PL244409B1 - Sposób wytwarzania elementów złącznych, zwłaszcza wkrętów, o strukturze TRIP ze stali średniowęglowej - Google Patents

Sposób wytwarzania elementów złącznych, zwłaszcza wkrętów, o strukturze TRIP ze stali średniowęglowej Download PDF

Info

Publication number
PL244409B1
PL244409B1 PL439652A PL43965221A PL244409B1 PL 244409 B1 PL244409 B1 PL 244409B1 PL 439652 A PL439652 A PL 439652A PL 43965221 A PL43965221 A PL 43965221A PL 244409 B1 PL244409 B1 PL 244409B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
weight
fasteners
retained austenite
wire
content
Prior art date
Application number
PL439652A
Other languages
English (en)
Other versions
PL439652A1 (pl
Inventor
Paweł Klimas
Karol Pawlik
Sylwia Wencel
Zbigniew MUSKALSKI
Zbigniew Muskalski
Jacek Michalczyk
Original Assignee
Klimas Pawel Pphu Klimas
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Klimas Pawel Pphu Klimas filed Critical Klimas Pawel Pphu Klimas
Priority to PL439652A priority Critical patent/PL244409B1/pl
Publication of PL439652A1 publication Critical patent/PL439652A1/pl
Publication of PL244409B1 publication Critical patent/PL244409B1/pl

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21KMAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00Making machine elements
    • B21K1/44Making machine elements bolts, studs, or the like
    • B21K1/46Making machine elements bolts, studs, or the like with heads
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21KMAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00Making machine elements
    • B21K1/56Making machine elements screw-threaded elements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23GTHREAD CUTTING; WORKING OF SCREWS, BOLT HEADS, OR NUTS, IN CONJUNCTION THEREWITH
    • B23G7/00Forming thread by means of tools similar both in form and in manner of use to thread-cutting tools, but without removing any material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING 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
    • C21D7/00Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/02Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working
    • C21D7/10Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by cold working of the whole cross-section, e.g. of concrete reinforcing bars
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Forging (AREA)

Abstract

Sposób wytwarzania elementów złącznych, zwłaszcza wkrętów, ze stali średniowęglowej, w którym umocnienie elementów złącznych następuje w dwóch etapach: podczas procesu ciągnienia kalibrującego oraz podczas plastycznego kształtowania łba i nawalcowywania gwintu charakteryzujący się tym, że obejmuje następujące etapy: (a) drut ze stali o strukturze TRIP zawierający węgiel w ilości od 0,1 do 0,4% wag., zwłaszcza 0,19% wag., mangan w ilości od 0,2 do 1,8% wag., zwłaszcza 1,39% wag., oraz krzem w ilości od 0,2 do 0,55% wag, zwłaszcza 0,23% wag., oraz o zawartości od 5,5 do 12,5% wag. austenitu szczątkowego w zależności od gatunku stali, zwłaszcza od 11,4 do 11,90% wag., poddaje się procesowi ciągnienia kalibrującego, w którym ubytek przekroju poprzecznego wynosi 5-25%, przy czym w etapie tym zawartość austenitu szczątkowego w przeciągniętym drucie zmniejsza się o 20-50% wartości początkowej, następnie drut tnie się na kawałki odpowiadające długości elementów złącznych, zwłaszcza wkrętów, i odkształca się plastycznie kształtując jego łeb i nawalcowując gwint, przy czym w otrzymanym elemencie złącznym, zwłaszcza wkręcie, po tym etapie zawartość austenitu szczątkowego w elemencie złącznym zmniejsza się o 85-95% jego wartości początkowej.

Description

Opis wynalazku
Wynalazek dotyczy sposobu wytwarzania elementów złącznych, zwłaszcza wkrętów, o strukturze TRIP ze stali średniowęglowej przeznaczonych do stosowania jako elementy złączne w budownictwie, w szczególności w postaci kotew do betonu, wkrętów ciesielskich, śrub i gwoździ.
Powszechnie znany w stanie techniki jest sposób wytwarzania kotew, wkrętów lub śrub polegający na ciągnieniu miękkiej walcówki na drut o średnicy gotowego wyrobu, jego cięciu na odpowiednie odcinki, a następnie kształtowaniu łba poprzez spęczanie i wybijanie gniazda, po czym następuje walcowanie gwintu w walcarce dwu lub trójwalcowej i dwuetapowa obróbka cieplna poprzez hartowanie i odpuszczanie.
Z kolei z polskiego opisu patentowego PL227481 B1 znany jest sposób wytwarzania wkrętów ciesielskich z drutu w kręgach, który charakteryzuje się tym, że najpierw drut poddaje się prostowaniu a następnie cięciu na odcinki o zadanej długości od 80-400 mm, po czym kolejne odcinki poddaje się kształtowaniu łba na zimno a następnie wykonuje się gwint, po czym nacina się karb tnący i tak wykonane wkręty podwiesza się za łeb na zawiesiach i przemieszcza w szczelinowej komorze strefy grzewczej przelotowej nagrzewnicy indukcyjnej z płaskim wzbudnikiem stanowiącym jednocześnie płaszcz termiczny dla nagrzewanych wkrętów, po czym wkręty trafiają do wodnej kąpieli hartującej. Tak wykonane wkręty poddaje się cynkowaniu galwanicznemu.
Polski opis patentowy PL220693 B1 ujawnia sposób wykonania elementu złącznego, polegający na obróbce plastycznej elementu, zawierającej operację kucia, wiercenia i walcowania gwintu, charakteryzuje się tym, że półfabrykat elementu stalowego w postaci odkuwki poddaje się operacji kucia z jednoczesnym nakłuciem przeciwbieżnym nieprzelotowego otworu, po czym wierci się korzystnie poprzeczny otwór, a następnie wykonuje się poprzez operację walcowania gwint zewnętrzny, po czym element poddaje się obróbce cieplnej i obróbce powierzchniowej.
Celem wynalazku było opracowanie takiego sposobu wytwarzania wkrętów mocujących stanowiących elementy złączne z zastosowaniem do ich wytwarzania stali z efektem TRIP, gdzie podczas ich formowania odkształcenie plastyczne w strukturze materiału oprócz umocnienia odkształceniowego spowoduje przemianę występującego w strukturze austenitu szczątkowego w martenzyt, co wywoła dodatkowo takie umocnienie materiału, że element złączny spełni warunki klasy co najmniej 8.8, czyli uzyskiwana wytrzymałość na rozciąganie (Rm) będzie większa niż 800 MPa a uzyskane parametry zostaną osiągnięte bez konieczności stosowania końcowej obróbki cieplnej polegającej na hartowaniu i odpuszczaniu, które to procesy są energochłonne, czasochłonne i wpływają niekorzystnie na zanieczyszczenie środowiska.
Na potrzeby niniejszego zgłoszenia, przez określenie „stal o wielofazowej strukturze TRIP (ang. Transformation Induced Plasticity)” rozumie się strukturę stali zawierającą ferryt i bainit z zawartością austenitu szczątkowego wynoszącą maksymalnie w danym gatunku stali nawet 100-krotność zawartości procentowej węgla. I tak na przykład dla stali o zawartości 0,19% wag. C, maksymalna ilość austenitu może wynosić 19%. Są to zawartości teoretyczne, które można by uzyskać przy idealnie dobranym składzie chemicznym stali i przy małych wymiarach próbek oraz przy bardzo zawężonych zakresach parametrów obróbki cieplnej. W warunkach przemysłowych taki rezultat trudno osiągnąć, więc na potrzeby zgłoszenia przyjmuje się, że w strukturze TRIP uzyskanej w warunkach przemysłowych ilość austenitu szczątkowego zapewniająca korzystne własności materiału powinna wynosić min. 30-krotność zawartości procentowej C w materiale. Tak więc w stali SG3 zawierające 0,9% wag. C powinno być minimum 2,4% wag. austenitu, a w stali S355J3 o zawartości 0,19% wag. C powinno być minimum 5,7% wag. austenitu.
Istotę wynalazku stanowi wytwarzanie elementów złącznych, zwłaszcza wkrętów, ze stali średniowęglowej, w którym umocnienie elementów złącznych następuje w dwóch etapach: podczas procesu ciągnienia kalibrującego oraz podczas plastycznego kształtowania łba i nawalcowywania gwintu. Sposób ten charakteryzuje się tym, że obejmuje następujące etapy:
a) drut ze stali o strukturze TRIP zawierający węgiel w ilości od 0,1 do 0,4% wag., zwłaszcza 0,19% wag., mangan w ilości od 0,2 do 1,8% wag., zwłaszcza 1,39% wag., oraz krzem w ilości od 0,2 do 0,55% wag, zwłaszcza 0,23% wag., oraz o zawartości od 5,5 do 12,5% wag. austenitu szczątkowego w zależności od gatunku stali, zwłaszcza od 11,4 do 11,9% wag., poddaje się procesowi ciągnienia kalibrującego, w którym ubytek przekroju poprzecznego wynosi 5-25%, przy czym w etapie tym zawartość austenitu szczątkowego w przeciągniętym drucie zmniejsza się o 20-50% wartości początkowej,
b) następnie drut tnie się na kawałki odpowiadające długości elementów złącznych, zwłaszcza wkrętów, i
c) odkształca się plastycznie kształtując jego łeb i nawalcowując gwint, przy czym w otrzymanym elemencie złącznym, zwłaszcza wkręcie, po tym etapie zawartość austenitu szczątkowego w elemencie złącznym zmniejsza się o 85-95% jego wartości początkowej,
W etapach a) i c) występują jednocześnie dwa mechanizmy powodujące wzrost własności mechanicznych: umocnienie wywołane odkształceniem plastycznym materiału i jednoczesną przemianą austenitu szczątkowego w martenzyt który umacnia strukturę.
Ubytek austenitu szczątkowego w elementach wytwarzanych sposobem według wynalazku jest spowodowany tym, że pod wpływem odkształceń plastycznych podczas procesu ciągnienia oraz przy odkształcaniu plastycznym drutu przy kształtowaniu łba i walcowaniu gwintu przekształca się on w martenzyt.
Korzystnie, gdy w sposobie według wynalazku odkształcenie plastycznie w etapie c) zachodzi przy nacisku całkowitym prasy wynoszącym minimum 18 ton przy średnicy drutu ze stali o strukturze TRIP wynoszącej minimum 4,55 mm.
Zaletą realizacji sposobu według wynalazku jest to, że uzyskany element będący wyrobem końcowym posiada, dzięki dodatkowemu umocnieniu spowodowanemu przemianą austenitu szczątkowego w martenzyt, podwyższone własności mechaniczne i spełnia wymagania stawiane wyrobom w klasie 8.8, bez stosowania obróbki cieplnej polegającej na hartowaniu i odpuszczaniu, czyli jego wytrzymałość na rozciąganie Rm musi być większa lub równa 800 MPa. Sposób według wynalazku, dzięki odkształceniu plastycznemu oraz przemianie części austenitu szczątkowego w martenzyt który dodatkowo umacnia strukturę materiału pozwala na wzrost wytrzymałości na rozciąganie z zakresu 350 do 600 MPa dla drutu wyjściowego, do zakresu 600-750 MPa dla drutu finalnego. Uzyskanie w drucie końcowym wytrzymałości na rozciąganie w zakresie 600-750 MPa przy zachowaniu dużej plastyczności materiału pozwala na dalsze jego plastyczne odkształcanie. Otrzymany drut cięty jest na odcinki o odpowiedniej długości dla danego typu elementu złącznego a następnie poddawany jest operacji kucia łba i wybijania w nim gniazda po czym na trzpień nawalcowywany jest gwint. Operacje kształtowania łba oraz walcowania gwintu powodują umocnienie materiału będące wynikiem kolejnego odkształcenia plastycznego oraz dalszej przemianie pozostałego w strukturze materiału austenitu szczątkowego, co skutkuje wzrostem wytrzymałości na rozciąganie tak wykonanego elementu złącznego do wartości Rm > 800 MPa, co spełnia warunki wytrzymałości na rozciąganie dla elementów złącznych w klasie 8.8.
Dodatkową zaletą jest to, że element złączny wykonany ze stali z efektem TRIP zawiera w swojej strukturze także pewną ilość nieprzemienionego austenitu szczątkowego , który podczas jego eksploatacji może pod wpływem działania obciążeń zewnętrznych ulegać przemianie w martenzyt, co wpłynie na jego umocnienie, a co za tym idzie przedłuży żywotność tego elementu.
Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania nieograniczającym jego zakresu.
W przykładzie wykonania wykorzystano walcówkę ze stali średniowęglowej w gatunku S355J2 zawierającą węgiel w ilości 0,19% wag., mangan w ilości od 1,39% wag. oraz krzem w ilości 0,23% wag. Walcówkę tą o średnicy 6,50 mm przeciągnięto na druty pośrednie w dwóch wariantach: drut o średnicy 5,00 mm (Wariant 1) oraz drut o średnicy 4,80 mm (Wariant 2). Druty pośrednie z obu wariantów poddano dwuetapowej obróbce cieplnej typu TRIP, zapewniającej w ich strukturze wysoką zawartość austenitu szczątkowego (odpowiednio 11,4% wag. i 11,9% wag.).
Druty te po obróbce cieplnej i uzyskaniu struktury wielofazowej typu TRIP posiadały wytrzymałość na rozciąganie (Rm) na poziomie: 623 MPa (Wariant 1) oraz 635 MPa (Wariant 2). Następnie druty te przeciągnięto na jednakową średnicę końcową równą 4,55 mm, drut z wariantu 1 z całkowitym ubytkiem przekroju Gc wynoszącym 17,2%, a drut z wariantu 2 z Gc wynoszącym 10,1%. Po procesie ciągnienia druty finalne posiadały wytrzymałość na rozciąganie odpowiednio Rm wynoszące 750 MPa (Wariant 1) oraz Rm wynoszące 720 MPa (Wariant 2), przy czym po tym procesie zawartość austenitu szczątkowego w wytwarzanym elemencie zmniejszyła się do 6,6% wag. (Wariant 1) oraz 7,25% wag. (Wariant 2).
Z otrzymanych w dwóch wariatach drutów wykonano elementy złączne typu KPS-6 podczas plastycznego kształtowania łba i nawalcowywania gwintu przy nacisku całkowitym prasy wynoszącym 20 ton. W efekcie uzyskano elementy złączne w postaci wkrętów o zawartość austenitu szczątkowego wynoszącej odpowiednio 0,8% wag. (Wariant 1) oraz 1,18% wag. (Wariant 2).
Badania własności mechanicznych wykazały, że elementy złączne wykonane z drutów według wariantu 1 posiadały Rm = 840 MPa, a z drutów wg. Wariantu 2 posiadały Rm = 825 Mpa, a więc elementy złączne wykonane z obu wariantów drutów końcowych (finalnych) spełniały wymagania stawiane wyrobom w klasie własności 8.8.

Claims (2)

1. Sposób wytwarzania elementów złącznych, zwłaszcza wkrętów, ze stali średniowęglowej, w którym umocnienie elementów złącznych następuje w dwóch etapach: podczas procesu ciągnienia kalibrującego oraz podczas plastycznego kształtowania łba i nawalcowywania gwintu, znamienny tym, że obejmuje następujące etapy:
a) drut ze stali o strukturze TRIP zawierający węgiel w ilości od 0,1 do 0,4% wag., zwłaszcza 0,19% wag., mangan w ilości od 0,2 do 1,8% wag., zwłaszcza 1,39% wag., oraz krzem w ilości od 0,2 do 0,55% wag, zwłaszcza 0,23% wag., oraz o zawartości od 5,5 do 12,5% wag. austenitu szczątkowego w zależności od gatunku stali, zwłaszcza od 11,4 do 11,9% wag., poddaje się procesowi ciągnienia kalibrującego, w którym ubytek przekroju poprzecznego wynosi 5-25%, przy czym w etapie tym zawartość austenitu szczątkowego w przeciągniętym drucie zmniejsza się o 20-50% wartości początkowej,
b) następnie drut tnie się na kawałki odpowiadające długości elementów złącznych, zwłaszcza wkrętów, i
c) odkształca się plastycznie kształtując jego łeb i nawalcowując gwint, przy czym w otrzymanym elemencie złącznym, zwłaszcza wkręcie, po tym etapie zawartość austenitu szczątkowego w elemencie złącznym zmniejsza się o 85-95% jego wartości początkowej.
2. Sposób według zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, że odkształcenie plastycznie w etapie c) zachodzi przy nacisku całkowitym prasy wynoszącym minimum 18 ton przy średnicy drutu ze stali o strukturze TRIP wynoszącej minimum 4,55 mm.
PL439652A 2021-11-26 2021-11-26 Sposób wytwarzania elementów złącznych, zwłaszcza wkrętów, o strukturze TRIP ze stali średniowęglowej PL244409B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL439652A PL244409B1 (pl) 2021-11-26 2021-11-26 Sposób wytwarzania elementów złącznych, zwłaszcza wkrętów, o strukturze TRIP ze stali średniowęglowej

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL439652A PL244409B1 (pl) 2021-11-26 2021-11-26 Sposób wytwarzania elementów złącznych, zwłaszcza wkrętów, o strukturze TRIP ze stali średniowęglowej

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL439652A1 PL439652A1 (pl) 2023-05-29
PL244409B1 true PL244409B1 (pl) 2024-01-22

Family

ID=86548332

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL439652A PL244409B1 (pl) 2021-11-26 2021-11-26 Sposób wytwarzania elementów złącznych, zwłaszcza wkrętów, o strukturze TRIP ze stali średniowęglowej

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL244409B1 (pl)

Also Published As

Publication number Publication date
PL439652A1 (pl) 2023-05-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5538566A (en) Warm forming high strength steel parts
CA2193847C (en) Cold formed high-strength steel structural members
CA2147979C (en) Cold formed high-strength steel parts
US5453139A (en) Method of making cold formed high-strength steel parts
AU729607B2 (en) Hot rolling high-strength steel structural members
KR100191696B1 (ko) 고강도강 부품 및 그 제조방법
EP0777752B1 (en) Method of making profiles of high-strength structural steel having at least one flange
CN1954088A (zh) 冷加工性能优异的高强度钢丝、钢棒或高强度成形制品及其制造方法
GB2289231A (en) High-adhesion/high-strength deformed steel bar and method for manufacturing the same
PL244409B1 (pl) Sposób wytwarzania elementów złącznych, zwłaszcza wkrętów, o strukturze TRIP ze stali średniowęglowej
Pachurin et al. Rolled stock structure and surface condition factor for quality of automobile fasteners insurance
CA2128019C (en) High-strength steel parts and method of making
EP1235940B1 (en) Cold formed flat-rolled steel structural members
KR920010159B1 (ko) 고강도 나선 철근용 선재의 제조방법 및 고강도나선철근
CA2166713C (en) Warm forming high strength steel parts
Pachurin et al. Environmentally friendly and resource saving treatment of rolled products made of pearlitic steel prior to metalware upsetting
Skubisz et al. Drop forging of HSLA steel with application of thermomechanical treatment
RU2227811C1 (ru) Способ термической обработки проката
CN107287394A (zh) Cq钢向dp钢过渡镀锌时的温度控制方法
JPH0233771B2 (pl)
RU2425897C1 (ru) Способ изготовления стержневого проката винтового профиля