CZ201786A3 - Způsob výroby součástí z ocelí - Google Patents

Abstract

Způsob výroby ocelových dílů metodou využívající tvorbu vícefázové struktury, skládající se z nízkonapěťového martenzitu se zvýšenou plasticitou a stabilizovaným zbytkovým austenitem, částečným zakalením v kalicí lázni tvořené vařící vodou, přičemž teplota Moceli leží nad teplotou bodu varu vodního kalicího média, spočívá v tom, že polotovar je z teploty austenitu zachlazen postupným opakovaným zanořováním a vynořováním do kalicí lázně až do okamžiku, kdy je dosažena v celém objemu polotovaru teplota mezi Qa Q, bezprostředně poté je provedena stabilizace austenitu při teplotě, která může být stejná, vyšší a/nebo nižší, než byly teploty kalení Qa Q, polotovar je poté z pece vyjmut a vychlazen na teplotu okolí.

Description

Způsob výroby součástí z ocelí

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby ocelových dílů, jejichž teplota Mf leží nad teplotou varu vodního kalicího média, využívající tvorbu vícefázové struktury částečným zakalením ve vroucí vodní lázni, vedoucí ke vzniku mikrostruktury s nízkonapěťovým martenzitem se zvýšenou plasticitou a stabilizovaným zbytkovým austenitem.

Dosavadní stav techniky

Ocelové díly jsou zpravidla vyráběny z polotovarů, které jsou ve stavu dobré zpracovatelnosti. Poté je zpravidla nutno modifikovat strukturu součásti tak, aby byly dosaženy vhodné mechanické vlastnosti pro danou technickou aplikaci. Často je k tomu používán proces kombinace kalení a popouštění, takzvané zušlechťování, a to v různých variantách a využití různých parametrů podle použitého materiálu a podle požadovaných vlastností výsledné struktury. Výslednou strukturou po kalení je zpravidla martenzit, který vykazuje sice vysokou pevnost, ale díky vnitřním pnutím má velmi nízkou tažnost. To představuje problém při namáhání součástí, které by se při provozním namáhání snadno poškodily lomem. Proto je při zušlechťování martenzitická struktura po kalení následně popouštěna. Tím vzniká specifická struktura bainitu, nazývaná rovněž jako sorbit. Ten se skládá zpravidla z jemných karbidů a z bainitického feritu. Tímto postupem zpracování se sice poněkud snižuje pevnost materiálu, ale zároveň se zvyšuje tažnost, která je důležitá pro dosažení požadované provozní bezpečnosti součástí. V nedávné minulosti byly vyvinuty procesy, které umožňují dosáhnout tažností kolem 10 % i u vícefázových martenzitických struktur, avšak jejich aplikace je doposud komplikovaná, neboť kalení musí být přerušeno při definovaných teplotách, zpravidla kolem 200 až 300 °C. Poté musí být provedeno temperování při teplotách v rozmezí 200 až 380 °C. Pro takový postup je nutno používat speciální postupy a média, jako je kupříkladu kalení do solných lázní. Tyto postupy vyžadují speciální, velmi často komplikovaná řízení, energetické náklady a představují i značnou ekologickou zátěž spojenou s využíváním solných kalicích médií. Navíc je nutno provádět čištění povrchu výrobků od zbytků kalicích médií, nebo zavádět opatření, aby použitá média na produktech neulpívala.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky používaných způsobů výroby odstraňuje způsob výroby charakteristický tím, že je ocelový polotovar z teploty austenitu zachlazen postupným opakovaným zachlazením ve vařící vodě. A to tak, že polotovar je postupně zanořován a vyjímán z lázně tak, aby jeho povrchová teplota neklesla pod požadovanou teplotu kalení Qt, která leží nad teplotou Mf. V okamžiku, kdy se teplota polotovaru přiblíží k teplotě Qt, je polotovar z lázně vyjmut, přičemž dojde k postupnému zvyšování povrchové teploty v důsledku tepelného toku z vnitřní části výkovku směrem k povrchu. Poté, co teplota povrchu stoupne na maximální dovolenou hodnotu Qrh, je polotovar opětně zanořen do vařící vody, načež je postup opakován až do okamžiku, než je odvedeno teplo z vnitřních částí polotovaru a v celém objemu je dosažena teplota ležící mezi teplotami Qt a Qtii. Teplotou Qt se rozumí požadovaná minimální teplota zakalení a Qti je teplota ohraničující horní dovolenou hranici teplot kalení tak, aby nedocházelo k popuštění martenzitu a k jeho rozpadu na bainitický ferit a karbidy, v tom okamžiku je proces kalení polotovaru ukončen a bezprostředně poté je provedena stabilizace jeho struktury při teplotě stabilizace, která může být poněkud vyšší, nebo i poněkud nižší, než byly teploty kalení Qt a Qtii. Tato stabilizace je provedena například v peci. Po několikaminutové stabilizaci se výrobek nechá vychladnout na teplotu okolí.

- 1 CZ 2017 - 86 A3

Příklad uskutečnění vynálezu

Polotovar z oceli o složení viz tab. 1 je při teplotě přibližně 930 °C zavěšen do závěsu kalicího manipulátoru. Ten je programově, podle předem stanoveného postupu chlazení, ovládán tak, že opakovaně zanořuje a vyjímá polotovar z chladicí lázně. Po dosažení teploty polotovaru v intervalu Qt a Qti je zanořování ukončeno a při této teplotě je polotovar přemístěn do pece s teplotou přibližně 300 °C, ve které setrvá podle velikosti a tvaru v rozmezí přibližně 5 až 20 minut. Poté je z pece vyjmut a vychlazen na teplotu okolí.

c	Si	Mn
0,43	2	0,6

Tab. 1: Chemické složení materiálu v procentech

Druhým příkladem je postup, kdy je výkovek z oceli o složení viz tab. 2 bezprostředně po ostřižení a kalibraci uchopen kleštěmi robotu, který opakovaně zanořuje a vyjímá polotovar z vodní chladicí lázně. Zanořování a vynořování je voleno tak, aby bylo teplo odváděno v souladu s rozdělením množství materiálu, podle tvaru a průřezu. Přitom nemusí být pokaždé provedeno úplné zanoření. V případě potřeby robot při vynoření výkovku nastavuje výkovek do proudu vzduchu, a to tak, aby ochlazování bylo v co nejlepším souladu s požadavky na vývoj struktury. Po dosažení teploty polotovaru v intervalu Qt a Qti je proces ochlazování ukončen a při této teplotě, je výkovek přemístěn do průběžné pece s teplotou přibližně 350 °C, ve které setrvá podle velikosti a tvaru v rozmezí přibližně 15 minut. Poté je výkovek z pece vyjmut a vychlazen na teplotu okolí. __________________________________________

C	Si	Mn
0,38	2,1	0,7

Tab. 2: Chemické složení materiálu v procentech

Průmyslová využitelnost

Vynález lze široce uplatnit v oblasti tepelného a termomechanického zpracování polotovarů z vysokopevných ocelí, zejména při výrobě ocelových dílů především pro strojírenský průmysl.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (1)

1. Způsob výroby ocelových dílů metodou využívající tvorbu vícefázové struktury, skládající se z nízkonapěťového martenzitu se zvýšenou plasticitou a stabilizovaným zbytkovým austenitem, částečným zakalením v kalicí lázni tvořené vařící vodou, přičemž teplota Mf oceli leží nad teplotou bodu varu vodního kalicího média, vyznačující se tím, že polotovar je z teploty austenitu zachlazen postupným opakovaným zanořováním a vynořováním do kalicí lázně až do okamžiku, kdy je dosažena v celém objemu polotovaru teploty mezi požadovanou minimální teplotou zakalení Q_T a teplotou ohraničující horní dovolenou hranici teplot kalení Qti,, bezprostředně poté je provedena stabilizace austenitu při teplotě, která je stejná, vyšší nebo nižší, než byly teploty Q_T a Qti,, polotovar je poté z pece vyjmut a vychlazen na teplotu okolí.