CZ20002768A3

CZ20002768A3 - Ocel pro výrobu rozdělitelných strojních součástek a způsob jejich výroby

Info

Publication number: CZ20002768A3
Application number: CZ20002768A
Authority: CZ
Inventors: Jacques Bellus; Pierre Dierickx; Vincent Jacot; Marc Robelet
Original assignee: Ascometal
Priority date: 1998-01-28
Filing date: 1999-01-19
Publication date: 2002-01-16
Also published as: PL194349B1; EP1051531B1; AR014509A1; DE69900247D1; TR200002200T2; DK1051531T3; FR2774098B1; JP2002501985A; ATE204924T1; WO1999039018A1; CZ296664B6; KR20010024880A; KR100560086B1; RO120006B1; PL342058A1; FR2774098A1; BR9907926A; SI20334A; PT1051531E; DE69900247T2

Description

Ob las t t e chniky

Vynález s?e týká ocele prď výrobu rozdělíte lných strojních, součástek, ze jmé na pro výrobu.ojnic pro motory s vnitřním spalováním, a způsobu jejich výroby.

Dosavadní stav techniky

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

Ocel, z^; které se ojniee z kované ocele? vyrábějí, musí být, snadno? kujná, a obrobíte lna, a musí mít mechanické vlastnosti, které umožňují zabezpečit, aby ojniee· v provozu, řádně fungovaly. Obecně požadované mechanické vlastnosti jsou: tvrdost mezi 210 HB a 3©0 HB, mez pevnosti v tuhu mezi 65® a 1200 MPa, aby se dosáhlo dostatečné hodnoty meze únavy, a namáháni na mezi. trvalé ásíoraace v rozmezí od 300 MPa do 800 MPa, aby se tak zabránilo deformacím; překročením meze průtažnosti. Pro některé ojniee musí Být hodnota namáháni na mezi trvalé deformace S větší než 700 MPa a pevnost v tahu musí být nižší než 1100 MPa.

Ojniee, které sestávají ze dvou oddělených částí - těles-?a a víka - je možno? vyrobit kováním přédrobfcu. Pak se předrobek opra- euje, načež se rozdělí ve dvě části křehkým lomem ve zvolené rovině. Tato technologie.·-, určená-pro výrobu oddá lite·· lných dílů, má řadu vý-. hod, spočívajících v tom,, že značně zjednodušuje sled- výrobních operací tím, že se obejde, bez. ©hrábějích operací. Naprotitemu však vyžaduje použití oddělitelné ocele, totiž takové, která umožňuje provedení.rádného křehkého lomu.

vost hromadně výr

Pro výrobu oddělitelných ©;jnio se v japonském patentovém spis© JP 8-291373 navrhuj© použití' ocele obsahující od 0,4 % do

0,6: % uhlíku, od 0,5 % do 5 % křemíku, oď 0,1 % do 6,8 % manganu, od 0,1 % do 0,5 % chrómu., od 0,1 do 0,5 vanadu a oď 0,01 % do 0,2 %, výhodně více než^r 0,05 % fosforu, přičemž zbytek do·. 100 % jsou železo, nečistoty a popřípadě malá množství přisaď určených pro zlepšení obrobíteInosti. Nevýhodou této ocele vsak je, že vykazuje téměř úplnou per litickou strukturu, ©oř omezuje ferritie.kou frakci a tím tvrdost dosahovanou vylučováním nitridu uhlíku, jakož i zkřehnutí ferritu. Kromětoho jsou mechanické vlastnosti CR a R ) u této o&ee m le velmi citlivé na podmínky při chlazení, ©e.z snižuj;© spolehlitéto součástky .

V© francouzské patentové přihlášce.FR 2,742.448 se navrhuje použití ocele obsahující oď 0,25 % do 0,5 % uhlíku, od 0,2 % do

1,5 % křemíku·, od 0,1 % do 2 % manganu, méně než· 0,15 % ohromu, méně než. 0,15 % niklu, méně než 0,05 % molybdenu, méně než 0,35 % mědi, oď 0 % do 0,2 % vanadu, oď 0,04 % ďo 0,2 % fosforu a od 0,005 % db G,02 % dusíku, přičemž zbytek jsou železo, nečistoty a popřípadě malá množství přísad určených pro zlepšení obrobit©lne·- . sti. Toto složení umožňuje vytvoření snadno oddělitelné ferritickoper litické struktury. Raprotitamu však neumožňuje: dosáhnout vyšší . hodnoty namáhání na mezi trvalé·deformace než 700 MPa ani meze pevnosti v tahu nižší než. 1.100 MPa. Kromě toho lze oddělit e laost i dosáhnout pouze větším přídavkem fosforu, což je nevýhodné, poněvadž se tím zvýší riziko odměš-ování, což činí obrábění obtížným.

Podstata vynálezu

Účelem vynálezu je odstranit tyto nedostatky tím, že vynález .navrhuje zařízení pro výrobu oddělitelných výkovků, u nichž je hodnota namáhání na mezi trvalé deformace větší než 700 SPa a hodnota pevnosti v tahu je nižší než 1100 MPa, a jež se vyznačují dobrou obrobíteIností a na nichž je možno provádět operaci křehkého lomu za průmyslově vhodných podmínek.

Je proto předmětem vynálezu ocel na výrobu oddělitelných strojích součástek, jejíž, hmotnostní chemické složení zahrnuj© • · • · • · · ·

- 30/ &

0,2; % C ©3 %

0,1 % £ Si 1,5 %

0,3 % έ Mn £ 1,4

0,2 % - ¥ 0,5

P é 0,150 %

0,005 % <N 0,02 %

- popřípadě alespoň jeden z. prvku ze skupiny zahrnující olova až po 0,1 %, telur až. po 0:,15 %, vizmut: až po 0,15 %, selen až po 0,02 %, síru až po 0,35 % a vápník až po 0,005 %,

- popřípadě alespoň jeden z prvků ze skupiny zahrnující titan až po 0,05 %, nich- až po 0,1 % a hliník, až po 0,07 %, přičemž zbytek do .100 % tvoří železo, nečistoty a zbytky pocházející z tavení; ocel má vpodstate fe-rriticko-perlitickou strukturu, jejíž ferritieká část tvoří alespoň 20 %, pevnost v tahu této oaeíe je nižší než. 1100 MPa, hodnota namáhání na mezi trvalé deformace je vetší' než 700 MPa, hodnota poměru R /R je větší než 0,7'3 a energie potřebná pro zlomení K je nižší než 7’ joulů/cm.

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

Ni + Cr £ 0,í5.%

Μα ^¥0,00%'.

Vynález se rovněž týká součástlsy vyrobené z této ocele, je-.« jíž struktura je vpodstate ferriticko-perlitická, přičemž fcrriticks část.tvoří alespoň 20 %., jejíž pevnost v tahu je nižší než.

110'© MPa, hodnota namáhání na mezi trvalé db forma ©« je vyšší než 700' MPa, hodnota poměru R/R_w je větší než 0,73 a energie potřebná

Θ íii £ pro zlomení K je menší než 7 joulů/cm^w. Tato součástka, jíž může b ojnice,, je rozďělitelná.

Konečně se vynález týká způsobu výroby ocelové součástky zahrnující alespoň dva oddělené díly, při němž se strusku, sestávající z ocele mající složení ocele podíe vynálezu., zahřeje na teplotu v rozmezí ad Ac^ + 150 °C ďo 1370 °C, struská se ková k získání předrobku součás • · · > · · « • · 4 • · 4 • · 4 » · · · ·

- po . korání. s& předrobek součástky .©«hladí na teplotu· místnosti, á, to rychlostí' od 0,4'. °C‘/iš do.-1,5 °C/g> v okamžiku, kdy teplota předrobku dosáhne T00 °C, takže předrobek získá vpod statě fer.řiticko-per litickou strukturu, jejíž ferritická část činí aler ®p®ň 20 %, pevnost v tahu předrobku je nižší než 1100 MPa, hodnota namáhání na mezi trvalé ďeforgiace js fšsí než 700‘ poměr

R /R i e^z m ^Jnež. 7 j	© větší než 0, eulfi/cm²,	73 a	energie potřebná pro zlom K vV	je menší
	- předrobek so	uč ás	tky se pak podrobí alespoň je.dr	té obráběcí
operaci	, a
	- získaná smi	V Z t LG Hfj L·	ka. se- pak rozdělí, alespoň ve dv	•a díly
křehkým	. -lomem.
	Vynález bud©	nyní	popsán podrobněji, aniž by vša	; k by l na

tento podrobnější popis omezen. '

Ocel podle vynálezu je uhlíková ocel nebo nízkoslitinová ocel pro mechanické konstrukce, jejíž· éemické hmotnostní složení za.hr nu je;

- více než. 0,2 %, výhodně více než. 0,21 % uhlíku, aby se; dosáhlo dostatečně vysoké mechanické pevnosti, avšak méně než. , 0,4 % uhlíku, aby se zabránilo příliš veliké citlivosti mechanických vlastností eeele za podmínek ochlazování a dále, aby se zabránilo, aby ocel měla pří los velkou tvrdost, která činí obrábění obtížným,

- od 0,1 % do 1,5 % křemíku;; křemík je de «.oxidační®. prvkem který musí být přidán v množství větším než. 0,1 %, aby byla zaručena správná ď.esexidace; v množství menším než 1,5 %, s výhodou v množství od 0,5 % do 1,2 % způsobuje tento prvek větší tvrdost a křehkost íerritu, což je příznivé pro dobrou·obrobítelnost .součástky a pro provedení snadného křehkého lomu,

- od 0,3 % do 1,4 % manganu pro vázání síry v podobě sirní kú manganu; a pro úpravu tvrdosti, aby se získala vpodstatě íerriti ©ko-perlitická struktura obsahující alespoň 30' % íerritu, což příznivě ovlivňuje· obrobit©lnost; výhodně je struktura této ocele ale spon ®; 90 % ferriticko-perlitická;

• «· · ·· ·* · ···· ♦··· ···· • ·· ······ • · · · ···♦·· · • · · ··*··· ··· ·· ··· ·· ·* ··· *· 5·· «»·

- od 0,2 % do 0,4 %, výhodné více než. 0,21 % vanadu, aby, se ferrit z tvrdil a aby Se·- dosáhlo hodnoty namáhání na mezi trvalá deformace· větší než. 700 MPa a velikosti poměru hodnoty namáhání na mezi trvalé deformace k hodnotě pevnosti v tahu větší než: 0,75, což je příznivé pro schopnost předrobku k snadnému křehkému lemuj:

- až 0,2 %, avšak výhodně méně než 0,03 % fosforuj vysoký obsah fosforu příznivě ovlivňuje schopnost.př©drobku k snadnému křehkému lomu, je však výhodné omezit obsah fosforu na 0,03 %,.aby se omezila segregace, která ovlivňuje obrobitelnost nepříznivě;

- ed 0,005 % do 0,02 % dusíku, aby mohly se’ tvořit nitridy vanadu, které činí ferrit tvrdším j- popřípadě, alespoň jeden prvek ze skupiny zahrnující olovo V množství až 0,1.%, telur až 0,15 %, vizmut až 0,15 %, selen 'až 0,02 %, síru < až' 0,35 % a vápník až 0,005 %, aby se tak zlepšila obrobíteinost;

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

Zbytek do obsahu 100 % tvoří železo. a nečistoty a pozůstatky pocházející z tavby. Pozůstatky a nečistoty pocházející ze surovin jsou.' zejména nikl, chrom a molybden. Aby se vytvořila vpodstate f©rritieko-perlitická struktura obsahující alespoň 20 výhodně . více než 30 % ferritu, musí obsah zbytků být co ne jvýhoďněji regulován tak, aby s®aéet obsahů niklu a chrómu.(Ni + Cr) se udržel pod 0,45 %, a obsah molybdenu zůstal pod 0,05' %.

Kromě toho, aby bylo možno strukturu vhodně regulovat, je výhodné, aby obsahy manganu a vanadu byly takové, že jejich součet. Mn + 10 V 5,2 %.

Při výrobě ro zdě lite Iné součástky se ocelová st ruská, mající složení podle vynálezu, zahřeje na teplotu v rozmezí + 150 °C až 137G °C tak, aby se vanad austenitizoval a solutinizovaí, pak . se ocelová štruská za horká ková za získání přeďrobku, přičemž ko- 6

Tání končí při teplotě nad 800 °C, Hned po skončení kování se přeďrobek řízeným postupem· ochladí na teplotu místnosti, například vzduchem, rychlostí di lad nutí v rozmezí od 0,5 °C/s do 1,5 °C/s, až jeho teplota dosáhne 700 °C. Tímto postupem se získá vpodstatě íerrifcicko-perlitická struktura (t.j. alespoň 90 % z: této íerriticko-per litická· struktury tvoří alespoň z 20 %, výhodně z víc© než.

% ferrit, hodnota namáhání na mezi trvalé deformace R větší než 700 MPa a hodnota pevnosti v tahu R nižší než. 1Ι0Ό MPa a výhodně vyšší než 850 MPa. Kromětoho energie R ⁱ -potřebná pro zlom, ^GV je menší než 7 joulů/cm při teplotě místnosti a hodnota poměru R /R je větší než 0,73, výhodně větší než 0,75. Posledně uvedené dvě podmínky umožňují dosáhnout čistého lomu, jehož břit není deformován, což je okolnost, která definuje dobrou oddělitelnost. Takto získaný surový předrofeek se pak obrábí, načež se rozlomí ve ďva dí ly křehkým . Ίο mem.

Příklady provedení vynálezu

Příklad 1

Z' ©cele podle vynálezu o hmotnostním složení C =9,319 %,

Si = 0,61 %, Mn - 1,02 %, ¥ - 0,3 %, Si = 0,214 Cr = 0,21 %, .

Mo = 0,05 %, Cu = 0,21 %, S = 0,059 %, P = 0,017 %, Al = 0,02 %,

S = 0,0085 %, zbytek-do 100 % = železo a nečistoty z tavení, byly vyrobeny ojnice.

Před kováním byla ocelová struska zahřáta na teplotu 1270 °C; teplota ke konci kování byla 1005 °C, Po kování by 1. př ©drobek ochlazen na vzduchu na teplotu 7Ό0 °C rychlostí 0,9 °C/š·. Vzniklý před* robek vykazoval tyto vlastnosti:

struktura: 98 % íerriticko-perlitleká se 60 % per.litu

R = 1050 MPa ra

R - 840 MPa

A% = 14,5 %

K = i jouly/cm při teplotě místnosti cv

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

• 00 ·· 0 ·

00

0 0 0

0 0

0 0 0 0

00 00

0 0 00

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 000 00 00 000

Příklad_2

Tento příklad popisuje zhotovení ojnic z ocele poďlo vynálezu, jejíž hmotnostní chemické složení jie toto:

C = 0,208 %, Si. = 0,605' %, Mn = 1,02 %, V = 0,8 %, Ni = 0,212 %, Cr ~ 0,211 %, Mo - 0,05 %, Cu ~ 0,205 %, S = 0,059 %, P » 0,016' %, Al = 0,022' %, N = 0,0077' %, zbytek do 100 % = železo a nečistoty z tavení.

Před kováním byla ocelová struska zahřáté, na teplotu 1270 °C; teplota ke konci kování Byla 1025· °C. Po kování byl před robek ©.chlazen, na vzduchu na teplotu 700 °C průměrnou rychlostí chlazení 0,9 °C/s, Vlastnosti získaného předrobku Byly tyto:

struktura: 98' % fc&rríticko-per litická se 60 % fér ritu

E = 950 MFa m

= 740 MPa A% = 17 % o

K « 5 j.'oulfi/cm*“ při teplotě místnosti

Předrobky byly pak obrobeny a díly křehkým lomem. Toto rozdělení ve: B.ěhlo bez jakýchkoli potíží.

>oté' rozděleny vždy ve dva (vě části křehkým lomem proadvókát ?

·· fV laoo- fyég

Claims

99 99 999

P A 1 r e i τ 0 ¥ É N k R 0 K Y 1. Ocel pro výrobu rozděl: ite Inýcfa strojích součástek, v y z n aoujíc í S; Θ: t í i® , že její hmot nostni chemické složení zahrnuje 0,2 % C 0,4 % 0,1 % * Si = 1,5 % 0,3 % £ Mn 1,4 % 0,2 % * ¥ 0,5 % P 0,150 % ( 1,005 % Λ, 0,02 % - popřípadě alespoň : jeden prvek ze skupiny zahrnující olovo v množství až 0,1 %, telur až 0,15 %, vizrnut až 0,15 %,

selen až 0,02 %, síru až 0,35 % a vápník až 0,005 %, ~ popříadě alespoň jeden prvek ze skupiny zahrnující titan v množství až 0,05 %, niob až 0,1 % a hliník až 0,07 % , zbytek do 100 % tvoří železo a nečistoty a zbytky z tavby, přičemž, cení ®a vpoďstato ferriticko-perlitickou strukturu, jejíž ferritická' frakce tvoří alespoň 20 %, pevnost v tahu ocele je nižší než 1100 MPa, hodnota namáháni na mezi tvtrby trvalé deformace! je vyšší než T00 MPa, hodnota poměru Β /B j« vyšší než 0,73 a enerK potřebná pro lom je menší než 7 jeulů/cm*.

2, Ocel podle nároku 1, v y z a a c u j í c í t ί κι , že její obsah fosforu je rowa nebo nižší než. 0,03 % hmotn,
3.. Ocel podle nároku 1, v y z; n a č u j í c í se h í m , že obsahuje zbytky, kterými, jsou nikl, chrom a molybden, v takovém hmotnostním množství, že součet hmotnostních mno:

itVT

niklu a chrómu je roven neb po nižší než 0,4£ š %, a obsah molybdenu je; Ife ťř ¥ 0,0© hmotn. Ocel podle nárok :ů 1, 2 a 3 , v y ^r z n--a č ix. j í c í se t í m r že ferritická frakc :© tvoří alespoň O. A (7/· OV /0«

• fefe ·· · · • ·· • · · • fe · • fefe fefe • · ·

5. Ocel poďle nárc >;ků 1 až 4, v y z i rač u j í c í se í ra , že; ho d no ta poměru ^ΒΛ J« ) vyšší než 0,71 í. 6. Ocel podle nárc »ků 1 až 5, v y Z Ϊ rač u d í c í se. í m , ž© její pevnost v tahu ® lil j© větš í nebo í 3©: rovná 850 MPá.

B_r Ocnlová součástka poďle nároku 7, v y z n a čující s; e tím, že jí je ojnice.

9. Způsob výroby ocelové součástky z ocele podle nároku . I až S , tvořené alespoň dvěma oč (dělitelnými částmi, v y z na - Sují ní se t í ra , že· se /·' - str us ka, sestávající z ocele mající hmotnostní chemické s lož ©ní 0,2; % £ C Z* 0,4 % 0,1 % - Si 1,5 % 0, 3 % á Mn έ 1,4 % 0,2 %' -« v 0,5 %

P sf ' 0,150 % 0,005% á ff sř 0,002% a popřípadě obsahující alespoň jeden zahrnující olovo v hmotnostním množství až 0,1 z prvků ze skupiny %, telur až 0,15 vízmut až 0,15 %, selen až 0,02 %, síru až 0,35 % a vápník

0,005 %, řípadš alespoň jeden z prvku ze skupiny zahrnující titan v hmotnostním množství až 0,05 %, niob- až 0,1 % a hliník až 0,07 %, přičemž zbytek do 100 % tvoří železo, nečistoty a zbytky z tavby, se zahřeje na teplotu v rozmezí ©d Ασθ + 150 °C do 1370 °C,

- struska se pak ková, čímž se získá předrobek,

- po kování se- přeďrobek. o.dh ladí na teplotu místnosti rychlostí v rozmezí o:d 0,4 °C/š db 1,5 °C/s v okamžiku, kdy teplota pf ©drobku dosáhne; 700 p ©r · litickou .s t r ukt ur u,

C, takže předrobek získá vpodstatě ferritickojejíž íerritická Část tvoří alespoň 20 % , pevnost v tahu předrobku je nižší' než 1100 MPa, hodnota namáhání na mezi trvalé ďeíormac® je vyšší než TOO MPa, hodnota poměru R /K je větší než 0,73 a energi© K potřebná pro zlom je'menší © H1 rj ©V než 7 joulů/om⁴*,

- před robek se pak podrobí alespoň jednomu oBráMeí mu. po stupu,

«.a získaná součástka se rozdělí v alespoň dvě části křeh kým zlomem.