DE2609014A1 - Verfahren zum erzeugen ringfoermiger stahlwerkstuecke - Google Patents

Verfahren zum erzeugen ringfoermiger stahlwerkstuecke

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DE2609014A1
DE2609014A1 DE19762609014 DE2609014A DE2609014A1 DE 2609014 A1 DE2609014 A1 DE 2609014A1 DE 19762609014 DE19762609014 DE 19762609014 DE 2609014 A DE2609014 A DE 2609014A DE 2609014 A1 DE2609014 A1 DE 2609014A1
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temperature
rings
casting
rolling
centrifugal casting
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DE19762609014
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English (en)
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Jarolim Dipl Ing Bahna
Frantisek Habrovec
Milan Dipl Ing Kubinek
Stanislav Dipl Ing Kyselica
Jiri Dipl Ing Skarek
Karel Sommer
Jiri Zdrazil
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Czech Academy of Sciences CAS
Original Assignee
Czech Academy of Sciences CAS
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Ceased legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D13/00Centrifugal casting; Casting by using centrifugal force

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Description

  • Verfahren zum Erzeugen ringförmiger Stahlwerkstücke
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen ringförmiger Werkstücke aus übereutektoidem Stahl, welcher nach dem Härten einen kohlenstoffarmen Martensit mit Versetzungssubstruktur (Dislokations-Substruktur) bildet.
  • Derzeit wird als fortschrittliche Technik häufig ein Schleudergußverfahren angewendet, d. h. ein Metallgießen in rasch sich drehende Kokillen an einer Schleudermaschine mit vertikaler oder horizontaler Drehachse. Die Drehgeschwindigkeit ist dabei durch die Metallart und die Abkühlgeschwindigkeit danach gegeben, ob es sich um eine Übergangs form aus Sand oder um eine Metalldauerform handelt. Dieses Verfahren wird bei der Erzeugung von Rotationskörpern aus Sonderstahl, ferner von Rohren, Buchsen, Ringen und bei der Massenherstellung kleiner Bauteile angewendet. Die Ausnützung des flüssigen Metalls ist dabei sehr gut, da sich keine Lunker bilden, und die Gußstücke enthalten wenig Ausseigerungen, die durch die Fliehkraft direkt an die Oberfläche des geschmolzenen Metalls herausgeträgen werden. Diese Vorteile sind vor allem bei Stählen von wirtschaftlicher Bedeutung.
  • Das erwähnte Verfahren wurde für viele Anwendungsbereiche ausgearbeitet. Es ist z. B. ein Verfahren zum Erzeugen von hohlen kreisförmigen Werkstücken aus mittels Schleuderguß gegossenen Rohren bekannt, aus denen vorerst Abschnitte abgeteilt werden, deren Breite der Breite des Endproduktes entspricht, die dann durch Schmieden oder Walzen zur gewünschten Form verarbeitet werden. Ferner ist ein Verfahren zum Erzeugen von Ringen, z. B. Halbfabrikaten von Wälzlagerringen bekannt, gemäß dem durch Schleuderguß gebildete Ringe geformt werden, die aus der Form bei einer Temperatur im Bereich von 0 1050 bis 900 C herausgenommen wurden. Schließlich ist ein Verfahren zum Erzeugen von hohlen kreisförmigen Werkst(Icken bekannt, gemäß welchem durch Schleuderguß erzeugte hohle Rotationskörper, z. B. Blöcke oder andere Rotationsgebilde zu Rohren geformt werden, die in kleinere Teile, z. B, in Abschnitte, unterteilt werden. Die kleineren Teile werden dann ausgewalzt, geschmiedet oder gestampft, worauf sie nach einer Spanbearbeitung einer Wärmeverarbeitung unterzogen und nach Erzielen einer optimalen Härte fertiggestellt werden.
  • Alle erwähnten Arbeitsverfahren zeigten sich als sehr wirtschaftliche Erzeugungsverfahren, die wegen der direkten Erzeugung von Halbfabrikaten durch Schleuderguß und damit der Einsparung einer Zwischenerzeugung von Hüttenhalbfabrikaten relativ hohe Materialersparnisse ermöglichen. Sie hahen Jedoch einen gemeinsamen Nachteil, daß die dem Materialfluß beim Gießen, Formen und weiteren Wärmebehandeln zugeführte Wärmeenergie nicht voll ausgenützt wird. Deshalb muß bei weiteren Arbeitsvorgängen, die bei höheren als normalen Temperaturen ablaufen, den vorgearbeiteten Erzeugnissen weitere Wärmeenergie zugeführt werden.
  • Es wäre deshalb zweckmäßig und vorteilhaft, ein abgewandeltes Erzeugungsverfahren von Rotationskörpern durch Schleuderguß zu finden, das nicht diese Nachteile derzeit bekannter Arbeitsverfahren aufweist und bei dem vor allem die beim Schmelzen des Stahles zugeführte Wärmeenergie in höchstem Maß ausgenützt wird.
  • Die Entwicklung eines solchen Verfahrens ist Aufgabe der Erfindung, die von einem Verfahren zum Erzeugen von ringförmigen Werkstücken aus übereutektoidem Stahl ausgeht, der nach dem Härten einen kohlenstoffarmen Martensit mit Versetzungs-Substruktur bildet, z. B. von Lagerringen aus Ringen, die aus Blöcken hergestellt werden, von deren Oberfläche Schichten von Schlacke und anderen Verunreinigungen beseitigt wurden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch Schleuderguß erzeugte oder durch Teilen von durch Schleuderguß erzeugten hohlen Blöcken gebildete Ringe von 0 der Gußtemperatur auf eine Temperatur von maximal 100 C unterhalb der Temperatur der eutektoiden Umwandlung des Gefüges des Stahles abgekühlt und dann auf eine Temperatur von maximal 100 OC oberhalb der Temperatur der eutektoiden Umwandlung wiedererwärmt werden, worauf nach Erzielen einer Struktur eines sphärolithisierten Perlits die Temperatur weiter bis auf einen Wert von höchstens 1150 OC erhöht wird und das Halbfabrikat z. B. durch Auswalzen geformt, nach dem Formen gehärtet und angelassen wird (siehe schematische Darstellung in Fig. 1).
  • Dabei werden an den Ringen vor dem Abkühlen von der Guß-0 temperatur auf eine Temperatur von maximal 100 C unterhalb der Temperatur der eutektoiden Umwandlung des Stahles zweckmäßig Oberflächenschichten aus Schlacke und anderen Verunreinigungen beispielsweise durch Spanbearbeitung beseitigt.
  • Vor dem Formen, vor allem vor einem Auswalzen, werden die Ringe nach einer Alternative nach dem Erhitzen auf höchstens 1150 OC zunächst mit einer Geschwindigkeit von wenigstens 50 OC/Sek, auf eine Temperatur im Bereich zwischen der Temperatur der eutektoiden Umwandlung und der Temperatur des Beginns der martensitischen Umwandlung abgekühlt (siehe schematische Darstellung in Fig. 2).
  • Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß im Vergleich mit bekannten Verfahren die beim Schleuderguß verbrauchte Wärmeenergie auch beim folgenden Formen und Wärmebehandeln des Materials vollkommen ausgenützt werden kann, so daß bei einer Erzeugung mancher größerer Rotationskörper, wie von Lagerringen größerer Abmessungen, die einmal zugeführte Wärmemenge für die ganze Erzeugung ausreicht. Das Erzeugen von Lagerringen kleinerer Durchmesser benötigt höchstens ein geringes Nachwärmen des Materials auf den Wert der Arbeitstemperaturen.
  • Beim Erzeugen von Werkstücken gemäß der Erfindung wird üblich derart vorgegangen, daß aus einem vorher beispielsweise durch Umschmelzen im Vakuum oder unter der Schlacke oder dergleichen gereinigten Stahl durch Schleuderguß Blöcke von Rotationsform, z. B. Zylinderform, gegossen werden. Bei deren teilweisem Abkühlen auf eine Temperatur im Bereich zwischen der Gußtemperatur und der Temperatur der eutektoiden Umwandlung des verwendeten Stahles, allenfalls maximal 100 OC niedriger, werden die Blöcke zu Ringen unterteilt, von welchen die an der Oberfläche haftenden, durch Schlacke oder anders verunreinigten Schichten beseitigt werden. Nach Abkühlen der Ringe auf die Temperatur der eutektoiden Umwandlung oder auf eine maximal 100 °C niedrigere Temperatur werden die Ringe wieder auf eine Temperatur von maximal 100 OC höher als die Temperatur der eutektoiden Umwandlung erwärmt, wodurch diese sphärolithisierend geglüht werden, und nach neuem Erwärmen auf eine Temperatur von maximal 1150 OC werden sie nach einem geeigneten Verfahren, z. B. durch Auswalzen, geformt.
  • Gemäß einer Variante der Erfindung werden die auf maximal 1150 OC erwärmten Ringe auf eine Temperatur zwischen der Temperatur der eutektoiden Umwandlung und der Temperatur des Beginns der martensitischen Umwandlung (Ma) abgekühlt, erst dann geformt, gehärtet und angelassen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren, d. h. ein Erzeugungsverfahren von ringförmigen Rotationsformen aus mittels Schleuderguß gegossenen Halbfabrikaten, kann vorteilhaft nicht nur zum Erzeugen von Lagerringen, sondern auch zum Erzeugen von Läuferbandagen von Dampfturbinen, von Spurkränzen für Schienenfahrzeuge, z. B. für Eisenbahnwagen, ferner von Zahnradkränzen und dergleichen Anwendung finden.
  • Vorteile dieser Lösung sind aus dem folgenden Ausftlhrungs beispiel ersichtlich, welches das Wesen der Erfindung näher erläutert, ohne diese Jedoch irgendwie zu begrenzen.
  • Beispiel In einem elektrischen Lichtbogenofen wird nach einem Stahlerzeugungsverfahren ein Stahl einer chemischen Gewichtszusammensetzung mit 0,7 bis 0,8 % Kohlenstoff, 2 % Mangan, 2 % Silizium, 1 % Chrom und höchstens 0,03 % Phosphor und Schwefel, Rest im wesentlichen Eisen, erzeugt, Darauf wird er in eine mit 800 U/min um eine horizontale Achse rotierende Kokille gegossen und darin gelassen, um zu erstarren. Ein so erzeugter hohler Block mit einem Gewicht von etwa 3 t, einem Außendurchmesser von etwa 380 mm und einer Länge von 4.400 mm wird noch warm aus der Kokille entfernt und durch eine Rotationssäge in 24 Ringe aufgeteilt. Die Ringe läßt man bis unterhalb der Temperatur der eutektoiden Umwandlung abkühlen, worauf sie wieder auf eine Temperatur von 760 OC nachgewärmt werden, wobei eine Sphärolithisierung des perlitischen Zementits vor sich geht. Die sphärolithisierten Ringe werden weiter auf eine Temperatur von 820 OC erwärmt und auf einem Dorn zwischen dem Dorn und einer Walzscheibe zu Formwalzstücken gewalzt, die mit ihrer wesentlichen Form einem äußeren und inneren Ring eines Lagers der Type 23080 entsprechen. Unmittelbar nach 0 dem Auswalzen, das bei einer Temperatur von 800 c endet, werden die Ringe in einem ölbad gehärtet, Nach dem Härten werden sie über 3 Stunden bei einer Temperatur von 170 OC angelassen und dann durch Spanbearbeitung, ggf. Schleifen, fertiggestellt.
  • Bei diesem als Beispiel angeführten Verfahren wird gegen-Uber üblichen Arbeitsverfahren die Arbeitszeit wesentlich verkürzt, da man ein grobes Walzen des Blocks, sein Erwärmen auf eine Formungstemperatur inbegriffen, ein grobes Auswalzen des Blocks und dessen Aufteilen, Stampfen, Lochen sowie das Schmieden des Ringes mit einer Zeitdauer von etwa 12 Stunden einspart, Außerdem wird die Bearbeitungszeit beim Drehen um etwa 205 Minuten verkürzt. Die Gesamtersparnis an Zeit beträgt ungefähr 15 Stunden für ein Lager. Außerdem werden 50 Gewichtsprozent flüssigen Blockstahls erspart. Die Ausnutzung des so erzeugten Blocks wird im Vergleich mit dem derzeitigen Stand der Technik um etwa 15 % verbessert.

Claims (3)

  1. Patentansprüche Verfahren zum Erzeugen ringförmiger Werkstücke aus Ubereutektoidem Stahl, der nach dem Härten einen kohlens,toffarmen Martensit mit Versetzungs-Substruktur bildet, z, B. von Lagerringen aus Ringen, die aus Blöcken hergestellt werden, von deren Oberfläche Schichten von Schlacke und anderen Verunreinigungen beseitigt wurden, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß durch Schleuderguß erzeugte oder durch Teilen von durch Schleuderguß erzeugten hohlen Blöcken gebildete Ringe von der Gußtemperatur auf eine Temperatur von maximal 100 OC unterhalb der Temperatur der eutektoiden Umwandlung des Gefüges des Stahles abgekühlt und dann auf eine Temperatur 0 von maximal 100 C oberhalb der Temperatur der eutektoiden Umwandlung wiedererwärmt werden, worauf nach Erzielen einer Struktur eines sphärolithisierten Perlits die Temperatur weiter auf einen Wert von höchstens 1150 OC erhöht wird, und das Halbfabrikat z. B. durch Auswalzen geformt, nach dem Formen gehärtet und angelassen wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Abkühlen von der Gußtemperatur auf eine Temperatur von maximal 100 OC unterhalb der Temperatur der eutektoiden Umwandlung des Stahles Oberflächenschichten der Ringe aus Schlacke und anderen Verunreinigungen beseitigt werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe nach dem Erhöhen der Temperatur auf höchstens 1150 OC vor dem Formen z. B. durch Auswalzen mit einer Geschwindigkeit von wenigstens 50 OC/Sek. auf eine Temperatur im Bereich zwischen der Temperatur der eutektoiden Umwandlung und der Temperatur des Beginns der martensitischen Umwandlung abgekühlt werden.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2078099A1 (de) * 2006-09-28 2009-07-15 Rothe Erde GmbH Verfahren zur thermomechanischen behandlung von nahtlos auf radial-axial-ringwalzmaschinen hergestellten ringen

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3929181A (en) * 1972-07-06 1975-12-30 Goetzewerke Method for producing alloys having wear-resistant surfaces
US3954133A (en) * 1974-02-23 1976-05-04 Kubota Ltd. Spheroidal graphite cast iron pipe of ferritic structure and method of producing the same

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