DD141165A2

DD141165A2 - Thermomechanisches vererbungsbehandlungsverfahren fuer federstaehle zur verbesserung der werkstoffeigenschaften

Info

Publication number: DD141165A2
Application number: DD20842678A
Authority: DD
Inventors: Dietrich Boehme; Karl-Ernst Hensger; Peter Klimanek; Georg Wuttke
Original assignee: Dietrich Boehme; Hensger Karl Ernst; Peter Klimanek; Georg Wuttke
Priority date: 1978-10-13
Filing date: 1978-10-13
Publication date: 1980-04-16

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in metallurgischen Betrieben und Betrieben der metallverarbeitenden Industrie bei der Behandlung von geschmiedetem, gewalztem» gezogenem oder mit anderen Verfahren der Umformtechnik plastisch umgeformtem niedriglegiertem Stahl, insbesondere Federstahl, sowie daraus hergestellten Erzeugnissen zur. Einstellung eines mehrphasigen Gefügezustandes angewandt werden. Die Erfindung verfolgt das Ziel, die. technisch nutzbaren Werkstoffeigenschaften von Federstahl über das Niveau hinaus zu verbessern, das bei der Anwendung des im Hauptpatent 135 918 angemeldeten Verfahrens erreicht werden kann und die erforderliche zwangsläufige enge zeitliche und .räumliche Kopplung der thermomechanischen Beeinflussung und thermischen Austenitstabilisierung der in der PS WP C 21 D / 206 599 beschriebenen Erfindung nicht erforderlich macht. Durch entsprechende Führung des thermomechanischen Prozesses und entsprechender Anlaßbehandlungen wird eine vererbungsfähige stabile Realstruktur herausgebildet werden, die durch Einhaltung bestimmter Bedingungen bei der erneuten Austenitisierung und unterbrochenem Härten die Erzeugung des in der PS WP C 21 D / 206 599 erläuterten günstigen leistungssteigernden Realstrukturzustands ermöglicht. Die Erfindung stellt eine ökonomisch vorteilhafte Technologie für komplizierte Teile dar, deren Grundlage die Werk» Stoffeigenschaftsverbesserung durch Anv/endung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Einstellung eines mehrphasigen Gefüge» Zustandes in niedriglegierten Stählen mit einem Austenitanteil von > 7 Vol«-% ist,

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

j Die Erfindung betrifft eine technologische Variante der sogenannten hochtemperatur-thermomechanischen Behandlung, die in metallurgischen Betrieben und/öder Betrieben der metallverarbeitenden Industrie anwendbar ist* Das erfindungsgemäföe Verfahren bezieht sich auf die Behandlung von Flach-, Vierkant- und Rundmaterial aus niedriglegiertem Stahl, insbesondere Federstahl, und daraus hergestellten Erzeugnissen*

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Erfindung betrifft eine Zusatzlösung des im Hauptpatent 135 918 beschriebenen Wärmebehandlungsverfahren für Federstähle zur Verbesserung der Werkstoffeigenschaften und des in der Patentschrift WP C21D/206 599 dargelegten thermomechanischen ETehandlungsverf'ahrens für Federstähle zur Verbesserung der Werkstoffeigenschaften«

Die bekannten Wärmebehandlungsverfahren zur Beeinflussung bestimmter Verarbeitungs» und/oder Gebrauchseigenschaften sind in TGL 21862 beschriebene

Das im Hauptpatent Ί35 918 ι erläuterte Wärmebehandlungs· verfahren zur Verbesserung der Werkstoffeigenschaften beruht auf der thermischen Austenitstabilisierung^ Dadurch können in niedriglegierten Stählen Gefügezustände eingestellt werden, in welchem die Matrix aus zwei unterschiedlichen Phasen mit kubisch«=raumzentriertem bzw«, tetragonal verzerrtem und kubisch« flächenzentriertem Raumgitter besteht© Damit lassen sich stark verbesserte Werkstoffeigenschaften im Vergleich zum üblichen Vergüten an niedriglegierten Stählen einstellen» Entsprechend der in der Patentschrift WP C21D/206 539 beschriebenen Erfindung wird die Warmumformung und thermische Austenitstabilisierung miteinander zu einem einheitlichen technologischen Schema verknüpft* Neben der möglichen Energie- und Arbeitszeiteinsparung führt der damit einstellbare Realstrukturzustand bei einer Behandlung gemäß Patentschrift WP C21D/206 599 zu einer weiteren Leistungssteigerung der Federstähle über das Niveau der nach dem Hauptpatent erzielbaren Eigenschaften hinaus* Ein Mangel der in der Patentschrift WP C21D/206 5y9 dargestellten technischen Lösung besteht darin_? daß zur Einstellung des leistungssteigernden Realstrukturzustandes die Warmumformung und die thermische Austenitstabilisierung zeitlich und räumlich eng gekoppelt sind©

Die sinnvolle technologische Verknüpfung von plastischer Formgebung und Wärmebehandlung (thermomechanische Behandlung) und anschließender erneuter Vergütung ist seit 1962 als Vererbungs« schema der hochtemperatur-thermomechanischen Behandlung für martensitisch gehärtete Stähle bekannt (Stal, Moskau _t( -1962)4, S. 346)_e Dabei wird der Stahl.oberhalb A₃ umgeformt,.danach eine gewisse Zeit gehalten und im Anschluß daran gehärtet©

β» χ» — - — — _

Nach dem Anlassen und evtl. mechanischer Bearbeitung wird der Stahl erneut vergütet» Im Ergebnis dieser Behandlung liegt ein Anlaßgefüge vor, die mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs sind gegenüber konventionellem Vergüten verbessert und erreichen annähernd die Werte der direkten hochtemperatur-thermomechanischen Behandlung«

Die technologischen Schwierigkeiten des Prozesses bestehen im schnellen Abkühlen nach der Umformung mit Geschwindigkeiten, die über der kritischen Abkühlgeschwindigkeit für das Härten liegen, bis auf Temperaturen ~ M. und der Gefahr der Härterißbildung beim erneuten Härten^

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Verbesserung der technisch nutzbaren Eigenschaften von niedriglegierten Stählen, insbesondere Federstählen, über das Niveau,, das bei Anwendung der Erfindung entsprechend Hauptpatent 135 918 an Federstählen mit mehrphasigen Gefügezuständen durch Wärmebehandlung erreicht werden kann«

Gleichzeitig soll die Möglichkeit geschaffen werden, den mehrphasigen Gefügezustand nicht nur durch direkte hochtemperaturthermomechanisch^ Behandlung, wie im Patent VVP C21Q/206 599 beschrieben^ einzustellen, sondern nach einer darauffolgenden Vergütung ebenfalls zu erreichen^ Dadurch kann das Spektrum derartig behandelter Erzeugnisse erweitert werden©

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, durch eine geeignete Kombination von Wärmebehandlung nach dem Umformprozeß eine Verbesserung der mechanischen Werkstoffeigenschaftskomplexe an niedriglegierten Stählen, insbesondere Federstählen mit mehr·= phasigen Gefügezuständen zu erreichen und das Anwendungsgebiet der leistungssteigernden Realstrukturzustände der in Patentschrift WP C21D/206 599 angemeldeten Erfindung besonders für komplizierte Bauteile zu erweitern« Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst_s daß Feder« stähle .austenitisiert, dann bei Temperaturen über A₀ durch ein geeignetes Verfahren der Warmumformung, ZeB« Walzen* mit einem bezogenen Gesamtumformgrad in der letzten oder.in den beiden

warnt ·*-

letzten Umforrnstufen von & » 20 - 60 % und einer Formänderungsgeschwindigkeit f = 1 « 10-2« 10 s ^x plastisch umgeformt wird, danach bei diesen Temperaturen bis zu 60 s gehalten und anschließend gehärtet bzw» Zwischenstufenvergütet wird« Die Härtung kann unterbrochen erfolgen und die Zwischenstufenumwandlung auch unvollständig*vollzogen werden, so daß danach sowohl mar« tensitisch, martensitisch-bainitisch und bainitische Gefüge jeweils mit oder ohne Restaustenitanteile vorgefunden werden können·. Im Anschluß daran wird angelassen» wobei die Anlaßtemperaturen 650 °C nicht überschreiten dürfen« Nach dem Anlassen können die Teile mit Hilfe der Verfahren der Zerteil- oder Umformtechnik bearbeitet werden* Im Anschluß daran werden die Teile erneut austenitisierts Nach Erreichen der Austenitisierungstemperatur T., die die Temperatur der vorausgegangenen Umformung nicht überschreiten sollte, maximal so lange gehalten, daß Grobkornbildung des Austenits verhindert wirde

Die folgende Abkühlung bis zu einer Temperatur T -> M , wo die thermische Stabilisierung des Austenits erfolgt, muß mit einer Geschwindigkeit durchgeführt werden, die über der kritischen Abkühlgeschwindigkeit für das Härten liegte Die nachfolgende partielle Phasenumwandlung des Austenits wird so gesteuert, daß ein mehrphasiges Martensit-Austenit», Martensit/Bainit-Austenit- oder Bainit-Austenit-Mischgefüge vorliegt, in welchem der Restaustenitgehalt nach abschließendem Anlassen bei Temperaturen T < 600 ⁰C einen Wert von 7 Vol~% nicht unterschreitet»

Der erfindungsgemäß behandelte niedriglegierte Stahl, insbesondere Federstahl,, zeichnet sich trotz zeitlicher und räum·= licher Trennung aer in der Patentscnrift VVP C21D/206 59y beschriebenen hochtemperatur-thermomechanischen Beeinflussung und thermischen Austenitstabilisierung gegenüber dem im Hauptpatent

135 918 . dargelegten durch erhöhte Gitterfehlerdichte in den Gefügebestandteilen Martensit, Martensit/Bainit bzw« Bainit und Austenit bei günstiger Versetzungsanordnung, Restspannung und großer Phasengrenzflächendichte aus© Die Gefügebestandteile sind feiner und gleichmäßiger verteilt cjIs das bei Anwendung der in der Patentschrift 125 918 " , angeführten Technologie erreichbar ist« Diese Gefügebesonderheit wirkt sich positiv auf die technisch-nutzbaren Werkstoffeigenschaften aus a

Ausführungsbeispiel

Die erfindungsgemäß durchzuführende thermornechanische Vererbungsbehandlung und erzielbare Eigenschaftsverbesserungen werden am Stahl 55 SiMn 7 demonstriert» Nach Austenitisierung bei 950 ⁰C und Vl/alzung in einem Stich mit einer Abnahme von 40 % und einer

-1 mittleren Formänderungsgeschwindigkeit von 12 s wurde der Stahl 55 SiMn 7 nach einer Haltezeit bei dieser Temperatur von 15 s in einer 0,4 %igen Aquaplastlösung bis „auf eine Temperatur von ca© 300 ⁰C abgeschreckt und anschließend bis auf Raumtemperatur an Luft abgekühlt» Danach wurde bei 220 ⁰C und 600 ⁰C je» weils eine Stunde angelassen, so daß der Stahl bei einer Härte HV30 a 320 - 325 kp/mm noch ausreichend gut verarbeitbar ist* Die erneute Austenitisierung bei einer Temperatur T. = 900 ⁰C erfolgte mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 5 °C/s mit einer Haltezeit des Stahles nach Erreichen dieser Temperatur von 60 s© Im Anschluß daran wurde die thermische Austenitisierung durch Abschrecken in ein Salzbad mit einer Temperatur von 375 C und 120 s Haltezeit erreichte Danach wurde die Abkühlung in Wasser fortgesetzt« Als abschließende technologische Operation wurde bei 250 °C_e l h angelassen© Die danach erzielten mechanischen Werkstoffeigenschaften bei einem Restaustenitanteil von 20 - 35 Vol-% des Stahles 55 SiMn 7 sind in Tabelle 1 aufgeführt und mit denen verglichen, die nach herkömmlichem Vergüten und Behandlung der in Patentschriften 135 918 und WP C21D/206 599 angemeldeten Verfahren erreicht werden können«

Tabelle H Mechanische Werkstoffeigenschaften des Stahles 55 SiMn 7 nach erfindungsgemäßer thermornechanischer Vererbungsbehandlung, herkömmlicher Vergütung und Behandlung der Ausführungsbeispiele in den Patent« Schriften Ί35 913 und VVP C21D/206 599

Mechanische Eigenschaften Behand lungsver fahren	«V MPa	^β0,2 MPa	%	JL 0/	^ak K0/m²
Erfindungsgemäße thermomechanische Vererbungsbehandlung zur Restaustenit~ stabilisierung	1690 C 1460	1420 . 1360 *	8	31	470
Herkömmliche Ver«» güfungi Härten von 870 ° in öl, Anlassen bei 500 °G	1640	1330	6	38	220
Wärmebehandlung gemäß Ausführungs beispiel in Patent schrift 135 918	1760	1430	8	36	470
Thermomechanische Behandlung gemäß Ausführungsbeispiel in Patentschrift WP C21D/206 599	8	33	480

Claims

E. rf in dun g s a η s pru c h

1· Thermomechanische Vererbungsbehandlungsverfahren für Federstähle zur Verbesserung der Werkstoffeigenschaften werden erfindungsgemäß zur Erzeugung von mehrphasigen Martensit-Austenit-, Martensit/Bainit-Austenit- oder Bainit-Austenit-Mischgefügezuständen durchgeführt und sind dadurch gekennzeichnet, daß die Federstähle bei Temperaturen über A~ warmumgeformt werden_e der bezogene Gesamtumformgrad in dem letzten bzw« den beiden letzten Umformstufen 20 - 60 % sowie die mittlere Formänderungsgeschwindigkeit ΙΟ"¹ eee 2 · 10 s"¹ beträgt und die Haltezeit bis zum Abschrecken unter A₃ die Dauer von 60 s nicht überschreitet; die Abschreckung mit einer die kritische Abkühlgeschwindigkeit für Härtung überschreitenden Geschwindigkeit bis zur Erreichung einer Temperatur T < A. erfolgt* Rekristallisation das Austenit unterhalb A₁ ausgeschlossen ist_s die Austenitumwandlung kristallographisch geordnet teilweise ' oder vollständig in der Zwischen» oder Martensitstufe ablauftj durch das darauffolgende zweistufige Anlassen in den Temperaturbereichen 150 - 300 ⁰C und 500 - 650 ⁰C eine ver·» erbungsfähige stabile Realstruktur ausgebildet und eine Bearbeitung mit den Verfahren der Zerteil- und Umformtechnik ermöglicht wird, nach erneutem Austenitisieren auf eine Temperatur T., die die Temperatur der vorausgegangenen Umformung nicht überschreitet und einer Haltezeit bei der noch keine Grobkornbildung des Austenits einsetzt, einer Abschrekkung bis zu einer Temperatur M < T < A. bei der die thermi-

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sehe Stabilisierung des Austenits erfolgt mit einer Geschwindigkeitj die über der kritischen Abkühlgeschwindigkeit für das Härten liegt_e die nachfolgende Temperaturführung die Einstellung des martensitisch-austenifischen», martensitisch/ bainitisch-austenitischen- bzw© bainitisch-austenitischen Mischgefügezustandes ermöglicht^ nach dem abschließenden Anlassen unterhalb 600 ⁰C ein Mindestanteil an Restaustenit > 7 Vo1-% garantiert wird und die erzielte Eigenschaftsverbesserung durch den erfindungsgemäß sehr günstig einge·=· stellten Realstrukturzustand der Federstähle erreicht wird*

2« Thermomechanisches Vererbungsbehandlungsverfahren nach Pkt. l dadurch gekennzeichnet, daß statt des zweistufigen Anlassens nach der thermomechanischen Beeinflussung in den Temperaturbereichen 150 - 300 ⁰C und 500 - 650 ⁰C bei rein martensitischen-f martensitisch-bainitischen- oder bainitischen Gefügezuständen ohne Restaustenitanteile ein einmaliges Anlassen im Temperaturbereich 500 - 600 ⁰C zur Erzeugung einer vererbungsfähigen stabilen Realstruktur vorgenommen wird»

3* Thermomechanisches Vererbungsbehandlungsverfahren nach Pkt. 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß statt des abschließenden Anlassens ein Auslagern bei Raumtemperatur erfolgen kann»

4«> Thermomechanisches Vererbungsbehandlungsverfahren nach Pkt» l und 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Anlaßvorgang zu einem späteren Zeitpunkt beim Anwender erfolgte