WO2013124283A1 - Method for producing high-strength molded parts from high-carbon and high-manganese-containing austenitic cast steel with trip/twip properties - Google Patents

Method for producing high-strength molded parts from high-carbon and high-manganese-containing austenitic cast steel with trip/twip properties Download PDF

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WO2013124283A1
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cold
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cold forming
cast
steel
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Andreas Weiss
Marco Wendler
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Technische Universität Bergakademie Freiberg
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Definitions

  • the invention relates to a cost-effective method for producing high-strength molded parts made of high-carbon and high-manganese austenitic cast steel with TRIP / TWIP properties (formation induced plasticity / twinning induced plasticity).
  • the moldings produced according to the invention endure high static and / or dynamic stresses and are therefore suitable for components subject to wear and crash.
  • Such parts are, for example, fasteners, drive shafts, bearing parts and structural elements of the body shop as well as cutting and striking tools.
  • Austenitic cast steel is used once for the production of semi-finished products in the form of strand, slab or billet casting. These semi-finished products undergo hot working, such as rolling or forging. The hot forming transforms the primary cast structure by recrystallization into a fine-grained secondary structure. In addition, segregation caused by solidification will be reduced. In contrast to the primary cast structure, the hot formed secondary structure of the steel is cold-formable, so that the hot forming can be followed by cold forming.
  • austenitic cast steel is the starting material for the production of molded parts that are used as cast steel parts. The melt is poured into appropriate molds. The manufactured steel castings do not undergo cold forming due to their increased susceptibility to cracking.
  • a TRI P / TW IP effect is produced under load triggered.
  • the load refers to the application or overuse.
  • the TRIP / TWIP effect can be triggered during testing of the steel, for example in tensile and compression tests. If the yield strength of the steel is exceeded during the load, the cast part deforms plastically. During the plastic deformation, a deformation-induced ⁇ - and / or ⁇ '-martensite or twin formation is triggered.
  • Example a component of high manganese, solid and tough steel mold casting having a manganese content of 4 to 30% and a carbon content of 0.01 to 0.6% and other alloying elements described.
  • the tensile strength, the elongation at break and the Impact strength are achieved.
  • Components with these properties are used in plant and refrigeration, in vehicle and aircraft construction and in the transport and liquefaction of gases in the low temperature range.
  • the published patent application DE10 2010 026 808 A1 describes a corrosion-resistant austenitic steel casting with TRIP / TWIP properties and with an increased phosphorus content of 0.05 to 1.5%, which is used exclusively in its cast form while retaining the raw cast structure without deformation becomes. It is stated that the plasticity effects are not adversely affected by the high phosphorus content. As the phosphorus content increases, only the strength properties are slightly increased while the toughness properties remain unaffected. Above all, phosphorus improves the flowability of cast steel. The effect of phosphorus in high-carbon and high-manganese austenitic cast steel on the TRI P / TW IP effect and the cold workability, however, is unknown and is technically not yet used. A targeted cold forming of the cast component to increase the strength and the final production is not carried out in the aforementioned disclosure.
  • the patent DE 10 2009 013 631 B3 alone refers to a targeted cold forming of TRIP / TWIP cast steel.
  • This patent describes a process for the production of high-strength molded parts from high-alloy cast steel.
  • a near-net shape blank with narrow mass tolerance by casting preferably by the fine-pressure casting or squeeze casting process made of high-alloy steel casting with TRIP / TWIP effect is produced.
  • the geometry of the cast near-net shape blank only slightly depends on the geometry of the finished part. Therefore, this blank undergoes only a relatively small cold forming below 200 ° C. Due to the cold forming of the steel cast and the near-end molded castings solidified in finished parts.
  • the manufactured finished part consists of relatively weak cold formed, solidified cast steel and therefore has a relatively high residual toughness. Therefore, the components have a relatively high energy absorption capacity and thus have a high Crashreserve.
  • tensile strengths greater than 500 to 1600 MPa are achieved. The constriction is 80 to 50% and the associated elongation at break between 70 and 10%.
  • a disadvantage of the prior art is that the method described in DE 10 2009 013 631 B3 is applicable only to moldings made of austenite-containing cast steel with a stacking fault energy of less than 35mJ / m 2 . Therefore only austenitic steels with a relatively low carbon content are considered for this process. Because of the high carbon factor in the relationship given, one skilled in the art will conclude that the method is not applicable to high carbon and high manganese steels.
  • DE 10 2010 034 161 A1 discloses a process for the production of workpieces made of an austenitic lightweight structural steel with a carbon content of 0.2 to 1.0%, an aluminum content of 0.05 to 15%, a silicon content of 0.05 to 6.0% and a manganese content of 9 to 30%.
  • the thus molten lightweight steel is initially hot-formed.
  • the production of strips, sheets or tubes comprises a decarburizing annealing treatment under an oxidizing atmosphere.
  • the performed annealing serves to decarburize the surface layer of the steel.
  • the carbon escapes. It sets a concentration gradient of carbon between the center and edge of the workpiece.
  • the result is that the originally stable austenite in the edge region becomes unstable or metastable. This austenite converts to martensite during cooling or remains austenitic.
  • the metastable austenite can convert to martensite during cold working. Due to the formation of martensite in the edge area, the surface layer solidifies and becomes hard.
  • a gradient material is produced for a wrought alloy, which consists of an edge area with a martensitic structure and a center area with an austenitic structure.
  • the object of the invention is to specify a cost-effective method for producing a molded part of high-carbon and high manganese-containing austenitic cast steel with TWIP / TRIP properties and its use.
  • the object is achieved by a method for producing high-strength moldings or semi-finished austenitic cast steel with the following steps:
  • an austenitic cast steel having the following composition (in percent by mass) a carbon content of 0.4 to 1.2%, preferably 0.4 to 0.8% of a manganese content of 12 to 25%, preferably 12 to 20%; a phosphorus content of 0.01 to 1, 5%, preferably 0.1 to 1, 0% a silicon content of ⁇ _3%, preferably ⁇ 2%, particularly preferably 0.3 to 3%, most preferably 0.3 to 2 %, and an aluminum content of ⁇ 3%, preferably ⁇ 0.1%, particularly preferably 0.01 to 0.1%, very particularly preferably 0.1 to 3%,
  • the austenitic cast green stock melted with the composition according to the invention has TRIP / TWIP properties.
  • TRIP / TWIP property means that the austenite of the cast steel transforms deformation-induced into ⁇ - and / or ⁇ '-martensite during a mechanical stress. As a result, the plastic deformation capacity and the tensile strength increase. By twinning (TWIP effect) these property changes can be enhanced.
  • Austenitic steels are high-alloyed steels. At room temperature, they have an austenitic structure with u. U. small ⁇ -ferrite. The Ms temperatures for the ⁇ '- or ⁇ -martensite formations are below room temperature.
  • Cast steel is steel, which is cast in molds or as a semi-finished product. One uses the advantageous properties of the material steel and at the same time the casting advantages in the component geometry and design.
  • an austenitic cast raw material with TRIP / TWIP properties is first prepared by cooling a high-carbon and high manganese-containing melt having a carbon content of 0.4 to 1.2%, a manganese content of 12 to 25%, a phosphorus content of 0.01 to 1, 5%, preferably 0.1 to 1, 0%, a silicon content of ⁇ _3%, preferably ⁇ 2%, particularly preferably 0.3 to 3%, very particularly preferably 0.3 to 2%, an aluminum content of ⁇ 3% , preferably ⁇ 0.1%, particularly preferably 0.01 to 0.1%, very particularly preferably 0.1 to 3%, the remainder being iron and melting-accompanying steel accompanying elements is produced (contents in each case in percent by mass).
  • This Gussrohteil locally may already have the dimensions of the finished part, but it is usually a close to the final dimensions or endab spresfernes Gussrohteil.
  • the casting blank subsequently undergoes cold working of at least 10% below 200 ° C, preferably below 100 ° C, most preferably near room temperature.
  • it is cooled during the cold forming
  • Cold forming means that the cast semifinished product or molded part cooled to below 200 ° C., preferably to below 100 ° C., more preferably to near room temperature, is not heated before or during the shaping, wherein heating by the deformation itself does not warm up be valid. According to the invention, however, the cold-formed semi-finished products or molded parts are cooled during the cold forming, i. Heating of the castings is restricted during cold forming by cooling or by stepwise cold forming with subsequent cooling to room temperature.
  • the room temperature is determined by the ambient temperature of the air.
  • the temperature of the medium used (air, oil, water) to which the parts are subjected at the beginning of cold forming determines the initial temperature during forming. If the parts are removed, for example, from fresh tap water, this initial temperature is usually slightly lower than room temperature. This temperature is in the sense of inventive method but also attributed to the room temperature for cold forming.
  • the molten cast austenitic steel cast ingot according to the invention which has been cast in molds or as a semi-finished product, has a dendritic cast structure which, on account of its chemical composition, exhibits TRIP / TWIP properties.
  • This cast structure has a coarse primary grain, high macro and microsections and dendrites. Due to these structural features, cast structures are in principle fundamentally susceptible to cracking and brittleness and are not cold-formed or are unsuitable or not intended for cold forming.
  • the chemical composition and the cold forming conditions are matched to one another.
  • cold forming process conventional methods such. As pressing, upsetting, stretching, rolling, drawing, embossing, kneading, flow molding, vocationalage, swaging and high-pressure forming apply.
  • the aim of cold forming is the production of a high-strength molded part or semi-finished product in its final dimensions by one or more cold forming steps. Cold forming introduces forming energy into the casting blank.
  • the austenitic cast part or semifinished product deforms plastically during cold forming. During plastic deformation austenite is sheared. The concomitant deployment movements result in sliding belts and stacking faults. Intrinsic stacking faults are nuclei for the ⁇ - and ⁇ '-martensite and extrinsic stacking faults are seeds for the twinning twins. The resulting structural defects cause an increase in plasticity. It triggers a TRIP or / and TWIP effect. At the same time, the structural defects formed represent obstacles to further dislocation movement in the course of cold forming. The molding solidifies at the same time. It does not break even when high cold workings are applied.
  • This behavior distinguishes the inventively manufactured moldings with austenitic TRIP / TWIP cast steel in principle from conventional moldings made of austenitic cast steel without TRIP / TWIP properties.
  • the susceptibility to cracking of the inventively manufactured moldings is reduced by the TRI P / TW IP effect.
  • Such a behavior is caused by the fact that at the points where the highest stresses prevail in the molded part or in the austenitic structure, the expected crack does not occur, but remains absent. Locally deforming martensite and / or deformation twins form at these points, which is accompanied by an increase in strength.
  • several cold forming in the temperature range below 200 ° C are carried out while the conventional cold forming process, such as rolling, kneading, descendingage, drawing, pressing and / or pressing applied.
  • the cold forming also includes the mechanical processing of the cast body.
  • Cold forming is advantageously carried out in several passes at or above room temperature.
  • the cold forming in several forming steps has the advantage that the steel is heated less at small forming steps and can be cooled again after each forming step. As a result, the overall cold workability is generally increased.
  • a recrystallization annealing in the temperature range of 600 to 900 ° C is advantageously carried out before the second and each further cold forming with subsequent air or water cooling.
  • the presence of ⁇ '- and / or ⁇ -cooling martensite in the austenitic cast structure of the molded part is to be avoided because this reduces the cold workability and thus the required minimum degree of cold forming of 10% may not be achieved.
  • the TRIP / TWIP properties of the austenitic molding are utilized to provide the required shape change for the finished part by a trailing cold working of at least 10% with or without recrystallization annealing.
  • the plasticity effects are triggered by the formation of ⁇ - and ⁇ '-deformation martensite and / or deformation twins. It comes to the superposition of sliding processes, martensite and / or twin formations in the plastic deformation range of austenite. Due to the cold forming solidifies the molding and is pore and mikrolunkerärmer. In addition, it becomes highly resistant and wear resistant.
  • the molded part is used as a construction, wear or crash element.
  • Partial cold forming of the casting is then performed, for example, where areas of increased strength and hardness are required. Examples include surfaces, edges and edges of the casting that are subject to wear.
  • Solution heat treatment in the temperature range from 900 to 1100 ° C. with subsequent water quenching before the first cold forming has a positive effect on the cold workability, but is not mandatory.
  • a solution annealing proves to be advantageous if high degrees of deformation or complicated geometries are to be realized.
  • the primary cast structure of the molding remains intact, provided no recrystallization annealing is interposed.
  • cold forming the prefabricated molded part is brought into the final shape and solidified. Until reaching the final shape several intermediate forms of the molding are possible. If the cold workability is almost exhausted, without the required total deformation is applied in the finished part, a Rekristallisationsglühung in the temperature range of 600 to 900 ° C with subsequent air or water cooling before each further cold forming is required.
  • the recrystallization annealing converts the formed ⁇ - and ⁇ '-deformation martensite into austenite.
  • the work-hardened, primary cast structure is softened and transformed into a secondary, more homogeneous, finely dispersed grain structure.
  • the austenite that forms has a higher dislocation density than the original austenite and is therefore stronger but less tough.
  • the recrystallized austenite has TRIP / TWIP properties that are more significant at a higher level of strength.
  • the cold forming of the moldings can be done in several stitches.
  • a recrystallization annealing between the individual stitches is not always mandatory. It is only appropriate for the realization of high shape changes.
  • the required minimum degree of cold forming for the initiation of austenite recrystallization is at least 10%.
  • the cold transformations are preferably carried out in a temperature range near room temperature but always below 200 ° C., preferably below 100 ° C.
  • finished austenitic cast steel members according to the invention may have a 0.2% proof stress of about 370 to 900 MPa, a tensile strength of about 800 to 2100 MPa, a throat of 70 to 5%, and a breaking elongation of 60 to 2%.
  • the mechanical parameters of the finished components are determined according to DIN 50 125 or DIN 50 1 14.
  • the hardness test is carried out according to Vickers.
  • Austenitic cast steel moldings produced by the inventive process can therefore in many cases replace cold-formed components of the same steel produced by the forging technique.
  • the inventive method is material and energy saving, because any hot forming is eliminated. Due to the increase in strength, finished molded parts can absorb higher forces. This makes it possible to produce high-strength components with slim dimensions and complicated geometries.
  • the benefits of light construction come into play.
  • the manufactured components are used as construction, wear or crash elements of the highest quality.
  • a casting in the form of a cast-iron plate 200 mm long, 150 mm wide and 5 mm thick is made from an austenitic steel of 0.42% C, 18.1% Mn, 0.1% P, 1, 1% Si and 0.05% Al produced. After casting and solidification, the casting skin is removed. Thereafter, the board is pre-rolled at room temperature in a stitch to a thickness of 3.5 mm. This solidifies the material. Slip belts, stacking faults and twins are formed in austenite. The cast steel remains paramagnetic because no ⁇ '-martensite has formed.
  • the cold-formed blank is subsequently subjected to a recrystallization annealing at 700 ° C. and a holding time of 20 minutes and cooled to RT in water.
  • the recrystallized austenite has a higher dislocation density and a smaller grain size than the austenite in the cast material.
  • the austenite is more homogeneous and pore and mikrolun-unkermer.
  • the former sliding strips and twin structures formed in the work-hardened material have largely been preserved.
  • the deformation twins have become Glühzwillingen.
  • the increased dislocation density of the austenite causes a hardness increase to approximately twice the casting state.
  • the 0.2% proof stress and the tensile strength of the recrystallized austenite have increased by the treatment.
  • the 0.2% proof stress is 300 MPa and the tensile strength is 810 MPa.
  • the recrystallized austenitic microstructure has a 0.2% proof stress of 370 MPa and a tensile strength of 988 MPa. This is accompanied by a decrease in the elongation at break from 60 to 45%.
  • the recrystallized austenite board is subsequently cold-rolled to a thickness of 2.5 mm without cracking at room temperature without intermediate heating and brought into its final shape.
  • the cold forming can take place in one or more steps. Of importance is that the molding is cooled during forming.
  • the applied total cold working degree is 50%.
  • the cold-formed finished part remains austenitic. In austenite, slip bands, stacking faults and deformation twins can be detected.
  • the finished molded article reaches a 0.2% proof stress of 733 MPa, a tensile strength of 1420 MPa and an elongation at break of 22%.
  • the hardness HV10 is 620.
  • the casting skin is removed.
  • the board is placed in a tool die having the shape of a stepped rail having a total length of 60 mm, a width of 30 mm and over the length three different heights of 5, 3 and 2 mm, each 10 mm in length. Under a 2000 ton press, the board was cold formed in the die at RT to the finished part using lubricants. No intermediate annealing was carried out between the forming steps.
  • the finished component In the area of the highest degree of deformation, the finished component has, in addition to twins, an ⁇ '-martensite content of about 10%. There is no ⁇ '-martensite in the rest of the component, but slip bands, stacking faults and twins in austenite.

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Abstract

The invention relates to an inexpensive method for producing high-strength molded parts from austenitic cast steel with a carbon content of 0.4 to 1.2%, a manganese content of 12 to 25%, a phosphorus content of 0.01 to 1.5%, a silicon content of less than/equal to 3%, and an aluminum content of less than/equal to 3% by mass, groups of iron, and tramp elements due to the melting process. The molten steel is melted using conventional melting methods and cast into shapes or as semifinished products, and the unfinished cast parts are subsequently completed by means of a cold working process of more than 10% in a temperature range below 200 °C. The finished molded parts are used as construction, wear, or crash elements.

Description

Verfahren zur Herstellung hochfester Formteile aus hochkohlenstoff- und hochman- ganhaltigem austenitischem Stahlguss mit TRIP/TWIP-Eigenschaften  Process for producing high-strength molded parts from high-carbon and high-manganese austenitic cast steel with TRIP / TWIP properties
Die Erfindung betrifft ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung hochfester Formteile aus hochkohlenstoff- und hochmanganhaltigem austenitischem Stahlguss mit TRIP/TWIP- Eigenschaften (formation induced plasticity / twinning induced plasticity). Die erfindungsgemäß hergestellten Formteile ertragen hohe statische und/oder dynamische Beanspruchungen und sind deshalb für verschleiß- und crashbeanspruchte Bauteile geeignet. Solche Teile sind zum Beispiel Befestigungselemente, Antriebswellen, Lagerteile und Strukturelemente des Karosseriebaus als auch Schneid- und Schlagwerkzeuge. The invention relates to a cost-effective method for producing high-strength molded parts made of high-carbon and high-manganese austenitic cast steel with TRIP / TWIP properties (formation induced plasticity / twinning induced plasticity). The moldings produced according to the invention endure high static and / or dynamic stresses and are therefore suitable for components subject to wear and crash. Such parts are, for example, fasteners, drive shafts, bearing parts and structural elements of the body shop as well as cutting and striking tools.
Austenitischer Stahlguss wird einmal zur Herstellung von Halbzeug in Form von Strang-, Brammen- oder Knüppelguss verwendet. Diese Halbzeuge werden einer Warmumformung unterzogen, wie zum Beispiel einem Walzen oder Schmieden. Durch die Warmumformung wird das primäre Gussgefüge durch Rekristallisation in ein feinkörniges Sekundärgefüge überführt. Darüber hinaus werden erstarrungsbedingte Seigerungen abgebaut. Im Gegensatz zum primären Gussgefüge ist das warm um geformte Sekundärgefüge des Stahles kalt- umformbar, so dass der Warmumformung eine Kaltumformung nachgestellt sein kann. Zum anderen ist austenitischer Stahlguss Ausgangsmaterial für die Herstellung von Formteilen, die als Stahlgussteile zum Einsatz kommen. Dabei wird die Schmelze in entsprechende Formen gegossen. Die gefertigten Stahlgussteile erfahren wegen ihrer erhöhten Rissanfälligkeit keine Kaltumformung. In austenithaltigen Gussteilen mit TRIP/TWIP-Eigenschaften gemäß den Offenlegungsschriften DE 10 2006 033 973 A1 , DE 10 2008 005 803 A1 , DE 10 2008 005 806 A1 und DE 10 2010 026 808 A1 wird unter Belastung ein TRI P/TW IP-Effekt ausgelöst. Die Belastung bezieht sich dabei auf den Einsatzfall oder auf eine Überbeanspruchung. Ebenso lässt sich der TRIP/TWIP-Effekt während der Prüfung des Stahles auslösen, wie zum Beispiel im Zug- und Druckversuch. Wird bei der Belastung die Fließgrenze des Stahles überschritten, so verformt sich das Gussteil plastisch. Während der plastischen Deformation wird eine verformungsinduzierte ε- und/oder α'- Martensit bzw. Zwillingsbildung ausgelöst. Austenitic cast steel is used once for the production of semi-finished products in the form of strand, slab or billet casting. These semi-finished products undergo hot working, such as rolling or forging. The hot forming transforms the primary cast structure by recrystallization into a fine-grained secondary structure. In addition, segregation caused by solidification will be reduced. In contrast to the primary cast structure, the hot formed secondary structure of the steel is cold-formable, so that the hot forming can be followed by cold forming. On the other hand, austenitic cast steel is the starting material for the production of molded parts that are used as cast steel parts. The melt is poured into appropriate molds. The manufactured steel castings do not undergo cold forming due to their increased susceptibility to cracking. In austenitic castings with TRIP / TWIP properties according to the published patent applications DE 10 2006 033 973 A1, DE 10 2008 005 803 A1, DE 10 2008 005 806 A1 and DE 10 2010 026 808 A1, a TRI P / TW IP effect is produced under load triggered. The load refers to the application or overuse. Likewise, the TRIP / TWIP effect can be triggered during testing of the steel, for example in tensile and compression tests. If the yield strength of the steel is exceeded during the load, the cast part deforms plastically. During the plastic deformation, a deformation-induced ε- and / or α'-martensite or twin formation is triggered.
In der Offenlegungsschrift DE 10 2008 005 806 A1 wird z. B. ein Bauteil aus hochmanganhaltigem, festem und zähem Stahlformguss mit einem Mangangehalt von 4 bis 30% und einem Kohlenstoffgehalt von 0,01 bis 0,6% und weiteren Legierungselementen beschrieben. Als Folge der Gefügebildungsprozesse steigen die Zugfestigkeit, die Bruchdehnung und die Kerbschlagarbeit. Es werden Zugfestigkeiten von 550 bis 1 100MPa, Bruchdehnungen von mehr als 30% und Werte für die Kerbschlagarbeit von mehr als 125J erreicht. Bauteile mit diesen Eigenschaften werden in der Anlagen- und Kältetechnik, beim Fahrzeug- und Flugzeugbau und beim Transport und Verflüssigen von Gasen im Tieftemperaturbereich verwendet. In the published patent application DE 10 2008 005 806 A1 is z. Example, a component of high manganese, solid and tough steel mold casting having a manganese content of 4 to 30% and a carbon content of 0.01 to 0.6% and other alloying elements described. As a result of the structure formation processes, the tensile strength, the elongation at break and the Impact strength. Tensile strengths of 550 to 1 100 MPa, elongations at break of more than 30% and impact values of more than 125J are achieved. Components with these properties are used in plant and refrigeration, in vehicle and aircraft construction and in the transport and liquefaction of gases in the low temperature range.
Die Bauteile nach DE 10 2008 005 806 A1 werden unter Beibehaltung des Gussgefüges ohne Umformung verwendet.  The components according to DE 10 2008 005 806 A1 are used while retaining the cast structure without forming.
In der Offenlegungsschrift DE10 2010 026 808 A1 wird ein korrosionsbeständiger austenit- haltiger Stahlguss mit TRIP/TWIP-Eigenschaften und mit einem erhöhten Phosphorgehalt von 0,05 bis 1 ,5% beschrieben, der ausschließlich in seiner gegossenen Form unter Beibehaltung des Rohgussgefüges ohne Umformung verwendet wird. Dabei wird ausgeführt, dass die Plastizitätseffekte durch die hohen Phosphorgehalte nicht negativ beeinflusst werden. Mit steigendem Phosphorgehalt werden lediglich die Festigkeitseigenschaften leicht angehoben, währenddessen die Zähigkeitseigenschaften unbeeinflusst bleiben. Phosphor verbessert vor allem die Fließfähigkeit des Stahlgusses. Die Wirkung von Phosphor in hochkohlenstoff- und hochmanganhaltigem austenitischen Stahlguss auf den TRI P/TW IP-Effekt und das Kaltumformvermögen ist hingegen unbekannt und wird technisch bisher nicht genutzt. Eine gezielte Kaltumformung des Gussbauteils zur Erhöhung der Festigkeit und der Endfertigung wird in vorgenannten Offenlegungsschriften nicht ausgeführt.  The published patent application DE10 2010 026 808 A1 describes a corrosion-resistant austenitic steel casting with TRIP / TWIP properties and with an increased phosphorus content of 0.05 to 1.5%, which is used exclusively in its cast form while retaining the raw cast structure without deformation becomes. It is stated that the plasticity effects are not adversely affected by the high phosphorus content. As the phosphorus content increases, only the strength properties are slightly increased while the toughness properties remain unaffected. Above all, phosphorus improves the flowability of cast steel. The effect of phosphorus in high-carbon and high-manganese austenitic cast steel on the TRI P / TW IP effect and the cold workability, however, is unknown and is technically not yet used. A targeted cold forming of the cast component to increase the strength and the final production is not carried out in the aforementioned disclosure.
Allein das Patent DE 10 2009 013 631 B3 verweist auf eine gezielte Kaltumformung von TRIP/TWIP-Stahlguss. In dieser Patentschrift wird ein Verfahren zur Herstellung hochfester Formteile aus hochlegiertem Stahlguss beschrieben. Dabei wird ein endkonturnahes Rohteil mit enger Massetoleranz durch Gießen, vorzugsweise nach dem Fein-Druckguss- oder Squeeze Casting-Verfahren aus hochlegiertem Stahlguss mit TRIP/TWIP-Effekt hergestellt. Die Geometrie des gegossenen endkonturnahen Rohteiles weist nur wenig von der Geometrie des Fertigteils ab. Dieses Rohteil erfährt deshalb nur eine relativ geringe Kaltumformung unterhalb 200° C. Aufgrund der Kaltumformung verfestigt der Stahlguss und die endmaßnahen Formgussteile werden in Fertigteile überführt. Dies geschieht bevorzugt durch Gesenkformen, Fließpressen, Reck- und Querwalzen, Prägen oder Rundkneten. Für das Verfahren geeignet sind hochlegierte Stahlgusslegierungen auf der Basis CrNi-, CrMnNi und Mn- Stählen mit einem austenitischen oder austenitisch-martensitischem Gefüge mit einem Äquivalentwert W für die Stapelfehlerenergie des Austenits von kleiner 35 mJ/m2 entsprechend der Beziehung. W [mJ/m2] = 230 * %C - 54 * %N - 0,1 * %Cr + 2 * %Ni - 4 * %Si + 0,1 * %Mo - 1 * %Mn - 0,6 * %Co + 0,4 * %AI + 4 * %Cu + 3 * %Nb The patent DE 10 2009 013 631 B3 alone refers to a targeted cold forming of TRIP / TWIP cast steel. This patent describes a process for the production of high-strength molded parts from high-alloy cast steel. In this case, a near-net shape blank with narrow mass tolerance by casting, preferably by the fine-pressure casting or squeeze casting process made of high-alloy steel casting with TRIP / TWIP effect is produced. The geometry of the cast near-net shape blank only slightly depends on the geometry of the finished part. Therefore, this blank undergoes only a relatively small cold forming below 200 ° C. Due to the cold forming of the steel cast and the near-end molded castings solidified in finished parts. This is preferably done by swaging, extrusion, stretching and transverse rolling, embossing or rotary swaging. Highly alloyed cast steel alloys based on CrNi, CrMnNi and Mn steels with an austenitic or austenitic-martensitic structure with an equivalent value W for the austenite stacking energy of less than 35 mJ / m 2 according to the relationship are suitable for the process. W [mJ / m 2 ] = 230 * % C - 54 * % N - 0.1 * % Cr + 2 * % Ni - 4 * % Si + 0.1 * % Mo - 1 * % Mn - 0.6 * % Co + 0.4 * % Al + 4 * % Cu + 3 * % Nb
Bei Erschöpfung des Kaltumformvermögens, ohne dass die erforderliche geringe Gesamtumformung im Fertigteil erreicht wird, ist ein Glühen oberhalb der Rekristallisationstemperatur vor der Kaltumformung vorteilhaft. Das hergestellte Fertigteil besteht aus relativ schwach kalt umgeformtem, verfestigtem Stahlguss und verfügt deshalb über eine relativ hohe Restzähigkeit. Die Bauteile weisen deshalb ein relativ hohes Energieabsorptionsvermögen auf und verfügen somit über eine hohe Crashreserve. Für austenitischen und austenitischen- martensitischen Stahlguss werden Zugfestigkeiten größer 500 bis 1600MPa erreicht. Die Einschnürung liegt bei 80 bis 50% und die dazugehörige Bruchdehnung zwischen 70 und 10%.  When the cold workability is exhausted, without the required low total deformation in the finished part being achieved, annealing above the recrystallization temperature before cold working is advantageous. The manufactured finished part consists of relatively weak cold formed, solidified cast steel and therefore has a relatively high residual toughness. Therefore, the components have a relatively high energy absorption capacity and thus have a high Crashreserve. For austenitic and austenitic-martensitic cast steel, tensile strengths greater than 500 to 1600 MPa are achieved. The constriction is 80 to 50% and the associated elongation at break between 70 and 10%.
Nachteilig am Stand der Technik ist, dass das in DE 10 2009 013 631 B3 beschriebene Verfahren nur auf Formteile aus austenithaltigem Stahlguss mit einer Stapelfehlerenergie von kleiner 35mJ/m2 anwendbar ist. Es kommen deshalb für dieses Verfahren nur austenithaltige Stähle mit relativ niedrigem Kohlenstoffgehalt in Betracht. Aufgrund des hohen Wirkfaktors für Kohlenstoff in der angegebenen Beziehung schließt der Fachmann, dass das Verfahren auf hochkohlenstoff- und hochmanganhaltige Stähle nicht anwendbar ist. A disadvantage of the prior art is that the method described in DE 10 2009 013 631 B3 is applicable only to moldings made of austenite-containing cast steel with a stacking fault energy of less than 35mJ / m 2 . Therefore only austenitic steels with a relatively low carbon content are considered for this process. Because of the high carbon factor in the relationship given, one skilled in the art will conclude that the method is not applicable to high carbon and high manganese steels.
DE 10 2010 034 161 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Werkstücken aus einem austenitischem Leichtbaustahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,2 bis 1 ,0 %, einem Gehalt an Aluminium von 0,05 bis 15 %, einem Gehalt an Silizium von 0,05 bis 6,0 % und einem Mangangehalt von 9 bis 30 %. Der so geschmolzene Leichtbaustahl wird zunächst warmumgeformt. Die Herstellung von Bändern, Blechen oder Rohren umfasst dabei eine entkohlende Glühbehandlung unter oxidierender Atmosphäre. DE 10 2010 034 161 A1 discloses a process for the production of workpieces made of an austenitic lightweight structural steel with a carbon content of 0.2 to 1.0%, an aluminum content of 0.05 to 15%, a silicon content of 0.05 to 6.0% and a manganese content of 9 to 30%. The thus molten lightweight steel is initially hot-formed. The production of strips, sheets or tubes comprises a decarburizing annealing treatment under an oxidizing atmosphere.
Die durchgeführte Glühung dient der Entkohlung der Randschicht des Stahles. Während der Glühung entweicht der Kohlenstoff. Es stellt sich ein Konzentrationsgefälle an Kohlenstoff zwischen Mitte und Randbereich des Werkstücks ein. Die Folge ist, dass der ursprünglich stabile Austenit im Randbereich instabil bzw. metastabil wird. Dieser Austenit wandelt während der Abkühlung in Martensit um bzw. bleibt austenitisch. Der metastabile Austenit kann während einer Kaltumformung in Martensit umwandeln. Durch die Martensitbildung im Randbereich verfestigt die Randschicht und wird hart. The performed annealing serves to decarburize the surface layer of the steel. During the annealing, the carbon escapes. It sets a concentration gradient of carbon between the center and edge of the workpiece. The result is that the originally stable austenite in the edge region becomes unstable or metastable. This austenite converts to martensite during cooling or remains austenitic. The metastable austenite can convert to martensite during cold working. Due to the formation of martensite in the edge area, the surface layer solidifies and becomes hard.
Im Ergebnis wird nach DE 10 2010 034 161 A1 ein Gradientenwerkstoff für eine Knetlegierung erzeugt, der aus einem Randbereich mit martensitischem Gefüge und einem Mittenbereich mit austenitischem Gefüge besteht. Aufgabe der Erfindung ist es, ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines Formteils aus hochkohlenstoff- und hochmanganhaltigem, austenitischem Stahlguss mit TWIP/TRIP- Eigenschaften und dessen Verwendung anzugeben. As a result, according to DE 10 2010 034 161 A1, a gradient material is produced for a wrought alloy, which consists of an edge area with a martensitic structure and a center area with an austenitic structure. The object of the invention is to specify a cost-effective method for producing a molded part of high-carbon and high manganese-containing austenitic cast steel with TWIP / TRIP properties and its use.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung hochfester Formteile oder Halbzeuge aus austenitischem Stahlguss mit folgenden Schritten gelöst: According to the invention the object is achieved by a method for producing high-strength moldings or semi-finished austenitic cast steel with the following steps:
1 . Schmelzen eines austenitischen Stahlgusses mit folgender Zusammensetzung (in Masseprozent) einem Kohlenstoffgehalt von 0,4 bis 1 ,2%, bevorzugt 0,4 bis 0,8 % einem Mangangehalt von 12 bis 25%, bevorzugt 12 bis 20%; einem Phosphorgehalt von 0,01 bis 1 ,5%, bevorzugt 0,1 bis 1 ,0% einem Siliziumgehalt von <_3%, bevorzugt < 2%, besonders bevorzugt 0,3 bis 3%, ganz besonders bevorzugt 0,3 bis 2%, und einem Aluminiumgehalt von < 3%, bevorzugt < 0,1 %, besonders bevorzugt 0,01 bis 0,1 %, ganz besonders bevorzugt 0,1 bis 3%, 1 . Melting of an austenitic cast steel having the following composition (in percent by mass) a carbon content of 0.4 to 1.2%, preferably 0.4 to 0.8% of a manganese content of 12 to 25%, preferably 12 to 20%; a phosphorus content of 0.01 to 1, 5%, preferably 0.1 to 1, 0% a silicon content of <_3%, preferably <2%, particularly preferably 0.3 to 3%, most preferably 0.3 to 2 %, and an aluminum content of <3%, preferably <0.1%, particularly preferably 0.01 to 0.1%, very particularly preferably 0.1 to 3%,
Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Stahlbegleitelemente, Remainder of iron and fusion-related steel accompanying elements,
2. Abgießen der Stahlschmelze in Formen oder als Halbzeug 2. pouring the molten steel into molds or as a semi-finished product
3. Endfertigung der Gussteile durch Kaltumformung von mehr als 10% im Temperaturbereich unterhalb 200°C endgefertigt werden. 3. Final production of the castings by cold forming of more than 10% in the temperature range below 200 ° C are finished.
Das mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung erschmolzene austenitische Gussrohteil besitzt TRIP/TWIP-Eigenschaften. The austenitic cast green stock melted with the composition according to the invention has TRIP / TWIP properties.
TRIP/TWIP-Eigenschaft heißt, dass der Austenit des Stahlgusses während einer mechanischen Beanspruchung verformungsinduziert in ε- und/oder α'-Martensit umwandelt. Als Folge davon steigen das plastische Deformationsvermögen und die Zugfestigkeit an. Durch eine Zwillingsbildung (TWIP-Effekt) können diese Eigenschaftsänderungen noch verstärkt werden. TRIP / TWIP property means that the austenite of the cast steel transforms deformation-induced into ε- and / or α'-martensite during a mechanical stress. As a result, the plastic deformation capacity and the tensile strength increase. By twinning (TWIP effect) these property changes can be enhanced.
Austenitische Stähle sind hochlegierte Stähle. Sie weisen bei Raumtemperatur ein austeniti- sches Gefüge mit u. U. geringen δ-Ferritanteilen auf. Die Ms-Temperaturen für die α'- oder ε- Martensitbildungen liegen unterhalb Raumtemperatur. Als Stahlguss wird Stahl bezeichnet, der in Formen oder als Halbzeug gegossen wird. Man nutzt die vorteilhaften Eigenschaften des Werkstoffes Stahl und zugleich die gießtechnischen Vorteile bei der Bauteilgeometrie und Formgebung. Austenitic steels are high-alloyed steels. At room temperature, they have an austenitic structure with u. U. small δ-ferrite. The Ms temperatures for the α'- or ε-martensite formations are below room temperature. Cast steel is steel, which is cast in molds or as a semi-finished product. One uses the advantageous properties of the material steel and at the same time the casting advantages in the component geometry and design.
Erfindungsgemäß wird zunächst ein austenitisches Gussrohteil mit TRIP/TWIP- Eigenschaften durch Abkühlen einer hochkohlenstoff- und hochmanganhaltigen Schmelze mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,4 bis 1 ,2%, einem Mangangehalt von 12 bis 25%, einem Phosphorgehalt von 0,01 bis 1 ,5%, bevorzugt 0,1 bis 1 ,0%, einem Siliziumgehalt von <_3%, bevorzugt < 2%, besonders bevorzugt 0,3 bis 3%, ganz besonders bevorzugt 0,3 bis 2%, einem Aluminiumgehalt von < 3%, bevorzugt < 0,1 %, besonders bevorzugt 0,01 bis 0,1 %, ganz besonders bevorzugt 0,1 bis 3%, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Stahlbegleitelemente hergestellt wird (Gehaltsangaben jeweils in Masseprozent). Dieses Gussrohteil kann lokal bereits die Abmessungen des Fertigteils haben, in der Regel handelt es sich aber um ein endabmessungsnahes oder endabmessungsfernes Gussrohteil. Das Gussrohteil erfährt nachfolgend eine Kaltumformung von mindestens 10% unterhalb 200°C, vorzugsweise unterhalb 100 °C, besonders bevorzugt in der Nähe von Raumtemperatur. Vorteilhaft wird während der Kaltumformung gekühlt According to the invention, an austenitic cast raw material with TRIP / TWIP properties is first prepared by cooling a high-carbon and high manganese-containing melt having a carbon content of 0.4 to 1.2%, a manganese content of 12 to 25%, a phosphorus content of 0.01 to 1, 5%, preferably 0.1 to 1, 0%, a silicon content of <_3%, preferably <2%, particularly preferably 0.3 to 3%, very particularly preferably 0.3 to 2%, an aluminum content of <3% , preferably <0.1%, particularly preferably 0.01 to 0.1%, very particularly preferably 0.1 to 3%, the remainder being iron and melting-accompanying steel accompanying elements is produced (contents in each case in percent by mass). This Gussrohteil locally may already have the dimensions of the finished part, but it is usually a close to the final dimensions or endabmessungsfernes Gussrohteil. The casting blank subsequently undergoes cold working of at least 10% below 200 ° C, preferably below 100 ° C, most preferably near room temperature. Advantageously, it is cooled during the cold forming
Kaltumformung heißt dabei, dass das auf unter 200°C, vorzugsweise auf unter 100°C, besonders bevorzugt auf in der Nähe von Raumtemperatur abgekühlte gegossene Halbzeug oder Formteil vor oder während der Umformung nicht angewärmt wird, wobei Erwärmungen durch die Umformung selbst nicht als Anwärmen gelten. Erfindungsgemäß werden aber während der Kaltumformung die kaltumgeformten Halbzeuge oder Formteile gekühlt, d.h. eine Erwärmung der Gussteile wird während der Kaltumformung durch Kühlung oder durch schrittweise Kaltumformung mit anschließender Abkühlung auf Raumtemperatur eingeschränkt. Cold forming means that the cast semifinished product or molded part cooled to below 200 ° C., preferably to below 100 ° C., more preferably to near room temperature, is not heated before or during the shaping, wherein heating by the deformation itself does not warm up be valid. According to the invention, however, the cold-formed semi-finished products or molded parts are cooled during the cold forming, i. Heating of the castings is restricted during cold forming by cooling or by stepwise cold forming with subsequent cooling to room temperature.
Bei einer entsprechend hohen Wiederbeanspruchung kaltumgeformter Gussteile in der Nähe von Raumtemperatur, ohne dass eine Rekristallisation oder Rückumwandlung des Umform- martensits in Austenit vorangegangen ist, können auf diese Weise extrem hohe Fließ- bzw. Dehngrenzen generiert werden. Bei sehr hohen Kaltumformungen sind die Fließ- bzw. Dehngrenzen nur geringfügig niedriger als die Zugfestigkeiten der Bauteile. Given a correspondingly high re-use of cold-formed castings in the vicinity of room temperature, without re-crystallization or re-conversion of the austenite martensite to austenite, extremely high yield strengths can be generated in this way. In the case of very high cold forming, the yield and flow limits are only slightly lower than the tensile strengths of the components.
Die Raumtemperatur ist durch die Umgebungstemperatur der Luft festgelegt. Die Temperatur des verwendeten Mediums (Luft, Öl, Wasser), der die Teile bei der beginnenden Kaltumformung ausgesetzt sind, bestimmt die Anfangstemperatur bei der Umformung. Werden die Teile beispielsweise aus frischem Leitungswasser entnommen, so liegt diese Anfangstemperatur in der Regel etwas niedriger als Raumtemperatur. Diese Temperatur wird im Sinne des erfinderischen Verfahrens aber ebenfalls der Raumtemperatur für die Kaltumformung zugerechnet. The room temperature is determined by the ambient temperature of the air. The temperature of the medium used (air, oil, water) to which the parts are subjected at the beginning of cold forming determines the initial temperature during forming. If the parts are removed, for example, from fresh tap water, this initial temperature is usually slightly lower than room temperature. This temperature is in the sense of inventive method but also attributed to the room temperature for cold forming.
Der geschmolzene und in Formen oder als Halbzeug abgegossene, erfindungsgemäße aus- tenitische Stahlrohguss weist ein dendritisches Gussgefüge auf, das aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung TRIP/TWIP-Eigenschaften zeigt. Dieses Gussgefüge weist ein grobes Primärkorn, hohe Makro- und Mikroseigerungen und Dendriten auf. Wegen dieser Strukturmerkmale sind Gussgefüge eigentlich grundsätzlich rissanfällig und spröde und werden nicht kalt umgeformt bzw. sind für eine Kaltumformung ungeeignet bzw. nicht vorgesehen. The molten cast austenitic steel cast ingot according to the invention, which has been cast in molds or as a semi-finished product, has a dendritic cast structure which, on account of its chemical composition, exhibits TRIP / TWIP properties. This cast structure has a coarse primary grain, high macro and microsections and dendrites. Due to these structural features, cast structures are in principle fundamentally susceptible to cracking and brittleness and are not cold-formed or are unsuitable or not intended for cold forming.
Neu ist, dass trotz dieser sehr ungünstigen Gussgefügeausbildung wider erwarten Gussteile kaltumformbar sind. Voraussetzung dafür ist, dass sie TRIP/TWIP-Eigenschaften aufweisen. Durch den TRI P/TW IP-Effekt werden diese Nachteile kompensiert bzw. in einen Vorteil verwandelt. What is new is that, despite this very unfavorable cast-iron formation, castings are expected to be cold-workable. The prerequisite for this is that they have TRIP / TWIP properties. The TRI P / TW IP effect compensates for these disadvantages or turns them into an advantage.
Zu diesem Zweck sind beim erfindungsgemäßen hochmanganhaltigen und hochkohlenstoffhaltigen Stahlguss die chemische Zusammensetzung und die Kaltumformbedingungen aufeinander abgestimmt. For this purpose, in the high manganese-containing and high-carbon steel casting according to the invention, the chemical composition and the cold forming conditions are matched to one another.
Bisher gibt es kein Verfahren, in dem beschrieben wird, dass hochmanganhaltige und hochkohlenstoffhaltige Stahlgussrohteile durch eine Kaltumformung hochfest werden. Bei bisher bekannten Verfahren werden Rohgussteile warmumgeformt. So far, there is no method in which it is described that Hochmanganhaltige and high carbon steel castings raw parts are high strength by cold forming. In previously known methods, raw castings are hot worked.
Als Kaltumformverfahren kommen herkömmliche Verfahren, wie z. B. Drücken, Stauchen, Recken, Walzen, Ziehen, Prägen, Kneten, Fließ-pressen, Pilgern, Gesenk- und Hochdruckumformen zur Anwendung. Ziel der Kaltumformung ist die Herstellung eines hochfesten Formteils oder Halbzeuges in seinen Endabmessungen durch einen oder mehrere Kaltumformschritte. Durch die Kaltumformung wird in das Gussrohteil Umformenergie eingebracht. As cold forming process conventional methods such. As pressing, upsetting, stretching, rolling, drawing, embossing, kneading, flow molding, pilgrimage, swaging and high-pressure forming apply. The aim of cold forming is the production of a high-strength molded part or semi-finished product in its final dimensions by one or more cold forming steps. Cold forming introduces forming energy into the casting blank.
Das austenitische Gussformteil oder Halbzeug verformt sich bei der Kaltumformung plastisch. Während der plastischen Deformation wird der Austenit geschert. Durch die damit einhergehenden Vesetzungsbewegungen entstehen Gleitbänder und Stapelfehler. Intrinsische Stapelfehler sind Keime für den ε- und α'-Martensit und extrinsische Stapelfehler sind Keime für die Verformungszwillinge. Die sich bildenden Strukturfehler verursachen eine Zunahme der Plastizität. Es wird ein TRIP- oder/und TWIP-Effekt ausgelöst. Gleichzeitig stellen die gebildeten Strukturfehler Hindernisse für weitere Versetzungsbewegung beim Fortgang der Kaltumformung dar. Das Formteil verfestigt sich gleichzeitig. Es bricht selbst dann nicht, wenn hohe Kaltumformungen aufgebracht werden. Dieses Verhalten unterscheidet die erfinderisch gefertigten Formteile mit austenitischem TRIP/TWIP-Stahlguss grundsätzlich von herkömmlichen Formteilen aus austenitischem Stahlguss ohne TRIP/TWIP-Eigenschaften. Die Rissanfälligkeit der erfinderisch gefertigten Formteile wird durch den TRI P/TW IP-Effekt herabgesetzt. Verursacht wird ein solches Verhalten dadurch, dass an den Stellen, wo die höchsten Spannungen im Formteil bzw. im austenitischen Gefüge vorherrschen, der zu erwartende Riss nicht eintritt, sondern ausbleibt. An diesen Stellen bilden sich lokal Verformungsmartensit und/oder Verformungszwillinge, was mit einem Anstieg der Festigkeit einhergeht. The austenitic cast part or semifinished product deforms plastically during cold forming. During plastic deformation austenite is sheared. The concomitant deployment movements result in sliding belts and stacking faults. Intrinsic stacking faults are nuclei for the ε- and α'-martensite and extrinsic stacking faults are seeds for the twinning twins. The resulting structural defects cause an increase in plasticity. It triggers a TRIP or / and TWIP effect. At the same time, the structural defects formed represent obstacles to further dislocation movement in the course of cold forming. The molding solidifies at the same time. It does not break even when high cold workings are applied. This behavior distinguishes the inventively manufactured moldings with austenitic TRIP / TWIP cast steel in principle from conventional moldings made of austenitic cast steel without TRIP / TWIP properties. The susceptibility to cracking of the inventively manufactured moldings is reduced by the TRI P / TW IP effect. Such a behavior is caused by the fact that at the points where the highest stresses prevail in the molded part or in the austenitic structure, the expected crack does not occur, but remains absent. Locally deforming martensite and / or deformation twins form at these points, which is accompanied by an increase in strength.
Ein solches Verhalten der Verzögerung der Rissbildung durch den TRI P/TW IP-Effekt hat Auswirkungen auf die Konstruktion und Geometrie der Gussteile. Scharfe Übergänge in der Geometrie von Gussteilen wirken in herkömmlichem Stahlguss rissfördernd und werden bei der Konstruktion vermieden. Bei den erfinderisch gefertigten Formteilen ist eine solche Vorgehensweise aus den genannten Gründen nicht zwingend erforderlich. Such a behavior of the cracking delay due to the TRI P / TW IP effect has an impact on the design and geometry of the castings. Sharp transitions in the geometry of castings have the effect of cracking in conventional cast steel and are avoided during construction. In the case of the inventively manufactured moldings, such an approach is not absolutely necessary for the reasons mentioned.
Darüber hinaus werden mit steigender Kaltumformung zunehmend vorhandene Mikrolunker und Poren geschlossen und die Oberflächen neu strukturiert und geglättet. Darüber hinaus wächst die Zahl der sich bildenden Strukturfehler, wodurch der TRI P/TW IP-Effekt zunimmt und die Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften steigen. In addition, with increasing cold forming, increasingly existing micropoppers and pores are closed and the surfaces are restructured and smoothed. In addition, the number of structural defects is increasing, increasing the TRI P / TW IP effect and increasing the strength and toughness properties.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mehrere Kaltumformungen im Temperaturbereich unter 200°C durchgeführt und dabei die herkömmlichen Kaltumformverfahren, wie das Walzen, Kneten, Pilgern, Ziehen, Drücken und/oder Pressen angewendet. Die Kaltumformung schließt auch das mechanische Bearbeiten des Gusskörpers ein. According to an advantageous embodiment of the method according to the invention several cold forming in the temperature range below 200 ° C are carried out while the conventional cold forming process, such as rolling, kneading, pilgrimage, drawing, pressing and / or pressing applied. The cold forming also includes the mechanical processing of the cast body.
Vorteilhaft wird die Kaltumformung in mehreren Stichen bei oder oberhalb Raumtemperatur durchgeführt. Cold forming is advantageously carried out in several passes at or above room temperature.
Die Kaltumformung in mehreren Umformschritten hat den Vorteil, dass sich der Stahl bei kleinen Umformschritten weniger stark erwärmt und nach jedem Umformschritt wieder abgekühlt werden kann. Dadurch erhöht sich in der Regel das Kaltumformvermögen insgesamt. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 4 wird vor der zweiten und jeder weiteren Kaltumformung vorteilhafterweise eine Rekristallisa- tionsglühung im Temperaturbereich von 600 bis 900°C mit anschließender Luft- oder Wasserabkühlung durchgeführt. The cold forming in several forming steps has the advantage that the steel is heated less at small forming steps and can be cooled again after each forming step. As a result, the overall cold workability is generally increased. According to an advantageous embodiment of the method according to claim 4, a recrystallization annealing in the temperature range of 600 to 900 ° C is advantageously carried out before the second and each further cold forming with subsequent air or water cooling.
Ist das Endmaß des Fertigteiles noch nicht erreicht und das Kaltumformvermögen erschöpft, so wird eine Zwischenglühung in Form einer Rekristallisationsglühung durchgeführt. Voraussetzung für die Rekristallisation ist ein Kaltumformgrad von mindestens 10%. If the final dimension of the finished part has not yet been reached and the cold workability is exhausted, an intermediate annealing in the form of a recrystallization annealing is carried out. Prerequisite for the recrystallization is a degree of cold work of at least 10%.
Für die Rekristallisation wird das kaltumgeformte, vorgefertigte Gussteil auf eine Temperatur von 600 bis 900°C erhitzt, durchgewärmt und nachfolgend auf Raumtemperatur abgekühlt. Während der Aufheizung wandelt vorhandener ε- und α'-Verformungsmartensit in Austenit um. Darüber hinaus wird während der Rekristallisation das primäre grobe Gussgefüge in ein feindisperses Korngefüge überführt. Nach der Abkühlung des Formteils auf Raumtemperatur liegt ein feindisperses, austenitisches Korngefüge mit Zwillingen vor. Dieses austenitische Gefüge wird einer erneuten Kaltumformung auf einem erhöhten Festigkeitsniveau unterzogen. Die Prozedur„Kaltumformung-Rekristallisation-Kaltumformung" lässt sich so lange fortführen, bis ein Sättigungsgrad im Umformvermögen erreicht ist und der Bruch des Formteils eintritt. For the recrystallization, the cold-formed, prefabricated casting is heated to a temperature of 600 to 900 ° C, thoroughly heated and then cooled to room temperature. During heating, existing ε- and α'-deformation martensite converts to austenite. In addition, during recrystallization, the primary coarse cast structure is converted into a finely dispersed grain structure. After the molding has cooled to room temperature, a finely dispersed, austenitic grain structure with twins is present. This austenitic structure is subjected to renewed cold working at an increased strength level. The procedure "Cold Forming Recrystallization Cold Forming" can be continued until a degree of saturation in the formability has been reached and fracture of the molded part occurs.
Durch die Abstimmung der Kaltumformbedingungen für das Formteil auf die chemische Zusammensetzung des Stahles und damit die induzierten Gefügebildungsprozesse gelingt es, Formteile mit gleichzeitig hoher Festigkeit und noch ausreichend hoher Restzähigkeit herzustellen. Je nach Anwendungsfall können die Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften des Formteils entsprechend eingestellt werden. Dabei ist die Festigkeit umso höher, je höher der Kaltumformgrad und der Anteil an martensitischen Phasen und/oder Verformungszwillingen sind. Besonders festigkeitssteigernd wirkt α'-Verformungsmartensit. Auf diese Weise lassen sich Formteile mit hoher Festigkeit und niedriger Zähigkeit erzeugen, die bevorzugt Verschleißbeanspruchungen standhalten. Umgekehrt lassen sich auch Formteile mit erhöhten Zähigkeits- und niedrigeren Festigkeitseigenschaften erzeugen, die bevorzugt für Crashelemente verwendet werden. Die Anwesenheit von α'- oder/und ε-Abkühlmartensit im austeniti- schen Gussgefüge des Formteils ist zu vermeiden, weil dadurch das Kaltumformvermögen herabgesetzt wird und damit der erforderliche Mindestkaltumformgrad von 10% unter Umständen nicht erreicht wird. Die TRIP/TWIP-Eigenschaften des austenitischen Formteils werden genutzt, um die erforderliche Formänderung für das Fertigteil durch eine nachgestellte Kaltumformung von mindestens 10% mit oder ohne Rekristallisationsglühung aufzubringen. Die Plastizitätseffekte werden durch die Bildung von ε- und α'-Verformungsmartensit und/oder Verformungszwillingen ausgelöst. Es kommt zur Überlagerung von Gleitprozessen, Martensit- und/oder Zwillingsbildungen im plastischen Deformationsbereich des Austenits. Durch die Kaltumformung verfestigt das Formteil und wird poren- und mikrolunkerärmer. Darüber hinaus wird es hoch- und verschleißfest. Das Formfertigteil wird als Konstruktions-, Verschleiß- oder Crashelement verwendet. By matching the cold forming conditions for the molded part on the chemical composition of the steel and thus the induced structure formation processes, it is possible to produce molded parts with high strength and still sufficiently high residual toughness. Depending on the application, the strength and toughness properties of the molding can be adjusted accordingly. In this case, the higher the degree of cold working and the proportion of martensitic phases and / or deformation twins, the higher the strength. Increases the strength of α'-deformation martensite. In this way, moldings can be produced with high strength and low toughness, which preferably withstand wear stresses. Conversely, molded parts with increased toughness and lower strength properties can also be produced, which are preferably used for crash elements. The presence of α'- and / or ε-cooling martensite in the austenitic cast structure of the molded part is to be avoided because this reduces the cold workability and thus the required minimum degree of cold forming of 10% may not be achieved. The TRIP / TWIP properties of the austenitic molding are utilized to provide the required shape change for the finished part by a trailing cold working of at least 10% with or without recrystallization annealing. The plasticity effects are triggered by the formation of ε- and α'-deformation martensite and / or deformation twins. It comes to the superposition of sliding processes, martensite and / or twin formations in the plastic deformation range of austenite. Due to the cold forming solidifies the molding and is pore and mikrolunkerärmer. In addition, it becomes highly resistant and wear resistant. The molded part is used as a construction, wear or crash element.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 6 wird vor der ersten Kaltumformung des Gussrohformteils oder Gussrohhalbzeuges ein Lösungsglühen im Temperaturbereich von 900 bis 1 100°C durchgeführt. According to an advantageous embodiment of the inventive method according to claim 6, a solution annealing in the temperature range of 900 to 1 100 ° C is carried out before the first cold forming of Gussrohformteils or Gussrohhalbzeuges.
Das Lösungsglühen dient der Homogenisierung des austenitischen Gefüges. Dabei werden Seigerungen (Konzentrationsunterschiede an gelösten Elementen im Austenit) abgebaut. Die Seigerungen führen zu lokalen Unterschieden in der Austenitstabilität von dendritischen und interdendritischen Phasenräumen. Durch das Lösungsglühen werden diese Unterschiede reduziert, was eine gleichmäßige Martensitbildung unter Beanspruchungsbedingungen zur Folge hat. The solution annealing serves to homogenize the austenitic microstructure. In the process, segregations (concentration differences of dissolved elements in austenite) are degraded. The segregations lead to local differences in the austenite stability of dendritic and interdendritic phase spaces. Solution annealing reduces these differences, resulting in consistent martensite formation under stress conditions.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Gussrohteil in Teilbereichen mit Fertigmaß gegossen und die Kaltumformung nur partiell vorgenommen. According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the casting raw part is poured into partial areas with finished dimension and the cold forming made only partially.
Eine partielle Kaltumformung des Gussteiles wird dann durchgeführt, wenn beispielsweise Bereiche mit erhöhter Festigkeit und Härte erforderlich sind. Beispiele dafür sind Oberflächen, Schneiden und Kanten des Gussteiles, die Verschleißbeanspruchungen ausgesetzt sind. Partial cold forming of the casting is then performed, for example, where areas of increased strength and hardness are required. Examples include surfaces, edges and edges of the casting that are subject to wear.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass Formteile oder Halbzeuge aus Stahlguss mit (in Masseprozent) einem Kohlenstoffgehalt von 0,4 bis 1 ,2%, einem Mangangehalt von 12 bis 25%, einem Phosphorgehalt von 0,01 bis 1 ,5%, bevorzugt 0,1 bis 1 ,0%, einem Siliziumgehalt von <_3%, bevorzugt < 2%, besonders bevorzugt 0,3 bis 3%, ganz besonders bevorzugt 0,3 bis 2%, einem Aluminiumgehalt von < 3%, bevorzugt < 0,1 %, besonders bevorzugt 0,01 bis 0,1 %, ganz besonders bevorzugt 0,1 bis 3%, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Stahlbegleitelemente TRIP/TWIP-Eigenschaften zeigen und kaltumformbar sind. Wird die Stapelfehlerenergie des Austenits nach der bei DE 10 2009 013 631 B3 angegebenen Beziehung berechnet, so ergeben sich deutlich höhere Stapelfehlerenergien als 35 mJ/m2. Offensichtlich ist diese Beziehung für hochkohlenstoff- und hochmanganhaltige austenitische Stähle nicht zutreffend. Es hat sich nämlich gezeigt, dass Formteile, die aus diesem Stahl- guss gefertigt werden, ebenfalls einen TRI P/TW IP-Effekt zeigen und dadurch kaltumformbar werden. Ohne diese Plastizitätseffekte würden die Formteile bereits nach geringen Kaltumformungen reißen. Erst die Bildung von ε- und α'-Verformungsmartensit und/oder Verformungszwillingen im gleitverfestigtem Austenit ermöglicht eine Kaltumformung der vorgefertigten Gussteile durch herkömmliche Kaltumformverfahren. Dabei wirkt sich Lösungsglühen im Temperaturbereich von 900 bis 1 100°C mit anschließender Wasserabschreckung vor der ersten Kaltumformung positiv auf das Kaltumformvermögen aus, ist aber nicht zwingend. Eine Lösungsglühung erweist sich dann als vorteilhaft, wenn hohe Umformgrade oder komplizierte Geometrien realisiert werden sollen. Surprisingly, it has been shown that molded parts or semi-finished products made of cast steel with (in percent by mass) a carbon content of 0.4 to 1, 2%, a manganese content of 12 to 25%, a phosphorus content of 0.01 to 1, 5%, preferably 0 , 1 to 1, 0%, a silicon content of <_3%, preferably <2%, particularly preferably 0.3 to 3%, very particularly preferably 0.3 to 2%, an aluminum content of <3%, preferably <0, 1%, particularly preferably 0.01 to 0.1%, very particularly preferably 0.1 to 3%, the remainder iron and melting-related steel accompanying elements show TRIP / TWIP properties and are cold-workable. Will the Calculated austenite stacking energy according to the relationship specified in DE 10 2009 013 631 B3, resulting in significantly higher stacking fault energies than 35 mJ / m 2 . Obviously, this relationship is not applicable to high carbon and high manganese austenitic steels. It has been shown that molded parts made from this cast steel also exhibit a TRI P / TW IP effect and are therefore cold-workable. Without these plasticity effects, the moldings would break after only a small amount of cold forming. Only the formation of ε- and α'-deformation martensite and / or deformation twins in the slip-hardened austenite enables a cold forming of the prefabricated castings by conventional cold forming processes. Solution heat treatment in the temperature range from 900 to 1100 ° C. with subsequent water quenching before the first cold forming has a positive effect on the cold workability, but is not mandatory. A solution annealing proves to be advantageous if high degrees of deformation or complicated geometries are to be realized.
Während der Kaltumformung bleibt das primäre Gussgefüge des Formteils erhalten, insofern keine Rekristallisationsglühung zwischengeschaltet ist. Durch die Kaltumformung wird das vorgefertigte Formteil in die Endform gebracht und verfestigt. Bis zum Erreichen der Endform sind mehrere Zwischenformen des Formteils möglich. Ist das Kaltumformvermögen nahezu erschöpft, ohne dass die erforderliche Gesamtumformung im Fertigteil aufgebracht ist, so wird eine Rekristallisationsglühung im Temperaturbereich von 600 bis 900°C mit anschließender Luft- oder Wasserabkühlung vor jeder weiteren Kaltumformung erforderlich. Durch die Rekristallisationsglühung wird der gebildete ε- und α'-Verformungsmartensit in Austenit überführt. Darüber hinaus wird das kaltverfestigte, primäre Gussgefüge entfestigt und in ein sekundäres, homogeneres, feindisperses Korngefüge verwandelt. Der sich bildende Austenit hat eine höhere Versetzungsdichte als der ursprüngliche Austenit und ist folglich fester aber auch weniger zäh. Darüber hinaus weist der rekristallisierte Austenit TRIP/TWIP- Eigenschaften auf, die auf einem höheren Festigkeitsniveau zum Tragen kommen. During cold forming, the primary cast structure of the molding remains intact, provided no recrystallization annealing is interposed. By cold forming the prefabricated molded part is brought into the final shape and solidified. Until reaching the final shape several intermediate forms of the molding are possible. If the cold workability is almost exhausted, without the required total deformation is applied in the finished part, a Rekristallisationsglühung in the temperature range of 600 to 900 ° C with subsequent air or water cooling before each further cold forming is required. The recrystallization annealing converts the formed ε- and α'-deformation martensite into austenite. In addition, the work-hardened, primary cast structure is softened and transformed into a secondary, more homogeneous, finely dispersed grain structure. The austenite that forms has a higher dislocation density than the original austenite and is therefore stronger but less tough. In addition, the recrystallized austenite has TRIP / TWIP properties that are more significant at a higher level of strength.
Die Kaltumformung der Formteile kann in mehreren Stichen erfolgen. Eine Rekristallisationsglühung zwischen den einzelnen Stichen ist nicht in jedem Fall zwingend. Sie ist lediglich bei der Realisierung von hohen Formänderungen angebracht. Der erforderliche Mindestkaltum- formgrad für die Auslösung einer Rekristallisation des Austenits beträgt mindestens 10%. Die Kaltumformungen werden bevorzugt in einem Temperaturbereich nahe Raumtemperatur aber immer unterhalb 200°C, bevorzugt unter 100°C durchgeführt. The cold forming of the moldings can be done in several stitches. A recrystallization annealing between the individual stitches is not always mandatory. It is only appropriate for the realization of high shape changes. The required minimum degree of cold forming for the initiation of austenite recrystallization is at least 10%. The cold transformations are preferably carried out in a temperature range near room temperature but always below 200 ° C., preferably below 100 ° C.
Die Menge bzw. die Anzahl der gebildeten Strukturfehler (Gleitbänder, Verformungsmartensit und/oder Verformungszwillinge) im endgefertigtem Bauteil erhöht sich mit steigendem Endumformgrad. Die Versetzungsdichte nimmt zu und die Porosität ab. Mit steigendem Endumformgrad nehmen deshalb das Festigkeitsniveau, die Härte und der Verschleißwiderstand zu, während die Zähigkeitseigenschaften fallen. In Abhängigkeit von den Kaltumformbedingungen können endgefertigte Bauteile aus dem erfindungsgemäßen austenitischem Stahlguss eine 0,2%-Dehngrenze von ca. 370 bis 900MPa, eine Zugfestigkeit von ca. 800 bis 2100 MPa, eine Einschnürung von 70 bis 5% und eine Bruchdehnung von 60 bis 2% aufweisen. The amount or the number of structural defects formed (sliding bands, deformation martensite and / or deformation twins) in the finished component increases with increasing Endumformgrad. The dislocation density increases and the porosity decreases. As the final forming degree increases, therefore, the strength level, hardness and wear resistance increase, while the toughness properties decrease. Depending on the cold forming conditions, finished austenitic cast steel members according to the invention may have a 0.2% proof stress of about 370 to 900 MPa, a tensile strength of about 800 to 2100 MPa, a throat of 70 to 5%, and a breaking elongation of 60 to 2%.
Die Bestimmung der mechanischen Parameter der endgefertigten Bauteile erfolgt nach DIN 50 125 bzw. DIN 50 1 14. Die Härteprüfung erfolgt nach Vickers. The mechanical parameters of the finished components are determined according to DIN 50 125 or DIN 50 1 14. The hardness test is carried out according to Vickers.
Überraschend ist, dass sich die ermittelten Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften von gegossenem und warmumgeformten Material des gleichen Stahls im lösungs- als auch kaltumgeformten Gefügezustand, sich trotz unterschiedlicher Ausgangsgefüge, nicht wesentlich unterscheiden. Der kaltumgeformte Gusszustand weist im Vergleich zum kaltumgeformten Gefügezustand nach der Warmumformung nur um ca. 5% niedrigere Festigkeits- und Zähigkeitseigenschaften auf. It is surprising that the determined strength and toughness properties of cast and hot-formed material of the same steel in the solution- as well as cold-formed structural state, despite differing initial structure, do not differ significantly. The cold-worked cast state has only about 5% lower strength and toughness properties compared to the cold-worked structural state after hot working.
Nach dem erfinderischen Verfahren hergestellte Formteile aus austenitischem Stahlguss können deshalb in vielen Fällen kaltumgeformte Bauteile des gleichen Stahles, die über die Schmiedetechnik hergestellt werden, ersetzen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist materi- al- und energiesparend, weil jegliche Warmumformung wegfällt. Durch die Festigkeitssteigerung können gefertigte Formteile höhere Kräfte aufnehmen. Dadurch gelingt es, hochfeste Bauteile mit schlanken Abmessungen und komplizierten Geometrien herzustellen. Es kommen die Vorteile des Leichbaus zum Tragen. Die gefertigten Bauteile werden als Konstrukti- ons-, Verschleiß- oder Crashelement mit höchster Qualität eingesetzt. Austenitic cast steel moldings produced by the inventive process can therefore in many cases replace cold-formed components of the same steel produced by the forging technique. The inventive method is material and energy saving, because any hot forming is eliminated. Due to the increase in strength, finished molded parts can absorb higher forces. This makes it possible to produce high-strength components with slim dimensions and complicated geometries. The benefits of light construction come into play. The manufactured components are used as construction, wear or crash elements of the highest quality.
Ausführungsbeispiel 1 Embodiment 1
Durch Sandguss wird ein Gussteil in Form einer Gussplatine mit einer Länge von 200 mm, einer Breite von 150 mm und einer Dicke von 5 mm aus einem austenitischen Stahl mit 0,42% C, 18,1 % Mn, 0,1 % P, 1 ,1 % Si und 0,05% AI hergestellt. Nach dem Abgießen und Erstarren wird die Gusshaut entfernt. Danach wird die Platine bei Raumtemperatur in einem Stich auf eine Dicke von 3,5 mm vorgewalzt. Dabei verfestigt sich das Material. Es bilden sich Gleitbänder, Stapelfehler und Zwillinge im Austenit. Der Stahlguss bleibt paramagnetisch, da kein α'-Martensit entstanden ist. By sand casting, a casting in the form of a cast-iron plate 200 mm long, 150 mm wide and 5 mm thick is made from an austenitic steel of 0.42% C, 18.1% Mn, 0.1% P, 1, 1% Si and 0.05% Al produced. After casting and solidification, the casting skin is removed. Thereafter, the board is pre-rolled at room temperature in a stitch to a thickness of 3.5 mm. This solidifies the material. Slip belts, stacking faults and twins are formed in austenite. The cast steel remains paramagnetic because no α'-martensite has formed.
Die kalt umgeformte Platine wird nachfolgend einer Rekristallisationsglühung bei 700°C und 20 Minuten Haltezeit unterzogen und in Wasser auf RT abgekühlt. Der rekristallisierte Austenit weist eine höhere Versetzungsdichte und eine kleinere Korngröße auf als der Austenit im gegossenen Material. Darüber hinaus ist der Austenit homogener und poren- und mikrolun- kerärmer. Im rekristallisierten, entfestigten Austenit sind die ehemaligen Gleitbänder und Zwillingsstrukturen, die sich im kaltverfestigten Material gebildet haben, weitestgehend erhalten geblieben. Dabei sind die Verformungszwillinge zu Glühzwillingen geworden. Die erhöhte Versetzungsdichte des Austenits bewirkt einen Härteanstieg auf ca. das Doppelte des Gusszustands. Darüber hinaus sind die 0,2%-Dehngrenze und die Zugfestigkeit des rekristallisierten Austenits durch die Behandlung angestiegen. Im unverformten Zustand liegen die 0,2%- Dehngrenze bei 300 MPa und die Zugfestigkeit bei 810 MPa. Der rekristallisierte austeniti- sche Gefügezustand weist eine 0,2%-Dehngrenze von 370 MPa und eine Zugfestigkeit von 988 MPa auf. Damit einher geht eine Abnahme der Bruchdehnung von 60 auf 45%. The cold-formed blank is subsequently subjected to a recrystallization annealing at 700 ° C. and a holding time of 20 minutes and cooled to RT in water. The recrystallized austenite has a higher dislocation density and a smaller grain size than the austenite in the cast material. In addition, the austenite is more homogeneous and pore and mikrolun-unkermer. In the recrystallized, softened austenite, the former sliding strips and twin structures formed in the work-hardened material have largely been preserved. The deformation twins have become Glühzwillingen. The increased dislocation density of the austenite causes a hardness increase to approximately twice the casting state. In addition, the 0.2% proof stress and the tensile strength of the recrystallized austenite have increased by the treatment. In the undeformed state, the 0.2% proof stress is 300 MPa and the tensile strength is 810 MPa. The recrystallized austenitic microstructure has a 0.2% proof stress of 370 MPa and a tensile strength of 988 MPa. This is accompanied by a decrease in the elongation at break from 60 to 45%.
Die Platine mit rekristallisiertem Austenit wird nachfolgend bei Raumtemperatur ohne Zwischenerwärmung auf eine Dicke von 2,5 mm rissfrei kaltgewalzt und in seine Endform gebracht. Die Kaltumformung kann dabei in einem oder mehreren Schritten erfolgen. Von Bedeutung ist, dass das Formteil beim Umformen gekühlt wird. Der aufgebrachte gesamte Kaltumformgrad beträgt 50%. Das kaltumgeformte Fertigteil bleibt austenitisch. Im Austenit lassen sich Gleitbänder, Stapelfehler und Verformungszwillinge nachweisen. Durch die Kaltumformung erreicht das endgefertigte Formteil eine 0,2%-Dehngrenze von 733 MPa, eine Zugfestigkeit von 1420 MPa und eine Bruchdehnung von 22%. Die Härte HV10 liegt bei 620. The recrystallized austenite board is subsequently cold-rolled to a thickness of 2.5 mm without cracking at room temperature without intermediate heating and brought into its final shape. The cold forming can take place in one or more steps. Of importance is that the molding is cooled during forming. The applied total cold working degree is 50%. The cold-formed finished part remains austenitic. In austenite, slip bands, stacking faults and deformation twins can be detected. By cold working, the finished molded article reaches a 0.2% proof stress of 733 MPa, a tensile strength of 1420 MPa and an elongation at break of 22%. The hardness HV10 is 620.
Ausführungsbeispiel 2 Embodiment 2
Durch Sandguss wird ein Gussteil in Form einer Gussplatine mit einer Länge von 80 mm, einer Breite von 40 mm und einer Dicke von 10 mm aus einem austenitischen Stahl mit 0,42% C, 18,1 % Mn, 0,1 % P, 1 ,1 % Si und 0,05% AI hergestellt. Nach dem Abgießen und Erstarren wird die Gusshaut entfernt. Danach wird die Platine in eine Werkzeugmatrize gelegt, die die Form einer abgestuften Schiene mit einer Gesamtlänge von 60 mm, einer Breite von 30 mm und über die Länge drei unterschiedliche Höhen von 5, 3 und 2 mm von jeweils 10 mm Länge aufweist. Unter einer 2000 Tonnen-Presse wurde die Platine in der Matrize bei RT zum Fertigteil unter Einsatz von Schmiermitteln kaltumgeformt. Zwischen den Umformschritten wurde keine Zwischenglühung durchgeführt. Die Umformung erfolgt bei Raumtemperatur mittels nur 3 Umformschritten. Im ersten Umformschritt erfolgt die Umformung von 10 auf 5 mm, im zweiten Umformschritt von 5 auf 3 mm und im dritten Umformschritt von 3 auf 2 mm Höhe. Zwischen den Umformschritten wurde das Bauteil mit Wasser gekühlt und auf nahezu Raumtemperatur abgekühlt. By sand casting, a casting in the form of a cast plate with a length of 80 mm, a width of 40 mm and a thickness of 10 mm made of an austenitic steel with 0.42% C, 18.1% Mn, 0.1% P, 1, 1% Si and 0.05% Al. After casting and solidification, the casting skin is removed. Thereafter, the board is placed in a tool die having the shape of a stepped rail having a total length of 60 mm, a width of 30 mm and over the length three different heights of 5, 3 and 2 mm, each 10 mm in length. Under a 2000 ton press, the board was cold formed in the die at RT to the finished part using lubricants. No intermediate annealing was carried out between the forming steps. The forming takes place at room temperature by means of only 3 forming steps. In the first forming step, the forming takes place from 10 to 5 mm, in the second forming step from 5 to 3 mm and in the third forming step from 3 to 2 mm in height. Between the forming steps, the component was cooled with water and cooled to near room temperature.
Das gefertigte Bauteil weist im Bereich des höchsten Umformgrades neben Zwillingen einen α'-Martensitanteil von ca. 10% auf. Im restlichen Bauteil ist kein α'-Martensit vorhanden, jedoch Gleitbänder, Stapelfehler und Zwillinge im Austenit. In the area of the highest degree of deformation, the finished component has, in addition to twins, an α'-martensite content of about 10%. There is no α'-martensite in the rest of the component, but slip bands, stacking faults and twins in austenite.
Durch die drei unterschiedlichen Umformgrade ist die Härte abgestuft. Die Härtewerte für die drei Endhöhen der Schiene betragen HV450, HV490 und HV575. Due to the three different degrees of deformation, the hardness is graded. The hardness values for the three end heights of the rail are HV450, HV490 and HV575.

Claims

Patentansprüche claims
1 . Verfahren zur Herstellung hochfester Formteile aus austenitischem Stahlguss mit in Masseprozent einem Kohlenstoffgehalt von 0,4 bis 1 ,2%, einem Mangangehalt von 12 bis 25%, einem Phosphorgehalt von 0,01 bis 1 ,5%, einem Siliziumgehalt von kleiner/gleich 3% und einem Aluminiumgehalt von kleiner/gleich 3%, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Stahlbegleitelemente; wobei die Stahlschmelze mit herkömmlichen Schmelzverfahren erschmolzen und in Formen oder als Halbzeug abgegossen wird, gekennzeichnet dadurch, dass die Gussrohteile nachfolgend durch eine Kaltumformung von mehr als 10% im Temperaturbereich unterhalb 200°C endgefertigt werden. 1 . Process for the production of high-strength austenitic cast steel moldings with mass percentage of a carbon content of 0.4 to 1.2%, a manganese content of 12 to 25%, a phosphorus content of 0.01 to 1.5%, a silicon content of less than or equal to 3 % and an aluminum content of less than or equal to 3%, the remainder being iron and steel components accompanying the fusion; wherein the molten steel is melted by conventional melting and poured into molds or as a semifinished product, characterized in that the casting raw parts are subsequently finished by a cold working of more than 10% in the temperature range below 200 ° C.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet dadurch, dass mehrere Kaltumformungen durchgeführt werden. 2. The method according to claim 1, characterized in that several cold transformations are performed.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, dass die Kaltumformung in mehreren Stichen bei oder oberhalb Raumtemperatur erfolgt. 3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the cold forming takes place in several passes at or above room temperature.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, dass vor der zweiten und jeder weiteren Kaltumformung eine Rekristallisationsglühung im Temperaturbereich von 600 bis 900°C mit anschließender Luft- oder Wasserabkühlung durchgeführt wird. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that before the second and each further cold forming a Rekristallungsglühung in the temperature range of 600 to 900 ° C is carried out with subsequent air or water cooling.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, dass das Gussrohteil so abgegossen wird, dass in Teilbereichen bereits das Fertigmaß aufweist und die Kaltumformung dieses Gussrohteiles nur partiell vorgenommen wird. 5. The method according to claim 1 to 4, characterized in that the Gussrohteil is poured so that in some areas already has the finished size and cold forming this Gußrohteiles is made only partially.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, dass vor der ersten Kaltumformung ein Lösungsglühen im Temperaturbereich von 900 bis 1 100°C durchgeführt wird. 6. The method according to claim 1 to 5, characterized in that before the first cold forming solution annealing in the temperature range of 900 to 1 100 ° C is performed.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die endgefertigten Formteile eine 0,2%-Dehngrenze von 370 bis 900 MPa, eine Zugfestigkeit 800 bis 2100 MPa, eine Einschnürung von 70 bis 5% und eine Bruchdehnung von 60 bis 2% aufweisen. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the finished molded parts a 0.2% proof strength of 370 to 900 MPa, a tensile strength of 800 to 2100 MPa, a constriction of 70 to 5% and an elongation at break of 60 up to 2%.
8. Verwendung der endgefertigten Formteile nach einem der Ansprüche 1 bis 7 als Konstruktions-, Verschleiß oder Crashelement. 8. Use of the finished molded parts according to one of claims 1 to 7 as a construction, wear or crash element.
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