DE1904162B2 - Verfahren zur einstellung eines aus ferrit bestehenden gefueges - Google Patents
Verfahren zur einstellung eines aus ferrit bestehenden gefuegesInfo
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Description
erhitzt wird, bei dieser Temperatur höchstens 10 Minuten geglüht, und zur Umwandlung des
faserförmigen Austenits in Martensitfasern abgekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück durch Induktionserhitzung, Widerstandserhitzung oder durch Blei- oder
Salzbäder erhitzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück in Wasser abgekühlt
wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück anschließend kaltver-
formt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück bis zu 20% kaltverformt wird.
ö. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Werkstück nach dem Abkühlen
angelassen wird
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß das Werkstück bei 204° C angelassen
wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Werkstück nach dem Anlassen kaltverformt wird.
9. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf Stahl mit weniger als 0,35% Kohlenstoff.
10. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf warmgewalzten Stahl.
11. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf zur Erhöhung der Verformbarkeit wärmebehandelten Stahl.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung eines aus Ferrit mit eingebettetem faserförmigem
Martensit bestehenden Gefüges in Werkstücken aus untereutektoiden Kohlenstoffstählen und niedriglegierten Stählen.
Verfahrensbedingungen, die zur Erzeugung von Feingefügen führen, welche in einem Ferritgefüge
eingebettete Martensitteilchen aufweisen, werden gewöhnlich vermieden, weil angenommen wurde, daß
derartige metallurgische Gefüge minderwertige mechanische Eigenschaften besitzen. Als Folge davon werden
bisher, von wenigen Ausnahmen abgesehen, Werkstükke aus Kohlenstoffstahl und niedrig legierte Stahlprodukte mit Hilfe von Verfahren hergestellt, bei denen
Feingefüge entstehen, die im Ferrit eingelagerte Karbidteilchen aufweisen. Kürzlich wurde festgestellt,
daß das sich ergebende faserförmige, Martensit-Ferrit-
Mischgefüge brauchbare Eigenschaften haben kann,
falls die Martensitteilchen klein genug sind und alle in der gleichen Richtung gestreckt sind Tatsächlich wurde
gefunden, daß sich ein derartiger metallurgischer Aufbau durch eine einzigartige und vorteilhafte
Kombination mechanischer Eigenschaften kennzeichnet.
Aufgabe der Erfindung ist es nun ein besonders
fortschrittliches Verfahren der genannten Art zu
schaffen, mit dem in vielfältigen Kohlenstoffstählen und
niedrig legierten Stählen ein faserförmiges Martensit-
daß das Werkstück mit einer Querschnittsverminderung von mindestens 50% kaltverformt, auf eine über /4,
liegende Temperatur
Tx ±
H0C, wobei
Tx [ C] = n [1353 - (25 · % Mn) + (40 · % Si) - (26 · % Ni) 4- (42 · % Cr)]
erhitzt, bei dieser Temperatur höchstens 10 Minuten geglüht, und zur Umwandlung des faserförmigen
Austenits in Martensitfasern abgekühlt wird.
Das Erhitzen des Werkstücks läßt sich vorteilhafterweise durch Induktionsheizung, Widerstandsheizung
oder durch Blei- oder Salzbäder durchführen.
Ferner hat sich bewährt, das Abschrecken des Werkstücks zur Umwandlung des faserförmigen Austenits
in Martensitfasern in Wasser durchzuführen. Durch eine weitere anschließende Kaltverformung, die vorleilhafterweise
bis zu 20% beträgt, läßt sich die Festigkeit des Stahls noch erhöhen und seine Zerspanbarkeit
verbessern.
Am das Abkühlen des Werkstücks kann sich ein
Am das Abkühlen des Werkstücks kann sich ein
Anlassen anschließen, das vorteilhafterweise bei 2040C
stattfindet und dazu dient, das Formänderungsvermögen des Werkstücks noch zu steigern. Eine weitere
Kaltverformung nach dem Anlassen hat sich ebenfalls im Hinblick auf die Werksloffestigkeit und die
Zerspanbarkeil bewährt.
In dem Stahl können auch noch andere Elemente enthalten sein, die jedoch in der obigen Gleichung nicht
berücksichtigt wurden, da sie die Glühtemperatur für die hier in Frage kommenden Stähle nicht wesentlich
beeinflussen.
Eine Betrachtung der Feingefügeänderung des Stahls zeigt die mit dem obigen Verfahren erreichbaren
Vorteile. Das normale. Ausgangsmaterial für das Behandlungsverfahren ist gewöhnlich warmgewalzt und
besitzt ein Feingefüge aus gleichachsigem Ferrit und Perlit Der Verfahrensschritt der Kaltverformung
verformt die Perlithaufen und Ferritkörner in einer Weise, die der Veränderung der Abmessungen des
Materials im ganzen genommen entspricht Somit sind sowohl die Perlitstellen oder -haufen als auch die
Ferritkörner nach der Hauptverfurmungsrichtang ausgerichtet
Je größer die Kaltverformung ist, desto länger und dünner werden die Perlithaufen und Ferritkörner.
Vm die gewünschte Verlängerung der Perlithaufen zu erreichen, ist eine Kaltverformung von über 50%
erforderlich. Diese große Verformung läßt sich natürlich auf irgendeine geeignete Weise herbeiführen, beispielsweise
wie gewöhnlich mit Hilfe einer Anzahl Verformungsschritte, wie sie mehrere Durchgänge durch ein
Walzwerk darstellen. Das neuartige Verfahren verlangt nicht daß in dem Ausgangsstahl Ausscheidungsbedingungen
herrschea
Beim Erhitzen auf die 7>T< nperatur, die etwas über
dem Aci-Punkt liegt verwandelt sich der langgestreckte
Perlit in Austenit Der Austenit bildet sich fast ausschließlich in dem Perlit und nimmt deshalb eine
entsprechende Größe, Form und Verteilung ein. Das Ergebnis besteht darin, daß der Stahl unmittelbar vor
dem Abkühlen Austenitteilchen enthält die lang und dünn sind und alle gleiche Orientierung aufweisen und
im wesentlichen die gleiche chemische Zusammensetzung besitzen wie der Perlit Eine Steuerung der
Glühtemperatur Tx ist deshalb notwendig, damit sichergestellt ist daß Austenitteilchen dieser Art
vorhanden sind. Wenn die Glühtemperatur zu niedrig ist, wird der Perlit nicht vollständig in Austenit
umgewandelt Wenn sie zu hoch ist wächst der Austenit in den Ferrit hinein, und demzufolge nimmt sein
Kohlenstoffgehalt ab und seine Struktur wird weniger faserig. Auch rekristallisiert beim Glühen das kaltverformte
Ferritgefüge zu gleichachsigen Körnern. Da die Glühtemperatur verhältnismäßig niedrig und die Glühzeit
kurz ist entwickelt sich in dem Ferrit eine vorteilhaft feine Korngröße.
Durch Abkühlung auf Raumtemperatur werden die Austenitfasern in Martensitfasern umgewandelt. Die
Härtbarkeit der Austenitfasern ist viel größer als die des vollständig austenitisierten Stahles, da die Fasern im
wesentlichen die Zusammensetzung des Perlits haben und deshalb einen nahezu eutektoiden Kohlenstoffgehalt
aufweisen. Darüberhinaus ist aufgrund der Affinität des Kohlenstoffes zu Mangan dieses Element ebenfalls
in einem größeren Ausmaß in den Fasern vertreten als in dem Stahl als Ganzem. Diese Merkmale machen es
möglich, das Verfahren auf Stähle anzuwenden, die einen erheblich niedrigeren Kohlenstoffgehalt und
Legierungsgehalt haben, als er sonst zum Abkühlen für alle Martensitgefüge erforderlich ist.
Das durch das hier beschriebene Verfahren hergestellte Produkt weist ein Feingefüge auf, das Martensitfasern
enthält, in denen sich, eingebettet in ein feinkörniges Ferritgefüge, bis zu etwa 0,8% Kohlenstoff
befinden. Die Fasern sind deshalb etwa 10mal so fest wie
das Gefüge. Dieses Feingefüge ist deshalb ein Material erwünschter Zusammensetzung, da die festen Martensitfasern
das verformbarere Ferritgefüge verfestigen. Zur Erreichung dieses Zustandes ist eine sorgfältige
Steuerung der oben genannten Glühtemperatur erforderlich.
Die darauffolgende Behandlung kann der Modifizierung der Eigenschaften dienen. Die Verformbarkeit
erhöht sich durch Anlassen, beispielsweise bei etwa
ίο 2040C, etwas auf Kosten der Festigkeit Höhere
Festigkeit und bessere maschinelle Verarbeitbarkeit lassen sich in dem notwendigen Maß durch Kaltverformung,
beispielsweise bis zu einer Querschnittsreduzierung von 20% erreichen.
Zu der neuartigen Verfahrensweise gehört die Behandlung von uniereutektoiden Stählen und insbesondere
solchen Stählen, die vorzugsweise weniger als 0,35% Kohlenstoff enthalten. Jedoch lassen sich mit
Hilfe des neuartigen Verfahrens sowohl Kohlenstoffstähle als auch niedrig legierte Stähle behandeln, wenn
auch die mechanischen Eigenschaften nach der Behandlung natürlich sich je nach Stahlart unterscheiden. Im
folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele des hier beschriebenen neuartigen Verfahrens angeführt.
Ein warmgewalzter Stab aus AISI1015 Stahl mit
einem Durchmesser von 2,54 cm und einem Kohlenstoffgehalt von 0,16% und Mangangehalt von 0,51%
wurde kalt geschmiedet Daraufhin wurde er durch 2 Minuten langes Eintauchen in ein eine Temperatur
von 749°C aufweisendes Bleibad wieder erwärmt und dann mit Wasser abgekühlt Diese Probe ist als
Beispiel A in der unten folgenden Tabelle I angeführt. Zum Vergleich dazu wurde ein identischer Stab mit
einem Durchmesser von 0,64 cm von 927° C aus normalisiert. Dieser Stab ist als Probe II in der Tabelle I
enthalten. Zur Verdeutlichung weiterer erreichbarer Verbesserungen wurde eine der Probe A ähnliche
Probe 1 Stunde lang bei 2040C zusätzlich angelassen. Diese Probe ist unter C in der Tabelle I wiedergegeben
um aufzuzeigen, auf welche Weise eine andere günstige Kombination aus Streckfestigkeit und Verformbarkeit
mit Hilfe der neuartigen Verfahrensweise erreicht werden kann.
| 45 | Tabelle | I | Streck festigkeit (kp/mm2) |
Flächen reduzierung (%) |
Dehnung innerhalb 2.54 cm (%) |
| 50 | Probe | Zug festigkeit (kp/mm2) |
48,3 | 19 | 12 |
| A | 96,0 | 30,1 | 71 | 35 | |
| 55 | B | 43.0 | 43,1 | 53 | 21 |
| C | 71.3 | ||||
Die in der Tabelle I wiedergegebenen Beispiele zeigen die Festigkeit, die sich durch die neuartige
Behandlung in einem niedriggekohlten Stahl ergibt.
Zugfestigkeitseigenschaften einiger Bandstahlsorten, die gemäß dem neuartigen Verfahren behandelt worden
sind und danach alle bei 2040C 2 Stunden lang angelassen wurden, sind in der Talle II wiedergegeben.
Bei jedem Stahl der genannten Beispiele war das Ausgaiigsmaterial ein 1,27 cm dickes, warmgewalztes
Blech. Die Bleche wurden auf 0,38 cm kaltgewalzt, auf Tx ± 11°C geglüht und mit Wasser abgeschreckt.
| C | 5 | Si | 1 | Ni | 9 04 | 162 | T | 6 | ||
| (%) | <%) | (%> | Dehn 2.54 c |
|||||||
| Tabelle 11 | 0,11 | Mn | — | — | ._ | (%) | ||||
| AISI Klasse | 0,12 | (%) | 0,20 | — | Cr | Mo | Zugfestigkeit | Streckfestigkeit | ||
| 0,55 | 1%) | (%) | (kp/mnr) 58,8 o-i -ι |
(kp/mm2) | 22,5 19 |
|||||
| 0,20 | 1,10 | 0,24 | ~~~ | OJ,J | 39,0 55,8 |
|||||
| 1010 | 0,24 | 0,23 | — | 64,2 | 27 | |||||
| 1011 | 0,35 | 0,53 | 0,21 | — | QnO | 48,0 | 13,5 | |||
| (M .id.) | 0,21 | 0,86 | — | 0.49 | /UjU 70 λ |
54,9 | 14 | |||
| 1020 | 0,21 | 0,37 | 0,27 | Ql Π | 55,0 | 15.5 | ||||
| 1026 | 0,12 0,21 |
0,79 | 0,28 0,25 |
1,75 1,80 |
— - | 52,0 | ||||
| 1034 | 2,00 | — | 112,0 | 17 21 |
||||||
| 1021 | 0,81 0,73 |
0,77 0,80 |
0,22 0,2 J |
87,3 137,0 |
76,2 | 11.5 | ||||
| + 0,5 Ni 1320 |
107,0 | |||||||||
| 4310 4320 |
||||||||||
Die Festigkeiten, die in den verschiedenen, repräsentativen untereutektoiden Kohlenstoffstählen und niedrig
legierten Stählen der Tabelle II anzutreffen sind, ergeben sich aus der neuartigen Behandlung zur
Schaffung eines faserförmigen Martensit-Ferrit-Feingefüges. Durch Anlassen bei 204° C, wie dies bei den in der
Tabelle II angeführten Proben angeführten Proben geschehen ist, wird die Eigenschaftskcnbination aus
Verformbarkeit und Streckfestigkeit verbessert. Wenn das Anlassen weggelassen würde, könnten zwar
erheblich höhere Zugfestigkeiten erhalten werden, allerdings wäre dann die Verformbarkeit oder das
Formänderungsvermögen gennger Wie bere.ts angedeutet wurde, läßt sich eine zusatz .ehe Festigken und
^ eine Verbesserung der maschinellen Bearbeitbarkeit
" dem Material durch Kaltverformung in dem erforderlichen
Umfang erteilen, beispielsweise durch eine Querschnittsreduzierung von etwa 20%.
Das faserförmige Martensit-Femt-Mischgefugc ist
,o eine Feingefügeart, die sich ferner durch ungewohnheh
" hohe Kaltverfestigungsgeschwindigkeit sowie gute
Zerspannbarkeit und Widerstand gegen bestimmte
Korrosionserscheinungen kennzeichnet.
Claims (1)
1. Verfahren zur Einstellung eines aus Ferrit mit
eingebettetem faserförmigem Martensit bestehenden Gefüges in Werkstücken aus untereutektoiden
Kohlenstoffstählen und niedriglegierten Stählen,
dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück mit einer Querschnittsverminderung von
mindestens 50% kaltverformt, auf eine über Ax
liegende Temperatur Tx ± 110C, wobei
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US70155468A | 1968-01-30 | 1968-01-30 | |
| US70155468 | 1968-01-30 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1904162A1 DE1904162A1 (de) | 1969-08-28 |
| DE1904162B2 true DE1904162B2 (de) | 1976-10-21 |
| DE1904162C3 DE1904162C3 (de) | 1977-06-02 |
Family
ID=
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE1904162A1 (de) | 1969-08-28 |
| NL6901456A (de) | 1969-08-01 |
| GB1242794A (en) | 1971-08-11 |
| US3502514A (en) | 1970-03-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
| E77 | Valid patent as to the heymanns-index 1977 | ||
| EHJ | Ceased/non-payment of the annual fee |