CH357753A - Stahl mit hoher Dauerschwingungsfestigkeit - Google Patents

Description

  Stahl mit hoher     Dauerschwingungsfestigkeit       Von den auf Schwingung     beanspruchten    Stahl  gegenständen, insbesondere     Federn,    wird eine mög  lichst hohe     Dauerschwingungsfestigkeit    verlangt, die  von der Festigkeit und Streckgrenze des Stahles sowie  vom Oberflächenzustand der Werkstücke abhängen.  



  Eingehende     Untersuchungen        führten    zu der Er  kenntnis, dass die     Dauerfestigkeit    von Federstählen  durch den Phosphorgehalt des Stahles wesentlich be  einflusst wird, und zwar vielfach stärker als durch die  Streckgrenze und Festigkeit des Stahles oder die       Wärmebehandlung    und     Oberflächenbeschaffenheit     des Werkstückes.  



  Der     erfindungsgemässe    Stahl mit hoher Dauer  schwingungsfestigkeit, der insbesondere zur Herstel  lung von Federn geeignet ist, weist einen Phosphor  gehalt von höchstens 0,015 0/0, vorzugsweise weniger       als        0,012        %,        auf.        Dieser        Vorschlag        ist        deshalb        über-          raschend,

      weil die bisher als zulässig angesehenen  Phosphorgehalte beispielsweise für     hochwertige        Fe-          derwerkstähle        bei        0,035        bis        0,040        %        lagen.     



  Die der Erfindung     zugrundeliegende    neue Er  kenntnis, dass der Phosphor die     Dauerschwingungs-          festigkeit    eines Stahles stark beeinträchtigt, erklärt  sich offenbar aus der starken     Seigerung    des Phos  phors.

   Es hat sich herausgestellt, dass bereits     Phos-          phorgehalte        von        mehr        als        0,015        %        zur        Bildung        eines          ternären        Phosphideutektikums        mit        über        1%        Phos-          phor    an den Korngrenzen des     Primärgefüges    führen,,

    das durch die übliche Warmverarbeitung und  Wärmebehandlung nicht beseitigt wird. Als Folge  der Einlagerung der spröden phosphorreichen Phase  im Gefüge ergeben sich innere Anbrüche bei schwin  gender Beanspruchung, die zum vorzeitigen Bruch  des Werkstoffes führen. Bei Phosphorgehalten von       0,0151/o,        vorzugsweise        jedoch        unter        0,012%,        tritt       ein     ternäres        Phosphideutektikum    bei den Federstäh  len normaler     Zusammensetzung    nicht mehr auf,

   so  dass die Dauerfestigkeit durch den Phosphorgehalt  nicht mehr wesentlich beeinträchtigt werden     kann.     Auch genügt bei so geringen Gehalten der während  der Warmformgebung eintretende geringe Konzen  trationsausgleich durch     Diffusion,    um ein ausrei  chend homogenes Gefüge selbst     in    den     immer    stärker  zur     Seigerung    neigenden Teilen aus dem Blockkopf  zu erhalten.  



  Die als schädlich erkannte Wirkung eines höhe  ren Phosphorgehaltes, auch wenn er unter der  Grenze aller üblichen Phosphorgehalte liegt, kann  durch eine     Diffusionsglühung    gemildert werden. Je  doch sind dafür     Diffusionstemperaturen    zwischen  1150 und 1350  und sehr lange Diffusionszeiten er  forderlich. Man wird diesen Weg aus     wirtschaftlichen     Gründen nur beschreiten, um die Wirkung eines er  findungsgemäss niedrigen Phosphorgehaltes zu unter  stützen.  



  Es leuchtet ein, dass durch alle Massnahmen, die  zu einem feineren Primärgefüge im     Gussblock    führen,  wie die Wahl geringer Blockgrösse, niedriger Giess  temperatur und der Zusatz keimbildender und korn  verfeinernder Zusätze, beispielsweise von Sonder  desoxydationsmitteln wie Al, Ca,     Si    oder     Zirkonver-          bindungen    zur Schmelze auch das Ausmass der schäd  lichen     Phosphidbildung    herabgesetzt wird.

   Es hat  sich jedoch gezeigt,     d@ass    dennoch der erfindungs  gemäss anzustrebende Wert von maximal 0,015 0/0  Phosphor in der Schmelzanalyse eingehalten werden  muss, um ein     einwandfreies    Ergebnis     sicherzustellen.     



  Als     Beilspiel    für die Verbesserung der Dauer  schwingungsfestigkeit von Blattfedern     diene    ein Ver  gleich der Verwendung folgender Stähle:           a)        Ölhärtender        Silizium-Federstahl        mit        0,60        %        C,          1,85        %        Si,        0,73        %        Mn,        0,

  026'9/o        P        und        0,020        0/a        S.     



  Vergütet auf 135     kg/mm2,    Schwingungsfestigkeit  der     fertigen    Blattfedern bis zum Anbruch 85 000 bis  225 000 Schwingungen.  



  b) Ölhärtender     Silizium    Federstahl wie im     Bei-          spiel        a        mit        0,62        %        C,        1,92        %        Si,        0,70        0/0,        Mn,          0,021%        S,

          jedoch        mit        einem        P-Gehalt        von        nur     0,012     o/a    in der     Schmelzanalyse.     



  Vergütet auf 135     kg/mm2.        Schwingung    bis zum  Bruch der fertigen     Federn    unter den gleichen Prüf  bedingungen wie     im    Beispiel a 375 000 bis 410 000       Schwingungen.     



       Ähnliche    Verhältnisse liegen auch bei Blattfedern  aus     urlegierten    und     legierten        Federbändern.    vor, wie  sie für die verschiedensten Verwendungszwecke be  nötigt werden. Das gleiche gilt auch für     Wickelfedern     aus     Walzdraht    oder gezogenem Draht.  



  Bei     Torsionswechselbeanspruchungen,        wie    sie  z. B. bei     Drehstabfedern    auftreten, konnte der schäd  liche Einfluss eines hohen Phosphorgehalts ebenfalls  beobachtet werden. Auch bei schwingender Bean  spruchung     eines    Werkstückes durch Biegung, Tor  sion oder durch beide Beanspruchungen gemeinsam,  ergibt die Begrenzung des Phosphorgehaltes mit max.       0,015        %        wesentlich        bessere        und        gleichmässigere     Werte für die Wechselbeanspruchung.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Stahl mit hoher Dauerschwingungsfestigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass derselbe einen Phos- phorgehalt von höchstens 0,015 % aufweist. II. Verfahren zur Herstellung eines Stahles ge mäss Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stahl erschmolzen wird, dessen Phosphorgehalt im fertigen Zustand 0,

   015 % nicht übersteigt. III. Verwendung des Stahles nach Patent anspruch I, zur Herstellung von Konstruktionsele menten, welche einer schwingenden Beanspruchung durch Biegung und/oder Torsion unterliegen. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren gemäss Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl einer Diffusionsglü- hung im Temperaturbereich von 1150 bis 1350 unterworfen wird. 2.

   Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass dem Stahl bei dessen Er schmelzung kornverfeinernde Zusätze zugesetzt wer den. 3. Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als verfeinernder Zusatz Des oxydationsmittel verwendet werden.