SE519887C2 - Metod för värmebehandling av konstruktionsdelar av stål eller gjutjärn - Google Patents

Description

1 9 8 8 7 2 Bainit och martensit (stabiliserad) skiljer sig inte avseende hårdhet, restaustenit och måttstabilitet. Bainit uppvisar emellertid bättre seghetsegenskaper än martensit och även ett annat egenspänningstillstånd. Bägge metoderna har dessutom följande nackdelar: ø de blir för närvarande alltid fullständigt genomförda, d.v.s. det sker antingen en komplett omvandling till martensit eller till bainit, varvid kombinationer av tid och temperatur, avkylning respektive omvandling i bainitstadiet företas såsom det fastställs i tid- temperatur-omvandlingsdiagram (se Figur 1 i ”Atlas zur Wärmebehandlung der Stähle”), 0 tiden för att nå de önskade egenskaperna hos konstruktionsdelarna är relativt lång; den ligger för genomhärdat kullagerstål på mer än 4 timmar, såväl vid bainitisering som även vid Stabilisering av martensitiskt härdade konstruktionsdelar, o på grund av uteslutningen av de hittills kända metoderna är varken en kombination av egenskaper från bainit och martensit möjlig, eller en minskning av tiden för hela processen.

Uppgiften för föreliggande uppfinning är att erbjuda en metod för vännebehandling av konstruktionsdelar av stål, speciellt konstruktionsdelar av genomhärdat kullagerstål, med vilken det är möjligt att ställa in önskade mellantillstånd av strukturerna mellan martensit och bainit och lämpligt anpassa produktegenskapema hos konstruktionsdelama, varvid samtidigt en minskning av behandlingstiden uppnås.

Denna uppgift löses med metoden som beskrivs i den kännetecknande delen av patentkrav 1.

Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas närmare under hänvisning till bifogade figurer, av vilka Fig. 1 är ett tid-temperaturomvandlingsdiagram ur ”Atlas zur Wärmebehandlung der Stähle”.

Fig. 2 visar ett flödesdiagram för metoden enligt föreliggande uppfinning, och Fig. 3 är ett flödesdiagram för en altemativ metod enligt föreliggande uppfinning.

I tid-temperaturomvandlíngsdiagrammet enligt Fig. 1 betecknar A austenitorrirådet, A + K austenit och karbidområdet, K karbidbildningsområdet, O hårdhetsvärdde i HV, P 519 887 3 perlitbildningsornråde, Zw ornråde för mellannivåer-strukturbildning, 5; 90 strukturandel i procent. Bestämningsmetoder: dilatometriskt och metallografiskt på prov med en diameter på 4 mm och en längd på 30 mm. Metallografiskt på små plattor med en tjocklek på 3 mm.

Vid metoden enligt uppfinningen låter sig följande processparametrar förändras och ställas in: 0 austenitisering 0 avkylningshastighet från austenitiseringstemperatur 0 temperaturi början av bainitomvandling 0 hålltiden i området för bainitstadiet 0 slag och sätt för avkylningen efter denna behandling (hastighet, sluttemperatur) 0 hålltid tills anlöpningsbehandling 0 korttidsanlöpning Inställningen av dessa parametrar ligger till grund för följande överväganden: 0 Austenitisering Matris-kolinnehåll låter sig ställas in över lämpliga kombinationer av tid och temperatur (se tid-temperatur-austenitiseringsfigurer). Detta berör även martensitstartpunkten, tiden tills början av bainitomvandlingen och tiden för densamma. 0 Avkylningshastighet Avkylningshastigheten bör enligt ytterligare ett kännetecken av uppfinningen liksom vid standard-martensithärdning och även standardbainithärdning väljas så att troostitbildning (utfällning av finlarnellär perlit i omvandlingsstrukturen) undertrycks. Avkylningen kan enligt ytterligare kännetecken av uppfinningen som förut genomföras vanligt i saltbad eller oljor som kylmedel. Man kan dock även använda vatten-luftblandningar (spray) respektive gaser.

Avkylningen av konstruktionsdelama stoppas enligt uppfinningen, innan martensit- startpunkten (MS-temperatur) underskiids. För genomhärdat kullagerstål betyder detta (motsvarande austenitisering förutsätts) c:a 235 °C. En kortvarig sänkning av konstruktionsdelamas temperatur till värden under MS-temperaturen kan visa sig vara 519 855' 4 fördelaktig. I ett sådant fall bildas martensit redan i gränsskiktet, innan vidare omvandling följer för resten av tvärsnittet i konstruktionsdelama. 0 Temperatur i början av bainitomvandling Den bestämmer typen av den bildade bainiten (nedre/ övre bainitstadiet) och därmed även egenskapema hos dessa strukturandelar. Ju högre temperaturen är, desto lägre blir den resulterande hårdheten, men desto högre blir segheten (åtminstone i det nedre bainitstadiet).

Enligt ett ytterligare kännetecken av uppfinningen bör temperaturen röra sig i området knappt över MS-temperatur, alltså cza 225 till cza 270°C, eftersom på grund av den låga hårdhet som kan uppnås, man annars kan förvänta sig en minskning av livslängden och brukningstiden. 0 Hålltid vid bainitomvandlingstemperaturen Ju längre hålltid vid denna temperatur, desto större är mängddelen av bainitstruktur. Därvid är mängden bildad bainit inte proportionell mot hålltiden i omvandlingsorrirådet. Redan vid cza 20 % av den tid som krävs för fullständig omvandling är cza 50 % av strukturema omvandlade till bainit. En variation av hålltiden medför förändringar i andelar av strukturema (bainit, martensit och restaustenit) och därmed förändrade produktegenskaper. o Avkylnin g efter partiell omvandling Avkylningen bör avlöpa så fort som möjligt. Detta sker enligt ytterligare ett kännetecken av uppfinningen, lämpligen vid användning av blandningar av vatten och luft. En avkylning vid stillastående luft förefaller inte tillrådli gt, eftersom - annars skulle processtiden förlängas - åtminstone till MS-temperaturen uppnåtts skulle ytterligare bainitandelar bildas, och - eventuella spänningar kunna uppstå, vilka i förekommande fall skulle kunna leda till sprickbildning (rnikrosprickor).

Sluttemperaturen är vanligtvis rumstemperatur. Enligt ytterligare ett *kännetecken av uppfinningen kan dock även en efterkylning, såsom vid standard-martensithärdning vanligtvis 519 8 8 7 5 (5 -10 °C), företas emellan. Med denna efterkylning förbättras måttstabiliteten hos konstruktionsdelama i användningsfallet. 0 Hålltid före anlöpning Hålltiden fram till början av anlöpningen bör vara så kort som möjligt. Enligt ett kännetecken hos uppfinningen bör den maximalt ligga på 5 minuter. På grund av existerande erfarenheter, bland annat i korttidshärdningsanläggningar, är även en begränsning till < 3 minuter tekniskt möjlig. v Kortvari g anlöpning Anlöpningen av den vid avkylning från martensit-starttemperaturen bildade martensiten och i förekommande fall den redan förekommande bainiten kommer att företas efter det kortvariga anlöpningsförfarandet, som beskrivs i patentet DE 40 07 487 C2. Därmed kan såväl anläggningstemperaturen som även den totala genomloppstiden välj as så att erforderligt hårdhetsvärde, restaustenithalt, måttstabilitetskrav, etc. kan innehållas.

Alltefter val av i det tidigare nämnda processparametrarna, kommer vid användning av metoden enligt uppfinningen en struktur att föreligga, i vilken olika andelar av bainit, martensit och i förekommande fall restaustenit föreligger bredvid varandra. Motsvarande andelar kan dessutom vara olika genom tvärsnittet av konstruktionsdelen.

På grund av att det anses nödvändigt att följa de fastställda metodparametrarna, (som t.ex. hålltider, temperaturer, avkylningsmedlets egenskaper) är det absolut erforderligt att använda anläggningar som är tillräckliga för fordringarna med avseende på processtyming och konstanta temperaturer.

Detta är även förutsättningen för att aktuella produktkrav målinriktat kan ställas in och även uppnås. De tills nu vanliga toleranserna, t.ex. för hårdhet, kan snävas in. I stället för fordringarna på 58 - 62 HRC som hårdhet efter martensithärdning (stabiliserad) respektive bainithärdning kan t.ex. 58 - 60, 59 - 61 HRC eller i förekommande fall även 62 - 63 PHQC fastställas. För riktad inställning av metodparametrama rekommenderas användning av lämpliga PC-program, som bland annat ur den kemiska sammansättningen de använda smält- 519 887 6 och austenitiserings-, såväl som avkylnings- och omvandlingsbetingelsema beräknar de förväntade produktegenskaperna. Därmed är det möjligt med en typ av självoptimering av processen.

Ett flödesdiagram för metoden enligt uppfinningen visas i Figur 2.

Konstruktionsdelama värms först upp till austenitiseringstemperatur (c:a 860 - 1050 °C) och hålls där, beroende på väggtjocklek, cza 0,01 till c:a 0,5 timmar (1). Från denna austenitiseringstemperatur kyls konstruktionsdelarna på kortast möjliga tid i ett saltbad till en temperatur på cza 225 till 270 °C, knappt över MS-temperaturen (2), varvid avkylnings- hastigheten väljs så att troostitbildningen undertrycks. Vid denna temperatur hålls konstruktionsdelarna (3), tills den önskade mängddelen bainitstrukturer gentemot martensit och restaustenit uppnås. I det framställda exemplet är hålltiden cirka 1 timma. I anslutning därtill sker en snabb avkylning (4) till rumstemperatur av konstruktionsdelama , t.ex. genom användning av en blandning av vatten och luft. Efter en kort hålltid (5) på max 3 minuter sker en kortvarig anlöpning (6). Denna kortvariga anlöpning kan ske enligt DE 40 07 487, vid vilken konstruktionsdelania inom en enligt fonneln t/d = 50 till 210 (t = uppvärmningstemperaturi sekunder, d = väggtjocklek av konstruktionsdelen i mm) en begränsad värmningstid anlöps vid en temperatur, som ligger upp till 100 K över anlöpningstemperaturen på 200 till 260 °C, varvid den använda temperaturen väljs på så sätt att den angivna värmningstiden resulterari en hårdhet hos konstruktionsdelarna från 55 till 65 HRC och dessa kyls omedelbart efteråt till rumstemperatur.

Som redan har nämnts kan mellan avkylningen efter den partiella omvandlingen och hålltiden före den kortvariga anlöpningen insättes en efterkylning. Detta förfarande enligt uppfinningen är såsom Figur 3 visar, betydligt kortare än den vanliga bainithärdningen.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 «.- -m PATENTKRAV Metod för värmebehandling av konstruktionsdelar av stål eller gjutjärn, speciellt a) b) C) d) konstruktionsdelar av genomhärdat rullningslagerstål, kännetecknad av följ ande metodsteg: uppvärmning av konstruktionsdelarna till austenitiseringstemperatur, austenitisering genom att hålla denna temperatur, snabb avkylníng till ungefär martensit-startpunkten (MS-temperatur), bibehållande av bainit-omvandlingstemperaturen fram till partiell omvandling; snabb avkylning efter partiell omvandling till rumstemperatur, kort hålltid vid rumstemperatur och därefter kortvarig anlöpning. Metod enligt patentkrav 1, kännetecknad av, att avkylningshastigheten i metodsteget c) väljs så att troostitbildning undertrycks. Metod enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknad av, att avkylningen avbryts innan martensit-startpunkten underskrids. Metod enligt patentkrav 2 eller 3, kännetecknad av, att avkylningen utförs i saltbad. Metod enligt patentkrav 2 eller 3, kännetecknad av, att avkylningen utförs i olja. 10 15 20 25 30 10. 11. 12. 519 887 Metod enligt patentkrav 2 eller 3, kännetecknad av, att avkylningen utförs i blandningar av vatten och luft. Metod enligt patentkrav 2 eller 3, kännetecknad av, att avkylningen utförs i gas. Metod enligt patentkrav 1 till 7, kännetecknad av, att hålltíden efter metodsteg d) genomförs vid temperaturer knappt över MS-temperatur. Metod enligt patentkrav 1 till 8, kännetecknad av, att avkylningen efter metodsteg e) sker i blandningar av vatten och luft. Metod enligt patentkrav 1 till 9, kännetecknad av, att mellan metodstegen e) och f) genomförs en efterkylning. Metod enligt patentkrav 1 till 10, kännelecknad av, att hålltiden efter nietodsteg f) begränsas till maximalt 5 minuter. Metod enligt patentkrav 11, kännetecknad av, att hålltiden begränsas till S 3 minuter.