CZ2014405A3 - Způsob tepelného zpracování ložiskové oceli - Google Patents
Způsob tepelného zpracování ložiskové oceli Download PDFInfo
- Publication number
- CZ2014405A3 CZ2014405A3 CZ2014-405A CZ2014405A CZ2014405A3 CZ 2014405 A3 CZ2014405 A3 CZ 2014405A3 CZ 2014405 A CZ2014405 A CZ 2014405A CZ 2014405 A3 CZ2014405 A3 CZ 2014405A3
- Authority
- CZ
- Czechia
- Prior art keywords
- steel
- temperature
- annealing
- carbides
- cooling
- Prior art date
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 68
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 68
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 52
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 claims abstract description 41
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 32
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims description 15
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims description 15
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 13
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 13
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 20
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 11
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 7
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 6
- 239000011265 semifinished product Substances 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 229910001563 bainite Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 3
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 3
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005256 carbonitriding Methods 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 229910001567 cementite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N iron;methane Chemical compound C.[Fe].[Fe].[Fe] KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 239000013074 reference sample Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000010583 slow cooling Methods 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/26—Methods of annealing
- C21D1/32—Soft annealing, e.g. spheroidising
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/78—Combined heat-treatments not provided for above
- C21D1/785—Thermocycling
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/32—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for gear wheels, worm wheels, or the like
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/40—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for rings; for bearing races
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
- F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
- F16C33/58—Raceways; Race rings
- F16C33/62—Selection of substances
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
- C21D2211/004—Dispersions; Precipitations
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
- C21D2211/005—Ferrite
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2202/00—Solid materials defined by their properties
- F16C2202/02—Mechanical properties
- F16C2202/04—Hardness
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2204/00—Metallic materials; Alloys
- F16C2204/60—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- F16C2204/66—High carbon steel, i.e. carbon content above 0.8 wt%, e.g. through-hardenable steel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2223/00—Surface treatments; Hardening; Coating
- F16C2223/10—Hardening, e.g. carburizing, carbo-nitriding
- F16C2223/18—Hardening, e.g. carburizing, carbo-nitriding with induction hardening
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
- Rolling Contact Bearings (AREA)
Abstract
Způsob tepelného zpracování ložiskové oceli zahrnuje žíhání a zušlechtění. Zušlechtění následuje po žíhání a po výrobě konstrukčních dílů z této oceli. V procesu žíhání je nejdříve proveden ohřev oceli rychlostí vyšší než 1 .degree.C/s na teplotu v intervalu 750 .degree.C až 900 .degree.C. Poté je provedena prodleva na dosažené teplotě v délce maximálně 400 s. Následuje ochlazení na teplotu počátku přeměny austenitu na ferit a karbidy rychlostí vyšší než 0,02 .degree.C/s. Ochlazení pokračuje na takovou teplotu a takovou rychlostí, aby alespoň v požadované lokalitě oceli došlo k úplné přeměně austenitu na ferit a karbidy. Cyklus ohřevu, prodlevy a ochlazení je proveden alespoň jednou. Následně je provedeno ochlazení oceli na teplotu okolí.
Description
Způsob tepelného zpracování ložiskové oceli
Oblast techniky
Vynález spadá mezi metody pro tepelné zušlechťování, jmenovitě se týká způsobu tepelného zpracování ložiskové oceli.
Dosavadní stav techniky
Tepelné zpracování ložiskových ocelí je velmi komplexní proces, který je prováděn podle různých technologických postupů, v závislosti na rozměrech dílu a na typu použité ložiskové oceli.
Tepelné zpracování ložiskových ocelí sestává nej častěji ze dvou základních operací, které jsou včleněny do celkového technologického postupu výroby.
První operací tepelného zpracování ložiskových ocelí je žíhání polotovarů na měkko. Toto žíhání je prováděno běžně po tváření za tepla. Prvním cílem žíhání na měkko je dosažení mikrostruktury příznivé pro následné obrábění, např. ložiskového kroužku, na rozměry blízké finálním, tedy strukturu s dobrou obrobitelností a lámavostí třísky. Druhým cílem žíhání na měkko je získání co nej vhodnější mikrostruktury pro následné kalení.
Žíhání na měkko se obvykle provádí v průběžných nebo komorových pecích, jedná se zpravidla o dlouhodobé žíhání, které trvá podle velikosti vsázky až několik desítek hodin. Po pomalém ohřevu na teplotu v blízkosti hodnoty Aci a prodlevě na této teplotě následuje velmi pomalé ochlazování z této teploty s případnými vřazenými prodlevami. Vřazení prodlev ajejich délka závisí jak na druhu ložiskové oceli, tak na velikosti polotovaru, který je zpracováván.
Mikrostruktura žíhaná na měkko má obsahovat sferoidizované karbidy obklopené rekrystalizovanou matricí s nízkou relativní hustotou poruch a má mít obvykle maximální předepsanou tvrdost. Velikost a/nebo hustota sferoidizovaných karbidů a maximální tvrdost jsou obvykle specifikovány interní normou konkrétního výrobce ložisek. Tyto parametry, velikost a související hustota karbidů, významně ovlivňují jednak technologické vlastnosti a jednak užitné vlastnosti ložiskových ocelí. Z hlediska technologických vlastností velmi
- 2 jemné karbidy přítomné v ocelovém polotovaru po tváření a žíhání zvyšují tvrdost a pevnost, avšak zhoršují obrobitelnost. Z hlediska užitných vlastností velmi jemné karbidy zlepšují kombinaci vlastností zákalné struktury po následném zušlechtění, především houževnatost, otěruvzdornost a odolnost proti kontaktní únavě. Velmi jemné karbidy rovněž umožňují snižovat teplotu austenitizace při následném kalení a tím snižuji potenciální výskyt pnutí a deformací ve finálním dílu.
Dalším faktorem, který může příznivě ovlivnit životnost ložiskových ocelí, je zjemnění austenitického zrna, které je výchozím stavem pro zákalnou strukturu. Zjemnění austenitu se příznivě promítne do morfologie zákalné struktury, která je také jemnější a zajistí lepší vrubovou houževnatost, otěruvzdornost a životnost při kontaktním namáhání. Řada prací popisuje různé způsoby žíhání, kterými je u ložiskových ocelí dosahována struktura se sferoidizovanými karbidy různé velikosti a hustoty obklopenými feritickou matricí o různé velikosti zrna. Všechny dostupné práce popisují toto žíhání, realizované na polotovarech nebo na vzorcích, v délce řádově hodin nebo desítek hodin.
Alternativu ke standardním způsobům žíhání na měkko poskytuje proces popsaný z v V v patentovém spise CZB 02^676 a jeho analogu A'f508101. Tento způsob zpracování umožňuje významně zrychlit proces sferoidizace karbidů ve feritické matrici.
Druhou operací tepelného zpracování v procesu výroby ložisek je zušlechťování, tedy kalení z austenitizační teploty a následné popouštění. Tato operace je zařazena v technologickém postupu za obrábění a po ní následuje broušení a případně leštění ložiskového dílu. Zušlechťování materiálu je prováděno buď v celém objemu polotovaru, anebo jen v povrchové vrstvě, která je předtím chemicky tepelně zpracovaná. Chemicko-tepelné zpracování může být například cementování nebo karbonitridace. Ohřev na austenitizační teplotu je prováděn buď v atmosférické elektrické peci^nebo indukčně, nebo v peci s chemicko tepelnou atmosférou. Způsob superrychlého indukčního ohřevu je vedle chemicko tepelného sycení povrchu ložiskového kroužku významným trendem moderního zpracovávání ložiskových kroužků.
Pro navrhovaný patent je významný postup objemového kalení s následným popouštěním. I tato operace je podle typu použité oceli realizována různými způsoby. Hlavní rozdělení spočívá v kalení na martenzit anebo kalení na bainit. V případě kalení na martenzit je využíváno velmi rychlé ochlazování, dosažitelné u menších rozměrů polotovarů. V některých případech se využívá s výhodou zmrazování, tedy ochlazování do kryogenních teplot, které zajišťuje při následném popuštění precipitaci velmi jemných a morfologicky výhodných
-3 popouštěcích karbidů. U větších polotovarů je efektivní kalení na bainit, ochlazovací rychlost je v tomto případě mírnější a v některých případech je vřazena výdrž na teplotě, při které probíhá izotermická bainitická přeměna.
V každém případě je nezbytné při zušlechťování správně stanovit austenitizaění teplotu a výdrž na této teplotě. Austenitizaění teplota nesmí být příliš nízká, aby byl maximální podíl uhlíku rozpuštěn v austenitu a byl rovnoměrně distribuován v celém objemu. Austenitizaění teplota nesmí být ani příliš vysoká, neboť ochlazování z vysokých teplot zvyšuje hodnotu vnitřního pnutí, které vzniká při kalení; a může dojít k nežádoucímu zhrubnutí struktury. Vnitřní pnutí způsobuje elastoplastickou deformaci materiálu, jejíž velikost kriticky závisí na hodnotě napjatosti materiálu.
Způsob zušlechťování zásadně ovlivňuje další strukturní parametr, kterým je výsledný obsah zbytkového austenitu. Výskyt zbytkového austenitu jako měkké strukturní složky byl dlouho považován za nežádoucí jev. Novější výzkumy však ukazují, že jeho zvýšené množství ve struktuře naopak zvyšuje jeho životnost při kontaktním únavovém namáhání. Zbytkový austenit lze jako metastabilní fázi ve struktuře zachovat ve zvýšené míře například zpomalením nebo přerušením ochlazovacího režimu.
Podstata vynálezu
Podstatou vynálezu je způsob tepelného zpracování ložiskové oceli, zahrnující žíhání a zušlechtění. Zušlechtění v tomto způsobu následuje po žíhání a po výrobě konstrukčních dílů z této oceli.
V procesu žíhání je nejdříve proveden ohřev oceli rychlostí vyšší než 1 °C/s na teplotu v intervalu 750 až 900 °C. Poté je provedena prodleva na dosažené teplotě v délce maximálně 400 s. V praxi se však jako dostatečné jeví i velmi krátké prodlevy v řádu jednotek nebo desítek sekund. Výše konkrétní teploty ohřevu a délka prodlevy je volena s ohledem na složení dané oceli a požadované vlastnosti, které mají být dosažené jako výsledek tohoto způsobu.
V dalším kroku následuje ochlazení na teplotu počátku přeměny austenitu na ferit a karbidy dané oceli, a to rychlostí vyšší než 0,02 °C/s. Po ochlazení na tuto teplotu následuje ochlazení na takovou teplotu a takovou rychlostí, aby alespoň v požadované lokalitě oceli došlo k úplné přeměně austenitu na ferit a karbidy. To v praxi znamená, že může dojít jak ke zrychlení, tak ke zpomalení rychlosti ochlazování. V některých případech zůstává rychlost neměnná, opět
-4záleží na složení dané oceli a požadovaných vlastnostech, které mají být dosažené jako výsledek tohoto způsobu. Je možné volit úplnou přeměnu austenitu na ferit a karbidy v celém průřezu ocelového polotovaru, nebo jen v jeho požadovaných částech, v závislosti na konkrétním požadavku.
Cyklus ohřevu, prodlevy a ochlazení je proveden alespoň jednou, zpravidla je však výhodné, pokud jsou provedeny řádově jednotky opakování. Po provedení dostatečného počtu opakování je provedeno ochlazení oceli na teplotu okolí.
Ve výhodném provedení je kalicí teplota vyrobených zrychleně vyžíhaných konstrukčních dílů při následném zušlechtění nižší, než by byla kalicí teplota dané oceli zpracované konvenčním žíháním. To je umožněno právě shora popsaným způsobem ohřevu, prodlev a řízeného chlazení. Výhodou je nižší energetická a časová náročnost zušlechtění, dosažení výhodnější jemnější struktury a nižšího vnitřního pnutí ?než je tomu u konvenčního způsobu.
V jiném výhodném provedení je ohřev oceli proveden pomocí indukce. Výhodou tohoto způsobu ohřevu je zejména rychlost a rovnoměrnost ohřevu.
Popisovaný způsob, který je navržen k patentové ochraně, využívá pro dosažení finálních, velmi příznivých, vlastností konstrukčních dílů z ložiskové oceli komplexní tepelné zpracování, které sestává ze dvou základních procesů popsaných v kapitole dosavadní stav techniky - žíhání na měkko a zušlechťování. Mezi těmito procesy je polotovar obroben na rozměry velmi blízké finálnímu dílu. Proces žíhání na měkko je v navrhovaném způsobu řešen způsobem obdobným, ale ne shodným, jako je technologie v patentu CZS0^76. Nový způsob vnáší při opakovaných ohřevech materiálu nad teplotu Aci prodlevy na těchto teplotách, aby byla sferoidizace karbidů ještě více podpořena. V případě ložiskových ocelí, které jsou legovány karbidotvomými prvky (Cr, Mo), je zařazení prodlevy nebo více prodlev velmi žádoucí, kvůli vyšší stabilitě karbidů a jejich pomalejšímu rozpouštění.
Aplikací uvedeného nového způsobu žíhání na měkko vzniknou jemně pravidelně distribuované karbidy železa a dalších prvků. Během další operace tepelného zpracování, zušlechťování, lze tyto karbidy rozpustit do homogenního tuhého roztoku austenitu použitím nižší kalicí teploty, než tomu je po standartním žíhání na měkko, kdy jsou karbidy hrubší a méně rovnoměrně rozmístěny. Rozdíl v kalicí teplotě může být až 40 °C. Díky nižší kalicí teplotě získá materiál ložiskového kroužku další výhody. Při kalení z nižší teploty dochází k nižšímu vnitřnímu pnutí a k menším deformacím. Dále zákalná struktura po kalení z nižší teploty je rovněž významně jemnější (i díky předchozí jemné distribuci karbidů) a její vlastnosti jsou lepší. Sledovány jsou především otěruvzdomost a odolnost proti kontaktní
-5únavě. Další výhodou nově navrhovaného procesu kalení je rychlý indukční ohřev, který je vhodný pro zachování velmi jemné struktury po zrychlené sferoidizaci karbidů.
Popsaným postupem je dosaženo tepelného zpracování ložiskové oceli, které při nižší časové a energetické náročnosti dosahuje lepších výsledků a vlastností ocelového polotovaru, jak je doloženo v následujících příkladech.
Objasnění výkresů
Příkladné provedení navrhovaného řešení je popsáno s odkazem na výkresy, na kterých je na obr. 1 - mikrostruktura oceli po zrychleném žíhání na měkko indukčně, obr. 2 - mikrostruktura oceli po konvenčním několikahodinovém žíhání na měkko v peci, obr. 3 - mikrostruktura oceli po zrychleném žíhání a zakalení do oleje, obr. 4 - mikrostruktura oceli po dlouhodobém konvenčním žíhání a zakalení do oleje, obr. 5 - mikrostruktura oceli po zrychleném žíhání, zakalení do oleje a popuštění v peci při 200 °C po dobu 2 hH|, obr. 6 - mikrostruktura oceli po dlouhodobém konvenčním žíhání, zakalení do oleje a popuštění v peci při 200 °C po dobu 2 hýdf, obr. 7 - porovnání míry opotřebení zkušebních ocelových vzorků, kde vzorek A je zušlechtěný vzorek po zrychleném žíhání a vzorek B je zušlechtěný vzorek po konvenčním žíhání. Na ose y grafu je míra opotřebení v mm /Nm, obr. 8 - schéma celého postupu zrychleného zpracování ložiskové oceli podle vynálezu, vč. zušlechtění. Fáze č. 1 je zrychlené žíhání na měkko podle vynálezu, fáze č. 2 je kalení do oleje a fáze č. 3 je popouštění.
Příklady provedeš vynálezu
Příklad 1
V tomto příkladu je popsán proces žíhání a zušlechtění. Byl použit tyčový ocelový polotovar o průměru 16 mm, tvářený za tepla z ocele o chemickém složení C 1,00 % hmotnostních, Mn 1,11 % hmotnostních, Si 0,55 % hmotnostních, Cr 1,56 % hmotnostních, P 0,012 % hmotnostních, S 0,003 % hmotnostních, přičemž zbytek do 100% hmotnostních tvoří Fe.
-6Vrubová houževnatost polotovaru KCV mini = 7 J/cm2, smluvní mez kluzu Rp0,2 = 849 MPa, mez pevnosti Rm = 1355 MPa, tažnost A5 = 8 %, tvrdost 383 HV30.
Ocelový polotovar se pomocí indukce ohřál na teplotu 800 °C průměrnou rychlostí 15 °C/s, poté byl držen 15 sekund na této teplotě. Následovalo volné chladnutí na vzduchu na teplotu 660 °C. Tím alespoň v požadované lokalitě oceli došlo k úplné přeměně austenitu na ferit a karbidy. Poté byl opět proveden ohřev na teplotu 800 °C průměrnou rychlostí 15 °C/s s 15 sekundovou prodlevou, ochlazení na teplotu 660°C, čímž opět alespoň v požadované lokalitě oceli došlo k úplné přeměně austenitu na ferit a karbidy. Následoval opět ohřev na teplotu 800 °C průměrnou rychlostí 15 °C/s s 15 sekundovou prodlevou a ochlazení na vzduchu na teplotu okolí, přičemž opět proběhla přeměna austenitu na ferit a karbidy. Tímto způsobem bylo dosaženo zrychleného žíhání. Mikrostruktura byla složena z jemných globulámích karbidů v jemnozmné matrici (obr. 1). Vrubová houževnatost vzorku po zrychleném žíhání byla KCV mini = 49 J/cm2, spodní mez kluzu ReL = 640 MPa, horní mez kluzu ICh = 666 MPa, mez pevnosti Rm = 930 MPa, tažnost A5 = 23 % a tvrdost 261 HV30. Pro srovnání je zobrazena struktura po konvenčním žíhání na měkko po několika hodinách v peci (obr. 2). Tento referenční vzorek dosáhl tvrdosti 208 HV. Ve vyžíhaném stavu se vyrobí ložisko, poté se ložisko zakalí (obr. 3, obr. 4) a popustí, tedy zušlechtí standardním způsobem v peci nebo indukčně (obr. 5, obr. 6). Vzorek se ohřál na teplotu 860 °C s 25 minutovou výdrží v peci, eventuálně s kratší výdrží v případě indukčního ohřevu, dále se zachladil do oleje a popustil na teplotě 200 °C po dobu 2 hodin. V případě indukčního ohřevu opět doba kratší. Chladnutí probíhalo volně na vzduchu. Tvrdost zrychleně žíhaného zakaleného vzorku byla 838 HV, referenčního konvenčně žíhaného kaleného vzorku 826 HV. Struktura zrychleně zpracovaného vzorku je výrazně jemnější s jemnějšími karbidy (obr. 3) oproti konvenčně zakalenému vzorku (obr. 4). Finální tvrdost zrychleně žíhaného a zušlechtěného vzorku byla 745 HV, tvrdost konvenčně žíhaného a zušlechtěného vzorku byla 732 HV. Struktura po aplikaci zrychleného procesuje opět podstatně jemnější s jemnějšími karbidy (obr. 5, obr. 6). Z tohoto důvodu je vyšší životnost finálního ložiska. To dokazuje zkouška porovnání odolnosti opotřebení zušlechtěných vzorků pomocí pin on disc (obr. 7). Míra opotřebení zušlechtěného vzorku po zrychleném žíhání je nižší oproti konvenčnímu způsobu. Schéma celého postupu zrychleného zpracování ložiskové oceli je zobrazeno na obr. 8.
Příklad 2
V tomto příkladu je popsán proces žíhání a zušlechtění. Dodaný referenční ocelový polotovar o chemickém složení C 1,03 % hmotnostních, Μη 1,08 % hmotnostních, Si 0,52 % hmotnostních, Cr 1,54 % hmotnostních, P 0,011 % hmotnostních, S 0,002 % hmotnostních, přičemž zbytek do 100 % hmotnostních tvoří Fe konvenčně žíhaný v peci po dobu několika jednotek hodin a chlazený v peci byl zakalen a popuštěn (proces zušlechtění). Teplota kalení byla zvolena 840 °C, popuštění proběhlo na teplotě 240 °C po dobu 4 hodin. Tvrdost tohoto referenčního polotovaru při teplotě kalení 840 °C dosahovala hodnoty 710 HV10.
Polotovar zrychleně žíhaný dle režimu v Příkladu 1 byl zakalen a popuštěn (proces zušlechtění) stejným způsobem jako předchozí referenční polotovar žíhaný konvenčním způsobem. Tvrdost po tomto zpracování byla 734 HV10. Výhodnost jemnější výchozí struktury po zrychleném žíhání pro zušlechtění byla ověřena kalením z nižší kalicí teploty 800 °C. Tvrdost tohoto vzorku dosahovala 715 HV10. Výsledkem tedy je, že při stejné kalící teplotě vzorku po zrychleném žíhání a vzorku po konvenčním žíhání je dosažena vyšší tvrdost u vzorku po aplikaci zrychleného žíhání. Po zrychleném žíhání při kalicí teplotě 800 °C byla dosažena stejná tvrdost, jako po aplikaci teploty 840 °C u vzorku konvenčně žíhaného.
Příklad 3
V tomto příkladu je popsán proces žíhání tyčového polotovaru o průměru 16 mm, tvářeného za tepla z ocele o chemickém složení C 1,00 % hmotnostních, Mn 1,11 % hmotnostních, Si 0,55 % hmotnostních, Cr 1,56 % hmotnostních, P 0,012 % hmotnostních, S 0,003 % hmotnostních, přičemž zbytek do 100% hmotnostních tvoří Fe. Polotovar má tvrdost 383 HV10 a ohřál se na teplotu 780 °C průměrnou rychlostí 15°C/s, poté byl držen 300 sekund na této teplotě a následovalo volné chladnutí na vzduchu na teplotu okolí. Tímto způsobem bylo dosaženo zrychleného žíhání. Struktura byla složena z jemných globulámích karbidů s ojedinělým výskytem cementitických lamel a jemné feritické matrice. Tvrdost po tomto tepelném zpracování byla 279 HV10.
-8Příklad 4
V tomto příkladu je popsán proces žíhání tyčového polotovaru o průměru 16 mm, tvářeného za tepla z ocele o chemickém složení C 1,00 % hmotnostních, Mn 1,11 % hmotnostních, Si 0,55 % hmotnostních, Cr 1,56 % hmotnostních, P 0,012 % hmotnostních, S 0,003 % hmotnostních, přičemž zbytek do 100% hmotnostních tvoří Fe. Polotovar má tvrdost 383 HV10 a pomocí indukce se ohřál na teplotu 760 °C průměrnou rychlostí 5 °C/s, poté byl držen 15 sekund na této teplotě, následovalo volné chladnutí na vzduchu na teplotu 630 °C, čímž alespoň v požadované lokalitě oceli došlo k úplné přeměně austenitu na ferit a karbidy. Poté se opět provedl ohřev na teplotu 760 °C průměrnou rychlostí 5 °C/s s 15 sekundovou prodlevou, ochlazení na teplotu 630 °C, čímž opět alespoň v požadované lokalitě oceli došlo k úplné přeměně austenitu na ferit a karbidy. Následoval opět ohřev na teplotu 760 °C průměrnou rychlostí 5 °C/s s 15 sekundovou prodlevou a následně ochlazení na vzduchu na teplotu okolí, přičemž opět proběhla přeměna austenitu na ferit a karbidy. Tímto způsobem bylo dosaženo zrychleného žíhání. Struktura byla složena z jemných globulámích karbidů se zbytky nerozpuštěných lamel v jemnozmné matrici. Tvrdost vzorku po zpracování byla 281 HV10.
Příklad 5
V tomto příkladu je popsán proces žíhání tyčového polotovaru o průměru 16 mm, tvářeného za tepla z ocele o chemickém složení C 1,00 % hmotnostních, Mn 1,11 % hmotnostních, Si 0,55 % hmotnostních, Cr 1,56 % hmotnostních, P 0,012 % hmotnostních, S 0,003 % hmotnostních, přičemž zbytek do 100 % hmotnostních tvoří Fe. Polotovar má tvrdost 383 HV10 a pomocí indukce se ohřál na teplotu 880 °C průměrnou rychlostí 90 °C/s, poté byl držen 5 sekund na této teplotě, následovalo volné chladnutí na vzduchu na teplotu 630 °C, čímž alespoň v požadované lokalitě oceli došlo k úplné přeměně austenitu na ferit a karbidy. Poté se opět provedl ohřev na teplotu 880 °C průměrnou rychlostí 90 °C/s s 5 sekundovou prodlevou, ochlazení na teplotu 630 °C, čímž opět alespoň v požadované lokalitě oceli došlo k úplné přeměně austenitu na ferit a karbidy. Následoval opět ohřev na teplotu 880 °C průměrnou rychlostí 90 °C/s s 5 sekundovou prodlevou a ochlazení na vzduchu na teplotu okolí, přičemž opět proběhla přeměna austenitu na ferit a karbidy. Tímto způsobem bylo
-9dosaženo zrychleného žíhání. Struktura byla složena z jemných globulárních karbidů s malým množstvím nově vytvořených lamel v důsledku většího rozpuštění struktury ajemnozmné matrice. Tvrdost vzorku po zpracování byla 297 HV10.
Příklad 6
V tomto příkladu je popsán proces žíhání ocelového polotovaru. Polotovar je tvářený za tepla z ocele o chemickém složení C 1,04 % hmotnostních, Mn 1,10 % hmotnostních, Si 0,55 % hmotnostních, Cr 1,45 % hmotnostních, P 0,013 % hmotnostních, S 0,004 % hmotnostních, přičemž zbytek do 100 % hmotnostních tvoří Fe. Polotovar má tvrdost 351 HV10 a pomocí indukce se ohřál na teplotu 780 °C průměrnou rychlostí 33 °C/s, poté byl držen 15 sekund na této teplotě, následovalo volné chladnutí na vzduchu na teplotu 660 °C, čímž alespoň v požadované lokalitě oceli došlo k úplné přeměně austenitu na ferit a karbidy. Poté se opět provedl ohřev na teplotu 780 °C průměrnou rychlostí 33 °C/s s 15 sekundovou prodlevou, volné chladnutí na teplotu 660 °C, čímž opět alespoň v požadované lokalitě oceli došlo k úplné přeměně austenitu na ferit a karbidy. Následoval opět ohřev na teplotu 780 °C průměrnou rychlostí 33 °C/s s 15 sekundovou prodlevou. Následovalo řízené chladnutí na teplotu 630 °C rychlostí 0,04 °C/s a poté volné chladnutí na vzduchu na teplotu okolí. Tím byla dosažena žíhaná struktura s globulámími karbidy v jemnozmné matrici. Tvrdost zpracovaného polotovaru dosáhla hodnoty 260 HV10.
Claims (3)
- Patentové nároky1. Způsob tepelného zpracování ložiskové oceli, zahrnující žíhání a zušlechtění, kde zušlechtění následuje po žíhání a po výrobě konstrukčních dílů z této oceli, vyznačující se tím, že v procesu žíhání je nejdříve proveden ohřev oceli rychlostí vyšší než 1 °C/s na teplotu v intervalu 750 |^až 900 °C, poté je provedena prodleva na dosažené teplotě v délce maximálně 400 s, následuje ochlazení na teplotu počátku přeměny austenitu na ferit a karbidy rychlostí vyšší než 0,02 °C/s, poté pokračuje ochlazení na takovou teplotu a takovou rychlostí, aby alespoň v požadované lokalitě oceli došlo k úplné přeměně austenitu na ferit a karbidy, přičemž cyklus ohřevu, prodlevy a ochlazení je proveden alespoň jednou a následně je provedeno ochlazení oceli na teplotu okolí.
- 2. Způsob tepelného zpracování ložiskové oceli, podle nároku k vyznačující se tím, že kalicí teplota při následném zušlechtění je nižší, než kalicí teplota dané oceli zpracované konvenčním žíháním.
- 3. Způsob tepelného zpracování ložiskové oceli, podle nároků 1 nebo 2fvyznačující se tím, že ohřev oceli je proveden pomocí indukce.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2014-405A CZ2014405A3 (cs) | 2014-06-12 | 2014-06-12 | Způsob tepelného zpracování ložiskové oceli |
PCT/CZ2015/000060 WO2015188796A1 (en) | 2014-06-12 | 2015-06-11 | Method of heat treatment of bearing steel |
EP15741719.7A EP3155134A1 (en) | 2014-06-12 | 2015-06-11 | Method of heat treatment of bearing steel |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CZ2014-405A CZ2014405A3 (cs) | 2014-06-12 | 2014-06-12 | Způsob tepelného zpracování ložiskové oceli |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CZ305587B6 CZ305587B6 (cs) | 2015-12-23 |
CZ2014405A3 true CZ2014405A3 (cs) | 2015-12-23 |
Family
ID=53723964
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CZ2014-405A CZ2014405A3 (cs) | 2014-06-12 | 2014-06-12 | Způsob tepelného zpracování ložiskové oceli |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP3155134A1 (cs) |
CZ (1) | CZ2014405A3 (cs) |
WO (1) | WO2015188796A1 (cs) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2734208C1 (ru) * | 2020-02-05 | 2020-10-13 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" Имени И.В. Горынина Национального Исследовательского Центра "Курчатовский Институт" | Способ термической обработки для получения деталей с повышенной размерной точностью |
CN113337694B (zh) * | 2021-06-30 | 2022-01-04 | 临清市同兴轴承锻造有限公司 | 一种超高碳型轴承钢的球化退火热处理方法 |
CN114959202A (zh) * | 2022-04-25 | 2022-08-30 | 中钢集团邢台机械轧辊有限公司 | 一种轧机支承辊的热处理方法 |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4362553A (en) * | 1979-11-19 | 1982-12-07 | Marko Materials, Inc. | Tool steels which contain boron and have been processed using a rapid solidification process and method |
JPH04103715A (ja) * | 1990-08-23 | 1992-04-06 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 高炭素クロム軸受鋼の球状化焼鈍方法 |
JP3303176B2 (ja) * | 1993-12-27 | 2002-07-15 | 光洋精工株式会社 | 軸受部品 |
GB9608108D0 (en) * | 1996-04-19 | 1996-06-26 | Naco Inc | Steel Castings |
CZ347299A3 (cs) * | 1998-04-01 | 2000-09-13 | Ascometal | Ocel pro výrobu prvků valivých ložisek, způsob její výroby, bezešvá trubka a prvek pro valivé ložisko z oceli |
DE102004037074B3 (de) * | 2004-07-30 | 2005-12-22 | Aktiebolaget Skf | Verfahren zur Wärmebehandlung von Werkstücken aus Stahl |
WO2011122315A1 (ja) * | 2010-03-30 | 2011-10-06 | アイシン精機株式会社 | 波動歯車用基材の製造方法 |
CZ302676B6 (cs) * | 2010-07-15 | 2011-08-31 | Comtes Fht A.S. | Zpusob žíhání ocelového polotovaru |
DE102011051682B4 (de) * | 2011-07-08 | 2013-02-21 | Max Aicher | Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln eines Stahlprodukts sowie Stahlprodukt |
-
2014
- 2014-06-12 CZ CZ2014-405A patent/CZ2014405A3/cs not_active IP Right Cessation
-
2015
- 2015-06-11 EP EP15741719.7A patent/EP3155134A1/en not_active Withdrawn
- 2015-06-11 WO PCT/CZ2015/000060 patent/WO2015188796A1/en active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2015188796A1 (en) | 2015-12-17 |
EP3155134A1 (en) | 2017-04-19 |
WO2015188796A4 (en) | 2017-03-02 |
CZ305587B6 (cs) | 2015-12-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2719892B2 (ja) | 高温用表面浸炭ステンレス鋼合金及びそれから作られる製品及びその製造方法 | |
CN108277449B (zh) | 一种对低碳合金钢工件进行渗碳淬火的热处理方法 | |
CN105506249A (zh) | 一种高氮耐蚀塑料模具钢的热处理方法 | |
CN101660036A (zh) | 一种高强高韧性钢管热处理的方法 | |
JP5105235B2 (ja) | 金型の焼入れ方法 | |
JPWO2007119721A1 (ja) | マルテンサイト系工具鋼の焼入れ前処理方法および焼入れ処理方法 | |
Tóth et al. | The Effects of Quenching and Tempering Treatment on the Hardness and Microstructures of a Cold Work Steel | |
US10087512B2 (en) | Steel article having improved contact fatigue resistance and a method of making | |
US8377235B2 (en) | Process for forming steel | |
CZ2014405A3 (cs) | Způsob tepelného zpracování ložiskové oceli | |
EP2006398A1 (en) | Process for producing steel material | |
KR102326245B1 (ko) | 냉간압조용 선재 및 이의 제조방법 | |
Hauserová et al. | Properties of advanced experimental CMnSiMo steel achieved by QP process | |
CN114032366A (zh) | 一种1e4904型中碳低合金钢的热处理方法 | |
US3826694A (en) | Thermal treatment of steel | |
JP5023441B2 (ja) | ダイカスト金型用鋼部材の熱処理方法 | |
KR101721591B1 (ko) | 냉간단조용 저탄소 합금강의 제조 방법 | |
JP4175933B2 (ja) | 短時間の窒化処理で高い表面硬さと深い硬化深さの得られる窒化鋼部品及びその製造方法 | |
Hermawan et al. | Effect of austenitizing temperature on microstructure, amount of retained austenite, and hardness of AISI O1 tool steel | |
US4325758A (en) | Heat treatment for high chromium high carbon stainless steel | |
JP5050436B2 (ja) | 合金鋼の製造方法 | |
RU2344182C2 (ru) | Способ термической обработки изделий из высокопрочных мартенситностареющих сталей | |
Kotous et al. | Accelerated Carbide Spheroidisation and Refinement in Spring Steel 54SiCr6 | |
CN112795734B (zh) | 一种GCr15轴承钢棒材及其正火工艺 | |
SU1617012A1 (ru) | Способ обработки литых конструкционных сталей с исходной литой структурой |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | Patent lapsed due to non-payment of fee |
Effective date: 20190612 |