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Autor Thema: niedrigprozentige und hochprozentige Nickelstähle (Homogenpanzer 1910-1929)  (Gelesen 2841 mal)

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Offline delcyros

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Kennt jemand die Kenngrößen und Quellen zu den Spezifika der in der Hochseeflotte verbauten Homogenpanzer für Decksplatten und Panzer- bzw. Torpedoschotte?
Und wie sie sich zum Q420, dem vollwertigen Chromnickelpanzerstahl verhalten?

Ich habe in der Literatur einiges zu Schiffbaustahl I-III gefunden, Thorsten hat mal einige Bedingungen für ballistische Abhnahmetests von niedrigprozentigen Deckstählen gepostet, aber soweit ich mich erinnere, waren die technischen Kenngrößen und Spezifika darin nicht enthalten.


delc

Offline Peter K.

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Schiffbaustahl I (S I)
für Bleche des Schiffskörpers, die geschweißt werden müssen
Schiffbaustahl II (S II)
für Bleche des Schiffskörpers, die nicht geschweißt werden müssen
Schiffbaustahl III (S III)
für Bleche des Schiffskörpers auf Torpedobooten laut Bauvorschrift

GüteFließgrenze in kg/mm²Bruchfestigkeit in kg/mm²Bruchdehnung in % bei Blechen unter 5 mmBruchdehnung in % bei Blechen von 5 bis 10 mmBruchdehnung in % bei Blechen von 10 bis 18 mm
S I-34 - 41212325
S II-41 - 49182022
S IIImind. 34mind. 55161616

Niedrigprozentiger Nickelstahl für Schiffbauzwecke
und Verwendung laut Bauvorschrift

Blechdicke in mmFließgrenze in kg/mm²Bruchfestigkeit in kg/mm²Bruchdehnung in %
12 bis unter 20405515
20 und mehr304818

Quelle:
Materialvorschriften der Deutschen Kriegsmarine
Ausgabe 1915, Heft B - Stahl und Eisen
Grüße aus Österreich
Peter K.

www.forum-marinearchiv.de

Offline delcyros

  • Korvettenkapitän
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Hab Dank Peter!

Erich Hargarter erwähnt in seinem Artikel "Entwicklung der Schiffbaulichen Werkstoffe" dass die Marine im Jahr 1905 folgende Anforderungen für Schiffbaustähle stellte:

Mindestzugefestigkeit 520 N/mm^2

Zugdehnung: 320N/mm^2 bei 0,3% Dehngrenze

Diese sehr hohen Anforderungen (Bruchdehnung =53kg/mm^2, Fließgrenze: 33kg/mm^2) wurden im Jahr 1908 etwas relativiert zu 50kg/mm^2 und 30kg/mm^2.

Für Schiffbaustahl III gibt er noch höhere Werte: 520N/mm^2 - 620 N/mm^2.

Diese Anforderungen scheinen sich aber 1910 nochmal geändert zu haben...

Offline FAUN

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Für mich bleibt bei diesen Antworten die Korrelation in den Aussagen etwas undurchsichtig. Peter K. nennt für 1915 die Werte des Schiffbaustahls S III mit Fließgrenze mind. 34 kg/mm2 und Bruchfestigkeit mind. 55 kg/mm2. Dem gegenüber zitiert delcyros einen Artikel zur Entwicklung der schiffbaulichen Werkstoffe mit Mindestzugfestigkeit (Bruchfestigkeit) von 520 N/mm2 bzw. 53 kg/mm2 und einer Fließgrenze bei 320 N/mm2 bzw. 33 kg/mm2. Diese letzten Werte setzte man 1908 auf 50 kg/mm2 bzw. 30 kg/mm2 herab. Soweit so gut, aber im dann folgenden Satz wird der Stahl S III mit 520 N/mm2 (53 kg/mm2) bis 620 N/mm2 (63 kg/mm2) aber ohne Fließgrenzenangabe beschrieben.

Wenn dann die Anforderungen 1910 noch einmal geändert wurden, gab es wieder eine Korrektur nach oben, oder wurde die Stahlgruppenzuordnung generell geändert?

Offline delcyros

  • Korvettenkapitän
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Von einer gewissen Dynamik wird auszugehen sein.
Ich kenne die Entscheidungsgrundlagen für die Ermäßigung 1908 nicht.

Lediglich als Vermutung kommt in Betracht, dass die Kommission zur Materialprüfung 1908 einheitlich einen neuen Materialtest annimmt, auf Empfehlung u.a. von Dr. Ehrensberger, der seinerzeit Leiter der Krupp- Abteilung für Stahl war, und zu dessen Aufgabe u.a. die Entwicklung und Erforschung von Panzerstähle und Konstruktionsstähle gehörte.
Der neue Test auf Kerbschlagzähigkeit überprüft die Zähigkeit von Stahlsorten bei verschiedenen Temperaturen nach einem V-Kerb und anschließendem Biegeversuch.
Ehrensberger hatte seinen Abschlußbericht, der u.a. Schiffbaustähle, Nickel- und Chromnickelstähle einschloß, im Okt. 1907 vorgelegt, mit Wirkung 1908 wurde dieser, auch als Charpy-Test bekannte Test angenommen.
(außerhalb Dt. / Öst-Ung. wird dieser Test erst nach 1920 in der Breite eingeführt)

vgl. Ehrensberger, Die Kerbschlagprobe in der Materialprüfung, in: Stahl und Eisen 27, 1907, S.1797-1809 u. ebenda S.1833-1839


https://ia902709.us.archive.org/22/items/bub_gb_H9U-AQAAMAAJ/bub_gb_H9U-AQAAMAAJ.pdf


Einige der Materialien seiner Untersuchung 1906/7 zeigen bei 0°C ein stark ausgeprägtes, sprödes Bruchverhalten, es handelt sich dabei ausnahmslos um Kohlenstoffstähle und Spezialstähle ohne Nickel. Ob der Schiffbaustahl darunter ist, ist mir unbekannt.

Deutlich bessere Werte bei 0°C traten bei diesen Stählen auf, wenn sie nur bis 47- 53kg/mm² vergütet wurden.
Ich würde nicht ausschließen, dass ein Zusammenhang in der Ermäßigung der Festigkeit zugunsten der Zähigkeit bei etwa 0°C vorliegt.

Ein späteres, wieder-Raufgehen mit den Festigkeitswerten ist angesichts der besseren Skills der Metallurgen jedenfalls nicht unplausibel, aber dazu liegen zunächst keine belastbaren Quellen vor.

Offline FAUN

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Die Entwicklung in den Stahlsorten nahm damals wohl erst richtig Fahrt auf. Welches Ziele wurde mit den Vorgaben der Kriegsmarine damals verfolgt? Die Angaben der Zugfestigkeit, Fließgrenze und Bruchdehnung sind doch Kennwerte zur Festigkeitsberechnung, also zur konstruktiven Auslegung eines Schiffs oder eines Teils davon. Wie paßt aber hier die Kerbschlagzähigkeit hinein? War man nicht sicher, ob die Stähle zwar die Zufestigkeit erreichten, aber trotzdem zum Sprödbruch neigten? Denn so hätte ich die Stähle S i - III einfach unter den Baustählen St 37 bis St 60 (alter Nomenklatur) eingeordnet. Jedenfalls ist es ein interessantes Gebiet.

Offline Thoddy

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Der Schiffbaustahl wurde offensichtlich einer Normierung auf Grundlage der Reichsbahnanforderungen für Schienenstähle unterworfen, soweit ich weiß, war diese die erste Körperschaft, welche die Begrifflichkeit ST 52 benutzte

Bei Übergang auf die DIN Normierung ist meiner Meinung nach erkennbar, dass mit dieser Normierung auf Mindestwerte bei Zugfestigkeit, Fließgrenze und Bruchdehnung umgestellt wurde, während bei den älteren Festlegungen von bis Werte erlaubt waren
das heißt ein Schiffbaustahl III kann von der Zugfestigkeit auch schlechter sein als die Mindestanforderung bei ST 52.
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Panzerstähle
in der Herstellungssicht ist erkennbar, das mit Ende des 1 WK /20ger Jahre auf Elektrostahl umgestellt wurde, so daß die Anteile für P und S sehr stark zurückgingen, was auch erhebliche Auswirkungen auf die Gefügequalität (Feinkorn(erwünscht)<->Grobkorn(unerwünscht)) hatte.

« Letzte Änderung: 18 Januar 2016, 11:41:43 von Thoddy »
Meine Herren, es kann ein siebenjähriger, es kann ein dreißigjähriger Krieg werden – und wehe dem, der zuerst die Lunte in das Pulverfaß schleudert!
WoWs : [FMA]Captain_Hook_

Offline delcyros

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Neues zu Q420.

Q420 (alias Qualität 420 Stahl) basierte auf die Ni-Cr Mischung der experimentellen Panzerplatte Krupp Nr. 420. Diese wiederum fungierte als homogener Testfall für den neuen, zur Oberflächenhärtung vorgesehenen Chromnickelstahl (KC), der den  oberflächengehärteten Krupp Nickelstahl 1892-1894 ersetzen sollte (zb. Krupp Nr. 63, Nr. 412, Nr. 425 u.a. für späte SIEGFRIEDs und in Teilen der BRANDENBURG Klasse verbaut)

Anbei anghängt sind die Beschußversuche die Krupp 1894 mit seiner neuen Platte 420 durchführte. Die 150mm starke, homogene Platte wies sich gegen die gegen sie eingesetzten 12cm und 15cm Chromstahlvollgeschosse so wirksam, das sie als Namengeber für die "Qualität 420" herangezogen wurde, der erste homogene Chromnickelstahlpanzer, der fortan dort eingesetzt wurde, wo direkter ballistischer Schutz gegen Durchschlag notwendig war (Turmdecken, Kommandoturmdecken, Panzerdecks mit >60mm und Vertikalpanzer bis 80mm). Erst Anfang der 30´er Jahre wird Q420 durch Wh/n.A. ersetzt.

Die Q420 Stahlmischung (3% Ni & 2% Cr) diente auch als Basis für den ersten KC Panzer (ab FRIEDRICH III Klasse).

Zur Qualität dieses Homogenpanzers kommen mehrere Quellen in Betracht, von denen ich nur einige hier heranziehe:

A) zunächst die Beschußversuche 1894 mit Platte 420
die verwendeten Geschosse waren L/3.5 Stahlvollgeschosse ohne Kappe mit folgenden Gewichten:
12cm L/3,5 mit 26kg Gewicht
15cm L/3,5 mit 51kg Gewicht
17cm L/3,5(?) mit 77kg Gewicht

Die durch diese Geschosse erzielten kritischen Durchschlagsgeschwindigkeiten bewegten sich in etwa auf dem Qualitätsniveau von 6" 1940 US class B vs 6" Mk35 mod5 AP. Wobei das 17cm etwas drunterfiel und das 12cm darüber blieb.

Interessanterweise stehen auch Angaben zum 45,5kg schwerem 15cm L/3.7 Psgr. m. Kp. gegen Q420 zur Verfügung. In g.Kdos 14037/35 wird die Durchschlagskraft dieses Geschosses gegen älteres KC/a.A. abgebildet, während textual erwähnt wurde das homogenes Panzermaterial [angenommen Q420, da Wh/n.A. in GKdos100 für dieses Geschoss andere Werte aufweist] bei 30° genauso resistent sei aber bei vertikalem Einschlag (0°) um 20% in der Geschwindigkeit schlechter sei und bei 45° um ebensoviel besser sei als die Referenzkurve in KC/a.A.
das läuft auf 540m/s für den Durchschlag von 100mm Q420 bei 40° Einschlagwinkel heraus.
Die GKdos-100 Kurven verraten, dass gegen Wh/n.A. eine noch höhere Geschwindigkeit für den Durchschlag erforderlich gewesen ist: ~570m/s für 100mm Wh/n.A. bei 40°.

Nach Ende des Krieges wurden 15cm L/3,7 Psgr. m. Kp. im USNPG Dahlgren mit etwas größeren Führungsringen versehen und gegen US class B Homogenpanzer von US 6" Geschützen verschossen. Alle drei verwendeten Geschosse gingen dabei zu Bruch.
Aber: die Durchschlagsgrenze für 4" (102mm) US class B bei 40° wurde mit 1709 fps (520,9 m/s) ermittelt, erheblich niedriger also als für 100mm Wh/n.A. nach den GKdos100 Graphen (=570m/s), nach Gercke für 102mm Wh/n.A. sogar 582m/s und im Bereich von - bzw. sogar noch etwas niedriger als für das 1890´er Q420 (540m/s).

Das absurde dabei ist, dass die 4" starke US class B Panzerplatte nach Ausweis von Beschußtests mit 6" Mk35 mod 5 APCBC von ausgesprochen hoher Qualität gewesen sein muss.

Ideen?

Offline Thoddy

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hier ein Durchschlagsdiagramm der 17 cm Psgr L/3 Material dürfte KC aA sein
https://drive.google.com/file/d/0B12aaMD-x_k_bmJaajY1TEdqWkE/view?usp=sharing
bitte auch Kommentare zur Leistungsfähigkeit des Geschosses lesen

Grenzschusskurven
die Kurven haben eine wesentlich flacheren Verlauf, obwohl die Geschosse nach allgemeinen Erkenntnissen eine schlechter Winkelperformance haben, also sind vermutlich die Verläufe oberhalb von 30Grad mit Vorsicht zu genießen

ich habe mal mit Gercke formel nachzurechnen versucht.
kurz gesagt es war schwierig

wenn man nahe an ein Kaliber-Plattendicke Verhältnis von 1 herankommt bzw darüber hinaus geht zeigt KCaA für dieses Projektil und dickere Platten (bereits oberhalb von 150 mm) beim Beschuß nahe zur Senkrechten eine (scheinbare?)überproportionale relative Verschlechterung der ballistischen Leistungsfähigkeit des Panzers im Vergleich zu KC nA bei den neuere Geschossen. 

Dieser relative Performanceabfall Könnte jedoch auch durch die Projektilform -und dadurch verursachte Änderungen im Durchschlagmodus- bedingt sein.
Der L 3 Projektiltyp an sich hat Beschreibungsmäßig jedoch eine maximale Leistungsfähigkeit von etwa einem Kaliber Panzerplatte darüber geht das Geschoß faktisch immer zu Bruch.


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Im Vergleich der Grafen  für die deutsche Projektile und das US 90 mm M82 für 30 Grad obliquity resp 60 Grad auftreffwinkel sind unterschiedliche Verläufe der Durchlagskurve im Bereich zw 400 - 800 m/s erkennbar. Siehe auch drittes Bild; weitere Erläuterungen im "Bericht 166 der Lilienthalgesellschaft" und "Herstellung deutscher Panzergeschosse". (zu beachten bei Diagramm 1 sind im Vergleich zu Diagramm 2 und 3 Ordinate und Abszisse getauscht)

alle empirischen Durchschlagsformeln simulieren nur den Bereich des konvexen Verlaufs im oberen Diagramm. Diagramm 3 zeigt das dieser Bereich durch relative Verringerung der Plattenqualitäts mit beeinflußt wird. Es ist anzunehmen, wenn die Plattenqualität gleich bleiben würde, wäre die Kurve stärker gestreckt.
 
Ein Teil des  Verlaufs ist auch auf die zunehmende Deformation und Zerstörung des Projektils bei höheren Geschwindigkeiten zurückzuführen (Sättigungslinie der pzgr rot bei ca 75 mm).



« Letzte Änderung: 23 Dezember 2016, 12:36:30 von Thoddy »
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Offline Thoddy

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hier habe ich die Werte aus dem  M82 Durchschlaggrafen übertragen
Sie liegen etwas oberhalb des Grafen der 8,8 cm Pzgr 39
Sie könnten damit auf etwas schlechtere Performance des M82 oder etwas schlechtere Qualität des Deutschen Panzermaterial hindeuten oder eine Kombination
« Letzte Änderung: 22 Dezember 2016, 16:22:06 von Thoddy »
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Offline delcyros

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Thoddy,

ich denke der Verlauf 90mm M82 vs 88mm Pzrg.39 ist praktisch identisch. Unterschiede im Graphen sind schon durch die unterschiedlichen Definitionen, wie die Graphen erstellt wurden erklärbar:

dt. Graphen (88mm):
5 von 5 intakte, zündfühige Durchschläge in einem 5m/s Bereich, aufgerundet zum nächst höheren 5m/s Bereich. Fehler sind nicht zulässig (100% Kriterium)

US Graphen (90mm M82):
-beziehen sich auf die 50% Wahrscheinlichkeit des Durchschlages (50% Kriterium)


Aber was mir dabei einfällt, die 90mm M82 war ein vergrößertes 76mm M62 Design, evtl. können die US Graphen ebenfalls den Fall des "inversen Scaling" bei hohen Winkeln zeigen (0° vs 55° gegen z.B. 0,5kal). Ich gehe davon aus, da Ord.P.8 (1921) dieses Phänomen ebenfalls beschreibt.

Der flache Verlauf des Durchschlages von L/3 Projektiles gegn KC Panzer ist auf die durch den KC verursachte Beschädigungen der sehr scharfen 2D Projektilnase zurückzuführen (nose-only shatter im engl. Jargon). Dies führt nicht zum zerbrechen des Geschosses, verändert aber die Grenzschusskurven erheblich (bei normalen Auftreffen bis 1/3 weniger Durchschlag, dafür besserer Durchschlag bei hohen Winkeln, da das Brechen der Nase ein Abweisen des Geschosses bei flachen Winkeln verhindert).

"grenz" -Geschoß zerbricht, gilt aber nur wenn die Beschädigung ein Zünden des Geschosses ausschließt, d.h. der Bruch bis in die Höhlung reicht.

Offline Thoddy

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Danke ich dachte schon ich spinne

ich vergleiche dann die Grafen auf Scaling
1)M82 hom vs FH armor
rote Kurven FH armor für 0, 20, 30, 40, 45, 50 Grad
-----------------------------
Delcyros kannst du mal mit NOs Programmen Spielen und Grafen in dieser Form Produzieren

prüfe auf vorhandensein von konvexen und konkaven Bereichen

wenn man die verfügbaren Durchschlagsgrafen Richtung 0,0 verlängert muss es zu Beginn immer auch einen konkaven Bereich geben.
Es scheint mir je härter das Material desto weniger ausgeprägt ist der Bereich in dem "Konvexität" vorherrscht.
und das könnte technisch korrespondieren mit -
Zerreißen des Materials bei dünnen Platten Konkav
stanzen(plugging).-weniger konvex
durchstechen (piercing) ausgeprägt konvex
projectil versagen. konkav
materialqualität mit zunehmender Dicke runter.- konvex
Selbstverständlich alles in einer Interaction von Platte und Geschoß auch hinsichtlich der relativen Qualitäten.

Zitat
Das absurde dabei ist, dass die 4" starke US class B Panzerplatte nach Ausweis von Beschußtests mit 6" Mk35 mod 5 APCBC von ausgesprochen hoher Qualität gewesen sein muss.
hast du Daten?
Für homogene US 3" Platten liegt der  Durchschnittswert bei ~110% gem F Formula mit ~106,5% für die schlechteste(akzeptierte?) US Platte und ~114% für die beste US platte für Beschuß mit 6" APCs.

diverse Ediths hinsichtlich konkav<-> konvex
(vorab Kommentar:beim 90 mm T 33 (AP-shot massegleich -wie M82-) ist das "Shatter Gap" ganz deutlich für 30 Grad erkennbar)

« Letzte Änderung: 02 Januar 2017, 18:04:26 von Thoddy »
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Offline delcyros

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Thoddy,

ich versuche es mal die Tage mit HCWLC für M82 & M62 durchzurechnen.

Hinsichtlich der Daten siehe PN.

lg,
delc

Offline delcyros

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Nochmal zu % elongation. Es existiert, abgesehen von der Unterschiedlichen Probelänge (Thoddy) ein weiteres Definitionsproblem wenn Angaben verglichen werden.

Die KM Spezifikation für Wh/n.A. K/R/D von 18% in 5D gilt für das Akzeptanzminimum für den in quer- und längsrichtung niedrigsten, gemessen Einzelwert (ein Unterschreiten ist nicht erlaubt).

US Angaben der % elongation sind aber Durchschnittswerte mehrerer Einzelwerte.

D.h. US STS 215BHN (4 Platten a 1" Dicke):

Platte 1:
25.0%
26.0%
25.2%
26.0%
mean: 25.6% (US Definition) aber 25.0% KM Definition

Platte 2:
27.0%
26.5%
25.2%
24.7%
mean: 25.9% (US Definition) aber 24.7% KM Definition

Platte 3:
27.2%
23.0%
26.5%
26.2%
mean: 25.7% (US Definition) aber 23.0% KM Definition

Platte 4:
28.7%
24.0%
25.0%
21.7%
mean: 24.9% (US Definition) aber 21.7% KM Definition

120mm Wh/n.A. Platte (% elongation nach US/UK Probenlänge genommen):
26.6%
25.5%
25.1%
23.3%
mean: 25.1% (US Definition) aber 23.3% KM Definition

80mm Wh/n.A. Platte (% elongation nach US/UK Probenlänge genommen):
26.3%
23.6%
25.1%
24.1%
mean: 24.8% (US Definition) aber 23.6% KM Definition

Hinsichtlich der älteren Q420 und Ni-Decksstahlplatten bin ich mir nicht sicher welche Definitionen zur Ermittlung der phys. Eigenschaften herangezogen wurden. Einerseits wird behauptet, dass Q420 eine Dehnung von 20% aufweist, aber dann steht die Behauptung im Raum Wh/n.A. sei sowohl härter als auch zäher als Q420...

Offline FAUN

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Ich muß zugeben, ich habe keine Ahnung  über was Ihr hier diskutiert. Allerdings stutzte ich bei dem letzten Beitrag. Diesen habe ich so verstanden, daß es Stähle gab bzw. geben sollte, die eine Dehnung bzw. Längenänderung von ~25% zulassen? Sicherlich liegt da bei mir ein Mißverständnis vor, war, wie gasagt auch ein Stutzen.