AT393279B - Verfahren zur herstellung von werkstoffen und gegenstaenden aus umwandlungstraegen bainithaertbarenstahllegierungen - Google Patents

Description

AT 393 279 B

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Werkstoffen und Gegenständen aus umwandlungsträgen bainithärtbaren, unlegierten oder niedriglegierten Stabllegierungen mit niedrig liegenden Martensitum-wandlungstemperaturen durch Bainithärtung (Wärmebehandlung).

Es ist bekannt, durch Verwendung größerer Mengen wertvoller Legierungszusätze Stahllegierungen heizustellen, welche gleichzeitig hohe Zähigkeit und Festigkeit besitzen. Wegen der auch aus technischen Gründen bedingten hohen Gestehungskosten können solche Legierungen praktisch nur für Sonderzwecke verwendet werden. Es ist verständlich, daß schon vielfach versucht wurde, Stahllegierungen hoher Zähigkeit und Festigkeit auch auf wirtschaftlicherem Wege herzustellen, ohne daß bislang eine wirklich befriedigende Lösung gefunden werden konnte.

So sind beispielsweise hochlegierte Stähle hoher Festigkeit und Zähigkeit z. B. der Werkstoffnummem 1.6357 x 2 Ni Co Mo 18 8 3,1.6358 und 1.6359 bekannt. Solche Stähle sind schlecht verformbar, schlecht zerspanbar und, wegen der hohen Kosten der Legierungsbestandteile wenig wirtschaftlich.

Es ist demnach eine Aufgabe der Erfindung, Stahllegierungen, bzw. Gegenstände zur Verfügung zu stellen, die, wirtschaftlich zugänglich sind und, auch unabhängig von der Gegenwart erheblicher Anteile wertvoller Legierungspartner, gleichzeitig hohe Zähigkeit und hohe Festigkeit aufweisen, bzw. extrem hohe Festigkeitswerte besitzen.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zu schaffen, welches es erlaubt, Stahllegierungen, bzw. Gegenstände mit diesen Eigenschaften herzustellen. So sollten Gegenstände des Massenkonsums, z. B. Bolzenstähle bzw. Eintreibbolzen herkömmlicher Form für die Direktbefestigung, die auch in hochfesten Baustahl eintreibbar sind, zugänglich gemacht werden.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch, daß die Bainithärtung des Ausgangsmaterials in der sich oberhalb des Martensitpunktes anschließenden Temperaturzone bei 0 bis 100 °C, vorzugsweise bis 50 °C insbesondere bei 5 bis 50 eC oberhalb der Temperatur des Martensitpunktes durchgeführt und spätestens bei einer 85 %, etwa 55 bis 85 %-igen, vorzugsweise etwa 75 bis 85 %-igen Umwandlung, bezogen auf die dilatomelrisch gemessene maximale Umwandlung abgebrochen wird. In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Stahllegierungen mit

0,50 bis 1,00 % C 0,10 bis 1,50 % Si 0,50 bis 1,50 % Mn

max. 0,045 % P

max. 0,045 % S 0,20 bis 0,90 % Mo und/oder 0,20 bis 2,00 % Cr

Rest Eisen, gegebenenfalls geringfügigen weiteren Legierungselementen und üblichen Verunreinigungen dem Verfahren unterworfen. Im allgemeinen ist Molybdän gegenüber Chrom bevorzugt

Dot Erfindung liegt die allgemeine Erkenntnis zugrunde, daß Stahllegierung und Gegenstände, die die an sich konträren Eigenschaften hoher Zähigkeit und hoher Festigkeit dann aufweisen, wenn sie einer nur unvollkommenen Bainithärtung (Wärmebehandlung), bis zu einer Umwandlung von größenordnungsmäßig höchstens etwa 80 %, im Temperaturbereich des Martensitpunktes oder dicht oberhalb des Martensitpunktes, in dem sich unmittelbar daran anschließend«! Temperaturbereich unterworfen wurden.

Der Martensitpunkt liegt meist im Bereich von 180 bis 280 °C, insbesondere im Bereich von 180 bis 230 °C, vor allem von 185 bis 210 °C. Unter dem Temperaturbereich des Martensitpunktes im Sinne dieser Erfindung werden Temperaturen im Bereich von 10 °C oberhalb bis 10 °C unterhalb der Martensitbildungstemperatur verstanden. Der Temperaturbereich oberhalb des Martensitpunktes, in dem die unvollkommene Bainithärtung durchgeführt werden kann, liegt im allgemeinen bei 0 bis 100 °C, vorzugweise bei bis 50 °C z. B. bei 5 bis 50 °C über der Martensitbildungstemperatur. Ganz allgemein hat sich gezeigt, daß im Rahmen der Erfindung der Temperaturbereich oberhalb des Martensitpunkts, in welchem die erfindungsgemäße unvollkommene Bainithärtung durchführbar ist, um so schmaler ist, je höher der Martensilpunkt und, umgekehrt, um so breiter, je tiefer der Martensitpunkt liegt Bevorzugt liegt die Temperatur für die unvollkommene Bainithärtung unter 270 bis 280 °C, insbesondere bei 260 °C und darunter. Besonders günstige Effekte treten ein bei Verwendung von Stählen mit Martensitpunkten im niedrigeren des hier erörterten Bereichs. Weisen die Ausgangsstähle das für die unvollkommene Bainithärtung erforderliche Gefüge noch nicht auf, so sind sie natürlich entsprechend, z. B. durch Wärmebehandlung unter Bildung eines austenitischen Gefüges, vorzubehandeln. Zu den gegebenenfalls vorhandenen geringfügigen Legierungselementen gehören beispielsweise V, W, Ni, B und dgl., welche dann in Gehalten bis in die Größenordnung von jeweils 0,2 % vorhanden sein können. Hiedurch können zwar gewisse Eigenschaften der Stähle beeinflußt werden; die Gegenwart oder Abwesenheit derartiger Legierungselemente ist aber nicht maßgeblich für die Erfindung.

Die Umwandlung wird im allgemeinen bis in einen Bereich von höchstens 85 %, bezogen auf maximale, d. h. erschöpfende Umwandlung geführt. Meist liegt der Umwandlungsgrad im Bereich von 55 bis 85 %, wobei die Bereiche von 75 bis 85 % und insbesondere 80 % besonders bevorzugt sind. Der Umwandlungsgrad kann -2-

AT 393 279 B meßtechnisch in einfacher Weise unter Ausnutzung des Umstandes verfolgt werden, daß die Bainitumwandlung mit einer positiven Längenänderung verbunden ist. So kann die Umwandlungskinetik und damit schließlich der Umwandlungsgrad bei der jeweiligen Temperatur durch dilatometrische Messungen an Stahlproben in einfacher Weise verfolgt werden. Unter einem Umwandlungsgrad von 80 % versteht man demnach 80 % der bei völliger bainitischer Umwandlung bei der jeweiligen Temperatur erreichbaren maximalen Längenänderung.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt die Stahllegierung folgende Zusammensetzung.

037 bis 0,75 % C 0,15 bis 035 % Si 0,70 bis 0,85 % Mn max. je 0,035 % Pund % S 0,20 bis 030 % Mo und/oder 0,20 bis 1,00 % Cr

Auch für diese Legierungen gilt die obengenannte Umwandlungscharakteristik. Insbesondere zeigen auch diese Legierungen die geforderten vorteilhaften Eigenschaften, wenn die Umwandlung im Temperaturbereich der Martensitbildung oder im Temperaturbereich von 0 bis 50 °C über dem Martensitpunkt und bis zu einem Umwandlungsgrad von 75 bis 85 %, gemessen nach der dilatometrisch bestimmten Umwandlungskinetik, durchgeführt ist.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Stahllegierungen und Gegenstände besitzen vorzugsweise eine Zähigkeit, gemessen an ungekerbten Rundproben von 4,5 mm Durchmesser, von mehr als 70 J, vorzugsweise bis 85 J und sogar 90 J und eine Härte von mindestens 57 HRC, vorzugsweise 58 HRC und darüber, bis z. B. 60 und 61 HRC.

Stahllegierungen, die sich für das erfindungsgemäße Verfahren eignen, sind genügend umwandlungsträge Stähle, welche die Voraussetzungen für eine isotherme Bainitumwandlung aufweisen, und die nach Möglichkeit niedrige Martensitpunkte besitzen. Im autokatalytischen Netz von Austin und Rickett zeigen diese Stähle im allgemeinen einen Knick in der sonst geradlinig verlaufenden Umwandlungskinetik. Hier tritt offenbar eine die Zähigkeit nachteilig beeinflussende Ausscheidung auf. Durch die vorliegende Erfindung werden, unter Gewinnung von Legierungen hoher Zähigkeit und hoher Festigkeit gezielt Abläufe vermieden, welche möglicherweise die Zähigkeit nachteilig beeinflussen.

Aus den erfindungsgemäß behandelten Stahllegierungen können Gegenstände mit den vorteilhaften Eigenschaften in üblicher Weise, insbesondere durch Kaltverformung, hergestellt werden. Es können natürlich ebenso Gegenstände aus nicht vorbehandelten Stahllegierungen, insbesondere der vorgenannten Zusammensetzung hergestellt und dann diese Gegenstände dem erfindungsgemäßen Verfahren unterworfen werden. Dabei liegt ein wesentlich«: Vorteil der Erfindung darin, daß, im Gegensatz zu den früher notwendigen hoch legierten Stahllegierungen, erfindungsgemäß Massenkonsumprodukte in wirtschaftlicher Weise hergestellt werden können. Zu diesen Gegenständen gehören insbesondere Befestigungsmittel (Schrauben, Nägel, Bolzen, insbesondere Setzbolzen für die Direktbefestipng, Nieten, Dübel, Dübelteile), Werkzeuge (wie Bohrer, Bohrerschäfte, Schraubenzieher, Sägen, Stempel, Dorne), Maschinenelemente (wie Sicherungsstifte, Federn, Tellerfedern, Ventile, Ventilführungen, Kolbenringe, Wellen, Achsen, Splinte, Kupplungen, Scheiben, Lamellen), Militaria (wie Waffenteile, Panzerplatten), Beschläge für Bau-, Schiff-, Sport- und Möbelzwecke (wie Ketten, Angelhaken, Skikanten), Teile von optischen und Meß-Geräten, Halbfertigfabrikate (wie Bänder, Drähte, Bleche, Stäbe, Rohre u. dgl).

Besonders geeignet im Sinne der Erfindung haben sich Stähle aus der Gruppe der Federstähle, z. B. C% Si % Mn % Cr % v% 62 SiMnCr 4 0,62 1,0 1,0 0,6 — 58 CrV 4 0,58 0,3 1,0 1,1 0,1 50 CrV 4 0,50 0,3 1,0 U 0,1 62 Si Cr 5 0,62/0,72 1,3 0,5 0,5 - unlegierte Werkzeugstähle bzw. höher C-legierte Stähle C Si Mn Pu. S C (fk,g) 67 0,67 0,25 0,70 je max 0,045 C " 70 0,70 0,25 0,60 tt C " 75 0,75 0,25 - 0,50 0,6 - 0,8 tt C " 85 0,85 0,90 tt tt C " 100 1,00 0,25 tt tt erwiesen. -3

Claims (4)

1. AT 393 279 B In den nachfolgenden Beispielen ist die Erfindung erläutert Beispiel 1 Es wurde ein Stahl mit 0,73 % C, 0,85 % Mn, 0,2 % Si und 0,29 % Mo, Drahtmaterial, kaltgezogen, weichgeglüht, schwach nachgezogen mit einer Festigkeit von ca. 800 N/mm^ als Ausgangsmaterial nach einer Wärmebehandlung von 860 °C einer Behandlung 20 Minuten 240 °C, 40 Minuten Luft an Abschnitten von 1 = 50 mm, 0 = 4,5 mm unterworfen. Härte: 58 HRC; Schlagzähigkeit: 795 - 820 J. Beispiel 2 Nach Durchführung der gleichen Wärmebehandlung an fertigen Direktbefestigungselementen (Nägel, Bolzen) zeigten die Gegenstände bei ein»- Härte von 58 HRC gute Zähigkeit und waren biegbar bis $ 90°. Beispiel 3 Zur Herstellung von Zugfedern hoher Härte und Zähigkeit mit einem Durchmesser von 80 mm aus einem Draht d=4,5 mm, wurden die Federn im fertiggewickelten Zustand, wie zuvor beschrieben, wärmebehandelt. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Herstellung von Werkstoffen und Gegenständen aus umwandlungsträgen bainithärtbaren, unlegierten oder niedriglegierten Stahllegierungen mit niedrig liegenden Martensitumwandlungstemperaturen durch Bainithärtung (Wärmebehandlung) in der sich oberhalb anschließenden Temperaturzone bei 0 bis 100 °C, vorzugsweise bis 50 °C, insbesondere bei 5 bis 50 °C oberhalb der Temperatur des Martensitpunktes, dadurch gekennzeichnet, daß die Bainithärtung des Ausgangsmaterials spätestens bei einer 85 %-igen, vorzugsweise 55 bis 85 %-igen, insbesondere 75 bis 85 %-igen Umwandlung, bezogen auf die dilatometrisch gemessene maximale Umwandlung, abgebrochen wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlung bei 55 bis 85 %-igem, vorzugsweise 75 bis 85 %-igem, insbesondere 80 %-igem Umwandlungsgrad abgebrochen wird.
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial Stahllegierungen mit 0,50 bis 1,00 % C 0,10 bis 1,50 % Si 0,50 bis 1,50 % Mn max. 0,045 % P max. 0,045 % S 0,20 bis 0,90 % Mo und/oder 0,20 bis 2,00 % Cr Rest Eisen, geringfügigen weiteren Legierungselementen und üblichen Verunreinigungen verwendet wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial Stahllegierungen mit 0,57 bis 0,75 % C 0,15 bis 0,35 % Si 0,70 bis 0,85 % Mn max. je 0,035 % P und % S 0,20 bis 0,50 % Mo und/oder 0,20 bis 1,00 % Cr Rest Eisen, geringfügigen weiteren Legierungselementen und üblichen Verunreinigungen verwendet wird. -4-