CZ296664B6

CZ296664B6 - Ocel pro výrobu rozdelitelných strojních soucástek a zpusob jejich výroby

Info

Publication number: CZ296664B6
Application number: CZ20002768A
Authority: CZ
Inventors: Bellus@Jacques; Dierickx@Pierre; Jacot@Vincent; Robelet@Marc
Original assignee: Ascometal
Priority date: 1998-01-28
Filing date: 1999-01-19
Publication date: 2006-05-17
Also published as: FR2774098B1; AR014509A1; KR20010024880A; SI20334A; ATE204924T1; PL342058A1; PT1051531E; WO1999039018A1; JP2002501985A; DE69900247D1; EP1051531B1; DK1051531T3; DE69900247T2; KR20010034363A; JP3854462B2; BR9907926A; EP1051531A1; TR200002200T2; RO120006B1; CZ20002768A3

Abstract

Ocel pro výrobu rozdelitelných strojních soucástek zahrnuje 0,2 % .<=. C .<=. 0,4 % 0,1 % .<=. Si .<=. 1,5 % 0,3 % .<=. Mn .<=. 1,4 % 0,2 % .<=. V .<=. 0,5 % P .<=. 0,150 % 0,005 % .<=. N .<=. 0,02 %, poprípade alespon jeden z prvku ze skupiny zahrnující olovo v mnozství az 0,1 %, tellur v mnozství az 0,15 %, bizmut v mnozství az 0,15 %, selen v mnozství az 0,02 %, síru v mnozství az 0,35 % a vápník v mnozství az 0,005 %, poprípade alespon jeden z prvku zeskupiny zahrnující titan v mnozství az 0,05 %, niob v mnozství az 0,35 % a hliník v mnozství az 0,07 %, pricemz zbytek do 100 % tvorí zelezo, necistoty a zbytky pocházející z tavení. Ocel má v podstate ferriticko-perlitickou strukturu, jejíz ferritická cást tvorí alespon 20 %, pevnost v tahu této ocele je nizsí nez 1100 MPa, hodnota namáhání na mezi trvalé deformace je vetsí nez 700 MPa, hodnota pomeru R.sub.e.n./R.sub.m.n. je vesí nez 0,73 a energie potrebná pro lom K.sub.CV.n. je nizsí nez 7 joulu/cm.sup.2.n..

Description

Oblast techniky

Vynález se týká ocele pro výrobu rozdělitelných strojních součástek, zejména pro výrobu ojnic pro motory s vnitřním spalováním, a způsobu jejich výroby.

Dosavadní stav techniky

Některé strojní součásti, například ojnice pro motory s vnitřním spalováním, sestávají z alespoň dvou oddělitelných dílů spojených spolu spojovacími prvky, jako jsou například šrouby nebo svorníky. Tyto součásti mohou být vyrobeny z litiny, slinutého a z kovaného práškového kovu nebo z kovové ocele.

Ocel, z které se ojnice z kovové ocele vyrábějí, musí být snadno kujná a obrobitelná, a musí mít mechanické vlastnosti, které umožňují zabezpečit, aby ojnice v provozu řádně fungovaly. Obecně požadované mechanické vlastnosti jsou: tvrdost mezi 210 HB a 360 HB, mez pevnosti v tahu mezi 650 a 1200 MPa, aby se dosáhlo dostatečné hodnoty meze únavy, a namáhání na mezi trvalé deformace v rozmezí od 300 MPa do 800 MPa, aby se tak zabránilo deformacím překročení meze průtažnosti. Pro některé ojnice musí být hodnota namáhání na mezi trvalé deformace Re větší než 700 MPa a pevnost v tahu musí být nižší než 1100 MPa.

Ojnice, které sestávají ze dvou oddělených částí, tělesa a víka, je možno vyrobit kováním předrobku. Pak se předrobek opracuje, načež se rozdělí ve dvě části křehkým lomem ve zlomové rovině. Tato technologie, určená pro výrobu oddělitelných dílů má řadu výhod, spočívajících vtom, že značně zjednodušuje sled výrobních operací tím, že se obejde bez obráběcích operací. Naproti tomu však vyžaduje použití „oddělitelné“ ocele, totiž takové, která umožňuje provedení řádného křehkého lomu.

Pro výrobu oddělitelných ojnic se v japonském patentovém spise JP 08-291373 navrhuje použití ocele obsahující od 0,4 % do 0,6 % uhlíku, do 0,5 % do 5 % křemíku, od 0,1 % do 0,8 % manganu, od 0,1 % do 0,5 % chrómu, od 0,1 % do 0,5 % vanadu a od 0,01 % do 0,2 % výhodně více než 0,05 % fosforu, přičemž zbytek do 100 % jsou železo, nečistoty a popřípadě malá množství přísad určených pro zlepšení obrobitelnosti. Nevýhodou této ocele však je, že vykazuje téměř úplnou perlitickou strukturu, což omezuje feritickou část a tím tvrdost dosahovanou vylučováním nitridu uhlíku, jakož i zkřehnutí feritu. Kromě toho jsou mechanické vlastnosti (Re a R_m) u této ocele velmi citlivé na podmínky při chlazení, což snižuje spolehlivost hromadné výroby této součástky.

Ve francouzské patentové přihlášce FR 2 742 448 se navrhuje použití ocele obsahující od 0,25 % do 0,5 % uhlíku, od 0,2 % do 1,5 % křemíku, od 0,1 % do 2 % manganu, méně než 0,15 % chrómu, méně než 0,15 % niklu, méně než 0,05 % molybdenu, méně než 0,35 % mědi, od 0 % do 0,2 % vanadu, od 0,04 % do 0,2 % fosforu a od 0,005 % do 0,02 % dusíku, přičemž zbytek jsou železo, nečistoty a popřípadě malá množství přísad určených pro zlepšení obrobitelnosti. Toto složení umožňuje vytvoření snadno oddělitelné feriticko-perlitické struktury. Naproti tomu však neumožňuje dosáhnout vyšší hodnoty namáhání na mezi trvalé deformace než 700 MPa ani meze pevnosti v tahu nižší než 1100 MPa. Kromě toho lze oddělitelnosti dosáhnout pouze větším přídavkem fosforu, což je nevýhodné, poněvadž se tím zvýší riziko odměšování, což činí obrábění obtížným.

Podstata vynálezu

Shora uvedené nedostatky odstraňuje tento vynález, jehož předmětem je ocel pro výrobu rozdělitelných strojních součástek, jejíž hmotnostní chemické složení zahrnuje

0,2 % < C < 0,4 %

0,1 % < Si < 1,5 %

0,3 %<Mn< 1,4%

0,2 % < V < 0,5 %

P< 0,150%

0,005 % < N < 0,02 %, popřípadě alespoň jeden z prvků ze skupiny zahrnující olovo v množství až 0,1 %, tellur v množství až 0,15 %, bizmut v množství až 0,15 %, selen v množství až 0,02 %, síru v množství až 0,35 % a vápník v množství až 0,005 %, popřípadě alespoň jeden z prvků ze skupiny zahrnující titan v množství až 0,05 %, niob v množství až 0,1 % a hliník v množství až 0,07 %, přičemž zbytek do 100 % tvoří železo, nečistoty a zbytky pocházející z tavení; ocel má v podstatě feriticko-perliticko strukturu, jejíž feritická část tvoří alespoň 20 %, pevnost v tahu této ocele je nižší než 1100 MPa, hodnota namáhání na mezi trvalé deformace je větší než 700 MPa, hodnota poměru R_e/R_mje větší než 0,73 a energie potřebná pro lom Kc_V je nižší než 7 joulů/cm².

Výhodně je obsah fosforu nižší než 0,03 % hmotn. Rovněž výhodně je obsah zbytků, kterými jsou nikl, chrom a molybden, takovýto:

Ni + Cr < 0,45 %

Mo < 0,06 %.

Vynález se rovněž týká použití shora popsané ocele pro výrobu součástky, jejíž struktura je v postatě feritickoperlická, přičemž feritická část tvoří alespoň 20 %, jejíž pevnost v tahu je nižší než 1100 MPa, hodnota namáhání na mezi trvalé deformace je vyšší než 700 MPa, hodnota poměru R_e/R_m je větší než 0,73 a energie potřebná pro lom K_cv je menší než 7 joulů/cm². Tato součástka, kterou může být ojnice, je rozdělitelná.

Konečně se vynález týká způsobu výroby ocelové součástky zahrnující alespoň dva oddělené díly, při němž se předkovek z ocele mající složení ocele podle vynálezu zahřeje a tepotu v rozmezí od: Ac₃ + 150 °C do 1370 °C, předkovek se ková k získání předrobku součástky, po kování se předrobek součástky ochladí na teplotu místnosti, a to rychlostí od 0,4 °C/s do 1,5 °C/s v okamžiku, kdy teplota předrobku dosáhne 700 °C, takže předrobek získá v podstatě feriticko-perlitickou strukturu, jejíž feritická část činí alespoň 20 %, pevnost v tahu předrobku je nižší než 110 MPa, hodnota namáhání na mezi trvalé deformace je vyšší než 700 MPa, poměr R_e/R_mje větší než 0,73 a energie potřebná pro lom K_cvje menší než 7 joulů/cm² předrobek součástky se pak podrobí alespoň jedné obráběcí operaci, a získaná součástka se pak rozdělí alespoň na dva díly, a to křehkým lomem.

Vynález bude nyní popsán podrobněji, aniž by však byl na tento podrobnější popis omezen.

Ocel podle vynálezuje uhlíková ocel nebo nízkoslitinová ocel pro mechanické konstrukce, jejíž chemické hmotnostní složení zahrnuje

-2CZ 296664 B6 více než 0,2 %, výhodně více než 0,21 % uhlíku, aby se dosáhlo dostatečně vysoké mechanické pevnosti, avšak méně než 0,4 % uhlíku, aby se zabránilo příliš veliké citlivosti mechanických vlastností ocele za podmínek ochlazování a dále, aby se zabránilo tomu, aby ocel měla příliš velkou tvrdost, která znesnadňuje obrábění, od 0,1 % do 1,5 % křemíku; křemík je dezoxidačním prvkem, který musí být přidán v množství větším než 0,1 %, aby byla zaručena správná dezoxidace; v množství menší než 1,5 %, s výhodou v množství od 0,6 % do 1,2 % způsobuje tento prvek větší tvrdost a křehkost feritu, což je příznivé pro dobrou obrobitelnost součástky a pro snadné provedení křehkého lomu, od 0,3 % do 1,4 % manganu sloužícího pro vázání síry v podobě sulfidů manganu a pro úpravu tvrdosti, aby se získala v podstatě feriticko-perlitická struktura obsahující alespoň 30 % feritu, což příznivě ovlivňuje obrobitelnost; výhodně je struktura této ocele alespoň z 90 % feritickoperlitická;

od 0,2 % do 0,4 %, výhodně více než 0,21 % vanadu, aby se ferit ztvrdil a aby se dosáhlo hodnoty namáhání na mezi trvalé deformace, větší než 700 MPa a velikosti poměru hodnoty namáhání na mezi trvalé deformace k hodnotě pevnosti v tahu větší než 0,75, což je příznivé pro schopnost předrobku k snadnému provedení křehkého lomu;

až 0,2 %, avšak výhodně méně než 0,03 % fosforu; vysoký obsah fosforu příznivě ovlivňuje schopnost předrobku k snadnému provedení křehkého lomu, je však výhodné omezit obsah fosforu na 0,03 %, aby se omezila segregace, která nepříznivě ovlivňuje obrobitelnost;

od 0,005 % do 0,02 % dusíku, aby se mohly tvořit nitridy vanadu, které činí ferit tvrdším;

případně alespoň jeden prvek ze skupiny zahrnující olovo v množství až 0,1 %, tellur v množství až 0,15 %, bizmut v množství až 0,15 %, selen v množství až 0,02 %, síru v množství až 0,35 % a vápník v množství až 0,005 %, aby se tak zlepšila obrobitelnost;

a popřípadě alespoň jeden prvek ze skupiny zahrnující titan v množství až 0,05 %, niob v množství až 0,1 % a hliník v množství až 0,07 %, aby se omezil růst zrn během kování.

Zbytek do obsahu 100 % tvoří železo a nečistoty a pozůstatky pocházející z tavby. Pozůstatky a nečistotami pocházejícími ze surovin jsou zejména nikl, chrom a molybden. Aby se vytvořila v podstatě feriticko-perlitická struktura obsahující alespoň 20 %, výhodně více než 30 % feritu, musí obsah zbytků být co nej výhodněji regulován tak, aby se součet obsahu niklu a chrómu (Ni + Cr) udržel pod 0,45 %, a obsah molybdenu zůstal pod 0,05 %.

Kromě toho, aby bylo možno strukturu vhodně regulovat, je výhodné, aby obsah manganu a vanadu byl takový, že součet Mn + 10 V < 5,2 %.

Při výrobě rozdělitelné součástky se ocelový předkovek, mající složení podle vynálezu, zahřeje na tepotu v rozmezí Ac₃ + 150 °C až 1370 °C tak, aby se vanad austenitizoval a solutinizoval, pak se ocelový předkovek za tepla ková za získání předrobku, přičemž kování končí při teplotě nad 800 °C. Hned po skončení kování se předrobek řízeným postupem ochladí na teplotu místnosti, například vzduchem, rychlostí chladnutí v rozmezí od 0,5 °C/s do 1,5 °C/s, až jeho teplota dosáhne 700 °C. Tímto postupem se získá v podstatě feriticko-perlitická struktura (tj. alespoň 90 % z této feriticko-perlitické struktury tvoří alespoň z 20 %, výhodně z více než 30 % ferit, hodnota namáhání na mezi trvalé deformace R_c větší než 700 MPa a hodnota pevnosti v tahu R_mnižší než 1100 MPa a výhodně vyšší než 850 MPa. Kromě toho, energie K_cv, potřebná pro lom je menší než 7 joulů/cm² při teplotě místnosti a hodnota poměru R_e/R_m je větší než 0,73, výhodně větší než 0,75. Posledně uvedené dvě podmínky umožňují dosáhnout čistého lomu, jehož břit není deformován, což je okolnost, která definuje dobrou oddělitelnost. Takto získaný surový předrobek se pak obrábí, načež se rozlomí ve dva díly křehkým lomem.

-3 CZ 296664 B6

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Z ocele podle vynálezu o hmotnostním složení C = 0,319%, Si = 0,61 %, Mn = 1,02 %, V = 0,3 %, Ni = 0,214 %, Cr = 0,21 %, Mo = 0,05 %, Cu = 0,21 %, S = 0,059 %, P = 0,017 %, Al - 0,02 %, N = 0,0085 %, zbytek do 100 % = železo a nečistoty z tavení, byly vyrobeny ojnice.

Před kováním byl ocelový předkovek zahřát na teplotu 1270 °C; teplota ke konci kování byla 1005 °C. Po kování byl předrobek ochlazen na vzduchu na teplotu 700 °C rychlostí 0,9 °C/s. Vzniklý předrobek vykazoval tyto vlastnosti:

struktura: 98 % feriticko-perlitická se 60 % perlitu,

R_m = 1050 MPa,

R_e = 840 MPa,

A % = 14,5 %,

K_Cv = 4 jouly/cm² při teplotě místnosti.

Následně byly předrobky opracovány, načež byly rozděleny ve dva díly křehkým lomem. Toto rozdělení ve dvě části křehkým lomem bylo provedeno bez jakýchkoli obtíží.

Příklad 2

Tento příklad popisuje zhotovení ojnic z ocele podle vynálezu, jejíž hmotnostní chemické složení je toto:

C = 0,208 %, Si = 0,605 %, Mn = 1,02 %, V = 0,3 %, Ni = 0,212 %, Cr = 0,211 %, Mo = 0,05 %, Cu = 0,205 %, S = 0,059 %, P = 0,016 %, Al = 0,022 %, N = 0,0077 %, zbytek do 100 % = železo a nečistoty z tavení.

Před kováním byl ocelový předkovek zahřát na teplotu 1270 °C; teplota ke konci kování byla 1025 °C. Po kování byl předrobek ochlazen na vzduchu na teplotu 700 °C průměrnou rychlostí chlazení 0,9 °C/s. Vlastnosti získaného předrobku byly tyto:

struktura: 98 % feriticko-perlitická se 60 % feritu.

R_m= 950 MPa,

R_e = 740 MPa,

A%= 17%,

K_cv = 5 joulů/cm² při teplotě místnosti.

Předrobky byly pak obrobeny a poté rozděleny vždy ve dva díly křehkým lomem. Toto rozdělení ve dvě části křehkým lomem proběhlo bez jakýchkoli potíží.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Ocel pro výrobu rozdělitelných strojních součástek, vyznačující se tím, že její hmotnostní chemická složení zahrnuje

0,2 % < C < 0,4 %

0,1 % < Si < 1,5 %

0,3 % < Mn < 1,4 %

0,2 % < V < 0,5 %

P< 0,150%

0,005 % < N < 0,02 %,

- popřípadě alespoň jeden prvek ze skupiny zahrnují olovo v množství až 0,1 %, tellur až 0,15 %, bizmut až 0,15 %, selen až 0,02 %, síru až 0,35 % a vápník až 0,005 %,

- popřípadě alespoň jeden prvek ze skupiny zahrnující titan v množství až 0,05 °/o, niob až 0,1 % a hliník až 0,07 %, zbytek do 100 % tvoří železo a nečistoty a zbytky z tavby, přičemž ocel má v podstatě feritickoperlitickou strukturu, jejíž feritická část tvoří alespoň 20 %, pevnost v tahu ocele je nižší než 1100 MPa, hodnota namáhání na mezi tvorby trvalé deformace je vyšší než 700 MPa, hodnota poměru R_e/R_m je vyšší než 0,73 a energie K_cv potřebná pro lom je menší než 7 joulů/cm².
2. Ocel podle nároku 1, vyznačuj ící se tím, že její obsah fosforu je roven nebo nižší než 0,03 % hmotn.
3. Ocel podle nároku 1, vyznačuj ící se tím, že obsahuje zbytky, kterými jsou nikl, chrom a molybden, v takovém hmotnostním množství, že součet hmotnostních množství niklu a chromuje roven nebo nižší než 0,45 %, a obsah molybdenu je Mo < 0,06 % hmotn.
4. Ocel podle nároků 1, 2 a 3, vyznačující se tím, že feritická část tvoří alespoň 30 % uvedené feritickoperlitické struktury.
5. Ocel podle nároků 1 až 4, vy z n a č u j í c í se tím, že hodnota poměru Re/R_m je vyšší než 0,75.
6. Ocel podle nároků 1 až 5, v y z n a č u j í c í se tím, že její pevnost v tahu R_m je větší nebo se rovná 850 MPa.
7. Použití oceli podle kteréhokoli z nároků 1 až 6 pro výrobu ocelové součástky.
8. Použití definované v nároku 7, kde uvedenou ocelovou součástkou je ojnice.
9. Způsob výroby ocelové součástky podle nároků 1 až 6, tvořené alespoň dvěma oddělitelnými částmi, vy z n a č uj í c í se tím, že předkovek z ocele mající hmotnostní chemické složení

0,2 % < C < 0,4 %

0,1 % < Si < 1,5 %

0,3 % < Mn < 1,4 %

0,2 % < V < 0,5 %

P< 0,150%

0,005 % < N < 0,02 %, a popřípadě obsahuje alespoň jeden z prvků ze skupiny zahrnující olovo v hmotnostním množství až 0,1 %, tellur až 0,15 %, bizmut až 0,15 %, selen až 0,02 %, síru až 0,35 % a vápník až 0,005 %, a popřípadě alespoň jeden z prvků ze skupiny zahrnující titan v hmotnostním množství

-5 CZ 296664 B6 až 0,05 %, niob až 0,1 % a hliník až 0,07 %, přičemž zbytek do 100 % tvoří železo, nečistoty a zbytky z tavby, se zahřeje na teplotu v rozmezí od Ac₃ + 150 °C do 1370 °C, předkovek se pak ková, čímž se získá předrobek, po kování se předrobek ochladí na teplotu místnosti rychlostí v rozmezí od 0,4 °C/c do 1,5 °C/s

5 v okamžiku, kdy teplota předrobku dosáhne 700 °C, takže předrobek získá v podstatě feriticko-perlitickou strukturu, jejíž feritická část tvoří alespoň 20 %, pevnost v tahu předrobku je nižší než 1100 MPa, hodnota namáhání na mezi trvalé deformace je vyšší než 700 MPa, hodnota poměru R_e/R_mje větší než 0,73 a energie K_cv potřebná pro zlom je menší než 7joulů/cm², předrobek se pak podrobí alespoň jednomu obráběcímu postupu,
10 a získaná součástka se rozdělí v alespoň dvě části křehkým zlomem.