DE3314847A1

DE3314847A1 - Verfahren zur fertigung nahtloser ringe mit verbesserten federeigenschaften

Info

Publication number: DE3314847A1
Application number: DE19833314847
Authority: DE
Inventors: Heinz Kelm; Siegfried Dipl.-Ing. Dr. habil. DDR 9001 Karl-Marx-Stadt Lippmann; Werner Dipl.-Ing. DDR 8701 Ruppersdorf Röttig; Ulrich Dipl.-Ing. DDR 9081 Karl-Marx-Stadt Thieme; Diether DDR 8800 Zittau Wünsche
Original assignee: FEDERNWERK ZITTAU VEB
Current assignee: FEDERNWERK ZITTAU VEB
Priority date: 1983-04-23
Filing date: 1983-04-23
Publication date: 1984-10-25

Description

Verfahren zur Fertigung nahtloser Ringe mit verbesserten
Federe igensohaften Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kombinierten Schaffung von Form- und Stoffeigenschaften bei nahtlosen Ringen mit verbesserter statischer und dYnamischer Belastbarkeit, die fllr Ringfedern und andere Ringelemente benötigt werden, bei denen die Federwirkung durch elastische Vergrößerung oder Verkleinerung des Ringdurchmessers zustandekommt.
Nach den bekannten Verfahren werden nathlose Ringe entweder durch Ringwalzen zwischen zwei profilierten Walten in einer Stufe bzw. in mehreren Stufen bei Warmformtemperatur oder durch Schmieden im Gesenk mit anschließendem Kalibrieren bei Schmiede- bzw. Walztemperatur hergestellt.
Zur Erzielung der für Federelemente notwendigen Featigkeit werden diese Ringe entweder in gesonderten Warmebehandlungs einrichtungen vergütet oder unmittelbar von Warmformgebungstemperatur abgeschreckt und danach angelas sen, wobei beim Absohrecken als Mindesttemperatur die bei Pederstählen Ubliche Härtetemperatur gefordert wird (s. WP C 21 D/141 038): Es ist bekannt, daß bei Anwendung der hochtemperaturthermomeohanis chen Behandlung mit Martensitumwandlung vor allem durch einen Umformgrad von> 20 % im letzten Schritt dicht oberhalb A3 eine Verbesserung der Werkstoffeigenschaften su erreichen ist. Damit verbunden sind bei den bekannten Verfahren zur fertigung von Federringen die Nachteile, daß - bei den üblichen Vergütungsverfahren wesentliche Reserven zur möglichen Verbesserung des statischen und dynamischen Festigkeitsverhaltens der Federstähle ungenutzt bleiben; - bei der Anwendung der hochtemperaturtbermomechanischen Behandlung auch bei einer Endumformtemperatur, die dicht oberhalb A3 liegt, bei den verwendeten Federstählen die Rekristallisation noch zu einem beträchtlichen Abbau der Gitterdefekte führt, eo daß damit nur eine teilweise Verbesserung der Werkstoffeigenschaften, insbesondere der Streckgrenze und der Dauerfeetigkeit, erreicht wird; - durch eine Kalibrierung bei Warmformgebungstemperatur mit einem Umformgrad <15 % eine Rekristallisation ausgelöst wird, die gleichfalls die durch Anwendung der hochtemperaturthermomechanischen Behandlung mit Martensitumwandlung erreichbaren Eigenschaftsänderungen einschränkt; - bei Anwendung ausreichend hoher Umformgrade bei niedrigen Endumformtemperaturen zur Erzielung größtmöglicher Eigenschaftverbesserungen durch thermomechanische Behandlung infolge der hohen Formänderungsfestigkeit der umzuformenden Stähle eine hohe Beanspruchung der Umformmaschinen und ein großer Verschleiß der Umformwerkzeuge eintritt.
Ziel der Erfindung iet die Schaffung einer kombinierten Umform- und Wärmebebhandlungstechnologie, die bei geringstem Energieaufwand und bei reduzierter Prozeßstufenzahl zur Fertigung von nahtlosen Ringen mit verbesserten Federeigenschaften hinsichtlich Elastizität, Zähigkeit, Dauerfestigkeit, Belastbarkeit und Dämpfungsvermögen ohne zusätzlichen legierungsaufwand geeignet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, im Ergebnis der Warmumformung einen nicht vollständig rekrietallifflierton Gefügezustand mit relativ stabilem Subgefüge und verbesserten Werkstoffeingeschaften nach dem Abkühlen duroh einen ausreichend hohen Umformgrad im letzten Schritt im Zusammenwirken mit der Schaffung ungünstiger Rekristallisationsbedingungen duroh ein geeignet es Temperatur-Zeit-Regime zu erzielen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Stahl mit einem Kohlenstoffbehalt von 0,40 bis 0,70 %, einem Siliziumbehalt bis 2,00 %, einem Mn-Gehalt bis 1,10 % und einem Chromgehalt bis zu 1,20 % als Hauptlegierungselemente bei einer Temperatur zwischen 1050 cc und 1200 cc austenitisiert und bei Temperaturen oberhalb 950 °C zu einem konzentrisch gelochten runden Rohling vorgeschmiedet wird.
Dieser Rohling wird entweder im Gesenk fertig geschmiedet oder auf einem Ringwalzwerk zu einem Schritt oder in mehreren Stufen fertig gewalzt, wobei das Temperatur-Zeit-Regime bei der Warmumformung ao zu wählen ist, daß die Endumformtemperatur maximal 850 °C beträgt. Danach werden die Ringe ohne Kalibrierung innerhalb von 5 bis 20 s abgeschreckt, bei Temperaturen von 400 bis 480 cc angelassen und anschließend mit einem Umformgrad von maximal 5% bei Anlaßtemperatur oder Raumtemperatur kalibriert. Das Abschnecken erfolgt wie bekannt in Öl, Wasser oder Wasser mit Zusatzen zur Beeinflussung der Abkühlwirkung. Diese kombinierte thermomecanicanische Behandlung (Warmumformung des stabilen Austenits durch Gesenchschmieden oder Ringwalzen, kombiniert mit einer Umformung des angelassenen Martensits beim Kalibrieren) hat eine Mikrostruktur zum Ergebnis, die das Festigkeitsverhalten dieses Stahls im Vergleich zur konventionellen Behandlung wesentlich verbessert, d.h. sowohl die Belastbarkeit infolge einer größeren elastischen Verformbarkeit erhöht als auch infolge verbesserter Zähigkeit die Bruchgefahr bei statischer und dynamischer Beanspruchung vermindert und damit die Lebensdauer erhöht.
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausfuhrungsbeispiel näher erläutert.
Das Vormaterial der Stahlqualität 62 SiCr 5 wird beispielsweise in Form von zylindrischen Abschnitten bei einer Temperatur von 1100 0C austenitisiert und zu einem konzentrisch gelochten runden Rohling in mehreren Schritten umgeschmiedet, wobei die Mindesttemperatur von 950 0C am Ende des Schmiedens eingehalten werden muß. Anschließend wird der Rohling mit einer Anfangs temperatur von mindestens 900 0C auf dem Ringwalzwerk in zwei Stichen fertiggewalzt, wobei die Endumformtemperatur 85°C nicht überschritten werden darf.
Das zunächst beschriebene Beispiel bezieht sich auf das Kalibrieren bei Anlaßtemperatur. Dabei wird der Ring nach dem Fertigwalzen mit einer Temperatur von 850 °C innerhalb von 15 s in öl abgeschreckt und bei einer Temperatur von 470 0C angelassen. Daran schließt sich ein Kalibrieren bei Anlaßtemperatur an, indem der Ring um maximal 5 % bei einer Mindesttemperatur von 400 °C verformt wird. Das weitere Beispiel bezieht sich auf das Kalibrieren der Ringe bei Raumtemperatur nach dem Anlassen. Dabei wird der thermomechanisch behandelte, martensitisch umgewandelte und bei 470 0C angelassene Ring nach Abkühlung bei Raumtemperatur mit einem Umformgrad von maximal 3 % kalibriert.
Wahrend im Vergleich zur konventionellen Behandlung die über eine hochtemperaturthermomechanische Behandlung gefertigen Federringe bei gleicher Härte zwar wesentlich besser plastisch formbar sind, was die verbesserte Zähigkeit des Stahles ausdrückt, wird durch die anwendung der kombinierten thermomechanischen Behandlung bei gleicher Härte und verbesserter Zähigkeit außerdem noch die Elastizitäts- und Fließgrenze zu höheren Spannungen verschoben, so daß diese Ringe verbesserte Federeigenschaften besitzen, indem sie in hohem Ylaße elastisch verformbar sind, hohe statische und dynamische Belastungen ertragen können und infolge der verbesserten Zähigkeit bei hohen mechanischen Beanspruchungen örtliche Spannungskonzentrationen durch plastische Verformung ausgleichen können.

Claims

Patentansprüch 1. Verfahren zur Fertigung nahtloser Ringe mit verbesserten Federeigenschaften durch Warmformgebung mit nachfolgendem Vergiften aus der Warmformgebungswärme, gekennzeichnet dadurch, daß ein konzentrisch gelochter runder Rohling aus einem Stahl mit einem Gehalt von 0,40 bis 0,70 % Kohlenstoff, bis 1,20 % Chrom, bis zu 2,0 % Silizium und bis zu 1,10 % Mangan, der nach dem Austenitisieren im Temperaturbereich von 1050 bis 1200 °C durch Vorschmiden bei Temperaturen oberhalb von 1000 °C gefertigt wurde, nachfolgend bei einer Endumformtemperatur von maximal 850 OQ zu Ringen umgeformt, anschließend innerhalb von 5 bis 20 s von einer Temperatur von maximal 850 °C abgeschreckt sowie bei Temperaturen von 400 bis 480 cc mit einer Raltedauer von 8 bis 30 min angelassen und danach bei einer Mindesttemperatur von 400 cc mit einem Umformgrad von maximal 5 % kalibriert wird.
2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die warmgeformten Ringe nach dem Absohrecken und Anlassen bei Raumtemperatur mit einem Umformgrad von weniger als 5 % kalibriert werden.
3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die warmumgeformten Rings vor dem Abschrecken im Temperaturbereich zwischen 700 und 800 °C kalibriert und innerhalb von 5 bis 20 5 abgeschreckt sowie bei Temperaturen von 400 bis 480 °C während einer Haltedauer von 6 bis 30 min angelassen werden.
4. Verfahren nach Punkt 1, 2 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß die konzentrisch gelochten runden Rohlinge darch Gesenkschmieden oder Ringwalzen mit einer Endumformtemperatur von maximal 850°C zu Federringen umgeformt werden.
5. Verfahren nach Punkt 1, 2 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß das Abschrecken in Öl, Wasser oder wäßrigen Lösungen erfolgt.
6. Verfahren nach Punkt 1, 2 und 3, gekennzeichnet dadurch, daß die kombinierte thermomechanische Behandlung bei Federelementen ftir Blattfedern und Schraubenfedern angewendet wird.