CZ287707B6

CZ287707B6 - Tube for producing stabilizer, stabilizer made of such tube and process of its manufacture

Info

Publication number: CZ287707B6
Application number: CZ19962015A
Authority: CZ
Inventors: Norbert Dipl Ing Bergs; Stefan Dr Dipl Ing Klatzer; Dieter Dr Dipl Ing Toepker; Gerhard Dipl Ing Beer; Gert Dr Vaubel
Original assignee: Benteler Werke Ag
Priority date: 1995-07-06
Filing date: 1996-07-04
Publication date: 2001-01-17
Also published as: DE59607441D1; EP0753595B1; EP0753595A3; EP0753595A2; CZ9602015A3; ES2159662T3

Description

Oblast techniky

Vynález se týká trubky k výrobě stabilizátoru pro motorová vozidla, především pro torzní stabilizátor, ze slitinové oceli, stabilizátoru z takovéto trubky a způsobu jeho výroby.

Dosavadní stav techniky

Stabilizátory jsou konstrukční součásti, které jsou v technice motorových vozidel používány ke snížení naklánění karoserie v zatáčce a k ovlivnění samořídicího chování, např. ke zmírnění přetáčivosti. Vyztužují pérování při jednostranném zatížení, například při přejíždění jednostranných překážek.

Stabilizátory jsou většinou provedeny jako torzní tyče, které jsou uloženy na hlavní části vozidla příčně ke směru jízdy a zasahují přes ve tvaru U připevněná ramena na zavěšení kol. Ke stabilizaci se využívá síla odporu materiálu proti torzi. Konce stabilizátoru jsou nehybně spojené s jednou stranou osy a působí jako rameno páky. Nakloní-li se karoserie vozidla při jízdě v zatáčkách v důsledku odstředivé síly ke straně, péruje kolo uvnitř zatáčky silněji než kolo vně zatáčky. Stabilizátor je tím kroucen a svou pružností působí proti bočnímu náklonu.

Stabilizátory běžného druhu jsou doposud zhotovovány převážně z plných tyčí. Existují v rovných a zahnutých provedeních. Tak popisuje například WO 93/18189 výrobu kyvných tyčí, popř. torzních stabilizátorů, z vysoce pevných ocelí. Zde jsou používány ocele s orientovaným průběhem struktury. Přetvoření nastává buď za tepla nad teplotou rekrystalizace anebo za studená při teplotě pod 149 °C. Zde popsané oceli mají mez průtažnosti Re od minimálně 620 N/mm² a pevnost v tahu R_m minimálně 827 N/mm². Vykazují obsah uhlíku od 0,3 % do 1 % hmotn., manganu od 2,0 % do 2,5 % hmotn. a vanadu do 0,35 % hmotn. Tyče, použité k výrobě stabilizátorů, jsou za tepla válcovány nebo za studená taženy.

Z důvodů hmotnostních úspor je tendence vyrábět stabilizátory z trubek. Přitom se využívá u trubky příznivějšího poměru momentu odporu proti torzi ke hmotě trubky ve srovnání s plnou tyčí. U poměru tloušťky stěny k průměru trubky, který je optimální pro torzi, musí mít materiál k použití při zachování vnějších průměrů konstrukčně daných, popř. použitelných, ve vozidlech mez průtažnosti a pevnosti v tahu vyšší o činitel asi 1,4.

Dále má k docílení vysoké meze únavy při střídavém napětí největší význam jakost vnějšího a vnitřního povrchu používaných trubek. Nej lepší jakost povrchu mají trubky s podélným švem, svařované z válcovaného ocelového pásu. U nich je zamezeno defektům, jako svraštění apod., vyskytujícím se u trubek, tažených beze švu.

Dosud používané oceli pro trubky k výrobě stabilizátorů mají vysoký obsah uhlíku a mají z části příliš nízkou houževnatost. Nízká houževnatost oceli působí především u bezešvých trubek převážně na základě snížené jakosti povrchu negativně na mez únavy při střídavém napětí. K docílení vyšší houževnatosti při vyžadované pevnosti jsou nutné nákladné zušlechťovací metody s vysokými popouštěcími teplotami od cca 600 °C. Kvůli vysokým popouštěcím teplotám je ale potřebné, aby byly stabilizátory v průběhu popouštění k zamezení průtahu upnuté ve zvláštních zařízeních. To ale vede ke zvýšení výrobních nákladů.

Dále lze dosud nejvíce používané oceli obtížně svařovat. Tím je použití trubek svařovaných s podélným švem omezené, popř. není možné, ačkoli by to bylo kvůli lepší jakosti povrchu žádoucí.

-1 CZ 287707 B6

Podstata vynálezu

Úkolem vynálezu je tedy uvést trubku k výrobě stabilizátorů, která bude svými mechanickými vlastnostmi splňovat vysoké požadavky na jejich výrobu. Dále vynález usiluje o vytvoření úsporné výroby kvalitativně vysoce hodnotných stabilizátorů z takovýchto trubek.

Uvedený úkol je řešen trubkou k výrobě stabilizátoru pro motorová vozidla, především pro torzní stabilizátor, ze slitinové oceli, která sestává, vyjádřeno ve hmotnostních procentech, z uhlíku (C) 0,18 % až 0,30 %, křemíku (Si) 0,10 % až 0,50 %, manganu (Mn) 1,10 % až 1,80 %, fosforu (P) max. 0,025 %, síry (S) max. 0,025 %, titanu (Ti) 0,020 % až 0,050 %, bóru (B) 0,0005 % až 0,005%, hliníku 0,010% až 0,050% a zbytku železa, včetně nečistot, podmíněných roztavováním.

Výhodné provedení pak spočívá v tom, že ocel sestává, vyjádřeno ve hmotnostních procentech, z uhlíku (C) 0,21 % až 0,26 %, křemíku (Si) 0,15 % až 0,35 %, manganu (Mn) 1,20 % až 1,40 %, fosforu (P) max. 0,025 %, síry (S) max. 0,025 %, titanu (Ti) 0,020 % až 0,040 %, bóru (B) 0,0020 % až 0,0040 %, hliníku 0,020 % až 0,035 % a zbytku železa, včetně nečistot, podmíněných roztavováním.

Úkol vynálezu je rovněž řešen stabilizátorem z takovéto trubky.

Způsob výroby stabilizátoru z tažené nebo svařované trubky spočívá vtom, že zahrnuje následující opatření: normalizační žíhání trubky, tváření trubky, kalení stabilizátoru vodou, které se přitom provádí především v nástroji.

Výhodné provedení pak spočívá v tom, že popouštění na vzduchu, které následuje po kalení, se provádí při teplotě mezi 200 °C a 400 °C.

Přednostně se konce stabilizátorů pěchují a kalí vodou, při teplotě nad 800 °C, především 920 °C.

Způsob výroby ohýbaného stabilizátoru z nezušlechtěné trubky pak spočívá v tom, že se ohýbání provádí nad bodem Ac₃, a po ohýbací operaci se provádí kalení v nástroji.

V takovém případě se popouštění po kalení výhodně uskutečňuje při teplotě až do 350 °C.

Zvláště výhodné provedení způsobu pak spočívá vtom, že se nejdříve provádí zušlechťování trubky, a ta se nato ohýbá na stabilizátor.

V takové případě se výhodně po ohýbání provádí žíhání ke snížení pnutí, přednostně ohýbané oblasti.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže vysvětlen prostřednictvím konkrétních příkladů provedení, znázorněných na výkresech, na kterých představuje obr. 1 jedno provedení způsobu podle vynálezu, a obr. 2 další provedení způsobu podle vynálezu.

-2CZ 287707 B6

Příklady provedení vynálezu

V úvodu uvedený úkol je řešen trubkou k výrobě stabilizátoru pro motorová vozidla, především pro torzní stabilizátor, ze slitinové oceli, která sestává, vyjádřeno ve hmotnostních procentech, z uhlíku (C) 0,18 % až 0,30 %, křemíku (Si) 0,10 % až 0,50 %, manganu (Mn) 1,10 % až 1,80 %, fosforu (P) max. 0,025 %, síry (S) max. 0,025 %, titanu (Ti) 0,020 % až 0,050 %, bóru (B) 0,0005 % až 0,005 %, hliníku 0,010 % až 0,050 % a zbytku železa, včetně nečistot, podmíněných roztavováním.

Výhodné provedení pak podle předloženého vynálezu spočívá v tom, Že ocel sestává, vyjádřeno ve hmotnostních procentech, z uhlíku (C) 0,21 % až 0,26 %, křemíku (Si) 0,15 % až 0,35 %, manganu (Mn) 1,20 % až 1,40 %, fosforu (P) max. 0,025 %, síry (S) max. 0,025 %, titanu (Ti) 0,020 % až 0,040 % bóru (B) 0,0020 % až 0,0040 %, hliníku 0,020 % až 0,035 %, a zbytku železa, včetně nečistot, podmíněných roztavováním.

Úkol vynálezu je rovněž řešen stabilizátorem, který je vytvořen z takové trubky.

Vynálezem byl zároveň získán poznatek, že je pro výrobu stabilizátorů z trubek při vysokých požadavcích na mechanické vlastnosti žádoucí materiál trubek, který podle popouštěcí teploty vykazuje pevnosti v tahu R_m od 1 100 do 1 600 N/mm²,0,2 % - hranici roztažnosti Rpo,2 od 900 do 1 300 N/mm² a poměrné prodloužení při přetržení A₅ od 6 do 15 %. Podstatná výhoda trubky podle vynálezu je v tom, že navrhovaná slitina dosahuje proti použití známých slitin, ze kterých jsou vyráběny trubky pro stabilizátory, udaných hodnot pevnosti v tahu, meze průtažnosti atažnosti, a že prostřednictvím jí může být dodatečně ještě při použití pouze jedné slitiny zajištěno široké rozpětí vyžadovaných mechanických charakteristických hodnot. Komponenty slitiny jsou k tomu účelu optimálně navzájem v souladu.

Ačkoli se jedná o měkkou ocel s nízkým obsahem uhlíku, zaručuje podíl uhlíku postačující pevnost a kalitelnost. Podíl křemíku určuje pevnost v tahu a meze průtažnosti, přičemž vlastnosti houževnatosti jsou ovlivněny jen nepatrně. Mangan zvyšuje rovněž pevnost slitinové oceli, přičemž je tažnost snížena nepatrně. Kromě toho působí mangan příznivě na svařitelnost. Ve spojení s podílem uhlíku způsobuje zlepšení odporu proti opotřebení. Podíl titanu je nasazen převážně ke stabilizaci proti mezikrystalické korozi. Bór zlepšuje prokalení a zvyšuje pevnost jádra.

Přídavkem hliníku je podpořeno tvoření jemného zrna.

U trubky podle vynálezu je proto daná dobrá tvárnost a svařitelnost. S tím se spojuje výhoda, že vedle nasazení bezešvých trubek je možné také nasazení svařovaných trubek s podélným švem, hodících se lépe pro určený účel použití.

Dále je zdůrazněno, že trubky ze slitinové oceli podle vynálezu vykazují ve srovnání se známými lepší vlastnosti se zřetelem k houževnatosti a umožňují jednodušší zušlechťovatelnost. Tak může být například pracováno s nižšími popouštěcími teplotami.

Trubka z ocelové slitiny podle vynálezu je cenově výhodná. Trubky z takové slitinové oceli mohou být také bez problému použity již v nynějších zařízeních pro výrobu stabilizátorů z plného materiálu. Zařízení pro zušlechťování zde již existují.

Pro nově uspořádané výrobní linky se dokonce získá redukce nákladů, když může popouštění, provedené po kalení, probíhat při nižších teplotách než dosud obvyklých. Z tohoto důvodu nejsou upínací zařízení, která by měla zamezit průtahu při popouštěcím procesu, nutná.

-3CZ 287707 B6

Stabilizátory podle vynálezu mají proti známým stabilizátorům z plného materiálu redukovanou hmotnost. Tyto stabilizátory spolehlivě odolávají silným zatížením při použití v motorových vozidlech.

Způsob výroby stabilizátoru z tažené nebo svařované trubky zahrnuje následující opatření: normalizační žíhání trubky, tváření trubky, kalení stabilizátoru vodou, které se přitom provádí především v nástroji. Zde tedy mohou být použity jak trubky tažené beze švu, tak i svařované s podélným švem.

Tyto jsou nejdříve normalizačně žíhány. To probíhá při teplotě málo nad bodem A_c3s navazujícím chlazením ve stálé atmosféře. Zpracování žíháním je použito, aby odstranilo hrubozmnou strukturu. Toto je výhodné především u trubek svařovaných s podélným švem, kde může vznikat hrubozmná struktura.

Z takto zpracovaných trubek jsou hned potom vyrobeny stabilizátory technikou tváření s obvyklým průběhem. Na to navazuje kaleni stabilizátorů ve vodě. Kalení ve vodě nastává především v samotném nástroji, takže odpadá dodatečná manipulace se stabilizátory za účelem kalení.

Případně může popouštění na vzduchu nastávat při teplotě mezi 200 °C a 400 °C. Struktura martenzitu, vznikající při kalení, je zčásti velmi křehká. Proto jsou stabilizátory zpravidla po kalení popouštěny. Jako obzvláště výhodná se ukázala teplota od cca 250 °C. Difúzí atomů uhlíku je tak zmírněno nadměrné pnutí martenzitu. Křehkost je snížena, aniž by se podstatně změnila tvrdost.

Upnutí stabilizátorů při popouštění k zamezení průtahu není v tomto rozsahu popouštěcích teplot potřebné.

V případě potřeby jsou konce stabilizátorů pěchovány. Potom následuje proces zakalení. Ten 30 probíhá především vodou o teplotě nad 800 °C. Jako obzvláště výhodné se ukázalo zakalení prudkým ochlazením nad teplotou 920 °C.

V případě ohýbaných stabilizátorů mohou být použity také nezušlechtěné trubky. Ohýbání nastává při teplotě nad horní teplotou přeměny, bodem A_C3 v diagramu železo - uhlík. Po procesu ohýbání je v nástroji opět provedeno zakalení prudkým ochlazením. Opětné vyrovnání pak není nutné.

Výhodné je výhodné ohřívání stabilizátorů po kalení na teplotu pod teplotou přeměny. Popouštěcí teplota by tak neměla překročit 350 °C.

Podle dalšího řešení způsobové části úkolu jsou zušlechťovány trubky, vyrobené ze slitiny podle vynálezu, a sice před průběhem přetváření stabilizátorů. Může odpadnout zušlechtění po ohýbání. Tyto procesy jsou obzvláště pragmatické a ekonomické.

Zušlechťování trubek zahrnuje dvojitý krok kalení a popouštění. Trubce je tím před ohýbáním dodána vysoká pevnost a vysoká mez průtažnosti, jakož i vysoká houževnatost.

Kalení sestává ze zahřátí na teplotu kalení, udržení a prudkého ochlazení. Potom je k popouštění provedeno ještě jednou zahřátí a nakonec prudké nebo pomalé ochlazení.

Je-li to žádoucí, může proběhnout po ohýbání trubky pro stabilizátory žíhání ke snížení pnutí. Tím mohou být odbourány strukturální přeměny nebo vlastní pnutí. Tento proces žíhání se omezuje především na oblast oblouků stabilizátorů. Teplota žíhání je přitom zvolena tak, aby nebyla zušlechťovací pevnost stabilizátorů snižována.

-4CZ 287707 B6

Výrobní linka pro výrobu stabilizátorů ze svařovaných trubek, jakož i výrobní linka pro výrobu stabilizátorů z bezešvých trubek metodou podle vynálezu je technicky obecně zobrazena na přiložených obrázcích 1 a 2. Co se týče obrázku 1, je mimo výše uvedeného poukazováno na to, že u svařovaných trubek v závislosti na jejich průměrech není nutně žádoucí redukce tahem.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Trubka k výrobě stabilizátoru pro motorová vozidla, především pro torzní stabilizátor, ze slitinové oceli, vyznačující se tím, že ocel sestává, vyjádřeno ve hmotnostních procentech, z uhlíku (C) 0,18 % až 0,30 %, křemíku (Si) 0,10 % až 0,50 %, manganu (Mn) 1,10 % až 1,80 %, fosforu (P) 0 až 0,025 %, síry (S) 0 až 0,025 %, titanu (Ti) 0,020 % až 0,050 %, bóru (B) 0,0005 % až 0,005 %, hliníku 0,010 % až 0,050 %,a zbytku železa, včetně nečistot, podmíněných roztavováním.
2. Trubka podle nároku 1 vyznačující se tím, že ocel sestává, vyjádřeno ve hmotnostních procentech, z uhlíku (C) 0,21 % až 0,26%, křemíku (Si) 0,15 % až 0,35 %, manganu (Mn) 1,20 % až 1,40 %, fosforu (P) 0 % až 0,025 %, síry (S) 0 % až 0,025 %, titanu (Ti) 0,020 % až 0,040 %, bóru (B) 0,0020 % až 0,0040 %, hliníku 0,020 % až 0,035 %, a zbytku železa, včetně nečistot, podmíněných roztavováním.
3. Stabilizátor, sestávající z trubky podle některého z nároků 1 nebo 2.
4. Způsob výroby stabilizátoru z tažené nebo svařované trubky podle některého z nároků 1 nebo 2, vy zn a č u j í cí se t í m, že zahrnuje:

a) normalizační žíhání trubky,

b) tváření trubky,

c) kalení stabilizátoru vodou, které se přitom provádí s výhodou v nástroji.
5. Způsob podle nároku 4, vyznačující se tím, že po kalení se provádí popouštění na vzduchu, a to při teplotě mezi 200 °C a 400 °C.
6. Způsob podle některého z nároků 4 nebo 5, vyznačující se tím, že konce stabilizátorů se pěchují a kalí vodou, při teplotě nad 800 °C, s výhodou 920 °C.
7. Způsob výroby ohýbaného stabilizátoru z nezušlechtěné trubky podle některého z nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že ohýbání se provádí při teplotě nad bodem A_C3 přeměny a po ohýbací operaci se provádí kalení v nástroji.

-5CZ 287707 B6
8. Způsob podle nároku 7, vyznačující se tím, že po kalení se provádí popouštění, a to při teplotě až do 350 °C.

5
9. Způsob výroby ohýbaného stabilizátoru z trubky podle některého z nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se nejdříve provádí zušlechťování trubky, a ta se nato ohýbá na stabilizátor.
10. Způsob podle nároku 9, vyznačující se tím, že po ohýbání se provádí žíhání ke 10 snížení pnutí, přednostně ohýbané oblasti.