DE69807297T2

DE69807297T2 - Zwischenstufenhärtung

Info

Publication number: DE69807297T2
Application number: DE69807297T
Authority: DE
Inventors: Staffan Larsson; Thore Lund; Patrik Oelund
Original assignee: Ovako Steel AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 1997-08-01
Filing date: 1998-07-28
Publication date: 2003-04-17
Anticipated expiration: 2018-07-29
Also published as: ES2182260T3; US6149743A; SE510344C2; JP2987360B2; EP0896068B1; JPH11106824A; SE9702852L; CN1214368A; SE9702852D0; DE69807297D1; EP0896068A1; CN1065282C

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zur vollständigen Bainit-Umwandlung von Stahl zur Verwendung bei Lagern und anderen lastaufnehmenden Bauteilen.

Hintergrund der Erfindung

Die Bainit-Umwandlung wird manchmal anstelle der Martensit- Umwandlung bevorzugt. Dies geschieht deshalb, weil eine Bainit-Struktur im allgemeinen bessere mechanische Eigenschaften besitzt, z. B. eine höhere Festigkeit, einen höheren Widerstand gegen Rißausbreitung usw.. Daher könnte für kritische Bauteile, wie z. B. Lager und andere lastaufnehmende Bauteile, die besonders der Ermüdung ausgesetzt sind, eine Bainit- Struktur besonders geeignet sein.
Die Bainit-Umwandlung wird weit verbreitet eingesetzt, um Bauteile mit hoher Festigkeit und Härte herzustellen. Für einen gegebenen Stahl zeigt die Bainit-Struktur im Vergleich zum Martensit oftmals überlegene mechanische Eigenschaften und strukturelle Stabilität. Der Nachteil bei der Bainit- Umwandlung ist die lange Verfahrensdauer. Um die Verfahrensdauer für die isotherme Bainit-Umwandlung zu reduzieren, ist es notwendig, die Bainit-Umwandlungstemperatur zu erhöhen. Dies reduziert jedoch die Härte, was die Eigenschaften des Bauteils nachteilig beeinflussen kann.
Die GB-A 2019436 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Stahllegierung, die zäh, fest und wirtschaftlich ist. Das Verfahren schließt eine Bainit-Umwandlung im Bereich von 0- 100ºC oberhalb des Martensit-Punktes ein, bis eine maximale Umwandlung von 85%, vorzugsweise 80% erreicht ist, und dann wird auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Verfahren ist wirtschaftlicher, weil eine große Zeitersparnis im Vergleich zu einer traditionellen vollständigen Umwandlung besteht. Jedoch beeinflußt der Teil des Stahles, der nicht in Bainit umgewandelt wird, die Eigenschaften des Stahls nachteilig.
Die US-A-5650027 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Wälzdrahtes und Drahtes aus kohlenstoffreichem Stahl mit hervorragender Ziehfähigkeit. Diese wird durch einen zweistufigen Umwandlungsvorgang erreicht. Im ersten Schritt wird der Stahl auf 350-550ºC gehalten und im nachfolgenden Schritt wird die Temperatur erhöht und dort gehalten, bis die Bainitumwandlung vollständig beendet ist.

Kurze Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur vollständigen Bainit-Umwandlung zu schaffen, das die Bainit- Umwandlungszeit ohne Verminderung der Härte reduziert. Mit dem neuen Verfahren ist es im Vergleich zur traditionellen isothermen Bainit-Umwandlung möglich, die Verfahrensdauer für eine gegebene Härte zu verkürzen oder für eine gegebene Umwandlungszeit die Härte zu steigern.
Erfindungsgemäß wird mit dem Verfahren nach Anspruch 1 dies dadurch erreicht, daß man die Bainit-Umwandlung bei einer. Temperatur gerade oberhalb der Martensit-Temperatur zwischen ungefähr 180ºC und 280ºC - abhängig von der Zusammensetzung des Stahles - beginnt, mehr als 25-99% des Austenits in Bainit umwandelt und dann die Temperatur erhöht, um die Umwandlung des verbleibenden Austenits in Bainit zu beschleunigen.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden 50-90% des Austenits in Bainit umgewandelt, bevor die Temperatur zur Beschleunigung der Umwandlung erhöht wird.

Kurze Beschreibung der Abbildungen

Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung von zwei Zyklen, die ungefähr die gleiche Härte ergeben, von welchen einer jedoch eine wesentlich kürzere Umwandlungszeit aufweist und
Fig. 2 eine schematische Darstellung von zwei Zyklen mit der gleichen Umwandlungs- Zeit, von welchen einer jedoch eine wesentlich höhere Härte ergibt.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung

In Fig. 1 ist als schematische Abbildung die Temperatur gegenüber dem Logarithmus der Zeit für zwei Zyklen aufgezeichnet, die ungefähr dieselbe Härte ergeben, d. h. 60 HRC. Ms bezeichnet den Martensit-Ausgangspunkt, der normalerweise zwischen ungefähr 180ºC und 280ºC variiert, abhängig von der Zusammensetzung der Stahllegierung. Bs bezeichnet den Beginn der Bainit-Umwandlung und Bf bezeichnet die Beendigung der Bainit-Umwandlung. Um eine maximale Härte zu erreichen, sollte die Temperatur nahe des Martensit-Ausgangspunktes liegen. Dies führt jedoch zu einer sehr langen Umwandlungszeit, die unwirtschaftlich ist, was mit der gestrichelten Linie in Fig. 1 dargestellt ist.
Gemäß der Erfindung, die mit der durchgezogenen Linie in Fig. 1 dargestellt ist, wird die Bainit-Umwandlung geringfügig oberhalb des Martensit-Punktes bis zu einer Umwandlung von mehr als 25% bis zu 99%, vorzugsweise 50 bis 90%, durchgeführt und die restliche Umwandlung wird bei einer Temperatur durchgeführt, bei welcher die Umwandlung mit gesteigerter Geschwindigkeit bis 100% abläuft. Der Anteil des bei der höheren Temperatur gebildeten Bainits hat keine erwähnenswerten Einflüsse auf die Härte gezeigt.
Eine andere Weise der Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, die Härte für eine gegebene Umwandlungszeit zu steigern, was in Fig. 2 dargestellt ist. In dem mit einer gestrichelten Linie dargestellten Verfahren findet die Umwandlung bei der optimalen Temperatur im Hinblick auf die Geschwindigkeit der Umwandlung gegen den Zeitverbrauch für eine hundertprozentige Umwandlung in Bainit statt. Das resultierende Material besitzt eine Härte von 58 HRC.
Erfindungsgemäß wird die Bainit-Umwandlung längs der durchgezogenen Linie bei einer niedrigeren Temperatur bis zu mehr als 50%, vorzugsweise 60 bis 80% Bainit-Umwandlung durchgeführt und dann wird die Temperatur auf die optimale Temperatur gesteigert. Dies führt zu einer Stahllegierung mit einer Härte von 60 HRC, die dieselbe Umwandlungszeit verwendet.
In der Praxis können beide Merkmale im Vergleich zur traditionellen Umwandlung erreicht werden, d. h. kürzere Umwandlungszeit und höhere Härte. Die Ergebnisse zeigen auch eine erhöhte strukturelle Stabilität, was in vielen Anwendungen sehr wichtig ist.
Die Erfindung wird in den nachfolgenden Beispielen näher erläutert.

Beispiele

Die Tests wurden in einem Dilatometer durchgeführt. Die Zusammensetzung des Stahls ergibt sich aus Tabelle 1. Tabelle 1 Chemische Zusammensetzung in Gewichtsprozent
Das Beispiel in Tabelle 2 zeigt, daß für eine Umwandlungszeit von 9 h + 1 h (No# 1) es mit dem neuen Bainit-Zyklus möglich ist, eine Härte von ungefähr 60 HRC zu erreichen. Falls die gleiche Härte bei einer konventionellen Bainit-Umwandlung erreicht werden soll, beträgt die Umwandlungszeit ungefähr 33 h (No# 2). Eine Umwandlungszeit von 10 Stunden mit einem herkömmlichen Bainit-Zyklus erfordert es, daß man die Temperatur steigert und folglich wird die Härte auf ungefähr 59 HRC (No# 3) abfallen. Tabelle 2 Wärmebehandlungsversuche
N. A. = nicht angewendet

Claims

1. Verfahren zur vollständigen Bainit-Umwandlung von Stahl zur Verwendung bei Lagern und anderen lastaufnehmenden Bauteilen, dadurch gekennzeichnet, daß 25-99% des Austenits in Bainit bei einer Temperatur gerade oberhalb der Martensit-Bildungstemperatur zwischen ungefähr 180ºC und ungefähr 280ºC - abhängig von der Zusammensetzung des Stahls - umgewandelt werden und dann die Temperatur gesteigert wird, um die Umwandlung des restlichen Austenits in Bainit zu beschleunigen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem ungefähr 50-90% des Austenits in Bainit umgewandelt werden, bevor die Temperatur zur Beschleunigung der Umwandlung angehoben wird.