EP0095470A1 - Verfahren zum mindestens teilweisen, isothermen bainitisieren von werkstücken aus guss-eisenwerstoffen - Google Patents

Verfahren zum mindestens teilweisen, isothermen bainitisieren von werkstücken aus guss-eisenwerstoffen

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EP0095470A1
EP0095470A1 EP82903445A EP82903445A EP0095470A1 EP 0095470 A1 EP0095470 A1 EP 0095470A1 EP 82903445 A EP82903445 A EP 82903445A EP 82903445 A EP82903445 A EP 82903445A EP 0095470 A1 EP0095470 A1 EP 0095470A1
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EP
European Patent Office
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bath
temperature
cooling
intercooling
workpiece
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP82903445A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wilhelm Hauke
Klaus Hornung
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Georg Fischer AG
Original Assignee
Georg Fischer AG
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D5/00—Heat treatments of cast-iron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C21D1/19—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering by interrupted quenching
    • C21D1/20—Isothermal quenching, e.g. bainitic hardening

Definitions

  • the present invention relates to a method for at least partially, isothermally bainizing workpieces made of cast iron materials / and to its use for workpieces which would be produced in a fully pearlitic manner due to their insufficient cooling speed over the cross section.
  • the hitherto known bainite tempering methods are based on a critical cooling speed which results from the temperature gradient between the austenitizing and cooling bath and the workpiece diameter.
  • the temperature of the intercooling bath is adapted to the relevant wall thickness of the workpiece.
  • the cooling rates can be controlled so that even thicker wall thicknesses do not undergo pearlite transformation, at least in the peripheral zones.
  • a component with a wall thickness of approx. 30 mm made of unalloyed GGG was austenitized at approx. 900 C and then quenched in an intermediate cooling bath at 240 C. The component is then placed on a
  • HHaalltteetteemmppeerraattuu r transferred from 380 C and bainite hardened.
  • the desired bainitic structure with the known advantageous mechanical properties results at least partially over the cross section of the workpiece.

Description

Verfahren zum mindestens teilweisen., isothermen Bainitisieren von Werkstücken aus Guss-Eisenwerkstoffen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Ver¬ fahren zum mindestens teilweisen, isothermen Bainiti¬ sieren von Werkstücken aus Guss-Eisenwerkstoffen/ sowie auf dessen Anwendung für Werkstücke die durch ihre zu geringe Abkühlungsgeschwindigkeit über den Querschnitt voll perlitisch anfallen würden.
Die bisher bekannten Bainit-Vergütungsverf hren rich¬ ten sich nach einer kritischen Abkühlungsgeschwindig- keit, die aus dem Temperaturgradienten zwischen Auste- nitisierungs- und Abkühlbad und dem Werkstückdurch- messer resultiert.
Aus dem FR-Patent Nr. 76 21 520 ist ein Verfahren • bekannt bei dem die Werkstücke durch rasches Abkühlen auf eine gewählte Zwischenstufentemperatur an der Perlitnase vorbeigeführt werden und danach den Zwischenstufenbereich guasi-isotherm durchlaufen. D.h. die Umwandlung muss abgeschlossen sein bevor die Martensitstartlinie erreicht wird. Der kontinuier¬ liche Abkühlungsverlauf ergibt ein Mischgefüge aus oberer und unterer Bainitstufe.
Aufgabe der Erfindung ist es ein Bainit-Vergütungsver¬ fahren vorzuschlagen, bei dem für dickwandige Werk¬ stücke die Abkühlungsgeschwind!gkeit so erhöht wird, dass die Perlitumwandlung mindestens teilweise ver- mieden werden kann. Femer sollen durch isotherme
Behandlungsmethoden spezifische Werkstoffeigenschaften der oberen bzw. der unteren Bainitstufe getrennt ein¬ gestellt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Lehre des Anspruches 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Betrachtet man ein Werkstück mit geringer Wanddicke beim Eintauchen in ein Bainitisierungsbad, so wird der Werkstoff in der Aussenschicht rasch auf die Temperatur des Bades abgekühlt. Der Kern wird infolge des geringen Weges, den die Wärme zur Oberfläche zurückzulegen hat und infolge des günstigen Verhält¬ nisses von Abkühlfläche zur Gesamtmasse des Werk¬ stückes ebenfalls schnell auf die Bainitisierungs- temperatur kommen (Fig. 1) .
Beide in der Fig. 1 dargestellten Abkühlkurven bleiben bis zur Erreichung der Badtemperatur im austeniti- sehen Bereich. Entsprechend erhält man nach der Um¬ wandlung über den gesamten Querschnitt Bainit. Die Abkühlkurve 1 stellt die Abkühlung des Kernes dar während die Abkühlkurve 2 die Abkühlung der Aussen- Schicht veranschaulicht.
Anders verhält es sich bei Werkstücken bei denen in¬ folge der Wandstärkenverhältnisse, die Abkühlung durch die Perlitnase verläuft. Hier kühlen infolge des grösseren Wärmevolumens Aussenschicht und Kern so langsam ab, dass statt Bainit, perlitisches Gefüge erzeugt wird (Fig. 2) .
Der Kern wird wegen der geringen Wärmeableitung er- heblich langsamer abkühlen als dies bei dünnwandigen Stücken der Fall ist, so dass die Abkühlkurve den Perlitbereich durchläuft.
Es wird nun vorgeschlagen, dickwandige Werkstücke vor dem Einstellen auf Bainitisierungstemperatur in ein Zwischenkühlungsbad zu tauchen, dessen Temperatur unter der Temperatur liegt, bei der sich das ge¬ wünschte Bainitgefüge bildet (Fig. 3) , so dass das Werkstück sozusagen unterkühlt wird.
Die Temperatur des Zwischenkühlungsbades wird der je¬ weiligen assgebenden Wanddicke des Werkstückes ange- passt.
In diesem Bad wird das Werkstück so rasch abgekühlt, dass es an der Perlitnase vorbeigeführt wird, und danach zur Umwandlung des Gefüges auf Bainitisie-
OMPI rungstemperatur übergeführt wird.
Durch dieses Verfahren können die Abkühlgeschwindig¬ keiten so gesteuert werden, dass auch dickere Wand- stärken zumindest in den Randzonen keine Perlitum- wandlung durchlaufen.
Anhand des nachfolgenden Beispiels wird das beschrie¬ bene Verfahren näher erläutert.
Ein Bauteil mit einer Wandstärke von ca. 30 mm aus unlegiertem GGG wurde bei ca. 900 C austenitisiert, und danach in einem Zwischenkühlungsbad bei 240 C abgeschreckt. Anschliessend wird das Bauteil auf eine
HHaalltteetteemmppeerraattuu:r von 380 C übergeführt und bainitisch durchgehärtet.
Daraus ergibt sich nach erfolgter Umwandlung mindes¬ tens teilweise über den Querschnitt des Werkstückes das gewünschte bainitische Gefüge mit den bekannten vorteilhaften mechanischen Eigenschaften.
OMPI

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zum mindestens teilweisen, isothermen Bainitisieren von Werkstücken aus Guss-Eisenwerk¬ stoffen, dadurch gekennzeichnet,, dass die Werk¬ stücke nach erfolgter Austenitisierung in einem Zwischenkühlungsbad abgeschreckt und so lange im austenitischen Zustand unterkühlt gehalten werden, bis im Werkstück eine Temperatur erreicht wird, die im Bereich der unteren Bainitstufe liegt, dann durch Anheben und Halten des Werkstückes auf U - wandlungstemper tur die Bainitumwandlung einsetzt, so dass durch die bei tiefer Zwischenkühlungsbad- temperatur beschleunigte Abkühlung auch im inneren des Werkstückes die Unterkühlung des Austenits sichert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück im Zwischenkühlungsbad bis zum Temperaturausgleich gehalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dickwandigen Teilen mit entsprechender
_ O PI Wärmekapazität die Temperatur des Zwischenküh¬ lungsbades unter der Martensitstartlinie im ZTU- Schaubild liegt, ohne dass bei vorgegebener Ver¬ weilzeit Martensit entsteht.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Baini isierungstemperatur gleich oder höher ist wie diejenige des Zwischenkühlungsbades.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Zwischenkühlung ver¬ dampfende Abkühlmedien, z.B. Oel, niedrigschmel¬ zende Metalle verwendet werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass zur Zwischenkühlung nicht ver¬ dampfende Abkühlmedien z.B. Luft, Salze, hoch¬ schmelzende Metalle verwendet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Baini umwandlung in Luft durchgeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bainitumwandlung in einem Bad z.B. Oel-,
Salz- oder Metallbad durchgeführt wird.
9. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, für Werkstücke, die ohne Zwischenkühlung ein perlitisches Gefüge ausbilden.
EP82903445A 1981-12-03 1982-12-02 Verfahren zum mindestens teilweisen, isothermen bainitisieren von werkstücken aus guss-eisenwerstoffen Withdrawn EP0095470A1 (de)

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IT (1) IT1153659B (de)
WO (1) WO1983001959A1 (de)

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18W Application withdrawn

Withdrawal date: 19850719

RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: HAUKE, WILHELM

Inventor name: HORNUNG, KLAUS