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Die Erfindung betrifft einen Stahl
und ein Verfahren zur Formung eines Stahlwerkstückes durch kalte plastische
Verarbeitung.
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Zahlreiche Stahlwerkstücke und
insbesondere mechanische Stahlwerkstücke mit guten Eigenschaften
werden durch Kaltschmieden oder Kaltschlagen und allgemeiner durch
kalte plastische Formung von warmgewalzten Knüppelabschnitten aus Stahl hergestellt
. Der benutzte Stahl hat einen Kohlenstoffgehalt zwischen 0,2 Gew.%
und 0,42 Gew.%. Er ist legiert entweder mit Chrom, oder mit Chrom-Molybdän , oder
Nickel-Chrom, oder Nickel-Chrom-Molybdän, oder
schließlich
Mangan-Chrom um genügend
auszuhärten,
um nach dem Abschrecken eine martensische Struktur zu erhalten,
die erforderlich ist, um nach der Vergütung die gewünschten
mechanischen Eigenschaften zu erhalten, das heißt einerseits eine erhöhte Zugfestigkeit
und andererseits eine gute Streckbarkeit. Um kaltverformt werden
zu können,
muß der
Stahl vorher einer thermischen Sphäroidisierung oder " maximalen
Enthärtung"
unterzogen werden, was darin besteht, eine Temperatur über 650°C während einer
langen Zeitspanne, die mehrere zehn Stunden erreichen kann, aufrechtzuerhalten. Diese
Behandlung verleiht dem Stahl eine leicht zu verarbeitende sphäroidisierte
perlitische Struktur. Diese Technik hat insbesondere den Nachteil,
daß sie
drei thermische Behandlungen erfordert, was die Herstellung kompliziert
und die Kosten erhöht.
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Das entsprechend dem Artikel 54 (3)
CBE genannte Dokument EP-A-0 775 756 beschreibt einen Stahl zur
Herstellung von geschmiedeten Stahlwerkstücken, der folgende Zusammensetzung
in Gew.% aufweist: C = 0,08%, Si = 0,40%, Mn = 1,30%, Cr = 0,092
%; Mo = 0,01% ; Cu = 0,22% Ni = 0,095% ; Ti = 0,023%, Al = 0,032%
; N = 0,0075%. B = 0,0028%, P = 0,015%; S = 0,72%.
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Das Dokument JP-A-62 483 41 beschreibt
einen Stahl mit hoher Festigkeit und Zähigkeit der folgende Zusammensetzung
in Gew.% aufweist : C = 0,05 bis 1,00%; Mn = 0,50 bis 3,00%; P ≤ 0,025%; Cr
= 0,30 bis 3,00%; Mo ≤ 1,00%;
B = 0,0005 bis 0,0050%; Ti = 0,01 bis 0,1%; Al = 0,01 bis 0,10%;
N ≤ 0,02%,
wobei der Rest Eisen und Verunreinungen sind und der Stahl warmverformt
ist und dem man eine bainitische Struktur verleiht. Er wird anschließend zu
mindestens 10% kaltverformt und dann bei 50 bis 300°C während 10
Minuten vergütet.
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Das Dokument JP-A-50 655 40 beschreibt
ein Verfahren zur Herstellung eines hochwiderstandsfähigen Bolzens
mit folgender Zusammensetzung in Gew.%:
C = 0,04 bis 0,15%
; Si = 0,05 bis 1,5% ; Mn = 0,5 bis 1,5%; Cr = 0,1 bis 1,5%; B =
0,0003 bis 0,005%; Ti = 0,01 bis 0,04% ; Al = 0,01 bis 0,06%, wobei
der Rest Eisen und Verunreinigungen sind. Nachdem er durch Kaltverformen
hergestellt worden ist, wird der Bolzen über den Ac3-
Punkt hinaus erwärmt,
dann auf mindestens 400°C
mit 1°C/Sekunde
abgekühlt
und dann gehärtet,
um eine Struktur auf der Basis von Martensit und/oder Bainit zu
erhalten.
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Das Dokument EP-A-0 747 496 beschreibt
hochwiderstandsfähige
und hochtiefziehfähige
warmgewalzte Bleche mit folgender Zusammensetzung in Gew.%: C ≤ 0,12%; Mn
= 0,5 bis 1,5%; Si ≤ 0,3%
; P ≤ 0,1 %
; S ≤ 0,05%;
Al = 0,01 bis 0,1% ; Cr ≤ 1%;
Ti = 0,03 bis 0,15 % ; Nb ≤ 0,05%
deren Struktur mindestens 75% durch Ausfällung von Ti- oder Ti- und
Nb -Karbiden oder Karbonitriden gehärtetes Ferrit aufweist, wobei
der Rest der Struktur mindestens 10% Martensit und eventuell Bainit
und verbleibendes Austenit aufweist.
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Es ist Ziel der vorliegenden Erfindung
die oben genannten Nachteile zu beseitigen indem ein Mittel zur Formung
eines Stahlwerkstückes
aus Stahl mit guten Eigenschaften durch kalte plastische Verarbeitung
vorgeschlagen wird, ohne daß eine
thermische Sphäroidisierungsbehandlung,
noch eine maximale Enthärtung noch
eine thermische Vergütungsbehandlung
erforderlich sind.
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Zu diesem Zweck hat die Erfindung
einen Stahl zur Formung eines Stahlwerkstückes durch kalte plastische
Verarbeitung zum Gegenstand, der in Gew.% folgende chemische Zusammensetzung
aufweist:
0,03% ≤ C ≤ 0,16%
0,5% ≤ Mn ≤ 2%
0,1%≤ Si ≤ 0,35%
0% ≤ Cr ≤ 1,8%
0% ≤ Mo ≤ 0,25%
0,001% ≤ Al ≤ 0,05%
0,001% ≤ Ti ≤ 0,05%
0% ≤ V ≤ 0,15%
0,0005% ≤ B ≤ 0,005%
0,004% ≤ N ≤ 0,012%
0,001% ≤ S ≤ 0,09%
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- – eventuell
bis zu 0,005% Kalzium, bis zu 0,01% Tellur, bis zu 0,04% Selen,
bis zu 0,3% Blei,
- – wobei
der Rest aus Eisen und Unreinheiten besteht, die von der Verhüttung herrühren und
die chemische Zusammensetzung des Stahls außerdem den folgenden Beziehungen
genügt: Mn + 0,9 × Cr
+ 1,3 × Mo
+ 1,6 × V ≥ 2,2% und Al + Ti ≥ 3,5 × N .
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Bevorzugt sieht die chemische Zusammensetzung
des Stahls folgendermaßen
aus:
0,06% ≤ C ≤ 0,12%
0,8% ≤ Mn ≤ 1,7%
0,1% ≤ Si ≤ 0,35%
0,1% ≤ Cr ≤ 1,5%
0,07% ≤ Mo ≤ 0,15%
0,001% ≤ Al ≤ 0,035%
0,001% ≤ Ti ≤ 0,03%
0% ≤ V ≤ 0,1%
0,001% ≤ B ≤ 0,004%
0,004% ≤ N ≤ 0,01%
0,001% ≤ S ≤ 0,09%
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- – eventuell
bis zu 0,005% Kalzium, bis zu 0,01% Tellur, bis zu 0,04% Selen,
bis zu 0,3% Blei,
- – wobei
der Rest aus Eisen und Unreinheiten besteht, die von der Verhüttung herrühren.
- Es ist vorzuziehen; daß der
Gehalt an Verunreinigungen oder verbleibender Elemente gleichzeitig
oder getrennt folgendermaßen
aussieht:
Ni ≤ 0,25%
Cu ≤ 0,25%
P ≤ 0,02%
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Die Erfindung betrifft ebenfalls
ein Verfahren zur Formung eines Stahlwerkstückes durch kalte plastische
Verarbeitung das als einzige thermische Behandlung eine Abschreckung
aufweist. Der Ausdruck "Abschreckung" wird hier und im folgenden
im weiten Sinne benutzt, das heißt, daß es sich um eine so ausreichend
schnelle Abkühlung
handelt um eine Struktur zu erhalten, die praktisch nicht ferritisch-perlitisch
ist und die im wesentlichen auch nicht martensitisch ist.
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Außer der Abschreckung besteht
das Verfahren darin, ein Stahlhalbprodukt warmzuwalzen um ein warmgewalztes
Produkt zu erhalten, eventuel einen Rohling aus dem warmgewalzten
Produkt herauszutrennen und den Rohling bzw. das gewalzte Produkt
durch kalte plastische Verarbeitung zu formen.
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Die Abschreckung die dazu bestimmt
ist, dem Werkstück
eine im wesentlichen bainitische Struktur zu verleihen, kann sowohl
vor als auch nach der Kaltformung ausgeführt werden. Wenn die Abschreckung
vor der Kaltformung ausgeführt
ist, so kann die Abschreckung sowohl direkt in der Walzglut als
auch nach der Austenitisierung durch Erwärmung über den AC3-
Punkt durchgeführt
werden. Wenn sie nach der Kaltformung ausgeführt ist, wird die Abschreckung
nach der Austenitisierung durch Erwärmung über den AC3-
Punkt ausgeführt.
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Die Erfindung betrifft schließlich ein
Stahlwerkstück,
das durch Kaltformung erzeugt worden ist und bei dem die Querkontraktion
Z des Stahls über
45% liegt und die Zugfestigkeit Rm des Stahls über 650 MPa und sogar für gewisse
Anwendungen über
1200 Mpa liegt. Im allgemeinen ist es wünschenswert, daß das Werkstück eine
im wesentlichen bainitische Struktur aufweist, das heißt aus mehr
als 50% Bainit besteht.
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Im folgenden wird die Erfindung in
Einzelheiten beschrieben und durch die folgenden Beispiele dargestellt.
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Der erfindungsgemäße Stahl weist in Gew.% folgende
chemische Zusammensetzung auf:
0,03 bis 0,16% und bevorzugt
0,06 bis 0,12% Kohlenstoff um eine große Tiefziehfähigkeit
bei der Kaltformung zu erhalten, die Bildung von für die Ziehbarkeit
ungünstigen
großen
Karbiden zu vermeiden und eine Kaltformung auszuführen ohne
daß es
erforderlich ist, ein Sphäroidisierungausglühen oder
eine maximale Enthärtung
auszuführen;
0,5
bis 2% und bevorzugt 0,8 bis 1,7% Mangan um eine gute Gießbarkeit
sicherzustellen und eine ausreichende Abschreckbarkeit und gewünschente
mechanische Eigenschaften zu erhalten;
0,1 bis 0,35% Silizium,
ein Element das erforderlich ist, die Desoxydierung des Stahls,
insbesondere bei einem schwachen Aluminiumgehalt sicherzustellen,
und bei einer zu großen
Menge eine Aushärtung
begünstigt,
die sich ungünstig
auf die Kaltformungsfähigkeit
und die Ziehbarkeit auswirkt;
0 bis 1,8% und bevorzugt 0,1
bis 1,5% Chrom, um die Abschreckbarkeit und die mechanischen Eigenschaften auf
das gewünschte
Niveau für
die Werkstücke
einzustellen ohne einen Wert zu überschreiten,
der den Stahl im rohen Walzzustand zu stark härten oder zur Bildung von Martensit
führen
würde,
was für
die Kaltformungsfähigkeit
und die Ziehbarkeit ungünstig
wäre;
0
bis 0,25% und bevorzugt 0,07 bis 0,15% Molybdän, um im Zusammenwirken mit
Bor eine homogene Abschreckbarkeit auf den verschiedenen Abschnitten
des Werkstücks
sicherzustellen;
Eventuell 0 bis 0,15%, bevorzugt weniger als
0, 1% Vanadium um hohe mechanische Eigenschaften zu erhalten (Zugfestigkeit)
wenn diese erwünscht
sind;
0,0005 bis 0,005%, bevorzugt 0,001 bis 0,035% Aluminium
und 0 bis 0,05%, bevorzugt 0,001 bis 0,03% Titan, wobei die Summe
der Titan- und Aluminiumanteile größer als oder gleich dem Stickstoffgehalt
sein müssen, um
eine feine Körnung
zu erhalten, die günstig
für eine
gute Kaltformfähigkeit
und eine gute Ziehbarkeit ist;
0,004 bis 0,012%, bevorzugt
0,006 bis 0,01% Stickstoff, um die Korngröße durch die Bildung von Aluminiumnitrid,
Titannitrid oder Vanadiumnitrid ohne die Bildung von Bornitrid zu
kontrollieren ;
mehr als 0,001% Schwefel, um ein Mindestmaß an spanabhebender
Bearbeitung sicherzustellen, um Endkorrekturen an den Werkstücken ausführen zu
können,
aber weniger als 0,09% um eine gute Kaltformfähigkeit sicherzustellen; die
Bearbeitungsfähigkeit
kombiniert mit einer guten Kaltformfähigkeit kann entweder durch die
Zugabe von Kalzium bis 0,005% oder durch eine Zugabe von Tellur
bis 0,01% verbessert werden, es ist also vorzuziehen, daß das Verhältnis Te/S
in der Nähe
von 0,1 bleibt und zwar entweder durch die Zugabe von Selen bis
0,05%, es ist also vorzuziehen, daß der Selengehalt in der Nähe vom Schwefelgehalt
bleibt oder schließlich
durch eine Zugabe von Blei bis 0,3%, in diesem Fall muß der Schwefelgehalt
reduziert werden;
der Rest ist Eisen und Verunreinigungen,
die von der Verhüttung
herrühren.
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Die Verunreinigungen sind insbesondere:
Phosphor,
dessen Anteil bevorzugt unter gleich 0,02% bleiben muß, um eine
gute Ziehbarkeit während
und nach der Kaltformung sicherzustellen;
Kupfer und Nickel,
die als Reste betrachtet werden und deren Anteil jeweils bevorzugt
unter 0,25% bleiben muß.
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Schließlich muß die chemische Zusammensetzung
des Stahls folgender Beziehung genügen: Mn + 0,9 × Cr
+ 1,3 × Mo
+ 1,6 × V ≥ 2,2%
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Dadurch wird sicherstellt, daß die Kombinierung
der Anteile von Mangan, Chrom, Molybdän und Vanadium es ermöglicht,
die gewünschten
Widerstandskennzeichen und eine im wesentlichen bainitische Struktur
zu erhalten.
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Dieser Stalil bietet den Vorteil,
eine sehr gute Kaltformungsfähigkeit
zu besitzen und es erlaubt, eine Struktur vom Typ Bainit zu erhalten,
die eine ausgezeichnete Ziehbarkeit und hohe mechanische Eigenschaften
besitzt, ohne daß es
nötig ist,
ein Ausglühen
durchzuführen.
Die Ziehbarkeit kann insbesondere durch die Querkontraktion Z gemessen
werden, die über
45% und sogar über
50% liegt.
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Die Zugfestigkeit Rm liegt über 650
Mpa und kann 1200 Mpa überschreiten.
Diese Eigenschaften können
erhalten werden, sowohl wenn die Abschreckung in der Walzglut vor
der Kaltformung als auch nach der Austenitisierung durch Erwärmung über den
AC3- Punkt vor oder nach der Kaltformung
vorgenommen werden.
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Um ein kaltgeformtes Werkstück herzustellen,
wird ein erfindungsgemäßes Stahlhalbprodukt
zugeführt
und es wird nach der Erwärmung über 940°C warmgewalzt,
um ein warmgewalztes Produkt wie einen Barren, einen Knüppel oder
einen Walzdraht zu erhalten.
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In einer ersten Ausführungsform
wird die Warmwalzung bei einer Temperatur zwischen 900 °C und 1050°C beendet
und das warmgewalzte Produkt wird direkt in der Walzglut durch Abkühlung mittels
Luft, Öl, Nebel,
Wasser oder mit Wasser zu dem Polymere hinzugefügt wurden abschnittsweise abgeschreckt.
Das so erhaltene Produkt wird dann in Rohlinge zerteilt und anschließend, z.
B. durch Kaltschmieden oder Kaltschlagen kaltgeformt. Die unmittelbar
nach der Kaltformung erhaltenen mechanischen Endeigenschaften ergeben sich
insbesondere durch das durch die Kaltformung erzeugte Kaltverfestigung.
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In einer zweiten Ausführungsform
wird nach dem Warmwalzen entweder das gewalzte Produkt nach der
Austenitisierung abgeschreckt und anschließend in Rohlinge zertrennt,
die dann durch Kaltformung ausgeformt werden oder man zernennt die
Rohlinge vor der Abschreckung und nach der Kaltformung. In beiden Fällen besteht
die Austenitisierung aus einer Erwärmung zwischen dem AC3- Punkt und 950°C und die Abschreckung wird
durch Abkühlung
durch Luft, Öl,
Nebel, Wasser oder Wasser zu dem Polymere hinzugefügt sind,
abschnittsweise durchgeführt.
Die unmittelbar nach der Kaltformung erhaltenen mechanischen Endeigenschaften
ergeben sich insbesondere durch die durch die Kaltformung erzeugte
Kaltverfestigung. In dieser Ausführungsform
kommen den Bedingungen beim Walzende keine besondere Bedeutung zu.
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In einer dritten Ausführungsform
wird die Kaltformung an aus dem warmgewalzten Produkt herausgetrennten
Rohlingen ausgeführt
und die Abschreckung wird nach der Kaltformung ausgeführt. Wie
im vorhergehenden Fall, wird die Abschreckung nach der Erwärmung zwischen
dem AC3- Punkt und 950°C durch Abkühlung durch Luft, Öl, Nebel,
Wasser oder Wasser zu dem Polymere hinzugefügt sind, durchgeführt. Den
Walzbedingungen kommt hier auch keine besondere Bedeutung zu.
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Die Erfindung, die inbesondere der
Herstellung von mechanischen Werkstücken dient, wird ebenfalls auf
die Herstellung von kaltgezogenen Barren, gezogenen Drähten und
abgerollten Walzdrähten
angewandt, wobei das Kaltziehen, das Drahtziehen und das Abrollen
besondere Ausführungsformen
der Formung eines Stahlwerkstückes
durch kalte plastische Verarbeitung sind. Die gezogenen Barren und
die Walzdrähte
oder gezogenen Drähte
können
abgekrustet, abgeschabt oder geschliffen werden, so daß ein fehlerfreier
Oberflächenzustand
erhalten wird. Der Ausdruck "kaltgeformtes Stahlwerkstück" deckt
alle diese Produkte ab und der Ausdruck "Rohling" beinhaltet insbesondere
jeden Abschnitt eines Barrens oder Drahtes; in gewissen Fällen werden
die Barren und Drähte
nicht vor der Kaltformung in Rohlinge zertrennt.
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Die Erfindung kann schließlich zur
Herstellung von vorbehandelten Barren und Drähten oder allgemeiner zur Herstellung
von vorbehandelten Stahlprodukten verwendet werden, die im unbehandelten
Zustand zur Herstellung von kaltgeformten Werkstücken ohne zusätzliche
Wärmebehandlung
benutzt werden. Diese Stahlprodukte werden nach dem Warmwalzen entweder
direkt in der Walzglut oder nach der Austenitisierung abgeschreckt,
um eine im wesentlichen bainitische Struktur zu erhalten (Bainit ≥ 50% ). Sie
können
abgekrustet oder geschliffen werden, um einen fehlerfreien Oberflächenzustand
zu erhalten.
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Die Erfindung wird jetzt mit Hilfe
von Beispielen erläutert.
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ERSTES BEISPIEL:
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Man hat einen Stahl erfindungsgemäß fertig
bearbeitet, dessen Zusammensetzung sich in Gew.% beläuft auf:
C
= 0,065%
Mn = 1,33%
Si = 0,34%
S = 0,003%
P
= 0,014%
Ni = 0,24%
Cr = 0,92%
Mo = 0,081%
Cu
= 0,23%
V = 0,003%
Al = 0,02%
Ti = 0,02%
N =
0,008%
B = 0,0035%
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Wobei folgende Bedingungen erfüllt werden: Mn + 0,9 × Cr
+ 1,3 × Mo
+ 1,6 × V ≥ 2,2% Und Al + Ti = 0,040% ≥ 3,5 × N = 0,028%
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Mit diesem Stahl sind Knüppel hergestellt
worden, die nach einer Erwärmung über 950°C warmgewalzt
worden sind, um Rundmaterial (oder Barren) mit einem Durchmesser
von 16 mm, 25,5 mm und 24,8 mm zu bilden.
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1) Rundmaterial mit 16 mm
Durchmesser:
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Das Walzen von Rundmaterial mit 16
mm wurde bei 990°C
beendet und das Rundmaterial ist in der Walzglut unter den drei
folgenden Bedingungen abgeschreckt worden (erfindungsgemäß):
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- A: Abkühlung
mit einer Geschwindigkeit von 5,3°C/Sekunde,
was einer Abschreckung mit Blasluft entspricht,
- B: Abkühlung
mit einer Geschwindigkeit von 26°C/Sekunde,
was einer Abschreckung mit Öl
entspricht,
- C: Abkühlung
mit einer Geschwindigkeit von 140°C/Sekunde,
was einer Abschreckung mit Wasser entspricht.
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Die mechanischen Kennzeichen vor
der Kaltformung von abgeschrecktem Rundmaterial und dessen Fähigkeit
zur Formung eines Stahlwerkstückes
durch kalte plastische Verarbeitung sind durch Zugversuche und Kaltverwinden
bis zum Bruch bewertet worden (die Ergebnisse der Torsionsversuche
sind in der "Anzahl von Umdrehungen vor dem Bruch der Probe" ausgedrückt). Die
Ergebnisse waren die folgenden:
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Die Härte und die Zugfestigkeit,
die sich beträchtlich
mit den Abschreckungsbedingungen ändern, sind umso größer je größer die
Abschreckgeschwindigkeit ist. Trotzdem sind die Ziehbarkeit und
die Kaltformfähigkeit
ausgezeichnet, da die Querkontraktion Z im wesentlichen über 50%
liegt und die Anzahl der Umdrehungen vor dem Bruch immer deutlich über 3 liegt.
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Um die mechanischen Eigenschaften
zu bestimmen, die man bei durch kalte plastische Verarbeitung geformten
Stahlwerkstücken
aus diesem Rundmaterial erhalten kann sind Kalt -Torsions/Zugversuche
durchgeführt
worden, deren Ergebnisse im folgenden angegeben sind:
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Der Kalt-Torsions/Zugversuch besteht
darin, eine Probe drei Kalt-Torsions-Umdrehungen zu unterziehen um die Formung
durch kalte plastische Verarbeitung zu simulieren bevor ein Zugversuch
bei Umgebungstemperatur durchgeführt
wird. Die Festigkeitserhöhung
entspricht der relativen Zunahme der Festigkeit zwischen dem tiefgezogenen
Zustand (nach drei Torsionsumdrehungen) und dem normalen Zustand
(vor den drei Torsionsumdrehungen).
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Die erhaltenen Ergebnisse zeigen,
sogar nach einer großen
Kaltformung (drei Torsionsumdrehungen), daß die Zugfestigkeit 1200 Mpa überschreiten
kann. Die Tiefziehkapazität,
gemessen durch die Festigkeitserhöhung nach der Verformung durch
Kalttorsion, ist auf alle Fälle
erhöht.
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2) Rundmaterial mit 25,5
mm Durchmesser:
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Das Rundmaterial mit einem Durchmesser
von 25,5 mm ist vor der Kaltformung nach der Austenitisierung bei
950°C abgeschreckt
worden (erfindungsgemäß):
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- D: Abkühlung
durch Blasluft (mittlere Abkühlgeschwindigkeit
von 3,3°C/Sekunde
zwischen 950°C
und Umgebungstemperatur)
- E: Abkühlung
durch Öl(mittlere
Abkühlgeschwindigkeit
von 22°C/Sekunde
zwischen 950 °C
und Umgebungstemperatur)
- F: Abkühlung
durch Wasser (mittlere Abkühlgeschwindigkeit
von 86°C/Sekunde
zwischen 950°C
und Umgebungstemperatur)
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Das Rundmaterial ist Formversuchen
durch Kaltschmieden unterzogen worden, die darin bestanden, die
Stauchgrenze durch Stauchen von entsprechend einer Mantellinie gekerbten
Zylindern zu messen. Die in % ausgedrückte Stauchgrenze ist die Stauchung
oberhalb der der erste Riß durch
Kaltschmieden mit einer Presse in der entsprechend der Mantellinie
des Zylinders eingearbeiteten Kerbe erscheint.
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Vergleichsweise ist die Stauchgrenze
an einem nach dem Stand der Technik kaltgeschmiedeten Stahl gemessen
worden, dessen Zusammensetzung folgende war:
C = 0,37%
Mn
= 0,75%
Si = 0,25%
S = 0,005% Cr = 1%
Mo = 0,02%
Al
= 0,02%
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Dieser Stahl nach dem Stand der Technik
ist vorher ein Sphäroidisierungsglühen des
Perlits unterzogen worden, um ihn zur Kaltformung geeignet zu machen.
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Die erhaltenen Ergebnisse waren die
folgenden:
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Bei der Betrachtung der Stauchgrenze
wird deutlich, daß der
erfindungsgemäße Stahl
eine deutlich größere Formungseignung
durch Kaltschmieden zeigt als der Stahl aus dem Stand der Technik
obwohl er eine größere Härte aufweist
und dies unabhängig
vom Festigkeitsniveau, sogar wenn es groß ist (Behandlung F).
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3) Rundmaterial mit 24,8
mm Durchmesser:
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Nach dem Walzen und vor der Formung
ist Rundmaterial mit 24,8 mm Durchmesser nach einer Austenitisierung
bei 950°C
unter folgenden erfindungsgemäßen Bedingungen
abgeschreckt worden:
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- G: Abschrecken mit Blasluft
- H: Abschrecken mit ÖL
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Das so behandelte Rundmaterial ist
kaltgeschmiedet worden, um Radschenkel von Kraftfahrzeugen herzustellen,
dessen erhaltene mechanische Eigenschaften folgende waren:
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Aus diesen Ergebnissen ergibt sich,
daß unabhängig von
der anfänglichen
Behandlung die erhaltene Ziehbarkeit an dem kaltgeschmiedeten Werkstück sehr
hoch war (Z ≥ 50%)
und dies unabhängig
von dem Festigkeitsniveau.
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Im übrigen war das Rundmaterial
in beiden Fällen
vollständig
zur Formung durch Kaltschmieden geeignet, da sich die Werkstücke als
frei sowohl von inneren als auch von äußeren Fehlern erwiesen haben.
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Mit einem anderen Rundmaterial von
24,8 mm Durchmesser (identisch mit den vorhergenden) sind die gleichen
Schenkel durch Kaltschmieden von rohem Walzrundmaterial hergestellt
worden, indem die Abschreckung nach der Kaltformung durchgeführt wurde.
Es wurde mit Wasser nach einer Austenitisierung bei 940°C abgeschreckt.
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Unter diesen Bedingungen waren die
an den Schenkeln erhaltenen Eigenschaften folgende:
Rm = 1077
Mpa
Z = 73%
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Diese Ergebnisse zeigen, daß man mit
dem erfindungsgemäßen Stahl
durch Ausführung
einer Abschreckung nach dem Kaltschmieden eines warmgewalzten rohen
Rundmaterials, trotz eines hohen Festigkeitsniveaus, eine sehr gute
Ziehbarkeit (Z ≥ 50%
) erhalten kann. Im übrigen
war der erfindungsgemäße Stahl ohne
eine vorherige Sphäroidisierungs-Behandlung zu benötigen, vollständig zur
Formung durch Kaltschmieden im rohen Walzzustand geeignet, wie sie
bei den Stählen
nach dem Stand der Technik durchgeführt wird und die Schenkel haben
sich in der Tat frei von inneren und äußeren Fehlern erwiesen.
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Vergleichsweise wird nach dem Stand
der Technik ein Stahl zur Herstellung derselben Schenkel mit der
folgenden Zusammensetzung benutzt:
C = 0,195%
Mn = 1,25%
Si
= 0,25%
S = 0,005%
Ni = 0,25%
Cr = 1,15%
Mo
= 0,02%
Cu = 0,2%
Al = 0,02%
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Um mechanische Eigenschaften zu erhalten,
die denen ähneln,
die mit der Erfindung erhalten worden sind, müssen folgende Herstellungsschritte
benutzt werden:
Sphäroidisierungsglühen des
Stahls, um ihn für
eine Kaltformung geeignet zu machen.
Kaltschmieden der Schenkel
Abschrecken
des Stahls mit Öl
nach dem Stand der Technik
Glühen des Stahls nach dem Stand
der Technik
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ZWEITES BEISPIEL
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Man hat ebenfalls durch Kaltschlagen
mechanische Werkstücke
hergestellt, indem die erfindungsgemäßen Stähle 1 und 2 benutzt worden
sind, deren chemische Zusammensetzung in Gew.% folgende war:
wobei
folgende Bedingungen erfüllt
wurden Für
den Stahl 1
Mn + 0,9 × Cr + 1,3 × Mo + 1,6 × V = 2,43 ≥ 2,2% Al + Ti = 0,045% > 3,5 × N
= 0,024% Für den Stahl
2:
Mn + 0,9 × Cr + 1,3 × Mo + 1,6 × V = 2,59 ≥ 2,2% Al + Ti = 0,041% ≥ 3,5 × N = 0,028% -
Diese Stähle wurden erfindungsgemäß in Form
von Barren mit einem Durchmesser von 28 mm warmgewalzt. Nach dem
Walzen und vor der Kaltformung sind die Barren nach einer Austenitisierung
bei 950°C
einer Abschreckbehandlung mit 50°C
lauwarmen Öl
unterzogen worden. Die Barren sind zertrennt worden, um Rohlinge
zu erhalten, aus denen kaltgeschlagene Werkstücke mit 60% Verformung geformt
worden sind. Die an den Werkstücken
vor dem Kaltschlagen und nach dem Kaltschlagen erhaltenen mechanischen
Eigenschaften waren folgende:
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Diese Ergebnisse zeigen, daß die Ziehbarkeit
trotz einer sehr hohen Kaltformung hoch ist (Z ≥ 50%) und das unabhängig vom
Anfangswiderstandsniveau (vor dem Kaltschlagen) und dem Endwiderstandsniveau (nach
dem Kaltschlagen) des Stahls und das sogar, als das Endwiderstandsniveau
sehr hoch war. Die Ergebnisse zeigten ebenfalls, daß die durch
die Erhöhung
des Widerstandes beim Kaltschlagen gemessene Tiefziehfähigkeit
groß war.
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Im übrigen ist die Formung durch
Kaltschlagen ausgezeichnet, da trotz der erhöhten Anfangswiderstandsniveaus
und einer starken Kaltverformung (60%) die kaltgeschlagenen Werkstücke sich
als frei von internen und externen Fehlern erwiesen haben.
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Diese Beispiele zeigen, daß der erfindungsgemäße Stahl
und die erfindungsgemäßen Verfahren
es erlauben, eine sehr gute Ziehbarkeit (Z ≥ 50%) durch die Herstellung eines
Stahlwerkstückes
durch kalte plastische Verformung zu erhalten ohne daß es weder
nötig ist,
eine kostspielige Sphäroidisierungs-Behandlung noch
eine Ausglüh-Behandlung
durchzuführen.
Diese erhöhte
Ziehbarkeit (Z ≥ 50%)
kombiniert mit den stark erhöhten
mechanischen Eigenschaften an den Werkstücken (Rm ≥ 1200 Mpa) kann erhalten werden
insbesondere dank einer starken Tiefziehfähigkeit des Stahls. Man kann
schließlich
eine sehr gute Formung durch Kaltschmieden oder Kaltschlagen beobachten,
sogar wenn das Anfangs-Festigkeitsniveau
(bzw. Die Härte) des
Stahls und der Kaltformungsgrad groß sind.
