DE3434743C2 - - Google Patents
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- C21D7/02—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von stangenförmigen Maschinenteilen
aus mikrolegiertem Stahl, die
keine Flansche und Schaftdickenunterschiede aufweisen und statisch und/oder
dynamisch hochbelastbar sind.
Statisch und/oder dynamisch hochbelastbare stangenförmige
Maschinenteile, wie Stiftschrauben, Zuganker, Achsen, Wellen,
Drehfederstäbe oder dergl., die keine Flansche und
keine größeren Schaftdickenunterschiede aufweisen und bei
denen die Tragfähigkeit des vollen Querschnitts ausgenutzt
werden soll, wobei die Beanspruchung zum Rand zu ansteigen
kann und Spannungskonzentrationen in ihren Randkonturen auftreten,
werden in der Regel aus Stangen gefertigt, die aus
Vergütungsstählen warmgewalzt und vergütet worden sind.
Weil die genormten zulässigen Formabweichungen relativ
groß sind und durch die Wärmebehandlung eine Güteminderung
in ihren Randzonen, wie z. B. Abkohlung auftritt, werden
die Stangen auf gesamter Länge auf Sollmaß spanabnehmend
nachgearbeitet. Dies bedeutet in der Regel einen Materialverlust
von 20 bis 30 Prozent. Vergütungsstähle sind außerdem
relativ teuer, weil sie bis zu mehrere Prozent Legierungselemente
und eine beachtlich energieverbrauchende Wärmebehandlung
erfordern.
Gemäß der DE-OS 32 01 204 ist es schon bekannt, für
hochbelastbare Maschinenteile statt bis zu 4%ige Chrom-
Nickel-Molybdän-legierte vergütete Stähle bei größeren
Querschnitten mikrolegierte ausscheidungshärtende Stähle
zu verwenden. Mit den dort angegebenen Stahlzusätzen und
Behandlungsweisen konnten jedoch aufgrund der folgenden Angaben
häufig erstrebte günstige Kombinationen von Festigkeits-
und Zähigkeitswerten nicht erreicht werden.
Die angestrebten Eigenschaften werden erreicht mit Kohlen
stoff-Mangan-Stählen mit Mikrozugaben wie Vanadium, Niob,
Zirkon, Bor und Aluminium, die sich beim Abkühlen in ferritisch-
perlitisches Grundgefüge in kleinsten Nitriden, Karkiden
und Karbonitriden ausscheiden. Weil dabei nur Kühlung
in ruhender oder bewegter Luft vorgesehen ist, was nur wenig
unterschiedliche Kühlungsverläufe einzustellen erlaubt,
erfordert dies die wesentlichen Zusätze innerhalb
den in jener Patentschrift angegebenen weiten Analysebereichen
in bezug zum jeweiligen Bauteilquerschnitt auf ganz
bestimmte Werte sehr genau einzustellen, was besonders für
Mangan gilt.
Wird zum Beispiel zum Erreichen der in DE-OS 32 01 204 angegebenen
Festigkeits- und Zähigkeitswerte ein Kohlenstoffgehalt
von etwa 0,45% Gewichtsanteil genommen - also etwa
der Mittelwert des angegebenen Analysenfeldes - dann werden
je nach Kühlungsart bei dem dort angegebenen Mindestquerschnitt
Mangangehalte von 1,6% beziehungsweise 1,1%
Gewichtsanteile sinnvoll sein, wie man den ZTU-Diagrammen
für entsprechende Stahlzusammensetzungen entnehmen kann.
Bei größeren Querschnitten wird entsprechend mehr, und
bei kleineren weniger Mangan nötig sein. Diese Abhängigkeit
der einstellbaren Tragfähigkeit von den Legierungsdetails
des verwendeten Stahles in bezug auf Bauteilquerschnitt
ist sehr nachteilig für die Herstellung kleiner
und mittlerer Serien von Bauteilen mit verschiedenen Querschnitten,
weil zum erzielen gleicher Kennwerte für jede
Stangenabmessung eine andere Legierungszusammensetzung festgelegt
werden muß.
Untersuchungen an Mikrolegierungsstählen mit Kühlung in
ruhender oder undefiniert etwas bewegter Luft ergaben, daß
deren Elastizität (proportionale Dehnung) mehr oder weniger
niedriger als ihre Streckgrenze ist. Abgesehen davon,
daß diese Auswirkung sehr unterschiedliche auftritt, fällt
die Elastizität dabei meistens stärker an den Rändern
ab. Die Ursache dafür ist noch nicht bekannt. Weil dieses
zerstörungsfrei nur schwer zu bestimmende Merkmal von
ausschlaggebender Bedeutung für Teile ist, die mit großer
Zugvorspannung belastet werden, wie z. B. Schrauben und
ähnliche Teile, muß dessen Auftreten zuverlässig verhütet
werden. Der bei höher manganhaltigen Stählen übliche
Zähigkeitsabfall zum Kern von Bauteilen hin ist häufig
unerwünscht, weshalb eine Behandlungsweise gebraucht
wird, bei der dies ohne nachteiligen Einfluß auf andere
Kennwerte verhütet wird; denn genaue Vorausbestimmbarkeit
von Festigkeit, Zähigkeit und anderer Kennwerte des Stahles
in erwünschten Verhältnissen zueinander ermöglicht
günstige Auslegung der daraus herzustellenden Bauteile.
Es ist dementsprechend Aufgabe der Erfindung, für die Herstellung
von stangenförmigen Maschinenteilen der eingangs
definierten Art Verfahren anzugeben, mit denen durch vergleichsweise
geringen Aufwand die ihrer Lastverteilung
über dem Querschnitt entsprechenden nötigen Festigkeits-
und Zähigkeitswerte erzielbar sind, dahingehend, daß in
den Maschinenteilen
- - die Streckgrenze vom Rand zum Kern hin nahezu gleich bleibt oder zum Kern hin nur geringfügig, bei besonders hohen Randwerten, mehr abnimmt,
- - die Proportionalitätsgrenze nur ganz geringfügig niedriger ist als die Streckgrenze und auch wie letztere nur zum Kern hin entsprechend abfällt,
- - das Verhältnis Streckgrenze zu Bruchfestigkeit stets größer ist als 0,65 und bis etwa 0,8 gehen kann, und an den Spannungskonzentrationsstellen ihrer Konturen die Kerbdauerfestigkeit besonders hoch ist.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit
den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und Maßnahmen gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen
angegeben.
Ausscheidungshärten mikrolegierten Stahles wird nicht nur
von der Kühlgeschwindigkeit und Art der Wärmeabführung
in Abstimmung zu den Makro- und Mikrolegierungszusätzen
beeinflußt. Auch Anfangs- und Endtemperaturen der Bereiche
bestimmter Kühlungsabläufe sind dafür wesentlich.
Zum Vergleich: In der DE-OS 32 01 204 wurde Kühlungbeginn
unter 1000°C als vorteilhaft festgelegt.
Bei dieser Erfindung
ist Verformungsendtemperatur, die zugleich Kühlungsbeginntemperatur
ist, zwischen 800 und 1150°C gegeben.
Da Stahl im Rahmen seiner Verarbeitung stets um einen gewissen
Betrag warmverformt wird, empfiehlt es sich die Ausscheidungshärtung
während der Abkühlung davon zu bewirken,
um bei dem Verfahren mit minimalem Energieaufwand auszukommen.
Dies bereitet einige Probleme; denn die von den
erstrebten Bauteileigenschaften abhängigen, mitunter nur
wenig über dem Umwandlungsbereich liegenden Kühlungsausgangstemperaturen
müssen entweder Verformungsendtemperaturen
sein, oder durch Erwärmung von tieferen Temperaturen
aus erreicht werden. Untersuchungen ergaben, daß Abstimmen
der Mikro- und Makrozusätze zueinander innerhalb
der in diesem Patent festgelegten Grenzen es ermöglichen
bei Kühlungsausgangstemperaturen bis zu 1150°C noch die
in Verbindung mit hoher Festigkeit vorgesehene Mindeskerb
schlagzähigkeit zu erhalten. Für beliebige Erfordernisse
günstigstmögliche Kombinationen von Festigkeit und Zähigkeit
sind aber auch völlig unabhängig von der tatsächlichen
Verformungsendtemperatur mit ganz geringem Nachwärmeaufwand
einstellbar. Dazu ist nur erforderlich das Abkühlen
vom Verformungsprozeß in beliebiger Geschwindigkeit
bis zu einer völligen ferritisch-perlitischen Umwandlung
auf etwa 600°C vorzunehmen. Dieses Abstoppen der Vorkühlung
ist mit entsprechenden schon verfügbaren Geräten günstig
zu steuern. Von da aus muß dann nur auf die für die
erstrebten Eigenschaften nötige Kühlungsausgangstemperatur
um etwa 250°C bis 300°C auf 820°C bis 950°C wieder
angewärmt und nur ganz kurz diese Temperatur gehalten werden,
bevor mit entsprechender Kühlgeschwindigkeit abgekühlt
wird.
Auch durch Kombination der Mikrozusätze, so daß über einen
langen Kühlungsablauf stets Ausscheidungshärten stattfindet,
kann gleichzeitig hohe Zähigkeit sowie hohe statische und
dynamische Festigkeit erzielt werden. Die Zähigkeit kann
bis in den Kern der Bauteile hinein so groß wie an deren
Ränder sein, wenn der verwendete Stahl möglichst wenig
Grundlegierungszusätze hat und mit schnellkühlenden Medien
mit entsprechend einstellbarer Kühlwirkung so gekühlt wird,
daß Bainitbildung noch vermieden wird.
Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens betreffen
die Ausarbeitung von aus diesem gewalzten Stahl herzustellenden
Maschinenteilen. Diesbezüglich wird auf die
Beschreibung verwiesen.
Nachstehend ist das erfindungsgemäße Verfahren detailliert
beschrieben.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient generell zur Herstellung
von stangenförmigen statisch und/oder dynamisch hochbelastbaren
Maschinenteilen, bei denen es sich um Stiftschrauben,
Zuganker, Wellen, Achsen, Drehfederstäbe oder
dergl. handeln kann. Diese beispielhafte Aufzählung von
Maschinenteilen soll deren Art jedoch in keiner Weise beschränken,
sondern nur mögliche Anwendungen der erfindungsgemäßen
Verfahren aufzeigen.
Für die Maschinenteile wird ein mikrolegierter Stahl verwendet,
der (angegeben in Gewichtsprozent) 0,3 bis 0,65%
Kohlenstoff, weniger als 1,2% Silizium, 0,3 bis 0,8%
Mangan, weniger als 0,065% Schwefel, insgesamt 0 bis 0,7%
Chrom und/oder Nickel und/oder Kupfer und/oder Molybdän,
0,003 bis 0,025% Stickstoff, und als feinkornbildende und/oder
ausscheidungshärtende Elemente insgesamt 0,03 bis
0,20% Vanadium und/oder Niob und/oder Titan und/oder
Aluminium und/oder Zirkon, ferner 0,0005 bis 0,005% Bor,
Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen aufweist,
wobei der Chrom- und Mangananteil insgesamt nicht
größer als 1,0% ist.
Aus einem solchen Stahl werden auf einer Walzstraße Stangen
gewalzt, und zwar so, daß die Walzung derselben innerhalb
eines Temperaturbereichs von 800°C bis 1150°C beendet ist.
Anschließend werden diese noch eine im genannten Bereich
liegende Walzendtemperatur aufweisenden Stangen gesteuert
abgekühlt, und zwar
- a) durch ein gasförmiges oder flüssiges oder als Sprühnebel zerstäubtes Kühlmittel,
- b) mit einer im verwendeten Stangenwerkstoff unter Vermeidung einer nennenswerten Bainitbildung eine Aus scheidungshärtung und/oder Feinkornbildung sowie ein möglichst vollständiges ferritisch-perlitisches Gefüge bewirkenden Abkühlgeschwindigkeit von etwa 1,5°C bis 10°C pro Sekunde,
- c) auf eine Temperatur, die um wenigstens 50°C unterhalb jener Temperatur liegt, bei der die Umwandlung des Gefüges in Ferrit und Perlit beendet ist.
Die Walzstraße ist für hochpräzise Walzungen ausgelegt,
dahingehend, daß nach dem Walzen und Abkühlen
Stangenquerschnitte gegeben sind, deren Abmessungen
quer zur Walzrichtung bis etwa 70 Millimeter bestenfalls
um einige Zehntel Millimeter, bei größeren Abmessungen
5 Zehntel Millimeter und auf 1 Millimeter
zunehmend bei Abmessungen von 125 bis 160 mm vom
Sollmaß abweichen.
Eine solche wie vorstehend beschriebene gesteuerte Abkühlung
ist auch bei solchen werkstoffgleichen und querschnittsgleichen
Stangen mit gleich hervorragenden Ergebnissen durchzuführen,
bei denen die Walzung nicht bei der für die erstrebte
Festigkeit erforderlichen Temperatur in dem bereits
genannten Bereich beendbar ist. In diesem Fall werden die
Stangen nach dem Warmwalzen einer speziellen Wärmebehandlung
unterzogen und dabei ausgehend von einer Temperatur, bei der
das Gefügte ferritisch-perlitisch ist, nochmals auf eine
Temperatur im Bereich zwischen 800°C und 1000°C erwärmt.
Ausgehend von einer in diesem Bereich liegenden Temperatur
werden die Stangen dann in gleicher Weise, was hierbei auch durch
Wirbelschichtkühlung geschehen kann, wie vorbeschrieben
gesteuert mit einer Geschwindigkeit von 1,5°C bis 10°C
pro Sekunde abgekühlt.
In einem anderen Fall wird für solche Maschinenteile ein
mikrolegierter Stahl verwendet, der (angegeben in Gewichtsprozent)
0,3 bis 0,65% Kohlenstoff, weniger als 1,2%
Silizium, mehr als 0,8% Mangan, weniger als 0,065%
Schwefel, insgesamt 0 bis 0,7% Chrom und/oder Nickel
und/oder Kupfer und/oder Molybdän, 0,003 bis 0,025%
Stickstoff, und als feinkornbildende und/oder ausscheidungshärtende
Elemente insgesamt 0,03 bis 0,20% Vanadium
und/oder Niob und/oder Titan und/oder Aluminium und/oder
Zirkon, ferner 0,0005 bis 0,005% Bor, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte
Verunreinigungen aufweist, wobei der
Chrom- und Mangananteil insgesamt nicht größer als 2,0%
ist.
Auch in diesem Fall werden aus dem genannten Stahl auf
einer Walzstraße Stangen gewalzt, so daß auch hier die
Walzung derselben in einem Temperaturbereich zwischen
800°C und 1150°C beendet ist.
Anschließend werden auch diese Stangen ausgehend von einer
noch im angegebenen Bereich liegenden Walzendtemperatur gesteuert
abgekühlt durch ein gasförmiges oder flüssiges oder
als Sprühnebel zerstäubtes Kühlmittel, mit einer im Stangenwerkstoff
unter Vermeidung einer nennenswerten Bainitbildung
eine Ausscheidungshärtung und/oder Feinkornbildung
sowie ein möglichst vollständiges ferritisch-perlitisches
Gefüge bewirkenden Abkühlgeschwindigkeit von etwa 0,5 bis 5°C
pro Sekunde, auf wenigstens 50°C unterhalb jener Temperatur,
bei der Umwandlung in Ferrit und Perlit beendet ist.
Die dann gegebenen Stangen besitzen auch in diesem Fall
Querschnitte mit der vorstehend angegebenen Genauigkeit.
Diese wie vorstehend beschriebene Abkühlung ist ebenfalls
bei solchen werkstoffgleichen und querschnittsgleichen
Stangen mit gleich hervorragenden Ergebnissen durchzuführen,
bei denen die Walzung nicht bei der für die erstrebte
Festigkeit erforderlichen Temperatur in dem bereits genannten
Bereich beendbar ist. Es ist dann eine spezielle Wärmebehandlung
durchzuführen, bei der die Stangen nach dem
Warmwalzen ausgehend von einer Temperatur, bei der das
Gefüge ferritisch-perlitisch ist, nochmals auf eine im
Bereich zwischen 800°C und 1000°C liegende Temperatur
erwärmt werden. Ausgehend von einer in diesem Bereich
liegenden Temperatur werden die Stangen dann wiederum in
der gleichen, wie vorbeschriebenen Art und Weise gesteuert
abgekühlt, was aber auch durch Wirbelschichtkühlung geschehen
kann.
Für die meisten Maschinenteile, bei denen eine hohe Zähigkeit
vorrangig gegenüber einer hohen Elastizität ist, kann
es genügen, wenn die Stangen aus einem Stahl gewalzt werden,
der weniger als 0,6% Silizium aufweist.
In vielen Fällen genügt es, wenn die Stangen in der angegebenen
Verfahrensweise abgekühlt werden. Für den Fall,
daß die daraus herzustellenden Maschinenteile eine äußerst
hohe Dauerfestigkeit aufweisen sollen, ist es zweckmäßig,
daß die gesteuerte Abkühlung in der angegebenen Verfahrensweise
bis auf eine Temperatur unter 250°C erfolgt.
Maschinenteile erfordern ihrer Zweckbestimmung entsprechend
in der Regel entweder eine sehr hohe Zähigkeit bei gleichzeitig
nicht so hoher Festigkeit oder eine sehr hohe
Festigkeit bei gleichzeitig nicht so extrem hoher Zähigkeit.
Für den Fall einer erforderlichen hohen Zähigkeit,
jedoch nicht so hoher Festigkeit liegt eine Temperatur,
von der ausgehend die Stangen für solche Maschinenteile
generell abgekühlt werden, im angegebenen Temperaturbereich
näher bei 800°C, beispielsweise bei 820°C. Für den
Fall dagegen, daß eine sehr hohe Festigkeit, jedoch nicht
so extrem hohe Zähigkeit erforderlich ist, liegt die Temperatur,
von der ausgehend die Stangen für diese Maschinenteile
abgekühlt werden, im angegebenen Temperaturbereich
näher zu dessen Obergrenze hin, also etwa bei 950°C.
Bei Beginn der gesteuerten Abkühlung zwischen den genannten
Grenzwerten 820°C und 950°C erzielt man Relationen
von Festigkeit zu Kerbschlagzähigkeit, die zwischen
jenen der genannten Extremwerte liegen.
Bei manchen stangenförmigen Maschinenteilen, wie z. B.
Drehstabfedern, ist die Beanspruchung am Rand sehr hoch
und kann zum Kern hin auf Null abfallen. Stangen für solche
Teile können bei ihrer im Rahmen dieses Verfahrens
nötigen, bereits beschriebenen Kühlung durch entsprechende
Wahl des Kühlmittels und der Kühlmethode mit einem besonders
guten Wärmeübergang zum Kühlgut so gekühlt werden,
daß ihre Festigkeit über dem Stangenquerschnitt ihrer Beanspruchung
angepaßt wird. Dabei können die Stangen an
ihren Rändern noch eine beachtlich höhere Streckgrenze erhalten
als in den folgenden Tabellen, ohne daß
dabei ihre Zähigkeit nennenswert geringer wird als in den
Tabellen angegeben.
Bei nach den erfindungsgemäßen Verfahren warmgewalzten und
behandelten Stangen werden im Stangenquerschnitt im Abstand
von einem Sechstel des Durchmessers vom Stangenrand in Walzrichtung
folgende Festigkeits- und Zähigkeitswerte erzielt,
und zwar unterschieden nach den Fällen, ob höchste
Festigkeit bei gleichzeitig nicht so hoher Zähigkeit, oder höchste
Zähigkeit bei gleichzeitig nicht so hoher Festigkeit
notwendig war.
Siehe nachfolgende Tabelle
Die in vorstehender Tabelle angegebenen Werte sind Minimalwerte.
In Praxistests sind diese Minimalwerte aber zum Teil noch
ganz erheblich übertroffen und Werte erzielt worden, wie sie
aus nachfolgender Tabelle ersichtlich sind.
Die in vorstehenden Tabellen angegebenen Festigkeits- und
Zähigkeitswerte zeigen mit großer Deutlichkeit die bislang
nicht gegebene Möglichkeit auf, Stangen zur Herstellung von
statisch und/oder dynamisch hochbelastbaren Maschinenteilen
aus relativ billigem mikrolegiertem Stahl warmwalzen zu können.
Unabhängig von den verwendeten Stählen und Unterschieden in
der Abkühlung werden die Stangen dann generell nach Erkalten
auf Umgebungstemperatur durch ein spezielles Verfahren außen
gereinigt und in ihrer Randzone gleichzeitig verfestigt.
Die beim Walzen entstandene Zunderschicht wird dabei durch
Strahlen, z. B. mit stählernen Strahlmitteln entfernt, wobei
automatisch eine Randschichtverfestigung erzielt und die
Kerbwirkung kleiner Konturfehler neutralisiert wird.
Im Anschluß an diesen Arbeitsgang werden von den so gegebenen
Stangen Teile in erforderlicher Länge abgeschnitten.
Es sind dann Stangenteile gegeben, an denen im letzten erfindungsgemäßen
Verfahrensschritt Konturen zur Kraftein-
und -ableitung oder Abstützung durch Kaltumformen ausgebildet
werden. Hierbei muß nach zwei Fällen unterschieden
werden, wie folgt angegeben.
- Fall A: Die erforderlichen Konturen können, wenn die Stangenteile das für die Kaltverformung erforderliche Ausgangsmaß in Größe und Toleranz bereits besitzen, direkt in die Stangenteile eingeformt bzw. angeformt werden.
- Fall B: Wenn die Stangenteile das für die Kaltverformung erforderliche Ausgangsmaß, z. B. wegen zu großen Toleranzaufmaßes, noch nicht besitzen, muß zunächst eine geringfügige spanabnehmende Nacharbeitung auf das erforderliche Maß, und zwar nur in der Bereichen durchgeführt werden, wo diese Konturen angeformt werden müssen. Nach dieser Vorbehandlung werden die erforderlichen Konturen angebracht.
Bei den genannten Konturen kann es sich bspw. um glatte Abstützflächen,
Nuten und keilförmige Rippen oder Gewinde oder
gewindeartige Formen handeln, die quer, längs oder mehrgängig
schraubenförmig verlaufen.
Die Kaltumformung erfolgt vorzugsweise durch Rollen oder
Formwalzen.
Es ist selbstverständlich, daß an einem Stangenteil mehrere
gleiche oder voneinander abweichende Konturen der angegebenen
Art angebracht werden können.
Durch diese Kaltumformung werden die durch die Verwendung
der mikrolegierten Stähle und die angegebenen Walz- und
Abkühlverfahrensschritte erzielbaren Festigkeitswerte, bei
mindestens gleichbleibenden Zähigkeitswerten, im Randbereich
noch erheblich verbessert.
Stangenförmige Maschinenteile mit gemäß der Beschreibung
ausgeführten Oberflächen sind mit minimalstem Bearbeitungsaufwand
und Rohmaterialeinsatz im besten mechanisch erzielbaren
Dauertragfähigkeitszustand.
In der beschriebenen Weise ausgeführte Stiftschrauben M 48
ertrugen bei Dauertests in einer damit erstellten Schraubenverbindung
bei 450 N/mm² Vorspannung Schwingungsausschläge
von ±100 N/mm². Unter gleichen Bedingungen getestete
vergütete Stiftschrauben aus 1,5% bis 4% legierten
Stählen, deren Gewinde ebenfalls im (vergüteten) Endzustand
eingewalzt waren, ertrugen nur Schwingungsausschläge
von ±65 N/mm². Daher kann bei großer Schwingbeanspruchung
durch Verwendung von nach dem neuen Verfahren
hergestellten Schrauben auf das Eindrehen von Drehschäften
verzichtet und trotzdem gleiche Sicherheit bei dynamischer
Beanspruchung erzielt werden. Dadurch wiederum können bei
gleicher Gewindegröße die neuartigen Schrauben höhere
Vorspannkraft aufnehmen und somit auch größere Kräfte fortleiten,
wozu man bisher einen statisch höherfesten Werkstoff
verwenden mußte, der dann auch wieder geringere
Zähigkeit hatte.
Claims (7)
1. Verfahren zur Herstellung von stangenförmigen Maschinenteilen aus
mikrolegiertem Stahl, die keine Flansche und Schaftdickenunterschiede
aufweisen und statisch und/oder dynamisch hochbelastbar
sind, mit den Maßnahmen:
- a) Herstellen von Stangen aus einem mikrolegierten Stahl, der aus 0,3 bis 0,65%Kohlenstoff, weniger als 1,2%Silicium, 0,3 bis 0,8%Mangan, weniger als 0,065%Schwefel, insgesamt 0 bis 0,7%Chrom, Nickel, Kupfer und/oder Molybdän, 0,003 bis 0,025%Stickstoff, insgesamt 0,03 bis 0,2%Vanadium, Niob, Titan, Aluminium und/oder Zirkon, 0,0005 bis 0,005%Bor,Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen besteht, wobei der Chrom- und Mangananteil insgesamt nicht größer als 1% ist,
- b) Walzen der Stangen auf Querschnitte, deren Abmessungen quer zur Walzrichtung maximal um einige zehntel Millimeter vom Sollmaß variieren und Beenden der Walzung innerhalb eines Temperaturbereiches von 800°C bis 1150°C,
- c) gesteuertes Abkühlen der Stangen durch ein gasförmiges, flüssiges oder als Sprühnebel zerstäubtes Kühlmittel mit einer Geschwindigkeit von 1,5 bis 10 K/s unter Vermeidung einer nennenswerten Bainitbildung auf wenigstens 50°C unterhalb der Temperatur, bei der die Umwandlung in Ferrit und Perlit beendet ist,
- d) Reinigung der Stangen nach Abkühlung auf Umgebungstemperatur mit Hilfe von gußeisernen oder stählernen Strahlmitteln unter gleichzeitiger Verfestigung der Randzonen,
- e) Schneiden der Stangen in Stangenteile entsprechend ihrer Verwendung,
- f) gegebenenfalls geringfügige spanabhebende Nachbearbeitung der Stangenbereiche, die kaltverformt werden sollen und dafür die Toleranz der Walzausführung zu groß ist und
- g) Kaltanformen der Konturen für die Kraftein- und -ableitung oder Abstützung.
2. Verfahren nach Anspruch 1 mit der Abänderung der Maßnahme b, die
dadurch gekennzeichnet ist, daß die Stangen nach dem Walzen fertigungsbedingt
zunächst abgekühlt werden, bis die Umwandlung in ein
perlitisch-ferritisches Gefüge erfolgt ist, und dann zu einem beliebigen
Zeitpunkt auf eine Temperatur zwischen 800 und 1000°C
erwärmt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 mit den Abänderungen der Maßnahmen
a und c, die dadurch gekennzeichnet sind, daß der Stahl mehr als
0,8% Mangan enthält mit der Maßgabe, daß der Chrom- und Mangananteil
insgesamt nicht größer als 2,0% ist, und daß die Abkühlgeschwindigkeit
0,5 bis 5 K/s beträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Stahl weniger als 0,6% Si enthält.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß das gesteuerte Abkühlen der Stangen auf eine Temperatur unterhalb
von 250°C erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Temperatur, von der aus die Stangen abgekühlt werden, zur
Erreichung hoher Zähigkeit, aber nicht so extrem hoher Festigkeit bei
etwa 820°C liegt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Temperatur, von der aus die Stangen abgekühlt werden, zur
Erreichung hoher Festigkeit, aber nicht so extrem hoher Zähigkeit bei
etwa 950°C liegt.
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1984
- 1984-09-21 DE DE19843434743 patent/DE3434743A1/de active Granted
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DE3434743A1 (de) | 1986-04-03 |
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