DD299901A7

DD299901A7 - Gleitelemente fuer wintersportgeraete

Info

Publication number: DD299901A7
Application number: DD26841784A
Authority: DD
Inventors: Peter Mueller; Heinz Rebsch; Ralph Opitz; Kurt Debus; Manfred Jost; Gerd Fleischer
Original assignee: Zi Fuer Festkoerperphysik Und Werkstofforschung,De
Priority date: 1984-10-16
Filing date: 1984-10-16
Publication date: 1992-05-14

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Werkstoffwissenschaften. Das Ziel der Erfindung besteht in der Erhoehung der Leistungsfaehigkeit von Wintersportgeraeten. Die Aufgabe der Erfindung, einen Werkstoff fuer Gleitelemente anzugeben, der sehr gute Gleitfaehigkeit aufweist und bei dem die Abhaengigkeit des Gleitverhaltens von der Umgebungs- und Eis- bzw. Schneetemperatur gering ist, der sehr gut polierbar und verschleiszfest ist, so dasz eine lange Standzeit der Oberflaechenguete auch bei Eis- und Schneeverschmutzung gegeben ist, ist mit einer Nickellegierung geloest, die aus mindestens 40 * Ni und 5-30 * Cr, 0-25 * Co, 0,5-7 * Al, 0,2-5 * Ti, 0-18 * Mo, 0-10 * Fe, 0,02-1 * C, 0,01-0,2 * B, 0,12 * W, 0-6 * Nb, 0-10 * Ta, * Mn, 1 * Si, 2 * V, 2 * Hf, 1 * Cu besteht und ein Werkstoffgefuege aus einer kubisch-flaechenzentrierten Matrix mit 5-80 * Ausscheidungen, vorwiegend eines g-Ausscheidungstyps der Form Ni3 (Al, Ti) aufweist.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Werkstoffwissenschaften. Objekte, die mit dem erfindungsgemäßen Werkstoff herstellbar sind, sind Gleitelofnente für Wintersportgeräte, wie Kufen für Bobs, Rennschlitten, Eissegler, Schlittschuhe, Kanten für Skier und dergleichen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Leistungsfähigkeit von Wintersportgeräten hängt in hohem Maße von der Gleitfähigkeit der Kufen auf Eis bzw. Schnee ab. Sie wird vor allem von der Reibungszahl des Kufenwerkstoffs auf Eis bzw. Schnee und ihrer Abhängigkeit von den Umweltbedingungen beeinflußt, wobei eine hohe Oberflächengüte der Kufengieitfläche und eine geeignete geometrische Form von zusätzlicher Bedeutung sind. Zur Erzielung hoher Gleitgeschwindigkeiten sind Kufenwerkstoffe erforderlich, die neben einer niedrigen und von den meteorologischen Bedingungen möglichst wenig abhängigen Reibungszahl, wie hohe Polierfähigkeit sowie große Verschleißfestigkeit, aufweisen, damit die optimale Oberflächengüte nicht durch das Eis bzw. den Schnee und die in und auf dem Eis oder Schnee befindlichen abrasiv wirkenden Schmutz- und Sandteilchen kurzfristig verschlechtert wird. Günstige Gleitverhältnisse im Bereich einiger Grade unter der Schmelztemperatur von Eis werden mit solchen metallischen Werkstoffen erreicht, die eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Dies ist eine notwendige, allein nicht hinreichende Forderung. Nicht alle Werkstoffe mit niedriger Wärmeleitfähigkeit erreichen günstige und wenig umweltabhängige Gleiteigenschaften bei Eis bzw. Schnee als Gleitpartner. Die gegenwärtig für Gleitelemente von Wintersportgeräten eingesetzten

metallischen Werkstoffe, C-StBhIe (C15-C100) für Bobkufen, hi^hlegierte rustenitische Stähle (z.B. X 15CrNiSi25,20) für Rennschlittenkufen und gehärtete Werkzeug- und Schnellarbeitsstähle für tüisschnellauf-Complets, erfüllen die genannten Hauptanforderungen, niedrige, weitgehend umweltunabhängige, Reibungszahl, hohe Polierbarkeit, große Verschleißfestigkeit und ausreichende Bearbeitbarkeit, noch nicht in erforderlichem Maße.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung liegt in der Erhöhung der Leistungsfähigkeit von Wintersportgeräten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabezugrunde.einen Werkstoff für Gleitelemente von Wintersportgeräten mit niedriger und von den meteorologischen Bedingungen wenig abhängiger Reibungszahl auf Eis bzw. Schnee anzugeben, der verschleißfest ist und bei dem die durch Polieren erreichte hohe Oberflächengüte während eines Rennverlaufs weitgehend erhalten bleibt. Die Aufgabe der Erfindung ist dadurch gelöst, daß der Werkstoff eine Nickellegierung ist, bestehend aus mindestens 40 Gew.-% Ni und

5-30 Gew.-%Cr vorzugsweise 10-22 Gew.-%Cr

0-25 Gew.-%Co vorzugsweise 0-22 Gew.-%Co

0,5-7 Gew.-"/.Al vorzugsweise 0,5-6 Gew.-%AI

0,2-5 Gew.-%Ti vorzugsweise 0,2-3,5 Gew.-%Ti r

0-18 Gew.-%Mo vorzugsweise 0-6 Gew.-%Mo

0-10 Gew.-%Fe vorzugsweise 0-5 Gew.-%Fe

0 02-1 Gew.-%C vorzugsweise 0,02-0,2 Gew.-% C

0,01-0,iGev..-%B vorzugsweise 0,01-0,1 Gew.-% B

0-12 Gew.-%W vorzugsweise 0-12 Gew.-%W

0-6 Gew.-%Nb vorzugsweise 0-6 Gew.-%Nb

0-10 Gew.-%Ta vorzugsweise 0-10 Gew.-%Ta

< 1 Gew.-%Mn vorzugsweise < 1 Gew.-%Mn

< 1 Gew.-%Si vorzugsweise ^ 1 Gew.-%Si

< 2 Gew.-%V vorzugsweise S 2 Gew.-%V <. 2 Gev.-%Hf vorzugsweise :S 2 Gew.-%Hf ^ 1 Gew.-%Cu vorzugsweise s 1 Gew.-%Cu

mit den üblichen technischen Verunreinigungen und ein Werkstoffgefüge, aus einer kubisch-flächenzentrierten Matrix mit 5 bis 80Vol.-% Ausscheidungen, vorwiegend eines γ'-Ausscheidungstyps der Form Ni₃ (ΑΙ,Τί), aufweist. *

Dem Fachmann ist bekannt, daß ein derartiges Werkstoffgefüge im Anschluß an den Herstellungsprozeß der Halbzeuge entweder durch eine von der Warmverformung auf Raumtemperatur erfolgenden langsamen Abkühlung oder durch eine zielgerichtete Wärmebehandlung, bestehend aus einer Lösungsglühung und anschließender ein- oder mehrstufiger Ausscheidungsbehandlung, erzeugt werden kann.

Dieser Werkstoff weist gegenüber den z. Z. vorwendeten und dem jeweiligen Einsatz angepaßten Werkstoffen wesentlich günstigere Gleiteigenschaften auf Eis unterschiedlicher Temperatur auf. Er ist ausgezeichnet polierbar, und die Hochglanzpolitur bleibt durch die verbessere Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit während des gesamten Rennverlaufs erhalten. Hohe mechanische Festigkeit bedingt gute Laufschienonkantenbeständigkeit, die mechanische Bearbeitbarkeit ist ausreichend. Bei verschiedenen Umwelt- und Eisbedingungen beträgt die Verkürzung der Fahrzeit gegenüber konventionellen Kufenwerkstoffen 0,2-1,2%, wobei die besten Ergebnisse bei Eistemperaturen < -4⁰C erreicht werden. Die Legierung ist durch Optimierung der in don Grenzwerten angegebenen Zusammensetzungen leicht dem jeweiligen Verwendungszweck anzupassen. Die Erfindung wird in den folgenden Ausführungsbeispielen an Hand von zwei erprobten Nickellegierungen näher erläutert.

Ausführungsbeispiel 1

Für Rennschlitten-Wettkampfgeräte wurde ein Kufenwerkstoff eingesetzt, bestehend aus einer Nickellegierung der Zusammensetzung:

0,1 Gew Va B, 0,1 Gew.-% C, 0,CGew.-% Fe, 19Gew.-% Cr, 17Gew.-% Co, 4,5Gew.-% Mo, 3Gew.-% Ti und 5Gew.-% AI, Rest Nickel. Durch gezielte Wärmebehandlung weist die Legierung ein Gefüge auf, das einen Anteil von ca. 30 Vol.-% Ausscheidungen vom Typ γ' neben geringen Prozentsätzen karbidischen und anderen Ausscheidungen enthält. Die Kufen sind ausgezeichnet polierbar, die Härte beträgt 400-500HV, Zugfestigkeit 1000-1200MPa. Bei Vergleichsläufen zeigten sich die aus dem erfindungsgomäßen Werkstoff hergestellten Kufen unter unterschiedlichen Umwelt- und Eisbjdingungen den Kufen aus konventionellen Werkstoffen eindeutig überlegen. Für Rennschlittenkufen ist diese Nickellegierung noch ausreichend mechanisch bearbeitbar.

Ausführungsbeispiel 2

Für die komplizierte Form von Bobkufen wurde eine Nickellegierung eingesetzt, die ein nur unwesentlich verschlechtertes Eigenschaftsbild aufweist, aber besser mechanisch bearbeitbar ist.

Die Nickellegierung besteht aus 20Gew.-% Cr, 1 Gew.-% Co, 1,5Gew.-% Al, 2,5Gew.-% Ti, 0,1 Gew.-% B₁0,5Gew.-% Mn, 0,03Gew.-% C, Rest Nickel.

Das Gefüge der Legierung enthält ca. 30Vol.-% Ausscheidungen vom Typ γ' neben geringen Prozentsätzen karbidischen und anderen Ausscheidungen.

Claims

< 1 Gew.-%Cu " mit den üblichen technischen Verunreinigungen verwendet wird, die ein Werkstoffgefüge aus einer kubisch-flächenzentrierten Matrix mit 5 bis 80Vol.-% Ausscheidungen, vorwiegend eines γ'-Ausscheidungstyps der Form N13 (AI₁Ti), aufweist.

< 1 Gew.-%Si

< 2 Gew.-%V

< 2 Gew.-%Hf

< 1 Gew.-%Mn

1. Gleitelemente für Wintersportgeräte, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nickellegierung mit mindestens 40Gew.-% Ni und 5-30 Gew.-%Cr

0-25 Gew.-%Co 0,5-7 Gew.-%AI 0,2-5 Gew.-%Ti 0-18 Gew.-%Mo

0-10 Gew.-%Fe 0,02-1 Gew.-% C 0,01-0,2 Gew.-% B 0-12 Gew.-%W 0-6 Gew.-%Nb 0-10 Gew.-%Ta
2. Gleitelemente für Wintersportgeräte nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß eine Nickellegierung verwendet wird, die mindestens 40Gew.-% Ni und 10-22 Gew.-%Cr 0-22 Gew.-%Co 0,5-6 Gew.-%AI 0,2-3,5 Gew.-% Ti 0-6 Gew.-% Mo 0-5 Gew.-% Fe 0,02-0,2 Gew.-% C 0,01-0,1 Gew.-% B <1 Gew.-%Mn <1 Gew.-%Si <2 Gew.-%V <2 Gew.-%Hf <1 Gew.-% Cu enthält.