DE2451182C3 - Verfahren zur Wärmebehandlung von chromiertem Stahl - Google Patents
Verfahren zur Wärmebehandlung von chromiertem StahlInfo
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Description
Die Erfindung betrifft die Herstellung eines chromier- η
ten Stahls mit verbesserten physikalischen Eigenschaften
sowie von Gegenständen aus einem solchen Stahl, insbesondere von Gegenständen, wie Befestigungselementen,
z. B. Muttern und Bolzen.
Für bestimmte Zwecke ist es notwendig, daß m
Konstruktionselemente eine hohe Zugfestigkeit und eine hohe Korrosionsbeständigkeit besitzen. Diesen
Erfordernissen wird bis zu einem großen Ausmaß genügt, wenn man diese Elemente aus Edelstahl oder
aus chromiertem Stahl herstellt. Edelstahl ist zwar im r,
allgemeinen viel teurer als ein chromierter Stahl, hat
aber diesem gegenüber den Vorteil, daß er bei gleicher Korrosionsbeständigkeit eine höhere Zugfestigkeit
aufweist.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen chromierten Stahl >»
zu schaffen, der eine Zugfestigkeit über 70 kg/mm2 und eine Streckgrenze von über 65 kg/mm2 aufweist.
Es wurde nun gefunden, daß die Zugfestigkeit eines chromierten Stahls mit einer bestimmten chemischen
Zusammensetzung verbessert werden kann, wenn man r> diesen bei einer Temperatur im Bereich von 400 bis
550°C im lösungsgeglühten Zustand anläßt.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Wärmebehandlung von chromiertem Stahl oder von
Gegenständen, insbesondere Schraubenmuttern und t>o
-bol/en aus chromiertem Stahl mit 1 bis 2,5% Cu, höchstens 0.2% C, Titan und/oder Niob und/oder Tantal
in einer zur Abbindung des C ausreichenden Menge, und Rest Fe zur Erhöhung der Zugfestigkeit auf über 70
kg/mm* und der Streckgrenze auf über 65 kg/mm2, das μ
dadurch gekennzeichnet ist, daß der Stahl entweder nach dem Chromieren zum Aushärten rasch abgekühlt
und anschließend JO Min. bis 12Std. lang auf 400 bis 550" C angelassen wird, oder nach dem Chromieren
lungsam abgekühlt, darauf lösungsgegiüht und abgeschreckt
und anschließend 30 Min. bis 12 Std. lang auf 400 bis 5500C angelassen wird.
Aus »Handbuch der Sonderstahlkunde« von E. Houdrement, 1956, 1.Bd, Seiten 711, 712 und 844
sind die Wärmebehandlungsschritte des Lösungsglühens, des Abschreckens und des Anlassens beim
Aushärten von chromlegierten Edelstahlen bereits bekannt. Bei dem erfindungsgemäß behandelten Stahl
handelt es sich jedoch nicht um einen Edelstahl, sondern um einen Stahl, der chromiert worden ist. Weiterhin
wird durch die Erfindung die Wärmebehandlung eines chromierten Stahls mit spezieller Zusammensetzung in
Betracht gezogen.
Der chromierte Stahl kann in Form des fertigen
Gegenstandes oder in einer Form wärmebehandelt werden, welche zur Herstellung des angestrebten
Endgegenstandes geeignet ist, d. h. in Stangen- bzw. Stabform, wenn aus dem Stahl Bolzen oder Schrauben
hergestellt werden sollen.
Bei der Herstellung des chromierten Stahls gemäß der Erfindung kann man daher von Stahl in Stab- bzw.
Stangenform ausgehen, diesen chromieren und hierauf gemäß der Erfindung wärmebehandeln. Schließlich ist
es auch möglich, den Stahl beispielsweise in Stangenbzw. Stabform herzustellen, diesen zu chromieren und
hierauf zu Bolzen oder Schrauben zu verformen, worauf diese gemäß der Erfindung wärmebehandelt werden.
Der Stahl, welcher erfindungsgemäß behandelt wird, wird, ungeachtet ob er in Form des Endgegenstandes
oder in einer zur Herstellung des Endgegenstandes geeigneten Form vorliegt, chromiert. Die Chromierung
kann nach einer Anzahl von Methoden durchgeführt werden, beispielsweise durch Packdiffusion. Im allgemeinen
geht man hierbei so vor, daß man den Stahl auf erhöhte Temperatur, z. B. eine Temperatur zwischen
800 und 1400cC, in Gegenwart einer Chromquelle erhitzt, die in die Oberflächenschichten des Stahls
hineindiffundiert und eine bestimmte Menge des Eisens ersetzt.
Nach dem Chromieren wird der Stahl abgekühlt. Wenn das Abkühlen rasch durchgeführt wird, dann ist
am Ende des Abkühlens das Metall im lösungsgeglühten Zustand und es kann der erfindungsgemäßen Wärmebehandlung
unterworfen werden. Wenn jedoch das Abkühlen etwas langsamer erfolgt, dann kann es sein,
daß der Stahl am Ende dieses Abkühlens sich nicht vollständig in einem lösungsgeglühten Zustand befindet,
so daß unter diesen Umständen nach dem Chromieren und vor dem Ablassen ein kurzes Lösungsglühen
durchgeführt werden muß. Bei diesem Lösungsglühen geht man so vor, daß man den Stahl auf eine Temperatur
im Bereich von 800 bis 10500C erhitzt und hierauf
ziemlich rasch abkühlt. Gemäß der Erfindung wird es bevorzugt, das Material lösungszuglühen, bevor es
erfindungsgemäß wärmebehandelt wird. Wenn Stahl chromiert wird, dann setzt sich Kohlenstoff in fester
Lösung mit dem Chrom, das in den Stahl hineindiffundiert wird, um, wodurch Chromcarbid gebildet wird.
Hierdurch wird die Diffusionsgeschwindigkeit des Chroms vermindert, so daß die »Überzugs«-Dicke
begrenzt wird und es sein kann, daß ein harter Überzug mit niedriger Duktilität erhalten wird. Um diese Störung
des Kohlenstoffs zu vermeiden, ist es möglich, ein kohlenstofffreies Eisen zu verwenden oder — was
bevorzugt wird — den Kohlenstoff aus der festen Lösung als ein stabiles Carbid zu entfernen. Es sind
bereits mehrere solche »stabilisierte« Stähle entwickelt worden, weiche durch den Zusatz einer genügenden
Menge von Titan, Niob oder Tantal zu dem Stahl, um den gesamten Kohlenstoff zu fixieren, charakterisiert
sind.
Gemäß der Erfindung wird es besonders bevorzugt, einen wie oben beschriebenen stabilisierten Stahl zu
verwenden. Ein besonders bevorzugter stabilisierter Stahl wird in der GB-PS 7 69 464 beschrieben. Dieser
hat folgende Zusammensetzung: 1 bis 2,5% Kupfer (vorzugsweise 1,5 bis 1,9%), höchstens 0,2% Kohlenstoff
und eine zur Kombination mit dem gesamten Kohlenstoff ausreichende Menge von Titan, Niob und/oder
Tantal. Nach der Chromierung, jedoch ohne eine anschließende Wärmebehandlung, hat dieser Stahl eine
Streckgrenze von etwa 36 kg/mm2 und eine Zugfestigkeit von etwa 50 kg/mm2. Die mittlere Zugfestigkeit
dieses Stahls ist von einer Beibehaltung einer kleinen Korngröße während der langen Hochtemperaturglühung
und während d-.s langsamen Abkühlens des Chromiepjngsprozesses begleitet, wobei angenommen
wird, daß die stabilen Carbide, die möglicherweise in gewisser Weise von dem Kupfer unterstützt werden, das
Kornwachstum kontrollieren. Das Kupfer stört, im Gegensatz zu einigen Elementen, die den Stahl
verfestigen könnten, den Chromierungsprozeß nicht und weist sogar den Effekt auf, daß bei gegebenen
Verfahrensbedingungen die Dicke des Überzugs erhöht wird.
Der behandelte Stahl hat die oben angegebenen
chemischen Zusammensetzungen. Gegebenenfalls enthält
er fakultative Bestandteile, wie Mangan und Silizium, wobei der Anteil von Siangan und Silizium,
wenn diese Elemente vorhanden sind, nicht mehr als 1,5% beträgt. Es wurde überraschenderweLj gefunden,
daß — wenn dieser Stahl durch die erfindungsgemäße Wärmebehandlung ausgehärtet wird — ein Stahl
erhalten werden kann, der eine Streckgrenze oberhalb 65 kg/mm2 und eine Zugfestigkeit oberhalb 70 kg/mm2
besitzt. Für Befestigungselemente ist es wichtiger, eine hohe Streckgrenze (oder Elastizitätsgrenze) zu besitzen
als eine hohe Endzugfestigkeit.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält der Stahl vorteilhafterweise auch Nickel,
vorzugsweise in einer Menge von 03 bis 1,5%, insbesondere von 1%. Der Zusatz von Nickel hat
günstige Auswirkungen auf die Härte des Produkts und erleichtert das Heißwalzen.
Die Wärmebehandlung, der der Stahl unterworfen wird, ist allgemein eine Wärmebehandlung im Bereich
von 400 bis 550° C. Eine besonders bevorzugte Temperatur liegt im Bereich von 450 bis 5000C. Eine
besonders gut geeignete Temperatur ist etwa 475° C.
Die Zeitspanne, über die der Stahl im Einzelfall erhitzt wird, hängt von der angewendeten Temperatur
ab, wobei bei niedrigeren Temperaturen längere Zeitspannen und bei höheren Temperaturen kürzere
Zeitspannen angewendet werden. Geeigneterweise -. geht die Erhitzungszeit bei niedrigerer Temperatur
(400°C) nicht über 12 Std hinaus. Bei höherer
Temperatur(550°C) geht sie nicht über 30 Min. hinaus.
Es wird besonders bevorzugt, den Stahl über dne
Zeitspanne von 2 bis 6 Std. bei einer Temperatur im
κι Bereich von 450 bis 5000C zu erhitzen. Nach einer ganz
besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Stahl etwa 3 Std. auf eine Temperatur von etwa
475° C erhitzt.
Ein zu langes Erhitzen bei höheren Temperaturen ist
Ii zu vermeiden, da bei Temperaturen oberhalb 5000C
rasch eine Überalterung (d.h. ein Wiedererweichen) erfolgen kann.
Die erfindungsgemäße Wärmebehandlung wird irr allgemeinen durchgeführt, indem in einem geeigneten
2i) Ofen in Luft erhitzt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt der Stahl, der der erfindungsgemäßen
Behandlung unterworfen wird, im Form des fertigen Gegenstandes vor. So kann z. B. stabförmiger bzw.
2Ί stangenförmiger Stahl zu Bolzen bzw. Schrauben
verarbeitet werden, die sodann gemäß der Erfindung wärmebehandelt werden.
Die Erfindung wird in den Beispielen erläutert (in den Beispielen wurden die angegebenen Härtewerte auf
jo polierten Abschnitten bestimmt, wobei ein quadratischer
Pyramidendruckkörper mit einer Last von 100 g verwendet wurde. Die Mikrohärtewerte sind mit der
Zugfestigkeit in Beziehung gesetzt worden, wobei geeignet wärmebehandelte Zugfestiigkeitstests-Prüfkör-
Ii per aus chromiertem Spezialstahl verwendet wurden.
Die Werte für die Endzugfestigkeiit und die Streckgrenze wurden aus einem zuvor aufgestellten Diagramm
ermittelt, indem diese Eigenschaften mit den Härtewerten der in den Beispielen angegebenen wärmbehandel-
4(i ten chromierten Stähle in bezug gesetzt wurden).
Bolzen bzw. Schrauben wurden aus einem Stahl mit ■r> folgender Zusammensetzung hergestellt:
C 0,05%, Si 0,60%, Mn 0,80%, P 0,015%,
S 0,012%, Cu 1,53%, Nb 0,52%, Fe Rest.
S 0,012%, Cu 1,53%, Nb 0,52%, Fe Rest.
Diese Bolzen bzw. Schrauben wurden sodann chro- -)0 miert und auf die unten stehende Weise erhitzt. Zur
Bestimmung der Härte wurden Abschnitte geschnitten und im erforderlichen Maß poliert. Die erhaltenen
Ergebnisse sind in untenstehende«· Tabelle zusammengestellt.
| Lösungsbehaudlung | Anlassen | Härte | Streck | Endzug | Bemerkung |
| grenze, | festigkeit | ||||
| kg/mm2 | kg/mm2 | kg/mm2 | |||
| keine | keine | 232 | 39 | 54 | |
| 950 C/25 min/w.a.*) | keine | 257 | 45 | 58 | |
| 950 C/25 min/w.a.*) | 450 CV4 h | 271 | 63 | 74 | teilw. ausgehärtet |
| 950 C/25 min/w.a.*) | 450 CV8 h | 336 | 68 | 78 | vollständ. ausgehartet |
| 950 C/25 min/w.a.*) | 500 CVl h | 311 | 66 | 76 | vollstand, ausgehärtet |
| keine | 500 CVl h | 289 | 64 | 75 | zu niedrigerer Härte ausgehartet |
| *) w.a. = wasserabgeschreckt. |
Es wurde ein Satz von 6000 Bolzen bzw. Schrauben aus dem gleichen Stahl wie im Beispiel 1 verwendet.
Diese wurden miteinander chromiert. Davon wurden willkürlich 45 Stück zur Durchführung der Wärmebehandlungsversuche
herausgenomtnen. Zur Bestimmung der Härte wurde eine Anzahl von Bolzen bzw. Schrauben mit identischer Wärmebehandlung ausgewählt,
so daß in jedem Fall ein Bereich von Werten erhalten wurde. Die erhaltenen Werte sind in der
folgenden Tabelle zusammengestellt
| Losungsbehandlung | Anlassen | Härte | Streck | Endzug- | Bemerkungen | |
| grenze, | festigkcit. | |||||
| kg/mmJ | kg/mm2 | kg/mm2 | ||||
| A. | keine | keine | 218-231 | 37-39 | 53-55 | |
| keine | 500 C72 h | 210-256 | 37-42 | 53-57 | keine geeignete Wärme | |
| behandlung | ||||||
| B. | 800 C730 min/I.g.**) | keine | 211-235 | 37-40 | 53-55 | |
| 800 1730 min/I.g.**) | 500 t/2 h | 291-296 | 64-65 | 75-76 | ?-.'.sgehärtet | |
| C. | 800 C/30 min/w.a.*) | keine | 192-194 | 36-37 | 52-53 | |
| 800 C/30 min/w.a.*) | 500 t/2 h | 294 | 65 | 75 | wie in B. ausgehärtet | |
| I). | 850 C /40 min/I.g.**) | keine | 223 | 38 | 54 | |
| 850 C/40 min/I.g.**) | 500 t/2 h | 290-29.': | 64-65 | 75-76 | wie in B. ausgehärtet | |
| i·:. | 850 C 740 min/w.a.*) | keine | 229 | 39 | 54 | |
| 850 (740 min/w.a.*) | 500 t/4 h | 280-305 | 64-65 | 75-76 | ||
| F-. | 950 C720 min/I.g.**) | keine | 193-233 | 36-38 | 52-55 | |
| 950 C720 min/I.g.**) | 450 t/4 h | 259 | 62 | 74 | nicht vollständig | |
| ausgehärtet | ||||||
| 950 C720 min/I.g.**) | 450 C75 h | 294 | 65 | 75 | ausgehärtet | |
| 950 C720 min/I.g.**) | 550 t/'/2 h | 297 | 65 | 76 | ausgehärtet | |
| 950 C/20 min/I.g.**) | 550 t73 V2 h | 211-221 | 37-38 | 52-54 | ausgehärtet | |
| 950 C/20 min/I.g.**) | 600 t/'/2 h | 269 | 63 | 74 | geringf. überausgehärtet | |
| 950 C720 min/I.g.**) | 600 t/l h | 220 | 38 | 53 | überausgehä, !et | |
| 4) | w.a. = wasserabgeschreckt. | |||||
| '*) | I.g. = luftgekühlt. |
lösungsbehandelt und sodann angelassen, indem sie
5 Std. auf 4500C erhitz; und in Luft abgekühlt wurden.
Mit einem Stahl der Zusammensetzung des Bei- r>
Die gemäß Beispiel 1 bestimmten Härtewerte waren
spiels 1 und einem Stahl mit einem Zusatz von 1% Nickel wurden parallele Tests durchgeführt. Proben
beider Stähle wurden chromiert, durch 30minütiges Erhitzen auf Sc0°C und Abschrecken in Wasser
wie folgt:
Niekelfreier Stahl:
Stahl mit 1% Nickel:
Stahl mit 1% Nickel:
316 kg/mm2
337 kg/mm2
337 kg/mm2
Claims (5)
1. Verfahren zur Wärmebehandlung von chromiertem Stahl oder von Gegenständen, insbesonde- s
re Schraubenmuttern und -bolzen aus chromiertem Stahl mit 1 bis 2,5% Cu, höchstens 0,2% C, Titan
und/oder Niob und/oder Tantal in einer zur Abbindung des C ausreichenden Menge, und Rest Fe
zur Erhöhung der Zugfestigkeit auf über 70 kg/mm2 in
und der Streckgrenze auf über 65 kg/mm-, d a durch gekennzeichnet, daß der Stahl
entweder nach dem Chromieren zum Aushärten rasch abgekühlt und anschließend 30 Minuten bis 12
Stunden lang auf 400 bis 5500C angelassen wird, r>
oder nach dem Chromieren langsam abgekühlt, darauf lösungsgeglüht und abgeschreckt und anschließend
30 Minuten bis 12 Stunden lang auf 400 bis 550° C angelassen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- >»
zeichnet, daß man 2 bis & Stunden auf 450 bis 5000C
anläßt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man etwa 3 Stunden auf 475°C anläßt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- r> zeichnet, daß zum Chromieren Stahl mit 1,5 bis 1,9%
Cu verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Chromieren ein Stahl mit
zusätzlich 0,5 bis 1,5% Ni verwendet wird. χι
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- 1973-10-31 GB GB5060873A patent/GB1436565A/en not_active Expired
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1974
- 1974-10-28 DE DE19742451182 patent/DE2451182C3/de not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2451182A1 (de) | 1975-05-07 |
| GB1436565A (en) | 1976-05-19 |
| DE2451182B2 (de) | 1979-01-25 |
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