DE3200904A1

DE3200904A1 - Verfahren zur thermomechanischen behandlung eines zueiner gefuegeumwandlung befaehigten werkstuecks.

Info

Publication number: DE3200904A1
Application number: DE19823200904
Authority: DE
Inventors: Hans Dr. Rydstad; Günther Dr. Birmenstorf Schröder
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1982-01-14
Filing date: 1982-01-14
Publication date: 1983-07-21

Description

. ' 2/32 - / - Br/SC

Verfahren zur thermomechanischen Behandlung eines zu einer Gefügeumwandlung befähigten Werkstücks

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur thermomechanischen Behandlung eines zu einer Gefügeumwandlung befähigten Werkstücks nach der Gattung des Anspruchs 1.

Bei der thermomechanischen Behandlung von Werkstücken aus Legierungen, welche bei erhöhten Temperaturen im austenitischen Zustand vorliegen (meist Sonderstähle) und durch eine gezielte Umformung bei einer bestimmten Temperatur eine Gefügeumwandlung zur Verbesserung ihrer metallurgischen und mechanischen Eigenschaften erleiden, unterscheidet man in der Regel 3 Verfahren: Austenitformhärten, Umformung während der isothermen Umwandlung des unterkühlten Austenits und Umformung nach der Umwandlung von Austenit in Martensit (siehe Kurt Lange, Lehrbuch der Umformtechnik, Bd. 3, Blechumformung, S. 448 - 467, Springer Berlin 1975;

K. Lange, H. Meyer-Nolkemper, Gesenkschmieden, S. 169 sowie Schriftenverzeichnis S. 398 - 399. Springer Berlin 1977).

Der Erfolg dieser Verfahren, insbesondere für die Verformung des Werkstoffes während der Umwandlung des metastabilen Austenits in ein anderes Gefüge hängt von der Genauigkeit

BAD ORIGINAL - ^

der Temperaturkontrolle und der Reproduzierbarkeit ab. Um diese Verfahren praktisch zu verwirklichen sind daher wirtschaftliche und zuverlässige Produktionsmethoden unerlässlich. Mit konventionellen Mitteln lässt sich dies normalerweise nicht oder nur unvollständig bewerkstelligen. Die Aufgabe lautet: Möglichst rasche Abkühlung des Werkstücks über seinen ganzen Querschnitt von der Lösungsglühtempera-. tür des Austenits auf die Temperatur, bei welcher der Werkstoff verformt werden soll, und anschliessend möglichst genaues Halten dieser Temperatur*

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden, durch Figuren erläuterten Ausführungsbeispiele beschrieben.

Dabei zeigt:

Fig. 1 ein Zeit/Temperatur-Diagramm für die verschiedenen Umformverfahren mit Umwandlungsisothermen für einen bestimmten Stahl, '·

Fig. 2 den schematischen Aufbau einer Umformungsstrecke · mit einer beheizten Walzenstrasse.

In Fig. 1 sind die verschiedenen isothermen Umformverfahre'n in einem Zeit/Temperatur-Diagramm für einen bestimmten Stahl dargestellt. Der Zeitmessstab t ist auf der Abszisse logarithmisch aufgetragen, während der Temperaturmessstab T in natürlichen Einheiten auf der Ordinale dargestellt ist. Die Linien der Gefügeumwandlungen des betreffenden Stahls sind mit kleinen Buchstaben bezeichnet. Dabei bedeutet a die Isotherme des Beginns der Austenitumwandlung im höheren Temperaturbereich (z.B. Austenit/Perlit-Umwandlung).

ORIGINAL INSPECTED

2/82

b stellt die Isotherme des Endes der Austenitumwandlung im höheren Temperaturbereich dar. c ist die Isotherme des Beginns der Austenitumwandlung im tieferen Temperaturbereich (z.B. Austenit/Ba-init-Umwandlung) . Die Linie 1 ist repräsentativ für den Teraperaturverlauf des zu verformenden Werkstücks .für isotherme thermomechanische Behandlung im metastabilen Austenitgebiet (Austenitformen), d.h. vor der Umwandlung des Austenits in ein anderes Gefüge. 2 stellt den Temperaturverlauf des zu verformenden Werkstücks für iso-

therme thermomechanische Behandlung während der Umwandlung des Austenits in ein anderes Gefüge im höheren Temperaturbereich (Isoformen' Austenit/Perlit) dar. Die Linie 3 zeigt den Temperaturverlauf des zu verformenden Werkstücks für
isotherme thermomechanische Behandlung während der Umwandlung des Austenits in ein anderes Gefüge im tieferen Temperaturbereich (Isoformen Austenit/Bainit). Die gestrichelt unterstrichenen horizontalen Streckenabschnitte i,, Iy, i~ stellen jeweils die Phase des tatsächlichen isothermen Walzens mit beheizten Walzen für die thermomechanischen Be-

handlungen gemäss Linien 1, 2, 3 dar.

Fig. 2 zeigt den schematischen Aufbau einer Umformungsstrecke unter Verwendung einer beheizten Walz.enstrasse.
4 ist ein Ofen (kann auch Warmhalte- oder Durchlaufofen
sein) zur Erwärmung bzw. zum Warmhalten des als Walzgut 6

vorliegenden Werkstücks (Halbzeug, Knüppel etc.). 5 stellt eine mittels Luft, Luft/Wasser-Gemisch (Sprühregen, Berieselung) oder Wirbelschicht betriebene Kühlstrecke zur
raschen Abkühlung des Werkstücks auf Umformtemperatur dar. 7 sind die in mehreren Paaren angeordneten Walzen des Ge-

rüstes und 8 die entsprechenden induktiven Walzenheizungen.

COPY

2/.8 2

Aus führunqsbei sgiel_lj_

Das "Beispiel bezieht.sich auf eine thermomechanische Behandlung im Gebiet des unterkühlten, metastabilen Austenits bei verhältnismässig tiefen Temperaturen. Es handelt sich hier also um Austenitformen ungefähr nach Linie 1 in Fig. Als Werkstoff wurde ein Stahl mit der deutschen Werkstoff-.nummer 1.3551 und der nachfolgenden Zusammensetzung gewählt:

C:	0,	77	- 0,85	Gew.-%
Si:			0,25	Gew.-%
Mn:			0,35 .	Gew.-%
Cr:	3,	35	- 4,25	Gew.-%
Mo:	4,	00	- 4,50	Gew.-%
V:	0,	90	- 1,10	Gew.-%
Ni:			0,10	Gew.-%
P:			0,015	Gew.-%
S:			0,015	Gew.-%

Aus einem Knüppel (Walzstab, Halbzeug) von rechteckiger Querschnittsform der Abmessungen 75,0 χ 35,4 mm und einer Länge von 6000 mm wurde ein L-Profil von 50/5 mm (Schenkellänge 50 mm; Schenkeldicke 5 mm) hergestellt. Der Knüppel wurde im Durchlaufofen 4 (Fig. 2) auf eine Temperatur von 900 ⁰C gebracht, wobei jeder Querschnitt während 30 min auf dieser Temperatur gehalten wurde. Hierauf wurde der als Walzgut 6 dienende Knüppel sukzessive auf der Kühlstrecke 5 innerhalb eines Zeit'intervalls von 120 see auf eine für das Austenitformen geeignete Temperatur von 510 ⁰C abgekühlt und bei dieser konstanten Temperatur in total 5 Walzstichen zwischen beheizten Walzen 7, 8 auf den Endquerschnitt, heruntenjev/alzt. Dabei betrug die durchschnittliche Querschnittsabnahme pro Walzstich ca. 30 %, die totale bis zum Endquerschnitt ca. 82 %. Die gesamte Verformungszeit bei

ORIGINAL INSPECTED

—Sf ϋ Ο 9 O 4"

2/82

konstanter Temperatur (Strecke i in Fig. 1) betrug 3Ό see, Daraufhin wurde das fertige L-Profil mit einer Geschwindigkeit von 7 C/sec auf Raumtemperatur abgekühlt.

Dieses Beispiel bezieht sich auf eine thermomechanische Behandlung im Gebiet des. Uebergangs vom metastabilen Austenit in ein anderes Gefüge im oberen Temperaturbereich. Dies entspricht im vorliegenden Fall dem Isoformen Austenit/Perlit ungefähr nach Linie 2 in Fig. 1. Als Werkstoff wurde ein Stahl mit der nachfolgenden Zusammensetzung verwendet:

C:	0,48	Gew.-%
Si:	0,25	Gew.-%
Mn:	0,85	Gew.-%
Cr:	0,98	Gew.-%
Ni:	0,18	Gew.-%
P:	^ 0,030	Gew.r-%
S:	-£ 0,030	Gew.-%

Aus einem Knüppel von quadratischem Querschnitt der Abmessungen 20 χ 20 mm und einer Länge von 6000 mm wurde ein rechteckförmiger Flachstab von 5' χ 20 mm Querschnitt· hergestellt. Der Knüppel wurde zunächst im Durchlaufofen 4 (Fig. 2) auf eine Lösungsglühtemperatur (Ueberführung in Austenit) von 9 50 °C gebracht und 1 h bei dieser Temperatur gehalten. Dann wurde der als Walzgut 6 dienende Knüppel auf der Kühlstrecke 5 innerhalb eines Zeitintervalls von 4 5 bis 60 see - gemessen vom Ac -Punkt auf die für das Isoformen Austenit/ Perlit geeignete Temperatur von 600 °C abgekühlt und bei dieser Temperatur während einer Zeit von ca. 60 see (Strecke i_ in Fig. 1) verformt. Es wurden total 5 Walzstiche zwisehen beheizten Walzen 7, 8 mit einer durchschnittlichen

¹ · ft

2/82

■ .8.

Querschnittsabnahme von ca. 28 % pro Stich und einer totalen Querschnittsabnahme bis zum Endquerschnitt von ca. 80 % durchgeführt. Nach der Verformung wurde der Stab an Luft langsam abgekühlt.

Durch das neue Umformverfahren mit Hilfe von beheizten Walzen ist eine genaue Einhaltung der Verformungstemperaturen möglich, so dass in allen Fällen optimale Gefügebeschaffenheit und beste mechanische Eigenschaften des Werkstücks erzielt werden. Dies gilt prinzipiell für alle Zeit/Temperatur-Programme gemäss Fig. 1, d.h. für Austenitformen wie für Isoformen.

Claims

.2/82 - Patentansprüche

1. Verfahren zur therrnomechanischen Behandlung eines durch Erwärmen in den austenitischen Gefügezustand überführberen und bei einer darauffolgenden ersten teilweisen Abkühlung auf eine Zwischentemperatur in einem metastabilen unterkühlten austenitischen Zustand vorliegenden und bei einer weiteren Abkühlung und/oder einem längeren zeitlichen Halten auf dieser Zwischentemperatur: zu einer Gefügeumwandlung befähigter. Werkstücks, dadurch gekennzeichnet, dass die thermomechanische Behandlung in einem isothermen oder quasi-isothermen Walzprozess mit beheizten Walzen besteht und jeweils vor oder während der Umwandlung des Austenits in ein anderes Gefüge durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzprozess im Temperaturbereich des unterkühlten, metastabilen Austenits und vor seiner Umwandlung in ein anderes Gefüge durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzprozess im Temperaturbereich des sich umwandelnden metastabilen Austenits und während seiner Umwandlung in ein anderes Gefüge durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzprozess in einer kontinuierlichen, aus einer beliebigen Anzahl von beheizten Walzenpaaren bestehenden Walzenstrasse mit praktisch konstanter Temperatur bis zum Fertigerzeugnis durchgeführt wird.

copy

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen induktiv beheizt werden.

ORIGINAL INSPEOTii