DE3111249A1

DE3111249A1 - "verbesserte eisenartige materialien"

Info

Publication number: DE3111249A1
Application number: DE19813111249
Authority: DE
Inventors: Masayoshi Numazu Shizuoka Usui
Original assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd
Current assignee: Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd
Priority date: 1980-03-24
Filing date: 1981-03-21
Publication date: 1982-03-04
Also published as: BR8101746A; CA1178517A; GB2072703A; JPS56133417A; AU6866881A; FR2482136A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eisenartige Nserialien und
insbesondere Röhren oder Stäbe bzw. barren aus Eisen oder Stahl, die nach einer plastischen Deformation einem Niedertemperaturglühen unterworfen wurden, um die während des plastischen Verformungsschrittes erzeugten Restspannungen zu entfernen.
Übliche Röhren oder Stangen aus Eisen oder Stahl, wie sie beispielsweise durch den SAE-Standard "fiel Inection Tubing - SÄE J529b" spezifiziert sind, die nach einer plastischen Deformation, beispielsweise durch Ziehen, geglüht werden, nehmen eine Normalstruktur an, die eine innere rekristallisierte Struktur aufweist und erlangen eine Härte, die sich der Härte des Rohmaterials vor der plastischen Deformation annähert. Der Grund hierfür ist, daß es bisher üblich war, ein komplettes bzw.
maximales Glühen durchzuführen. Infolgedessen haben übliche Materialien dieser Art die Neigung, daß die Dauerfestigkeit abnimmt, wie in '£tabelle 1 und durch die Kurve (B) in der figürlichen Darstellung von t'ig. 1 gezeigt wird, in der die Dauer-Eigenschaften verglichen sind. Auch Produkte, die aus diesen Materialien hergestellt sind, zeigen ein früheres Auftreten von Rissen oder Brüchen an befestigten IL'eilen, verbundenen Enden usw., was auf äußere Einflüsse, wie z.B. Verbiegen und Schwingungen zurückzuführen ist.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die obigen Nachteile zumindest zu verringern.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Behandeln von eisenartigen Materialien vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Material einer plastischen Deformation unterworfen wird, wodurch eine abgeflachte Kornstruktur erhalten wird, und daß das Material danach so geglüht (getempert) wird, daß die abgeflachte Kornstruktur erhalten bleibt. Die Erfindung umfaßt auch das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelte eisenartige Material. Weitere Ziele der Erfindung sind in den Patentansprüchen der vorliegenden Anmeldung enthalten.
Im folgenden werden Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Figur 1 ist eine graphische Darstellung, in der die Dauereigenschaften der erfindungsgemäß aus Eisen- oder Stahlmaterialien hergestellten Produkte mit Produkten verglichenwerden,die in üblicher Weise aus Eisen- oder Stahlmaterialien hergestellt wurden.
Figur 2 ist eine mikrophotographische Darstellung des Materials mit Kornstruktur entsprechend der vorliegenden Erfindung (Vergrößerung 100-fach).
Figur 3 ist eine mikrophotographische Darstellung der Kornstruktur eines üblichen Materials (Vergrößerung 100-fach).
Die erfindungsgemäßen Eisen- und Stahlmaterialien, die vorzugsweise einen Kohlenstoffgehalt im Bereich von 0,05 bis 0,45 Gew.-% aufweisen, behalten eine abgeflachte Kornstruktur, die im wesentlichen frei von Rekristallisation ist und eine Härte auf weisen, die größer als 55 bis 150 % der Härte von Eisen-oder Stahlmaterialien ist, die mit einer vollen Glühbehandlung behandelt wurden und eine bemerkenswert verbesserte Dauerfestigkeit aufweisen, wie durch die Kurve (A) der figürlichen Darstellung in Fig. 1 dargestellt ist. Dies wird dadurch erreicht, daß die flächenmäßige Reduktion (d.h. die Reduktionsrate) während der plastischen Deformation bei niederer Temperatur im Bereich von 20 bis 60 % fixiert wird, so daß das Material eine gleichförmig abgeflachte Kornstruktur behält, und darauffolgendes Glühen (tempern) durch eine Niedertemperaturbehandlung bei einer 'llemperatur und über einen Zeitraum, die in Einklang stehen mit dem vorerwähnten Verhältnis der Behandlung, insbesondere der höchsten Temperatur und dem längsten Zeitraum, oberhalb dem eine Rekristallisation stattfindet. Der Grund für die Angabe einer Härte in dem oben erwähnten Bereich betrifft naturgemäß das Ergebnis der plastischen Deformation. Wenn die Zunahme der Härte die untere Grenze von 55 % oberhalb des Niveaus, das durch eine volle Glühbehandlung erhalten wird, nicht erreicht, behalten die behandelten Materialien keine gleichförmig verarbeitete gleichförmig abgeflachte Kornstruktur auf und infolgedessen zeigen sie keine bemerkenswerte Verbesserung der Dauerfestigkeit. Wenn die Zunahme der Härte 125 % überschreitet (d.h., wenn sie nicht proportional zu dem Verhältnis während der plastischen Deformation anwächst), nimmt die Korngrößenänderung in der abgeflachten Kornstruktur in einem solchen Ausmaß an Intensität zu, daß die Korngrenze so absinkt, daß eventuell die Ermüdungsgrenze erniedrigt wird.
Beispiel Ein Kohlenstoff-Stahlrohr von Maschinen-Strukturgrad (STKBI-13At beruhigter Stahl) mit einem äußeren Durchmesser von 12,7 mm und einer Wandstärke von 2,5 mm wurde als Rohstahlmaterial verwendet. Durch plastisches Deformieren dieses Rohstahlmaterials durch Ausziehen bis auf eine Reduktionsrate von 48 96 wurde eine Röhre erhalten, die einen äußeren Durchmesser von 8,0 mm, eine Wandstärke von 2,3 mm und eine Härte von Mv 202 aufwies. Danach wurde sie 35 Minuten bei 4100C unter einer nicht-oxidierenden Atmosphäre einer Niedertemperatur-Glühbehandlung in einem Heizofen vom Durchstoßtyp unterworfen. Das Endprodukt zeigte eine Zugfestigkeit von 67,6 kg/mm2, eine Dehnung von 12 5o und eine Härte von Hv 190. Dieses Produkt behielt eine abgeflachte Kornstruktur, die frei von Rekristallisation war, wie in der mikro photographischen Darstellung von kig. 2 gezeigt ist und wies Dauereigenschaften auf, wie sie in Tabelle 1 und durch die figürliche Darstellung (A) in der Fig. 1 gezeigt sind.
Das konventionelle Produkt, wie es in Tabelle 1 und durch die Kurve (B) in der figürlichen Darstellung von Fig. 1 gezeigt ² ist, war eine Röhre mit einer Zugfestigkeit von 39,3 kg/mm , einer Dehnung von 42 0/o und einer Härte von Hv 117, die erhalten war, indem eine Röhre mit einem äußeren Durchmesser von 8,0 mm, einer Wandstärke von 2,3 mm und einer Härte von Hv 202, die der gleichen plastischen Deformation durch Ziehen, wie oben ausgeführt ist, unterworfen worden war, einer vollständigen Glühbehandlung in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre bei 7300C über einen Zeitraum von 10 Minuten in einem Heizofen vom Durchstoß typ ausgesetzt worden war. Dieses Produkt zeigte eine rekristalli sierte Struktur, wie sie in der mikrophotographischen Darstellung der Fig. 3 gezeigt ist.
Jeweils fünf Teststücke der Produkte (A) und (B) wurden wiederholten Biegetests auf die Dauerfestigkeit unterworfen. Die Ergebnisse sind weiter unten aufgeführt.
Meßverfahren - Ein Teststück wurde mit einem Ende befestigt, in einem stationären Halter horizontal gehalten und das verbleibende freie Ende des Teststückes wurde in vertikaler Richtung in Schwingungen versetzt.
# = 2#l²# 3Ed(1) worin d für die festgestellte Belastung (stated stress) steht, i für die Entfernung des befestigten Punktes zu dem Angriffspunkt der Kraft steht, d für den Durchmesser des Teststücks und E für den Young-Modul (2,1 x 104 kg/mm2) des Materials steht.
Das Teststück wurde wiederholten Biegevorgängen mit einer Amplitude unterworfen, die durch die obige Formel (1) berechnet worden ist, wobei die Zahl der Biegungen des Teststückes gemessen wurde, bis das Teststück brach.
Testergebnisse Tabelle 1 Gemessene Zahl der Biegevergänge bis zum Bruch Belastung Produkt (A), konventionelles Pro-(kg/mm ) erfindungsgemäß dukt (B) 30 Bruch nach 1,6 x 106 Bruch nach 1,5 x 105 Biegungen Biegungen 27 Bruch nach 3,8 x 106 Bruch nach 2,4 x 105 Biegungen Biegungen 24 Kein Bruch nach Bruch nach 4,8 x 105 1,0 x 10 Biegungen Biegungen 21 II " Bruch nach 1,1 x 106 Biegungen 18 II II Kein Bruch nach 1,0 x 107 Biegungen Wie oben beschrieben wurde, weisen die Eisen- und Stahlma-Materialien, die entsprechend der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, infolge der Glühbehandlung, die in zum einer Niedertemperaturbehandlung durchgeführt wird, eine gleichförmige abgeflachte Korrstruktur auf, die frei von Restspannungen ist und keine Rekristallisation zeigt, die eine Härte aufweist, die größer ist als 55 bis 125 % derjenigen von konventionellen Materialien, die einem vollständigen Glühprozeß unterworfen worden sind. Infolgedessen weisen sie eine bemerkenswerte Verbesserung der Dauerfestigkeit gegen Biegungen und Vibrationen auf. Die Materialien verhüten, wenn sie zu -Produkten, wie Röhren oder Stäben verarbeitet werden, das Auftreten von Rissen und Brüchen in befestigten Teilen, verbundenen Enden usw.. Die erfindungsgemäßen Produkte sind deshalb für die industrielle Ansendelg äußerst vorteilhaft.

Claims

Verbesserte eisenartige Materialien Patentansprdche 1. Verfahren zum Behandeln von eisenartigen Materialien, dadurch gekennzeichnet, daß das Material einer plastischen Deformation unterworfen wird, wodurch eine abgeflachte Kornstruktur erhalten wird, und daß das Material danach so geglüht (getempert) wird, daß die abgeflachte Kornstruktur erhalten bleibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das auf die plastische Deformation folgende Glühen bei einer bestimmten temperatur und über einen Zeitraum durchgeführt wird, oberhalb dem eine strukturelle Rekristallisation erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialien einen Kohlenstoffgehalt von 0,05 bis 0,45 Gew.-C haben.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die plastische Deformation durch Ziehen mit einer Reduktions-Rate von 20 bis 60 % bewirkt wird.
5. Eisenartiges Material, dadurch gekennzeichnet, daß es nach dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 4 hergestellt worden ist.
6. Material nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeflachte Kornstruktur im wesentlichen frei von Rekristallisation ist.
7. Material nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß es röhrenförmig vorliegt.
8. Material nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß es in Form eines Stabes bzw. Barrens vorliegt.