DE2355894C3 - Process for warm forging of carbon steel or low-alloy steel - Google Patents
Process for warm forging of carbon steel or low-alloy steelInfo
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Description
2525th
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Halbwarmschmieden von Kohlenstoffstahl oder niedriglegiertem Stahl nach dem Oberegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to a method for warm forging of carbon steel or low-alloy steel Steel according to the preamble of the main claim.
Das Halbwarmschmieden liegt im Bereich zwischen dem üblichen Gesenkschmieden und dem Kaltumformen. Während beim Gesenkschmieden bei Temperaturen zwischen 900° und Π 50° C ^.arbeitet wird, wird beim Kaltumformen etwa bee Raumtemperatur gearbeitet Beide Verfahren haben ihre V-->r- und Nachteile. Beim Gesenkschmieden sind es die kleineren Kräfte und geringeren Arbeitsgänge verbunden mit geringerer Genauigkeit und schlechter Oberflächenbeschaffenheit durch Zunderbildung. Beim Kaltumformen sind es die größeren Genauigkeiten verbunden mit wesentlich größerer Formänderungsarbeit und viel mehr Bearbeitungsstufen. Beim Halbwarmschmieden wird vorzugsweise im Bereich zwischen 600° und 9000C gearbeitet (»Industrieanzeiger«, 91. Jahrgang, Nr.93 vom T.November 1969, Seite 2259 bis 2260), wobei sich die Nachteile aus den beiden vorstehend genannten Verfahren merklich verringern lassen. Das Halbwarmschmiedeverfahren ist jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß eine Wärmebehandlung nach dem Schmieden erforderlich ist, um die erwünschten mechanischen Eigenschaften bei den geschmiedeten so Erzeugnissen zu erhalten; diese Wärmebehandlung führt aber zu Verformungen und zu Restspannungen in den Schmiedeerzeugnissen und/oder zu verschlechterter Dimensionsgenauigkeit.Warm forging lies in the range between conventional closed-die forging and cold forging. While drop forging works at temperatures between 900 ° and Π 50 ° C ^., Cold forming works around room temperature. Both processes have their disadvantages and disadvantages. In closed-die forging, it is the smaller forces and fewer operations associated with lower accuracy and poor surface quality due to the formation of scale. In the case of cold forming, it is the greater accuracies combined with much greater deformation work and many more processing stages. When semi-hot forging is preferably performed in the range between 600 ° and 900 0 C ( "Industrieanzeiger", 2259-2260 91. Born, No.93 from T.November 1969 side), whereby the disadvantages of the two above-mentioned methods reduce noticeably permit. The warm forging process, however, has the disadvantage that a heat treatment is required after forging in order to obtain the desired mechanical properties in the thus forged products; however, this heat treatment leads to deformations and residual stresses in the forged products and / or to deteriorated dimensional accuracy.
Ais der Zeitschrift »Industrieanzeiger«, 92. Jahrgang, Nr. 65 vom 7. August 1970, Seite 1566 bis 1567 ist ein Verfahren zum Halbwarmschmieden von Kohlenstoffstahl oder niedriglegiertem Stahl bekannt, wobei der Stahl durch Kaltverformen vorbehandelt und dann dem Halbwarmschmieden bei einer Temperatur im Bereich i>o von 4500C bis zum A01 -UmWandlungspunkt (72 Γ C) unterworfen wird. Bei diesem Verfahren wird eine hohe Dimensionsgenauigkeit und gutes Oberflächenaussehen ähnlich wie beim ausschließlichen Kaltumformen bzw. -pressen dadurch erreicht, daß außer dem Spannungsfreiglühen bei ca. 6500C keine Wärmebehandlung nach dem Halbwarmschmiedevorgang mehr erforderlich ist. Außerdem werden durch dieses Kaltverformen vor demAis of the journal »Industrieanzeiger«, 92nd volume, No. 65 of August 7, 1970, pages 1566 to 1567, a method for warm forging of carbon steel or low-alloy steel is known, the steel being pretreated by cold forming and then warm forging at a temperature in Range i> o from 450 0 C to the A 0 1 conversion point (72 Γ C) is subjected. With this method, a high dimensional accuracy and good surface appearance is achieved similarly to the exclusive cold forming or pressing in that, apart from the stress-relieving annealing at approx. 650 ° C., no heat treatment is required after the warm forging process. In addition, this cold forming before Halbwarmschmieden geringe Festigkeitsverbesserungen gegenüber einem ausschließlich angewandten Halbwarmschmiedeverfahren erzielt Nachteilig sind jedoch die vielen Verfahrensstufen und die hohe Werkzeugbelastung während des vorgeschalteten Kaltverformens, was einen großen Zettaufwand und hohe Produktionskosten bzw. hohen Werkzeugverschleiß bedeutetWarm forging slight improvements in strength compared to an exclusively applied one Warm forging process achieved However, the many process stages and the high level are disadvantageous Tool load during the upstream cold forming, which requires a large amount of labor and high Means production costs or high tool wear
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zum Halbwarmschmieden von Kohlenstoffstahl oder niedriglegiertem Stahl zu schaffen, bei dem die zeitraubende aufwendige Wärmebehandlung nach dem abschließenden Kaltwarmschmieden ebenfalls vermieden wird, das aber mit weniger Verfahrensstufen und mit geringerem technischen Aufwand, wie z. B. Werkzeugverschleiß, auskommt und bei dem die mechanischen Eigenschaften des erhaltenen Stahls, wie dessen Festigkeit Zähigkeit Kerbschlagzähigkeit, Dauerstandfestigkeit, Wechselfestigkeit, das Aussehen und die Dimensionsgenauigkeit auch wesentlich verbessert sind.The object of the invention is therefore to provide a method for warm forging of carbon steel or To create low-alloy steel, in which the time-consuming, complex heat treatment after final cold hot forging is also avoided, but with fewer process steps and with less technical effort, such as B. tool wear, and in which the mechanical properties of the steel obtained, such as its Strength toughness Notched impact strength, creep strength, fatigue strength, the appearance and the Dimensional accuracy are also much improved.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung findet sich im Unteranspruch.According to the invention, this object is achieved by the features specified in the characterizing part of the main claim. An advantageous embodiment the invention can be found in the subclaim.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schmiedeprodukte weisen die geforderten mechanischen Eigenschaften auf, wobei eine ausgezeichnete Kombination von verbesserten mechanischen Eigenschaften trotz fehlender Wärmenachbehandlung erreicht wird. Weger/ der hier nicht mehr erforderlichen Wärmenachbehandlung sind auch die Dimensionsgenauigkeit und die Oberfläche der erhaltenen Schmiedeprodukte verbessert. Weiterhin wird das Herstellungsverfahren außerordentlich verkürzt und vereinfacht, da eine Reihe von Vorbehandlungsstufen, wie Anlassen und Weichglühen vor dem Kaltschmieden beim vorstehend erläuterten bekannten Verfahren wegfallen und eine Wärmenachbehandlung unnötig ist Außerdem wird die für das Kaltsch/nieden typische hohe Werkzeugbeanspruchung, die die Lebensdauer der Werkzeuge außerordentlich verkürzt, vermieden.The forged products produced by the process according to the invention have the required properties mechanical properties, with an excellent combination of improved mechanical Properties is achieved despite the lack of post-heat treatment. Weger / the one no longer required here After heat treatment, the dimensional accuracy and the surface of the forged products obtained are also improved. Furthermore, the manufacturing process is extremely shortened and simplified because a series of pre-treatment stages such as tempering and soft annealing before cold forging at The known methods explained above are omitted and post-heat treatment is also unnecessary the high tool stress that is typical for cold forging, which extends the service life of the Tools extremely shortened, avoided.
Durch das Halbwarmschmieden in einem relativ niedrigen Temperaturbereich von 4500C bis zum Ac i-Umwandlungspunkt kann außerdem das bei hohen Schmiedetemperaturen auftretende starke Schwinden des Werkstücks unterdrückt werden, während durch die beim erfindungsgemäßen Verfahren vor dem eigentlichen Halbwarmschmieden vorgenommene Wärmevorbehandlung in Form einer Erhitzung auf eine Temperatur oberhalb des Ac i-Umwandlungspunktes und gegebenenfalls einer Warmverformung die Wärmenachbehandlung der gefertigten Schmiedeteile vermieden werden kann, so daß die Schmiedeteile neben einer ausgezeichneten Dimensionsgenauigkeit auch ein vorzügliches Aussehen bei geringster Zunderbildung auf ihrer Oberfläche aufweisen. Die fertigen Schmiedeteile sind frei von Verwerfungen oder Verkrümmungen und von Restspannungen.The warm forging in a relatively low temperature range of 450 0 C up to the Ac i transformation point can also suppress the strong shrinkage of the workpiece that occurs at high forging temperatures, while the heat pretreatment carried out in the method according to the invention before the actual warm forging in the form of heating to a Temperature above the Ac i transformation point and, if necessary, hot deformation, the post-heat treatment of the manufactured forgings can be avoided so that the forgings not only have excellent dimensional accuracy but also an excellent appearance with minimal scale formation on their surface. The finished forgings are free from warping or warping and from residual stresses.
Die erfindungsgemäße Wärmevorbehandlung vor dem abschließenden Halbwarmschmieden kann sowohl aus einer Erhitzung, gegebenenfalls in Verbindung mit einer Warmverformung, aus einer Härtung oder aus Härtungs- und Anlaßbehandlungen bestehen. Dabei werden die gewalzten oder normalisierten Ausgangsstähle auf eine Temperatur zwischen dem Ac 1- und dem Acs-Umwandlungspunkt erhitzt, dann wieder abgekühlt bzw. einer Härtung unterworfen, wobei der Stahl beide Phasen Ferrit und Austenit aufweist, und anschließendThe heat pretreatment according to the invention before the final warm forging can consist of heating, optionally in connection with hot deformation, of hardening or of hardening and tempering treatments. The rolled or normalized starting steels are heated to a temperature between the A c 1 and the Acs transformation point, then cooled again or subjected to hardening, the steel having both phases ferrite and austenite, and then
das Halbwarmschmieden im vorstehend beschriebenen Temperaturbereich von 4500C bis zum Aci-Umwandlungspunkt ausgeführt, wobei die Temperatur der Ausgangsstähle infolge der beim Schmieden gebildeten Schmiedewärme bis zu einer Temperatur nahe dem Ac3-Umwandlungspunkt oder darüber erhöht wird. Beim Halbwarmschmieden verursacht der Austenit, der vor dem Schmieden durch die erfindungsgemäße Wärmebehandlung gebildet worden ist, utid der Austenit, der bei der Temperatursteigerung infolge der Schmiedewärme beim Halbwarmschmieden gebildet worden ist, eine Umwandlung, wodurch sich eine Struktur ergibt, die relativ feinere Austenit-Körner hat. Wenn so geschmiedete Stähle abgekühlt werden, erhält man eine feinere Martensit-Struktur. Gewünschtenfalls können nach der genannten Wärtnevorbehandlung und vor dem abschließenden Halbwarmschmieden auch noch zusätzliche Härtungs- und Anlaßbehandlungen durchgeführt werden. Erfindungsgemäß kann weiterhin die Anlaßbehandlung gleichzeitig während des Warmverformungsvorgangs ausgeführt werden, um so von einer eigenen Anlaßbehandlung abzusehen, wodurch sich beträchtliche Vorteile bei der Erzeugung von Schmiedeteilen ergeben.the warm forging carried out in the above-described temperature range of 450 0 C to the Aci transformation point, the temperature of the starting steels is increased as a result of the forging heat generated during forging to a temperature close to the Ac3 transformation point or above. In warm forging, the austenite that has been formed before forging by the heat treatment of the present invention, the austenite that has been formed when the temperature rises due to the heat of forging in warm forging, a transformation, resulting in a structure that is relatively finer austenite grains Has. When steels forged in this way are cooled, a finer martensite structure is obtained. If desired, additional hardening and tempering treatments can also be carried out after the heat treatment mentioned and before the final warm forging. According to the invention, the tempering treatment can also be carried out simultaneously during the hot working process, so as to dispense with a separate tempering treatment, which results in considerable advantages in the production of forgings.
Falls nach dem erfindungsgemäßen Verfahren die Stähle bei ihrer Wärmevorbehandlung vor dem abschließenden Halbwarmschmieden auch noch warmverformt werden, soll die Erhitzungstemperatur hoch genug liegen, um die Stähle infolge der Schmiedewärme zu austenitisieren. Aus diesem Grund soll die Temperatur der zu erhitzenden Stähle oberhalb des Act-Umwandlungspunktes der Stähle gehalten werden. Wenn jedoch die Warmverformungsgeschwindigkeit, d. h. die Schmiedegeschwindigkeit oder Bearbeitungsgeschwindigkeit, in der vorbereitenden Wärmebehandlungsstufe relativ gering ist, erhält man einen geringeren, durch die Schmiedewärme verursachten Austenitisierungsgrad der Stähle, so daß die gewünschte Zähigkeit und Festigkeit selbst durch Ausführung einer Wärmebehandlung nach dem Halbwarmschmieden nicht mehr erreicht werden kann.If, according to the method according to the invention, the steels in their heat pretreatment before the final warm forging must also be hot-formed, the heating temperature should be high enough to austenitize the steels as a result of the heat of forging. For this reason, the temperature of the steels to be heated should be kept above the Act transformation point of the steels. if however, the rate of hot deformation, i.e. H. the forging speed, or machining speed, in the preparatory heat treatment stage is relatively low, you get a lower one, through the The heat of the forging caused the steels to be austenitized, resulting in the desired toughness and No longer strength even by performing heat treatment after warm forging can be reached.
Aus diesem Grund soll die Temperatur der Stähle bei der erfindungsgemäßen Wärmevorbehandlung, die eine Warmverformung, beispielsweise ein Schmieden, einschließen kann, vorzugsweise im Bereich vom A0 3-Umwandlungspunkt —50"C bis zum Ac3-Umwandlungspunkt liegen. Wenn andererseits bei dieser Wärmevorbehandlung, auf die eine Warmverformung, etwa ein Warmschmieden, folgt, auf eine Temperatur oberhalb des Ac 3-Umwandlungspunkts erhitzt wird, wird die Temperatur dieser Stähle während der Warmverformung zu stark erhöht, um eine feinere Struktur zu erhalten; dies führt dazu, daß man keine Verbesserung hinsichtlich der Zähigkeit der Stähle erzieltFor this reason, the temperature of the steels in the heat pretreatment according to the invention, which may include hot deformation, for example forging, should preferably be in the range from the A 0 3 transformation point -50 "C to the Ac 3 transformation point. which is followed by hot working, such as hot forging, is heated to a temperature above the Ac 3 transformation point, the temperature of these steels during hot working is raised too much to obtain a finer structure, resulting in no improvement achieved in terms of the toughness of the steels
Die Stähle, die im Rahmen der erfindungsgemäßen Wärmevorbehandlung einer Erhitzung, gegebenenfalls in Verbindung mit einer Warmverformung, etwa einem Warmschmieden, unterworfen worden sind, werden anschließend einer Abkühlungshärtung unterzogen, um so eine feine Martensit-Struktur auszubilden. Dabei kann man für das Härten nach diesem vorbereitenden Warmschmieden die ölkühlung anwenden. Wenn die Stähle jedoch kleine Gestalt haben, kann auch eine Luftkühlung angewandt werden.The steels which, as part of the heat pretreatment according to the invention, are heated, if necessary have been subjected to hot working such as hot forging then subjected to cooling hardening so as to form a fine martensite structure. Included oil cooling can be used for hardening after this preparatory hot forging. If the However, if steels are small in shape, air cooling can also be used.
Auch wenn die Stähle in der vorbereitenden Warmverformungsstufe nicht vollständig austenitisiert worden sind, ist es unschädlich, wenn ein Teil der Ferrit-Struktur darin verbleibt Die se gehärteten StähleEven if the steels are not completely austenitized in the preparatory hot forming stage have been, it is harmless if a part of the ferrite structure remains in these hardened steels werden schließlich angelassen und normalisiert, damit man die erwünschte Festigkeit und Zähigkeit erhält.are eventually tempered and normalized to give the desired strength and toughness.
Anschließend an diese erfindungsgemäße Wärmevorbehandlung, die gegebenenfalls in Verbindung mit einerSubsequent to this heat pretreatment according to the invention, optionally in conjunction with a
abschließende Halbwarmschmieden der Stähle bei einerfinal warm forging of the steels at one
wandlungspunkt durchgeführttransition point carried out
ßenden Halbwarmschmieden unter 4500C, d.h. im Blaubruchbereich, liegt, wird der Bearbeitungswiderstand gesteigert; dieser Temperaturbereich ist also für die Umformung von Stählen am wenigsten geeignet Wenn andererseits die Schmiedetemperatur beimsequent semi-hot forging at 450 0 C, that is in the blue range is broken, the processing resistance is increased; This temperature range is therefore the least suitable for the forming of steels. If, on the other hand, the forging temperature at abschließenden Halbwarmschmieden den Aci-Umwandlungspunkt übersteigt, wird die während des Halbwarmschmiedens erreichte Temperatur zu hoch, wodurch der durch die erfindungsgemäße Wärmevorbehandlung erzielte Effekt neutralisiert wird, so daßfinal warm forging exceeds the Aci transformation point, the during the Warm forging temperature reached too high, whereby the effect achieved by the heat pretreatment according to the invention is neutralized, so that man bei den erzeugten Schmiedfisilen nicht die verbesserte Zähigkeit erhält Je größer die Erhitzungsgeschwindigkeit und je kürzer die Erhitzungszeit in dem vorstehend genannten Halbwarmschmiedetemperaturbereich ist desto bessere mechanische Eigenschaftenone does not have to do with the smiths produced The greater the heating rate and the shorter the heating time in the obtained, the improved toughness the above-mentioned warm forging temperature range, the better the mechanical properties werden beim abschließenden Halbwarmschmieden erzielt Diesbezüglich soll die Erhitzungsgeschwindigkeit vorzugsweise oberhalb 30°C/Minute liegen und die Erhitzungszeit weniger als 40 Minuten betragen. Außerdem ist die Festigkeit umso größer, je größer dieare achieved during the final warm forging. In this regard, the heating rate should preferably be above 30 ° C / minute and the Heating time should be less than 40 minutes. In addition, the greater the strength, the greater the Abkühlgeschwindigkeit ist, obwohl umgekehrt aus einer geringeren Abkühlgeschwindigkeit eine höhere Zähigkeit resultiert Aus diesem Grund liegt im Fall des Extrusionsschmiedens die Extrusionsgeschwindigkeit vorzugsweise oberhalb 5 mm/Sekunde. Die Abkühlge-Cooling rate is, although conversely a lower cooling rate results in higher toughness. For this reason, in the case of the In extrusion forging, the extrusion speed is preferably above 5 mm / second. The cooling
schwindigkeit nach dem endgültigen Halbwarmschmieden soll jedoch so hoch wie möglich liegen, damit man die gewünschte Festigkeit erhält wenn auch größere Zähigkeit bei geringerer Abkühlgeschwindigkeit erreicht werden kann. So sollen die vorstehend genanntenHowever, the speed after the final warm forging should be as high as possible so that one the desired strength is obtained even if greater toughness can be achieved at a lower cooling rate. So are the aforementioned Faktoren in Abhängigkeit von den Erfordernissen der jeweils zu fertigenden Schmiedeteile bestimmt werden. Die beim abschließenden Halbwarmschmieden angewandte Temperatur im Bereich von 4500C bis zum Ac l-Umwandlungspunkt ist relativ niedrig, so daßFactors are determined depending on the requirements of the respective forged parts to be manufactured. The temperature used in the final warm forging in the range from 450 0 C to the Ac l transformation point is relatively low, so that wesentlich verbesserte Dimensionsgenauigkeit und verbessertes Oberflächenaussehen erreicht werden kann. Dabei hängt die hierbei angewandte Abkühlgeschwindigkeit offensichtlich von der Gestalt und der Dimensionierung der gefertigten Schmiedeteile ab;significantly improved dimensional accuracy and improved surface appearance can be achieved can. The cooling rate used here obviously depends on the shape and the Dimensioning of the manufactured forged parts;
so daher kann die Abkühlgeschwindigkeit hier nicht genauer spezifiziert werden. Jedoch soll die Abkühlgeschwindigkeit so liegen, daß die Stähle nach dem bei einer Temperatur oberhalb des AC3-Umwandlungspunkts durchgeführten abschließenden Halbwarm-so therefore the cooling rate cannot be specified more precisely here. However, the cooling rate should be such that the steels after the final warming, carried out at a temperature above the A C 3 transformation point,
schmieden eine Martensit-Struktur aufweisen.forge have a martensite structure.
Es sei ausdrücklich herausgestellt, daß die erfindungsgemäße Wärme- und/oder Warmverformungsbehandlung gegenüber der üblichen Behandlung zur Herstellung eines Rohlings für das Halbwarmschmieden einIt should be expressly pointed out that the heat and / or hot deformation treatment according to the invention is a contrast to the usual treatment for producing a blank for warm forging
zusätzlicher Vorgang ist und am bereits fertiggestellten Rohling erfolgt also mit der Herstellung des Rohlings nichts zu tun hat.is an additional process and takes place on the already finished blank with the production of the blank has nothing to do.
Die Erfindung soll nun anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutertThe invention will now be explained in more detail using exemplary embodiments in conjunction with the drawing werden; es zeigtwill; it shows
F i g. 1 Mikrophotographien der Strukturen bei gehärteten und angelassenen und außerdem wärmebehandelten Korngrößen in Stählen des Typs I (JlSF i g. 1 Microphotographs of the structures with hardened and tempered and also heat-treated grain sizes in steels of type I (JlS
S 45 C). die den Behandlungsstufen Schmiedehärtung — Halbwarmschmieden und normaler Härtung -» Anlassen unterworfen worden sind,S 45 C). the treatment stages forging hardening - Warm forging and normal hardening - »have been subjected to tempering,
Fi g. 2 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der Ergebnisse eines ONO-Typ-Drehbiegeermüdungstests bei gewalzten Stählen des Typs I (JIS S 45 C), die den Behandlungsstufen Härtung -► Halbwarmschmieden und üblicher Härtung -► Anlassen unterworfen worden sind.Fi g. 2 is a graphical representation for the purpose of illustration the results of an ONO-type rotary bending fatigue test on rolled steels of type I (JIS S 45 C), which are subjected to the treatment stages hardening -► warm forging and normal hardening -► tempering have been.
Zu den Stählen, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden können, gehören Stähle mit niedrigem oder mittlerem Kohlenstoffgehalt und niedriglegierte Stähle, ferner beliebige andere Stähle, die zum Schmieden verwendet werden können. Jedoch können im allgemeinen Kohlenstoffstahl eingesetzt werden, die 0,1 bis 0,6% Kohlenstoff, nicht mehr als 1,0% Silicium und nicht mehr als 2,0% Mangan enthalten, oder Legierungsstähle, die eine oder mehrere Arten von Legierungselementen bei nicht mehr als 4% Nickel, nicht mehr als 2% Chrom, nicht mehr als 1,0% Molybdän, nicht mehr als 0,05% Bor und nicht mehr als 0,5% Niob od. dgl. enthalten.Steels that can be used in the method according to the invention include steels with low or medium carbon content and low-alloy steels, as well as any other steels, that can be used for forging. However, carbon steel can generally be used that are 0.1 to 0.6% carbon, no more than 1.0% silicon, and no more than 2.0% manganese contain, or alloy steels that contain one or more types of alloying elements at not more than 4% Nickel, not more than 2% chromium, not more than 1.0% molybdenum, not more than 0.05% boron and not more than Contains 0.5% niobium or the like.
Tabelle 1 veranschaulicht die chemische Zusammen Setzung der angewendeten Proben.Table 1 illustrates the chemical composition Settlement of the applied samples.
Chemische Zusammensetzung der Proben (Gew.-%)Chemical composition of the samples (% by weight)
Tabelle Il veranschaulicht einen Vergleich der mechanischen Eigenschaften von zwei unterschiedlich behandelten Stahlstäben des Typs I (JIS S 45 C) mit einem Durchmesser von 25 mm; der eine Stab ist nach dem erfindungsgemäßen Verfahren einer Wärmebehandlung oder plastischen Verformung unterworfen und dann bei einer Temperatur im Bereich von 45O°C bis zuivi Ac i-Umwandlungspunkt halbwarmgeschmiedei worden (Erfindung); der andere Stab ist nur dei Wärmebehandlung oder plastischen Verformung unter worfen worden (Vergleichsbeispiel aus dem Stand dei Technik).Table II illustrates a comparison of the mechanical properties of two different treated Type I steel bars (JIS S 45 C) with a diameter of 25 mm; one rod is after subjected to the method according to the invention of a heat treatment or plastic deformation and then at a temperature in the region of 450 ° C up to the Ac i transformation point, warm forging been (invention); the other rod is only subject to heat treatment or plastic deformation (comparative example from the prior art).
Ergebnisse des HalbwarmschmiedensWarm forging results
(%)tion
(%)
Um2I / mkp \
At 2 I.
— 600" C Halbwarmschmieden- 600 "C warm forging
*) Vergleichsbeispiel aus dem Stand der Technik
**) 4 · \jA = Strecklänge des Teststücks, wobei A den Querschnitt eines Parallelbereichs des Teststücks bedeutet*) Comparative example from the prior art
**) 4 · \ jA = stretched length of the test piece, where A denotes the cross section of a parallel area of the test piece
Die Kerbschlagzähigkeitswerte sind durch Anwendung des Halbwarmschmiedens bei 600° C wesentlich verbessert. Zu ersehen ist daß dann, wenn das Halbwarmschmieden bei 6000C ausgeführt wird, wöbe die Bedingungen der Vorbereitungsbehandlungen van iert werden, Schmiedeteile erhalten werden, di<The notched impact strength values are significantly improved by using warm forging at 600 ° C. It can be seen that when the semi-hot forging is carried out at 600 0 C, the conditions of preparation treatments van wöbe be ated, forgings are obtained di <
ausgezeichnete mechanische Eigenschaften aufweisen, ohne daß noch eine Wärmebehandlung nach dem endgültigen Halbwarmschmieden anzuwenden wäre.have excellent mechanical properties without the need for heat treatment after final warm forging would be used.
Weiterhin werden im einzelnen die Vorbereitungsbehandlungen beschrieben.The preparatory treatments are also described in detail.
Tabelle III veranschaulicht die mechanischen Eigenschaften von Proben, wie in Tabelle I gezeigt, mit einem Dii.chmesser von 25 mm; die Proben sind einer Walzbehandlung, einer Wärmebehandlung oder einer Härtung mit Anlassen unterworfen worden, woraufhin diese Proben dem abschließenden Warmextrusionsschmieden bis zu einem Durchmesser von 16 mm bei einer Temperatur von 450°C bis zum Aci-Umwandlungspunkt unter einer Arbeitsgeschwindigkeit von 20 mm/sec unterzogen wurden, während danach Wasserkühlung erfolgte (diese Arbeitsweise bezieht sich auf eine besondere Ausführungsform der Erfindung).Table III illustrates the mechanical properties of samples as shown in Table I with a diameter of 25 mm; the samples have been subjected to a rolling treatment, a heat treatment or a hardening with tempering, whereupon these samples are subjected to the final hot extrusion forging up to a diameter of 16 mm at a temperature of 450 ° C up to the A c i transformation point at a working speed of 20 mm / sec, while water cooling was then carried out (this procedure relates to a particular embodiment of the invention).
Mechanische Eigenschaften von halbwarmextrusionsgeschmiedeten StählenMechanical properties of warm extrusion forged steels
*) Vergieichsbeispiel aus dem Stand der Technik
*) siehe Fußnote zu Tabelle Il*) Comparative example from the prior art
*) see footnote to table II
Dabei sind folgende Bedingungen beim Härten und Anlassen angewendet worden:The following conditions were used for hardening and tempering:
HärtenHardening
AnlassenTempering
Typ I (JIS S45C)
Typ II (JIS SCM22)Type I (JIS S45C)
Type II (JIS SCM22)
850 C x 30 min. Ölk. 880 C x 30 min. Ölk.850 C x 30 min. 880 C x 30 min.
600 C X 30 min.
600 C x 30 min.600 CX 30 min.
600 C x 30 min.
Die in den Tabellen verwendeten Kurzbezeichnungen haben jeweils folgende Bedeutung:The abbreviations used in the tables have the following meanings:
Härtung-» Halbwarmschmieden:
Nach dem Härten werden Erwärmen bei 6000C für 30 Minuten und Warmextrusionsschmieden angewendet;
Hardening »warm forging:
After curing, heating may be employed at 600 0 C for 30 minutes and hot extrusion forging;
Härten — Anlassen-» Halbwarmschmieden:
Nach dem Härten wird das Anlassen, Erhitzen bei 6000C für 30 Minuten und Warmextrusionsschmieden
ausgeführt;Hardening - tempering - »warm forging:
After curing, the tempering, heating is carried out at 600 0 C for 30 minutes and hot extrusion forging;
gewalzt-» Halbwarmschmieden:rolled- »warm forging:
Erwärmen von gewalzten Stählen bei 600" C für 30 Minuten und Warmextrusionsschmieden.Heating rolled steels at 600 "C for 30 minutes and hot extrusion forging.
Die Schmiedeteile, die dem Härten (Anlassen) und Halbwarmschmieden unterworfen worden sind, zeigen etwas niedrigere Werte für Dehnung und prozentuale Querschnittsverminderung als diejenigen, die einer Härtungs- und Anlaßbehandlung unterworfen worden sind, während sie höhere Werte für Zugfestigkeit, Streckgrenze und Kerbschlagzähigkeit als die letzteren aufweisen. Schmiedeteile, die dem Härten und danach dem Halbwarmschmieden gemäß der Erfindung unterworfen worden sind, zeigen wesentlich verbesserte Duktilität und Zähigkeit im Vergleich mit solchenShow the forgings that have been subjected to hardening (tempering) and warm forging slightly lower values for elongation and percentage reduction in area than those for one Have been subjected to hardening and tempering treatments while having higher values for tensile strength, Exhibit yield strength and impact strength than the latter. Forgings that are subjected to hardening and afterwards have been subjected to warm forging according to the invention, show significantly improved Ductility and toughness compared with such
so Schmiedeteilen, die dem Walzen und Halbwarmschmieden unterworfen worden sind.such as forgings that have been subjected to rolling and warm forging.
F i g. 2 veranschaulicht die Ergebnisse eines ONO-Typ- Drehbiegeermüdungstests bei solchen Stählen, die dem Härten und Halbwarmschmieden gemäß der Erfindung unterworfen worden sind, im Vergleich zu den Ergebnissen von solchen Stählen, die den üblichen Härtungs- und Anlaßbehandlungen unterworfen worden sind. Wie aus Fig.2 ersichtlich ist, zeigen Schmiedeteile, die erfindungsgemäß behandelt wurden, ausgezeichnete Werte für die Dauerfestigkeit die um 12 kp/mm2 höher lag als die entsprechenden Werte bei solchen Schmiedeteilen, die dem üblichen Härten und Anlassen unterworfen worden sind.F i g. Figure 2 illustrates the results of an ONO-type rotary bending fatigue test on those steels which have been subjected to hardening and warm forging according to the invention in comparison with the results of such steels which have been subjected to the usual hardening and tempering treatments. As can be seen from FIG. 2, forgings which have been treated according to the invention show excellent values for fatigue strength which are 12 kgf / mm 2 higher than the corresponding values for forgings which have been subjected to the usual hardening and tempering.
Tabelle IV veranschaulicht die mechanischen Eigenschäften von Stahlstäben des Typs I (JIS S 45 C) mit einem Durchmesser von jeweils 25 mm, die einer Schmiedebearbeitung unter denselben Bedingungen wie vorher beschrieben unterworfen worden sind, wobei dasTable IV illustrates the mechanical properties of steel rods of type I (JIS S 45 C) with a diameter of 25 mm each, the one Have been subjected to forging under the same conditions as previously described, the
ίοίο
Halbwarmschmieden auf die Stähle unter Anwendung Stäben mit einem Durchmesser von 16 mm angewendet
eines '/2-Tonnen-Hammers bei 60 Cyclen/min in wurde.
Freiform-Schmiedetechnik zur Erzielung von rundenWarm forging was carried out on the steels using bars 16 mm in diameter using a 1/2 ton hammer at 60 cycles / min.
Open-die forging technology to achieve rounds
Mechanische Eigenschaften von halbwarmgeschmiedeten Stählen gegenüber auf übliche Art gehärteten und angelassenen StählenMechanical properties of semi-hot forged steels compared to conventionally hardened and tempered steels
StahltypSteel type
Behandlung der ProbenTreatment of the samples
Streckgrenze Zugfestigkeit Yield strength tensile strength
(kp/mm2) (kp/mm2)(kp / mm 2 ) (kp / mm 2 )
Dehnung Querschnitt- Kerbschlag-Elongation cross-section
4 · I /( verminde- Zähigkeit4 · I / (diminish- tenacity
runB /mkp\ run B / mkp \
(%) (%) lern2'(%) (%) learn 2 '
Typ I
(JIS S45C)Type I.
(JIS S45C)
*) Härten - Anlassen 47,1 76,9 27,4 64,8 9,4*) Hardening - tempering 47.1 76.9 27.4 64.8 9.4
Härten - Halbwarmschmieden 70,0 85,4 25,8 63,5 13,3Hardening - warm forging 70.0 85.4 25.8 63.5 13.3
*) Vergleichsbeispiel aus dem Stand der Technik*) Comparative example from the prior art
Wie aus Tabelle IV ersichtlich, bieten Stähle, die dem Freiformschmieden unterworfen worden sind, ebenfalls verbesserte Werte für die Zähigkeit und Festigkeit wie im Fall des Extrusionsschmiedens.As can be seen from Table IV, steels that have been subjected to open die forging also offer improved values for toughness and strength as in the case of extrusion forging.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung wurden Proben von Stählen des Typs I (JIS S 45 C) mit einem Durchmesser von jeweils 25 mm in einen Wärmeofen eingebracht, der bei 8200C (A3 + 27°C), 78O0C (A3- 13°C) bzw. 750°C (A3-43°C) gehalten wurde; dann folgte darin Erwärmung für 30 Minuten und Freiformschmieden bis zu einem Durchmesser von 20 mm und unmittelbar danach Schmieden und Abkühlen in Wasser. Danach wurden die so behandelten Stähle 30 Minuten lang auf 6000C erwärmt und dem Halbwarmschmieden bis zu einem Durchmesser von 16 mm unterworfen. Die erhaltenen mechanischen Eigenschaften sind in der nachstehenden Tabelle V veranschaulicht.According to a further particular embodiment of the invention, samples of steels of Type I (JIS S 45 C) with a diameter of 25 mm in a heating furnace is introduced, which at 820 0 C (A 3 + 27 ° C), 78o 0 C ( A 3 - 13 ° C) or 750 ° C (A 3 -43 ° C) was maintained; This was followed by heating for 30 minutes and open die forging up to a diameter of 20 mm and immediately afterwards forging and cooling in water. The steels treated in this way were then heated to 600 ° C. for 30 minutes and subjected to warm forging up to a diameter of 16 mm. The mechanical properties obtained are shown in Table V below.
Wie aus Tabelle V ersichtlich, haben die erfindungsgemäß erhaltenen Schmiedeteile höhere Werte für die Festigkeit und die Zähigkeit als diejenigen Stähle, dieAs can be seen from Table V, the forgings obtained according to the invention have higher values for the Strength and toughness than those steels that
.'■5 den üblichen Härtungs- und Anlaßbehandlungen unterworfen worden sind; insbesondere liegen die Kerbschlagzähigkeitswerte beim zweifachen derjenigen der letzteren Materialien. Die Eigenschaften der erfindungsgemäß erhaltenen Stähle gehen auf die feinere. '■ 5 subjected to the usual hardening and tempering treatments have been; in particular, the notched impact strength values are twice those of the latter materials. The properties of the steels obtained according to the invention are finer
jo Kornstruktur zurück. F i g. 1 veranschaulicht in Mikrophotographien die Korngrößen (Wärmebehandlungskorngrößen) von einem Stahl mit der Nr. 2, der erfindungsgemäß erhalten wurde, und von einem Stahl mit der Nr. 5, der nach dem üblichen Verfahren erhaltenjo grain structure back. F i g. 1 illustrated in photomicrographs the grain sizes (heat treatment grain sizes) of a No. 2 steel obtained according to the present invention and a steel with the number 5, obtained by the usual procedure
j) wurde. Diese Zusammenstellung läßt erkennen, daß eine feine Korngröße (Wärmebehandlungskorngröße) bei den Stählen (Nr. 2) erhalten wird, die erfindungsgemäß erzeugt wurden.j) was. This compilation shows that a fine grain size (heat treatment grain size) in the steels (No. 2) obtained according to the present invention were generated.
Tabeüe VTable V
Mechanische EigenschaftenMechanical properties
Nr. StahltypNo. steel type
Behandlung der ProbenTreatment of the samples
grenze
(kp/mm2)Stretch
border
(kp / mm 2 )
festigkeit
(kp/mm2)train
strength
(kp / mm 2 )
4 ■ \A
(%) strain
4 ■ \ A
(%)
verminde
rung
(%)cross-section
diminish
tion
(%)
Zähigkeit
/mkp\
Um2JNotch impact
toughness
/ mkp \
At 2 y
1 Typ I 820 C Schmiedehärten1 Type I 820 C forging hardening
(JIS S45C) - 6000C Halbwarmschmieden(JIS S45C) - 600 0 C warm forging
2 7500C Schmiedehärten2 750 0 C forging hardening
-·■ 600°C Halbwarmschmieden- · ■ 600 ° C warm forging
3 7300C Schmiedehärten3 730 0 C forging hardening
— 600°C Halbwarmschmieden- 600 ° C warm forging
4 7300C Schmiedehärten
-► 600"C Anlassen,4 730 0 C forging hardening
-► 600 "C tempering,
600cC Halbwarmschmieden600 c C warm forging
5 *) 850cC Härten5 *) 850 c C hardening
- 600cC Anlassen- 600 c C tempering
*) Vergleichsbeispiel aus dem Stand der Technik*) Comparative example from the prior art
61,0 76,961.0 76.9
28,028.0
61,561.5
11,611.6
Aus den vorstehenden Ausführungsbeispielen geht die man nach den üblichen Behandlungen des Härtens hervor, daß das erfindungsgemäße Warmschmiedever- — Anlassens — Normalisierens oder Schmiedehät tens fahren zu ausgezeichneten geschmiedeten Stählen führt, nicht erhalten konnte.The above exemplary embodiments follow the usual hardening treatments show that the hot forging according to the invention - tempering - normalizing or Schmiedehät least driving leads to excellent forged steels, could not get.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
Claims (2)
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JP12500172A JPS5344885B2 (en) | 1972-12-13 | 1972-12-13 | |
JP12698272A JPS5319968B2 (en) | 1972-12-18 | 1972-12-18 | |
JP2005673A JPS5532767B2 (en) | 1973-02-19 | 1973-02-19 |
Publications (3)
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DE2355894B2 DE2355894B2 (en) | 1979-01-25 |
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Family
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Family Applications (1)
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Legal Events
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---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
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