DD218779A3

DD218779A3 - Verfahren zur fertigung nahtloser ringe mit verbesserten federeigenschaften

Info

Publication number: DD218779A3
Application number: DD23913982A
Authority: DD
Inventors: Siegfried Lippmann; Ulrich Thieme; Werner Roettig; Heinz Kelm; Diether Wuensche
Original assignee: Federnwerk Zittau Veb
Priority date: 1982-04-20
Filing date: 1982-04-20
Publication date: 1985-02-13
Also published as: CS248290B1; RO85598A; RO85598B; CS246883A1

Abstract

DAS VERFAHREN ZUR FERTIGUNG NAHTLOSER RINGE MIT VERBESSERTEN FEDEREIGENSCHAFTEN BETRIFFT DIE HERSTELLUNG VON RINGFEDERN ODER RINGFOERMIGEN ELEMENTEN AUS STAHL, BEI DENEN DIE FEDERWIRKUNG DURCH ELASTISCHE DURCHMESSERVERAENDERUNGEN DER GINGE ZUSTANDE KOMMT. ZIEL DER ERFINDUNG IST DIE ANWENDUNG EINER KOMBINIERTEN UMFORM- UND WAERMEBEHANDLUNGSTECHNOLOGIE, DIE MIT VERRINGERTEM FERTIGUNGSAUFWAND ZU EINER VERBESSERUNG DER GEBRAUCHSEIGENSCHAFTEN DER FEDERRINGE FUEHRT. DER ERFINDUNG LIEGT DIE AUFGABE ZUGRUNDE, DURCH EIN GEEIGNETES VERFORMUNGS-TEMPERATUR-ZEIT-REGIME UNGUENSTIGE REKRISTALLISATIONSBEDINGUNGEN ZU SCHAFFEN, SO DASS SICH IM ZUSAMMENWIRKEN MIT DER MARTENSITUMWANDLUNG VERBESSERTE FEDEREIGENSCHAFTEN ERGEBEN. DIE AUFGABE WIRD DADURCH GELOEST, DASS DURCH EINE KOMBINIERTE THERMOMECHANISCHE BEHANDLUNG (WARMUMFORMUNG DES STABILEN AUSTENITS UND KALTUMFORMUNG DES ANGELASSENEN MARTENSITS) EIN GEFUEGEZUSTAND DES FERDERSTAHL ERREICHT WIRD, DER DURCH EINE GROESSERE ELASTISCHE VERFORMBARKEIT UND VERMINDERTE RISSBILDUNGSNEIGUNG BEI STATISCHER UND DYNAMISCHER BEANSPRUCHUNG GEKENNZEICHNET IST. DIE ERFINDUNG KANN IN BETRIEBEN DER METALLURGIE UND DER METALLVERARBEITENDEN INDUSTRIE BEI DER FERTIGUNG VON RINGEN MIT FEDEREIGENSCHAFTEN VERWENDET.

Description

Verfahren zur Fertigung nahtloser Ringe mit verbesserten Federeigenschaften

Anwendungsgebiet der Erfindung '

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kombinierten Schaffung von Form- und Stoffeigenschaften bei nahtlosen Ringen mit verbesserter statischer und dynamischer Belastbarkeit, die für Ringfedern und andere Ringelemente benötigt werden, bei denen die Federwirkung durch elastische Vergrößerung oder Verkleinerung des Ringdurchmessers zustand ekommt. . ,

•

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Nach den bekannten Verfahren werden nahtlose Ringe entweder durch Ringwalzen zwischen zwei profilierten Walzen in einer Stufe bzw. in mehreren Stufen bei Warmformtemperatur oder durch Schmieden im Gesenk mit anschließendem Kalibrieren bei Schmiede- bzw· Walztemperatür hergestellt· Zur Erzielung der für Federelemente notwendigen Festigkeit werden diese Ringe entweder in gesonderten Wärmebehandlungseinrichtungen vergütet oder unmittelbar von Warmformgebungstemperatur abgeschreckt und danach angelassen, wobei beim Abschrecken als Mindesttemperatur die bei Federstählen übliche Härtetemperatur gefordert wird (s* WP C 21 D/141 038). Es ist bekannt, daß bei Anwendung der hochtemperaturthermomechanischen Behandlung mit Martensitumwandlung vor allem durch einen Umformgrad von >20 % im letzten Schritt dicht o'berhalb A, eine

t i- hip j η ο η ^ η Ό 'ν nii^;i?

Verbesserung der Werkstoffeingeschaften zu erreichen ist. Damit verbunden sind bei den bekannten Verfahren zur. Fertigung von Federringen die. Nachteile, daß , . .. '

- bei den üblichenVergütungsverfahren wesentliche Reserven zur möglichen Verbesserung des statischen und dynamischen Festigkeitsverhaltens der Federstähle ungenutzt bleiben; . .

.- bei der,Anwendung der höchtemperaturthermomechanischen .Behandlung auch bei einer Endumformtemperatur, die dicht oberhalb A- liegt, beiden verwendeten Federstählen die Rekristallisation noch zu einem beträchtlichen Abbau der Gitterdefekte führt, so daß damit nur eine"teilweise·' Verbesserung der Werkstoffeigenschaften, insbesondere' der Streckgrenze und der Dauerfestigkeit, erreicht Wird;

- durch eine Kalibrierung bei Warmformgebungstemperatur mit , einem Umformgrad < 15 % eine Rekristallisation ausgelöst ,wird, die gleichfalls die durch Anwendung der hochtempe-

raturthermomechanischen Behandlung mit Martensitumwand- .. . ' lung erreichbaren .Eigenschaftsänderungen einschränkt·,

- bei Anwendung ausreichend hoher Umformgrade bei niedrigen Endumformtemperaturen zur Erzielung größtmöglicher Eigenschaft^sverbesserungen durch thermomechanisch^ Behandlung.

, infolge derhohen Formänderungsfestigkeit der umzuformenden Stähle eine hohe Beanspruchung der Umformmaschinen und ein großer Verschleiß der Umformwerkzeuge eintritt·

Ziel der Erfindung

Ziel der'Erfindung ist die Schaffung einer kombinierten Umform- und Wärmebehand.lungstechnologie, die bei geringstem Energieaufwand und bei reduzierter Prozeßstufenzahl zur. Fertigung von nahtlosen Ringen mit verbesserten Federeigenschaf ten hinsichtlich Elastizität, Zähigkeit, Dauerfestigkeit, Belastbarkeit und Dämpfungsvermögen ohne zusätzlichenIe- gierungsaufwand geeignet ist* ^x

Darlegung-des Wesens der Erfindung; ' ' ".

Der'Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, im Ergebnis der. Warmumformung einen nicht vollständig rekristallisierten Gefügezustand- mit relativ stabilem Subgefüge und verbesserten Werkstoffeigenschaften nach dem Abkühlen durch einen ausreichend hohen Umformgrad im letzten Schritt im Zusammen-¹ wirken mit der Schaffung ungünstiger Rekristallisations- _:. bedingungen durch ein geeignetes'Temperatur-Zeit-Regime : zu erzielen· _: -.""

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird .erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,4.0 bis 0,70%, einem Siliziumgehalt bis 2,00 %_t einem Mn-Gehalt bis 1,10 % und einem Chrqmgehalt bis zu 1,20 % als Hauptlegierungselemente bei einer Temperatur zwischen 1050 ⁰C ind 1200 ⁰C austenit-isiert und bei Temperaturen oberhalb 950 ⁰C zu einem konzentrisch ge- : lochten runden Rohling vorgeschmiedet wird. Dieser Rohling wird,entweder im Gesenk fertig geschmiedet oder auf einem: Ringwalzwerk, in einem Schritt oder in mehreren Stufen ', - -":'.'- fertig gewalzt, wobei das Temperatur-Zeit-Regime bei der . Warmumformung so zu wählen ist, daß die Endumformtempera- . tür maximal 850 ⁰C beträgt. Danachwerden die Ringe ohne \ Kalibrierung innerhalb von 3 bis 20 s abgeschreckt ,.bei ^:. Temperaturen von 4OO bis 480 C angelassen und anschließend mit einem Umformgrad von maximal 5 % bei.Anlaßtemperatur oder Raumtemperatur kalibriert« Das Abschrecken erfolgt ^: \ wie bekannt in Öl, Wasser oder Wasser mit Zusätzen;zur -,: Beeinflussung der Abkühlwirkung« Diese kombinierte thermo-, mechanische Behandlung (Warmumformung des stabilen Austenits durch Gesenkschmieden oder Ringwalzen, kombiniert mit einer Umformung des angelassenen Martensits beim Kalibrieren) hat eine MikroStruktur zum Ergebnis, die das Festigkeits-, -.". verhalten dieses Stahls im Vergleich zur konventionellen Behandlung wesentlich verbessert, d,h* sowohl die Beiast- \ barkeit infolge einer größeren elastischen Verformbarkeit erhöht al3 auch infolge verbesserter'Zähigkeit die .

Bruchgefahr bei statischer und dynamischer Beanspruchung vermindert und damit die lebensdauer erhöht·

Ausführungs bei spiel " ' · ' . ·

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbei- splel näher erläutert» .

Das VOrmäterial der Stahlqualität 62 SiCr 5 wird beispielsweise;! η Sorrri von zylindrischen Abschnitten bei einer.Temperatur von 1100 C austenitisiert und au,einem konzen- ' trisch gelochten runden Rohling in mehreren Schritten, umgeschmiedet, wobei die Kindesttemperatur von 950 ⁰C am Ende des Schmiedens eingehalten werden muß. Anschließend wird der Rohling mit einer Anfangstemperatur von mindestens 900 C auf dem Ringwalzwerk in zwei Stichen fertiggewalzt, wobei die Endumformtempera tür 85o C nicht überschritten

. werden darf· , .

Das zunächst beschriebene Beispiel 'bezieht .sich auf das.

.Kalibrieren bei Anlaßt empera.tur· Dabei wird der Ring nach dem PertigwaIzen mit einer Temperatur von 850 ⁰C innerhalb, von 15 s In öl abgeschreckt und bei einer Temperatur v.on 470 ⁰C angelassen· Daran schließt sich ein Kalibrieren bei Anlaßtemperatur an, indem der Ring um maximal 5 %,bei einer Mindesttemperatur von 400 ⁰C verformt wird* Das ' weitere Beispiel bezieht sich auf das Kalibrieren der Ringe bei Raumtemperatur nach dem Anlassen· Dabei wird der thermomechanisch behandelte, martensitisch umgewandelte und bei 470 ⁰G angelassene Ring nach'Abkühlung bei Raumtemperatur

. mit-einem ümformgrad von maximal 3 % 'kalibriert»..

Während im Vergleich zur konventionellen Behandlung die über eine hochtemperatürthermomechanische Behandlung gefertigten Federringe bei gleicher Härte zwar wesentlich besser plastisch formbar sind, was die verbesserte Zähigkeit des Stahles ausdrückt, wird durch die Anwendung der kombinierten .thermomechanischen Behandlung bei gleicher Härte und verbesserter Zähigkeit außerdem noch die

Elastizitäts- und Fließgrenze zu höheren Spannungen verschoben, so daß diese Ringe verbesserte Federeigenschaften besitzen, indem sie in hohem Mäße elastisch verformbar sind, hohe statische und dynamische Belastungen ertragen können und infolge der verbesserten Zähigkeit bei hohen mechanischen Beanspruchungen örtliche Spannungskonzentrationen durch plastische Verformung ausgleichen können,

Claims

Erfindungsanspruch .

1. Verfahren zur Fertigung nahtloser Ringe mit verbesserten , Federeigenschaften durch Warmformgebung mit nachfolgendem Vergüten aus der Warmformgebungswärme, gekennzeichnet dadurch, daß ein konzentrisch gelochter runder. . Rohling aus einem Stahl mit einem Gehalt von 0,40. bis 0,70 % Kohlenstoff, bis 1,20 % Chrom, bis zu 2,0 % Silizium und bis zu 1,10 % Mangan, der nach dem Austenitisieren im Temperaturbereich von 1050 bis 1200 ⁰C durch . Vorschmieden bei Temperaturen oberhalb von 1000 ⁰C ge- fertigt wurde, nachfolgend bei einer Endumformtemperatur .. 'von'maximal 850 ⁰C zu Ringen umgeformt, anschließend', innerhalb von 5 bis 20 s von einer Temperatur von maximal 850 ⁰C abgeschreckt sowie bei Temperaturen von 400 bis ,480 ⁰C miteiner Haltedauer von 8 bis 30 min angelassen und danach bei einer Mindesttemperätür von 400 ⁰C' mit einem Umformgrad von maximal 5 % kalibriert wird*

2* 'Verfahren nach Punkt !,gekennzeichnet dadurch, daß die, warmgeformten Ringe nach dem Abschrecken und Anlassen, bei Raumtemperatur mit einem Umformgrad von weniger als 5 % kalibriert werden·

3* Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die

warmumgeformten Ringe vor dem Abschrecken im Temperatur-' bereich zwischen 700 und 800 ⁰C kalibriert und innerhalb .von 5 bis 20 s abgeschreckt sowie bei Temperaturen von

400 bis 480 ⁰C während einer Haltedauer von 6 bis 30 min ·. angelassen werden« . . .

4# Verfahren nach Punkt "1, 2 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß die konzentrisch'gelochten runden Rohlinge durch Gesenkschmieden oder Ringwalzen mit einer Endumform- · temperatur von maximal 850 ⁰C zu Federringen umgeformt werden.,, . . , : '

5·' Verfahren nach Punkt 1, 2 und 3, gekennzeichnet dadurch,

daß das .-Abschrecken in Öl. Wasser oder wäßrigen Lösungen >rfolgt,

6· Verfahren nach Punkt 1,2 und 3» gekennzeichnet dadurch, daß die kombinierte thermomechanische Behandlung bei Pederelementen für Blattfedern und Schraubenfedern angewendetwird.