ES2878652T3 - Procedure for the fabrication of a case-hardened steel construction part - Google Patents

Procedure for the fabrication of a case-hardened steel construction part Download PDF

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Abstract

Procedimiento para la fabricación de una pieza de construcción de acero endurecida por cementación, concretamente de una rueda dentada, de un árbol, de un eje o de un soporte para herramientas, en el que la pieza de construcción de acero a) se moldea a partir de un acero, que está constituido, en % en peso, por C: 0,1 -0,30 %, Si: 0 - 0,80 %, Mn: 0,20 - 2,00 %, Cr: 0 - 4,00 %, Mo: 0,5 - 1,80 %, N: 0,004 - 0,020 %, S: 0 - 0,40 %, Al: 0,004 - 0,020 %, B: 0 - 0,0025 % Nb: 0 - 0,20 %, Ti: 0 - 0,02 %, V: 0 - 0,40 %, Ni: 0 - 0,5 %, Cu: 0 - 0,3 %, Co: 0 - 1,5 % el resto son hierro e impurezas inevitables, que comprenden en particular contenidos de P de hasta el 0,0035 % en peso, cumpliendo el contenido de Al % AI, el contenido de Nb % Nb, el contenido de Ti % Ti, el contenido de V % V y el contenido de N % N del acero la siguiente condición: % Al/27 + % Nb/45 + % Ti/48 + % V/25 > % N/3,5, y en el que b) la pieza de construcción de acero se endurece por cementación, en cuanto que b1) la pieza de construcción de acero se mantiene en una etapa de carburación durante un período de 150 min a 250 horas a una temperatura de 900 - 1050 ºC en un medio que contiene carbono y opcionalmente de manera adicional nitrógeno, para generar en la pieza de construcción de acero una capa marginal carburada o carbonitrurada con un espesor de 0,3 - 15 μm, y a continuación de la etapa de carburación se enfría rápidamente hasta temperatura ambiente de modo que durante el enfriamiento se recorre el intervalo de temperatura de 800 - 500 °C en el plazo de 6 a 600 s, y b2) la pieza de construcción de acero se calienta en una etapa de endurecimiento realizada tras la etapa de carburación (etapa de trabajo b1) hasta una temperatura de austenización que se encuentra al menos 20 °C por encima de la temperatura Ac1 y por debajo de la temperatura Ac3 del acero del que está constituida la pieza de construcción de acero, y se enfría partiendo de la temperatura de austenización con una velocidad de enfriamiento de 0,5 - 50 K/s hasta temperatura ambiente, de modo que la pieza de construcción de acero obtenida presenta una capa marginal endurecida termoquímicamente y en su zona de núcleo presenta una estructura que está compuesta en al menos el 80 % en volumen de bainita, que está constituida por bainita altamente recocida, que procede de la estructura que presentaba la pieza de construcción de acero tras la cementación (etapa de trabajo b.1) y antes del endurecimiento (etapa de trabajo b.2), y bainita formada nuevamente, así como de como máximo el 20 % en volumen de austenita residual, ferrita, perlita o martensita.Method for manufacturing a case-hardened steel construction part, namely a gear wheel, a shaft, an axle or a tool holder, in which the steel construction part a) is molded from of a steel, which is constituted, in % by weight, by C: 0.1 - 0.30%, Si: 0 - 0.80%, Mn: 0.20 - 2.00%, Cr: 0 - 4 0.00%, Mo: 0.5 - 1.80%, N: 0.004 - 0.020%, S: 0 - 0.40%, Al: 0.004 - 0.020%, B: 0 - 0.0025%, Nb: 0 - 0.20%, Ti: 0 - 0.02%, V: 0 - 0.40%, Ni: 0 - 0.5%, Cu: 0 - 0.3%, Co: 0 - 1.5% el The rest are iron and unavoidable impurities, including in particular P contents of up to 0.0035% by weight, the Al content % AI, the Nb content % Nb, the Ti content % Ti, the V content complying. % V and the content of N % N of the steel the following condition: % Al/27 + % Nb/45 + % Ti/48 + % V/25 > % N/3.5, and in which b) the piece of steel construction is case hardened, insofar as b1) the part steel construction is kept in a carburizing stage for a period of 150 min to 250 hours at a temperature of 900 - 1050 °C in a medium containing carbon and optionally additionally nitrogen, to generate in the steel construction part a carburized or carbonitrided edge layer with a thickness of 0.3 - 15 μm, and following the carburizing step it is rapidly cooled to room temperature so that during cooling the temperature range of 800 - 500 °C is covered in the from 6 to 600 s, and b2) the steel component is heated in a hardening step carried out after the carburizing step (working step b1) to an austenitization temperature that is at least 20 °C above temperature Ac1 and below the temperature Ac3 of the steel of which the steel construction part is made, and is cooled from the austenitization temperature with a cooling rate or 0.5 - 50 K/s up to room temperature, so that the resulting steel component has a thermochemically hardened edge layer and in its core region has a structure that is composed of at least 80% by volume bainite, which is made up of highly annealed bainite, which comes from the structure that the steel construction piece had after carburizing (work stage b.1) and before hardening (work stage b.2), and bainite newly formed, as well as a maximum of 20% by volume of residual austenite, ferrite, pearlite or martensite.

Description

DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Procedimiento para la fabricación de una pieza de construcción de acero endurecida por cementaciónProcedure for the fabrication of a case-hardened steel construction part

La invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de una pieza de construcción de acero endurecida por cementación. Si a continuación se realizan indicaciones en "%" con respecto a aleaciones o composiciones de acero, entonces éstas se refieren en cada caso al peso, en tanto que no se indique lo contrario de manera expresa.The invention relates to a process for the manufacture of a case-hardened steel construction part. If indications are given in "%" below with respect to alloys or steel compositions, then these refer in each case to weight, as long as the contrary is not expressly stated.

Todas las propiedades mecánicas indicadas en el presente texto del acero que va a usarse de acuerdo con la invención y de los aceros mencionados dado el caso para la comparación se han determinado, en tanto que no se indique lo contrario, según la norma DIN EN ISO 6892-1.All the mechanical properties indicated in the present text of the steel to be used according to the invention and of the steels mentioned if necessary for comparison have been determined, unless otherwise indicated, according to DIN EN ISO 6892-1.

En el caso de las piezas de construcción de acero consideradas en el presente documento se trata normalmente de elementos de construcción que en la práctica entran en contacto metálico con otras piezas de construcción en un movimiento de rodadura y por tanto están expuestas en la zona de su superficie de contacto a altas cargas mecánicas. Ejemplos típicos de tales piezas de construcción son ruedas dentadas, árboles o ejes. Pueden producirse cargas comparables en el caso de soportes de herramientas, por ejemplo herramientas de corte y similares, en la zona de las superficies de contacto entre el soporte y la respectiva herramienta.In the case of the steel construction parts considered in this document, these are normally construction elements that in practice come into metallic contact with other construction parts in a rolling motion and are therefore exposed in the area of their contact surface at high mechanical loads. Typical examples of such building parts are sprockets, shafts, or shafts. Comparable loads can occur in the case of tool holders, for example cutting tools and the like, in the area of the contact surfaces between the holder and the respective tool.

A este respecto existe el reto especial de que tales piezas de trabajo de acero se han moldeado de manera compleja por regla general y solo pueden fabricarse mediante mecanizado con desprendimiento de virutas costoso. Un mecanizado con desprendimiento de virutas de este tipo puede realizarse de manera especialmente rentable cuando las piezas de construcción están constituidas por aceros con bajos contenidos en carbono, o sea tienen una dureza baja. Al mismo tiempo resulta favorable una dureza comparativamente baja y acompañando a esto alta tenacidad del acero, por el que están constituidas tales piezas de construcción, en cuanto a su resistencia a la carga de rotura en particular en condiciones de funcionamiento, en las que se producen de manera dinámica las cargas que han de absorberse por la respectiva pieza de construcción.There is a particular challenge in this regard that such steel workpieces have generally been complex molded and can only be produced by costly chip-removal machining. Chipping machining of this type can be carried out in a particularly cost-effective manner when the structural parts consist of steels with a low carbon content, that is, they have a low hardness. At the same time, the comparatively low hardness and accompanying this high toughness of the steel, from which such construction parts are made, is favorable in terms of their resistance to breaking load, in particular under operating conditions, in which they occur. dynamically the loads to be absorbed by the respective construction part.

Por ejemplo para la fabricación de ruedas dentadas actualmente se usan normalmente aceros cementados, para los que pueden mencionarse a modo de ejemplo los aceros con el 16MnCr5 / 16MnCrS5 (números de material 1.7131 /1.7139) y 18CrNiMo7-6 (número de material 1.6587).For example, hardened steels are currently used for the production of sprockets, for which steels with 16MnCr5 / 16MnCrS5 (material numbers 1.7131 /1.7139) and 18CrNiMo7-6 (material number 1.6587) can be mentioned by way of example.

Los soportes de herramientas, tal como por ejemplo soportes para cuerpos de corte generados de manera pulvimetalúrgica, se fabrican con frecuencia a partir de aceros para herramientas relativamente caros, tal como aceros con los números de material 1.2311, 1.2312, 1.2738, 1.2343 o 1.2343.Tool holders, such as holders for powder metallurgically generated cutting bodies, are often made from relatively expensive tool steels, such as steels with material numbers 1.2311, 1.2312, 1.2738, 1.2343 or 1.2343.

Se conocen distintos procedimientos de tratamiento térmico, con los que pueden mejorarse la vida útil de piezas de trabajo y herramientas fabricadas a partir de tales aceros de manera habitual comparativamente blandos. Estos procedimientos se basan en que en una capa marginal que lleva la superficie de contacto sometida a carga en el uso se genera una dureza más alta que en la zona de núcleo de la pieza de construcción que lleva la correspondiente capa marginal, en la que se encuentra también tras el tratamiento térmico además una alta tenacidad.Various heat treatment processes are known, with which the service life of workpieces and tools made from such typically comparatively soft steels can be improved. These processes are based on the fact that a higher hardness is generated in a marginal layer bearing the contact surface subjected to load in use than in the core area of the construction part bearing the corresponding marginal layer, in which the It also finds a high toughness after heat treatment.

Tal como se explica en detalle en las fichas técnicas 452 "Einsatzharten", edición 2008, y 477 "Warmebehandlung von Stahl - Nitrieren und Nitrocarburieren", edición 2005, ambas editadas por Stahl-Informations-Zentrum, Postfach 1048 42, 40039 Düsseldorf, Alemania, y en URL http://www.stah!-online.de/index.php/service/publikationen/stahlanwendung-merkblaetter/ facilitada para la descarga, los procedimientos de tratamiento térmico dirigidos a la formación de una zona de capa marginal endurecida en piezas de construcción de acero trabajan sin y con modificación química de la capa marginal. Los procedimientos que se basan en una modificación química, en los que el endurecimiento de la capa marginal de la pieza de construcción se provoca mediante procesos de difusión termoquímicos, diferenciándose además otra vez debido a ello si tras el tratamiento térmico se realiza un tratamiento térmico adicional (endurecimiento) o no.As explained in detail in data sheets 452 "Einsatzharten", 2008 edition, and 477 "Warmebehandlung von Stahl - Nitrieren und Nitrocarburieren", 2005 edition, both published by Stahl-Informations-Zentrum, Postfach 1048 42, 40039 Düsseldorf, Germany , and at URL http: //www.stah! -online.de/index.php/service/publikationen/stahlanwendung-merkblaetter/ provided for download, the heat treatment procedures aimed at the formation of a hardened marginal layer zone they work without and with chemical modification of the marginal layer on steel structural parts. Procedures that are based on a chemical modification, in which the hardening of the marginal layer of the construction part is caused by thermochemical diffusion processes, also differing again due to this if after the heat treatment an additional heat treatment is carried out (hardening) or not.

A los procedimientos habituales, con los que pueden dotarse en particular ruedas dentadas y piezas de construcción comparativamente cargadas en el uso de una capa marginal endurecida, pertenecen el endurecimiento por cementación (véase ficha técnica 452), en el que en primer lugar la capa de borde de la pieza de construcción de acero pasa por un tratamiento de carburación o bien carbonitración, una elevación del contenido de carbono y a continuación la pieza de construcción pasa por un endurecimiento, para conseguir en la capa marginal endurecida una dureza máxima, y la nitración o bien nitrocarburación (véase ficha técnica 477), en la que el aumento de dureza de la capa marginal se consigue esencialmente mediante nitrógeno introducido por difusión, pudiéndose conseguir un aumento de la dureza adicional mediante carbono introducido por difusión en combinación con el nitrógeno.Common processes, with which toggle wheels and comparatively loaded construction parts can be provided in particular with a hardened marginal layer, include case hardening (see data sheet 452), in which first the layer of The edge of the steel construction part undergoes a carburization or carbonitration treatment, an increase in the carbon content and then the construction part undergoes a hardening, in order to achieve maximum hardness in the hardened marginal layer, and the nitration o or nitrocarburization (see data sheet 477), in which the increase in hardness of the marginal layer is achieved essentially by means of nitrogen introduced by diffusion, it being possible to achieve an additional increase in hardness by means of carbon introduced by diffusion in combination with nitrogen.

En el contexto del estado de la técnica explicado anteriormente, el objetivo de la invención consistía en mencionar un procedimiento para la fabricación de una pieza de construcción de acero, que dé como resultado una combinación de propiedades óptima en tales piezas de construcción de acero con capa marginal endurecida mediante un tratamiento de difusión térmico, que están en contacto de manera rodante en el uso con otra pieza de construcción. In the context of the state of the art explained above, the object of the invention was to mention a process for the manufacture of a steel construction part, which results in an optimal combination of properties in such coated steel construction parts. marginal hardened by thermal diffusion treatment, which are in rolling contact in use with another construction part.

Igualmente se ha divulgado una pieza de construcción de acero con capa marginal endurecida, que tiene una combinación óptima, en cuanto a su resistencia a la carga de rotura, de dureza en su capa marginal y tenacidad en su zona de núcleo que lleva la capa marginal.Likewise, a piece of steel construction with a hardened marginal layer has been disclosed, which has an optimal combination, in terms of its resistance to breaking load, of hardness in its marginal layer and toughness in its core area bearing the marginal layer .

Para la fabricación de piezas de construcción de acero con capa marginal endurecida, que presentan una zona de núcleo tenaz de manera óptima, la invención propone el procedimiento según la reivindicación 1.For the production of steel structural parts with hardened edge layer, which have an optimally tough core region, the invention proposes the method according to claim 1.

Configuraciones ventajosas de la invención están indicadas en las reivindicaciones dependientes y se explican en detalle a continuación como la idea general de la invención.Advantageous embodiments of the invention are indicated in the dependent claims and explained in detail below as the general idea of the invention.

El acero que va a usarse de acuerdo con la invención abre una vía de fabricación robusta y económica para la generación de piezas de construcción de acero con capa marginal que va a endurecerse mediante un tratamiento de difusión termoquímico, concretamente ruedas dentadas, ejes, árboles o soportes para herramientas con condiciones de aplicación especiales. A este respecto, las piezas de construcción generadas a partir del acero usado de acuerdo con la invención presentan, tras el tratamiento térmico realizado en cada caso para su endurecimiento de capa marginal termoquímico, una tenacidad más alta en su zona de núcleo, también denominada "matriz", que lo que es esto el caso en aceros usados actualmente de manera habitual para este fin.The steel to be used according to the invention opens up a robust and economical manufacturing path for the generation of steel construction parts with marginal layer to be hardened by a thermochemical diffusion treatment, specifically sprockets, shafts, shafts or tool holders with special application conditions. In this respect, the building parts generated from the steel used according to the invention have, after the heat treatment carried out in each case for their thermochemical marginal layer hardening, a higher toughness in their core region, also called " matrix ", than what is this the case in steels currently used on a regular basis for this purpose.

La invención parte del conocimiento de que es adecuada una modificación de un acero que forma una estructura bainítica, que se conoce básicamente por la publicación EP 3168312 A1 de una solicitud de patente europea ya para la generación técnica de forjado de piezas de construcción, en medida especial también como material para la fabricación de piezas de construcción de acero con una capa marginal endurecida de manera termoquímica. Así se ha mostrado de manera sorprendente que el concepto de aleación previsto en sí para aplicaciones técnicas de forjado debido a la alta estabilidad de revenido de la estructura bainítica del acero propuesto para su uso de acuerdo con la invención presenta también considerables ventajas durante el endurecimiento termoquímico de la capa marginal, en particular en cuanto a la tenacidad de la pieza de construcción de acero en su zona de núcleo.The invention is based on the knowledge that a modification of a steel that forms a bainitic structure is suitable, which is basically known from the publication EP 3168312 A1 of a European patent application already for the technical generation of forging of construction parts, in measurement Also special as a material for the production of structural steel parts with a thermochemically hardened marginal layer. Thus it has surprisingly been shown that the alloy concept envisaged per se for technical forging applications due to the high temper stability of the bainitic structure of the steel proposed for use according to the invention also presents considerable advantages during thermochemical hardening. of the marginal layer, in particular as regards the toughness of the steel construction part in its core region.

A este respecto resulta especialmente ventajoso que el acero en sí conocido por la publicación de la solicitud de patente europea mencionada anteriormente, tal como se explica detalladamente en el documento EP 3168312 A1, tiene en el diagrama de tiempo-temperatura ("diagrama ZTU") una amplia ventana de bainita, o sea a través de un gran intervalo de velocidades de enfriamiento forma de manera fiable una estructura bainítica dominada por bainita en al menos el 80 % en volumen. Sorprendentemente se ha mostrado en este caso que el reglamento de aleación conocido garantiza estas propiedades del acero entonces también cuando el acero no se enfría, tal como se prevé originariamente, desde el calor de forjar, sino que se somete a un tratamiento de difusión termoquímico. Esto se aplica también cuando la respectiva pieza de construcción de acero, tal como es habitual en el endurecimiento por cementación, se somete a un endurecimiento tras el tratamiento de difusión.In this respect it is particularly advantageous that the steel itself known from the publication of the European patent application mentioned above, as explained in detail in EP 3168312 A1, has in the time-temperature diagram ("ZTU diagram") a wide bainite window, that is, through a wide range of cooling rates, reliably forms a bainite structure dominated by bainite by at least 80% by volume. Surprisingly, it has been shown in this case that the known alloying regulation guarantees these properties of the steel then also when the steel is not cooled, as originally envisaged, from the forging heat, but undergoes a thermochemical diffusion treatment. This also applies when the respective steel construction part, as is customary in case hardening, is hardened after diffusion treatment.

El documento EP 2357262 A1 divulga un cigüeñal y un procedimiento de fabricación para el mismo. El documento JP 2006 169637 A divulga un procedimiento para la fabricación de una pieza de construcción carburada, altamente resistente. El documento EP 1 070 760 a 2 divulga una pieza de construcción resistente a alta presión y su procedimiento de fabricación.EP 2357262 A1 discloses a crankshaft and a manufacturing method for the same. JP 2006 169637 A discloses a process for the manufacture of a highly resistant, carburized building part. Document EP 1 070 760 to 2 discloses a high pressure resistant construction part and its manufacturing method.

Las piezas de construcción de acero generadas a partir del acero usado de acuerdo con la invención, o sea ruedas dentadas, árboles, ejes o soportes para herramientas, se caracterizan por una estructura especialmente homogénea con una baja varianza de la dureza. Esta distribución óptimamente uniforme de las propiedades de estructura se encuentra también en el caso de las más diversas dimensiones de las piezas de construcción de acero que van a fabricarse a partir del acero que va a usarse de acuerdo con la invención y en el caso de las condiciones de enfriamiento variables por un gran intervalo, causadas por estas diferencias de dimensión. El estado de estructura homogéneo que se ajusta con el uso de acuerdo con la invención del acero causa además bajas tensiones propias en la pieza de construcción. De manera correspondiente a esto, las piezas de construcción de acero generadas a partir del acero usado de acuerdo con la invención tienden en el transcurso del endurecimiento termoquímico de la capa marginal en todo caso de manera insignificante a la deformación y a la producción de grietas u otros daños causados por la tensión.The steel construction parts generated from the steel used according to the invention, namely sprockets, shafts, shafts or tool holders, are characterized by a particularly homogeneous structure with a low variance in hardness. This optimally uniform distribution of structural properties is also found in the case of the most diverse dimensions of steel construction parts to be manufactured from the steel to be used according to the invention and in the case of cooling conditions varying over a large interval, caused by these dimension differences. In addition, the homogeneous structural state that conforms to the use according to the invention of the steel causes low inherent stresses in the construction part. Correspondingly to this, the steel structural parts produced from the steel used according to the invention tend in any case negligibly during the thermochemical hardening of the marginal layer to deformation and to the production of cracks or other damage caused by stress.

De acuerdo con la invención se usa por consiguiente para la fabricación de una pieza de construcción de acero, en el caso de la cual se trata de una rueda dentada, un árbol, un eje o un soporte para herramientas, con una capa marginal endurecida de manera termoquímica un acero que está constituido por (en % en peso) del 0,1 - 0,30 % de C, hasta el 0,80 % de Si, del 0,20 - 2,00 % de Mn, hasta el 4,00 % de Cr, del 0,5 -1,80 % de Mo, del 0,004 - 0,020 % de N, hasta el 0,40 % de S, del 0,004 - 0,020 % de Al, hasta el 0,0025 % de B, hasta el 0,20 % de Nb, hasta el 0,02 % de Ti, hasta el 0,40 % de V, hasta el 0,5 % de Ni, el 0,3 % de Cu, hasta el 1,5 % de Co y como resto por hierro e impurezas inevitables, cumpliendo el contenido de Al %Al, el contenido de Nb %Nb, el contenido de Ti %Ti, el contenido de V %V y el contenido de N %N del acero la siguiente condición:According to the invention it is therefore used for the production of a steel structural part, in which it is a gear wheel, shaft, shaft or tool holder, with a hardened marginal layer of thermochemically a steel that is constituted by (in% by weight) 0.1 - 0.30% C, up to 0.80% Si, 0.20 - 2.00% Mn, up to 4 0.00% Cr, 0.5-1.80% Mo, 0.004-0.020% N, up to 0.40% S, 0.004-0.020% Al, up to 0.0025% B, up to 0.20% Nb, up to 0.02% Ti, up to 0.40% V, up to 0.5% Ni, 0.3% Cu, up to 1, 5% Co and as the remainder for iron and unavoidable impurities, complying with the content of Al% Al, the content of Nb% Nb, the content of Ti% Ti, the content of V% V and the content of N% N of the steel the following condition:

%AI/27 %Nb/45 %Ti/48 %V/25 > %N/3,5.% AI / 27% Nb / 45% Ti / 48% V / 25>% N / 3.5.

El acero que va a usarse de acuerdo con la invención está aleado a este respecto y puede procesarse de modo que la pieza de construcción de acero, que está fabricada a partir de éste, presente en su zona de núcleo una estructura que está constituida en al menos el 80 % en volumen por bainita. A este respecto pertenecen a las impurezas inevitables causadas por la fabricación del acero que va a usarse de acuerdo con la invención todos los elementos que están presentes con respecto a las propiedades interesantes en este caso en cantidades ineficaces desde el punto de vista técnico de aleación y debido a la ruta seleccionada en cada caso del polvo de acero o del material de partida seleccionado en cada caso (chatarra) llegan al acero. En particular pertenecen a las impurezas inevitables también contenidos en P de hasta el 0,0035 % en peso.The steel to be used according to the invention is alloyed in this regard and can be processed so that the steel construction part, which is made from this, has in its core zone a structure which is made up of at least 80% by volume per bainite. In this regard, the unavoidable impurities caused by the manufacture of the steel to be used according to the invention belong to all the elements which are present with respect to the properties of interest in this case in technically ineffective amounts of alloying and Due to the route selected in each case the steel powder or the starting material selected in each case (scrap) reach the steel. In particular, unavoidable impurities also include P contents of up to 0.0035% by weight.

Una pieza de construcción de acero generada a partir del acero que va a usarse de acuerdo con la invención se caracteriza por consiguiente por que ésta tiene una estructura que está constituida en al menos el 80 % en volumen por bainita. La estructura restante de en total como máximo el 20 % en volumen de la estructura total se ocupa a este respecto por austenita residual, ferrita, perlita y/o martensita. Normalmente, sin embargo, los contenidos en partes constituyentes de estructura no bainíticos de una pieza de construcción de acero que está constituida por acero que va a usarse de acuerdo con la invención están fuertemente minimizados de modo que en ésta se encuentre en el sentido técnico una estructura completamente bainítica.A steel construction part generated from the steel to be used according to the invention is therefore characterized in that it has a structure that is made up of at least 80% by volume per bainite. The remaining structure of a total of at most 20% by volume of the total structure is taken up by residual austenite, ferrite, pearlite and / or martensite. Normally, however, the contents in non-bainitic structural constituent parts of a steel construction part which is constituted by steel to be used according to the invention are strongly minimized so that a completely bainitic structure.

El concepto de aleación en el que se basa el acero que va a usarse de acuerdo con la invención evita partes constituyentes de aleación caras, tal como se requieren actualmente de manera habitual en los aceros de cementación y de herramientas usados para la fabricación de piezas de construcción de acero, de los que se habla en el presente documento, para ajustar la dureza necesaria. Esto se logra debido a que los elementos de aleación y sus contenidos en el acero que va a usarse de acuerdo con la invención se seleccionan tal como sigue:The alloying concept on which the steel to be used in accordance with the invention is based avoids expensive alloying constituent parts, such as are currently commonly required in carburizing and tool steels used for the manufacture of metal parts. steel construction, discussed in this document, to adjust the required hardness. This is achieved because the alloying elements and their contents in the steel to be used according to the invention are selected as follows:

Carbono ("C") está contenido en el acero que va a usarse de acuerdo con la invención en contenidos del 0,1 - 0,3 % en peso, para contribuir mediante la formación de carburos al aumento de la resistencia del material. Así puede provocarse, mediante la adición de en cada caso el 0,01 % en peso, una aumento de resistencia de en cada caso aprox. 70 MPa. Este efecto comienza en particular a partir de un contenido de al menos el 0,09 % en peso de C, en particular al menos el 0,12 % en peso de C. Mediante la limitación del contenido de C en como máximo el 0,30 % en peso, en particular como máximo el 0,25 % en peso, se consigue a este respecto que el acero tenga a pesar de su resistencia maximizada buenas propiedades de dilatación y tenacidad. Al mismo tiempo, el contenido de C comparativamente bajo contribuye en un acero que va a usarse de acuerdo con la invención también a la aceleración de la conversión de bainita, de modo que se evita la producción de partes constituyentes de estructura indeseadas. Una acción optimizada de la presencia de C en el acero que va a usarse de acuerdo con la invención puede conseguirse debido a que el contenido de C se ajusta en del 0,12 - 0,25 % en peso.Carbon ("C") is contained in the steel to be used according to the invention in contents of 0.1-0.3% by weight, to contribute through the formation of carbides to increase the strength of the material. Thus, by adding 0.01% by weight in each case, an increase in strength of approx. 70 MPa. This effect begins in particular from a content of at least 0.09% by weight of C, in particular at least 0.12% by weight of C. By limiting the content of C to at most 0, 30% by weight, in particular not more than 0.25% by weight, it is achieved in this connection that the steel has, despite its maximized strength, good expansion and toughness properties. At the same time, the comparatively low C content in a steel to be used according to the invention also contributes to the acceleration of bainite conversion, so that the production of undesired structural constituent parts is avoided. An optimized action of the presence of C in the steel to be used according to the invention can be achieved because the content of C is adjusted to 0.12-0.25% by weight.

Silicio ("Si") suprime en el acero que va a usarse de acuerdo con la invención la formación de cementita y desplaza la formación de ferrita a tiempos más cortos. El contenido de Si de un acero que va a usarse de acuerdo con la invención está limitado por tanto en el 0,80 % en peso, para dejar desarrollar lo antes posible la transformación de bainita. Al mismo tiempo, los contenidos en Si hasta este límite superior contribuyen al aumento de la resistencia mediante solidificación de cristal mixto. Para poder aprovechar de manera especialmente segura las acciones ventajosas de Si en el acero que va a usarse de acuerdo con la invención, está ajustado el contenido de Si, por tanto, preferentemente en al menos el 0,2 % en peso, en particular más del 0,45 % en peso, tal como al menos el 0,46 % en peso.Silicon ("Si") suppresses the formation of cementite in the steel to be used according to the invention and displaces the formation of ferrite to shorter times. The Si content of a steel to be used according to the invention is therefore limited to 0.80% by weight, in order to allow the bainite transformation to develop as soon as possible. At the same time, Si contents up to this upper limit contribute to the increase in strength by solidification of mixed crystal. In order to be able to exploit the advantageous actions of Si in the steel to be used according to the invention in a particularly safe manner, the Si content is therefore preferably set to at least 0.2% by weight, in particular more 0.45% by weight, such as at least 0.46% by weight.

Manganeso ("Mn") está presente en contenidos del 0,20 - 2,00 % en peso en el acero que va a usarse de acuerdo con la invención, para ajustar la resistencia a la tracción y el límite de estricción mediante la formación de cristal mixto. Un contenido mínimo del 0,20 % en peso de Mn es necesario, para que se produzca un aumento de la resistencia. Si este efecto debe conseguirse de manera especialmente segura, entonces puede preverse un contenido de Mn de al menos el 0,4 % en peso. Contenidos en Mn demasiado altos conducirían, sin embargo, al retardo de la transformación de bainita y con ello a una transformación predominantemente martensítica. Por tanto, el contenido de Mn está limitado en como máximo el 2,00 % en peso, en particular como máximo el 1,5 % en peso. Las influencias negativas de la presencia de Mn pueden evitarse de manera especialmente segura limitándose el contenido de Mn en el acero que va a usarse de acuerdo con la invención en como máximo el 1,2 % en peso.Manganese ("Mn") is present in contents of 0.20 - 2.00% by weight in the steel to be used according to the invention, to adjust the tensile strength and the limit of necking through the formation of mixed glass. A minimum content of 0.20% by weight of Mn is necessary for an increase in strength to occur. If this effect is to be achieved particularly safely, then a Mn content of at least 0.4% by weight can be envisaged. Too high Mn contents would, however, lead to retardation of the bainite transformation and thus to a predominantly martensitic transformation. Therefore, the Mn content is limited to a maximum of 2.00% by weight, in particular a maximum of 1.5% by weight. The negative influences of the presence of Mn can be particularly safely avoided by limiting the Mn content in the steel to be used according to the invention to a maximum of 1.2% by weight.

Los contenidos en cromo ("Cr") opcionalmente existentes de hasta el 4,00 % en peso contribuyen, mediante la formación de carburos especiales y nitruros de cromo en caso de un tratamiento de nitración realizado de acuerdo con la invención, a la templabilidad y estabilidad frente a la corrosión del acero que va a usarse de acuerdo con la invención. Para ello pueden estar previstos por ejemplo al menos el 0,5 % en peso o al menos el 0,8 % en peso de Cr. Una acción óptima de la presencia de Cr resulta con un contenido de Cr de al menos el 1,00 % en peso. Los contenidos en Cr que se encuentran por encima del 4,00 % en peso favorecerían una formación de martensita indeseada en la estructura del acero que va a usarse de acuerdo con la invención. Para evitar esto de manera segura, pueden limitarse el contenido de Cr hasta el 3 % en peso o hasta el 2,5 % en peso.The optionally available chromium ("Cr") contents of up to 4.00% by weight contribute, through the formation of special carbides and chromium nitrides in the case of a nitration treatment carried out according to the invention, to the hardenability and stability against corrosion of the steel to be used according to the invention. For this, for example, at least 0.5% by weight or at least 0.8% by weight of Cr can be provided. An optimal action of the presence of Cr results in a Cr content of at least 1.00 % in weigh. Cr contents that are above 4.00% by weight would favor an undesired martensite formation in the structure of the steel to be used according to the invention. To avoid this safely, the Cr content can be limited to 3% by weight or up to 2.5% by weight.

Molibdeno ("Mo") está presente en el acero que va a usarse de acuerdo con la invención en contenidos del 0,5 -1,8 % en peso, para retardar la transformación de la estructura en ferrita o perlita y aumentar el intervalo para la transformación de bainita. Esta acción se produce en particular cuando está presente al menos el 0,6 % en peso en el acero. Con contenidos de más del 1,8 % en peso ya no se produce, con respecto al aprovechamiento del acero que va a usarse de acuerdo con la invención que es el punto central en el presente documento, ningún otro aumento económicamente justificable de la acción positiva de Mo. Mediante la limitación del contenido de Mo en el 1,8 % en peso se excluye de manera segura la formación de una fase de carburo rica en molibdeno, que influiría de manera negativa en las propiedades de tenacidad. Las acciones óptimas de Mo en el acero que va a usarse de acuerdo con la invención pueden esperarse cuando el contenido de Mo asciende a al menos el 0,7 % en peso. A este respecto han resultado especialmente eficaz contenidos en Mo de como máximo el 1,5 % en peso o como máximo el 1,0 % en peso. Molybdenum ("Mo") is present in the steel to be used according to the invention in contents of 0.5-1.8% by weight, to delay the transformation of the structure into ferrite or pearlite and increase the interval for the transformation of bainite. This action occurs in particular when at least 0.6% by weight is present in the steel. With contents of more than 1.8% by weight, no other economically justifiable increase in positive action is produced, with respect to the use of the steel to be used according to the invention, which is the central point in the present document. of Mo. By limiting the Mo content to 1.8% in By weight, the formation of a molybdenum-rich carbide phase, which would negatively influence toughness properties, is safely excluded. The optimal actions of Mo in the steel to be used according to the invention can be expected when the content of Mo amounts to at least 0.7% by weight. In this connection, Mo contents of at most 1.5% by weight or at most 1.0% by weight have proven particularly effective.

La presencia de N en los contenidos previstos de acuerdo con la invención del 0,004 - 0,020 % en peso permite la formación de nitruros y carbonitruros para el aumento de la resistencia y aumento de la estabilidad de grano fino, sin que se llegue a la fragilidad. Así, Al con N forma nitruro de aluminio, que contribuye a la estabilidad de grano fino. The presence of N in the contents provided according to the invention of 0.004-0.020% by weight allows the formation of nitrides and carbonitrides to increase the strength and increase the stability of fine grain, without reaching brittleness. Thus, Al with N forms aluminum nitride, which contributes to fine-grain stability.

El contenido de azufre ("S") puede ascender en el acero que va a usarse de acuerdo con la invención a hasta el 0,4 % en peso, en particular a como máximo el 0,1 % en peso, para fomentar la capacidad de desprendimiento de virutas del acero. Para este fin puede estar previsto un contenido de S de al menos el 0,001 % en peso. En caso de contenidos en S que se encuentran por encima del 0,4 % en peso existe el riesgo de la producción de fragilidad al rojo. Acciones óptimas de la presencia de S en el acero que va a usarse de acuerdo con la invención pueden conseguirse con contenidos del 0,003 - 0,1 % en peso.The sulfur content ("S") in the steel to be used according to the invention may be up to 0.4% by weight, in particular at most 0.1% by weight, to promote capacity chip detachment from steel. For this purpose, an S content of at least 0.001% by weight can be provided. In the case of S contents that are above 0.4% by weight, there is a risk of the development of red embrittlement. Optimal actions of the presence of S in the steel to be used according to the invention can be achieved with contents of 0.003-0.1% by weight.

La presencia de B en contenidos de hasta el 0,0025 % en peso, en particular al menos el 0,0001 % en peso o al menos el 0,0005 % en peso, en el acero que va a usarse de acuerdo con la invención retarda la producción de ferrita o perlita y asegura así la producción de la estructura bainítica pretendida en el acero que va a usarse de acuerdo con la invención. Contenidos en B que se encuentra por encima del 0,0025 % en peso conllevarían el riesgo de una fragilidad. Los elementos de microaleación en cada caso opcionalmente existentes Nb, Ti y V forman carbonitruros y pueden conseguir así una contribución esencial a la optimización de la estabilidad de grano fino y la resistencia del acero que va a usarse de acuerdo con la invención.The presence of B in contents of up to 0.0025% by weight, in particular at least 0.0001% by weight or at least 0.0005% by weight, in the steel to be used according to the invention it retards the production of ferrite or pearlite and thus ensures the production of the intended bainitic structure in the steel to be used according to the invention. Contents in B that are above 0.0025% by weight would carry the risk of brittleness. The optionally existing micro-alloy elements Nb, Ti and V each form carbonitrides and can thus make an essential contribution to optimizing the fine-grain stability and strength of the steel to be used according to the invention.

El ajuste fino técnico de aleación con respecto a las propiedades mecánicas y la calidad de la estructura de un acero usado de acuerdo con la invención se realiza según el concepto de aleación usado de acuerdo con la invención a través de una microaleación combinada de los elementos boro ("B") en contenidos opcionales de hasta el 0,0025 % en peso, en particular en contenidos del 0,0001 - 0,0025 % en peso de B o del 0,0005 - 0,0025 % en peso de B, nitrógeno ("N") en contenidos del 0,004 - 0,020 % en peso, en particular al menos el 0,006 % en peso de N o hasta el 0,0150 % en peso de N, aluminio ("AI") en contenidos del 0,004 - 0,020 % en peso así como niobio ("Nb") en contenidos opcionales de hasta el 0,020 % en peso, en particular hasta el 0,015 %en peso y en particular al menos el 0,003 % en peso o al menos el 0,005 % en peso de Nb, titanio ("Ti") en contenidos opcionales de hasta el 0,02 % en peso o hasta el 0,015 % en peso, en particular al menos el 0,001 % en peso o al menos el 0,005 % en peso de Ti, y vanadio ("V") en contenidos opcionales de hasta el 0,40 % en peso, en particular hasta el 0,3 % en peso y en particular al menos el 0,01 % en peso o al menos el 0,02 % en peso de V.The technical fine tuning of the alloy with respect to the mechanical properties and the quality of the structure of a steel used according to the invention is carried out according to the alloy concept used according to the invention through a combined microalloying of the elements boron ("B") in optional contents of up to 0.0025% by weight, in particular in contents of 0.0001 - 0.0025% by weight of B or 0.0005 - 0.0025% by weight of B, nitrogen ("N") in contents of 0.004 - 0.020% by weight, in particular at least 0.006% by weight of N or up to 0.0150% by weight of N, aluminum ("AI") in contents of 0.004 - 0.020% by weight as well as niobium ("Nb") in optional contents of up to 0.020% by weight, in particular up to 0.015% by weight and in particular at least 0.003% by weight or at least 0.005% by weight of Nb, titanium ("Ti") in optional contents of up to 0.02% by weight or up to 0.015% by weight, in particular at least 0.001% by weight or at least 0.00 5% by weight of Ti, and vanadium ("V") in optional contents of up to 0.40% by weight, in particular up to 0.3% by weight and in particular at least 0.01% by weight or at least 0.02% by weight of V.

Para aprovechar de manera segura las ventajas de la presencia de los elementos de microaleación y de aluminio, puede ser conveniente ajustar el contenido de Al en al menos el 0,005 % en peso, el contenido de Ti en al menos el 0,001 % en peso, el contenido de V en al menos el 0,02 % en peso o el contenido de Nb en al menos el 0,003 % en peso. A este respecto pueden estar presentes los elementos de microaleación V, Ti, Nb por un lado y Al por otro lado en cada caso en combinación con uno o varios elementos del grupo "Al, V, Ti, Nb" o solos en cantidades que se encuentran por encima de los contenidos mínimos mencionados. Con contenidos de hasta el 0,01 % en peso de Ti, de hasta el 0,1 % en peso de Nb, de hasta el 0,075 % en peso de V o de hasta el 0,020 % en peso de Al pueden aprovecharse de manera especialmente eficaz las acciones de estos elementos en el acero usado de acuerdo con la invención. También en este caso pueden cumplirse los límites superiores mencionados de los contenidos en Ti, Nb, V o Al en cada caso solos o en combinación entre sí, para conseguir la acción en cada caso óptima del respectivo elemento de aleación.To safely take advantage of the advantages of the presence of the microalloyed elements and aluminum, it may be convenient to adjust the Al content by at least 0.005% by weight, the Ti content by at least 0.001% by weight, the V content of at least 0.02% by weight or Nb content of at least 0.003% by weight. In this connection, the micro-alloying elements V, Ti, Nb on the one hand and Al on the other hand can be present in each case in combination with one or more elements of the group "Al, V, Ti, Nb" or alone in amounts that vary. found above the minimum contents mentioned. With contents of up to 0.01% by weight of Ti, up to 0.1% by weight of Nb, up to 0.075% by weight of V or up to 0.020% by weight of Al, it is possible to use in particular effective the actions of these elements in the steel used according to the invention. Also in this case, the mentioned upper limits of the Ti, Nb, V or Al contents can be met in each case alone or in combination with each other, in order to achieve the optimum action of the respective alloying element in each case.

Los contenidos de %AI, %Nb, %Ti, %V y %N en AI, Nb, Ti, V y N están enlazados entre sí a este respecto en el acero que va a usarse de acuerdo con la invención a través de la condiciónThe contents of% AI,% Nb,% Ti,% V and% N in AI, Nb, Ti, V and N are linked to each other in this respect in the steel to be used according to the invention through the condition

%AI/27 %Nb/45 %Ti/48 %V/25 > %N/3,5% AI / 27% Nb / 45% Ti / 48% V / 25>% N / 3.5

de modo que el nitrógeno contenido de el acero que va a usarse de acuerdo con la invención a través de los contenidos existentes en cada caso en Al así como los contenidos dado el caso añadidos adicionalmente en Nb, Ti y V se haya aislado completamente y el boro pueda actuar por consiguiente de manera retardante de la transformación. El aislamiento de acuerdo con la invención del N permite además que el boro opcionalmente existente como elemento disuelto en la matriz del acero se vuelva eficaz y suprima la formación de ferrita y/o perlita.in such a way that the nitrogen content of the steel to be used according to the invention through the existing contents in each case in Al as well as the possibly additionally added contents in Nb, Ti and V has been completely isolated and the Boron can therefore act as a retarder of transformation. The isolation according to the invention of the N further enables the boron optionally existing as a dissolved element in the steel matrix to become effective and suppress the formation of ferrite and / or pearlite.

Igualmente los contenidos opcionalmente existentes en Ni de hasta el 0,5 % en peso mejoran la tenacidad del acero que va a usarse de acuerdo con la invención. En el caso de que deba aprovecharse este efecto, se produce éste a partir de un contenido de Ni de al menos el 0,1 % en peso, en particular al menos el 0,15 % en peso.Likewise, the optionally existing Ni contents of up to 0.5% by weight improve the toughness of the steel to be used according to the invention. If this effect is to be exploited, it occurs from a Ni content of at least 0.1% by weight, in particular at least 0.15% by weight.

A los elementos de aleación añadidos de manera dirigida o que acceden a través del material de partida al acero que va a usarse de acuerdo con la invención pertenece también Cu, cuyo contenido está limitado para la evitación de influencias negativas en el acero que va a usarse de acuerdo con la invención en como máximo el 0,3 % en peso. The alloying elements which are added in a targeted manner or which enter the steel to be used according to the invention through the starting material also include Cu, the content of which is limited in order to avoid negative influences on the steel to be used. according to the invention by a maximum of 0.3% by weight.

El cobalto ("Co") opcionalmente existente en el acero que va a usarse de acuerdo con la invención provoca en contenidos de hasta el 1,5 % en peso un desplazamiento de la formación de bainita a tiempos más cortos. La influencia positiva de Co puede aprovecharse a este respecto en particular con contenidos en Co de al menos el 0,25 % en peso, en particular al menos el 0,5 % en peso, habiendo resultado especialmente eficaces los contenidos en Co de hasta el 1,0 % en peso.Cobalt ("Co") optionally existing in the steel to be used according to the invention causes at contents of up to 1.5% by weight a displacement of the bainite formation at shorter times. The positive influence of Co can be used in this connection in particular with Co contents of at least 0.25% by weight, in particular at least 0.5% by weight, with Co contents of up to 1.0% by weight.

Una aleación de acero especialmente adecuada para los fines de acuerdo con la invención está constituida según esto de manera correspondiente a las explicaciones anteriores por (en % en peso) del 0,12 - 0,25 % de C, del 0,20 -0,80 % de Si, del 0,40 - 1,20 % de Mn, del 1,0 - 3,0 % de Cr, del 0,5 -1,8 % de Mo, del 0,004 - 0,020 % de N, hasta el 0,40 % de S, del 0,004 - 0,020 % de Al, del 0,0005 - 0,0025 % de B, hasta el 0,10 % de Nb, hasta el 0,015 % de Ti, hasta el 0,20 % de V, hasta el 0,5 % de Ni, y/o hasta el 1,5 % de Co, el resto hierro e impurezas inevitables, para la que sirven también en este caso las explicaciones dadas anteriormente ya con respecto a esto.A steel alloy particularly suitable for the purposes according to the invention is thus constituted in a manner corresponding to the above explanations by (in% by weight) 0.12-0.25% C, 0.20-0 80% Si, 0.40-1.20% Mn, 1.0-3.0% Cr, 0.5-1.8% Mo, 0.004-0.020% N, up to 0.40% S, 0.004 - 0.020% Al, 0.0005 - 0.0025% B, up to 0.10% Nb, up to 0.015% Ti, up to 0.20 % V, up to 0.5% Ni, and / or up to 1.5% Co, the remainder iron and unavoidable impurities, for which the explanations already given above in this regard also serve in this case.

Básicamente es adecuado el acero que va a usarse para la fabricación de piezas de construcción de acero para todos los procedimientos de difusión termoquímicos, descritos en las fichas técnicas 452 y 477 mencionadas ya anteriormente, "carburación" (cementación), "carbonitruración", "nitruración" o "nitrocarburación".Basically the steel to be used for the manufacture of steel construction parts is suitable for all thermochemical diffusion processes, described in the technical sheets 452 and 477 already mentioned above, "carburization" (carburization), "carbonitriding", " nitriding "or" nitrocarburizing ".

En tanto que deba realizarse un endurecimiento por cementación, se realiza, tal como se explica en la ficha técnica 452 en particular, en primer lugar como tratamiento de difusión termoquímica una carburación o carbonitruración. Tras la carburación producida en este sentido mediante difusión termoquímica (carburación, carbonitruración) de la capa marginal se realiza durante el endurecimiento por cementación convencional un endurecimiento de acuerdo con el procedimiento de endurecimiento descrito igualmente en detalle en la ficha técnica 452 "endurecimiento directo (tipo A)", "endurecimiento sencillo (tipo B)", "endurecimiento tras transformación isotérmica (tipo C)" o "endurecimiento sencillo (tipo D)". En el caso del endurecimiento directo (tipo A) se enfría bruscamente la pieza de construcción de acero directamente a partir del calor del tratamiento de carburación o carbonitruración anterior. En el caso del endurecimiento sencillo (tipo B) se enfría la pieza de construcción de acero tras el tratamiento de carburación o carbonitruración anterior en primer lugar hasta temperatura ambiente y a continuación de nuevo se calienta hasta una temperatura de austenización que se encuentra por encima de la temperatura Ac1 y por debajo de la temperatura Ac3 del acero y a continuación se enfría bruscamente. En el caso del endurecimiento tras la transformación isotérmica (tipo C) se enfría la pieza de construcción de acero a partir del calor del tratamiento de carburación o carbonitruración anterior en primer lugar hasta un intervalo de temperatura en el que se forman determinados depósitos de carburo, y a continuación partiendo de este intervalo de temperatura se calienta de nuevo hasta una temperatura de austenización que se encuentra por encima de la temperatura Ac1 y por debajo de la temperatura Ac3 del acero, para enfriarse bruscamente entonces. En el caso del endurecimiento doble (tipo D), la pieza de construcción de acero, después de que se haya enfriado a partir del calor del tratamiento de carburación o carbonitruración anterior, tal como en el caso del endurecimiento sencillo tipo A, hasta temperatura ambiente, recorre dos veces un proceso de endurecimiento, tal como se realiza en el caso del endurecimiento sencillo tipo A solo una vez.As long as a hardening by carburizing is to be carried out, a carburization or carbonitriding is carried out first as a thermochemical diffusion treatment, as explained in data sheet 452 in particular. After the carburization produced in this sense by thermochemical diffusion (carburization, carbonitriding) of the marginal layer, a hardening is carried out during the conventional carburization hardening according to the hardening procedure also described in detail in data sheet 452 "direct hardening (type A) "," simple hardening (type B) "," hardening after isothermal transformation (type C) "or" simple curing (type D) ". In the case of direct hardening (type A), the steel construction part is quenched directly from the heat of the previous carburization or carbonitriding treatment. In the case of simple hardening (type B), the steel construction after the previous carburization or carbonitriding treatment is cooled first to room temperature and then again heated to an austenitizing temperature which is above the Ac1 temperature and below the Ac3 temperature of the steel and then abruptly cooled. In the case of hardening after isothermal transformation (type C) the steel construction part is cooled from the heat of the previous carburization or carbonitriding treatment first to a temperature range in which certain carbide deposits are formed, and then, starting from this temperature range, it is heated again to an austenitizing temperature that is above the Ac1 temperature and below the Ac3 temperature of the steel, to then abruptly cool. In the case of double hardening (type D), the steel construction, after it has been cooled from the heat of the previous carburization or carbonitriding treatment, such as in the case of single type A hardening, to room temperature , goes through a hardening process twice, as is done in the case of the simple type A hardening only once.

Independientemente de cuál de los cuatro procedimientos de endurecimiento convencionales mencionados en el presente documento se use, han de ajustarse, en el tratamiento de difusión termoquímico y el endurecimiento posterior de las piezas de construcción de acero que están constituidas por acero que va a usarse de acuerdo con la invención, los enfriamientos que van a realizarse en cada caso de modo que se ajusten por un lado las deposiciones que aumentan la dureza en la capa marginal carburada mediante la carburación o carbonitruración y en la zona de núcleo no carburada de la pieza de construcción una estructura que tras la medida explicada anteriormente está constituida en al menos el 80 % en volumen por bainita. Para ello ha de recorrerse durante el enfriamiento el intervalo de temperatura de 800 - 500 °C en cada caso en un tiempo t8/5 de al menos 6 s, en particular al menos 10 s, y como máximo 600 s.Regardless of which of the four conventional hardening procedures mentioned in the present document is used, they have to be adjusted, in the thermochemical diffusion treatment and the subsequent hardening of the steel construction parts which are constituted by steel to be used according to With the invention, the cooling to be carried out in each case so as to adjust, on the one hand, the deposits that increase hardness in the carburized marginal layer by carburizing or carbonitriding and in the non-carburized core area of the construction part. a structure that after the measure explained above is made up of at least 80% by volume per bainite. For this, the temperature range of 800-500 ° C must be traversed in each case during cooling in a time t8 / 5 of at least 6 s, in particular at least 10 s, and at most 600 s.

Si, por el contrario, para el fin de la formación de la capa marginal endurecida debe realizarse el tratamiento de difusión termoquímico como nitruración o nitrocarburación, lo que no se encuentra en la invención actual, entonces puede seleccionarse para ello el modo de procedimiento descrito detalladamente en la ficha técnica 477. En este sentido se enfría la pieza de construcción de acero tras un calentamiento hasta una temperatura de austenización que se encuentra por encima de la temperatura Ac3 del acero, por el que está constituida la pieza de construcción de acero, de manera continua de modo que se recorra el intervalo de temperatura de 800 - 500 °C en un tiempo t8/5 de al menos 6 s, en particular al menos 10 s, y como máximo 1000 s, en particular como máximo 200 s, para formar en la pieza de construcción una estructura que tras la medida explicada anteriormente está constituida en al menos el 80 % en volumen por bainita. A continuación se realiza entonces la etapa de nitruración o nitrocarburación, en la que la pieza de construcción de acero en cada caso de manera correspondiente a las indicaciones y medidas contenidas en la ficha técnica 477 bajo una atmósfera que contiene nitrógeno o una atmósfera que contiene nitrógeno y carbono se mantiene a una temperatura que se encuentra por debajo de la temperatura Ac1 del acero, por el que está constituida la pieza de construcción de acero, y a continuación se enfría.If, on the other hand, for the purpose of the formation of the hardened marginal layer, the thermochemical diffusion treatment such as nitriding or nitrocarburization has to be carried out, which is not found in the current invention, then the process mode described in detail can be selected for this. in data sheet 477. In this sense, the steel construction part is cooled after heating to an austenitizing temperature that is above the Ac3 temperature of the steel, from which the steel construction part is constituted, of continuously so that the temperature range 800 - 500 ° C is traversed in a time t8 / 5 of at least 6 s, in particular at least 10 s, and at most 1000 s, in particular at most 200 s, for forming in the construction part a structure which after the measure explained above is constituted by at least 80% by volume per bainite. Then the nitriding or nitrocarburizing stage is then carried out, in which the steel construction part in each case corresponding to the indications and measures contained in data sheet 477 under an atmosphere containing nitrogen or an atmosphere containing nitrogen and carbon is kept at a temperature below the Ac1 temperature of the steel, of which the steel construction part is made, and is then cooled.

De acuerdo con la invención se somete la pieza de construcción de acero a un endurecimiento por cementación y se moldea para ello en una etapa de trabajo According to the invention, the steel structural part is subjected to a case hardening and is molded for this in one working step.

a) a partir del acero que va a usarse de acuerdo con la invención de manera convencional para dar una pieza de construcción de acero, en el caso de la cual se trata de una rueda dentada, un árbol, un eje o un soporte para herramientas. A continuación, en una etapa de trabajoa) from the steel to be used according to the invention in a conventional way to give a steel construction part, in the case of which it is a sprocket, a shaft, a shaft or a tool holder . Then in a working stage

b) se endurece por cementación entonces la respectiva pieza de construcción de acero, en cuanto que b1) la pieza de construcción de acero se mantengan en primer lugar en una etapa de carburación durante un período de 150 min a 250 horas a una temperatura de 900 - 1050 °C con un medio que contiene carbono y opcionalmente de manera adicional nitrógeno, para generar en la pieza de construcción de acero una capa marginal carburada o carbonitrurada con un espesor de 0,3 -15 |jm, y a continuación de la etapa de carburación entonces se enfría rápidamente hasta temperatura ambiente de modo que durante el enfriamiento se recorre el intervalo de temperatura de 800 - 500 °C en el plazo de 6 - 600 s. Las velocidades de enfriamiento adecuadas para ello ascienden normalmente hasta 5 K/s, en particular al menos 0,5 K/s, realizándose el enfriamiento en el intervalo de temperatura de 800 - 500 °C en particular con más de 1,5 K/s.b) the respective steel construction part is then hardened by carburization, while b1) the steel construction part is first kept in a carburizing stage for a period of 150 min to 250 hours at a temperature of 900 - 1050 ° C with a medium containing carbon and optionally additionally nitrogen, to generate in the steel construction part a carburized or carbonitrided marginal layer with a thickness of 0.3 -15 | jm, and following the step of Carburization is then rapidly cooled to room temperature so that during cooling the temperature range of 800-500 ° C is traversed within 6-600 s. The cooling rates suitable for this are normally up to 5 K / s, in particular at least 0.5 K / s, the cooling taking place in the temperature range 800 - 500 ° C in particular with more than 1.5 K / s. s.

La duración, durante la que se mantiene la pieza de construcción de acero durante la etapa de carburación bajo el medio que contiene carbono, se selecciona de manera en sí conocida dependiendo del tamaño de la pieza de construcción así como con consideración del medio que contiene carbono en cada caso usado y de la temperatura, a la que se realiza la carburación, de modo que se consiga una capa marginal carburada con un espesor que se encuentra dentro de las especificaciones de acuerdo con la invención. La duración más corta puede indicarse a este respecto por ejemplo para piezas de construcción más pequeñas, tal como piezas integrantes de engranaje, en particular ruedas dentadas, árboles y ejes, de engranajes de automóviles y similares, mientras que la duración más larga puede indicarse en piezas de construcción grandes, tal como piezas integrantes de engranaje, en particular ruedas dentadas, árboles y ejes, de engranajes grandes, que están destinados a coronas giratorias, tal como se usan en centrales eólicas o propulsiones de buques.The duration, during which the steel construction part is kept during the carburization stage under the carbon-containing medium, is selected in a manner known per se depending on the size of the construction part as well as with consideration of the carbon-containing medium. in each case used and of the temperature, at which the carburization is carried out, so that a carburized marginal layer is achieved with a thickness that is within the specifications according to the invention. The shorter duration can be indicated in this respect for example for smaller construction parts, such as gear components, in particular gear wheels, shafts and shafts, of automobile gears and the like, while the longest duration can be indicated in Large construction parts, such as gear components, in particular sprockets, shafts and shafts, of large gears, which are intended for slewing rings, as used in wind power plants or ship propulsion.

En la práctica se encuentra la temperatura, a la que se mantiene la pieza de construcción de acero durante la etapa de carburación (etapa de trabajo b.1), normalmente a hasta 950 °C. Mediante la elección de temperaturas más altas puede acelerarse el proceso de carburación y de manera correspondiente a esto puede acotarse la duración necesaria para la carburación necesaria.In practice, the temperature at which the steel construction part is maintained during the carburization stage (working stage b.1) is found, normally up to 950 ° C. By choosing higher temperatures, the carburization process can be accelerated and correspondingly the time required for the required carburization can be limited.

Tras la etapa de trabajo b1) se calienta la pieza de construcción de acero en una etapa de endurecimiento b2) hasta una temperatura de austenización, que se encuentra al menos 20 °C por encima de la temperatura Ac1 y por debajo de la temperatura Ac3 del acero por el que está constituida la pieza de construcción de acero, y partiendo de la temperatura de austenización se enfría con una velocidad de enfriamiento de 0,5 - 50 K/s, en particular al menos 1,5 K/s o más de 1,5 K/s, hasta temperatura ambiente.After the working stage b1), the steel construction is heated in a hardening stage b2) to an austenitizing temperature, which is at least 20 ° C above the Ac1 temperature and below the Ac3 temperature of the steel of which the steel construction part is made, and starting from the austenitizing temperature it is cooled with a cooling rate of 0.5 - 50 K / s, in particular at least 1.5 K / s or more than 1 , 5 K / s, up to room temperature.

Para reducir tensiones existentes posiblemente en la pieza de construcción tras el tratamiento de difusión termoquímico (etapa de trabajo b1), puede someterse la pieza de construcción de acero que está constituida por acero usado de acuerdo con la invención entre las etapas de trabajo b1) y b2) opcionalmente a un recocido de eliminación de tensiones, en el que se mantiene durante un período de 15 -120 min en el intervalo de 150 - 680 °C.In order to reduce stresses possibly existing in the building part after the thermochemical diffusion treatment (work step b1), the steel construction part consisting of steel used according to the invention can be subjected between work steps b1) and b2) optionally to a stress relief anneal, in which it is maintained for a period of 15-120 min in the range of 150-680 ° C.

Igualmente de manera opcional puede someterse la pieza de construcción de acero tras el endurecimiento (etapa de trabajo b2) opcionalmente de manera en sí conocida a un tratamiento de revenido, en el que se mantiene durante un período de 30 - 180 min a una temperatura de 150 - 275 °C y a continuación se enfría de manera no controlada hasta temperatura ambiente. Mediante un revenido de este tipo puede reducirse adicionalmente el riesgo de formación de grietas.Also optionally after hardening (working step b2), the steel construction can be subjected to a tempering treatment, in a manner known per se, in which it is maintained for a period of 30 - 180 min at a temperature of 150-275 ° C and then uncontrolled cooling to room temperature. By such a tempering, the risk of cracking can be further reduced.

En particular mediante aplicación del procedimiento explicado anteriormente puede generarse una pieza de construcción de acero endurecida por cementación de acuerdo con la invención, que se ha fabricado a partir del acero que va a usarse de acuerdo con la invención, que está constituido por (en % en peso) del 0,12 - 0,25 % de C, del 0,20 - 0,80 % de Si, del 0,40 - 1,20 % de Mn, del 1,0 -3,0 % de Cr, del 0,5 -1 ,8 % de Mo, del 0,004 -0,020 % de N, hasta el 0,40 % de S, del 0,004 - 0,020 % de AI, del 0,0001 - 0,0025 % de B, hasta el 0,10 % de Nb, hasta el 0,01 % de Ti, hasta el 0,20 % de V, hasta el 0,5 % de Ni, hasta el 1,0 % de Co y como resto por hierro e impurezas inevitables, y presenta una capa marginal con una dureza de 500 - 800 HV así como está constituida de acuerdo con la invención en su zona de núcleo en al menos el 80 % en volumen por bainita, que está constituida por bainita altamente recocida, que procede de la estructura que presentaba la pieza de construcción de acero tras la cementación (etapa de trabajo b.1) y antes del endurecimiento (etapa de trabajo b.2), y bainita nuevamente formada así como en como máximo el 20 % en volumen por austenita residual, ferrita, perlita o martensita.In particular by applying the method explained above, a case-hardened steel construction part can be generated according to the invention, which has been manufactured from the steel to be used according to the invention, which consists of (in% by weight) 0.12 - 0.25% C, 0.20 - 0.80% Si, 0.40 - 1.20% Mn, 1.0 -3.0% Cr , from 0.5-1.8% of Mo, from 0.004-0.020% of N, up to 0.40% of S, from 0.004 - 0.020% of AI, from 0.0001 - 0.0025% of B, up to 0.10% of Nb, up to 0.01% of Ti, up to 0.20% of V, up to 0.5% of Ni, up to 1.0% of Co and as the balance by iron and unavoidable impurities, and has a marginal layer with a hardness of 500-800 HV as well as is constituted according to the invention in its core zone in at least 80% by volume per bainite, which is constituted by highly annealed bainite, which comes from the structure that featured the tr as well as cementation (working stage b.1) and before hardening (working stage b.2), and newly formed bainite as well as a maximum of 20% by volume by residual austenite, ferrite, pearlite or martensite.

Esta composición de estructura se produce mediante un endurecimiento de las piezas de construcción de acuerdo con la invención en el campo de dos fases. A este respecto pueden distinguirse aquellas de proporciones de estructura bainíticas "viejas", o sea producidas antes del endurecimiento (etapa de trabajo b.2) de las de proporciones de estructura bainíticas "nuevas", producidas en el transcurso del endurecimiento y altamente revenidas mediante un ligero color marrón de la nueva bainita de la vieja bainita altamente revenida, que tiene una coloración gris y una estructura granular indicada.This structural composition is produced by hardening of the building parts according to the invention in the two-phase field. In this respect, those with "old" bainitic structure proportions, that is, produced before hardening (working stage b.2), can be distinguished from those with "new" bainitic structure proportions, produced during the hardening and highly tempered by means of a slight brown color of the new bainite from the old highly tempered bainite, which has a gray coloration and an indicated granular structure.

A este respecto se caracteriza la estructura de una pieza de construcción, que ha recorrido el procedimiento de endurecimiento por cementación explicado anteriormente, modificado según la medida de la invención, por que ésta presenta en la zona de núcleo de la pieza de construcción de acero una energía absorbida durante el choque Charpy-V determinada de acuerdo con la norma DIN EN 10045 de más de 40 J, en particular más de 60 J.In this respect, the structure of a construction part is characterized, which has gone through the process of hardening by carburizing explained above, modified according to the measure of the invention, because the latter has in the core area of the steel construction part an energy absorbed during the Charpy-V impact determined according to DIN EN 10045 of more than 40 J, in particular more than 60 J.

Si debe generarse la capa marginal endurecida mediante nitruración o nitrocarburación, lo que no se encuentra en la invención actual, entonces, el tratamiento de difusión termoquímico necesario para ello puede realizarse en particular partiendo de la composición optimizada del acero que va a usarse de acuerdo con la invención con (en % en peso) del 0,12 -0,25 % de C, del 0,20 -0,80 % de Si, del 0,40 - 1,20 % de Mn, del 1,0 -3 ,0 % de Cr, del 0,5 -1 ,8 % de Mo, del 0,004 - 0,020 % de N, hasta el 0,40 % de S, del 0,004 - 0,020 % de AI, del 0,0005 - 0,0025 % de B, hasta el 0,10 % de Nb, hasta el 0,01 % de Ti, hasta el 0,20 % de V o hasta el 0,5 % de Ni, así como hasta el 1,5 % de Co, el resto hierro e impurezas inevitables, tal como sigue:If the hardened marginal layer is to be generated by nitriding or nitrocarburizing, which is not found in the current invention, then the thermochemical diffusion treatment necessary for this can be carried out in particular starting from the optimized composition of the steel to be used according to the invention with (in% by weight) 0.12 -0.25% C, 0.20 -0.80% Si, 0.40 - 1.20% Mn, 1.0 - 3.0% Cr, 0.5-1.8% Mo, 0.004 - 0.020% N, up to 0.40% S, 0.004 - 0.020% AI, 0.0005 - 0 0.0025% B, up to 0.10% Nb, up to 0.01% Ti, up to 0.20% V or up to 0.5% Ni, as well as up to 1.5% of Co, the remainder iron and unavoidable impurities, as follows:

A) a partir del acero se moldea una pieza de construcción de acero.A) A steel construction part is cast from steel.

B) La pieza de construcción de acero se somete a un tratamiento de nitruración o nitrocarburación, en el que B) The steel construction part undergoes a nitriding or nitrocarburizing treatment, in which

B.1) la pieza de construcción de acero se calienta en primer lugar durante un período de austenización de 15 -120 min hasta una temperatura de austenización que se encuentra al menos 20 °C, en particular 20 -100 °C o 30 - 50 °C, por encima de la temperatura Ac3 del acero, por el que está constituida la pieza de construcción de acero, y a continuación se enfría rápidamente hasta temperatura ambiente de modo que durante el enfriamiento se recorre el intervalo de temperatura de 800 - 500 °C en el plazo de menos de 200 s, para generar una estructura que está constituida en al menos el 80 % en volumen en la pieza de construcción, yB.1) the steel construction part is first heated during an austenitizing period of 15-120 min to an austenitizing temperature which is at least 20 ° C, in particular 20 -100 ° C or 30 - 50 ° C, above the Ac3 temperature of the steel, of which the steel construction part is made, and then rapidly cooled to room temperature so that during cooling the temperature range of 800 - 500 ° C is traversed within less than 200 s, to generate a structure that is made up of at least 80% by volume in the building part, and

B.2) la pieza de construcción de acero a continuación para la nitruración o nitrocarburación se mantiene durante un período de 60 min a 100 horas bajo una atmósfera que contiene nitrógeno o que contiene nitrógeno y carbono, a una temperatura que se encuentra por debajo de la temperatura Ac1 del acero, por el que está constituida la pieza de construcción de acero, que asciende normalmente a 440 - 580 °C y a continuación se enfría, para generar en la pieza de construcción de acero una capa marginal endurecida con un espesor de 1 - 1200 |jm.B.2) The steel construction part below for nitriding or nitrocarburising is kept for a period of 60 min to 100 hours under an atmosphere containing nitrogen or containing nitrogen and carbon, at a temperature that is below the Ac1 temperature of the steel, of which the steel construction part is made, which is normally 440 - 580 ° C and is subsequently cooled, in order to generate a hardened marginal layer with a thickness of 1 on the steel construction part - 1200 | jm.

Durante la nitruración o nitrocarburación realizada de la manera indicada anteriormente se producen a partir del acero usado tras la medida de la invención contenidos existentes en Cr, V, Nb o Ti mediante la formación de nitruros para una alta dureza de superficie. La zona de núcleo bainítica (matriz) experimenta durante la nitruración o nitrocarburación un aumento de la dureza en aprox. 100 - 150 MPa mediante la producción de carburos especiales en particular a partir de los contenidos en Mo contenidos en el acero (carburo rico en molibdeno).During nitriding or nitrocarburization carried out in the manner indicated above, existing contents of Cr, V, Nb or Ti are produced from the steel used after the measurement of the invention by means of the formation of nitrides for a high surface hardness. The bainitic core zone (matrix) undergoes an increase in hardness during nitriding or nitrocarburizing by approx. 100 - 150 MPa through the production of special carbides in particular from the Mo content of the steel (carbide rich in molybdenum).

Los parámetros, ajustados de manera concreta en cada caso, "duración" y "temperatura" del tratamiento de nitruración o nitrocarburación se ajustan a este respecto de manera en sí conocida dependiendo del tamaño de la pieza de construcción de modo que se consigue una capa marginal endurecida con un espesor que se encuentra dentro de las especificaciones de acuerdo con la invención.The individually adjusted parameters "duration" and "temperature" of the nitriding or nitrocarburizing treatment are here adjusted in a manner known per se depending on the size of the structural part so that a marginal layer is achieved. hardened to a thickness within specification according to the invention.

Si debe realizarse un mecanizado con desprendimiento de virutas de la pieza de construcción, para optimizar por ejemplo su exactitud dimensional, entonces se realiza éste ventajosamente entre las etapas de trabajo B1) y B2) en la pieza de construcción de acero relativamente blanda tras la etapa de trabajo B1), para evitar el desgaste de la herramienta en comparación con un desprendimiento de virutas en el estado endurecido final.If chip-free machining of the construction part is to be carried out, for example to optimize its dimensional accuracy, then this is advantageously carried out between work steps B1) and B2) on the relatively soft steel construction part after step B1), to avoid tool wear compared to chip shedding in the final hardened state.

El acero que va a usarse de acuerdo con la invención es adecuado especialmente para la fabricación de ruedas dentadas, ejes, árboles o soportes para herramientas con capa marginal endurecida para herramientas de corte fabricadas de manera pulvimetalúrgica.The steel to be used according to the invention is especially suitable for the manufacture of sprockets, shafts, shafts or tool holders with hardened marginal layer for cutting tools manufactured in powder metallurgy manner.

A continuación se explica la invención por medio de ejemplos de realización.The invention is explained below by means of exemplary embodiments.

Se han fundido tres masas fundidas S1, S2, S3 que van a usarse de acuerdo con la invención, cuya composición está indicada en la tabla 1.Three melts S1, S2, S3 have been melted to be used according to the invention, the composition of which is indicated in Table 1.

En un primer ensayo se ha moldeado a partir del acero S1 una rueda dentada. La rueda dentada se ha sometido a continuación de manera convencional según la medida del modo de procedimiento descrito en la ficha técnica 452 en primer lugar a una carburación a 920 °C durante un período de 300 min bajo una atmósfera que contiene carbono compuesta de manera en sí conocida para este fin. De esta manera se ha producido en la rueda dentada mediante difusión termoquímica una capa marginal cementada (carburada) con un espesor de 520 jm . A continuación se ha enfriado la rueda dentada hasta temperatura ambiente, ascendiendo la velocidad de enfriamiento a 2 K/s y habiéndose recorrido el intervalo de temperatura crítico de 800 - 500 °C en un tiempo t8/5 de 10 min.In a first test, a toothed wheel was molded from S1 steel. The sprocket was then subjected in a conventional manner according to the measurement of the procedure described in data sheet 452, first of all, to a carburization at 920 ° C for a period of 300 min under an atmosphere containing carbon composed of carbon dioxide. yes known for this purpose. In this way, a cemented (carburized) marginal layer with a thickness of 520 µm has been produced in the gear by thermochemical diffusion. The gear wheel was then cooled to room temperature, the cooling rate rising to 2 K / s and the critical temperature range of 800-500 ° C having been covered in a time t8 / 5 of 10 min.

La rueda dentada obtenida se ha calentado a continuación hasta una temperatura de austenización que asciende a 920 °C y se ha mantenido a esta temperatura durante 30 min. A continuación se ha enfriado bruscamente la rueda dentada con una velocidad de enfriamiento de 2 K/s. A este respecto se ha recorrido el intervalo de temperatura crítico de 800 - 500 °C en un tiempo t8/5 de 600 s. The gear wheel obtained was then heated to an austenitizing temperature of 920 ° C and kept at this temperature for 30 min. The gear wheel was then quenched with a cooling rate of 2 K / s. In this respect, the critical temperature range of 800-500 ° C has been covered in a time t8 / 5 of 600 s.

La rueda dentada endurecida por cementación de esta manera presentaba en la superficie de su capa marginal endurecida una dureza de 750 HV y en su zona de núcleo (matriz) que lleva la capa marginal endurecida una estructura completamente bainítica. La energía absorbida durante el choque Charpy-V de la zona de núcleo no endurecida de la rueda dentada ascendía en promedio de tres muestras a 106 J.The gear wheel hardened by carburizing in this way exhibited a hardness of 750 HV on the surface of its hardened marginal layer and a completely bainitic structure in its core area (matrix) bearing the hardened marginal layer. The energy absorbed during the Charpy-V impact of the unhardened core region of the gear wheel averaged 106 J.

En un segundo ensayo se ha moldeado a partir del acero S2 de nuevo una rueda dentada. La rueda dentada se ha sometido a continuación en primer lugar a una carburación a 920 °C durante un período de 30 min bajo una atmósfera que contiene carbono habitual para este fin en el estado de la técnica. De esta manera se ha producido en la rueda dentada mediante difusión termoquímica una capa marginal cementada (carburada) con un espesor de 535 pm. In a second test, a toothed wheel was molded again from the S2 steel. The gear wheel was then first subjected to a carburization at 920 ° C for a period of 30 min under a carbon-containing atmosphere customary for this purpose in the state of the art. In this way, a cemented (carburized) marginal layer with a thickness of 535 pm has been produced on the gear wheel by thermochemical diffusion.

A continuación se ha enfriado bruscamente la rueda dentada en aceite hasta temperatura ambiente. Se ha recorrido el intervalo de temperatura crítico de 800 - 500 °C a este respecto en un tiempo t8/5 de 17 s.The gear wheel was then quenched in oil to room temperature. The critical temperature range of 800-500 ° C has been covered in this respect in a time t8 / 5 of 17 s.

A continuación ha recorrido la rueda dentada un recocido de eliminación de tensiones, en el que se ha mantenido durante una hora a 650 °C, para reducir tensiones producidas en el tratamiento de carburación realizado anteriormente.Subsequently, the sprocket has gone through a stress relief anneal, in which it has been held for one hour at 650 ° C, to reduce stresses produced in the carburization treatment carried out previously.

Tras el recocido de eliminación de tensiones se ha calentado la pieza de construcción en una etapa de endurecimiento hasta una temperatura de austenización y se ha mantenido a esta temperatura durante una hora, que se encontraba 40 °C por debajo de la temperatura Ac3 del acero S2, habiéndose determinado la temperatura Ac3 del acero S2 anteriormente de manera en sí conocida por medio de un ensayo de dilatómetro. A continuación se ha enfriado bruscamente la rueda dentada de nuevo en aceite, de modo que también en este caso ascendía el tiempo t8/5 a 17 s.After the stress relief annealing, the building part was heated in a hardening stage to an austenitizing temperature and kept at this temperature for one hour, which was 40 ° C below the Ac3 temperature of S2 steel. , the Ac3 temperature of the S2 steel having been determined above in a manner known per se by means of a dilatometer test. The gear wheel was then quenched again in oil, so that in this case too the time t8 / 5 was 17 s.

Tras el endurecimiento se ha sometido la rueda dentada a un revenido convencional, en el que se ha mantenido durante una hora a 180 °C.After hardening, the sprocket was subjected to a conventional tempering, in which it was kept for one hour at 180 ° C.

La rueda dentada endurecida por cementación de esta manera presentaba en la superficie de su capa marginal endurecida una dureza de 750 HV y en su zona de núcleo (matriz) que lleva la capa marginal endurecida una estructura completamente bainítica, que estaba constituida por bainita nuevamente formada y vieja altamente revenida. La energía absorbida durante el choque Charpy-V ascendía en tres muestras en promedio a 62 J.The gear wheel hardened by carburizing in this way exhibited a hardness of 750 HV on the surface of its hardened marginal layer and in its core area (matrix) bearing the hardened marginal layer a completely bainitic structure, which consisted of newly formed bainite. and old highly tempered. The energy absorbed during the Charpy-V shock was 62 J. on average in three samples.

En un tercer ensayo se ha moldeado a partir del acero S3 una rueda dentada con un diámetro inferior a 40 mm. La rueda dentada se ha sometido a continuación en primer lugar a una carburación a 920 °C durante un período de 30 min bajo una atmósfera que contiene carbono habitualmente usada para este fin. De esta manera se ha producido en la rueda dentada mediante difusión termoquímica una capa marginal cementada (carburada) con un espesor de 530 pm. A continuación se ha enfriado bruscamente la rueda dentada con una velocidad de enfriamiento de 3 K/s hasta temperatura ambiente en agua. Se ha recorrido el intervalo de temperatura crítico de 800 - 500 °C a este respecto en un tiempo t8/5 de 300 s.In a third test, a sprocket with a diameter of less than 40 mm was molded from S3 steel. The sprocket was then first subjected to a carburization at 920 ° C for a period of 30 min under a carbon-containing atmosphere commonly used for this purpose. In this way, a cemented (carburized) marginal layer with a thickness of 530 pm has been produced on the gear wheel by thermochemical diffusion. The gear wheel was then quenched with a cooling rate of 3 K / s to room temperature in water. The critical temperature range of 800-500 ° C has been traversed in this regard in a time t8 / 5 of 300 s.

Tras este tratamiento de carburación se ha calentado la pieza de construcción en una etapa de endurecimiento hasta una temperatura de austenización y se ha mantenido a esta temperatura durante una hora, que ascendía a 920 °C. A continuación se ha enfriado bruscamente la rueda dentada en agua, ascendiendo en este caso el tiempo t8/5 a 300 s. After this carburization treatment, the building part was heated in a hardening stage to an austenitizing temperature and was kept at this temperature for one hour, which amounted to 920 ° C. The gear wheel was then quenched in water, in this case the time t8 / 5 was 300 s.

La rueda dentada endurecida por cementación de esta manera presentaba en la superficie de su capa marginal endurecida una dureza de 760 HV y en su zona de núcleo (matriz) que lleva la capa marginal endurecida una estructura completamente bainítica. La energía absorbida durante el choque Charpy-V ascendía en tres muestras en promedio a 78 J.The gear wheel hardened by carburizing in this way exhibited a hardness of 760 HV on the surface of its hardened marginal layer and a completely bainitic structure in its core area (matrix) bearing the hardened marginal layer. The energy absorbed during the Charpy-V shock amounted to 78 J. on average in three samples.

Con el tercer ensayo pudo mostrarse, por consiguiente, que mediante la adición de contenidos eficaces en Co puede encontrarse el riesgo de que en piezas de construcción de acero aleadas de acuerdo con la invención con diámetros pequeños por regla general inferiores a 40 mm y un enfriamiento brusco en agua también con aceros que van a transformarse básicamente de manera bainítica se llega a una transformación martensítica indeseada de la cubierta exterior. La zona de transformación martensítica puede ser sin contramedidas adecuadas de varios milímetros de espesor y sobre todo es alterante en caso de un mecanizado mecánico. Mediante la adición de cobalto puede acelerarse el inicio de la transformación bainítica, tal como puede asumirse por medio del diagrama de ZTU reproducido en la figura 1 para el acero S3. With the third test it was therefore possible to show that by adding effective Co contents the risk may be found that in steel structural parts alloyed according to the invention with small diameters generally less than 40 mm and a cooling abrupt in water, also with steels that are going to be transformed basically in a bainitic way, an undesired martensitic transformation of the outer shell is reached. The martensitic transformation zone can be several millimeters thick without suitable countermeasures and is especially altering in the case of mechanical machining. By the addition of cobalt the initiation of the bainitic transformation can be accelerated, as can be assumed by means of the ZTU diagram reproduced in Figure 1 for the S3 steel.

Tabla 1Table 1

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Claims (5)

REIVINDICACIONES 1. Procedimiento para la fabricación de una pieza de construcción de acero endurecida por cementación, concretamente de una rueda dentada, de un árbol, de un eje o de un soporte para herramientas, en el que la pieza de construcción de acero1. Process for the manufacture of a case-hardened steel construction part, specifically a sprocket, shaft, shaft or tool holder, in which the steel construction part a) se moldea a partir de un acero, que está constituido, en % en peso, pora) It is molded from a steel, which is constituted, in% by weight, by C: 0,1 -0,30 %,C: 0.1 -0.30%, Si: 0 - 0,80 %,Yes: 0 - 0.80%, Mn: 0,20 - 2,00 %,Mn: 0.20 - 2.00%, Cr: 0 - 4,00 %,Cr: 0 - 4.00%, Mo: 0,5 - 1,80 %,Mo: 0.5 - 1.80%, N: 0,004 - 0,020 %,N: 0.004 - 0.020%, S: 0 - 0,40 %,S: 0 - 0.40%, Al: 0,004 - 0,020 %,Al: 0.004 - 0.020%, B: 0 - 0,0025 %B: 0 - 0.0025% Nb: 0 - 0,20 %,Nb: 0 - 0.20%, Ti: 0 - 0,02 %,Ti: 0 - 0.02%, V: 0 - 0,40 %,V: 0 - 0.40%, Ni: 0 - 0,5 %,Ni: 0 - 0.5%, Cu: 0 - 0,3 %,Cu: 0 - 0.3%, Co: 0 - 1,5 %Co: 0 - 1.5% el resto son hierro e impurezas inevitables, que comprenden en particular contenidos de P de hasta el 0,0035 % en peso,the remainder are iron and unavoidable impurities, comprising in particular P contents of up to 0.0035% by weight, cumpliendo el contenido de Al % AI, el contenido de Nb % Nb, el contenido de Ti % Ti, el contenido de V % V y el contenido de N % N del acero la siguiente condición: % Al/27 % Nb/45 % Ti/48 % V/25 > % N/3,5, y en el quefulfilling the content of Al% AI, the content of Nb% Nb, the content of Ti% Ti, the content of V% V and the content of N% N of the steel the following condition:% Al / 27% Nb / 45% Ti / 48% V / 25>% N / 3.5, and in which b) la pieza de construcción de acero se endurece por cementación, en cuanto queb) the steel construction part is hardened by case hardening, insofar as b1) la pieza de construcción de acero se mantiene en una etapa de carburación durante un período de 150 min a 250 horas a una temperatura de 900 -1050 °C en un medio que contiene carbono y opcionalmente de manera adicional nitrógeno, para generar en la pieza de construcción de acero una capa marginal carburada o carbonitrurada con un espesor de 0,3 - 15|jm, y a continuación de la etapa de carburación se enfría rápidamente hasta temperatura ambiente de modo que durante el enfriamiento se recorre el intervalo de temperatura de 800 - 500 °C en el plazo de 6 a 600 s,b1) the steel construction part is kept in a carburizing stage for a period of 150 min to 250 hours at a temperature of 900 -1050 ° C in a medium containing carbon and optionally additionally nitrogen, to generate in the steel construction part a carburized or carbonitrided marginal layer with a thickness of 0.3 - 15 | jm, and following the carburization step it is rapidly cooled to room temperature so that during cooling the temperature range of 800 is traversed - 500 ° C within 6 to 600 s, yY b2) la pieza de construcción de acero se calienta en una etapa de endurecimiento realizada tras la etapa de carburación (etapa de trabajo b1) hasta una temperatura de austenización que se encuentra al menos 20 °C por encima de la temperatura Ac1 y por debajo de la temperatura Ac3 del acero del que está constituida la pieza de construcción de acero, y se enfría partiendo de la temperatura de austenización con una velocidad de enfriamiento de 0,5 - 50 K/s hasta temperatura ambiente,b2) the steel construction part is heated in a hardening stage carried out after the carburization stage (working stage b1) to an austenitizing temperature which is at least 20 ° C above the Ac1 temperature and below the Ac3 temperature of the steel from which the steel construction part is made, and is cooled starting from the austenitizing temperature with a cooling rate of 0.5 - 50 K / s to room temperature, de modo que la pieza de construcción de acero obtenida presenta una capa marginal endurecida termoquímicamente y en su zona de núcleo presenta una estructura que está compuesta en al menos el 80 % en volumen de bainita, que está constituida por bainita altamente recocida, que procede de la estructura que presentaba la pieza de construcción de acero tras la cementación (etapa de trabajo b.1) y antes del endurecimiento (etapa de trabajo b.2), y bainita formada nuevamente, así como de como máximo el 20 % en volumen de austenita residual, ferrita, perlita o martensita. so that the steel construction piece obtained presents a thermochemically hardened marginal layer and in its core zone it presents a structure that is composed of at least 80% by volume of bainite, which is constituted by highly annealed bainite, which comes from the structure that the steel construction piece presented after cementation (work stage b.1) and before hardening (work stage b.2), and newly formed bainite, as well as a maximum of 20% by volume of residual austenite, ferrite, pearlite or martensite. 2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que el acero contiene (en % en peso) del 0,12- 0,25 % de C, del 0,20 -0,80 % de Si, del 0,40 - 1,20 % de Mn; del 1,0 -3 ,0 % de Cr, del 0,5 -1 ,8 % de Mo, del 0,004 -0,020 % de N, hasta el 0,40 % de S, del 0,004 - 0,020 % de Al, del 0,0001 - 0,0025 % de B, hasta el 0,10 % de Nb, hasta el 0,015 % de Ti, hasta el 0,20 % de V, hasta el 0,5 % de Ni y/o hasta el 1,0 % de Co.2. Process according to claim 1, characterized in that the steel contains (in% by weight) 0.12-0.25% C, 0.20-0.80% Si, 0.40-1 20% Mn; 1.0-3.0% Cr, 0.5-1.8% Mo, 0.004-0.020% N, up to 0.40% S, 0.004-0.020% Al, 0.0001 - 0.0025% B, up to 0.10% Nb, up to 0.015% Ti, up to 0.20% V, up to 0.5% Ni and / or up to 1 , 0% of Co. 3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que la pieza de construcción de acero entre las etapas de trabajo b1) y b2) se somete opcionalmente a un recocido de eliminación de tensiones a una temperatura de 150 - 680 °C durante un período de 15 -120 min.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the steel construction part between the working steps b1) and b2) is optionally subjected to a stress relief anneal at a temperature of 150 - 680 ° C for a period of period of 15 -120 min. 4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la pieza de construcción de acero se somete tras el endurecimiento (etapa de trabajo b2) opcionalmente a un tratamiento de revenido, en el que se mantiene durante un período de 30 - 180 min a una temperatura de 150 - 275 °C y a continuación se enfría de manera no controlada hasta temperatura ambiente.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the steel structural part is optionally subjected after hardening (working step b2) to a tempering treatment, in which it is held for a period of 30 - 180 min. at a temperature of 150 - 275 ° C and then cooled to uncontrolled way up to room temperature. 5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la estructura en la zona de núcleo de la pieza de construcción de acero presenta una energía absorbida durante el choque Charpy-V de más de 40 J, que se determina de acuerdo con la norma DIN EN 10045. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the structure in the core region of the steel component has an energy absorbed during the Charpy-V impact of more than 40 J, which is determined according to the DIN EN 10045 standard.
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