DE1508416B2

DE1508416B2 - Verfahren zur Herstellung von Stahlteilen wie Bolzen, Schrauben, Zapfen u.dgl

Info

Publication number: DE1508416B2
Application number: DE1508416A
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Nishinomiya Tomioka; Koichi Kobe Urakawa (Japan)
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1963-04-18
Filing date: 1966-05-27
Publication date: 1975-11-06
Also published as: DE1508416A1; DE1508416C3; GB1077994A; LU51833A1; US3532560A; NL6611433A

Description

45

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Stahlteilen, wie Bolzen, Schrauben und Zapfen, mit einer Bruchfestigkeit von 70 bis kp/mm² aus einem unlegierten oder niedriglegierten Stahl mit 0,2 bis 0,6 % Kohlenstoff.

Bolzen, Schrauben, Zapfen und andere Maschinenteile, die eine hohe Zugfestigkeit (über 70 kp/mm²) aufweisen sollen, werden gewöhnlich in einem Verfahren hergestellt, bei dem Kohlenstoffstahl mit einem Kohlenstoffgehalt von über 0,3% oder ein legierter Stahl mit Legierungsbestandteilen von Chrom, Nickel oder Molybdän durch Kaltverformung, Heißverformung oder spanabhebende Bearbeitung bearbeitet wird. Das daraus entstehende Zwischenprodukt wird anschließend einer Härtung oder Vergütung unterworfen, um im Endprodukt die gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erhalten. Auch ist es üblich, ein Stück vorher wärmebehandelten Stahls spanabhebend auf die gewünschte Größe und Gestalt zur Erzielung eines Endproduktes oder Maschinenteils mit den vorbestimmten mechanischen Eigenschaften zu bearbeiten.

Zur Erzeugung der durch Kaltverformung hergestellten, oben aufgezählten Maschinenteile wird als Ausgangsmaterial gewöhnlich ein Stück Rollenstahldraht, im folgenden kurz als Stahldraht bezeichnet, verwendet. Dieser Stahldraht wird in einem Arbeitsgang auf einer Kaltverformungsmaschine kaltverformt. Weist in diedem Fall das verwendete Stahldrahtmaterial einen Kohlenstoffgehalt von über 0,3 % auf, oder besitzt es eine extrem hohe Härte, so bricht oder springt entweder der Stahldraht während des Kaltverformungsganges, oder das so hergestellte Produkt zeigt eine zu geringe Bruchfestigkeit. Um Nachteile dieser Art zu vermeiden, verwendet man als Ausgangsmaterial zur Kaltverformung weichgeglühten Stahldraht mit kugeligem Zementit und unterzieht diesen angelassenen Stahldraht einem Kaltverformungsgang und anschließend einer Wärmebehandlung, um auf diese Weise ein Endprodukt mit einer hohen Bruchfestigkeit und den weiteren gewünschten mechanischen Eigenschaften zu erhalten. Aus diesem Grund muß ein auf konventionelle Weise hergestellter Stahldraht, der als Ausgangsmaterial für ein durch Kaltverformung erzeugtes Maschinenteil dienen soll, immer zuerst einem Glühvorgang unterworfen werden, insbesondere, um den Stahldraht auf kugeligen Zementit weichzuglühen, damit seine Härte auf einen für den Kaltverformungsgang geeigneten Wert reduziert wird. Da jedoch solche Glühvorgänge bei höheren Temperaturen im Bereich von 700 bis 900⁰C über einen längeren Zeitraum zwischen 5 und 10 Stunden durchgeführt werden, besteht immer die Gefahr der Oxidation der Oberfläche des Drahtes. Daher muß diese Glühung in einem Ofen mit nichtoxidierender Atmosphäre oder einem Salzbad durchgeführt werden.

Zu den obenerwähnten Nachteilen kommt hinzu, daß verschiedene Serien der Erzeugnisse unweigerlich voneinander verschiedene Eigenschaften und Abmessungen aufweisen, weil sie in diesen Serien der Wärmebehandlung unterworfen werden.

Unter der Bezeichnung »Patentieren« ist ein Verfahren zur kontinuierlichen Wärmebehandlung von Stahldrähten seit langem bekannt. Dieses Verfahren sowie zwei in den US-Patentschriften 25 85 277 und 27 97 177 beschriebene Vorrichtungen zum Anlassen von aufgerolltem Bandstahl eignen sich jedoch nicht zur Herstellung von Stahlteilen, insbesondere von Schrauben, mit einer Bruchfestigkeit von mindestens 70 kp/mm² aus einem unlegierten oder niedriglegierten Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,2 bis 0,6%. Beide US-Patentschriften beschreiben im wesentlichen nur die Vorrichtungen zum Anlassen von aufgerolltem Bandstahl und lassen nähere Angaben bezüglich der Verfahrensweise, insbesondere hinsichtlich der genauen Grenzen der Temperaturbereiche und der Verweilzeiten vermissen, denn selbst die genannten Temperaturwerte werden ausdrücklich als zur Erläuterung der beschriebenen Vorrichtung dienend bezeichnet, ohne daß hierdurch Regeln mit Gültigkeit unabhängig vom Einzelfall angegeben werden. Es fehlen deshalb auch genauere Angaben bezüglich der Zusammensetzung der Ausgangsprodukte und der Eigenschaften, insbesondere Festigkeiten, der Endprodukte, die zur

3 4

Beschreibung eines Wärmebehandlungsverfahrens un- einem Bereich von 0,2 bis 0,6% liegt, besteht darin,

erläßlich wären. daß bei Unterschreitung eines Kohlenstoffanteils von

Wie den eingangs aufgeführten Darlegungen zu ent- 0,2% im Stahldraht es nicht möglich ist, dem aus nehmen, gestaltet sich die Herstellung von Stahlteilen, einem solchen Material hergestellten Maschinenteil insbesondere von Schrauben, Muttern, Stiften, Bolzen 5 durch Anlassen die geforderten mechanischen Eigenusw. mit einer geforderten Festigkeit von mehr als schäften zu geben. Liegt der Kohlenstoffgehalt des 70 kp/mm² bisher relativ teuer. Der Grund liegt darin, Stahldrahtes über 0,6 %, so zeigt das aus einem solchen daß für Stahlteile mit den genannten Festigkeiten Stahldraht hergestellte kaltverformte Produkt eine über 70 kp/mm² aus niedriglegierten Stählen nach der nicht genügend hohe Bruchfestigkeit
Bearbeitung bisher stets eine Wärmebehandlung zur io Vorteilhaft werden als Legierungszusätze von Si-Erhöhung der Festigkeit notwendig war und auch lizium, Mangan, Nickel, Chrom, Molybdän, Vanadium durch die ISO-Vorschriften gefordert wird, wohingegen oder Bor verwendet, wobei ausreichende mechanische man teuere, höherlegierte Stähle als Ausgangsmaterial Eigenschaften erzielt werden. Das Zulegieren dieser verwenden mußte, wenn auf die Nachbehandlung ver- teueren Zusätze in Bestandteilen über 3 % wäre auch ziehtet werden sollte. Es ist zwar grundsätzlich auch 15 unwirtschaftlich. Wenn der Borzusatz in dem legierten möglich, derartige Teile aus niedriglegierten, hoch- Stahldraht einen Gehalt von 0,0007 bis 0,003% auffesten Stählen herzustellen, indem man sie einer span- weist, erzielt man eine Verbesserung der Wärmeabhebenden Bearbeitung unterzieht. Eine derartig behandlungseigenschaften des legierten Stahldrahtes, spanabhebende Bearbeitung ist jedoch insbesondere Der Stahldraht kann gereckt oder ungereckt sein,
bei Schrauben und Muttern auf Grund der hohen Her- ao Zur raschen Erhitzung des Stahldrahtes kann dieser Stellungskosten nicht tragbar. kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von 2 bis

Aufgabe der Erfindung ist es, ein billiges Verfahren 6 m/min durch einen Hochfrequenzheizofen, einen anzugeben, nach dem aus unlegiertem oder niedrig- Flammenheizofen, einen elektrischen Widerstandslegiertem Stahl mit 0,2 bis 0,6 % Kohlenstoff Stahlteile, heizofen, einen elektrischen Ofen, einen Schwerölofen wie Schrauben, Bolzen und Zapfen, mit einer Zug- as oder durch Salzbad- oder Bleibadglühbecken geführt festigkeit von 70 bis 120 kp/mm⁸ hergestellt werden werden, so daß jedenfalls in dem Stahldraht für 1 bis können, ohne daß nach der plastischen Formgebung 3 Minuten eine Temperatur in einem Bereich von eine weitere Wärmebehandlung erfolgen müßte. 850 bis 95O⁰C aufrechterhalten und der Stahldraht

Diese Aufgabe wird beim Verfahren der eingangs auf eine Temperatur oberhalb des A₃-Umwandlungs-

genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß 30 punktes des Stahlmaterials sehr schnell erhitzt wird.

Rollendraht in einem kontinuierlichen Verfahren Man erhält dadurch eine gleichförmige Austenit-

rasch auf 850 bis 95O⁰C erhitzt, 1 bis 3 Minuten auf struktur des Stahldrahtmaterials. Ein Erwärmen des

dieser Temperatur gehalten, anschließend durch Ab- Stahldrahtes auf Temperaturen unterhalb 850⁰C ge-

schrecken auf eine Temperatur von unterhalb etwa nügt nicht zur Ausbildung einer gleichförmigen

200°C gleichförmig durchgehärtet, erneut rasch auf 35 Austenitstruktur, so daß als Folge davon der unge-

300 bis 700⁰C erhitzt und 2 bis 10 Minuten auf dieser nügend erwärmte Stahldraht sehr schwer gleichmäßig

Temperatur gehalten, abgekühlt und zu Einzelstücken durchzuhärten ist. Wird andererseits der Stahldraht

zertrennt wird und daraus durch Kaltschmieden das auf Temperaturen über 95O⁰C gebracht, so verschwin-

Endprodukt geformt wird. det durch diese Überhitzung des Stahldrahtes die Oxi-

Wärmebehandlungsverfahren für Stahldrähte als sol- 4° dationsschicht, und/oder eine sehr starke Kornverche sind bekannt. So wird beispielsweise in H. Schla- gröberung tritt ein, was zu einer schlechten Oberc h e r jun., Berg- und Hüttenmännische Monatshefte flächenqualität oder einem groben Gefüge in der 100 (1955), S. 166 bis 170, der Stahldraht zunächst bei gehärteten Kristallstruktur führt.
860 bis 900⁰C austenisiert, auf eine Temperatur unter- Dann wird der erhitzte Stahldraht durch eine Abhalb des Martensitpunktes abgeschreckt, anschließend 45 Schreckeinrichtung geführt, die direkt an den vorherin einem Bleibad von 500⁰C geglüht und auf Raum- gehenden Heizofen angeschlossen sein kann. Beim temperatur abgekühlt. Für die Verwindezahlen des Durchlaufen der Abschreckeinrichtung kann das wärmebehandelten Drahtes ergeben sich dabei opti- Drahtmaterial mit Hilfe von geeigneten Kühlmitteln, male Werte, wenn das Abschrecken auf eine Tempe- wie Wasser oder öl, abgeschreckt werden, bis das ratur von 200⁰C oder etwas unterhalb 200⁰C erfolgt. 50 Gefügeinnere des Stahldrahtes auf eine Temperatur Auch ist es aus K. S c h 1 e g e 1, Stahl und Eisen 78 unterhalb etwa 200⁰C abgekühlt ist, bei der dann der (1958), S. 978 und 979, beim ölvergüten von Draht Stahldraht eine gleichförmig durchgehärtete Struktur bekannt, nach dem Austenitisieren in zwei Stufen ab- über den ganzen Querschnitt aufweist. Die Wahl des zukühlen, wobei durch Umwandlung des Austenits in Kühlmittels erfolgt in Abhängigkeit von der chemischen Martensit der Draht vollständig gehärtet wird und 55 Zusammensetzung und dem Durchmesser des zu beanschließend bei etwa 500⁰C angelassen wird. Bei dem handelnden Stahldrahtes. Liegt der Durchmesser des zur Anwendung kommenden Widerstandserhitzen Stahldrahtes unter 11 mm, dann wird als Abschreckwird ein rasches Aufheizen des Drahtes erzielt. Hier- oder Härtemittel öl verwendet. Wenn dagegen der aus läßt sich jedoch nicht schließen, daß durch die Durchmesser des Stahldrahtes 11 mm übersteigt, so Wärmebehandlung von Drähten aus unlegiertem oder 60 wird mit Wasser abgeschreckt oder gehärtet. Wird das niedriglegiertem Stahl mit 0,2 bis 0,6% Kohlenstoff, Abschrecken mit extrem hoher Geschwindigkeit gemäß der Erfindung die Herstellung von Stahlteilen, durchgeführt, dann können Brüche im Stahldrahtwie Schrauben, Bolzen und Zapfen, mit einer Zug- material auftreten. Aus diesem Grund ist ein Abfestigkeit von 70 bis 120 kp/mm^a möglich ist. schrecken des Stahldrahtes so lange, bis das Innere

Die folgende Beschreibung dient der näheren Er- 65 des Stahlmaterials eine Temperatur von 200⁰C er-

läuterung der Erfindung. reicht hat und daran anschließendes mäßiges Walzen

Der Grund, weshalb der Kohlenstoffgehalt in dem vorzuziehen,

als Ausgangsmaterial dienenden Kohlenstoffdraht in Es wurde festgestellt, daß nach dem Abschreck-

bzw. Härteverfahren der Stahl eine Bruchfestigkeit von über 140 kp/mm² aufweist. Solange die Bruchfestigkeit nicht unterhalb dieses Wertes liegt, ist auf jeden Fall eine gleichförmige Abschreckung oder Durchhärtung erreicht worden.

Anschließend wird der Stahldraht, der jezt ein gleichförmig durchgehärtetes Gefüge aufweist, durch einen Anlaßofen geführt, der mit der obenerwähnten Abschreckeinrichtung verbunden ist und in dem er für eine Zeitdauer von 2 bis 10 Minuten auf einer Temperatur von 300 bis 700° C gehalten wird. Daran anschließend wird der erhitzte Stahldraht durch eine zweite Kühleinrichtung geführt, die mit dem Anlaßofen verbunden ist und auf Raumtemperatur mittels Wasser oder Druckluft abgekühlt. Der Grund dafür, daß eine Erwärmungstemperatur zum Anlassen in dem obenerwähnten Bereich vorgeschrieben wird, liegt darin, daß ein solcher Temperaturbereich unbedingt nötig ist, um der speziellen Art von Stahldrähten, die mit dem vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden sollen, die zur Kaltverformung geeigneten mechanischen Eigenschaften, insbesondere die gewünschte Brucheinschnürung und ein feinkörniges, sorbitisches Mikrogefüge, zu geben. Wenn die Erhitzungstemperatur beim Anlassen unterhalb 300° C liegt, dann ist die Umwandlung des martensitischen Gefüges des Stahldrahtes im gehärteten Zustand in das feinkörnige, sorbitische Gefüge ungenügend, und der Stahl weist zwar eine hohe Festigkeit, aber eine niedrige Zähigkeit auf. Liegt umgekehrt die Anlaßtemperatur über 700° C, dann erfolgt die Umwandlung des martensitischen Gefüges des Stahldrahtes in das sorbitische Gefüge zu rasch, und es entsteht ein grobkörniges, sorbitisches oder perlitisches Gefüge, das die Bruchfestigkeit des Stahldrahtes auf einen Wert unterhalb 70 kp/mm² senkt. Die Temperatur innerhalb des angegebenen Bereiches von 300 bis 700°C wird in Abhängigkeit von der gewünschten Bruchfestigkeit im Endprodukt, dem Durchmesser des als Ausgangsmaterial dienenden Stahldrahtes und der Herstellungsgeschwindigkeit des Stahldrahtmaterials ausgewählt. Das Abkühlen des Stahldrahtmaterials von der Anlaßtemperatur auf Raumtemperatur braucht nicht rasch zu erfolgen.

Durch die obenerwähnte Wärmebehandlung läßt sich in einem geringen Zeitraum ein Stahlzwischenprodukt mit einem gleichförmigen, feinkörnigen sorbitischen Gefüge und einer Bruchfestigkeit von 70 bis 120 kp/mm² erzielen. Es kann sich dann eine Oberflächenbehandlung, wie z. B. Beizen mit Kalk und Phosphorsäure, anschließen. In manchen Fällen wird vor dem eigentlichen Kaltverformungsgang der angelassene Stahldraht gezogen, um eine Querschnittsverringerung von weniger als 20 % zu erzielen zu dem Zweck, dadurch seinen Durchmesser auszurichten und die Bruchfestigkeit auf die ganze Länge zu egalisieren.

Den so erhaltenen angelassenen Stahldraht mit gleichförmigem, feinkörnigem sorbitischem Gefüge verwendet man dann als Ausgangsmaterial für eine kontinuierliche Kaltverformung auf einer Kaltschmiede- oder Verformungsmaschine und erhält dadurch Maschinenteile mit einer Bruchfestigkeit von 70 bis 120 kp/mm², einer hohen Härte und einer hohen Zähigkeit. Da die einzelnen Verfahrensschritte der vorliegenden Erfindung kontinuierlich durchgeführt werden, ist der Produktionsausstoß ziemlich hoch. Weiterhin bedürfen die geschmiedeten Produkte keinerlei Wärmebehandlung nach der Produktion und können leicht in genauen Abmessungen hergestellt werden.

Die Vorteile, welche auf Grund des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielt werden, sind folgende:

1. Da der Stahldraht der Wärmebehandlung kontinuierlich unterworfen wird, zeigt das wärmebehandelte Stahlmaterial auf seiner ganzen Länge

ίο gleichförmige mechanische Eigenschaften und ein einheitliches Mikrogefüge. Demzufolge sind Qualitätsabweichungen der aus diesem getemperten Material hergestellten Produkte sehr selten.

2. Da die aus dem Stahldraht gefertigten Teile keiner weiteren Wärmebehandlung unterworfen werden, läßt sich eine hohe Form- und Abmessungsgenauigkeit solcher Teile einhalten. Das gilt insbesondere für die Herstellung von langen und im Durchmesser kleinen Erzeugnissen.

3. Auf Grund der auf der Oberfläche der kaltgeschmiedeten Teile verbleibenden Druckspannungen haben diese Teile ausgezeichnete mechanische Eigenschaften, insbesondere eine hohe Ermüdungsfestigkeit gegen Schwellbeanspruchung.

4. Ein Weichglühen über längere Zeiträume wird vermieden. Dadurch ist die Möglichkeit der Bildung von Oxidationsschichten ausgeschaltet. Das bedeutet, daß eine mögliche Minderung der Oberflächenfestigkeit und ein Absinken des Ermüdungswiderstandes verhindert wird.

5. Der Herstellungsprozeß für die kaltgeschmiedeten Stahlteile ist einfach.

Das neue Verfahren unterscheidet sich also von dem konventionellen Patentierverfahren. Ferner ist es möglich, bei Stählen mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,2 bis 0,6% ein gleichförmiges, feinkörniges sorbitisches Gefüge zu erzielen.
Die Figuren dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.

F i g. 1 zeigt graphisch aufgetragen die Zusammenhänge zwischen den Mikrogefügestrukturen verschiedener japanischer Normstähle, die unter verschiedenen Wärmebehandlungsbedingungen hergestellt wurden, z.B. JIS-S25C, S35C, S45C, SCR2, SCr4, SCM3, SCM4, SCr21, SCM21 und SNCM21, und der Querschnittseinschnürung an diesen Drähten, die durch Zugversuche bestimmt wurde (auf der .Y-Achse aufgetragen), sowie den Prozentsatz von Rißbildung während des Kaltschmiedens bei einem Stauchverhältnis von 80% (auf der Γ-Achse aufgetragen). In dieser Figur beschreibt die Kurve A einen angelassenen Stahldraht mit grobkörnigem Gefüge, die Kurve B einen angelassenen Stahldraht mit feinkörnigem Gefüge, die Kurve C einen Stahldraht mit kugelig ausgebildetem, feinkörnigem Gefüge und die Kurve D einen Stahldraht mit getempertem, feinkörnigem Gefüge.
Aus dem Verlauf dieser Abbildung erkennt man,

daß mit der Änderung der Gefügestrukturen von A nach D die Erscheinungshäufigkeit von Brüchen oder Rissen beim Kaltverformen abnimmt. Um beim Kaltschmieden auftretende Brüche vollkommen auszuschalten, muß die Querschnittsverringerung des Stahldrahtes beim Drahte oberhalb 70%, beim Draht.0 oberhalb 65 % liegen, während die Drähte C und D keine Kaltverformungsbrüche aufweisen, selbst dann, wenn die Querschnittsverringerung 50% beträgt. Auf

diese Weise ist gezeigt, daß die Kaltbearbeitungsfähigkeit von Stahldrähten sehr stark von den mechanischen Eigenschaften und der MikroStruktur des Stahlmaterials beeinflußt wird.

F i g. 2 zeigt die Beziehung zwischen der kritischen Kaltpreßgrenze, bei der bei Kaltpreßversuchen ein Bruch im Stahldraht entsteht und der Einschnürung in Prozent. Die Werte stammen aus Kaltziehversuchen an verschiedenen Drähten bei unterschiedlichen Ziehbedingungen. Aus dem Kurvenverlauf der F i g. 2 ist zu ersehen, daß das Ziehverhältnis kaltgeschmiedeter Stahldrähte bis auf 10 bis 30 % ansteigt, wenn die Zusammensetzung des Stahles und die Wärmebehandlungsbedingungen so ausgewählt sind, daß die Querschnittseinschürung in diesem Material groß ist. Die Bruchgrenze dieser Werkstoffe kann dadurch erhöht werden, d. h., die Kaltverformbarkeit wird verbessert.

Die Erfindung macht sich die Kaltverformungseigenschaften des angelassenen Stahldrahtes, wie sie in den A b b. 1 und 2 dargestellt sind, zunutze. Besonders im Zusammenhang mit dem Stahldraht D wird vermerkt, daß er auf Grund seiner feinkörnigen, sorbitischen Gefügestruktur eine hohe Bruchgrenze und ausgezeichnete Verformbarkeit aufweist.

Im folgenden sind Beispiele der Erfindung beschrieben.

Beispiel 1

Der als Ausgangsmaterial dienende Stahldraht hat folgende chemische Zusammensetzung:

C 0,30%, P 0,030%,

Mn 1,60%, S 0,030%,

Si 0,30%.

Ein Stück Rollenstahldraht der obenerwähnten chemischen Zusammensetzung mit einem Durchmesser von 11 mm und bei einem Rollengewicht von 350 kg wurde zuerst auf einen Durchmesser von 10,2 mm kaltgezogen. Anschließend wurde er mit einer Geschwindigkeit von 5 m/min durch einen Schwerölheizofen vom Muffle-Typ geschickt und dabei auf eine Temperatur unterhalb etwa 900⁰C erhitzt. Der erhitzte Stahldraht wurde dann in einem ölbad abgeschreckt, so daß sich seine Temperatur auf unterhalb 200⁰C erniedrigte. Anschließend wurde dieser abgeschreckte Draht zum Anlassen durch ein auf 600⁰C gehaltenes Bleibad mit der gleichen Geschwindigkeit, mit der er durch den Schwerölheizofen passierte, geschickt und darauf wieder abgekühlt. Dann wurde der Durchmesser des Drahtes durch ein abschließendes Kaltziehen auf 9,45 mm reduziert.

Der auf diese Weise behandelte Stahl zeigte ein gleichförmiges, feinkörniges sorbitisches Mikrogefüge und besaß die nachfolgend genannten mechanischen Eigenschaften:

Streckgrenze 82 kp/mm²

Bruchfestigkeit 87 kp/mm²

Dehnung 20%

Einschnürung 66%

Als nächstes wurde dieser Stahldraht auf einer KaItverformungsmaschine zu Sechskantschraubenbolzen von 9,45 mm Durchmesser kaltverschmiedet und Gewinde eingeschnitten. Auf diese Weise wurden Sechskantschrauben 9,45 mm mit 50 mm Länge hergestellt.

Diese Schrauben wurden in Übereinstimmung nach der japanischen Prüfvorschrift untersucht, ihre mechanischen Eigenschaften festgestellt und diese mechanischen Eigenschaften mit denjenigen vergleichbarer Schrauben aus konventionellen Herstellungsverfahren verglichen.

Die Vergleichsergebnisse sind nachstehend aufgeführt:

Schrauben
gemäß der
Erfindung

Schrauben nach
konventionellen
Verfahren

(S45Q (SCr2)

Streckgrenze	86	82	85
(kp/mm²)
Bruchfestigkeit	90	87	90
15 (kp/mm²)
Dehnung %	20	16	18
Einschnürung %	65	57	63
30 '-Keil-Test	gut	gut	gut

Der Ausdruck 30°-Keil-Test beschreibt einen Zugversuch, bei dem zwischen die Sitzfläche des Schraubenkopfes und die Auflagefläche ein Keil mit einem Winkel von 30° gelegt wird. Weiterhin wurde in Übereinstimmung mit den Standard-DIN-Vorschriften Schraubenkopfschlagversuche durchgeführt, wobei an allen drei Schraubentypen gute Ergebnisse erzielt wurden. Zusätzlich wurden diese drei Schraubentypen auf ihre Ermüdungsfestigkeit hin untersucht, d. h. auf ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Schwellbelastung bis zu 2 · 10· Lastwechsel. Die Ergebnisse waren folgende:

Schrauben gemäß der Erfindung , 3,2901

■Schrauben nach den konventionellen

Verfahren (S45C) 2,S631

(SCr2) 3,0001

Wie aus dem obigen Testresultat zu ersehen ist, weisen die nach dem neuen Verfahren hergestellten Schrauben mechanische Eigenschaften auf, die denjenigen der Schrauben JIS S45C und SCr2 überlegen sind. Letztere wurden in konventionellen Herstellungsverfahren produziert, bei denen ein Stück Stahldraht gereckt, anschließend weichgeglüht, wieder gereckt, kaltverformt, gehärtet und schließlich getempert wird. Insbesondere zeigt die hervorragende Ermüdungsfestigkeit der mit dem neuen Verfahren hergestellten Schrauben, daß die verbleibende Druckspannung einen ausgezeichneten Einfluß auf die Oberfläche der kaltgeformten Produkte ausübt.

Beispiel 2

Der als Ausgangsmaterial dienende Stahldraht hatte die folgende chemische Zusammensetzung:

C 0,28%, Cr 0,80%,

Mn 0,70%, P 0,30%,

Si 0,25%, S 0,030%.

Ein Stück Rollendraht mit der obigen chemischen Zusammensetzung, einem Durchmesser von 11 mm bei einem Rollengewicht von 360 kg wurde zuerst kaltgereckt auf einen Durchmesser von 8,5 mm.

Anschließend wurde er durch ein Bleibad von 88O⁰C mit einer Geschwindigkeit von 2 m/min geschickt. Auf diese Weise wurde der Stahldraht in 3 Minuten auf 88O⁰C erhitzt und daran anschließend in einem ölbad auf 200⁰C abgekühlt, wodurch er auf eine gleichförmige Struktur durchgehärtet wurde. Die

509545/282

9 10

Bruchfestigkeit des gehärteten Stahldrahtes lag über _Keilwinkel Zugfestigkeit Ort des Auftretens

150 kp/mm². Daraufhin wurde der gehartete Stahl- (kp/mm¹) von Brüchen

draht in einem Bleibad von 630⁰C im Durchlauf- oder Rissen

verfahren angelassen, und zwar mit der gleichen Ge-

schwindigkeit, mit der er bereits das erste Bleibad 5 io° 101 Schraubenschaft

passierte. Auf diese Weise wurde in ihm für eine Zeit- 20° 99 Schraubenschaft

dauer von 5 Minuten eine Temperatur von 63O⁰C auf- _o

rechterhalten. Anschließend wurde der Stahldraht mit ^{JU ιυυ} öcnrauoenscnait Druckluft auf Zimmertemperatur abgekühlt. Diese

obenerwähnte Behandlungsreihenfolge wurde auf die io Wie aus den obigen Ergebnissen zu ersehen ist, ganze Länge des Stahldrahtes angewendet, so daß man traten alle Brüche oder Risse in den Schraubeneinen Stahldraht mit einer gleichförmigen, feinkörnigen schäften, jedoch nicht in den Schraubenköpfen auf. Sorbitgefügestruktur und einer Bruchfestigkeit von Es wurden Schrauben auf einer Baldwin-Ermü-85 kp/mm^a erhielt. Der so behandelte Stahl wurde dungsversuchsmaschine untersucht und ihre Ermüeinem Beiz- und Phosphatierungsvorgang unterworfen 15 dungsfestigkeit zu Vergleichszwecken festgestellt. Die und anschließend auf einen Durchmesser von 7,93 mm Ergebnisse der Versuche sind nachfolgend aufgeführt, kaltgezogen. Obgleich zwischen den Schrauben aus dem Verfahren Die mechanischen Eigenschaften des Stahldrahtes gemäß der Erfindung und denjenigen aus dem konwaren folgende: ventionellen Verfahren kein merklicher Unterschied Streckgrenze 87 kp/mm^{2 ao im Hinbuck auf} statische Festigkeit besteht, so zeigen BruchLnze "".'.!!!!!*.'.""".!"! 91 kp/mm^{2 doch die} Schrauben aus dem getemperten Stahldraht Dehnu 20 °/ ^im Vergleich mit denjenigen aus dem konventionellen

Einschnürung! '.'.'.'.'.'.'.Υ.'.'.'.'.'.'.'.'.'.'. 67% Verfahren eine außerordentlich hohe Ermüdungs-

festigkeit gegen Schwellbelastung.

Dieser Stahl wurde auf einer Dreistufenkopfschlag- 25

maschine zu 9,6 mm Sechskantbolzen kaUverschmiedet Schrauben Schraubennach und anschließend am Schraubenschaft ein Schrauben- gemäß der dem konventiogewinde angedreht. Auf diese Weise wurden komplette Erfindung nellen Verfahren 8-mm-Sechskantschrauben (M 8 X 35 mm) hergestellt.

Die aus einem Stück hergestellten kaltverschmie- 30 Statischer Versuch

deten Schrauben werden durch die Arbeitsgänge Ab- Streckgrenze 81 5 86 5

schneiden, Rollen, Anköpfen, Entgraten und Gewinde- (kn/mm²") ' '

schneiden des angelassenen Stahldrahtes gefertigt. \ L _t- 1, ·♦ _Q1 _n

Trotz seiner hohen Zugfestigkeit zeigt der angelassene ^ugtestigKeit yi,u y:>,:>

Draht denselben Grad von Kaltverformbarkeit wie 35 W/mm >

konventionell angelassener Stahldraht, und es treten Streckgrenzen- 90 91

während des Kaltschmiedevorganges keine Brüche, verhältnis %

Risse, Narben usw. auf.

Die Scherfestigkeit von Bolzen, die mit dem neuen Ermudungsversuch

Verfahren hergestellt worden waren, wurde durch 40 Nullspannungs- 800 550

Zugversuche mit Keilen von verschiedenen Winkeln Standfestigkeit (kp)

mit 10,20 und 30° untersucht und die Ergebnisse nach- Standfestigkeit bei 140 100

folgend zusammengefaßt: Höchstbelastung

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Stahlteilen, wie Bolzen, Schrauben und Zapfen, mit einer Bruchfestigkeit von 70 bis 120 kp/mm² aus einem unlegierten oder niedriglegierten Stahl mit 0,2 bis 0,6% Kohlenstoff, dadurch gekennzeichnet, daß Rollendraht in einem kontinuierlichen Verfahren rasch auf 850 bis 950⁰C erhitzt, 1 bis 3 Minuten auf dieser Temperatur gehalten, anschließend durch Abschrecken auf eine Temperatur von unterhalb etwa 200⁰C gleichförmig durchgehärtet, zum Anlassen erneut rasch auf 300 bis 700⁰C erhitzt und 2 bis 10 Minuten auf dieser Temperatur gehalten, abgekühlt, zu Einzelstücken zertrennt und daraus durch Kaltschmieden das Endprodukt geformt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Stahl mit einem oder mehreren Legierungszusätzen von Silizium, Mangan, Nickel, Chrom, Molybdän, Vanadium oder Bor mit einem Gehalt von jeweils höchstens 3 % verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Borzusatz mit einem Gehalt von 0,0007 bis 0,003 % verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rollendraht bei einem Durchmesser von unter 11 mm mit Öl und von über 11 mm mit Wasser abgeschreckt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschrecken des Stahldrahtes bis auf eine Temperatur von 200⁰C erfolgt und daran anschließend der Stahldraht langsam weiter abgekühlt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Anlassen der Draht kaltgezogen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahldraht um eine Querschnittsverringerung von weniger als 20% kaltgezogen wird.