DE102007019980B4 - Herstellung von superplastischen UHC-Leichtbaustählen und deren Verarbeitung durch Warmumformung - Google Patents

Herstellung von superplastischen UHC-Leichtbaustählen und deren Verarbeitung durch Warmumformung Download PDF

Info

Publication number
DE102007019980B4
DE102007019980B4 DE102007019980.7A DE102007019980A DE102007019980B4 DE 102007019980 B4 DE102007019980 B4 DE 102007019980B4 DE 102007019980 A DE102007019980 A DE 102007019980A DE 102007019980 B4 DE102007019980 B4 DE 102007019980B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
temperature
forming
steel
hot
weight
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
DE102007019980.7A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102007019980A1 (de
Inventor
Dr.rer.nat. Haug Tilmann
Wolfgang Kleinekathöfer
Dipl.-Ing. Pol Frederic
Dipl.-Ing. Wilke Frank
Dipl.-Ing. Jung Hans-Peter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsche Edelstahlwerke AG
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
Deutsche Edelstahlwerke GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG, Deutsche Edelstahlwerke GmbH filed Critical Daimler AG
Priority to DE102007019980.7A priority Critical patent/DE102007019980B4/de
Priority to PCT/EP2008/002260 priority patent/WO2008135117A1/de
Publication of DE102007019980A1 publication Critical patent/DE102007019980A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102007019980B4 publication Critical patent/DE102007019980B4/de
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D7/00Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/13Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by hot working
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/005Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment of ferrous alloys
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2201/00Treatment for obtaining particular effects
    • C21D2201/02Superplasticity

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)
  • Forging (AREA)

Abstract

Verfahren zur Herstellung des superplastischen Gefüges von Halbzeugen aus UHC-Leichtbaustählen der Legierungszusammensetzung C von 1 bis 1,6 Gew.%, Al von 5 bis 10 Gew.%, Cr von 0,5 bis 3 Gew.%, Si von 0,01 bis 2,8 Gew.% und Rest Eisen sowie übliche stahlbegleitende Verunreinigungen, mit den Schritten a) Erwärmung des Stahls auf eine Homogenisierungstemperatur die in einem Bereich von bis zu 200°C oberhalb der Austenitisierungstemperatur (Acm) liegt b) Heißumformung mit einem Umformgrad > 1,2 unter stetiger Abkühlung auf eine Temperatur, die im Bereich bis zu 200°C unterhalb A1 (A1-Temperatur) liegt, c) Warmumformung bei einer Temperatur in einem oberen Temperaturband von A1 bis A1 + 200°C und d) langsame Abkühlung mit einer Abkühlrate unterhalb 20°C/min auf eine Temperatur unterhalb A1, wobei die Warmumformung quasi-isotherm erfolgt und die Verweilzeit des Stahls bei der Warmumformtemperatur unterhalb 2 min liegt und die Warmumformung im Schritt c) unmittelbar auf die Heißumformung in derselben Umformanlage erfolgt dadurch gekennzeichnet, dass die Warmumformung in dem oberen Temperaturband mit einem Umformgrad von 0,8 bis 1,5 geführt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung des superplastischen Gefüges von Halbzeugen aus UHC-Leichtbaustählen der Legierungszusammensetzung C von 1 bis 1,6 Gew.%, Al von 5 bis 10 Gew.%, Cr von 0,5 bis 3 Gew.%, Si von 0,01 bis 2,8 Gew.% und Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einem Halbzeug aus UHC-Leichtbaustahl mit superplastischem Gefüge.
  • UHC-Stähle (Ultra High Carbon) sind vor allem durch den für einen üblichen Stahl ziemlich hohen Kohlenstoffanteil gekennzeichnet, der bei unlegierten Stählen im Bereich von ca. 0.8 bis 2.1 Gew.% C liegt. Aufgrund der sehr eingeschränkten Duktilität der gegossenen Stähle bei Raumtemperatur sind die kommerziellen Anwendungsmöglichkeiten von Stählen mit solchen Konzentrationen sehr begrenzt. Grund dafür ist die schmelzmetallurgisch bedingte Bildung eines kontinuierlichen, spröden, proeutektoiden Zementit-, bzw. Karbidnetzwerks an den Korngrenzen der Austenitphase, die während der Abkühlung aus dem Austenitbereich und zwischen Arm und A1 Temperaturen erfolgt.
  • Die UHC-Stähle besitzen jedoch das Potential für superplastische Eigenschaften.
  • Unter Superplastizität von Metallen wird die Fähigkeit verstanden, beim Aufbringen nur sehr geringer Fließspannungen ohne Einschnürung und praktisch keiner Verfestigung Dehnungen zu ertragen, die gegenüber den bei den normalplastischen Werkstoffen üblichen etwa 10 bis 40% bei 100 bis über 1000% liegen, was Umformgraden von 0,7 bis 2,4 entspricht. Die Superplastizität beschreibt ein besonders hohes duktiles, nicht verfestigendes Verhalten, sowohl unter Zugspannungen (Blechumformung) als auch unter Druckspannungen (Massivumformung). Für die superplastische Verformung steht in der Regel nur ein enges Prozessfenster aus Temperatur und Umformgeschwindigkeit (Dehnrate (ε')) zur Verfügung, um die maximalen Dehnwerte der superplastischen Umformung von einigen 100 bis 1000% zu erreichen. Typisch sind hierbei eine erhöhte Umformtemperatur oberhalb ca. 50% der Schmelztemperatur und eine sehr geringe Umformgeschwindigkeit von etwa 10–2 bis 10–5 s–1 zu nennen. Die superplastische Verformung verläuft über zeitlich gesteuerte Diffusionsprozesse, bei denen die sehr feinen und gleichmäßigen, häufig auch rundlichen Kristallite aneinander vorbeigleiten und -rotieren. Die superplastischen Eigenschaften sind daher sehr eng an das Vorliegen eines speziellen Gefüges gekoppelt (superplastisches Gefüge).
  • Der Kernpunkt beim Einstellen der Gefüge, die superplastische Eigenschaften aufweisen (superplastischen Gefüge), liegt dabei in der thermomechanischen Behandlung, die nach der schmelzmetallurgischen Herstellung bei den richtigen Temperaturen und Bedingungen durchzuführen ist. Das Prinzip besteht darin, nach einer vollständigen Austenisierung, die Karbidausscheidung in Form eines ungünstigen kontinuierlichen Karbidnetzwerks durch Einbringung von mechanischer Arbeit (Schmieden, Walzen, etc.) während der Abkühlung zu unterdrücken, bzw. das Netzwerk zu zerstören. So sind Karbide dazu gezwungen, sich sphäroidisch auszuscheiden.
  • Für die thermomechanischen Behandlung, mit dem Ziel, das ungünstige, hart aber spröde Gussgefüge in eine feine, sphäroide und deshalb duktile Mikrostruktur, bestehend aus Karbidausscheidungen in einer Ferritmatrix umzuwandeln sind bereits unterschiedliche Ansätze bekannt. Beispielsweise werden in den US-Patenten US 4448613 , US 4533390 , US 5445685 , US 4769214 und US 3951697 für unterschiedliche UHC-Stähle verschiedene thermomechanische Behandlungen bekannt. Als Startpunkt wird das gegossene Material lange genug austenitisiert, bis alle anderen Phasen sich aufgelöst haben und die C-Atomen und die Begleitelemente homogen verteilt sind. Bereits in diesem Temperaturbereich, und weiter unter der Arm Temperatur, wo sich proeutektoide Karbide, bevorzugt an den Korngrenzen des Austenits ausscheiden, wird mechanische Arbeit durch Walzen oder Schmieden zum Beispiel eingebracht. Im Austenitbereich wird die Struktur verfeinert, unter die Arm Temperatur wird zusätzlich die Bildung des unerwünschten, kontinuierlichen, proeutektoiden Karbidnetzwerks unterdrückt. Stattdessen bilden sich sphäroide Karbide an den Austenitkorngrenzen (günstigsten Stellen zur Keimbildung). Das Material wird teilweise in einem zweiten Behandlungsschritt leicht über der Ac1 Temperatur weichgeglüht, damit sich die lamellare Perlitstruktur auflöst, ohne aber dass sich die C-Atome homogen in den Austenit Körner verteilen. Beim Abkühlen aus einem solchen Zustand bilden sich sphäroide eutektoide Karbide eher als Perlit. Dies wird teilweise durch eine Umformung begleitet. Die thermische Behandlung mit Abkühlung wird Divorced Eutectoid Transformation (DET) genannt.
  • Aus der DE 10 2005 027 258 A1 ist ein dichtereduzierter hochkohlenstoffhaltiger oder UHC-Stahl bekannt, der neben Eisen und üblichen stahlbegleitenden Verunreinigungen die folgenden Legierungsbestandteile aufweist: 0,8 bis 2,5% C, 3,5 bis 15% Al, 0,5 bis 4% Cr, 0,01 bis 4% Si, bis zu 4% Ni, Mn, Mo, Nb, Ta, V und/oder W, sowie 0,1 bis 0,85 Sn, und 0 bis 3% an Ti, Be und/oder Ga.
  • Ein anwendungstechnisch besonders interessanter UHC-Stahl ist ein UHC-Leichtbaustahl der folgenden Zusammensetzung in Gew.%
    C: 1 bis 1,6%
    Al: 5 bis 10%
    Cr: 0,5 bis 3%
    Si: 0,01 bis 2,8%
    Rest Eisen und üblichen stahlbegleitende Verunreinigungen
    Dieser zeigt aufgrund seines hohen Al- und Si-Gehaltes eine gute Eignung im Leichtbau und zeigt andererseits aufgrund des hohen Al-Gehaltes auch sehr gute Eignung zur Warmumformung. Durch den hohen Al-Gehalt liegt eine vergleichsweise hohe Zunderbeständigkeit vor, so dass sich die Warmumformprozesse einfacher und mit höherer Qualität durchführen lassen.
  • Die bekannten thermischen bzw. thermomechanischen Behandlungen sind für den großtechnischen Einsatz teils kostenintensiv und für die Optimierung der UHC-Leichtbaustähle zu unspezifisch.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung für einen UHC-Leichtbaustahl mit den wesentlichen Legierungselementen C: 1 bis 1,6%, Al: 5 bis 10%, Cr: 0,5 bis 3%, Si: 0,01 bis 2,8% ein kostengünstiges thermomechanisches Verfahren zur Einstellung eines superplastischen Gefüges bereit zu stellen.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung des superplastischen Gefüges von Halbzeugen aus UHC-Leichtbaustählen der Legierungszusammensetzung C von 1 bis 1,6 Gew.%, Al von 5 bis 10 Gew.%, Cr von 0,5 bis 3 Gew.%, Si von 0,01 bis 2,8 Gew.% und Rest Eisen sowie übliche stahlbegleitende Verunreinigungen, mit den Schritten
    • a) Erwärmung des Stahls auf eine Homogenisierungstemperatur die in einem Bereich von bis zu 200°C oberhalb der Austenitisierungstemperatur (Acm) liegt
    • b) Heißumformung mit einem Umformgrad > 1,2 unter stetiger Abkühlung auf eine Temperatur, die im Bereich bis zu 200°C unterhalb A1 (A1-Temperatur) liegt,
    • c) Warmumformung bei einer Temperatur in einem oberen Temperaturband von A1 bis A1 + 200°C und
    • d) langsame Abkühlung mit einer Abkühlrate unterhalb 20°C/min auf eine Temperatur unterhalb A1,
    wobei die Warmumformung quasi-isotherm erfolgt und die Verweilzeit des Stahls bei der Warmumformtemperatur unterhalb 2 min liegt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf UHC-Leichtbaustähle der Zusammensetzung in Gew.%
    C: 1 bis 1,6
    Al: 5 bis 10
    Cr: 0,5 bis 3
    Si: 0,01 bis 2,8
    Rest Eisen und üblichen stahlbegleitende Verunreinigungen.
  • Bei diesem Stahl ist es von Bedeutung, dass der Al-Gehalt bei zunehmendem Si-Gehalt ebenfalls erhöht wird. Für das Al/Si-Verhältnis wird bevorzugt ein Wert zwischen 15 und 50 gewählt. Der UHC-Leichtbaustahl kann weitere stabilisierende Legierungselemente enthalten, die ausgewählt sind aus der Gruppe Nb, Ti, Mg und/oder N in einer Menge von 0,02 bis unterhalb 0,8 Gew.%. Ein besonders geeigneter UHC-Leichtbaustahl weist die folgende Zusammensetzung in Gew.% auf:
    C: 1,2 bis 1,4%
    Al: 5,5 bis 7.0%
    Cr: 1 bis 2.0%
    Si: 0,3 bis 0,6%
    Rest Eisen und übliche stahlbegleitende Verunreinigungen.
  • In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung gliedert sich der Prozess der thermomechanischen Nachbehandlung in die Verfahrensschritte:
    • a) Erwärmung des Stahls auf eine Homogenisierungstemperatur die in einem Bereich von bis zu 200°C oberhalb der Austenitisierungstemperatur (Acm) liegt
    • b) Heißumformung mit einem Umformgrad > 1,2 unter stetiger Abkühlung auf eine Temperatur, die im Bereich bis zu 200°C unterhalb A1 (A1-Temperatur) liegt,
    • c) Warmumformung bei einer Temperatur in einem oberen Temperaturband von A1 bis A1 + 200°C und
    • d) langsame Abkühlung mit einer Abkühlrate unterhalb 20°C/min auf eine Temperatur unterhalb A1,
    wobei die Warmumformung quasi-isotherm erfolgt und die Verweilzeit des Stahls bei der Warmumformtemperatur unterhalb 2 min liegt.
  • Die Temperaturverläufe der erfindungsgemäßen thermomechanischen Behandlung der UHC-Leichtbaustähle ist anhand von Abbildungen schematisch dargestellt.
  • Dabei zeigen
  • 1 Temperaturverlauf zur Einstellung des superplastischen Gefüges bei der Warmumformung im oberen Temperaturband und
  • 2 Temperaturverlauf zur Einstellung des superplastischen Gefüges bei der Warmumformung im unteren Temperaturband.
  • Für den erfindungsgemäßen Prozess ist es von besonderer Bedeutung, dass nach der Heißumformung im Schritt b) eine Warmumformung in einem Temperaturband oberhalb A1 erfolgt, Schritt c). Das Temperaturband ist für den eingesetzten UHC-Leichtbaustahl auf 200°C ab der A1-Temperatur festgelegt. Zu hohe Temperaturen und zu lange Verweilzeiten oberhalb A1 führen zu einer Schädigung des Gefüges. Dabei können hier bereits geringe Abweichungen großen Einfluss auf die optimalen Warmumformbedingungen (Temperatur und Umformkräfte) der später durchzuführenden Warmumformung nach sich ziehen. Die Verweilzeit ist daher erfindungsgemäß auf unterhalb 2 Minuten begrenzt. Besonders bevorzugt liegt die Prozessdauer im oberen Temperaturband bei unter 1 min. Für die Einstellung des optimalen Gefüges ist dabei nicht nur der Temperaturbereich in den Verfahrensstufen a) und b) sondern auch der Grad der mechanischen Umformung von besonderer Bedeutung. Die Heißumformung (b) soll einen Umformgrad (φ) > 1,2 aufweisen. Der Stahl muss dabei während der Umformung auf Temperaturen deutlich unterhalb A1 abkühlen. Die Abkühlrate muss mindestens einer Abkühlung durch Umgebungsluft entsprechen. Auch Abschrecken kann zweckmäßig sein. Umformgrade deutlich über φ > 1,2 können eingestellt werden, sind jedoch aus Kostengründen auf das erforderliche Mindestmaß zu begrenzen. Bevorzugt wird die Heißumformung mit einem Umformgrad von 1,2 bis 2 durchgeführt wird. Ein Bereich von φ = 1,3 bis 1,7 ist besonders zweckmäßig.
  • Der Umformgrad (φ) gibt dabei immer das Verhältnis der charakteristischen Abmessungen des Stahlteils unmittelbar vor und unmittelbar nach dem entsprechenden Umformschritt an. Beispielsweise ist bei runden Stahlteilen, die bei der Umformung eine Reduzierung des Durchmessers erfahren, die charakteristische Abmessung des Umformgrades die Querschnittsfläche (A). Bei quadratischen oder rechteckigen Stahlteilen, die zu Blechen ausgewalzt werden, wird als charakteristische Abmessung typischerweise die Höhe bzw. Dicke (h) herangezogen. Der Umformgrad (φ) ist das logarithmische Verhältnis von Anfangsabmessung zu Endabmessung, entsprechend φ = ln(A0/A) oder φ = ln(h0/h).
  • Von besonderer Bedeutung ist die Größe des Umformgrades im Schritt c). Da sich der Stahl hier bereits relativ zur Schmiedetemperatur auf vergleichsweise sehr niedrigem Temperaturniveau befindet sind die Umformkräfte sehr hoch. Der Prozessschritt ist demgemäß kostenintensiv und ist daher auf möglichst geringe Umformgrade zu beschränken.
  • Besonders bevorzugt wird die Warmumformung in dem oberen Temperaturband mit einem Umformgrad von 0,8 bis 1,5 durchgeführt.
  • Als Gesamtumformgrad aus den Verfahrensschritten b) und c) sind φ = 1,7 bis 2,5 bevorzugt
  • Der Prozessschritt c) wird erfindungsgemäß quasi-isotherm durchgeführt. Dies bedeutet, dass während der Umformung über das Stahlteil im Mittel eine gleich bleibende Temperatur herrscht, die sich nur um wenige °C ändert. Wird die Umformung in einer Walzstraße vorgenommen, so kann hierzu erforderlichenfalls zwischen mehreren aufeinander folgenden Stichen eine Zwischenwärmung erfolgen. Die isotherme Prozessführung ist für eine gleichmäßige Ausbildung des Gefüges erforderlich. Das obere Temperaturband wird bevorzugt auf A1 + 50°C bis A1 + 150°C eingeschränkt. Bei dieser thermomechanischen Behandlung wird die lamellare Perlitstruktur aufgelöst, ohne dass sich die C-Atome homogen in den Austenit-Körnern verteilen können. Durch diese thermomechanische Behandlung wird ein homogenes, vollständig sphäroidisiertes Gefüge erzeugt, das sowohl leicht unterhalb als auch leicht oberhalb der Ac1 Temperatur eine stark ausgeprägte Duktilität aufweist.
  • Die A1-Temperaturen des UHC-Leichtbaustahls sind besonders durch die Legierungselemente Al und Si beeinflusst.
  • Beispielhafte A1-Temperaturen und Acm-Temperaturen in Klammern in Abhängigkeit der Legierungsgehalte Al und Si sind:
    5% Al, 0% Si: 810°C
    6,5% Al, 0% Si: 822°C (935°C)
    10% Al, 0% Si: 950°C

    7,0% Al, 0,2% Si: 900°C (1000°C)
    6,5% Al, 0,4% Si: 865°C (980°C)
    7,5% Al, 0,4% Si: 911°C (1020°C)

    10% Al, 2% Si: 1150°C (1185°C).
  • Nach dem Prozessschritt c) ist in Schritt d) relativ langsam unterhalb A1 abzukühlen. Die Abkühlrate liegt bevorzugt unterhalb 20°C/min bis zum Erreichen einer Temperatur unterhalb A1. Hierauf kann schnell abgekühlt werden, beispielsweise durch Luft-Abschreckung. Für die Prozessführung ist es von Vorteil, wenn die Heißumformung in derselben Umformanlage erfolgt. Besonders bevorzugt werden die Stähle in mehreren Stichen in derselben Walzanlage behandelt und erforderlichenfalls induktiv zwischengeheizt.
  • In einer Alternative zu der geschilderten Warmumformung in einem oberen Temperaturband ist es ebenso möglich den Stahl in einem unteren Temperaturband thermomechanisch zu behandeln und zu einem optimierten superplastischen Gefüge zu gelangen. Die Homogenisierungsbehandlung im Schritt a) ist die gleiche ändert sich gegenüber dem oben geschilderten Verfahren nicht. Auch bei Schritt b), der Heißumformung sind die gleichen Umformtemperaturverläufe und Umformgrade zu wählen. Am Ende des Prozessschrittes b), soll die Temperatur im Bereich von 50 bis 200°C unterhalb A1 (A1-Temperatur) liegen, um in den Bereich der Anfangstemperatur für den folgenden Warmumformschritt in einem unteren Temperaturband zu gelangen. Die Warmumformung c) erfolgt bei dieser Variante in einem unteren Temperaturband von A1-100°C bis A1. Aufgrund der geringeren Temperaturen treten hierbei höhere Umformkräfte auf als bei der ersten Variante der Warmumformung. Dagegen tritt bei der niedrigeren Temperatur die unerwünschte Diffusion der Kohlenstoffatome in den Austenit weniger in Erscheinung.
  • Nach der thermomechanischen Behandlung im unteren Temperaturband ist eine schnelle Abkühlung auf Raumtemperatur mit Abkühlraten oberhalb 20 K/min durchzuführen (Schritt d). Erfindungswesentlich ist bei der Warmumformung im unteren Temperaturband ein höherer Mindest-Umformgrad als im oberen Temperaturband, der bei φ > 1,5, liegt. Bevorzugt sind Werte von φ = 1,7 bis 3 und besonders bevorzugt 1,7 bis 2,2. Als Gesamtumformgrad aus den Verfahrensschritten b) und c) sind hier φ = 2,7 bis 3 bevorzugt.
  • Für d) sind Abkühlraten oberhalb 20 K/min bis Raumtemperatur vorzusehen. Sobald die thermomechanische Behandlung abgeschlossen ist, kann das Stahl-Halbzeug auch abgeschreckt werden. Thermomechanische Spannungen aufgrund hoher Abkühlraten im Halbzeug sind dabei ohne Bedeutung, wenn als nachfolgender Umformprozess das Warmumformen bei superplastischen Temperaturen gewählt wird.
  • In beiden Prozessvarianten, mit Warmumformung im oberen oder im unteren Temperaturband wird ein superplastisches Gefüge eingestellt, das sich insbesondere durch die Kristallitgrößen der Phasen Ferrit und Karbid charakterisieren lässt. Bevorzugt liegt die mittlere Partikelgröße, bzw. der mittlere Partikeldurchmesser von Ferrit < 5 μm, von proeutektoiden Karbiden < 3 μm und von eutektoiden Karbiden < 1 μm. Der Volumenanteil der Karbidphasen liegt bevorzugt im Bereich von 15 bis 25% an feinen sphäroiden (eutektoiden) Karbiden und 20 bis 30% an gröberen sphäroiden (proeutektoiden) Karbiden.
  • Bevorzugt wird der Prozess in den Schritten b) und c) so gefahren, dass der Anteil an proeutektoiden Karbiden nur gering von demjenigen der eutektoiden Abweicht. Bevorzugt liegt das Verhältnis von proeutektoiden/eutektoiden Karbiden im Bereich von 0,8 bis 1,2.
  • Die Temperaturen der erfindungsgemäß angewendeten Warmumformung liegen deutlich unterhalb der üblichen Schmiedetemperaturen derartiger Stähle. Diese vergleichsweise geringeren Temperaturen haben einen bedeutenden Vorteil für die Umformwerkzeuge. Häufig können konventionelle Stahlwerkzeuge statt der sonst erforderlichen Hochtemperaturwerkzeuge eingesetzt werden.
  • Bei der Warmumformung werden so hohe Prozessgeschwindigkeiten eingestellt, dass die für superplastische Verformungen typischen extrem hohen Umformgrade nicht erreicht werden können. Vielmehr ist der Prozess auf niedrige und im Maschinenbau typische Umformgrade von Stählen optimiert, die bevorzugt oberhalb 2 liegen.
  • Für die UHC-Leichtbaustähle wird bei der Warmumformung bevorzugt bei einem Prozessdruck unterhalb von 150 bis 180 MPa und einer Umformgeschwindigkeit oder Formänderungsgeschwindigkeit (ε' = relative Längenänderung/Anfangslänge pro Zeiteinheit) oberhalb von 0,1/s gearbeitet. Das ist typischweise der 100 bis 1000-fache Wert, der für superplastische Stähle üblichen (Umformgeschwindigkeit von etwa 10–3 bis 10–5 s–1) und liegt damit in einem Bereich, der industriegemäße Formgebungs-Zykluszeiten überhaupt erst zulässt. Die Auslegung des Prozesses kann auf geringen Prozessdruck oder auf hohe Umformgeschwindigkeiten optimiert werden, je nach gewähltem Umformverfahren oder Umformwerkzeug. Besonders bevorzugte Umformungsgeschwindigkeiten liegen oberhalb 0,5/s.
  • Werden UHC-Leichtbaustähle eingesetzt, die ein superplastisches Gefüge aufweisen sind auch unter den nicht superplastischen Bedingungen der Warmumformung sehr hohe Umformgrade erzielbar. Bevorzugt werden bei der Warmumformung Dehnungen des Stahl-Halbzeugs im Bereich von 50 bis 300% durchgeführt.
  • Die UHC-Leichtbaustähle werden bevorzugt für die Fertigung von Fahrwerksbauteilen, Getriebeteilen, Zahnrädern oder Leichtbaupleuel für Kraftfahrzeuge eingesetzt.

Claims (1)

  1. Verfahren zur Herstellung des superplastischen Gefüges von Halbzeugen aus UHC-Leichtbaustählen der Legierungszusammensetzung C von 1 bis 1,6 Gew.%, Al von 5 bis 10 Gew.%, Cr von 0,5 bis 3 Gew.%, Si von 0,01 bis 2,8 Gew.% und Rest Eisen sowie übliche stahlbegleitende Verunreinigungen, mit den Schritten a) Erwärmung des Stahls auf eine Homogenisierungstemperatur die in einem Bereich von bis zu 200°C oberhalb der Austenitisierungstemperatur (Acm) liegt b) Heißumformung mit einem Umformgrad > 1,2 unter stetiger Abkühlung auf eine Temperatur, die im Bereich bis zu 200°C unterhalb A1 (A1-Temperatur) liegt, c) Warmumformung bei einer Temperatur in einem oberen Temperaturband von A1 bis A1 + 200°C und d) langsame Abkühlung mit einer Abkühlrate unterhalb 20°C/min auf eine Temperatur unterhalb A1, wobei die Warmumformung quasi-isotherm erfolgt und die Verweilzeit des Stahls bei der Warmumformtemperatur unterhalb 2 min liegt und die Warmumformung im Schritt c) unmittelbar auf die Heißumformung in derselben Umformanlage erfolgt dadurch gekennzeichnet, dass die Warmumformung in dem oberen Temperaturband mit einem Umformgrad von 0,8 bis 1,5 geführt wird.
DE102007019980.7A 2007-04-27 2007-04-27 Herstellung von superplastischen UHC-Leichtbaustählen und deren Verarbeitung durch Warmumformung Expired - Fee Related DE102007019980B4 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007019980.7A DE102007019980B4 (de) 2007-04-27 2007-04-27 Herstellung von superplastischen UHC-Leichtbaustählen und deren Verarbeitung durch Warmumformung
PCT/EP2008/002260 WO2008135117A1 (de) 2007-04-27 2008-03-20 Herstellung von superplastischen uhc-leichtbaustählen mit aluminiumgehalt und deren verarbeitung durch warmumformung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007019980.7A DE102007019980B4 (de) 2007-04-27 2007-04-27 Herstellung von superplastischen UHC-Leichtbaustählen und deren Verarbeitung durch Warmumformung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102007019980A1 DE102007019980A1 (de) 2008-11-06
DE102007019980B4 true DE102007019980B4 (de) 2018-04-12

Family

ID=39608175

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102007019980.7A Expired - Fee Related DE102007019980B4 (de) 2007-04-27 2007-04-27 Herstellung von superplastischen UHC-Leichtbaustählen und deren Verarbeitung durch Warmumformung

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102007019980B4 (de)
WO (1) WO2008135117A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ301718B6 (cs) * 2009-04-08 2010-06-02 Comtes Fht A.S. Zpusob zpracování ocelového polotovaru nad teplotou Ac1

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3951697A (en) * 1975-02-24 1976-04-20 The Board Of Trustees Of Leland Stanford Junior University Superplastic ultra high carbon steel
US4448613A (en) * 1982-05-24 1984-05-15 Board Of Trustees, Leland Stanford, Jr. University Divorced eutectoid transformation process and product of ultrahigh carbon steels
US4533390A (en) * 1983-09-30 1985-08-06 Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Ultra high carbon steel alloy and processing thereof
US4769214A (en) * 1985-09-19 1988-09-06 Sptek Ultrahigh carbon steels containing aluminum
US5445685A (en) * 1993-05-17 1995-08-29 The Regents Of The University Of California Transformation process for production of ultrahigh carbon steels and new alloys
DE102005027258A1 (de) * 2005-06-13 2006-12-21 Daimlerchrysler Ag Hochkohlenstoffhaltiger Stahl mit Superplastizität

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102006041902A1 (de) * 2006-09-07 2008-03-27 Daimler Ag Bauteile aus Ultrahochkohlenstoffhaltigen Stählen mit reduzierter Dichte und hoher Zunderbeständigkeit

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3951697A (en) * 1975-02-24 1976-04-20 The Board Of Trustees Of Leland Stanford Junior University Superplastic ultra high carbon steel
DE2606632C2 (de) * 1975-02-24 1986-04-30 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University, Stanford, Calif. Verwendung von Kohlenstoff-Stahl als superplastischer Wirkstoff und Verfahren zu dessen Wärmebehandlung
US4448613A (en) * 1982-05-24 1984-05-15 Board Of Trustees, Leland Stanford, Jr. University Divorced eutectoid transformation process and product of ultrahigh carbon steels
EP0109436B1 (de) * 1982-05-24 1987-09-16 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Verfahren zur unterdrückung der eutektoidumwandlung und ultrahochkohlenstoffhaltige stähle
US4533390A (en) * 1983-09-30 1985-08-06 Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Ultra high carbon steel alloy and processing thereof
US4769214A (en) * 1985-09-19 1988-09-06 Sptek Ultrahigh carbon steels containing aluminum
EP0236489B1 (de) * 1985-09-19 1991-01-23 SHERBY, Oleg D. Aluminium enthaltende stähle mit extrem hohem kohlenstoffgehalt und verarbeitung dieser stähle
US5445685A (en) * 1993-05-17 1995-08-29 The Regents Of The University Of California Transformation process for production of ultrahigh carbon steels and new alloys
DE102005027258A1 (de) * 2005-06-13 2006-12-21 Daimlerchrysler Ag Hochkohlenstoffhaltiger Stahl mit Superplastizität

Also Published As

Publication number Publication date
WO2008135117A1 (de) 2008-11-13
DE102007019980A1 (de) 2008-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60304077T2 (de) Wärme- und korrosionsbeständige austenitische Legierung, wärme- und druckbeständige Bauteile und Verfahren zu deren Herstellung
EP1573075B8 (de) Verfahren zum herstellen eines stahlprodukts
DE60016369T2 (de) Kalt bearbeitbarer stahldraht oder stahlstab und verfahren
DE1508416C3 (de) Verfahren zur Herstellung von Stahlteilen wie Bolzen, Schrauben, Zapfen u.dgl.
DE60019141T2 (de) Verfahren zum Herstellen von Produkten aus ausscheidungsgehärtetem, martensitischem, nichtrostendem Stahl und Verwendung des Verfahrens
DE102019216995A1 (de) Lagerbauteil mit einem metallischen Grundkörper und einer Beschichtung mit legiertem Stahl
DE2606632C2 (de) Verwendung von Kohlenstoff-Stahl als superplastischer Wirkstoff und Verfahren zu dessen Wärmebehandlung
DE60300561T3 (de) Verfahren zur Herstellung eines warmgewalzten Stahlbandes
WO2017085072A1 (de) Edelbaustahl mit bainitischem gefüge, daraus hergestelltes schmiedeteil und verfahren zur herstellung eines schmiedeteils
EP2111475B1 (de) Bauteile aus ultrahochkohlenstoffhaltigen stählen mit reduzierter dichte und hoher zunderbeständigkeit
DE102008032024B4 (de) Dichtereduzierte UHC-Stähle
WO2021032858A1 (de) Verfahren zur herstellung von hochfesten blechen oder bändern aus einem niedrig legierten, hochfesten bainitischen stahl sowie ein stahlband oder stahlblech hieraus
EP1274872B1 (de) Verfahren zur herstellung eines stickstofflegierten, sprühkompaktierten stahls, verfahren zu seiner herstellung
WO2019122362A1 (de) Verfahren zum erzeugen metallischer bauteile mit angepassten bauteileigenschaften
WO2021032893A1 (de) Werkzeugstahl für kaltarbeits- und schnellarbeitsanwendungen
WO2020127557A1 (de) Verfahren zur herstellung von thermo-mechanisch hergestellten warmbanderzeugnissen
DE102007019980B4 (de) Herstellung von superplastischen UHC-Leichtbaustählen und deren Verarbeitung durch Warmumformung
DE3507124C2 (de)
DE3346089C2 (de)
DE102006001198A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Einstellung gezielter Eigenschaftskombinationen bei Mehrphasenstählen
DE102020210764B3 (de) Bauteil aus Stahl mit verbesserter Kerbschlagzähigkeit bei tiefen Temperaturen
AT508101B1 (de) Verarbeitungsweise eines stahlhalbzeuges über die ac1-temperatur
DE102005031462A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines mikrolegierten Kaltbandes mit einer bei vorgegebener Festigkeit erhöhten Dehnung
WO2017133725A1 (de) Verfahren zur herstellung eines wälzlagerbauteils aus einem austenitischen stahl
EP1371737A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Draht- oder Stabstahl und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed

Effective date: 20131128

R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: DAIMLER AG, DE

Free format text: FORMER OWNERS: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE; DEUTSCHE EDELSTAHLWERKE GMBH, 58452 WITTEN, DE

Owner name: DEUTSCHE EDELSTAHLWERKE GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNERS: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE; DEUTSCHE EDELSTAHLWERKE GMBH, 58452 WITTEN, DE

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee