DD158112A1

DD158112A1 - FORMATION OF MAXIMUM RESTAUSTENIT IN UNLOCKED CAST IRON WITH BALL GRAPHITE

Info

Publication number: DD158112A1
Application number: DD81229821A
Authority: DD
Inventors: Roland Mann
Original assignee: Roland Mann
Priority date: 1981-05-08
Filing date: 1981-05-08
Publication date: 1982-12-29

Abstract

Ziel der Erfindung ist die Erhoehung der Verschleissfestigkeit sowie der dynamischen Belastbarkeit von Bauteilen aus unlegiertem Gusseisen mit Kugelgraphit. Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens, bei dem in der Zwischenstufe die Abkuehlgeschwindigkeit so gewaehlt wird, dass eine Umgehung der Perlitstufe eintritt und sich ein maximaler Anteil des Gefuegebestandteiles Restaustenit bildet. Erfindungsgemaess wird das dadurch erreicht, dass nach der Austenitisierung die Gussteile in einem Warmbad mit einer Abkuehlgeschwindigkeit von 7 bis 15 Grad C/s innerhalb eines Temperaturbereiches von 600 bis 500 Grad C abgekuehlt werden.The aim of the invention is to increase the wear resistance and the dynamic load capacity of non-alloyed spheroidal graphite cast iron components. The object of the invention is to provide a method in which the Abkuehlgeschwindigkeit is chosen in the intermediate stage, that a bypass of the Perlitstufe occurs and forms a maximum proportion of the structural constituent Restaustenit. According to the invention, this is achieved by cooling the castings in a hot bath at a cooling rate of 7 to 15 degrees C / s within a temperature range of 600 to 500 degrees C after austenitizing.

Description

Titel der ErfindungTitle of the invention

Bildung von maximalem Restaustenit in unlegiertem Gußeisen mit KugelgraphitFormation of maximum retained austenite in unalloyed cast iron with nodular graphite

.Anwendungsgebiet der Erfindung.Automation of the invention

Das Anwendungsgebiet der Erfindung erstreckt sich auf Bauteile aus unlegiertem Gußeisen mit Kugelgraphit _$ die einem Verschleiß durch Gleit^Wälzgleit- oder Wälzbeanspruchung unterliegen und gleichzeitig großen dynamischen Belastungen ausgesetzt sind_e The field of the invention extends to components of unalloyed cast iron with spheroidal graphite _$ are subject to wear by sliding ^ Wälzgleit- or load by rolling and are simultaneously subjected to large dynamic loads _e

Hs spezielles Anwendungsgebiet kommen hochbelastete Bau*= teile wie я«В_в Zahnräder, Zahnstangen? Hockenwellen, Kurvenscheiben, Spindelmuttern_? Schieber lua© in Betracht*Hs special field of application are highly loaded construction parts like я «В _в gears, racks? Stroke shafts, cams, spindle nuts _? Slider lua © into consideration *

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Bauteile aus unlegiertem Gußeisen mit Kugelgraphit ₉ die hohen Verschleißbeanspruchungen unterliegen_s werden bekanntermaßen isothermisch wännebehandelte Die Zwiscnenbadtempera« turen werden dabei entsprechend der gewünschten bzw* geforderten statischen Festigkeit des jeweiligen Bauteiles gewählt j so daß eine Erhöhimg der Harte und des Verschleiß-Widerstandes generell eintrittо Treten jedoch große dynamische Belastungen auf _$ so reicht die mit der bekannten isothermen Wärmebehandlung erreichte WerkstoffZähigkeit nicht mehr aus* Das bewirkt einen hohen Verschleiß und eine geringe Lebensdauer dieser Teile«,Components of unalloyed ductile iron _9, the high wear stresses subject _s are known to be wännebehandelte isothermally The Zwiscnenbadtempera "structures are thereby required according to the desired or * static strength of the respective component selected j so that a Erhöhimg the hardness and wear-resistance generally eintrittо contact but high dynamic loads on _$ are no longer sufficient for the material toughness achieved with the known isothermal heat treatment * This results in high wear and a low service life of these parts ",

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Beste Dauerfestigkeitswerte bei dynamischer Beanspruchung von Bauteilen aus Gußeisen mit Kugelgraphit werden erzielt, wenn der Werkstoff maximale Dehnung aufweist_ö Dies ist mit einem Gefüge möglich^ dessen 'Gehalt an Restaustenit außerordentlich hoch ist© Zugfestigkeit und Härte verhalten sich aber bei isothermisch wärmebehandelten Gußeisen mit Kugelgraphit nicht proportional sur Dauerfestigkeit_β Denwciteren wird bei austenitisch-boinitischem Gußeisen die hohe Beständigkeit sowohl gegen Abrasivverschleiß als auch gegen Adhäsivverschleiß vom Anteil des Gefügebestandteiles Restaustenit best iimnt*Best fatigue strength under dynamic loading of components made of ductile iron are achieved when the material has maximum elongation _ö This is possible ^ its' content of retained austenite is extremely high with a structure © tensile strength and hardness but do not behave in isothermal heat-treated ductile iron Proportional sur Fatigue strength _β With austenitic-boinitic cast iron, the high resistance to abrasion wear as well as to adhesive wear is best determined by the proportion of the structural constituent retained austenite *

Bei der isothermen Y/ärmebehandlung von Gußeisen mit Kugelgraphit übt die Temperatur bei der die Umwandlung in Bainit stattfindet, den größten Einfluß auf Menge und Be« schaffenheit des Restaustenits aus. Bei niedriger Umwandlungstemperatür bleibt auch der Restaustenitgehalt niedrig« Werden hohe Umwandlungstemperaturen gewählt, so ist der Rest» austenitgehalt wiederum gering, da sich die Gefügebestandteile oberer Bainit und Perlit bilden«In the isothermal heat treatment of nodular cast iron, the temperature at which the bainite transformation takes place has the greatest influence on the quantity and the properties of the retained austenite. At low transformation tempera- ture, the retained austenite content also remains low. "If high transformation temperatures are selected, the residual austenite content is again low, since the constituents of the structure form upper bainite and perlite."

Die Ursachen für diese Erscheinungen sind darin zu suchen, daß bei der Wärmebehandlung in der Zwischenstufe die Zwischenbad temp era tür en willkürlich gewählt und somit optimale Abkiihlgescliwindigkeiten nicht erreicht werden* Das wirkt sich insbesondere auf Gußteile mit unterschiedlicher Konfiguration bzwo Wandstärke aus und hat zur Folge_? daß der Restaustenit im Gefüge nur ungenügend stabilisiert wird*The causes of these phenomena are to be found in the fact that in the intermediate heat treatment, the intermediate bath temp era door is chosen arbitrarily and thus optimum cooling rates are not achieved. This has an effect on castings with different configurations and wall thicknesses _. that the retained austenite in the microstructure is insufficiently stabilized *

In der Zeitschrift "Gießereitechnik" (1977) H. 3, S, 78 82 sind Probleme und Möglichkeiten sur Realisierung höherer Festigkeiten bei unlegiertem Gußeisen mit Kugelgraphit durch Wärmebehandlung untersucht worden« Die Probekörper unterlagen dabei folgender 'Wärmebehandlung« Austenitisierung 870 ⁰C/ 1 h_s überführung in ein Salzbad mit !Temperaturen zwischen 300 und 600 ⁰C/ 2 h und AbkühlungBeen published in the journal "Foundry Technology" (1977) H. 3, S, 78 82 are problems and opportunities sur realization of higher strength with unalloyed cast iron studied with spheroidal graphite by heat treatment "The specimens were subject while the following 'heat treatment' Austenitization 870 ⁰ C / 1 h _s conversion to a salt bath with! temperatures between 300 and 600 ⁰ C / 2 h and cooling

auf Raumtemperatur in Wassere Durch dieses Verfahren ist eine optimale AbkuhlgeschWindigkeit nicht einstellbar und somit die Ausbildung von maximaler! Restaustenit nicht möglich« Das zeigt sich darin, daß nur ein geringer Anteil von Restaustenit im Gefüge erreicht wurde und sich nur eine Bruchdehnung von шах© 6 % einstellte (Tab* 2_S S* 80)« Außerdem wurden die Untersuchungen an kleinen zylindrischen Probekörpern durchgeführt, so daß die Uhterspchungsergebnisse aufgrund der unterschiedlichen Enthalpie in der Zwischenstufe eine Übertragbarkeit auf hochbelastete Gußteile, Ze-B₀ Zahnräder, nicht gestatten* Die technologische Beherrschung bei der isothermen Wärmebehandlung von unlegierten Bauteilen aus Gußeisen mit Kugelgraphit zum Herstellen eines austenitisch-bainitischen Gefüges mit hoher Werkstoffzähigkeit ist somit nicht gegeben«to room temperature in water By this method, an optimal AbkuhlgeschWindigkeit is not adjustable and thus the formation of maximum! Retained austenite not possible "This is shown by the fact that only a small amount of retained austenite in the microstructure was achieved and that only an elongation at break of шах © 6 % was established (Tab * 2 _S S * 80)." In addition, the tests were carried out on small cylindrical specimens so that the Uhterspchungsergebnisse due to the different enthalpy in the intermediate stage, a transferability to highly loaded castings, Ze-B ₀ gears, not allowed * The technological control in the isothermal heat treatment of unalloyed cast iron with nodular cast iron for producing an austenitic-bainitic structure with high Material toughness is therefore not given «

Ziel der ErfindungObject of the invention

Als Ziel der Erfindung soll eine Erhöhung der Verschleißfestigkeit sowie der dynamischen Belastbarkeit von Bauteilen aus unlegiertem Gußeisen mit Kugelgraphit erreicht werden*The object of the invention is to increase the wear resistance and the dynamic load capacity of non-alloyed cast iron components with nodular graphite *

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bildung von maximalem Restaustenit in Bauteilen aus unlegiertem Gußeisen mit Kugelgraphit durch isotherme Wärmebehandlung, wobei die Bauteile auf eine Austenitisierungstemperatur von 900 bis 1000 ⁰C erhitzt, auf diese Temperatur bis zu 3 Std« gehalten, in einem Warmbad mit einer Haltezcit von 11/2 bis 3 Std_e bei einer Temperatur von 600 bis 240 с abgekühlt und danach auf Raumtemperatur ab« gekühlt werden, zu schaffen, bei dem in der Zwischenstufe die Abkühlgeschwindigkeit бо gewählt wird, daß eine Umgehung der Perlitstufe eintritt und sich ein maximaler Anteil des Gefügebestandtciles Rcstsuctenit bildet*The invention has for its object to provide a process for the formation of maximum retained austenite in components of non-alloyed cast iron with nodular graphite by isothermal heat treatment, wherein the components heated to an austenitizing temperature of 900 to 1000 ⁰ C, held at this temperature up to 3 hours, in be с cooled a warm bath with a Haltezcit of 11/2 to 3 hours _e at a temperature of 600 to 240 and then cooled to room temperature, "to create, in which in the intermediate stage, the cooling rate is selected бо that circumvention of the pearlite Occurs and a maximum proportion of the structural support Rcstsuctenit forms *

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß nach der Aus» tenitisierung die Gußteile in einem Warmbad mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 7 bis 15 °C/s innerhalb eines Temperaturbereiches von 600 bis 500 ⁰C abgekühlt werden« Dabei wird die Abkühlgeschwindigkeit von vorzugsweise 7 °C/s innerhalb des Temperaturbereiches zf/isöhen 600 und 500 ⁰C durch ständiges Auswerten des Abkühlverlaufes in diesem kritischen Temperaturbereich bei gleichzeitiger Optimierung der Badtemperatur erreichteAccording to the invention this is achieved in that after austenitisation the castings are cooled in a hot bath at a cooling rate of 7 to 15 ° C / s within a temperature range of 600 to 500 ⁰ C. "The cooling rate of preferably 7 ° C / s within the temperature range zf / isöhen 600 and 500 ⁰ C achieved by constantly evaluating the cooling process in this critical temperature range while optimizing the bath temperature

Vorzugsweise erfolgt das Messen der Temperatur im Gußteil durch ein MantelthermoelementePreferably, the temperature is measured in the casting by a jacket thermocouple

Ausführungsbeispielembodiment

Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die isothermische Wärmebehandlung von Zahnrädern mit Modul 4 aus unlegiertem Gußeisen mit Kugelgraphit (GUG-60)« Voraussetzung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Ermittlung der Abkühlgeschwindigkeit im Zahnrad© Das geschieht durch Anbringen einer Meßstelle am Zahnrad* Dazu wird mittig am Zahnfuß eine Bohrung mit einem Durchmesser von 0,3 mm eingearbeitet_s darin ein Mantelthermoelement eingepaßt und dieses mit einem Linienschnell·» schreiber verbunden« Durch das Anbringen der Meßstelle am Zahnfuß ist der kritische Bereich für die Durchvergütbarkeit erfaßt«The embodiment relates to the isothermal heat treatment of gears with module 4 of unalloyed cast iron with spheroidal graphite (GUG-60) «Prerequisite for carrying out the method according to the invention is the determination of the cooling rate in the gear © This is done by attaching a measuring point on the gear * This is centered at the tooth root _s incorporated a hole with a diameter of 0.3 mm is a sheathed thermocouple fitted and this with a line speed · »recorder connected" by attaching the measuring point at the tooth root of the critical region for the quenching and tempering is detected "

Die erste Behandlungsphase des auf diese Weise vorbereiteten Zahnrades besteht im Austenitisieren in einem Salzbad mit einer Temperatur von 900 ⁰G und' einer Haltedauer von Stunden» Danach erfolgt das Abkühlen des Zahnrades in einem Zwischenbad (Salzbad) mit einer Temperatur von 300 ⁰C und einer Haltedauer von 2 Stunden«The first treatment phase of the prepared in this way gear consists in austenitizing in a salt bath with a temperature of 900 ⁰ G and 'a holding period of hours »Thereafter, the cooling of the gear in an intermediate bath (salt bath) with a temperature of 300 ⁰ C and a Holding time of 2 hours «

Während der Überführung des Zahnrades von dem Austenitisierungs« bad in das Zwischenbad zeichnet der mit dem MantelthermoelementDuring the transfer of the gear from the austenitizing bath to the intermediate bath, it draws with the jacket thermocouple

verbundene Linienschnellschreiber, der eine Papiergeschwindigkeit von 1 mm/s aufweist, d en. Abloihlv erlauf im Temperaturintervall^Austenitisierungstemperatur und Zwischenbadtemperatur - graphisch auf« Anhand der aufgezeichneten Abkühlkurve kann nunmehr die Abkühlgeschwindigkeit innerhalb des 'Temperaturintervalls zwischen 600 und 500 C ermittelt werden* Dieser ermittelte Istwert wird- mit dem Sollwert von 7 °C/s verglichen» Aufgrund der festgestellten Temperaturunterschiede erfolgt das Verändern der Temperatur im Zwi« schenbad so lange, bis beide Werte übereinstimmen» Diese empirische Ermittlung ergab, daß die Zwischenbadtemperatur ЗбО ⁰G betragen muß, um bei einem Zahnrad mit Modul 4 eine Abkühlgeschwindigkeit von 7 °C/s innerhalb des Temperaturintervalls zwischen 6OO und 500 ⁰C zu erreichen«.connected line scribers having a paper speed of 1 mm / s d. Abloihlv erlauf in the temperature interval ^ austenitizing temperature and intermediate bath temperature - graphically on «Based on the recorded cooling curve now the cooling rate within the 'temperature interval between 600 and 500 C can be determined * This determined actual value is compared with the setpoint of 7 ° C / s If the difference in temperature is determined, the temperature in the bath is changed until both values coincide ». This empirical determination showed that the intermediate bath temperature ЗбО must be ⁰ G in order to achieve a cooling rate of 7 ° C / s within the module 4 Temperature interval between 6OO and 500 ⁰ C to achieve «.

Uach dieser Wärmebehandlung im Zwischenbad erfolgt als letste Behandlungsphase das Abkühlen des Zahnrades in Wasser auf Raumtemperatur*After this heat treatment in the intermediate bath, cooling of the gear in water to room temperature takes place as the last treatment phase.

Durch diese isothermische Wärmebehandlung hat sich im Gefüge des Zahnrades ein Restaustenitgehalt von 46 % gebildet« Es ist somit ein Behandlungszustand erreicht worden, der neben einem hohen Verschleißwiderstand auch sehr gute dynamische Festigkeitseigenschaften besitzt© Die ökonomischen Auswirkungen bestehen darin, daß eine Substitution von Einsatzstählen durch unlegiertes Gußeisen mit Kugelgraphit gegeben ist und darüberhinaus durch die erfindungsgemäße Wärmebehandlung von unlegiertem Gußeisen mit Kugelgraphit teure Legierungselemente, wie ζ*Β«> Molybdän, Nickel, Kupfer, eingespart werden«This isothermal heat treatment has a retained austenite content of 46 % formed in the structure of the gear «It is thus a treatment state has been achieved, in addition to a high wear resistance also has very good dynamic strength properties © The economic effects are that a substitution of case hardening steels by unalloyed Cast iron with nodular graphite is given and, moreover, by the inventive heat treatment of unalloyed cast iron with spheroidal graphite expensive alloying elements, such as ζ * Β "> molybdenum, nickel, copper, are saved«

Die in diesem Ausführungsbeispiel beschriebene isotherme Wärmebehandlung bezieht sich auf ein als Funktionsmuster dienendes Zahnrad» Die hierbei erzielten Ergebnisse bilden die Grundlage für die Wärmebehandlungstechnologie aller Zahnräder innerhalb einer Modulreihe *The isothermal heat treatment described in this embodiment refers to a gearwheel serving as a functional pattern. The results obtained here form the basis for the heat treatment technology of all gears within a module row.

Durch Optimierung der erfindungsgeicäßen isothermen Wärmebehandlung ist es auch möglich« diese Lehre für Bauteile aus legiertem GuiSeisen mit Kugelgraphit anzuwenden·By optimizing the isothermal heat treatment according to the invention, it is also possible to use this teaching for components made of alloyed spheroidal graphite cast iron.

Claims

invention claim

1, Process for the formation of maximum retained austenite in components of non-alloyed ductile cast iron by isothermal heat treatment, v / obei the components heated to an austenitizing temperature of 900 ⁰ O to 1000 ⁰ C j held at this temperature for up to 3 hours, in a warm bath with a holding time of 1 1/2 to 3 hours at a temperature of 600 to 240 ⁰ C cooled and then cooled to room temperature, characterized by

that after austenitizing the castings are cooled in a "hot" bath at a cooling rate of 7 to 15 ° C / s within a temperature range of 600 to 500 ⁰ G »

2 * Procedure according to point I ₉
characterized by

that the cooling rate is preferably 7 ° C / s and within the temperature range between 600 and. 500 с by constantly evaluating the course of cooling in this critical temperature range while optimizing the bath temperature reached wildly,

3e procedure according to point 1 «, and 2 _e?
gekennseich.net by,

that the measuring of the temperature in the casting takes place by means of a quadruple thermocouple *