PL136257B1 - Method of heat treating non-alloyed or low-alloyed baininitic hardened steels of low martensite transformation point - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób obróbki cieplnej stali niestopowej lub niskostopowej, har¬ towanej bainitycznie, o niskim punkcie przemiany martenzytycznej, zawierajaca wagowo od 0,50 do 1,00% C, od 0,10 do 1,50% Si, od 0,25 do 1,50% Mn, maksimum 0,045% P, maksimum 0,048% S, od 0,20 do 0,90% Mo i/lub od 0,20 do 2,00% Cr, a reszta zelazo i zwykle zanieczyszczenia, ko¬ rzystnie stal zawierajaca od 0,57 do 0,75% C, od 0,15 do 0,35% Si, od 0,50 do 1,50% Mn, zwlaszcza od 0,70 do 0,86% Mn, maksimum 0,035% P, maksi¬ mum 0,035% S, od 0,20 do 0,50% Mo i/lub od 0,20 do 1)00% Cr, a reszta zelazo i zwykle zanie- czyizcztnia.Znany Jest z amerykanskiego opisu patentowe¬ go nr 1924 099 i pow&zechnte stosowany sposóib hartowania izotermicznego z przemiana bainitycz- na. Sposób ten polega na tym, ze przedmiot sta¬ lowy nagrzewa sie do temperatury nieco powyzej linii OS na wykresie zelazo-wegiel (temperatura stanu austenitycznego), przetrzymuje sie go w tej temperaturze, a nastepnie chlodzi w kapieli (ko¬ rzystnie w roztworze soli) nagrzanej do tempera¬ tury hieco wyzszej od temperatury poczatku prze¬ miany martenzytycznej.Przemiana austenitu, jaka przy tym zachodzi, przebiega do konca w stalej temperaturze. W tym sposobie hartowania zawsze dazono do calkowitej przemiany austenitu, w bajnit, gdyz uwazano, ze tylko wtedy otrzymuje sie najkorzystniejsza mi- 2 krostrukture stali, a tym samym najkorzystniejsze jej wlasnosci mechaniczno-fizyczne.Okazalo sie jednak, ze jezeli stal niestopowa lub niskostopowa bedzie sie hartowac izotermicznie wedlug dotychczas znanego sposobu, to nie uzyska sie takiej mikrostruktury i takich wlasnosci me- chanicznó-fizycznych, aby stal ta miala duza ciag¬ liwosc i zarazem duza twardosc.Celem wynalazku jest opracowanie takiego spo- io sobu izotermicznego hartowania stali niestopowych lub niskostopowych, zeby mozna bylo stalom tym nadac duza ciagliwosc i zarazem duza twardosc bez poddawania ich dodatkowym innym rodzajom obróbki cieplnej. 15 Zgodnie z wynalazkiem cel ten osiagnieto dzieki temu, ze izotermiczne hartowanie stali o wymie¬ nionym na poczatku opisu skladzie chemicznym, zdolnej do przemiany bajnitycznej, o niskiej tem¬ peraturze poczatku przemiany martenzytycznej, 20 przeprowadza sie w obszarze punktu martenzy- tycznego lub od 0 do 100°C, korzystnie do 50ÓC, zwlaszcza od 5 do 50bC powyzej temperatury punktu martenzytycznego i jest przerywane naj¬ pózniej przy 85%, od 55 do 85%, zwlaszcza od 25 75 do 85% przemiany w stosunku do maksymal¬ nej przemiany mierzonej dyletometrycznie.Istota wynalazku opiera sie na stwierdzeniu, ze stale stopowe oraz wykonane z nich przedmio¬ ty wykazuja przeciwstawne wzajemne wlasciwosci, 30 a mianowicie posiadaja one duza ciagliwosc, a za- JM 157136 257 razem duza wytrzymalosc, jesli zostaly one pod¬ dane procesowi niezupelnego hartowania izoter- micznego (obróbce" cieplnej), az do uzyskania stop¬ nia przemiany rzedu co najwyzej 80%. Przy tym chlodzenie nagrzanego, przedmiotu nalezy tu prze¬ prowadzac w kapieli nagrzanej do temperatury wyfcszej: od temperatury poczatku przemiany mar- tenzytycznej.Temperatura poczatku przemiany martenzytycz¬ nej wystepuje przewaznie w zakresie temperatur od 180 do 280°C, zwlaszcza w zakresie od 180 do 230°C, a przede wszystkim od 185 do 210°C. Pod pojeciem zakresu temperatury poczatku przemiany martenzytycznej nalezy rozumiec w znaczeniu ni¬ niejszego wynalazku temperatury wystepujace w zakresie od okolo 10°C powyzej temperatury po¬ czatku powstawania martenzytu do temperatury 10°C ponizej temperatury poczatku powstawania martenzytu.Zakres temperatury powyzej temperatury po¬ czatku przemiany martenzytycznej, w którym to zakresie mozna przeprowadzac niezupelne harto¬ wanie izotermiczne, wystepuje na ogól w grani¬ cach od 0 do okolo 100°C, korzystnie do okolo 50°C, na przyklad od okolo 5 do 50°C ponad tem¬ peratura poczatku tworzenia sie martenzytu. Zu¬ pelnie po prostu okazalo sie, ze zgodnie z wyna¬ lazkiem zakres temperatury poczatku przemiany martenzytycznej, w którym mozna przeprowadzic chlodzenie, jest tym wezszy, o ile wyzsza jest temperatura poczatku przemiany martenzytycznej i na odwrót — zakres ten jest tym szerszy, o ile nizsza jest temperatura poczatku przemiany mar¬ tenzytycznej. Korzystnie temperatura, odpowiednia do przeprowadzania chlodzenia przy hartowaniu izotermicznym, wystepuje ponizej zakresu tempe¬ raturowego od okolo 270 do 280°C, a zwlaszcza wynosi 260°C i mniej.Szczególnie korzystne zjawiska wystepuja w przy¬ padku zastosowania odpowiednich stali o tempe¬ raturach poczatku przemiany martenzytycznej wy¬ stepujacych w nizszym zakresie temperaturowym od podanego tu zakresu. Jesli stale wyjsciowe nie maja jeszcze struktury umozliwiajacej przeprowa¬ dzanie niezupelnego hartowania izotermicznego, to nalezy oczywiscie poddac je odpowiedniej wstep¬ nej obróbce cieplnej, np. takiej obróbce, na sku¬ tek której tworza sie struktury austenityczne.Do wystepujacych ewentualnie w niewielkich ilosciach pierwiastków stopowych naleza na przy¬ klad V, W, Ni, B i tym podobne pierwiastki, któ¬ re moga wystepowac za kazdym razem w ilos¬ ciach nie przekraczajacych rzedu wielkosci 0,2%.Dzieki temu mozna oddzialywac w kierunku uzy¬ skiwania przez stale okreslonych wlasciwosci.Obecnosc wzglednie brak tego rodzaju pierwiast¬ ków stopowych nie ma istotnego znaczenia dla samego wynalazku.Przemiane prowadzi sie w zasadzie az do uzy¬ skania stopnia przemiany, wynoszacego co najwy¬ zej 85%. przemiany maksymalnej, to znaczy prze¬ miany wyczerpujacej. Przewaznie odpowiedni sto¬ pien przemiany uzyskuje sie w zakresie procento¬ wym od okolo 55% do 85%, przy czym szczegól¬ nie korzystnym jest zakres od 75 do 85%, a zwla¬ szcza wartosc okolo 80%. Wielkosc stopnia prze¬ miany mozna kontrolowac pomiarowo w dosc pro¬ sty sposób wykorzystujac okolicznosci, ze prze¬ mianie bainitycznej towarzyszy dodatnie wydlu¬ zenie.Zatem mozna w prosty sposób sledzic kinetyke przemiany i tym samym stopien przemiany na¬ stepujacy w danej temperaturze, przy pomocy po¬ miarów dylatometrycznych, wykonywanych na próbkach stalowych. Pod okresleniem stopnia przemiany wynoszacego 80% nalezy rozumiec zgodnie z powyzszym uzyskanie 80% maksymal¬ nej zmiany dlugosci próbki, która ., uzyskuje sie przy calkowitej przemianie bainitycznej w danej temperaturze.Wedlug szczególnie korzystnego przykladu wy¬ konania wynalazku stal przeznaczona do obróbki cieplnej posiada nastepujacy sklad: od 0,57—0,75% wagowych C, od 0,15—0,35% wagowych Si, od 0,70—0,85% wagowych Mn, max. 0,035% wago¬ wych P, max. 0,035% wagowych S, od 0,20—0,50% wagowych Mo i/lub od 0,20—1,00% wagowych Cr, a reszta zelazo, ewentualnie niewielkie ilosci pier¬ wiastków stopowych i zwyklych zanieczyszczen.Równiez i do tego gatunku stali odnosi sie opi¬ sana powyzej charakterystyka przemiany. Zwla¬ szcza i te stale stopowe wykazuja równiez ko¬ rzystne, zadane wlasciwosci, jesli przemiane prze¬ prowadza sie w zakresie temperaturowym poczat¬ ku tworzenia sie martenzytu, lub w zakresie tem¬ peraturowym w granicach od 0 do 50°C, wyste¬ pujacym ponad temperatura poczatku przemiany martenzytycznej i prowadzi sie ja do uzyskania stopnia przemiany wynoszacego od okolo 75 do 85%, mierzonego dylatometrycznie.Stale obrobione cieplnie sposobem wedlug wy¬ nalazku i wykonane z nich przedmioty posiadaja korzystnie ciagliwosci, mierzona na niekarbowa- nych próbkach walcowych o srednicy 4,5 mm, wynoszaca ponad 70 J, dochodzaca korzystnie do 85 J, a nawet do 90 J, oraz twardosc mierzona metoda Rockwella, wynoszaca co najmniej 57 HRC, korzystnie wynoszaca 50 HRC i wiecej, dochodza¬ ca do np. 60 i 61 HRC.Wytwarzajac ulepszone przedmioty ze stali nie¬ stopowych i niskostopowych wedlug wynalazku, o opóznionej przemianie, hartowanych izotermicz- nie i posiadajacych niskie temperatury przemiany . martenzytycznej, chlodzi sie nagrzane przedmioty w kapieli o temperaturze poczatku przemiany mar¬ tenzytycznej lub nieco wyzszej, zwlaszcza wyz¬ szej od temperatury poczatku przemiany marten¬ zytycznej od 0 do 100°C, korzystnie jednak od 5 do 50°C, a nastepnie przerywa sie- to hartowanie przy osiagnieciu stopnia przemiany okolo 85%, na przyklad przy osiagnieciu od 55 do 85%, korzystnie przy wartosci procentowej okolo 75 do 85%, w od¬ niesieniu do wielkosci przemiany maksymalnej mierzonej dylatometrycznie.W autokatalitycznej siatce Austina i Ricketta stale tego rodzaju wykazuja na ogól przegiecie . charakterystyki kinematyki przemiany, która poza tym przebiega, prostoliniowo. Widocznie wystepu- ja tu wtracenia wplywajace niekorzystnie na ciag- liwosc stali. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60136 257 Dzidki sposobowi -wedlug wynalazku przy wy¬ twarzaniu stopów o duzej ciagliwosci i duzej wy¬ trzymalosci unika sie celowo takich przebiegów procesów, które przypuszczalnie powoduja obni¬ zenie ciagliwosci stali.Ze stali obrobionych cieplnie sposobem wedlug wynalazku mozna wytwarzac w/zwykly sposób przedmioty o korzystnych wlasnosciach, zwlaszcza przez ksztaltowanie na zimno; Mozna oczywiscie wytwarzac równiez przedmioty z nie poddanych wstepnej obróbce cieplnej stali, zwlaszcza ze stali o wymienionych uprzednio skladach, a nastepnie wykonanym juz przedmiotom nadaje sie na sku¬ tek odpowiedniej obróbki cieplnej wlasciwosci stali stopowych wedlug wynalazku. Istotna zaleta wy¬ nalazku jest przy tym to, ze w przeciwienstwie do dotychczas stosowanych, niezbednych stali wy- sokostopowych, mozna teraz wytwarzac wedlug wynalazku wyroby powszechnego uzycia w spo¬ sób znacznie bardziej ekonomiczny.Do takich wyrobów stalowych wytwarzanych wedlug wynalazku naleza zwlaszcza elementy mo¬ cujace (sruby, gwozdzie^ sworznie, zwlaszcza sworz¬ nie wbijane sluzace do mocowania bezposrednie¬ go, nity, kolki stalowe, czesci tych kolków), a po¬ nadto narzedzia (wiertla, uchwyty wiertel, srubo¬ krety, brzeszczoty pil, stemple tnace, przebijaki), elementy maszyn (takie jak kolki zabezpieczajace, sprezyny talerzowe, zawory, prowadnice zaworów, pierscienie tlokowe, waly, osie, zawleczki, sprzegla, plytki, podkladki), ponadto elementy uzbrojenia (takie jak np. plyty pancerne, plyty ochronne), okucia budowlane, meblowe, okretowe i okucia dla sprzetu sportowego (takie jak lancuchy, za¬ wiasy, listwy krawedziowe do nart), czesci apara¬ tury optycznej i pomiarowej oraz pólwyroby me¬ talowe (takie jak tasmy, druty, blachy, prety, ru¬ ry itp.).Szczególnie odpowiednimi do hartowania izoter- micznego wedlug wynalazku okazaly sie stale sprezynowe o nastepujacym procentowym skladzie wagowym: 15 20 20 25 30 35 c% 0,57—0,65 0,67 0,70 0,75 0,85 1,00 Si% 0,25 0,25 0,25 0,25—0,50 0,90 0,25 Mn% 0,25 0,70 0,60 0,6—0,8 0,96—0,8 0,96—0,8 P i S % max. 0,45 max. 0,45 max. 0,45 1 max. 0,45 1 max. 0,45 1 max. 0,45 | 45 50 55 Ponadto stale z grupy stali narzedziowych do obróbki na zimno, na przyklad stale o nastepuja¬ cym wagowym skladzie chemicznym: C = 1%, Si = 0,3%, Mn = 0,3% i Cr = 1,5% oraz weglowe stale narzedziowe, wzglednie weglowe stale wyz- 60 szej jakosci o nastepujacym wagowym skladzie chemicznym: Przy tym w stalach, o wymienionych na wstepie - skladzie chemicznym, zamiast Mo moze wystepo¬ wac Cr. Na ogól molibden okazuje sie bardziej tó4 •c% 0,62 - 0,58 0,50 0,62—0,72 Si 1,0 0,3 . 0,3 1,3 Mrr% 1,0 i,o ¦-. 1,0 . 0,5 t f i i ¦'. • '0,6. i;i M 0.5 V % ' -' 1 o-1 0,1 — korzystny niz chrom. W szczególnych przypadkach dolna granica zawartosci Mn moze wynosic oko¬ lo 0,25%.Tak wiec, zgodnie z wynalazkiem, powinno sie uzyskiwac wyroby stalowe powszechnego uzycia, takie jak np. sworznie stalowe lub kolki stalowe wbijane o powszechnie spotykanym ksztalcie, slu-r zace do mocowania bezposredniego, które mozna równiez osadzac w stali budowlanej o duzej wy¬ trzymalosci. Przedmiot wynalazku zostanie nadal wyjasniony w oparciu o nizej podane przyklady do wykonania.Przyklad I. Drut o srednicy 0 = 4,5 mm, ze stali zawierajacej wagowo C = 0,73°/o, Mn = = 0,85%, Si = 0,20%, Cr = 0,10%, Mo = 0,29%, P = 0;Ó16% i S = 0,021% "przeciagniety najpierw na zimno, nastepnie wyzarzony zwiekszajaco i zno¬ wu przeciagniety na zimno mial wytrzymalosc okolo 800 N/mm2. Drut ten w odcinkach 1 = 50 mm poddano hartowaniu izotermicznemu zgodnie z wy¬ nalazkiem, przy czym nagrzano go do tempera¬ tury 860°C i przetrzymano w tej temperaturze przez 20 sekund, nastepnie chlodzono go w roz¬ tworze soli nagrzanym do temperatury 240°C przez 40 sekund.Chlodzenie zostalo przerwane gdy mierzone dy¬ latometrycznie wydluzenie próbki wynosilo 80% calkowitego wydluzenia, jakie w tym procesie na¬ stepuje. Oznacza to, ze przemiana bainityczna od¬ byla sie równiez tylko w 80% calkowitej prze¬ miany, jaka w tym procesie zachodzi. Tak zahar¬ towane odcinki drutu poddano próbom wytrzyma¬ losciowym.Praca udarnosciowa na zginarce 80 J zostala zmierzona na mlocie wahadlowym do prób udar- nosciowych z maksymalna zdolnoscia robocza 150 J przy temperaturze pokojowej, (norma DIN 51222).Odleglosc podpory wynosila 30 mm. Uzyskano wy¬ trzymalosc na obciazenie udarowe 795—820 J.Twardosc zas wynosila 58 HRC. Wartosci te oka¬ zaly sie o okolo 25% wyzsze niz przy dotychczas stosowanym hartowaniu izotermicznym tej samej stali z 99% przemiana mierzona dylatometrycznie.Przyklad II. Sworznie i gwozdzie wykona¬ ne z tego samego gatunku stali jak w przykladzie pierwszym zostaly poddane identycznemu harto¬ waniu jak w przykladzie pierwszym, z tym ze byly one nagrzewane do temperatury austenity- zacji pod gazem ochronnym i byly hartowane ja¬ ko material sypki. Po przeprowadzeniu takich sa¬ mych prób wytrzymalosciowych jak w przykla¬ dzie pierwszym wyroby te mialy udarnosc 795— -^820 J i twardosc 58 HRC. Dodatkowe próby na zginanie wykazaly, ze wyroby te osiagnely kat przegiecia 90°, bez sladów naderwan lub pekniec,136 »7 7 podczas gdy te same wyroby hartowane izoter* micznie wedlug dotychczasowego sposobu, to zna¬ czy z przemiana bainityczna do 90% pekaly juz przy kaaie przegiecia wynoszacym 60°.Przyklad III. Z tej samej stali co w przy¬ kladzie pierwszym wykonano drut o srednicy 0 ¦= 4,5 mm. Nastepnie z tego drutu wykonano sprezyny srubowe o srednicy 80 mm. Sprezyny te poddano zgodnemu z wynalazkiem haftowaniu izotermicznemu, stosujac te same temperatury, czasy i srodek chlodzacy jak w przykladzie pierw¬ szym.Pomiary statycznego zginania próbek sprezyn ó srednicy drutu 0 = 4,5 mm i dlugosci 1 = 70 mm, zginanych w odstepach 3 mm, wykazaly, ze spre¬ zyny te moga posiadac znacznie mniejsze srednice i nie beda ustepowaly pod wzgledem wytrzymalo¬ sciowym sprezynom o wiekszej srednicy wykona¬ nym z tej samej stali, lecz haftowanym wedlug dotychczasowego sposobu i posiadajacym twardosc 48HHC.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób obróbki cieplnej stali niestopowej lub niskostopowej, hartowanej bainitycznie, zdolnej do 8 przemiany o (niskiej temperaturze przemiany mar* tenzytyoznej, zawierajacej wagowo od 0,50 do 1,00% C, od 0,10 do 1,5% Si, od 0,25 do 1,50% Mn, maksimum 0,045% P, maksimum 0,045% S, od 5 0,20 do 0,90*/* Mo i/lub od 0,20 do 2,00% Cr, a reszta stal, zelazo i zwykle zanieczyszczenia* ko* rzystnie zawierajaca wagowo od 0,57 do 0,75% €, od 0,15 do 0,35% Si, od 0,50 do 1,50% Mn, zwlasz¬ cza Od 0,70 do 0,85% Mn, maksimum 0,035% P, io maksimum 0,035% S, od 0*20 do 0,50% Mo i/lub od 0,20 do 1,00 Cr, reszta zelazo i zwykle zanie¬ czyszczenia, znamienny tym, ze hartowanie baini- tyczne przeprowadza sie w obszarze temperatury punktu martenxytyczne#o lub w temperaturze od 15 o do 100°C, korzystnie do 50°C zwlaszcza od 5 do 50°C powyzej temperatury punktu martenzytycz- nego i hartowanie to przerywa sie najpózniej przy 85%, korzystnie prizy 55 do 25%, zwlaszcza przy 75 do 85% przemiany w stosunku do mierzonego 20 dylatometrycznie maksymalnego stopnia przemia* ny martenzytycznej. 2. sposób wedlug zastrz. 1, sumienny tym, ze przemiane przerywa uia przy okolo 80% przemiany 25 w stosunku do mierzonego dylatometrycznie ma¬ ksymalnego stopnia przemiany martenzytycznej.WZGrat 2-d 2 — 137/W Cena IW zl -W PL PL PL

Claims (2)

1.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób obróbki cieplnej stali niestopowej lub niskostopowej, hartowanej bainitycznie, zdolnej do 8 przemiany o (niskiej temperaturze przemiany mar* tenzytyoznej, zawierajacej wagowo od 0,50 do 1,00% C, od 0,10 do 1,5% Si, od 0,25 do 1,50% Mn, maksimum 0,045% P, maksimum 0,045% S, od 5 0,20 do 0,90*/* Mo i/lub od 0,20 do 2,00% Cr, a reszta stal, zelazo i zwykle zanieczyszczenia* ko* rzystnie zawierajaca wagowo od 0,57 do 0,75% €, od 0,15 do 0,35% Si, od 0,50 do 1,50% Mn, zwlasz¬ cza Od 0,70 do 0,85% Mn, maksimum 0,035% P, io maksimum 0,035% S, od 0*20 do 0,50% Mo i/lub od 0,20 do 1,00 Cr, reszta zelazo i zwykle zanie¬ czyszczenia, znamienny tym, ze hartowanie baini- tyczne przeprowadza sie w obszarze temperatury punktu martenxytyczne#o lub w temperaturze od 15 o do 100°C, korzystnie do 50°C zwlaszcza od 5 do 50°C powyzej temperatury punktu martenzytycz- nego i hartowanie to przerywa sie najpózniej przy 85%, korzystnie prizy 55 do 25%, zwlaszcza przy 75 do 85% przemiany w stosunku do mierzonego 20 dylatometrycznie maksymalnego stopnia przemia* ny martenzytycznej.

2. sposób wedlug zastrz. 1, sumienny tym, ze przemiane przerywa uia przy okolo 80% przemiany 25 w stosunku do mierzonego dylatometrycznie ma¬ ksymalnego stopnia przemiany martenzytycznej. WZGrat 2-d 2 — 137/W Cena IW zl -W PL PL PL