DE202006011370U1 - Process to manufacture a stainless steel component by a combination of casting and high-temperature forging - Google Patents

Process to manufacture a stainless steel component by a combination of casting and high-temperature forging Download PDF

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Abstract

In a process to manufacture a stainless steel component, in a first stage a metal blank is first cast in a form, and in a second stage is heated further within the form that is forged at 1000 to 1100C in a third stage. The material is rendered fine and dense, devoid of voids and trapped air. In a final stage the stainless steel component is annealed in solution at 1100C for more than two hours.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein durch Gießen und Schmieden hergestelltes Produkt aus rostfreiem Stahl, wobei das Gussstück aus rostfreiem Stahl angesichts seines nach dem Gießen noch bestehenden stofflichen Mangels durch ein qualitätsverbesserndes Verfahren bearbeitet wird, um seine mechanischen Eigenschaften zu verbessern, damit sie und die Anforderungen die mechanischen Eigenschaften eines Schmiedestücks erfüllen.The The invention relates to a product manufactured by casting and forging Stainless steel product, given the casting of stainless steel his after pouring still existing material deficiency by a quality-improving procedure processed to improve its mechanical properties, so that they and the requirements meet the mechanical properties of a forging.
  • In Bezug auf die Konstruktion eines durch Gießen hergestellten Produktes zeigt 1 eine Schnittansicht eines herkömmlichen Produktes. Dabei werden Abfälle oder Reststücke zur Schmelzung erhitzt, die wiederum in eine Gussform gegossen wird. Damit werden die Kosten für die Materialien gesenkt und die Gussformen wohlfeiler. Allerdings entstehen aufgrund der gröberen Kristalle des Gussprodukts leicht Lufteinschlüsse und Lunker. Dies führt zu einer geringeren Feinheit und Dichte 10 sowie schlechteren mechanischen Eigenschaften. Im Vergleich dazu zeigt 2 eine Schnittansicht eines durch das herkömmliche Schmiedeverfahren hergestellten Produktes, das aus Walzschmiedematerial hergestellt ist und daher einen hohen Preis hat. Wohl verursachen die Materialien also hohe Kosten, auch ist die Abnutzung der Formen höher, aber die Kristalle des Produktes gemäß 2 sind feiner, die Feinheit und Dichte 20 sind also höher, und die relative mechanische Stärke sowie die Abdichtung sind besser. Da beim Schmieden das Formen allerdings in der festen Phase vorgenommen wird, wird das Formen schwieriger; außerdem ist das Verfahren zum Herstellen eines Produktes in einer komplizierten Form schwieriger und benötigt mehrere Sätze von Formen, damit das Produkt schrittweise geschmiedet wird, was die Arbeitsstufen des Schmiedens vermehrt und damit auch die Kosten erhöht.With respect to the construction of a product made by casting 1 a sectional view of a conventional product. This waste or residual pieces are heated to melt, which in turn is poured into a mold. This reduces the costs of the materials and makes the molds cheaper. However, due to the coarser crystals of the cast product easily air pockets and voids. This leads to a lower fineness and density 10 as well as worse mechanical properties. In comparison shows 2 a sectional view of a product produced by the conventional forging process, which is made of rolled forgings and therefore has a high price. Well, the materials thus cause high costs, too, the wear of the molds is higher, but the crystals of the product according to 2 are finer, fineness and density 20 are therefore higher, and the relative mechanical strength and sealing are better. However, since forging is done in the solid phase, molding becomes more difficult; moreover, the process of producing a product in a complicated form is more difficult and requires several sets of molds to forge the product step by step, which increases the steps of forging and thus increases the cost.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein durch ein Gießen und Schmieden kombinierendes Verfahren hergestelltes Produkt aus rostfreiem Stahl zu schaffen.Of the Invention is based on the object by a casting and Forging combining process produced stainless steel product to accomplish.
  • Gegenstand der Erfindung ist das in Anspruch 1 angegebene Produkt. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Es werden so die Vorteile des herkömmlichen Gießens und Schmiedens kombiniert, indem zuerst durch Gießen ein Formling hergestellt wird, der wiederum erhitzt und zu einem Schmiedestück geschmiedet wird, so daß das Material fein und dicht wird und die durch das Gießen entstandenen Lunker und Lufteinschlüsse beseitigt werden. Danach wird ein Lösungsglühen vorgenommen, um die Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften des Schmiedestücks zu erfüllen. Zugleich wird eine Aufblähung der Anzahl der Bearbeitungsschritte vermieden, der Energieverbrauch reduziert und erreicht, daß das Produkt die gleichen mechanischen Eigenschaften wie ein Schmiedestück besitzt.object the invention is the product specified in claim 1. preferred embodiments emerge from the dependent claims. It will be the advantages of conventional casting and Forging combined by first producing a molding by casting which in turn is heated and forged to a forging will, so that Material is fine and dense and the resulting from the casting Voids and air pockets be eliminated. Thereafter, a solution anneal is made to the requirements to meet the mechanical properties of the forging. At the same time an inflation of the Number of processing steps avoided, energy consumption reduces and achieves that Product has the same mechanical properties as a forging.
  • Es wird dadurch ermöglicht, aus einem kostengünstigen Gussstück durch die Technik der qualitativen Verbesserung ein Schmiedestück zu erhalten, um die nachfolgende Bearbeitung des Produktes zu begünstigen.It is thereby enabled from a cost-effective casting through the technique of qualitative improvement to get a forging to to favor the subsequent processing of the product.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Beschreibung und der Zeichnungen näher erläutert.in the Below, the invention with reference to the description and the drawings explained in more detail.
  • 1 zeigt eine Schnittansicht eines bekannten Gussprodukts. 1 shows a sectional view of a known cast product.
  • 2 zeigt eine Schnittansicht eines bekannten Schmiedeprodukts. 2 shows a sectional view of a known forged product.
  • 3 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Erzielung des Produktes gemäß der Erfindung, bei der eine Schmiedemaschine mit Gelenkhebeln die Gussform vorheizt. 3 Figure 3 is a schematic representation of a device for obtaining the product according to the invention, in which a forging machine with articulated levers pre-heats the mold.
  • 4 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Erzielung des Produktes gemäß der Erfindung, bei der die Schmiedemaschine mit Gelenkhebeln den Formling schmiedet. 4 is a schematic representation of an apparatus for obtaining the product according to the invention, wherein the forging machine with articulated levers forging the molding.
  • Von den Wirkungen des Gießens und Schmiedens her ist zu erkennen, daß sie sich in ihren Vor- und Nachteilen gegenseitig ergänzen können. Bei dem kombinierten Verfahren von Gießen und Schmieden wird zunächst ein Gussstück in eine dem Endprodukt ähnliche Form gegossen und nachfolgend geschmiedet. Dabei muß kein teuerer Stangenstoff eingesetzt werden, sondern ein aus Abfall geschmolzenes Gussstück reicht aus, das durch das Schmieden in seinen Materialeigenschaften verbessert werden und somit die Anforderungen eines Schmiedestücks erfüllen kann. Darüber hinaus kann bei Produkten mit einer komplizierten Form zunächst eine Form gegossen werden, um die Arbeitsstufen des Schmiedens zu reduzieren.From the effects of casting and forging can be seen that they are in their fore- and Add to each other's disadvantages can. at The combined process of casting and forging is first casting in a similar to the final product Mold cast and then forged. It does not have to be expensive Rod material are used, but a molten waste casting That's enough, because of the forging in its material properties can be improved and thus meet the requirements of a forging. About that In addition, for products with a complicated shape, a first Cast mold to reduce the stages of the forging.
  • Beim herkömmlichen Schmieden wird oft Walzschmiedematerial eingesetzt, dessen Kristalle feiner sind und dessen Feinheit und Dichte höher ist, während beim Gießen die Kristalle gröber und u.a. zweigförmig ausgebildet sind und zugleich aufgrund des Vorhandenseins von Lufteinschlüssen und Lunkern die Feinheit und Dichte des Materials niedriger ist. Daher sind die Produkteigenschaften beim Schmieden nicht genau gleich denen des Walzschmiedematerials. Des weiteren muß die Beziehung zwischen dem Schmiedeverhältnis h/h0 (Verhältnis der Höhen des Werkstücks vor und nach dem Schmieden), der Schmiedetemperatur, dem Lösungsglühen und den mechanischen Eigenschaften, wie sie sich beim Gießen ergibt, systematisch bestimmt werden, um die am besten geeigneten Bedingungen für das Gießen und Schmieden zu bestimmen und somit Gießen und Schmieden wirksam zu verbinden.In forging, forging is often used whose crystals are finer and whose fineness and density are higher, while in casting the crystals are coarser and inter alia branched, and at the same time the fineness and density of the material is lower due to the presence of air pockets and voids. Therefore, the product properties of forging are not exactly equal to those of the forging material. Further, the relationship between the forging ratio h / h 0 (ratio of the heights of the workpiece before and after forging), the forging temperature, the solution heat treatment and the mechanical properties as obtained in casting must be systematically be determined to determine the most suitable conditions for casting and forging, thus effectively combining casting and forging.
  • Erfindungsgemäß werden die Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften eines Schmiedestücks erfüllt, nachdem das Gussstück mit dem qualitätsverbessernden Verfahren bearbeitet worden ist, wobei die Bedingungen des qualitätsverbessernden Verfahrens vorzugsweise folgende sind: eine Schmiedetemperatur von ca. 1000°C-1100°C, ein Schmiedeverhältnis (h/h0): 0,25-0,75 damit beim Schmieden das Material genügend Umformung und Bewegung erfährt, und eine Temperatur für das Lösungsglühen über zwei Stunden von 1100°C.According to the invention, the requirements on the mechanical properties of a forging are fulfilled after the casting has been processed by the quality-improving method, the conditions of the quality-improving process preferably being: a forging temperature of about 1000 ° C-1100 ° C, a forging ratio (h / h 0 ): 0.25-0.75 so that the material undergoes sufficient deformation and movement during forging, and a solution annealing temperature of 1100 ° C over two hours.
  • 3 und 4 zeigen Vorrichtungen zur Erzeugung des erfindungsgemäß qualitätsverbesserten Produkts, mit denen zunächst ein Formling für das Schmieden A mit einer herkömmlichen Gussform gegossen wird, was sowohl Kosten einspart als auch die Herstellung einer komplizierten, dem Endprodukt ähnlichen Form ermöglicht. Danach wird der Formling in der unteren Gussform 32 der Produktform geschmiedet, wobei die untere Gussform 32 auf der Plattform 30 der Schmiedemaschine mit Gelenkhebeln 3 befestigt ist, während die obere Gussform 31 am oberen Ende der Schmiedemaschine mit Gelenkhebeln 3 befestigt ist. Beim Schmieden wird zuerst eine Erhitzungsvorrichtung 33 an der unteren Gussform 32 angeordnet, um die Form vorzuheizen (siehe 3). Anschließend wird der auf Schmiedetemperatur erhitzte Formling für das Schmieden A in die untere Gussform 32 eingelegt und mit der Schmiedemaschine mit Gelenkhebeln 3 in der Kombination mit der oberen Gussform 31 sofort geschmiedet (siehe 4), damit die Lufteinschlüsse, Lunker oder gröberen Kristalle verkleinert und verdichtet werden, um den Anforderungen an die Eigenschaften, zum Beispiel Festigkeit eines Schmiedestücks zu genügen. 3 and 4 show devices for producing the quality-improved product according to the invention, with which first a molding for forging A is cast with a conventional mold, which both saves costs and allows the production of a complicated, similar to the final product shape. Thereafter, the molding is in the lower mold 32 the product form forged, the lower mold 32 on the platform 30 the forging machine with articulated levers 3 is attached while the upper mold 31 at the top of the forging machine with articulated levers 3 is attached. When forging first a heating device 33 at the lower mold 32 arranged to preheat the mold (see 3 ). Subsequently, the forging temperature heated molding for forging A is in the lower mold 32 inserted and with the forging machine with articulated levers 3 in combination with the upper mold 31 forged immediately (see 4 ), so that the air pockets, voids or coarser crystals are reduced and compressed to meet the requirements of the properties, such as strength of a forging.

Claims (4)

  1. Durch Gießen und Schmieden qualitativ verbessertes Produkt aus rostfreiem Stahl, wobei zuerst durch Gießen ein Formling erzeugt worden ist, der wiederum in der Form erhitzt und zu einem Schmiedestück geschmiedet worden ist, so daß das Material fein und dicht gemacht ist, und die durch das Gießen entstandenen Lunker und Lufteinschlüsse beseitigt worden sind und ein Lösungsglühen vorgenommen worden ist.By pouring and forging a qualitatively improved stainless steel product, being first by pouring a molding has been produced, which in turn is heated in the mold and a forge has been forged so that the Material is made fine and dense, and the resulting from the casting Voids and air pockets have been eliminated and a solution annealing has been made is.
  2. Produkt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es bei einer Schmiedetemperatur von 1000°C-1100°C erzeugt worden ist.Product according to claim 1, characterized that it has been produced at a forging temperature of 1000 ° C-1100 ° C.
  3. Produkt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es unter Einhaltung eines Verhältnisses zwischen der Höhe des Gießformlings und der Höhe des Schmiedestücks von h/h0 = 0,25-0,75 erzeugt worden ist.Product according to claim 1, characterized in that it has been produced in compliance with a ratio between the height of the molding and the height of the forging of h / h 0 = 0.25-0.75.
  4. Produkt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsglühen über zwei Stunden bei 1100°C durchgeführt worden ist.Product according to claim 1, characterized that this Solution annealing over two Hours at 1100 ° C carried out has been.
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