oder mehr verformt. Das Verbundmaterial wird dann warm behandelt bei einer Subtransformationstemperatur im Bereich von 370° C - 440° O (700° F - 825° Ϊ¹). Nach dem Entfernen der Abdeckschiclit in der oben beschriebenen Weise hat der Kern eine endgültige Zugfestigkeit, die zwischen 330 kg/mm² und 370 kg/mm² (475 000 - 525 000 psi) schwankt.

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Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, eine Vielzahl von ultrahochfesten Metallfasern durch Verwendung des Materials, wie es hier erläutert ist, für eine Drahtfüllmaterialzusaramensetzung zu bilden, gemäß den US PS 3 277 564, 3 394 213 und/oder US Pat.-Anmeldung 6 709 der gleichen Anmelderin· Die Lehre dieser ψ beiden Patente ist Teil dieser Anmeldung und kann für die Verwendung einer Anzahl von ultrahochfesten korrosionsbeständigen Stahlfasern gemäß der kombinierten Lehre der US Patente und der Anmeldung dienen. Je nach der endgültigen Anwendung ist es nicht erforderlich, die Einbettmasse zu entfernen, so daß ein Endprodukt erzeugt wird, welches ein Verbundmaterial aus ultrahochfesten Fasern in jeder gewünschten Ausbildung, umgeben von einem Metalleinbettwerkstoff ist.

Im folgenden werden einige Beispiele der Erfindung gegeben, die jedoch in keiner Weise den Schutzbereich einschränken sollen.

Beispiel 1:

Eine Stange aus korrosionsbeständigem Stahl Type 302 mit einem Durchmesser von 2,03 mm (0,080 inch) und der folgenden chemischen Gewichtszusammensetzungi

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Kohlenstoff	0,09 fo
Silicium	1 OO df J- f ^J /°
Mangan	1,14 $
"Phosphor	0,021$
Schwefel	0,010$
Chrom	16,90 $
ITi ekel	8,00 $
Holybden	0,70 $
Stickstoff	0,045$
Eisen	Hest

wurde mit einer Abdeckung aus Lionel K und mit einem Außendurchmesser von 2,1ζ92 mm (0,115 inch) einem Innendurchmesser von 2,539 mm (0,100 inch) und einer chemischen Zusammensetzung von 66 fo Nickel, 29 $ Eupf er und 3 $ Aluminium umgeben. Der aus der Stange und der Abdeckung bestehende Verbundwerkstoff wurde durch eine Ziehdüse mit 2,311 mm (0,091 inch) gezogen. Der Verbundwerkstoff wurde dann lösungsgeglüht bei 1070° C (1950° F) über eine Zeit von 2 Sekunden je mil des Durchmessers des Verbundmaterials und anschließend rasch abgeschreckt. Das Verbundmaterial wurde dann kalt durch eine Reihe von Ziehdüsen gezogen mit Zwischenglühungen Ms auf 97,6 $ in kaltbearbeitetem Zustand. Der Verbundwerkstoff wurde dann erneut wärmebehandelt

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bei einer Subtransformationstemperatur von etwa 425° C (795° F) über etwa vier Stunden. D_as Abdeckmaterial wurde dann entfernt und der sich ergebende korrosionsbeständige Draht zeigte eine Zugfestigkeit von 387 kg/mm (540 100 psi).

Beispiel 2§

Gleich Beispiel 1, mit Ausnahme daß nach der Subtransfonnationswärmebehandlung des Verbundwerkstoffes dieser weiter von 97»6 $ auf 98,7 ?° in kaltem Zustand kaltgezogen wurde» Das Abdeckmaterial wurde dann von dein Verbundwerkstoff abgezogen und die sich ergebende Stange aus korrosionsbeständigem Material zeigte ein® Zugfestigkeit von 416 kg/rnm (592 000 psi)„ Vor der Entfernung der Abdeckung war die Zugfestigkeit 350 kg/mm (472 800 psi) wobei das Monel als Korrosionsschutzabdaekung diente»

deich. Beispiel 2 mit Ausnahme₉ daß die 33ndwärme"behandlung bei einer SiAtransformationsteMper-aitiii' von 424 G (795 5" ) über etwa viereinhalb Stunden ©ngswendet wurde. Das Ab-= deckmaterigl ward© dfina v©s Vex^mndffiaterial entfernt und der Draht a»s korrosionsbeständigem stahl zeigte eine Zugfestigkeit von 427 kg/mm² (608 000 psi)*

Beispiel 4 t

Eine Stange aus korrosionsbeständigem Stahl der Type mit einem Durchmesser von 2,03 mm (0,080 inch) und folgender chemischer Grewiehtszusaamensetzung

Kohlenstoff 0,09 $

Silicium 1,23 $

Mangan 1,14 $

Phosphor 0,021$

Schwefel 0,010$

Chrom 16,90 $

Hiekel 8,00 $

Molybden 0,70 $

Stickstoff 0,045$

Eisen Rest

wurde mit einer Monel E Abdeckung versehen, die 2,2920 mm (0,115 inch) Außendurchmesser, 2,539 mm (0,100 inch) Innendurchmesser und eine chemische Analyse von 66 $ Nickel, 29 °/° Kupfer und 3 i° Aluminium aufwies ο Der aus Stange und Abdeckung bestehende Verbundwerkstoff wurde durch eine Drahtziehdüse mit 2,311 mm (0,091 inch) Durchmesser gesogen. Der Verbundwerkstoff wurde dann bei 1070© ö (1950° F) lösungsgeglüht über eine Zeit von 2 Sekunden je mil Durehmesser des Verbundwerkstoffes und dann schnell abgeschreckte Der Verbundwerkstoff wurde dann kalt durch eine leihe von

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Düsen mit Zwischenglühungen Ms auf 99,4 # in kaltbearbeitetem Zustand gezogen. Der Verbundwerkstoff wurde dann vom Abdeckmaterial befreit und aeigte eine Zugfestigkeit von 376 kg/mm² (535 500 psi).

Beispiel 5i

Gleich Beispiel 4, mit Ausnahme daß nach der Subtransformationswärmebehandlung des Verbundwerkstoffes dieser weiter von 99»4 auf einen Kaltbearbeitungszustand von 99,6 </o verformt wurde. Das Abdeckmaterial wurde dann entfernt, wobei der verbleibende korrosionsbeständige Stahldraht eine Zugfestigkeit von 435 kg/mm² (619 000 psi) zeigte.

Beispiel Sx

Einundneunzig Stäbe aus korrosionsbeständigem Stahl Typ 302, von denen jeder einen Durchmesser von 2,031 mm (0,080 inch) aufwies, wurden in Honel 400 Rohren eingesetzt, deren jedes einen Außendurchmesser von 2,92 mm (0,115 inch) und einen Innendurchmesser von 2,53 mm (0,100 inch) aufwies. Die chemische Zusammensetzung in Gewichtsprozent des korrosionsbeständigen Stahls Typ 302 war folgende:

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Kohlenstoff	0,10
Silicium	0,46
Hangan	0,50
Chrom	18,90
Nickel	8,90
Phosphor	0,01
Schwefel	0,00
Eisen	Rest

Das aus Stangen und Bohren bestehende Yerbundelement wurde in einen Weiehstahlbehälter eingesetzt₉ erwärmt und auf etwa £0""^ torr evakuiert und abgedichtet ο Dar so entstandene Knüppel wurde erwärmt und bei 950° G (l800 3?) mit einer sechzehnfache Bedtiktion strangge=» preßt, so daß ein Yertiundwerkstoff entstand» Dieser Yer= bundwerkstoff ir/arde dann durch Kaltreduktion mit Zwischenglühungen reiter reduzierte Der Yerbundwerkstoff war dann voll geglüht über eine Zeit von 2 Sekunden je mil Durchmesser des YerbuncLwerJsstoff es _o Der Yerbund= werkstoff wurde dann kalt auf einen Enddurchmesser von IS,8 mils gezogen, wobei jeder der einzelnen Stäbe (jetzt Eäden) einen effektiven Q&ersehnittsdurehmesser von 1,13 mils aufwies. Die Fasern waren also auf 93₉8 $ in kaltem Zustand reduzierte Di© !Festigkeit der lasern

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aus korrosionsbeständigem Stahl Typ 302 wurde mit 276 kg/mm (393 200 psi) festgestellt» Das Verbundmaterial wurde dann bei einer Sftibtransformationstemperatur von etwa 370° C (700° F) über etwa sechzehn Stunden warro. behandelt. Die Endfestigkeit der korrosionsbeständigen Fasern Typ 302 wurde dann mit 300 kg/mm (427 500 psi) festgestellt.

Beispiel 1%

Gleich Beispiel 6_P mit Ausnahme daß der "Verbundwerkstoff auf einen Ealtsustand von 98,5 $ gezogen wurde. Der 3nddurchmesser des Verbundwerkstoffes γ/ar 16,8 mils, wobei jede der einseinen Fasern einen effektiven Querschnittsdurchmesser von etwa 1,13 mils aufwies» Die Festigkeit der korrosionsbeständigen Fasern vom Stahl Typ 302 wurde mit 319 kg/mm² (453 700 psi) festgestellt. Sas Verband-» material warde daan bei einer Subtransformationsteraperatur von sirea 370° 0 (700° F) über etwa sechzehn Stunden warm behandelt» Die Sndfestigkeit dar Fasern wurde mit 360 kg/ms² (512 200 psi) festgestellt.

Es wurde festgestellt, daß während fi@r unterschiedlichen Abwandlungen des Terf ahrens der ursrpiinglich vorhandene Austenit im Kernmaterial in wenigstens 5 0 fo Mart ens it durch diffusionslose !Phasentransformation umgewandelt

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wurde. Das Abdeckmaterial ist so ausgewählt, daß es eine Ealtverformbarkeit aufweist, die mit der Kaltverforaibarkeit des Kernmaterials vergleichbar ist. Die -zusätzlichen Behandlungen bei Stibtransforjiati ons temperatur verhindern ferner eine dynamische Umbildung und erreichen eine Ansprechbarkeit auf die Behandlung, die bereits durch Verformungshärtung erhalten wird. ITaGh dem Entfernen des
Abdeckmaterial kann das ultrahochfeste Kernmaterial einer Endbearbeitung zur Erzielung einer gleichförmigen
Querschnittsgeometrie unterzogen werden»

Die allgemeinen Verfahrensschritte sind graphisch in
Pig. 8 dargestellt. Die Ordinate bezeichnet den Wärmebehandlungsbereicn in Temperaturen und die Abszisse den Kreislauf der Verfahrensschritte. Die ersten Verfahrensschritte A und 0 zeigen die Kaltverformungsvorgänge, wobei B eine Zwischenglühung anzeigt. Die mit A, S und G bezeichneten Verfahrensstufen sind'Stufen, bei denen die Größe reduziert wird und können in beliebiger Anzahl väederhoXt werden.
D bezeichnet das !lösungsglühen des .Kernmaterials. S bezeichnet den Wert der Kaltreduktion, gemessen in Prozent. P zeigt das erste Subtransformationsglühen, während & die darauf noch folgende Kaltreduktion anzeigt« .Zuletzt zeigt H das endgültige Subtransformationsglühen an.

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Es ist ohne weiteres zu ersehen, daß das ultrahochfeste Material zur Verwendung als Federn aufgewunden werden kann und zwar entweder als Zug- oder als !Druckf eder. Zusätzlich können Spiraluhrfedern, Haarnadelfedern oder dergleichen aus diesem Material hergestellt werden, welches eine hohe Zugfestigkeit aufweist.

Im vorstehenden sind spezielle Ausführungsfonaen der Srfindungen beschrieben worden. Es können viele Abwandlungen und Änderungen gemacht werden, insbesondere in der Ausbildung, ohne daß dadurch der Sohutzbereich der Srfindung verlassen wird.

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Claims (8)

Patentaasprüohe

1. Hochfester korrosionsbeständiger Stahlwerkstoff mit einer gewichtsmäßigen Zusammensetzung im wesentlichen von 0,15 i» maximal Kohlenstoff, 1,5 $ maximal Silicium, 2 ^ maximal Mangan, etwa zwischen 17 f* und etwa 19 $ Chrom, etwa zwischen 7 $ und etwa 10 fo Nickel, geringe Anteile anderer Elemente ₉ Hest 3isen₉ dadurch gekenn-» zeielinet, daß der Werkstoff eine Zugfestigkeit über 280 kg/mm² (400 000 psi) aufweist_o

2. Werkstoff nach Ansprach I₉ dadurch gekennzeichnet, daß das Material etwa oielit mehr als 20 fo !Festigkeitsverminderung "bei einer Temperatur von ein^a 260° 0 ■ (500° F) aufweist.

3. Werkstoff nach Anspruch I₉ dadurch, gekennzeichnet, daß der Werkstoff eine vorbestimmte Torfonsausiaildung aufweist.

4» Werkstoff naeh Anspruch 1, dadxareJa gekennzeichnet, daß er zu einer Feder geformt i

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5· Werkstoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein dicht anhaftendes Abdeckmaterial.

6. Y/erkstoff nach Ansprach 5, dadurch gekennzeichnet, daß er zu einer Feder geformt ist.

7. Verfahren zum Erzielen einer Zugfestigkeit von über 280 kg/mm (400 000 psi) aus einon 18-8 korrosionsbeständigen Stahlwerkstoff, gekennzeichnet durch die Schritte

1) Verformen des Werkstoffes auf wenigstens 75 y> Kaltverformungsgrad, und

2) Warmbehandlung des kaltverformen Werkstoffes bei einer Subtransfonaationsteiaperatur um eine dynamische Umwandlung zu verhindern und eine Erhöhung der Festigkeit zu bewirken.

8. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt einer Kaltverformung des Y/erkstoffes nach der Wärmebehandlung. . '

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