DE1483040C3 - Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von übereutektoidem Stahl - Google Patents

Description

scbenstufengefüge Bainit umzuwandeln, da jeglicher Austenit, der bei diesem Verfahrensschritt nicht umgewandelt ist, die abschließende Wärmebehandlung übersteht, ohne eine feine Dispersion von Karbiden aufzuweisen. Bei der Umwandlung in das Zwischenstufengefüge Bainit werden die feinen Karbide in dem gesamten Ferrit verteilt, und zurückbleibender Austenit, der nicht umgewandelt ist, enthält nicht die gewünschte Karbidverteilung.

Nach der Umwandlung in das Zwischenstufengefüge Bainit wird der Stahl schnell auf eine Temperatur im Bereich zwischen 760 und 815⁰C erhitzt, um den Ferrit in Austenit umzuwandeln und die ungelösten Karbide gleichmäßig zu verteilen. Vorzugsweise wird diese Temperatur nur so lange beibehalten, bis der gesamte Ferrit in Austenit umgewandelt ist, wobei ein erheblicher Teil des Kohlenstoffes in dem Stahl ungelöst bleibt. Auf diese Weise bleiben die meisten Karbide in dem Austenit verteilt, in den der Ferritanteil des Zwischenstufengefüges Bainit umgewandelt ao worden ist. Durch nur kurzzeitige Aufrechterhaltung der Austenitisierungstemperatur von 760 bis 815°C wird nur ein Teil der feinen Karbide in dem Austenit aufgelöst. Das schnelle Erhitzen kann durch jedes Mittel erfolgen, einschließlich des Eintauchens in ein Bad aus geschmolzenem Salz oder Metall, Induktionsheizung oder Widerstandsheizung. Die gesamte Erwärmungszeit hängt von der Masse des Werkstückes und von der Art und Weise des Erwärmens ab, sollte jedoch so lange bemessen sein, daß der gesamte Stahl auf die gewünschte Temperatur erwärmt wird. Wenn es jedoch erwünscht ist, einen Gegenstand zu erzeugen, der eine harte Schale und einen weichen Kern hat, läßt sich die Wärmebehandlungszeit zu diesem Zweck steuern.

Es wurde festgestellt, daß bei dem zuvor erwähnten Verfahrensschritt der Temperaturbereich von 760 bis 815⁰C sehr wichtig ist, weil bei Temperaturen, die nur geringfügig unter 760⁰C liegen, unberechenbare Ergebnisse erhalten werden und die Härte des Stahls erheblich nachläßt. Bei Temperaturen über 815° C wird das Korngefüge grob, und es ergeben sich erhöhte Mengen an Restaustenit. Die folgenden Ergebnisse, die durch die Behandlung einer Probe der Stahlsorte AISI 1095 mit der Zusammensetzung 0,9 bis 1,03% Kohlenstoff, 0,3 bis 0,5% Mangan, max. 0,04% Phosphor, max. 0,05% Schwefel, 0,15 bis 0,3% Silizium, Rest Eisen, bei verschiedenen Temperaturen erhalten wurden, veranschaulichen die verschiedenen sich ergebenden Härtegrade.

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Nachdem der Stahl auf 760 bis 815° C erwärmt worden ist, wird er durch Abkühlen gehärtet, um ein gehärtetes feinkörniges Gefüge zu erzeugen, das als Ergebnis des oben beschriebenen Wärmebehandlungsverfahrens eine geringstmögliche Menge an Restaustenit aufweist und in dem Karbide gleichmäßig verteilt sind. Das schnelle Abkühlen kann zweckmäßig durch ein Abschrecken in öl erfolgen. Wenn der Stahl zu Martensit abgeschreckt ist, kann

Temperatur in 0C	Härte HV in kp/mm»
729	735
735	840
743	895
760	910
815	900

er durch Erwärmung auf 162° C oder mehr angelassen werden. Es können jedoch auch andere Härteverfahren wie z. B. Warmbadhärten und Zwischenstufenvergüten angewendet werden. So kann der Stahl schnell auf die Warmbadtemperatur abgekühlt und auf dieser Temperatur bis zum Temperaturausgleich gehalten werden, wonach er auf Raumtemperatur gekühlt wird. Im Falle des Zwischenstufenvergütens wird der Stahl auf der Zwischenstufenumwandlungstemperatur gehalten, bis die Umwandlung in das Zwischenstufengefüge Bainit im wesentlichen beendet ist. Das endgültige Gefüge besteht aus einem ungewöhnlich feinkörnigem Martensit oder Zwischenstufengefüge Bainit mit sehr feinen ungelösten Karbidteilchen, die gleichmäßig überall verteilt sind.

Als Beispiel wurde eine Probe der Stahlsorte AISI 52 100 mit der Zusammensetzung 0,98 bis 1,1 % Kohlenstoff, 0,25 bis 0,45% Mangan, 1,3 bis 1,6% Chrom, Rest Eisen, auf 968° C erhitzt und auf dieser Temperatur eine so lange Zeit gehalten, bis-Ferrit in Austenit umgewandejt war und im wesentlichen die gesamte Karbidphase in dem Austenit aufgelöst war. Die Probe wurde dann in öl abgeschreckt, das auf einer Temperatur von 37 bis 51⁰C gehalten wurde. Die Probe wurde gerade lang genug in dem öl gehalten, um die Temperatur des Bades zu erreichen, wodurch Mikrorisse vermieden wurden, bevor der nächste Verfahrensschritt erfolgte. Es wurde festgestellt, daß die Bildung von Mikrorissen zeitabhängig ist und daß durch sofortiges Wiedererhitzen nach dem Abschrecken die Mikrorisse auf ein Mindestmaß beschränkt werden. Der Restaustenit in der Probe nach dem Abschrecken wurde durch Erwärmung der Probe bei 300⁰C während 2 Stunden in das Zwischenstufengefüge Bainit umgewandelt. Dabei wurde auch der Martensit in feine Karbide und Ferrit umgewandelt. Anschließend wurde der Stahl durch Eintauchen in geschmolzenes Blei in 40 Sekunden auf 787° C erhitzt. Der Stahl wurde sodann zur Härtung in öl abgeschreckt und während 2 Stunden bei 190⁰C angelassen.

Ein Vergleich des Gefüges der in der oben beschriebenen Weise wärmebehandelten Probe mit dem Gefüge einer Probe, die in üblicher Weise durch Erwärmung auf 800°C zur Bildung von Austenit, Abschrecken in öl und zweistündiges Anlassen bei 19O⁰C gehärtet wurde, zeigt, daß sich die beiden Gefüge deutlich voneinander unterscheiden.

Vergleichsversuche mit vergüteten Proben der hier beschriebenen Art und in üblicher Weise gehärteten Proben haben ergeben, daß die Proben bei den verschiedenen Gefügen verschiedene mechanische Eigenschaften aufweisen, wie sie in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt sind:

Probe (7,6 mm dick)	HärteHV (kp/mm2)	Zug festigkeit (kp/mm·)	Streck grenze (kp/rnm*)	Rest austenit (%)
A*) B**)	755 735	228 216	221 208	9 12 bis 15

*) Erfindungsgemäße Wärmebehandlung:

Glühen bei 968° C — ölabschreckung — Anlassen bei 300⁰C während 2 Stunden — Glühen bei 787° C (Erhitzung in 40 Sekunden) — Ölabschreckung — Anlassen bei 190⁰C während 2 Stunden.
'*) In üblicher Weise gehärtet:

Glühen bei 800⁰C — ölabschreckung — Anlassen bei 190° C während 2 Stunden.

Claims (6)

1 2 Patentansorüche · Kohlenstoffgehalt aufweisender Stahl leicht bearbeiten und auch leicht härten. Auf Grund des anfänglichen

1. Verfahren zur Verbesserung der mechanischen körnigen Gef üges ist der nach der Härtung noch verEigenschaften, insbesondere zur Erhöhung der bleibende Kohlenstoff im allgemeinen in Form von Härte, von übereutektoidem Stahl mit einem Ge- 5 verhältnismäßig großen Karbidkörnern vorhanden, samtlegierungsgehalt bis zu 5 %, bei dem der Diese großen unaufgelösten Karbide sind unerwünscht, Stahl in aufeinanderfolgenden Schritten auf Au- werden jedoch in der Regel verhältnismäßig großen stenitisierungstemperatur erhitzt, unter den Perlit- Mengen Restaustenit vorgezogen. Somit stellt das punkt abgeschreckt, über den Perlitpunkt wieder bisher übliche Härten von übereutektoiden Stählen erhitzt und danach abgekühlt wird, dadurch io einen Kompromiß zwischen einer unerwünscht großen gekennzeichnet, daß der Stahl zwischen Restaustenitmenge und ebenfalls unerwünschten gro-912 und 1080⁰C erhitzt wird, bis sich Austenit ßen Karbiden dar.

gebildet hat und die Karbide in dem Austenit Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren gelöst sind, dann eine Abschreckung erfolgt, bis zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften sich Martensit mit Restaustenit gebildet hat, danach 15 von übereutektoidem Stahl zu schaffen, bei dem ein auf 300 bis 412° C erwärmt wird, bis der Restau- geringerer Restaustenitanteil in dem Endprodukt erstenit in Bainit und der Martensit in eine Mischung halten wird, als es bei den üblichen Härtungsbehandaus feinen Karbiden und Ferrit umgewandelt ist, lungen der Fall ist, und bei dem gleichzeitig große unworaufhin auf 760 bis 815⁰C erhitzt wird, bis der gelöste Karbide im wesentlichen vermieden werden Ferrit in Austenit umgewandelt ist und die unge- ao sollen, die sich bei den bekannten Härtungsbehandlösten Karbide gleichmäßig verteilt sind, wonach lungen einstellen^—
schließlich abgekühlt wird. Diese' Aufgabe wlrcTernndungsgemäß dadurch ge-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- löst, daß der Stahl zwischen 912 und 1080⁰C erhitzt zeichnet, daß das Abschrecken nach dem ersten wird, bis sich Austenit gebildet hat und die Karbide Erhitzen zwecks Vermeidung von Mikrorissen nur 25 in dem Austenit gelöst sind, dann eine Abschreckung so lange vorgenommen wird, wie es gerade für erfolgt, bis sich Martensit mit Restaustenit gebildet die Bildung von Martensit und Restaustenit er- hat, danach auf 300 bis 412⁰C erwärmt sind, bis der forderlich ist. Restaustenit in Bainit und der Martensit in eine Mi-

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- schung aus feinen Karbiden und Ferrit umgewandelt zeichnet, daß der Stahl abschließend angelassen 30 ist, woraufhin auf 760 bis 815° C erhitzt wird, bis der wird. Ferrit in Austenit umgewandelt ist und die ungelösten

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Karbide verteilt sind, wonach schließlich abgekühlt zeichnet, daß die abschließende Härtung durch wird.

Warmbadhärten oder Zwischenstufenvergüten er- Aus der DT-PS 975 791 ist ein Wärmebehandlungs-

folgt. 35 verfahren für übereutektoide Stähle bekannt, bei dem

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, da- der Stahl auf 850 bis 1050° C erwärmt, anschließend durch gekennzeichnet, daß für das Glühen im auf eine Temperatur zwischen 400 und 600⁰C abge-Temperaturbereich von 300 bis 412° C eine der- schreckt und dann einer Glühung zwischen 750 und artige Temperatur gewählt wird, daß der Restau- 780⁰C unterworfen wird. Durch dieses sich in der stenit in kurzer Zeit umgewandelt wird. 40 Gesamtheit der Verfahrensschritte von dem erfinduhgs-

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, da- gemäßen Verfahren unterscheidenden Verfahren soll durch gekennzeichnet, daß die Glühdauer im Tem- im Gegensatz zu der der Anmeldung zugrunde liegenperaturbereich von 760 bis 815° C derart gewählt den Aufgabe größte Weichheit und ein sehr feinwird, daß der Ferrit in Austenit umgewandelt körniges Gefüge ohne lamellären Perlit und Reste wird, die Karbide aber nur zu einem geringen Teil 45 von Karbidnetz erhalten werden.

aufgelöst werden. Erfindungsgemäß wird der übereutektoide Stahl mit einem Gesamtlegierungsgehalt von bis zu 5%

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ver- auf eine Temperatur zwischen 912 und 1080⁰C er-

besserung der mechanischen Eigenschaften, insbe- hitzt, um Ferrit in Austenit umzuwandeln und die

sondere zur Erhöhung der Härte von übereutektoidem 50 Karbide in dem Austenit zu lösen. Die Erhitzungszeit

Stahl mit einem Gesamtlegierungsgehalt bis zu 5 %, ist von geringerer Bedeutung und wird in jedem Falle

bei dem der Stahl in aufeinanderfolgenden Schritten so gewählt, daß eine Auflösung der Karbide in dem

auf Austenitisierungstemperatur erhitzt, unter den Austenit erreicht wird. Nach dem Austenitisieren wird

Perlitpunkt abgeschreckt, über den Perlitpunkt wieder der Stahl abgeschreckt, um Martensit zu bilden, wobei

erhitzt und danach abgekühlt wird. 55 ein gewisser Teil des Austenits als Restaustenit übrig-

Üblicherweise wird derartiger Stahl gehärtet, indem bleibt.

er auf eine Temperatur zwischen 763 und 856° C er- Nach dem Abschrecken wird der Stahl auf eine Temhitzt und abgeschreckt wird. Dadurch soll nur ein peratur zwischen 300 und 412° C, bei der das Zwi-Teil des in dem Stahl vorhandenen Gesamtkohlen- schenstufengefüge (Bainit) gebildet wird, für eine gestoffs in Austenit aufgelöst werden. Wenn der gesamte 60 nügend lange Zeit erwärmt, um den gesamten Restoder nahezu gesamte Kohlenstoff aufgelöst würde, austenit in das Zwischenstufengefüge Bainit umzudann ergäbe sich nach dem Abschrecken eine Au- wandeln und den Martensit in eine Mischung aus stenitmenge, deren Größe die Härte des Stahls er- feinen Karbiden und Ferrit zu verwandeln. Die verheblich verringert und seine mechanischen Eigen- wendete Glühdauer richtet sich nach der Stahlsorte schäften nachteilig beeinflußt. 65 und gewählten Temperatur. Vorzugsweise wird eine

Des weiteren ist bekannt, Stähle zu härten, die vor Zeit-Temperaturkombination gewählt, die zur Um-

der Härtungsbehandlung weichgeglüht worden sind. Wandlung des Austenits in kurzer Zeit führt. Es ist

In einem solchen Zustand läßt sich ein einen hohen notwendig, den gesamten Restaustenit in das Zwi-