DE3136722A1 - "verfahren zur herstellung von fertigteilen aus hochlegierten ferritischen werkstoffen" - Google Patents

"verfahren zur herstellung von fertigteilen aus hochlegierten ferritischen werkstoffen"

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DE3136722A1 DE19813136722 DE3136722A DE3136722A1 DE 3136722 A1 DE3136722 A1 DE 3136722A1 DE 19813136722 DE19813136722 DE 19813136722 DE 3136722 A DE3136722 A DE 3136722A DE 3136722 A1 DE3136722 A1 DE 3136722A1
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    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
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Description

Α β. λ
Hannover, den Ο2.Ό9.1981 DIPL.-! NG. IT. AHKNDT
>iUUKRXOSSTR. 2 - TKKKFON "««»071 »Ti 30(K) HANNOVKH 1
Betr.: T 419/Ä/Bs - Anmelder: Firma
Teves-Thompson GmbH 3013 Barsinghausen 1
Verfahren zur Herstellung von Fertigteilen aus hochlegierten ferritischen Werkstoffen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Fertigteilen aus hochlegierten ferritischen Werkstoffen durch spanlose Formgebung, insbesondere zur Herstellung von Ventilen für Brennkraftmaschinen.
Es ist bekannt, Fertigteile, beispielsweise Ventile für Brennkraftmaschinen aus niedriglegierten Werkstoffen im kalten Zustand durch Stauchen und Kaltfließpressen in mehreren Stufen auf speziellen Kaltformmaschinen, sogenannten "Cold-Headern" herzustellen. Voraussetzung für das Stauchen und Kaltfließpressen sind die niedrigen Festigkeits- und hohen Dehnungswerte niedrig legierter Werkstoffe, die die hohe und rißfreie Verformbarkeit ermöglichen.
Ventile aus hochlegierten Werkstoffen, die ferritisch martensitisch oder auch austenitisch sein können, ließen sich bisher nicht auf den vorgenannten Umformmaschinen herstellen, weil die benötigten Verformungskräfte zu hoch und die verformbarkeit dieser Werkstoffe wegen der großen Rißbildungsgefahr zu gering
. 6,
ist. Fertigteile aus solchen Werkstoffen werden daher durch Warmfließpressen oder durch elektrische Widerstanderwärmung bei gleichzeitigem Anstauchen und Ausschlagen im Gesenk hergestellt. Die Verformung geschieht in einem Temperaturbereich von 950 - 1200° C. Hierbei ist die Verformbarkeit groß und die Rißgefahr gering.
Eine Herstellung durch Kaltumformung hat fertigungstechnische Vorteile. Es sind hohe Stückzahlen pro Zeiteinheit bei einer gleichzeitigen hohen Fertigungsgenauigkeit und hohe Werkzeugstandzeiten möglich. Die Fertigung ist damit wirtschaftlich sehr günstig. Nachteilig dabei ist, daß höher legierte Werkstoffe wegen eines zu hohen Verformungswiderstandes und Rißanfälligkeit kalt nicht so weitgehend wie gewünscht verformt werden können. Eine Abhilfe in begrenztem Rahmen kann durch eine Erwärmung hochlegierter Werkstoffe auf Schmiedetemperatur geschaffen werden. Nach der Erwärmung kann das hochlegierte Material zu Fertigteilen durch Warmfließpressen und Stauchen umgeformt werden. Diese Fertigung ist jedoch wegen geringerer Stückzahlen pro Zeiteinheit - ca. 15 Stück pro Minute beim Warmfließpressen und ca. 30 Stück pro Minute mittels moderner Staucheinheiten gegenüber 60 Stück pro Minute bei der reinen Kaltumformung - nur weniger wirtschaftlich möglich. Außerdem ist die Maßgenauigkeit geringer.
Zur Herabsetzung des Verformungswiderstandes ist es . ferner bekannt, das Material auf Temperaturen von vorwiegend 200 - 500° C vorzuwärmen, in einzelnen Fällen auch noch höher, um dann eine Halbwarmumformung
vorzunehmen. Die Vorteile der Kaltumformung bezüglich der Fertigungsgenauigkeit bleiben dabei weitgehend erhalten. Versuche mit hochlegierten Werkstoffen, wie sie insbesondere bei der Fertigung von Ventilen für Brennkraftmaschinen zur Anwendung kommen, haben jedoch gezeigt, daß hiermit der Verformungswiderstand nur geringfügig herabgesetzt und die Dehnungswerte zur Vermeidung der Rißbildung bei der Verformung nicht erhöht werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem die Fertigung von Teilen aus hochlegierten ferritischen Werkstoffen auf den eingangs genannten Umformmaschinen im halbwarmen Zustand ermöglicht wird, so daß die vorerwähnten Vorteile dieses Verfahrens ausgenutzt werden können» Insbesondere sollen durch das zu schaffende Verfahren die Verformungskräfte herabgesetzt, die Dehnungswerte zur Vermeidung einer Rißbildung bei der Verformung erhöht, die Fertigungsgenauigkeit der Kalt- oder Halbwarmumformung erhalten und eine dem Kaltumformverfahren entsprechende hohe FertigungsstUckzahl pro Zeiteinheit erreicht werden. Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich dadurch aus, daß das Ausgangsmaterial zunächst austenitisiert, anschließend einer Abkühlung zum Absenken der Temperatur bis in einen Bereich unterworfen wird, in welchem der Austenit noch stabil ist und anschließend das Ausgangsmaterial bei dieser abgesenkten Temperatur zum fertigen Teil verformt wird.
Im austenitischen Zustand läßt sich der Werkstoff
wegen des wesentlich geringeren Verformungswiderstandes bei gleichzeitig gebannter Rißgefahr auf "Cold-Headern" ohne Schwierigkeiten zu Ventilen verformen. Im Temperaturbereich zwischen der Perlitbildung und der Martensitbildung ist der Austenit über lange Zeit stabil und es findet somit keine Umwandlung statt, wodurch in diesem Temperaturbereich dann eine Verformung im austenitischen Zustand möglich ist. Durch ein festgestelltes ausgesprochen träges Umwandlungsverhalten oberhalb der Martensitumwandlung bei hochlegierten ferritisch martensitischen Stählen bleibt genügend Zeit, die Abkühlung des Werkstoffes und die Umformung zu Fertigteilen im produktionstechnischen Maße durchzuführen.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand der folgenden Tabelle verdeutlicht. Darin sind einige im Zugversuch ermittelte Festigkeits- und Dehnungswerte wiedergegeben, wobei es sich hier um Mittelwerte mehrerer Vergleichsproben handelt, die
a) bei Raumtemperatur ermittelt wurden und den Ausgangszustand mit 100 % angeben,
b) vorgewärmt bei 400° C ermittelt wurden,
c) erfindungsgemäß austenitisiert, abgekühlt und bei 400° C ermittelt wurden.
Es zeigt sich eine deutliche Abnahme der Festigkeitswerte bei gleichzeitigem erheblichen Anstieg der Dehnung der Proben, die erfindungsgemäß behandelt wurden. Dies schafft neben der stark verzögerten Umwandlung, die notwendige, überraschend erreichte Voraussetzung dafür,
X H η
-JBr-
.9·
daß hochlegierte Stähle, wie beispielsweise der folgenden chemischen Zusammensetzung
C 0,40 - 0,50
Si 2,70 - 3,30
Mn max. 0,8
P max. 0,040
S max. 0,030
Cr 8,0 - 10,0
Ni max. 0,5
Fe Rest
auf üblichen Kaltumformmaschinen hergestellt werden können»
In der nachfolgenden Tabelle sind für die obere Streck grenze (ReH)9 die Zugfestigkeit (RM), die Bruchdehnung (A) und die Brucheinschnürung (Z) die Bezeichnungen nach DIM 50 145 gewählt worden.
I (100 %) ?M „ (100 %) 23 ,9 A (100 %) Z 00
IeHn ( 65 %) N/mm^ ( 69 %) 26 ,0 % (109 50 % 12
a) N/mm* ( 38 %) 823 ( 71 %) 64 ,4 (269 %) 52 ( 33
b) 596 570 58 (
O 390 586 69 (
225
;i
;i
;i
Besonders vorteilhafte Ergebnisse v/erden erzielt» v/enn zum Herstellen von Ventilen aus dem vorgenannten Ausgangsmaterial zunächst eine Erwärmung auf Austenitisierungstemperatur von etwa 1100° C und anschließend eine Temperaturabsenkung auf 200 - 500 C vorgenommen wird. Das so behandelte Material kann durch Stauchen und durch Fließpressen auf Kaltumformmaschinen in herkömmlicher Weise umgeformt werden.

Claims (11)

PA TKX ΤΛ .VVVAf-T .^A^SL·,,,^ Hannover' den 02.09.1981 HANNOVKR 1 Betr.: T 419/A/Bs - Anmelder: Firma Teves-Thompson GmbH 3013 Barsinghausen 1 Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Fertigteilen aus hochlegierten ferritischen Werkstoffen durch spanlose Formgebung, insbesondere zur Herstellung von Ventilen für Brennkraftmaschinen, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
a) Austenitisieren des Ausgangsmaterials;
b) anschließendes Absenken der Temperatur bis in einen Bereich, in welchem der Austenit noch stabil ist;
c) Verformung des Ausgangsmaterials zum fertigen Teil bei der abgesenkten Temperatur.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet j daß das Ausgangsmaterial zum Austenitisieren auf etwa 1.1000C erwärmt wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die abgesenkte Temperatur nach dem Austenitisieren und zum Beginn der Verformung 200 - 5000C beträgt.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das auf 200 - 500° C abgekühlte Material durch Stauchen umgeformt wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das auf 200 - 500° C abgekühlte Material durch Fließpressen umgeformt wird.
6. Fertigteil, hergestellt nach dem Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, gekennzeichnet durch
1^-*"' einen Werkstoff, bestehend aus einem Bereich der folgenden chemischen Zusammensetzungen in Gew. %:
C 0,20 - 1 ,00 Si 0,50 - 4,00 Mn 0,50 - 3,00 P max. 0,045 S max. 0,030 Cr 4,00 - 20,00 Mo 0,50 - 4,00 Ni max. 2,00 V max. 2,00 W max. 2,00 Fe Rest
7. Fertigteil, hergestellt nach dem Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 5, gekennzeichnet durch einen Werkstoff der folgenden chemischen Zusammensetzung in Gew. %:
C 0,40 max. Si 2,50 max. Mn 0,80 max. P 0,04 S 0,03 Cr 10,00 Mo 1 ,05 Fe Rest
8. Fertigteil, hergestellt nach dem Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, gekennzeichnet durch einen Werkstoff der folgenden chemischen Zusammensetzung in Gew. %:
C 0,80
Si 2,00
Mn 1,00 max.
Cr 14,75
Mo 1,00
Ni 0,75
W 1 ,00
Fe Rest
9. Fertigteil, hergestellt nach dem Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, gekennzeichnet durch einen Werkstoff der folgenden chemischen Zusammensetzung in Gew. %'.
C 1 0,85 max. Si 1,00 max. Mn 1 ,50 max. P 0,04 max. S 0,03 Cr 7,50 Mo 2,25 V 0,45 Fe Rest
10. Fertigteil, hergestellt nach dem Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, gekennzeichnet durch einen Werkstoff der folgenden chemischen Zusammensetzung in Gew. %:
C 0,45 max. Si 3,00 max. Mn 0,80 max. P 0,04 S 0,03 max. Cr 9,00 Ni 0,50 Fe Rest
11. Fertigteil, hergestellt nach dem Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5, gekennzeichnet durch einen Werkstoff der folgenden chemischen Zusammensetzung in Gew. %:
C 0,46 1 ,0 Si max. 1 ,0 Mn max. 0 ,045 P max. 0 ,030 S max. Cr 1 3,50 Fe Rest
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