DE2234891B2

DE2234891B2 - Verfahren zum Herstellen von Stahlgegenständen und deren Verwendung

Info

Publication number: DE2234891B2
Application number: DE19722234891
Authority: DE
Inventors: Guenter Dipl.-Phys. Dr.-Ing. 5850 Hohenlimburg Beck
Original assignee: Fried Krupp Huettenwerke AG
Current assignee: Krupp Stahl AG
Priority date: 1972-07-15
Filing date: 1972-07-15
Publication date: 1979-02-22
Also published as: DE2234891C3; DE2234891A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Stahlgegenständen, die einen harten Kern und eine w ^iche Schale aufweisen sollen, aus vergütbaren warmgewalzten Stählen und auf die Verwendung der derart hergestellten Stahlgegenstände.

Wärmebehandlungsverfahren, bei Henen vergütbare Stahlgegenstände aus der Walzhiize abgeschreckt werden, gehören zum Stand der Technik. So ist z. B. in der DE-PS 10 22 619 ein Verfahren beschrieben, bei welchem Stahlgegenstände nach dem letzten Walzkaliber mit einer Walzendtemperatur dicht oberhalb des /4,-3-Punktes schroiff auf ein martensitisches oder ein nichtperlitisches Gefüge abgeschreckt werden. Dabei wird je nach Abmessung des Wabgutes ein völlig durchgehärtetes Endprodukt erzielt oder ein Endprodukt, bei dem lediglich die äußere Schale ein martensitisches Gefüge aufweist. Wenn lediglich die äußere Schale ein martensitisches Gefüge aufweist, ist das Erzeugnis in die Gruppe der oberflächengehärteten Stahlgegenstände einzureihen. Diese Erzeugnisse haben eine Randschicht hoher Härte und einen weichen Kern. Eine derartige Ausbildung ist beispielsweise bei Verschleißteilen wünschenswert.

Die vorliegende Erfindung geht von der Überlegung aus, daß zur Verbesserung der Gebrauchseigenschaften jedoch in vielen Fällen eine Umkehrung dieses Zustandes wünschenswert ist, d. h. daß die Oberfläche weich und der Kern hart ausgebildet werden soll. Die Forderung nach einer weichen Oberfläche ist entweder mit der Forderung nach einer glatten oder fehlerfreien Oberfläche während und nach der Kaltumforniung oder mit der Forderung nach einer guten Kaltumformbarkeit. Andere Gründe für eine weiche, dann allerdings auch zähe Randschicht liegen darin, auch während der Gebrauchsbeanspruchung Risse in der Oberflächenschicht zu vermeiden. Letztlich kann es von Vorteil sein, ein solches Werkstück in Verbund mit harten Stahlteilen zu bringen, wobei sich zur besseren räumlichen Anpassung und bessere Kraftübertragung das so hergestellte Werkstück an der Oberfläche beim Fügeverfahren kalt verformen soll.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zu entwickeln, das aus vergütbaren warmgewalzten Stählen Stahlgegenstände herstellt, die einen harten Kern und eine weiche Schale aufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kombination folgender Verfahrensschritte gelöst:

der Stahl wird wie üblich auf eine Walztemperatur

ίο über A_C3 erwärmt und auf die Fertigabmessung warmgewalzt, dann von der Endwalztemperatur bis zu einer Walzgutoberflächentemperatur dicht oberhalb des /^-Punktes abgekühlt und darauf in einem für die Härtung des Stahles geeigneten Abschreckmittel bis

is mindestens unterhalb der M/Temperatur abgeschreckt und darauf gegebenenfalls angelassen.

Unter »warmgewalzten Stählen« werden hierbei insbesondere Rundmaterial, wie Stäbe oder Drähte, ferner Bänder, Bleche oder Flachstähle oder Profilstäbe beliebiger Querschnittsform verstanden. Unter »vergütbarem Stahl« werden untereutektoide, unlegierte oder legierte Stähle verstanden, und zwar nicht nur die eigentlichen Vergütungsstähle nach deutschem Sprachgebrauch, sondern auch Federstähle, Walzlagerstähle, Nitrierstähle, Einsatzstähle sowie Stähle für Flammoder Induktionshärtung.

Unter »Kern« des -varmgewalzten Stahls wird eine

Zone verstanden, die im Abstand unter der Oberfläche des Stahlgegenstandes liegt. Dabei kann sich die Kernzone gegebenenfalls bis zur Mittelachse oder Mittelebene erstrecken. Sie muß sich aber nicht bis dahin erstrecken, so daß im letztgenannten Fall eine ringförmige Kernzone vorliegt. Unter »Schale« wird die Zone zwischen der Oberfläche des Stahlgegenstandes und dem Kern verstanden.

Dem »Warmwalzen« im Sinne der Erfindung sind auch Umformungsvorgänge zuzurechnen, die dem Warmwalzen ähneln, z. B. das »Warmfließpressen«.

Bei der Befolgung der erfindungsgerväöen Lehre wird die Schalendicke um so größer, je länger bzw. intensiver die Luftabkühlung bis dicht oberhalb A_rj ist, hier ergeben sich Vorteile thermomechanischer Verfahren in wirtschaftlicher und werkstoffkundlicher Hinsicht. Hinzuweisen ist darauf, daß durch Wärmebehandeln aus der Warmwalzhitze (Umformwärme) die Einhärtetiefc vergrößert wird, weil die Umformtemperaiuren höher als übliche Härtetemperaturen liegen, bei der die im Stahl vorhandenen Keime weitgehend aufgelöst sind und andererseits keine starke Kornvergrößerung wegen der ständigen Deformation der Kristallite befürchtet werden muß.

Die erfindungsgemäß hergestellten Stahlgegenstände können unmittelbar verwendet werden oder als Ausgangswerkstoff für Weiterverarbeitungsvorgänc: dienen, bei deren Durchführung eine weiche Oberfläche von Vorteil ist, wie spangebende oder spanlose Umformung von Oberflächenschichten oder Fügen durch Preßpassung oder Spannverfahren in Spannbetonbauwerken oder Stanzen oder Überziehen mit Hülsen oder Muttern auf hartem Bolzen mit weicher Oberfläche.

Der nach dem Abschrecken und dem gegebenenfalls angewendeten Anlassen erreichte Zustand bleibt bis zum Fertigerzeugnis erhalten. Er darf nicht durch zusätzliche Wärmebehandlung beseitigt werden.

Ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß der Erfindung wurde an einer Mittelstahlstraße während einer normalen Walzung durchgeführt:

Stäbe der Charge 790410 mit der chemischen Zusammensetzung C = 0,69%, Mn = 0,61%, Si = 0,22%, P = 0,032%, S = 0,0)8%, Al_g« = 0,015%, austenitisiert bei 1200⁰C, wurden bei 1050⁰C auf die Abmessung 32 mm Dmr. fertiggewalzt, zunächst an ruhender Luft abgekühlt und bei einer Kerntemperatur über An in 20°C warmem Härteöl abgeschreckt. Der Erfolg ist am besten aus den beiden Gefügebildern, BiIdI, die nach unterschiedlichen Liegezeiten der Größenordnung Minuten abgeschreckt wurden, zu ersehen, aus denen der Bereich der martensitischen Zone als weißer, im Schliff glänzender Bestandteil zu erkennen ist. Sie ist ringförmig, mit einem Innendurchmesser von etwa 8 mm und einem Außendurchmesser von 27 bis 29 mm. Das Randgefüge besteht aus Sorbit mit geringem Ferritanteil auf den Korngrenzen. Die Kernzone wies ebenfalls Sorbit mit einigen Martensitflecken auf. Härteprüfungen ergaben in martensitischen Zonen Härtewerte HV zwischen 680 und 700 kg/mm², während in der Randzone die Härte HV mit rd. 400 kg/mm² bestimmt wurde.

Nach zu langen Liegezeiten ist, wie zu erwarte-·, keine martensitische Ringzone mehr zu erreichen. Es wird einheitlich sorbitisches Gefüge gefunden. Genaue, vom Querschnitt und der Profilgestalt abhängige Arbeitsbedingungen sind daher einzuhalten. Will man bessere Zähigkeitswerte erzielen, so ist es möglich, die Werkstücke in einem gesonderten Arbeitsgang anzulassen. Unter Verzicht auf genaue Einstellung der mechanischen Eigenschaften bietet sich ein Selbstanlassen aus der Umformwärme an. Der eingetretene, metallografisch und durch Härtemessung nachgewiesene Effekt ist überraschend, da man sich schwer vorstellen kann, daß die zur Sorbitbildung führende Abkühlgeschwindigkeit an der Werkstückoberfläche,

ίο die schroffere, die zum Martensit führt, im Kern vorgelegen hat. Eine Hilfe in der Vorstellung vermag der unterschiedliche, zweistufige Temperaturverlauf zwischen Werkstückrand und -kern zu geben und die Möglichkeit, daß sich dadurch ein über den Querschnitt unterschiedlicher Austenit mit unterschiedlichem Umwandlungsverhalten eingestellt haben kann. Die vorangegangene Umformung begünstigt das Ergebnis.

Um sicherzustellen, daß der Effekt nicht durch auch in dem Stahl des Beispiels vorhandene Steigerungen verursacht ooer beeinflußt worden ist, '"urde aus einer Probe dieses Stabes eine Stirnabschreckprobe hergestellt und dem Jominytest unterworfen. Die nachfolgend mittig getrennte Probe (B i I d 2) zeigte im Längsschliff einen abgegrenzten martensitisch gehärteten Bereich der Tiefe / = 23 mm, gleichermaßen im Probenkern wie im Probenrand.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von Stahlgegenständen, die einen harten Kern und eine weiche Schale aufweisen sollen, au« vergütbaren warmgewalzten Stählen, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Verl'ahrensschritte:

der Stahl wird wie üblich auf eine Walztemperatur über Ac 3 erwärmt und auf die Fertigabmessung warmgewalzt, dann von der Endwalztemperatur bis zu einer Walzgutoberflächentemperatur dicht oberhalb des Ar γ Punktes abgekühlt und darauf in einem Abschreckmittel bis; mindestens unterhalb der Air-Temperatur abgeschreckt und darauf gegebenenfalls angelassen.

2. Verwendung der nach Anspruch 1 hergestellten Stahlgegenstände als Ausgangswerkstoff bei Weiterverarbeitungsvorgängen, bei denen eine weiche Oberfläche von Vorteil ist, wie spangebende oder spanlo&i. Umformung von Oberflächenschichten oder Fügen durch Preßpassung oder Spannverfahren in Spannbeton bauwerken oder Stanzen oder Überziehen mit Hülsen oder Muttern auf hartem Bolzen mit weicher Oberfläche.