CZ305540B6 - Způsob tepelného zpracování vysokolegované oceli - Google Patents

Způsob tepelného zpracování vysokolegované oceli Download PDF

Info

Publication number
CZ305540B6
CZ305540B6 CZ2014-348A CZ2014348A CZ305540B6 CZ 305540 B6 CZ305540 B6 CZ 305540B6 CZ 2014348 A CZ2014348 A CZ 2014348A CZ 305540 B6 CZ305540 B6 CZ 305540B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
heat treatment
alloy steel
range
temperature
treatment process
Prior art date
Application number
CZ2014-348A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ2014348A3 (cs
Inventor
Bohuslav Mašek
Hana Jirková
David Aišman
Filip VanÄŤura
Original Assignee
Západočeská Univerzita V Plzni
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Západočeská Univerzita V Plzni filed Critical Západočeská Univerzita V Plzni
Priority to CZ2014-348A priority Critical patent/CZ2014348A3/cs
Priority to US14/716,618 priority patent/US9765418B2/en
Publication of CZ305540B6 publication Critical patent/CZ305540B6/cs
Publication of CZ2014348A3 publication Critical patent/CZ2014348A3/cs

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/24Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with vanadium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING 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
    • C21D6/00Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/002Heat treatment of ferrous alloys containing Cr
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING 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
    • C21D6/00Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/005Heat treatment of ferrous alloys containing Mn
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING 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
    • C21D6/00Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/008Heat treatment of ferrous alloys containing Si
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING 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
    • C21D7/00Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/13Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by hot working
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C33/00Making ferrous alloys
    • C22C33/02Making ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C33/0257Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements
    • C22C33/0278Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5%
    • C22C33/0285Making ferrous alloys by powder metallurgy characterised by the range of the alloying elements with at least one alloying element having a minimum content above 5% with Cr, Co, or Ni having a minimum content higher than 5%
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/22Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/36Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.7% by weight of carbon
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J5/00Methods for forging, hammering, or pressing; Special equipment or accessories therefor
    • B21J5/004Thixotropic process, i.e. forging at semi-solid state
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10Processes characterised by the sequence of their steps
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING 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
    • C21D2211/00Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/004Dispersions; Precipitations
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING 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
    • C21D2211/00Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/008Martensite

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)
  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

Řešení se týká způsobu tepelného zpracování vysokolegované oceli výsledně tvořené strukturou z nerozpuštěných karbidů kovu v podobě globulitických částic, austenitickou a martenzitickou strukturou. Tepelné zpracování spočívá v ohřevu kovového polotovaru na teplotu v rozmezí od 1270 do 1280 .degree.C, rychlostí ohřevu v rozmezí od 40 až 45 .degree.C/s, poté se na kovový polotovar působí tlakem v tixotropním procesu a následně se nechá vychladnout na teplotu okolí.

Description

Oblast techniky
Vynález se týká způsobu tepelného zpracování vysokolegované oceli výsledně tvořené strukturou z nerozpuštěných karbidů kovu v podobě globulitických částic, s austenitickou a martenzitickou strukturou.
Dosavadní stav techniky
Vysokolegované oceli jsou v literatuře označovány, jako oceli s obsahem legujících prvků je vyšší než 10 %. Kombinací legujících prvků se dosahuje potřebných mechanických, fyzikálních a chemických vlastností. Vlastnosti takových ocelí jsou závislé nejen na chemickém složení, ale především na struktuře - tj. na fázovém složení a na tvaru a uspořádání jednotlivých fází. Požadované struktury se dosahuje u ocelí vhodného chemického složení tepelným zpracováním. Tepelné zpracování zahrnuje všechny postupy, při nichž se vnitřní stavba kovu záměrně mění pomocí změn teploty.
Při tepelném zpracování mohou probíhat změny struktury ve dvou směrech: je-li struktura v nerovnovážném stavu, lze použít postupů směřujících k dosažení termodynamické rovnováhy, kterou představuje diagram Fe-Fe3C. Tyto postupy se souhrnně označují jako žíhání. Při tomto druhu zpracování vzniká v závislosti na obsahu uhlíku feritická, feriticko-perlitická nebo ledeburitická struktura. Druhou skupinou procesů je vytváření nerovnovážných struktur, které vznikají rychlým ochlazením. Tím vznikají martenzitické a bainitické struktury s vysokou pevností, avšak malou houževnatostí. Tyto procesy se označují jako kalení. Dále je kupříkladu známé tepelné zpracování označované jako tixotropní tváření. Vhodnost ocelí pro tixotropní tváření je dána mnoha kritérii. Nej častěji jsou popisovány technologickými parametry, které dokumentují jejich chování při jejich zpracování v semi-solid stavu. Zpravidla nej sledovanější z nich je teplotní interval mezi solidem a likvidem, neboť dosavadní technika nebyla schopna řídit teplotu v objemu zpracovávaného materiálu s potřebnou přesností a dostatečně malými odchylkami teplot. Čím širší je interval mezi solidem a likvidem, tím rovnoměrnějších vlastností lze v objemu materiálu dosáhnout. Nejčastěji je udáváno, že tento interval závisí zejména na chemickém složení materiálu. Částečně ho lze ovlivnit způsobem ohřevu a jeho rychlostí, ev. i strukturou výchozího materiálu. Informace o korelacích s výchozí strukturou se v literatuře prakticky nevyskytují. Vhodnost ocelí pro zpracování v semi-solid stavu není však dána jen absolutním teplotním intervalem mezi solidem a likvidem, ale zejména křivkou popisující podíl solidu a likvidu v závislosti na teplotě při procesu natavování. Ta však může být značně závislá na struktuře a lokálním přerozdělení chemického složení. Co se týče strukturního stavu a zejména přípravy ocelového polotovaru pro tixotropní tváření jiným než klasickým způsobem, jsou informace v literatuře zatím uvedeny pouze v ojedinělých případech.
Podstata vynálezu
Vynález se týká způsobu tepelného zpracování vysokolegované oceli. Při takovém zpracování vzniká speciální struktura, která je tvořena nerozpuštěnými karbidy kovu v podobě globulitických částic, s austenitickou a martenzitickou strukturou.
Způsob tepelného zpracování vysokolegované oceli je tvořen následujícím postupem: kovový polotovar se ohřeje se na teplotu v rozmezí od 1270 do 1280 °C, rychlostí ohřevu v rozmezí od 40 až 45 °C/s, poté se na kovový polotovar působí tlakem v tixotropním procesu a následně nechá se vychladnout na teplotu okolí.
- 1 CZ 305540 B6
Objasnění výkresů
Na obrázku č. 1 a obr. č. 2 je vyobrazena výsledná struktura za použití světelného mikroskopu, na obr. č. 3 je vyobrazena výsledná struktura za použití skenovacího mikroskopu.
Příklady uskutečnění vynálezu
Pro experimentální příklad byla zvolena ocel, které by svým chemickým složením odpovídala a umožňuje navrženou koncepci zpracování. Na základě výpočtů byla vybrána ocel CPM 15 V vyrobená práškovou metalurgií. V základním stavu je tvořena karbidy vanadu a chrómu uloženými ve feritické matrici. Jedná se o ocel s vysokou odolností vůči opotřebení a vysokou tvrdostí. Její velkou nevýhodou je nízká tvařitelnost a obrobitelnost.
c Cr V Mo Mn Si
3,40 5,25 14,5 1,30 0,50 0,90
Tab. 1: Chemické složení oceli CPM 15V (% hmotn.)
Pro získání ucelenějšího obrazu o mechanických vlastnostech byla dále zvolena zkouška tlakem, díky které lze porovnávat deformační odezvu na zatěžování materiálu.
Ve výchozím stavu byla naměřena průměrná hodnota tvrdosti 298 HV10. Ve stavu po tixotropním tváření byla tvrdost 728 HV10. Stejný trend byl pozorován při zkoušce tlakem, kde mez kluzu vzrostla z původní hodnoty 627 na 1990 MPa, což představuje trojnásobný nárůst. Toto výrazné zvýšení pevnosti v tlaku lze přisuzovat zejména vzniku martenzitu v matrici a vyloučení chrómu ve formě síťoví. Mikrostruktura materiálu byla po tixotropním tváření tvořena globulárními karbidy vanadu, uloženými v austenitické matrici, jak je vidět na obr. 1 a obr. 2. Na základě rentgenové difrakční fázové analýzy bylo zjištěno, že struktura oceli CPM 15V po tixotropním tváření ve středu produktu při teplotě 1270 °C byla tvořena směsí austenitu 50%, fází železa s kubickou prostorově centrovanou mřížkou 29% a karbidy vanadu V8C7 21%. V případě fáze železa alfa se jedná o martenzit. Při srovnání s výchozím stavem oceli CPM 15V bylo zjištěno, že karbidy V8C7 zůstaly ve struktuře zachovány a došlo k přeměně feritické matrice na austenit a martenzit. Výskyt těchto karbidů ve struktuře přináší produktům nové možnosti, jako je například vysoká otěruvzdomost. Produkt byl podroben měření tvrdosti dle Vickerse po celé své délce.
Mez kluzu v tlaku [MPa] HV10[-]
Výchozí stav Po tixoformingu Výchozí stav Po tixoformingu
CPM 15V 627 1990 298 728
Tab. 2: Srovnání parametrů meze kluzu v tlaku a tvrdosti podle Vickerse
-2CZ 305540 B6

Claims (2)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    5 1. Způsob tepelného zpracování vysokolegované oceli tvořené nerozpuštěnými karbidy kovu v podobě globulitických částic v rozmezí 10 až 25 hmotn. %, 40 až 50 hmotn. % austenitickou a 10 až 25 hmotn. % martenzitickou strukturou, vyznačující se tím, že kovový polotovar se ohřeje na teplotu v rozmezí od 1270 do 1280 °C, rychlostí ohřevu v rozmezí od 40 až 45 °C/s, poté se na kovový polotovar působí tlakem v tixotropním procesu, a následně se nechá io vychladnout na teplotu okolí.
  2. 2. Způsob dosažení struktury vysokolegované oceli podle nároku 2, vyznačující se tím, že po ohřevu v rozmezí 1270 do 1280 °C následuje tixotropní tváření.
CZ2014-348A 2014-05-21 2014-05-21 Způsob tepelného zpracování vysokolegované oceli CZ2014348A3 (cs)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2014-348A CZ2014348A3 (cs) 2014-05-21 2014-05-21 Způsob tepelného zpracování vysokolegované oceli
US14/716,618 US9765418B2 (en) 2014-05-21 2015-05-19 Microstructure of high-alloy steel and a heat treatment method of producing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2014-348A CZ2014348A3 (cs) 2014-05-21 2014-05-21 Způsob tepelného zpracování vysokolegované oceli

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ305540B6 true CZ305540B6 (cs) 2015-11-25
CZ2014348A3 CZ2014348A3 (cs) 2015-11-25

Family

ID=54555616

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2014-348A CZ2014348A3 (cs) 2014-05-21 2014-05-21 Způsob tepelného zpracování vysokolegované oceli

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9765418B2 (cs)
CZ (1) CZ2014348A3 (cs)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ306020B6 (cs) * 2015-03-10 2016-06-22 Západočeská Univerzita V Plzni Způsob výroby ledeburitických vysokolegovaných ocelí tepelným zpracováním

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110216268B (zh) * 2019-06-21 2021-05-18 北京科技大学 一种高碳高合金钢半固态成形控温冷却热处理工艺

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0758023A1 (en) * 1995-08-08 1997-02-12 The Timken Company Steel machine component having refined surface microstructure and process for forming the same
EP1031631A2 (en) * 1999-02-22 2000-08-30 Ovako Steel AB A method of spheroidizing annealing of hypo-eutectoid low alloy steel
WO2005103317A2 (en) * 2003-11-12 2005-11-03 Northwestern University Ultratough high-strength weldable plate steel
US20060137781A1 (en) * 2004-12-29 2006-06-29 Mmfx Technologies Corporation, A Corporation Of The State Of California High-strength four-phase steel alloys
WO2007024192A1 (en) * 2005-08-24 2007-03-01 Uddeholm Tooling Aktiebolag Steel alloy and tools or components manufactured out of the steel alloy
WO2010040333A1 (de) * 2008-10-08 2010-04-15 Peter Barth Biokompatibler werkstoff aus edelstahl mit einer martensitischen randschicht
CZ2010850A3 (cs) * 2010-11-19 2012-05-30 Západoceská Univerzita V Plzni Zpusob tixotropního tvárení malých soucástí a zarízení k provádení tohoto zpusobu

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0758023A1 (en) * 1995-08-08 1997-02-12 The Timken Company Steel machine component having refined surface microstructure and process for forming the same
EP1031631A2 (en) * 1999-02-22 2000-08-30 Ovako Steel AB A method of spheroidizing annealing of hypo-eutectoid low alloy steel
WO2005103317A2 (en) * 2003-11-12 2005-11-03 Northwestern University Ultratough high-strength weldable plate steel
US20060137781A1 (en) * 2004-12-29 2006-06-29 Mmfx Technologies Corporation, A Corporation Of The State Of California High-strength four-phase steel alloys
WO2007024192A1 (en) * 2005-08-24 2007-03-01 Uddeholm Tooling Aktiebolag Steel alloy and tools or components manufactured out of the steel alloy
WO2010040333A1 (de) * 2008-10-08 2010-04-15 Peter Barth Biokompatibler werkstoff aus edelstahl mit einer martensitischen randschicht
CZ2010850A3 (cs) * 2010-11-19 2012-05-30 Západoceská Univerzita V Plzni Zpusob tixotropního tvárení malých soucástí a zarízení k provádení tohoto zpusobu

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
(Dagmar Jandová, Svetelná a elektronová mikroskopie svarového spoje oceli P91; konference Metal 2005, Hradec nad Moravicí; http://www.metal2014.com/files/proceedings/metal_05/papers/190.pdf) 24. az 26.5.2005 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ306020B6 (cs) * 2015-03-10 2016-06-22 Západočeská Univerzita V Plzni Způsob výroby ledeburitických vysokolegovaných ocelí tepelným zpracováním

Also Published As

Publication number Publication date
US20150337417A1 (en) 2015-11-26
US9765418B2 (en) 2017-09-19
CZ2014348A3 (cs) 2015-11-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6829717B2 (ja) 残留熱を利用する継目無鋼管のオンライン焼入れ冷却方法および製造方法
Wendler et al. Effect of manganese on microstructure and mechanical properties of cast high alloyed Cr M n N i‐N steels
CN105765087B (zh) 马氏体不锈钢、由所述钢制成的零件及其制造方法
Cardoso et al. Abrasive wear in Austempered Ductile Irons: A comparison with white cast irons
US20170369976A1 (en) Ultra-high strength thermo-mechanically processed steel
RU2009111860A (ru) Сталь и способ обработки для изготовления высокопрочных деталей машин, способных к разделению надламыванием
Somani et al. Process design for tough ductile martensitic steels through direct quenching and partitioning
MX2020009802A (es) Parte forjada de acero bainitico y un metodo de fabricacion del mismo.
Rashev et al. High-nitrogen steel
JP2013510952A (ja) デルタフェライト量の小さいステンレス金型鋼
CZ305540B6 (cs) Způsob tepelného zpracování vysokolegované oceli
US8377235B2 (en) Process for forming steel
CN106086772A (zh) 渗氮处理耐磨球制备方法
TWI651419B (zh) 雙相不銹鋼
Cha et al. CALPHAD-based alloy design for advanced automotive steels-Part I: Development of bearing steels with enhanced strength and optimized microstructure
JP2005187888A (ja) 転がり軸受に使用される静的強度に優れた過共析鋼の焼入れ方法
CN104630649B (zh) 一种低合金耐热高强钢及其构件
CN108350557B (zh) 铸造工具钢的活塞环及其制造工艺
Skubisz et al. Effect of direct cooling conditions on characteristics of drop forged Ti+ V+ B microalloy steel
Maisuradze et al. Improving the impact toughness of the HY-TUF steel by austempering
Ahmed et al. Influence of partial replacement of nickel by nitrogen on microstructure and mechanical properties of austenitic stainless steel
Evangelista et al. Hot working and multipass deformation of a 41Cr4 steel
Wahab et al. Effect of heat treatment on the fracture toughness of AISI 4140 Steel
Mengaroni et al. Strengthening improvement on gear steels
Itman Filho et al. Influence of niobium and molybdenum on mechanical strength and wear resistance of microalloyed steels

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20220521