DE1408968A1 - Verfahren zur Herstellung von Staehlen hoher Festigkeit - Google Patents

Description

SfEEL COIiPABY, 1412~150th Street, Hammond, Indiana, OSA Verfahren zur Herstellung von Stählen hoher Festigkeit

Sie Erfindung betrifft die Herstellung eines neuen und verbesserten Stahles hoher Festigkeit» insbesondere ein metallurgisches Verfahren zur Verbesserung der physikalischen und mechanischen Eigenschaften von Stahl.

Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung einea neuen und verbesserten metallurgischen Verfahrens, mittels dessen die festigkeitaelgenachaften von Stahl in einfacher und wirksamer Weise verbessert werden können»sowie ferner die Schaffung eines Verfahrene, bei dem sich Verbesaerungen der Festig keitseigensohaften von Stahl erslelen lassen, ohne data, wie dies normalerweise su erwarten wäre, andere erwünschte meoha* nische und physikalische Eigenschaften des Stahls verloren gehen*

Diese und weitere Ziele sowie Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispielea der Erfindung in Zusammenhang alt der beiliegenden Zeichnung, in der eine Kurve dargestellt ist, die die mit der vorliegenden Erfindung erzielte Verbesserung der Fliefifestigkeit wiedergibt.

der vorliegenden Erfindung wird dem Verfahren sur Herstellung eines martens !tischen Stahles frlfnfMF raschen Abkühlung des Stahles auf Hartensitfora/mit der Ausnahme, daU der Martensitbildung «in Tempervorgang nicht unmittelbar folgt,

909805/0102

sondern erfindungagemäß sine Verfahrensstufe vorgesehen wird, innerhalb deren eine leichte Verformung des Stahle bei einer Temperatur urfcrhalb 93° C und vorzugsweise bei Baumtemperatur stattfindet» während der Stahl aich noch in Martensitform befindet* ffaoh dieaer Verformung des vorzugsweise frlach gebildeten marteneitiachen Stahles kann der Stahl,aο wie er let»verwendet oder getempert werden« Das den Gegenstand vor1legende$&rfIndung bildende Verfahren

besteht demnach darin» nach der »ohnell erfolgenden Abkühlung von Stahl» der auf eine Temperatur oberhalb dea Omwandlungsbereiehfts für Martenaitbildung erwärmt ist» vor der Temperung eine Verformung vorzunehmen. Ea wurde gefunden» daQ eine unerwartet große Steigerung der featlgkeitseigenschaften eintritt» wenn der martensitiache Stahl entsprechend vorliegender Erfindung einer geringfügigen« plastischen Verformung unterworfen wird» im Vergleich au denselben» in gleicher Welae bearbeiteten Stählen ohne den erf indungsgemäöen, datwisohen geschobenen Verformungsvorgang.

Ss wurde gefunden» daß die festigkeitseigenschaften des Stahls in bedeutendem MaSe in Abhängigkeit von Querschnittsverminderungen dee-j^artensitlaohen Stahles im Bereioh von einem Bruchteil e.V> bis ungefähr 4 $ und vorzugsweise im Bereich von ungefähr 0,25 bis 4- f> zunehmen. Sine zusätzliche Steigerung der Featigkeitseigenschaften wird bei Quersohnittaverminderungen über 4 f> erzielt, doch verflacht dae MaS der Steigerung beträchtlich gegenüber der Queraohnlttsverminderung im bevorzugten Bereich« Während die beschriebenen Verbesserungen der Festigkeitseigenschaften in Abhängigkeit von Quersohnittsverminderungen über 10 % beobachtet werden, liegt der Betrag der Verbesserung nicht über dem durch Querschnittsverminderungen unterhalb 10 Jt erreichten und es tritt eine beachtliche Verschlechterung der Streck- oder ZiehbarkeIt gemessen durch Sehnung und FlUohenverminderung ein» Ea ist daher vorteilhaft und praktisch» die Quersohnittaver-

BAD ORIGINAL - 3 ►

09Ö05/018 2

H08968

iiiinderung auf unter 10 $ eu begrenzen, vorzugsweise innerhalb daa wirksamsten Bereich» von 0,25 bis» 4 #» da Yerarbeitungssohwlerlgkeiten bei 10 Jt au häufigen Hateri&l- und Werkseugausfallen fUhren*

Voraugaweisa wird die leichte Querschnitt9verminderung des frisch gebildeten marteneitiaohen Stahles dadurch erzielt» defl der Stahl durch einen Ziehtrichter geführt wird, doch laaaen aioh auoh andere plastische Yerformungaverfahren'

wie Strangpressen oder Waisej^amand&iif,JIUlJieschr!ebenen ^w* xeiwsexgenewirax Gen

Verbesserungen der Featig~/xo*nnen bei Stählen entwickelt werden, bei denen eine Martensitunrandlung gefolgt von einer aohnellen Kühlung stattfinden kann« Xu diesen Stählen gehören unlegiert« Kohlenstoffatähle, niedrig* und nittellegierte Kohlenetoffstähle eowie Legierungaatäiae, Sie Erfindung kann beispielweise anhand von A-4-340 Stahl erläutert werden· Es Versteht, da3 entsprechende Ergebniaee erzielt werden» «renn dasselbe Verfahren b#l anderen StlfeXon der angegebenen Typen angewandt wird·

für die Zwecke der Erläuterung der Erfindung wurde ein« Eelhe von Stäben «us A-434-0 Stählen nit 15 »9 am Durohnesssr auf eine Temperatur oberhalb des Oawandlungabereloha für den betreffenden Stahl erhltst» Ia vorliegenden falle wurde der Stahl auf eine Teaperatur von 817° C au Raumtemperatur er* hltst, wobei die umwandlung.der Stahlstruktur in Hartenait auftrat. Die Stäbe wurden auf 7V ° C gekühlt, um verbliebenen Austenlt in Martenait uausuwandeln. Sie abgedeckten Stahlstäbe wurden abgebeiat und gekalkt» um die Oberfläohe au reinigen»und dann durch Ziehtrichter geführt, us die Stäbe verschiedenen Beträgen an Queraohnittaverainderung im Bereich ewisehen 0,67 bis 8,92 f> auasuseteen« Die Stäbe wurden dann auf Zugfeatigkeit» ?ließfestigkeit und Sehnung ohne weitere Wärmebehandlung oder Teaperung geprüft» wobei die folgenden Ergebniase erhalten wurdenι

90980S/018J

Ji-Quereohnitta« Verminderung

0»00 0,67 0,95 1,44 3,09 3,83 5,48 8,92

Zugfestigkeit kg/m«²

213,767 233,875 237,390 222,099 256,549 274,829 277,887 278,309

Fließ- Dehnung B/A B grense $ % fac/mm²

173,447 226,563 237,390 220,693 256,549 271,840 276,305 273,985

9,0	35,3
10,0	39,5
6,0	33,3
6,5	35,6
5,5	31,5
5,5	31,9
4,5	25,5
2,0	10,5

60 61 61 61 62 62 62 62

Wie eraichtllch» tritt eine tsohnelle Zunahme der iließfeetigkeit Ia Abhängigkeit von Q^r#ohni*teverMin4erungen im Bereich von ungefähr 0 bis 4 + auf. Bei einer Queraohnittaverminderung von über 4 £ beginnt die Kurve absuflachen und seigt ein· geringere Zunahme der teetigkeitaeteigerung bei Quersohnittaver-Binderungen alt. Beträgen über ungefähr 4 ^. Oberhalb einer Queraohnittaveroinderung von 8 Jt wurde kein weiterer wesentlicher Zuwaohc der Yeatigkeitaeigenaohaften featgeatellt, während die Streck- oder Ziehbarkeit, gemessen durch Sehnung und Fläohenverminderung eanken.

Aua den angegebenen Daten geht ferner hervor, daß die Zunahme der Zugfeetigkeit und der > Hieflfeatigkeit ohne einen ent· apreohenden Verlust an Dehnung erreicht werden, woraua eine

Umkehr dea normalerweise tu erwartenden^Trends bei bislang

ner

bekannten Verfahren aur Härtung von Stahl/vorgeht.

Anstelle einer ölabachreokung kann auoh eine Wasaerabschreokung, eine rasche Cühlluftabeohreokung oder die Abschreckung mit einem anderen Medium eur raechen Herabaetsung der Stahltemperatur vom umwandlungsbereloh auf etwa Raumtemperatur zwecke Martenaitbildung verwendet werden« Die entsprechend vorliegender Erfindung ersaugten Stähle lassen eich duroh normale Temperverfahren nach der Quereohnittaverminderung dea martenaitiaohen Stahles tempern*

BAD ORIGINAL

Zur weiteren Erläuterung vorliegender Erfindung wird im folgenden Bezug auf eine Reihe mit 8645 Stahl erhaltener Daten genommen. Hierbei wurden Stäbe aus 8645 Stahl in Auetenitform gebracht» indem sie auf 871° C 1 1/2 Stunden lang erhitzt und nachfolgend in einem ölbad abgeschreckt wurden· Die martaneithaitigen Stäbe wurden in verschiedene Gruppen eingeteilt, von denen einige bei Baumtemperatur mit Quereohnittaverminderungtn von ungefähr 4_f6 bie 4_f8 i» kalt gesogen wurden» während andere vor dem Ziehen auf eine Temperatur von ungefähr 100° C erwärmt wurden. Die folgende Tabelle gibt die erhaltenen Ergebnisse wieder·

909805/0182

H H H H H W H

O O O O · Φ O

O O O O Η· ►*

⁰⁰⁰⁰S S

V* -fk VJl Ul

P B ^ μ

• ρ · »

S §

O O

* 5

P* · O

M &.

Η· Η

S *

sr ρ. ff δ* &

ο π- et er ri- c+ tr

Ct «t

Q* ft

φ «

O O

m «

Η«

IS -4
Ul

ν- 5

E*

ca

Cf

to ro ίο ίο tv ro ro (Λ w i> H m οι ο

■4 VO M M O\ *■ ^

VO
vn
u» OS νη νη

CB

cm

ex H

WMMNMMH vn v>4 m ο <λ σ\ σ% Φ VD N 4*> O\ > S

^ OU H M VX Ol

-4 -*ι σ» ο ω νη α»

«J » Ul O Ί W H

v/i Vi νη -4 νη VJ ι£> ν ΰ Ui ο O νη νη

ra Vj) N H M N Ui

+► ο μ <η -*a ο ο

Ul M H O 05 -^ VO

9098Ö5/0182

N H

vn au w ro N) vjo OD

BAD ORIGINAL

Wie ersichtlich» wurde cine beträchtliche Verbesserung der Festlgkeitaeleeneohaften ohne weaentliohe Verringerung dar Dehnung ereielt, wenn ein» geringfügige Quersohnlttararaln« dwrung dee Stables stattfindet, während er eioh in eine» martenaitiechen Zustand befindet, lua dan Werten, die aich nach einer Erwärmung dea Stahle auf XOO⁰C ergaben* geht ferner hervorι daß in etwa ähnliche Yerbesserungen erreicht werden, wenn geringfügige QueraohtiittaYerainderungen bei Stahlen rorgenoraen warden» dia noch Karteneit enthalten, obwohl meiotenteila die Zuna&ae dar festigksltsoigsnaohaften nicht so groß wie ohne Tf arasbananalung ist. äquivalente Brgebniaae werden nicht erhalten» wann der Stahl Tor den Ziehen auf eine Temperatur über 149⁰C erwttmt wird« doofe kann eine 1ärnebehandlung bei Teaper*tur*& unterhalb 149⁰C über ein· auegedehnte Zeitdauer TOrgencmtn werden, wie dies aus den £r£«hnias«!i hervorgeht» die b«i «liter Warmbehandlung für 4$ Knuten bei ICn)⁰V"! gewonnen wurden» ohne dl« Fähigkeit cu beeinträchtigen, di«⁴ göirünecfete ?*itigu?s§:sst9igerung ohne weaentliohe Verringerung de^ Sarong äm'üh fo^nahiie geringer QueraohnitteTerainderungen «ntepreoht u4. da? rorliegenden Erfindung au eriielen« J£a iat anauoehawn, daü hierbei eine läranbehandlung bei Teaperaturen unterhalb 149°0 die Äartenaitatruktur nioht beeinfluöt, wodurch die gefundene unerwartete featigkeiteeunahJM «ittele der leichten Quersohnittavermlnderung weiterhin ertielt werden kann. Dies verdient besondere Beachtung» da eoweit bekannt iat, bislang nie der Tersuoh unternoamen wurde, aartenaitieohan Stahl au siehen, weil angenommen wurde, der Stahl würde bei» Ziehen unwelgeriioh raiden. lie gefunden wurde» laeeen eioh jedoch leichte Quer-8OhnittsTar«lnderungen ohne BeiSan und alt überraschenden ▼erbeeaerungen der Festigkeltaeigenechaftsn ohne weaentliohe Abnanae der Dehnung erzielen, wenn bei den llartenalt tnthaltenden Stahl nur eine geringfügige Queraohnittsverhinderung Torgenoasen wird - Ergebniaee, die durohweg der bisherigen Auffassung in der einechiagigen Teohnik entgegenstehen. Ein* eindeutige Erklärung für die In höh«» Maß· rorteilhafta,

909805/01Π?

überraschende Entwicklung hoher Festigkeit im Stahl konnte bisher noch nicht gefunden Werden» dooh scheint es» daß die restigkaltesteigerung weeentlich duroh die Kombination aus leichter Quersofanittsvermia&eruiig und Vorhandensein von martenslt in Stahl beeinflußt wird»

Dee beschriebene Phänomen kann auch mittels anderer Metallbearbeltungsverfahren erhalten werden» beispielsweise <$eaenk~ arbeiten» Schmieden, Hämmern und anderen metallvsrformuBgs· Vorgängen» solange eolohe Bearbeitung innerhalb dar oben für marteneitisahe Stähle angegebenen Srensen erfolgt*

Die Irfindung bietet eine neu· vorteilhafte Kombination ▼on Yerfahrenaschritten, die ein einfaohea wirksames Mittel dafür liefern» die Jeatigkeiteeigenachaften τοα Stahl *u verbeseem und twar obne daß die normalerweise su erwartend« Verminderung der Dehnung eintritt.

Ks versteht »loh, dafl sahlrelohe Abwandlungen in Einzelheiten der getroffenen Anordnung und den Betriebsbedingungen getroffen werden können, ohne von dem grundlegenden Erf indungsprinaip abzuweichen.

8AD ORIGINAL

909805/0182

Claims (11)

1. gatentanspritohe

   1· Verfahren zur Srseugung holier featigkeiten bsi Stählen, daduroh gekennzeichnet» daÄ «in Barteneltisoher Stahl derart bearbeitet wird, daS eine Verformung mit einem Betrag bis au 10 % auftritt·
2. 2. Verfahren nach Anspruch I, daduroh gekennzeichnet, daß die Verformung durch Eurchfütarung des Stahle duroh einen Ziehtriehter erfolgt» der eine Verminderung der Quer** sohnlttsfl&ohe reruraaoht.
3. 3. Verfahren naoh Ansprüchen 1-2, daduroh gekennzeichnet, AaQ die QuerschnittaTeroindertoig erfolgt _t während der Stahl aioh auf einerTenperatur unterhalb 93⁰C befindet«
4. 4· Verfahren nach Ansprüchen 1 ~ 3» daduroh gekennseiohnet» daß der Stahl eine Querachaittsveriaiiiderung la Bereich τοπ 0,25 bis 10 ?t erfährt» nährend er im martens it iaöhen Zustand vorliegt,
5. 5· Verfahren naoh Aneprüohen 1-4, dadurch gekennaeiohnet, d3ä bei der Bildung dea sarteneitieohen Stahles» der Qaerachnltt. veraindert wird» ein nur Marteneitbildung fähiger Stahl auf eine Temperatur oberhalb seiner Uswandlungsteaveratur erhitst und dann sweoks Bildung von Martenait abgeschreckt wird»
6. 6. Verfahren naoh Ansprüchen. 1-5· daduroh gekenneeiohnet, daS die Querschnittaverainderung nahetu unmittelbar nach dem Abaohreoken z\x Marteruiit erfolgt.

   Ö 4ί 9 δ 15 / 01 8 2 _ßAD
7. 7«. Verfahren nach Ansprüchen 1-6, dadurch, gekennzeichnet» dad der Stahl In einem ölbad tweoka Martensitblldung abgeeohreokt wird·
8. 8. Yerfahren nach Ansprüchen 1-6, deduroh gekennzeichnetr daß der Stahl gweoke rüscher Abkühlung von der Ömvraxyilunga· temperatur aus in Luft dbgeeonreokt wird.
9. 9. Terfabren nach Anaprüatoen 1-8, daduroh dad die Terforsong daduroh erfolgt, dad der Stahl duroh einen Ziehtriohter geführt wird«
10. 10« Verfahren naoh Ansprüoben 1 . 8« daduroh g«kennieiohnet_f daß die Quereohnittaverminderun« daduroh bewirkt wird» daß der Stahl anriechen aen Waleen «inee Valwrerlce· hindurchgeführt wird.
11. 11. ferfahren nach Anaprtlohen 1-8, dadurch daä die QuerschnltteTerminderung erfolgt, Iddea der Stahl durch eine Strangeiehprease geführt wird»

    ORIGINAL

    90980 5/0182