DD143930A1

DD143930A1 - THERMOMECHANICAL TREATMENT PROCESS FOR SPRING STACKS FOR IMPROVING MATERIAL PROPERTIES

Info

Publication number: DD143930A1
Application number: DD78206599A
Authority: DD
Inventors: Dietrich Boehme; Karl-Ernst Hensger; Peter Klimanek; Georg Wuttke
Original assignee: Dietrich Boehme; Hensger Karl Ernst; Peter Klimanek; Georg Wuttke
Priority date: 1978-07-10
Filing date: 1978-07-10
Publication date: 1980-09-17

Abstract

Die Erfindung betrifft ein thermomechanisches Behandlungsverfahren für Federstähle zur Verbesserung der Werkstoffeigenschaften. Das erfindungsgemäße Verfahren kann in metallurgischen Betrieben und Betrieben der metallverarbeitenden Industrie bei der Behandlung von geschmiedetem,' gewalztem, gezogenem oder mit anderen Verfahren der spanlosen Umformung erzeugten Stahl sowie daraus hergestellter Erzeugnisse angewandt werden. Die Erfindung verfolgt das Ziel, die technisch nutzbaren Werkstoffeigenschaften von Federstahl über das Niveau hinaus zu verbessern, das bei der Anwendung des in dar PS WP C 21 D / 204 970 angemeldeten Verfahrens erreicht werden kann. Dabei liegt der Erfindung gleichzeitig die Aufgabe zugrunde, dieses Verfahren zu rationalisieren. Das wird durch die Verknüpfung von Warmumformung und thermischer Austenitstabiiisierung in ein einheitliches thermomechanisches technologisches Schema erreicht. Grundlage der Werkstcffeigenschaftsverbessarung durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Einstellung eines mehrphasigen Gefügezustandes in niedriglegierten Stählen mit einem Austenitanteil vcn > 7 Vol.-%.The invention relates to a thermomechanical treatment method for spring steels for Improvement of material properties. The process according to the invention can be carried out in metallurgical Operations and operations of the metalworking industry in the treatment of forged, ' rolled steel, drawn or obtained by other non-cutting forming methods, and products made from them. The invention pursues the goal, the technical Usable material properties of spring steel beyond the level to improve, which in the Application of the method notified in PS WP C 21 D / 204 970 can be achieved. there the invention is also the object of streamlining this process at the same time. This is going through the combination of hot forming and thermal austenitisation into a single one achieved thermomechanical technological scheme. Basis of the factory property improvement by applying the method according to the invention is the setting of a multi-phase Microstructural state in low-alloyed steels with an austenite content vcn> 7 vol .-%.

Description

Description of the invention

Titel der ErfindungTitle of the invention

Thermomechanische Behandlungsverfahren für Federstähle zur Verbesserung der WerkstoffeigenschaftenThermomechanical treatment of spring steels to improve material properties

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein thermomechanisches Behandlungsverfahren, das in metallurgischen Betrieben und Betrieben oer metallverarbeitenden Industrie anwendbar ist. Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf die Behandlung von geschmiedetem, gewalztem, gezogenem oder mit anderen Verfahren der spanlosen Umformung erzeugten Federstahl sowie daraus, hergestellter Erzeugnisse·The invention relates to a thermomechanical treatment method which is applicable in metallurgical operations and operations oer metalworking industry. The process according to the invention relates to the treatment of forged, rolled, drawn steel or spring steel produced therefrom by other methods of non-cutting shaping and of products produced therefrom.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Die Erfindung betrifft eine Weiterentwicklung des in der Patentschrift WPC 21 D/204 970 beschriebenen Wärmebehandlungsverfahrens für Federstähle zur Verbesserung der Werkstoffeigenschaften.The invention relates to a further development of the heat treatment process for spring steels described in the WPC 21 D / 204 970 for improving the material properties.

Die bekannten Wärmebehandlungsverfahren zur Beeinflussung bestimmter Verarbeitungs- und/oder Gebrauchseigenschaften sind in der TGL 21 862 beschrieben»The known heat treatment processes for influencing certain processing and / or use properties are described in TGL 21 862 ».

Das in der Patentschrift WPC 21 D/204 970 dargelegte Wärraebehandlungsverfahren für niedriglegierte Stähle zur Verbesserung der Werkstoffeigenschaften beruht auf thermischer Austenitstabilisierung· Dadurch können in niedriglegierten Stählen Gefügezustände eingestellt werden, in welchem die Matrix aus zwei unterschiedlichen Phasen mit kubisch-raumzentriertem bzw» tetragonal verzerrtem und kubisch-flächenzentriertern Raumgitter besteht. So lassen sich stark verbesserte Werkstoffeigenschaften im Vergleich zum üblichen Vergüten an niedriglegierten Stählen einstellen. Ein Mangel dieser technischen LösungThe heat treatment process for low-alloyed steels for improving the material properties set forth in WPC 21 D / 204 970 is based on thermal austenite stabilization. In low-alloyed steels, microstructural states can be set in which the matrix consists of two different phases with cubic-body-centered or tetragonal-distorted and Cubic-area centered space grid exists. In this way, greatly improved material properties can be set compared to conventional quenching on low-alloy steels. A lack of this technical solution

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besteht darin, daß Warmumformung und thermische Austenitstabilisierung in zwei voneinander unabhängigen technologischen Schritten erfolgen· Dadurch macht sich neuerliches Erwärmen auf Temperaturen über A₃ nach Warmumformung und Abkühlen notwendig.is that hot forming and thermal austenite stabilization occur in two independent technological steps. This necessitates renewed heating to temperatures above A ₃ after hot working and cooling.

Bekannt ist bereits seit einigen Jahrzehnten die Verknüpfung von plastischer Formgebung und Wärmebehandung in ein einheitliches technologisches Schema, das als tnermomechanische Behandlung bezeichnet wird.. Über diese Technologie wurde in der periodischen Fachliteratur bereichtet, siehe zum Beispiel "Referativnyj zurnai" von 1953 bis 1978, "Metals Abstract" von 1970 bis 1978 sowie "Neue Hütte" von 1968 bis 1978. Die thermomechanische Behandlung wurde ebenfalls in der TGL 21 862 beschrieben· Bei hochtemperatur-thermomechanischer Behandlung wird der Stahl oberhalb A₃ umgeformt, dannach eine gewisse Zeit gehalten und im Anschluß daran gehärtet«, Abschließende technologische Operation ist das Anlassen· Im Ergebnis dieser Behandlung liegt Anlaßgefüge vor, die mechanischen Werkstoffeigenschaften sind gegenüber gewöhnlichem Vergüten verbessert« Eine technologische Schwierigkeit des Prozesses besteht im schnellen Abkühlen nach der Umformung mit Geschwindigkeiten, die über der kritischen Abkühlgeschwindigkeit für das Härten liegen, bis auf Temperaturen - M^.It has been known for some decades that plastic forming and heat treatment are combined in a single technological scheme known as thermomechanical treatment. This technology was used in the periodical literature, see for example "Referativnyj zurnai" from 1953 to 1978, " Metals Abstract "from 1970 to 1978 and" Neue Hütte "from 1968 to 1978. The thermomechanical treatment was also described in TGL 21 862. · In high temperature thermomechanical treatment, the steel is reformed above A ₃ , then held for a certain time and subsequently it hardened, "Concluding technological operation is the starting · As a result of this treatment is cause structural front, the mechanical material properties compared to ordinary tempering improves" A technological difficulty of the process is to rapidly cool after forming at speeds over de r critical cooling rate for curing, except for temperatures - M ^.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Die Erfindung verfolgt das Ziel, die technisch nutzbaren Werkstoffeigenschaften von niedriglegierten Stählen, insbesondere Federstähle, über das Niveau hinaus zu verbessern, das bei Anwendung äsr in der Patentschrift IVPC 21 D/204 970 angemeldeten 5rfindung zur Einstellung eines mehrphasigen Gefügezustandes durch Wärmebehandlung erreicht werden kann. Gleichzeitig soll eine Rationalisierung des erfindungsgeniäßen Verfahrens, unter anderem durch Energieeinsparung, erreicht werden.The invention seeks to improve the technically usable material properties of low-alloyed steel, in particular spring steel above the level, the äsr when used in the patent specification IVpc 21 D / 204,970 notified 5rfindung for setting a multi-phase structure state can be achieved by heat treatment, the goal. At the same time, a rationalization of erfindungsgenißen method, among other things by energy conservation, can be achieved.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein thermomechanisches Behandlungsverfahren für Federstähle zur Verbesserung der Werkstoffeigenschaften zu entwickeln. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, durch eine geeignete Technologie die in der Patentschrift VVPC 21 0/204 970 angemeldete frfindung zu rationalisieren· Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß Warmumformung und thermische Austenitstabilisierung miteinander verknüpft werden. Erfindungsgemäß werden Federstähle austenitisiert und anschließend bei Temperaturen über A₃ durch ein geeignetes Umformverfahren, z#B. Walzen mit einem bezogenen Gesamtumformgrad in der letzten oder in den beiden letzten Umformstufen von C = 20 ·#· 60 % und einer FormänderungsgeschwindigkeitThe object of the invention is to develop a thermomechanical treatment process for spring steels for improving the material properties. A further object of the invention is to rationalize the invention filed in the patent VVPC 21 0/204 970 by means of a suitable technology. According to the invention, the object is achieved by combining hot forming and thermal austenite stabilization. According to the invention spring steels are austenitized and then at temperatures above A ₃ by a suitable forming process, eg. Rolls with a total degree of deformation in the last or in the two last forming stages of C = 20 · # · 60 % and a strain rate

3 —1 bis zu 2 * 10 s behandelt, danach bei diesen Temperaturen3 -1 to 2 * 10 s, then at these temperatures

bis zu 60 s gehalten und abgeschreckt. Die Abkühlung erfolgt mit einer Geschwindigkeit, die über der kritischen Abkühlgeschwindigkeit für das Härten liegt bis zu einer Temperatur T > M , wo die thermische Stabilisierung des Austenits skept up to 60 s and quenched. The cooling takes place at a speed which is above the critical cooling rate for hardening up to a temperature T> M, where the thermal stabilization of the austenite s

erfolgt« Die nachfolgende partielle Phasenumwandlung des Austenits wird so gesteuert, daß ein mehrphasiges Martensit-Austenit-, Martensit/Bainit-Austenit oder Bainit-Austenit-Gefüge vorliegt, in welchem der Restaustenitgenalt nach abschließendem Anlassen bei Temperaturen T - 600 ⁰C einen Wert von 7 Vol-% nicht unterschreitet«, Der erfindungsgemäß behandelte niedriglegierte Stahl, insbesondere Federstahl zeichnet sich gegenüber dem in der Patentschrift WPC 21 D/204 970 beschriebenen durch eine weiter erhöhte Gitterfehlerdichte ir. den Gefügebestandteilen Martensit, Martensit/Bainit bzw» Bainit und Austenit, bei günstigerer Versetzungsanordnung und Restspannung aus» Die Gefügebestandteile sind feiner und gleichmäßiger verteilt. Dieser spezifische Realstrukturzustand führt zur weiteren Leistungssteigerung der erfindungsgemäß behandelten Federstähle.The following partial phase transformation of the austenite is controlled such that a multiphase martensite-austenite, martensite / bainite austenite or bainite-austenite microstructure is present, in which the retained austenite genome after final tempering at temperatures T - 600 ⁰ C has a value of The low alloy steel, in particular spring steel, treated according to the invention is distinguished from that described in the patent WPC 21 D / 204 970 by a further increased lattice defect density of the structural constituents martensite, martensite / bainite or »bainite and austenite, with more favorable dislocation arrangement and residual stress »The structural components are finer and more evenly distributed. This specific real structure state leads to a further increase in performance of the spring steels treated according to the invention.

Ausführungsbeispie1Ausführungsbeispie1

Die erfindungsgemäß durchzuführende thermomechanische Behandlung und erzielbare Eigenschaftsverbesserungen werden am Stahl 55SiMn7 demonstriert» Nach Austenitisierung bei 950 C und Walzung in einem Stich mit einer Abnahme von 40 % und einer Formänderungsgeschvv'indigkeit von 12 s"¹ wurde der Stahl 55SiMn7 10 s bis zum Abschrecken in ein Salzbad mit 378 ⁰C gehalten, dort der Austenit 120 s thermisch stabilisiert und danach im Wasser gehärtet· Danach liegt der Stahl mit 35 ·,· 45 Vol~% Restaustenit vor« Als abschließende technologische Operation wurde bei 250 ⁰C angelassen. Die danach erzielten mechanischen Werkstoffeigenschaften des Stahls 55SiMn7 sind in Tabelle dargestellt und mit denen verglichen, die nach herkömmlichem Vergüten und Behandlung gemäß des in der Patentschrift WPC 21 D/204 angemeldeten Verfahrens erreicht werden können·According to the invention to be carried out thermomechanical treatment and recoverable property improvements are demonstrated by the steel 55SiMn7 "After austenitizing at 950 C and rolling in one pass with a reduction of 40% and a Formänderungsgeschvv'indigkeit of 12 s" ¹ was the steel 55SiMn7 10 s until quenching in held a salt bath with 378 ⁰ C, where the austenite thermally stabilized for 120 s and then cured in water · Thereafter, the steel with 35 ·, · 45 vol ~% Restaustenit ago «As a final technological operation was started at 250 ⁰ C. The thereafter achieved mechanical material properties of the steel 55SiMn7 are shown in Table and compared with those that can be achieved after conventional tempering and treatment according to the method filed in the WPC 21 D / 204 patent ·

Table 1:

Mechanische Werkstoffeigenschaften des Stahles 55SiMn7 nach erfindungsgemäßer thermomechanischer Behandlung, herkömmlichem Vergüten und Wärmebehandlung gemäß Ausführungsbeispiel in Patentschrift VVPC 21 D/204 970Mechanical material properties of the steel 55SiMn7 according to the invention thermomechanical treatment, conventional tempering and heat treatment according to embodiment in patent VVPC 21 D / 204 970

Mechanische Eigen- Wärme- schäften behand- lungs- verfahrenMechanical own heat- ing treatment procedures MPaMPa ^0,2 MPa^ 0.2 MPa ^10 % ^ 10 % Y % Y % Erfindungsgemäße thermomechanische Behandlung zur Restaustenitsta bilisierungInventive thermomechanical treatment for Restaustenitsta stabilization 17501750 14301430 88th 3333 Herkömmliches Ver güten: Härten von 870 ⁰C in öl, An lassen bei 500 ⁰CConventional United grades: hardening of 870 ⁰ C in oil, to be at 500 ⁰ C 14601460 13601360 88th 3838 Wärmebehandlung gemäß Ausführungs beispiel in Patent schrift WPC 21 D/204 970Heat treatment according to execution example in patent WPC 21 D / 204 970 16401640 1330 ..„. „. ,, _,1330 .. ". ". ,, _, 88th 3636

Claims

Erfindunpsanspruch

1 # thermomechanical treatment method for spring steels to improve the material properties are erfindungsgemsß ~ for generating multi-phase martensite-austenite, martensite / bainite-austenite or bainite Austenitgefügezuständen carried out and characterized in that the spring steels are hot worked at temperatures above A _q, the related Total degree of deformation in the last two forming stages 20. ·· 60 % and the shape

3 -1 change rate up to 2 * 10 s and the holding time after hot forming to quenching below A. does not exceed the duration of 60 s, the cooling after hot forming up to a temperature

M <T <A. takes place at a speed which exceeds s j.

the cooling rate is critical for curing and at this temperature T, the thermal stabilization of austenite is performed, the subsequent temperature control allows the adjustment of the martensitic-austenitic, martensitic / bainitic ^-austenitic or * bainitic-austenitic microstructure state, the final tempering below 600 ⁰ C takes place without removal of the retained austenite and the achieved property improvement is achieved by the inventively very favorable adjusted real structure state of the spring steel *

2. Thermomechar.isches treatment method according to item 1, characterized in that instead of annealing a swapping out at room temperature can ·

3 · Thermcrnechanischen Bohandxungsverfahren according to item 1, characterized in that the starting process takes place at a later date at the user.