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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kalt/Warmbearbeitungs- und Wärmebehandlungsverfahren
für hochlegierten
Stahl der Gruppe mit hohem Kohlenstoffgehalt, insbesondere eine
nach einem Kalt/Warmschmiedevorgang durchzuführende isostatische Heißpressbehandlung
(Hot Isostatic Pressing Treatment = HIP) bei hoher Temperatur und
hohem Druck von hochlegiertem Stahl der Gruppe mit hohem Kohlenstoffgehalt,
sodass Risse und Hohlräume
des Primärcarbids,
die durch das Kalt/Warmschmieden gebildet wird, wirksam beseitigt
werden können,
wodurch eine Reduzierung der mechanischen Festigkeit und eine Beeinträchtigung
der Gleit-Verschleißfestigkeit
infolge der Risse und Hohlräume
des Primärcarbids
wirksam verhindert werden.
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Aus
JP 02088747 A ist
es bekannt, eine verschleißbeständige Eisenlegierung
mit hohem Kohlenstoffgehalt und hohem Chromgehalt durch eine isostatische
Heißpressbehandlung
der Ausgangspulvermischung herzustellen.
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Teile
und Bauteile, die aus hochlegiertem Stahl der Gruppe mit hohem Kohlenstoffgehalt
hergestellt und die beispielsweise bei Maschinenteilen, Kraftfahrzeugteilen
usw. verwendbar sind, sind in einer Weise hergestellt worden, dass
ein säulenförmiges Basiselement
oder ein nach Art eines quadratischen Pfeilers gestaltetes Basiselement
nach einem Heißformen
oder maschinellen Bearbeiten im Wege einer Anlass-, Härtungs- und
Temperungsbehandlung verarbeitet wird. Wenn die Teile und Bauteile,
die aus hochlegiertem Stahl der Gruppe mit hohem Kohlenstoffgehalt
hergestellt werden, im Wege der Kaltbearbeitung, beispielsweise
im Wege des Kaltschmiedens verarbeitet werden, wie dies im allgemeinen
bei in Massen hergestellten Teilen und Bauteilen angewandt wird,
wird viel harter und großkörniger Primärcarbid
kristallisiert, sodass nicht nur das Bearbeitungsgesenk verschleißen kann,
sondern auch die so verarbeiteten Teile und Bauteile infolge der
unvermeidlich gebildeten Risse und Hohlräume des Primärcarbids
mit Wahrscheinlichkeit reißen.
Daher wird es als schwierig angesehen, die Kaltbearbeitung, beispielsweise
das Kaltschmieden, bei den oben angegebenen Teilen und Bauteilen
zur Anwendung zu bringen.
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Gegenwärtig werden
jedoch infolge der Entwicklung von verschleißfestem Gesenkstahl oder Schmiermitteln
oder der Zuführung
von Teilen und Bauteilen mit guter Abmessungsgenauigkeit und weicher
Materialcharakteristik einige der Teile und Bauteile im Wege des
Kalt/Warmschmiedens bei einer Temperatur niedriger als 600°C hergestellt.
Weil es jedoch schwierig ist, die Bildung von Rissen und Hohlräumen des
Primärcarbids vollständig zu
verhindern, wird der oben angegebene Kalt/Warmschmiedevorgang nur
an Teilen und Bauteilen durchgeführt,
die für
ein eingeschränktes
Gebiet anwendbar sind, bei dem die Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaft
anerkanntermaßen
zulässig
ist und das Vorhandensein von Rissen und Hohlräumen des Carbids nicht so gefährlich ist.
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Schritt
haltend mit der Notwendigkeit eines Hochdruck-Zuführungssystems
für Kraftstoff
bei Fahrzeugen und einer mit hoher Geschwindigkeit bzw. Drehzahl
arbeitenden Maschinenanlage besteht weiterhin gegenwärtig die
Tendenz, dass in hohem Maße
starre bzw. steife Teile und Bauteile verlangt werden und, sofern möglich, diese
Teile und Bauteile in Hinblick auf eine Kostenreduzierung im Wege
des Kalt/Warmschmiedens hergestellt werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist in Hinblick darauf gemacht worden, die
in Hinblick auf das oben angegebene Bedürfnis möglichen Probleme zu lösen, und
es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kalt/Warmbearbeitungs-
und Wärmebehandlungsverfahren
für hochlegierten
Stahl der Gruppe mit hohem Kohlenstoffgehalt zu schaffen, das die
Eigenschaft aufweist, dass dann, wenn ein Bauteil aus rostfreiem
Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt oder aus hochlegiertem Stahl der
Gruppe mit hohem Kohlenstoffgehalt im Wege der Kalt/Warmbearbeitung,
beispielsweise des Schmiedens, mit dem Ziel einer höheren Produktivität und geringerer
Kosten hergestellt wird, Risse und Hohlräume des Primärcarbids,
die durch das Kalt/Warmschmieden gebildet werden, wirksam beseitigt
werden können.
Als eine Folge in Hinblick auf das so verarbeitete Bauteil kann
ein Nachteil wie beispielsweise ein Stab vollständig aus hartem Carbid an den
Gleitbereichen desselben gelöst
werden, während
die Luftdichtigkeit gewährleistet
werden kann und die mechanische Charakteristik verbessert sein kann.
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Um
die oben angegebene Aufgabe zu lösen
umfasst das Verfahren die Schritte der Durchführung der Kalt/Warmbearbeitung
bei einer Temperatur niedriger als 800°C, um eine plastische Deformation
von mehr als 10% in Hinblick auf ein Bauteil zu bewirken, das viel
kristallisierten Primärcarbid
aufweist und aus mindestens einer Art eines hochlegierten Stahls
der Gruppe mit hohem Kohlen stoffgehalt einschließlich rostfreiem Stahl mit
hohem Kohlenstoffgehalt und Werkzeugstahl hergestellt ist, sodass
Risse und Hohlräume
in dem kristallisierten Primärcarbid
gebildet werden können,
und der Durchführung
einer isostatischen Heißpressbehandlung des
Bauteils, sodass die Risse und Hohlräume in dem Primärcarbid
beseitigt werden können.
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Rostfreier
Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt enthält mehr als 0,5 Massen-% Kohlenstoff
und mehr als 8 Massen-% Chrom, und Werkzeugstahl enthält mehr
als 0,5 Massen-% Kohlenstoff und mehr als 0,5 Massen-% mindestens
eines Carbid erzeugenden Metallelements einschließlich Chrom,
Molybdän,
Wolfram, Vanadium, Niobium und Titan.
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Es
ist mehr zu bevorzugen, die Kalt/Warmbearbeitung in Hinblick auf
das Bauteil, das aus dem oben angegebenen Stahl hergestellt ist,
in einer Weise durchzuführen,
dass das so kristallisierte Primärcarbid
zu hinsichtlich seiner Korngröße feinerem
Carbid zerbrochen wird, während
Risse und Hohlräume
in dem Bauteil ausgebildet werden, und dann die isostatische Heißpressbehandlung
des Bauteils durchzuführen,
sodass die in dem Bauteil gebildeten Risse und Hohlräume mit
Basismaterial des Bauteils aufgefüllt werden können. Als eine
Folge wird die Schlagfestigkeit des Bauteils nach der isostatischen
Heißpressbehandlung
stärker
als vor der Heiß/Warmbehandlung
wegen der Veränderung
des Primärcarbids
zu hinsichtlich seiner Korngröße feinerem
Carbid in dem Bauteil.
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Als
Bedingungen der isostatischen Heißpressbehandlung wird das Bauteil
vorzugsweise bei einer Temperatur höher als als 900°C bei einem
Druck höher
als 88,2 MPa und während
einer Eintauchzeit länger als
0,5 Stunden in einem Inertgas verarbeitet.
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Ferner
wird es bevorzugt, eine Härtungsbehandlung
des Bauteils nach der isostatischen Heißpressbehandlung zum Beseitigen
der Risse des Primärcarbids
im Wege einer geeigneten Einstellung der Kühlgeschwindigkeit des Bauteils
durchzuführen.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sowie Arbeitsverfahren
und die Aufgabe der zugehörigen
Teile ergeben sich aus einem Studium der nachfolgenden Detailbeschreibung,
der beigefügten
Ansprüche
und der Zeichnungen, die alle Teil dieser Anmeldung bilden. In den
Zeichnungen zeigen:
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1 eine
Ansicht mit der Darstellung der Abmessung und Gestalt eines Kaltschmiedebauteils
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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2 ein
Diagramm mit der Darstellung der Beziehung zwischen der Bearbeitungszeit
und dem Prozentsatz der Abmessungsveränderung bei der Durchführung der
HIP-Behandlung in Hinblick auf das Bauteil, das Risse und Hohlräume des
Primärcarbids
aufweist;
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3 ein
Diagramm mit der Darstellung von Vergleichen der mechanischen Eigenschaften
(Härte
und Schlagfestigkeit) von Bauteilen, die aus einem ausschließlich heißgewalzten
Material, aus einem im Wege des Kaltschmiedens verarbeiteten Material
und aus einem im Wege einer HIP-Behandlung verarbeiteten Material hergestellt
sind;
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4A eine
Microfotografie mit der Darstellung der inneren Microzusammensetzung
eines Bauteils vor dem Kaltschmieden;
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4B eine
schematische Ansicht mit teilweiser Darstellung der Microfotografie
von 4A;
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5A eine
Microfotografie mit der Darstellung der inneren Microzusammensetzung
eines im Wege des Kaltschmiedens extrudierten bzw. gestreckten Bauteils;
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5B eine
Microfotografie mit der Darstellung der inneren Microzusammensetzung
eines im Wege des Kaltschmiedens gestauchten Bauteils;
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5C eine
schematische Ansicht mit teilweiser Darstellung der Microfotografie
von 5A;
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5D eine
schematische Ansicht mit teilweiser Darstellung der Microfotografie
von 5B;
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6A eine
Microfotografie mit der Darstellung der inneren Microzusammensetzung
eines im Wege des Kaltschmiedens extrudierten bzw. gestreckten und
im Wege einer Weichglühbehandlung
und eines allgemeinen Anlassens verarbeiteten Bauteils;
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6B eine
schematische Ansicht mit teilweiser Darstellung der Microfotografie
von 6A;
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7A eine
Microfotografie mit der Darstellung der inneren Microzusammensetzung
eines im Wege des Kaltschmiedens extrudierten bzw. gestreckten und
im Wege einer HIP-Behandlung verarbeiteten Bauteils;
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7B eine
schematische Ansicht mit teilweiser Darstellung der Microfotografie
von 7A;
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8A eine
teilweise vergrößerte Microfotografie
von 7A; und
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8B eine
schematische Ansicht mit teilweiser Darstellung der Microfotografie
von 8A.
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Stahlmaterial
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist irgendeine Art von Stahl, bei dem viel harter Primärcarbid
großer
Korngröße kristallisiert
wird und, wenn der Stahl im Wege des allgemein verwendeten Kaltschmiedens
verarbeitet wird, die Bildung von Rissen und Hohlräumen des
Primärcarbids
unvermeidbar ist. D.h., der Stahl ist eine Art von hochlegiertem
Stahl der Gruppe mit hohem Kohlenstoffgehalt wie rostfreier Stahl mit
hohem Kohlenstoffgehalt und Werkzeugstahl.
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Der
rostfreie Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt enthält mehr als 0,5 Massen-% Kohlenstoff
und mehr als 8 Massen-% Chrom, und der Werkzeugstahl enthält mehr
als 0,5 Massen-% Kohlenstoff und mehr als 0,5 Massen-% mindestens
eines Carbid erzeugenden Metallelements einschließlich Chrom,
Molybdän,
Wolfram, Vanadium, Niobium und Titan.
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Typische
Beispiele für
rostfreien Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt sind SUS 440A, SUS
440B und SUS 440C, und typische Beispiele für Werkzeugstahl sind SKD 11,
SKD 12, SKH 2, SKH 51 und SKH 59.
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Wie
oben angegebenen worden ist, wird, wenn ein Bauteil, das aus einem
hochlegiertem Stahl der Gruppe mit hohem Kohlenstoffgehalt, beispielsweise
aus SKD 11, hergestellt ist, im Wege des Kaltschmiedens verarbeitet
wird, um eine plastische Deformation von mehr als 10% zu erhalten,
es für
unvermeidbar angesehen, dass Risse des Primärcarbids größer als 20 μm und Hohlräume auf beiden Seiten des Primärcarbids
ausgebildet werden. Jedoch wird als eine Folge von Versuchstests,
die weiter unten noch beschrieben werden, angenommen, dass eine
isostatische Heißpressbehandlung
(nachfolgend bezeichnet als HIP-Behandlung) unter
den unten angegebenen Bedingungen für die Beseitigung der Risse
und Hohlräume,
die durch das Kalt/Warmschmieden ausgebildet werden, sehr wirksam
ist.
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Die
Bedingungen der HIP-Behandlung werden unten zusammengefasst.
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Atmosphärisches
Gas (unter Druck stehendes Zwischengas): ein Inertgas.
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Weil
hochlegierter Stahl der Gruppe mit hohem Kohlenstoffgehalt eine
bemer kenswert geringe Oxidationsbeständigkeit bei hoher Temperatur
besitzt, sodass das Bauteil, das aus dem Stahl hergestellt ist,
mit Wahrscheinlichkeit decarbonisiert und sich wahrscheinlich Schalen
bzw. Schuppen an seiner Oberfläche
bilden, wird es bevorzugt, die Wärmebehandlung
in dem Inertgas, beispielsweise in Argongas, durchzuführen.
Temperatur:
höher als
900°C.
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Die
Fließbeanspruchung
von hochlegiertem Stahl der Gruppe mit hohem Kohlenstoffgehalt wird
bei Temperaturen höher
als 900°C,
d.h. oberhalb des Umwandlungspunktes von α zu γ, sehr niedrig, sodass seine Deformierbarkeit
hoch sein kann. Wenn die Aufheiztemperatur niedriger 900°C ist, wird
die Fließbeanspruchung
des Stahls hoch, und wird der relative Druck niedrig, sodass es
unwahrscheinlich ist, dass sich der Stahl deformiert. Daher ist
die Temperatur der HIP-Behandlung vorzugsweise höher als 900°C.
Angewandter Druck: höher als
88,2 MPa (900 kgf/cm2).
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Es
ist hinlänglich
bekannt, dass der Wert der Zusammenpressungs-Fließbeanspruchung
von hochlegiertem Stahl der Gruppe mit hohem Kohlenstoffgehalt,
beispielsweise von SKD 11, entsprechend der Veränderung der Deformationsgeschwindigkeit
veränderbar
ist, wie in Tabelle 1 dargestellt ist. Daher kann, wenn das bearbeitete
Bauteil, das aus SKD 11 hergestellt ist, der die Risse und Hohlräume des
Primärcarbids
aufweist, im Wege der HIP-Behandlung verarbeitet wird, bei der die
Deformationsgeschwindigkeit beachtenswert niedrig ist (beispielsweise
6 × 10–3 mm/sec)
bei einem Druck höher
als 88,2 MPa (900 kgf/cm2) und einer Temperatur von
900°C (höher als
34,7 MPa bei einer Temperatur von 1.100°C) theoretisch bewiesen werden,
dass die Risse und Hohlräume
zusammengedrückt
werden, um auf diese Weise vollständig zu verschwinden.
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Aus
dem oben angegebenen Grund wird es bevorzugt, dass die HIP-Behandlung
bei einem Druck größer als
88,2 MPa (900 kgf/cm2) durchgeführt wird.
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Obwohl
es keine obere Grenze für
den angewandten Druck gibt, ist ein Druck von 117,6 MPa (1.200 kgf/cm
2) als obere Grenze in Hinblick auf die Effektivität der Ausrüstung zu
bevorzugen. Tabelle 1
Zusammenpressungs-Deformationsgeschwindigkeit (mm/sec) | Fließbeanspruchung
(MPa) |
900°C | 1.000°C | 1.100°C | 1.200°C |
700
(Hammer) | 245 | 245 | 215 | 147 |
6
(Presse) | 98,0 | 58,8 | 53,9 | 39,2 |
6 × 10–3 (Zusammenpressungstest-Maschine) | 88,2 | – | 34,7 | – |
Behandlungszeit: länger als 0,5 Stunden.
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Es
ist theoretisch bezeichnend, dass die HIP-Behandlung nur während einer
kurzen Zeitspanne bei der vorbestimmten Temperatur und mit dem vorbestimmten
Druck in ausreichender Weise durchgeführt werden kann. Als eine Folge
des unten beschriebenen Versuchstests ist die Abmessungsveränderung
des Teststücks
nach Verstreichen einer Eintauchzeit von 15 Minuten fast vollständig erfüllt, wie
in 2 dargestellt ist. Daher liegt die Behandlungszeit
bei hoher Temperatur und hohem Druck unter einem praktischen Gesichtspunkt
vorzugsweise bei 0,5 Stunden.
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Die
oben angegebenen Bedingungen der HIP-Behandlung sind nicht nur für SKD 11,
sondern auch für jede
Art von hochlegiertem Stahl der Gruppe mit hohem Kohlenstoffgehalt
anwendbar.
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Nachfolgend
werden als Nächstes
die Ergebnisse von Versuchstests beschrieben.
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Nachdem
hochlegierter Stahl der Gruppe mit hohem Kohlenstoffgehalt (SKD
11), der die in Tabelle 2 angegebene Zusammensetzung hinsichtlich
seines Gehalts aufweist, im Wege eines Herstellungsvorgangs für einen
Rohling in einem Elektro-Ofen, im Wege eines Schmiedevorgangs, im
Wege eines Walzvorgangs und im Wege eines Anlassvorgangs bei einer
Temperatur von 850°C
bis 870°C
zur Erzielung einer HRB-Härte
von 90 bis 93 bearbeitet worden ist, werden ungünstige Oberflächenschichten,
wie beispielsweise decarbonisierte Schichten, durch maschinelle
Bearbeitung entfernt. Dann werden Testproben je mit einem Durchmesser
von 24 mm hergestellt Tabelle 2
| (Massen-%) |
| C | Si | Mn | P | S | Ni | Cr | Mo | V |
SKD
11 | 1,47 | 0,27 | 0,42 | 0,005 | 0,004 | 0,11 | 11,49 | 0,91 | 0,32 |
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Nach
dem Zerschneiden der Teststücke
in kleine Stücke
wird jedes der Teststücke
im Wege eines Extrusions- bzw. Streck-Kaltschmiedens um 50% und
im Wege eines Stauch-Kaltschmiedens um 50% zur Ausbildung einer
in 1 dargestellten Gestalt bearbeitet. Zu diesem
Zweck wird eine 400-Tonnen-Stufenpresse mit
einem Extrusions- bzw. Streckgesenk in einer ersten Stufe und mit
einem Stauchgesenk in einer zweiten Stufe ausgestattet. Die Teststücke werden
im Wege einer Phosphatisierungsbehandlung mit einem Oxalat und im
Wege einer Beschichtungsbehandlung mit einem Schmiermittel (Molybdändisulfid)
zum Schutz der Arbeitsflächen
des Gesenks und zur Verhinderung eines Festfressens und Scheuerns
der Oberflächen
der Arbeitsteststücke
verarbeitet. Das Extrusions- bzw. Streck-Kaltschmieden mit einem
Arbeitsverhältnis
von 50% und das Stauch-Kaltschmieden mit einem Arbeitsverhältnis von
50% werden in dieser Reihenfolge kontinuierlich durchgeführt. Die
so bearbeiteten Teststücke
zeigen ein sehr gutes abschließendes
Erscheinungsbild mit einer zulässigen
Abmessungsgenauigkeit und ohne Defekte und Risse an ihren Oberflächen.
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Andererseits
werden Risse des Primärcarbids
und Hohlräume
auf beiden Seiten des Primärcarbids
in den inneren Zusammensetzungen sowohl der extrudierten bzw. gestreckten
als auch der gestauchten Bereiche der Teststücke ausgebildet, deren Mikrozusammensetzungen
in 5A bzw. 5B dargestellt
sind. Im Vergleich mit der Zusammensetzung des Teststücks vor
dem Kaltschmiedevorgang gemäß Darstellung
in 4A ist die Ausbildung der Risse und Hohlräume in dem
Ausmaß merklicher,
dass die Bauteile nicht als Maschinenbauteile verwendet werden können, ohne
diese Risse und Hohlräume
zu beseitigen.
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Wie
in 4B schematisch dargestellt ist, ist in einem Teil
des Primärcarbids,
der in der Zusammensetzung des Teststücks vor dem in 4A dargestellten
Kaltschmieden ausgebildet worden ist, viel Primärcarbid in der Zusammensetzung
kristallisiert.
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Alles
Nächstes
zeigen 5A und 5B die
Mikrozusammensetzung der extrudierten bzw. gestreckten Bereiche
bzw. der gestauchten Bereiche, und zeigen 5C und 5D schematisch
einen Teil der Risse und Hohlräume
des Primärcarbids,
der in 5A und 5B dargestellt
ist.
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Wenn
das Teststück
extrudiert bzw. gestreckt wird, wird das Primärcarbid 10, wie in 5C dargestellt ist,
zwangsweise in der horizontalen Richtung der Zeichnung deformiert.
Jedoch kann die Deformation nicht der Deformation des Basismaterials
folgen, sodass das Primärcarbid 10 in
eine Vielzahl von kleinen Primärcarbidstücken 10a zerbrochen
wird. Daher werden Hohlräume 10b zwischen
der Vielzahl der Primärcarbidstücke 10a ausgebildet,
wie in der Zeichnung in schwarzer Farbe dargestellt ist (die Hohlräume sind
ebenfalls in schwarzer Farbe in den unten beschriebenen schematischen
Zeichnungen dargestellt).
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Ferner
wird, wenn das Teststück
gestaucht wird, Primärcarbid 20,
das in 5D dargestellt ist, in vertikaler
Richtung der Zeichnung infolge der Scherkraft, die bei der Deformation
des Teststücks
in vertikaler Richtung wirkt, zerbrochen. Als eine Folge wird das
Primärcarbid 20 in
eine Vielzahl von kleinen Primärcarbidstücken 20a aufgesplittet,
und werden Hohlräume 20b zwischen
den kleinen Primärcarbidstücken 20a ausgebildet.
Weiteres in der Zeichnung dargestelltes Primärcarbid wird ebenfalls in kleine
Primärcarbidstücke zerbrochen,
und Hohlräume
werden ebenfalls zwischen den kleinen Primärcarbidstücken ausgebildet.
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Dann
ist bei dem Versuch, die Risse und Hohlräume des Primärcarbids
zu beseitigen, die Anzahl der Teststücke einer allgemein verwendeten
Anlassbehandlung bei einer Temperatur von 850°C bis 870°C unterzogen worden, die im
allgemeinen zum Beseitigen im Wege einer Beseitigung einer Bearbeitungsbeanspruchung
verwendet wird. Dann ist der Zustand, wie die Risse und Hohlräume beseitigt
werden, durch Beobachtung der Zusammensetzungen untersucht worden.
Die Untersuchung führte
zu keinen ausgeprägten
Veränderungen
im Vergleich mit der Zusammensetzung unmittelbar nach dem Kaltschmieden.
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Ferner
ist eine weitere Anzahl von Teststücken zuerst einer Weichglühbehandlung
bei 1.050°C
bis 1.150°C,
mittels der das Carbid in seiner Gestalt deformiert wird, damit
es sich von dem Basismaterial löst,
und eine Zusammen ziehung und eine Ausdehnung infolge der Umwandlung
bei dem Kühlungsvorgang
erfährt,
und dann der oben angegebenen allgemein verwendeten Anlassbehandlung
unterzogen worden. Nach den Behandlungen ist die Zusammensetzung
beobachtet worden, die zu einem unvollständigen Beseitigungszustand geführt hat,
wie in 6A dargestellt ist, bei dem
Körner
des Primärcarbids
minimiert und etwas abgerundet sind und die Risse und Hohlräume nur
etwas reduziert sind.
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Wie
in Hinblick auf einen Teil der Risse und Hohlräume, die 6A dargestellt
sind, schematisch in 6B dargestellt ist, sind Hohlräume 30b noch
zwischen kleinen Primärcarbidteilchen 30a verblieben,
in die das Primärcarbid 30 aufgeteilt
worden ist, dies sogar nach Abschluss der oben angegebenen Behandlungen.
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Ferner
ist eine weitere Anzahl von Teststücken einer HIP-Behandlung in
Argongas als unter Druck stehendem Zwischengas bei einer atmosphärischen
Temperatur von 1.100°C
in einem Ofen bei einem angewandten Druck von 117,6 MPa (1.200 kgf/mm2) und während
3 Stunden unterzogen worden. Dann sind die inneren Zusammensetzungen
der im Wege des Kaltschmiedens extrudierten bzw. gestreckten Teststücke beobachtet
worden.
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Als
eine Folge der Beobachtung sind, wie in 7A und 8A dargestellt
ist, die Hohlräume,
die durch die Risse des Primärcarbids
ausgebildet waren, mit Basismaterial aufgefüllt worden, und ist die Rundheit der
Körner
verbessert worden, sodass die Risse und Hohlräume wirksam beseitigt sind.
Wie schematisch in 7B und 8B dargestellt
ist, die einen Teil der Risse und Hohlräume zeigen, die in 7A und 8A dargestellt
sind, sind die Hohlräume 40a zwischen
den kleinen Primärcarbidstücken 40a,
die durch die Risse des Primärcarbids 40 ausgebildet
worden sind, vollständig
mit Basismaterial 40c aufgefüllt.
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Ferner
sind Bewertungstests hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften
von (A) Heißwalzmaterial, von
(B) Material, bei dem das Heißwalzmaterial
um etwa 50% im Wege des Kaltschmiedens bearbeitet ist, (nachfolgend
bezeichnet als "Kaltschmiedematerial") und von (C) Material,
bei dem das Kaltschmiedematerial weiter im Wege der HIP-Behandlung
behandelt ist, (nachfolgend bezeichnet als "HIP-Behandlungsmaterial") durchgeführt worden.
Teststücke
für einen t
Kerbe sind, sind aus (A) Heißwalzmaterial
ohne irgendeine weitere Behandlung, aus (B) Kaltschmiedematerial
weiter behandelt im Wege des Anlassens zum Enthärten bei einer Temperatur von
830°C und
aus (C) Behandlungsmaterial behandelt ebenfalls im Wege des Anlassens
zum Enthärten
bei einer Temperatur von 830°C
gebildet worden.
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Nachdem
die Teststücke
im Wege des Härtens
bei einer Temperatur von 1.030°C
in einem Vakuum-Wärmebehandlungsofen
und im Wege einer Unter-Null-Behandlung
bei einer Temperatur von –100°C weiter
behandelt worden sind, sind dann die Teststücke in drei Arten für jedes
der (A)-, (B)- und (C)-Materialien im Wege des Temperns bei Temperaturen
von 200°C,
von 300°C
bzw. von 500°C
klassifiziert worden, und sind die jeweiligen mechanischen Eigenschaften,
wie beispielsweise Schlagzähigkeit,
untersucht worden.
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3 zeigt
die Testergebnisse in Hinblick auf die jeweilige Schlagfestigkeit
des Materials. Der Wert der Schlagfestigkeit des Kaltschmiedematerials
(B) ist merklich geringer als derjenige des Heißwalzmaterials (A). Der Grund
hierfür
sind die Risse des Carbids und die Hohlräume, die durch das Aufsplitten
des Carbids gebildet sind, wie oben angegeben ist.
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Andererseits
ist der Wert der Schlagfestigkeit des HIP-Behandlungsmaterials (C)
höher als
derjenige des Heißwalzmaterial
(A), weil die Hohlräume
mit Basismaterial durch die HIP-Behandlung bei hoher Temperatur
mit hohem Druck aufgefüllt
sind und die Körner
des Carbids feiner sind.
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Daher
kann die Schlussfolgerung gezogen werden, dass die oben angegebenen
Testergebnisse ein neues Herstellungsverfahren für Stahlmaterial durch Bearbeitung
im Wege einer plastischen Deformation vorschlagen, bei dem Carbidkörner zu
feineren verändert
werden. Andererseits wird, wenn im Wege des Heißwalzens verarbeiteter Stahl
im Wege des Kalt/Warmschmiedens in einer Weise weiter verarbeitet
wird, dass das Primärcarbid
in Carbid mit feineren Körnern
aufgesplittet wird, ein Stahl, der bessere mechanische Eigenschaften,
beispielsweise eine verbesserte Schlagfestigkeit, aufweist, verfügbar.
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3 zeigt
die Testergebnisse der Eigenschaften der Verschleißfestigkeit
in Hinblick auf die drei Arten der oben eingegebenen Materialien
(A), (B), und (C). Das Kaltschmiedematerial (B) zeigt von den drei
Arten der Materialien (A), (B) und (C) den schlechtesten Wert der
Verschleißfestigkeit
und die geringste maximale Last. Dies ist schon dadurch begründet, dass
sich das Carbid infolge der Risse und Hohlräume wahrscheinlich löst und es
schwierig ist, eine höhere
Härte in
dem Material (B) zu erreichen. Andererseits zeigt das HIP-Behandlungsmaterial
einen ausgezeichneten Wert der maximalen Last, der zuvor nie erreicht
worden ist, wegen des in seiner Korngröße feineren Carbids und seiner
besseren Schlagfestigkeit. Tabelle 3
Testmaterial | Wärmebehandlungsbedingung | Größe der max.
Last (kN) |
Härten | Tempern | Härte (HRC) |
SKD
11 (Heißwalzmaterial) | 1.030°C AC | 200°C AC | 61,5 | 5,77 |
SKD
11 (Kaltschmiedematerial) | 1.030°C AC | 200°C AC | 61,5 | 4,80 |
SKD
11 (HIP-Behandlungsmaterial) | 1.030°C AC | 200°C AC | 61,0 | 6,39 |
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Erfindungsgemäß können die
Risse und Hohlräume
des Primärcarbids,
die durch die Kalt/Warmbearbeitung des hochlegierten Stahls der
Gruppe mit hohem Kohlenstoffgehalt unvermeidlich gebildet werden, wirksam
beseitigt werden. Als eine Folge können hochsteife bzw. hochfeste
Bauteile, die eine höhere
Luftdichtigkeit und eine bessere Verschleißfestigkeit bei der Benutzung
von Gleitbereichen aufweisen, mit höherer Produktivität und zu
geringeren Kosten hergestellt werden.