DE2355894A1 - HOT FORGING PROCESS - Google Patents

Description

Dr. D. Thomsen PATENTANWALTSBÜRODr. D. Thomsen PATENT AGENCY OFFICE W. Weinkauff Telefon (089) 53 0211W. Weinkauff Telephone (089) 53 0211

Dr. I. Ruch ^⁰²¹² 2355894Dr. I. Ruch ^ ⁰²¹² 2355894

Telex 5-24303 topat iJJJOJ¹»Telex 5-24303 topat iJJJOJ ¹ » PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS Manchen: Frankfurt/M.:Some: Frankfurt / M .: Dr. rer. nat D. Thomsen Dipl.-Ing. W. WeinkauffDr. rer. nat D. Thomsen Dipl.-Ing. W. Weinkauff Dr. rer. nat. I. Ruch (Fuchshohl 71)Dr. rer. nat. I. Ruch (Fuchshohl 71)

8000 München 28000 Munich 2

Kalser-Ludwlg-Platz6 8. November 1973Kalser-Ludwlg-Platz6 November 8, 1973

Kobe Steel, Ltd.
Kobe, JapanKobe Steel, Ltd.
Kobe, Japan

WarmschmiedeverfahrenHot forging process

Die Erfindung bezieht sich auf ein Warmschmiedeverfahren zur Erzielung verbesserter mechanischer Eigenschaften bei Schmiedeteilen oder geschmiedeten Produkten aus Kohlenstoffstählen oder niedrig legierten Stählen ohne Anwendung von Wärmebehandlung nach der letzten Warmschmiedestufe. Dieses Verfahren verbessert die Festigkeit, die Zähigkeit, insbesondere die Kerbzähigkeit, Dauerfestigkeit, das Wechselfestigkeitsverhältnis, das Aussehen und dieOimensiönsgenauigkeit von Schmiedeteilen. Zur Erzielung einer solchen ausgezeichneten Kombination von verbesserten mechanischen EigenschaftenThe invention relates to a hot forging process to achieve improved mechanical properties in forgings or forged products made of carbon steels or low-alloy steels without the application of heat treatment after the last hot forging stage. This Process improves strength, toughness, in particular the notch toughness, fatigue strength, the fatigue strength ratio, the appearance and the dimensional accuracy of forgings. To achieve such an excellent combination of improved mechanical properties

409821/0362409821/0362

~ ²" 235S894~ ² "235S894

werden bei diesem Verfahren Kohlenstoffstähle oder niedrig legierte Stähle verwendet, die einer Warmbehandlung oder plastischen Verformung unterworfen worden sind, bevor das endgültige Warmschmieden bei einer Temperatur im Bereich von 45o C bis zum A ₁—Umwandlungspunkt ausgeführt wird; dies erfolgt im Vergleich mit der Anwendung einer Wärmebehandlung nach dem Schmieden, wie bei den üblichen Kalt- oder Warmschmiedeverfahren .this process uses carbon steels or low-alloy steels which have been subjected to a hot treatment or plastic deformation before the final hot forging is carried out at a temperature in the range from 45o C to the A ₁ transformation point; this is done in comparison with the application of a heat treatment after forging, as in the usual cold or hot forging processes.

Demgemäß beruht die Erfindung insbesondere auf der Anwendung von Vorbereitungsbehandlungen, wie z.B. Wärmebehandlung oder Kaltbearbeitung, bevor das vorstehend genannte endgültige Warmschmieden ausgeführt wird, so daß Warmbehandlungen danach vermieden werden.Accordingly, the invention particularly resides in the use of preparatory treatments such as heat treatment or cold working before the aforesaid final hot forging is carried out so that Hot treatments afterwards are avoided.

Wie ersichtlich, betrifft so die Erfindung ein Warmschmiedeverfahren bei einer Temperatur im Bereich von 45o°C bis zum A ₁-Umwandlungspunkt und insbesondere auch die Vorbereitungsbehandlungen, wie z.B. Warmbehandlung oder plastische Verformung für das endgültige Warmschmieden, zur Erzielung verbesserter mechanischer Eigenschaften von Schmiedeteilen,oder geschmiedeten Erzeugnissen in Verbindung mit vorzüglichem Aussehen bei geringster Zunderbildung auf der Oberfläche der Schmiedeteile.As can be seen, the invention relates to a hot forging process at a temperature in the range from 45o ° C to the A ₁ transformation point and in particular also the preparatory treatments, such as heat treatment or plastic deformation for the final hot forging, to achieve improved mechanical properties of forgings, or Forged products in connection with an excellent appearance with minimal scale formation on the surface of the forged parts.

Im allgemeinen ist das übliche Warmschmieden bei einer Temperatur im Bereich von 45o°C bis zum & --Umwandlungs" punkt zum Schmieden von Materialien vorgesehen, um diesenIn general, the usual hot forging at a temperature in the range of 45o ° C to the & --Conversion " point for forging materials provided around this

409821/0362409821/0362

eine nicht-symmetrische Gestalt zu geben, die man auf andere Weise nach einer Kaltschmiedetechnik sonst nicht erreichen würde; es handelt sich- dabei um Materialien, die einen hohen Grad von Bearbeitbarkeit vorschreiben,oder um solche Materialien, auf die das Kaltschmieden nicht anwendbar ist. Solche Warmschmiedetechniken sind jedoch mit dem Nachteil verbunden, daß dabei eine Wärmebehandlung nach dem Schmieden •erforderlich ist, um die erwünschten mechanischen Eigenschaften bei den geschmiedeten Erzeugnissen zu gewährleisten; dies führt zu Verwerfungen oder Verkrümmungen oder zu Restspannungen in geschmiedeten Erzeugnissen infolge Wärmebehandlung und/oder zu verschlechterter Dimensionsgenauigkeit und Oberflächenbeschaffenheit der Erzeugnisse.to give a non-symmetrical shape to one another Way would otherwise not achieve after a cold forging technique; It is about materials that make one or require a high degree of workability Materials to which cold forging cannot be applied. However, such hot forging techniques have the disadvantage connected that a heat treatment after forging is necessary in order to achieve the desired mechanical properties to ensure for the forged products; this leads to warping or warping or too Residual stresses in forged products as a result of heat treatment and / or poor dimensional accuracy and surface quality of the products.

Weitere Versuche zur Erzielung verbesserterFurther attempts to achieve improved

Zähigkeit oder mechanischer Eigenschaften bei Schmiedeteilen sind die Anwendung von Warmbearbeitung unter Nutzbarmachung einer thermomechanischen Behandlung, einer Schmiedehärtung, einer Ausformung, einer Auswalz-Temperüng od. dgl.; unter diesen Arbeitsweisen sind die Schmiedehärtung und die Ausformung als bekannte Techniken seit langem praktiziert worden. Jedoch handelt es sich bei der thermomechanischen Behandlung darum, daß ein Material bis zu einer Austenit-Zone oberhalb des A .j-Uiawandlungspunktes erhitzt und dieses dann im Zuge des Abkühlens bearbeitet wird. Diese Arbeitsweise verlangt nicht nur die Anwendung eines komplizierten Schmiedeoder Bearbeitungsverfahrens, sondern auch die strenge Kontrolle der Zeit oder der Temperatur od. dgl. InsbesondereThe toughness or mechanical properties of forgings are the application of hot working using a thermomechanical treatment, forging hardening, shaping, rolling tempering or the like; among these operations, forging hardening and molding have long been practiced as known techniques. However, in the case of thermomechanical treatment, a material is heated up to an austenite zone above the A .j transition point and this is then processed in the course of cooling. This mode of operation not only requires the use of a complicated forging or machining process, but also strict control of the time or temperature or the like. In particular

409821/0362409821/0362

ist die Zunderbildung auf der Oberfläche der geschmiedeten Produkte unvermeidlich/ nämlich infolge der Anwendung einer erhöhten Temperatur der Austenit-Zone oberhalb des A _- Umwandlungspunktes.is the scale formation on the surface of the forged Products unavoidable / namely as a result of the application of an increased temperature of the austenite zone above the A _- Conversion point.

Infolgedessen blieb die Forderung nach einem Verfahren zum Warmschmieden von Kohlenstoffstählen oder niedrig legierten Stählen bei einer Temperatur im Bereich von 45o C bis zum A ..-Umwandlungspunkt, wodurch die Wärmebehandlung nach dem endgültigen Schmieden überwunden werden könnte und das mit einfachen, aber wirksamen Maßnahmen zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Schmiedeteilen durchzuführen sein würde·As a result, the demand for a method of hot forging carbon steels or remained low alloy steels at a temperature in the range of 45o C. up to the A ..- transformation point, whereby the heat treatment could be overcome after final forging with simple but effective measures for improvement the mechanical properties of forgings would have to be carried out

Dementsprechend liegt die Aufgabe der Erfindung in der Schaffung eines Warmschmiedeverfahrens bei einer Temperatur von 45o°C bis zum A --ümwandlungspunkt, wodurch die Anwendung von Wärmebehandlung nach dem endgültigen Schmieden überwunden wird, jedoch verbesserte mechanische Eigenschaften der erhaltenen Schmiedeteile zu erzielen sind. Zur Aufgabe der Erfindung gehört die Schaffung eines Warmschmiedeverfahrens der beschriebenen Art, wobei- man verschiedene Arten von Vorbereitungsbehandlungen vor der Ausführung des endgültigen Warmschmiedens durchführt, um so die Anwendung einer anschließenden Wärmebehandlung ganz anders als bei den üblichen Schmiedeverfahren auszuschalten.Accordingly, the object of the invention is to provide a hot forging process in a Temperature from 45o ° C to the transformation point, whereby the application of heat treatment after final forging is overcome, but improved mechanical ones Properties of the forgings obtained are to be achieved. The object of the invention includes creating a hot forging process of the kind described, taking various types of preparatory treatments before performing of the final hot forging, so the application of a subsequent heat treatment is completely different than with the usual forging process.

409821/0362409821/0362

Zur Lösung dieser Aufgabe dient das erfindungsgemäße Warmschmiedeverfahren, wobei man eine Wärmebehandlung oder plastische Verformung auf Kohlenstoffstähle oder niedrig legierte Stähle anwendet und dann das Schmieden bei einer Temperatur im Bereich von 45o°C bis zum A_c1-Umwandlungspunkt ausführt, wodurch die mechanischen Eigenschaften von geschmiedeten Stählen verbessert v/erden; sie sind dann frei von Verwerfungen oder Verkrümmungen oder Restspannungen infolge der Wärmebehandlung und weisen ferner keine Dimensionsungenauigkeiten und keine unerwünschte Oberflachenrauhheiten auf.The hot forging process according to the invention serves to solve this problem, whereby a heat treatment or plastic deformation is applied to carbon steels or low-alloy steels and the forging is then carried out at a temperature in the range from 45o ° C to the A _c1 transformation point, whereby the mechanical properties of forged Steels improved v / earth; they are then free from warping or warping or residual stresses as a result of the heat treatment and, furthermore, have no dimensional inaccuracies and no undesirable surface roughness.

Bei dem erfindungsgemäßen Warmschmiedeverfahren werden vor dem endgültigen Warmschmieden eine Wärmebehandlung oder Härtung und Temperung auf die Ausgangsstähle angewendet.In the hot forging process according to the invention, a heat treatment is carried out before the final hot forging or hardening and tempering applied to the starting steels.

Ferner werden bei dem erfindungsgemäßen Warmschmiedeverfahren vor dem endgültigen Warmschmieden die gewalzten oder normalisierten Ausgangsstähle auf eine Temperatur in der Ferrit- und Austenit-Zone unterhalb des A_c3-Umwandlungspunktes erhitzt, und das endgültige Schmieden wird bei der vorstehend genannten Temperatur ausgeführt. Hierbei v/ird die Temperatur der Ausgangsstähle infolge der Schmiedewärme bis zu einer Temperatur nahe dem A ,-Dmwandlungspunkt oder darüber erhöht. Wenn die Ausgangsstähle einem solchen Schmieden unterworfen worden sind, verursachen das Austenit, das vor dem Schmieden gebildet wurde, und dasFurthermore, in the hot forging method according to the invention, before the final hot forging, the rolled or normalized starting _{steels are heated to a temperature in the ferrite and austenite zone below the A c3} transformation point, and the final forging is carried out at the aforementioned temperature. In this case, the temperature of the starting steels is increased as a result of the heat of forging up to a temperature close to the A, -D transformation point or above. When the starting steels have been subjected to such forging, austenite formed before forging causes and that

409821/0362409821/0362

Austenit, das bei der Temperatursteigerung infolge der ,Schndedewärme gebildet worden ist, darin eine Deformierung» wodurch sich eine Struktur ergibt, die relativ feinere Austenitkörner einschließt. Wenn so geschmiedete Stähle abgekühlt werden, erhält man eine gehärtete feinere Martensitstruktur. Gewünschtenfalls können die Härtungsund Temperungsbehandlungen auf die StMhIe vor dem endgültigen Warmschmieden angewendet werden.Austenite, which when the temperature increases as a result of , Disorderly warmth has been formed, in it a deformation » thereby resulting in a structure that includes relatively finer austenite grains. If so forged steels are cooled, a hardened, finer martensite structure is obtained. If desired, the hardening and Annealing treatments on the stone before the final Hot forging can be used.

Die Ausgangstemperatur der Stähle bei einem solchen vorbereitenden Warmschmieden vor dem endgültigen Warmschmieden soll hoch genug liegen, um die Stähle infolge der Schmiedewärme zu austenitisieren. Aus diesem Grund soll die Temperatur der zu erhitzenden Stähle oberhalb des A_c1-Umwandlungspunktes der Stähle gehalten werden. Wenn jedoch die Schmiedegeschwindigkeit oder Bearbeitungsgeschwindigkeit in der vorbereitenden Behandlungsstufe relativ gering ist, erhält man einen geringeren Austenitisierungsgrad der Stähle, verursacht durch die Schmiedewärme, so daß man die erwünschte Zähigkeit und Festigkeit selbst durch Ausführung der Wärmebehandlung nach dem Schmieden nicht erreicht. Aus diesem Grunde soll die Temperatur der Stähle, die beim vorbereitenden Schmieden erhitzt xverden, vorzugsweise im Bereich vom A_c3-Umwandlungspunkt minus 5o°C bis zum A_c3-Umwandlungspunkt liegen. Wenn andererseits oberhalb· des A_c3~Umwandlungspunktes beim vorbereitenden Schmieden erwärmt wird, wird die Temperatur der Stänle zu stark erhöht, um eine feinere Struktur zu erhalten; dies führt dazu, daß man keine Verbesserung hinsichtlich der Zähigkeit der Stähle erzielt.The starting temperature of the steels in such a preparatory hot forging before the final hot forging should be high enough to austenitize the steels as a result of the heat of forging. For this reason, the temperature of the steels to be heated should be kept above the A _c1 transformation point of the steels. However, if the forging speed or machining speed in the preliminary treatment stage is relatively slow, the degree of austenitization of the steels caused by the heat of forging is lower, so that the desired toughness and strength cannot be obtained even by performing the heat treatment after forging. For this reason, the temperature of the steels that are heated during the preparatory forging should preferably be in the range from the A _c3 transformation point minus 50 ° C. to the A _c3 transformation point. On the other hand _{, if the temperature is above the A c3} transition point in the preparatory forging, the temperature of the bars will be increased too much to obtain a finer structure; this results in no improvement in the toughness of the steels.

409821/0362409821/0362

Die Stähle, die dem vorbereitenden Schmieden unterworfen worden sind, werden anschließend einer Abkühlung shärtung unterzogen, um so eine feine Martensitstruktur auszubilden. Solange die Stähle in der vorbereitenden Schmiedestufe nicht vollständig austenitis.iert worden sind, besteht keine Gefahr, wenn ein Teil der Ferrit-Struktur darin verbleibt. Die so gehärteten Stähle werden schließlich getempert und normalisiert, damit man die erwünschte Festigkeit und Zähigkeit erhält. Dabei kann man für das Härten nach dem vorbereitenden Schmieden die ölkühlung anwenden. Wenn die Stähle jedoch kleine Gestalt haben, kann man auch Luftkühlung anwenden.The steels that the preparatory forging have been subjected to a cooling hardening are then subjected to so a fine martensite structure to train. As long as the steels in the preparatory The forging stage has not been completely austenitized there is no danger if part of the ferrite structure remains therein. The steels hardened in this way are Finally annealed and normalized to get the desired one Maintains strength and toughness. Oil cooling can be used for hardening after preparatory forging use. However, if the steels are small in shape, air cooling can also be used.

Nach einer solchen vorbereitenden Schmiede- und Wärmebehandlung wird das endgültige Warmschmieden auf die Stähle angewendet.After such preparatory forging and heat treatment, the final hot forging is carried out on the Steels applied.

Erfindungsgemäß wird bei dem Warmschmiedeverfahren vor dem endgültigen Warmschmieden bei einer Temperatur von 45o°C bis zum A --Umwandlungspunkt eine Kaltbearbeitung/ beispielsweise Kaltziehen, Kaltwalzen od. dgl. ,,auf die Stähle bei einer prozentualen Querschnittsverminderung. von über 15% angewendet, um so die Ärbeitsfestigkeit der Stähle zu verbessern.According to the invention, in the hot forging process, prior to the final hot forging at a temperature cold working from 45o ° C to the A transformation point / for example cold drawing, cold rolling or the like, onto the steels with a percentage reduction in cross-section. of over 15% applied, so as to reduce the working strength of the steels to improve.

Die beim Kaltbearbeiten hier angewendete prozentuale Querschnittsverminderung soll über 15% liegen, damit man dieThe percentage reduction in cross-section used here for cold machining should be over 15% so that the

409821/0362409821/0362

erwünschte Zähigkeit bei den Schmiedete!len nach dem endgültigen Warmschmieden erhält. Im Fall einer geringeren prozentualen Querschnittsverminderung von beispielsweise einigen Prozent, wie bei Kalt- oder Warmbearbeitungsverfahren für Bolzen oder Schrauben angewendet, können die erwünschten verbesserten mechanischen Eigenschaften nicht erhalten werden.Desired toughness in the forged parts according to the final hot forging. In the case of a lesser one percentage reduction in cross-section of, for example, a few percent, as in cold or hot working processes When used for bolts or screws, the desired improved mechanical properties cannot be achieved can be obtained.

Die so der Kaltbearbeitung unterworfenen Stähle werden schließlich bei einer Temperatur im Bereich von 45o°C bis zum A --ümwandlungspunkt warmgeschmiedet.The steels thus subjected to cold working are ultimately at a temperature in the range of 45o ° C hot forged up to the transformation point.

Wenn die Schmiedetemperatur geringer als 45o°C ist, d.h. im Blaubruchbereich, wird die Bearbeitungsresistenz (Eearbeitungsbeanspruchung) gesteigert; dies resultiert in Schwierigkeiten bei der Anwendung der Bearbeitung von Stählen. Wenn andererseits die Schmiedetemperatur den A .-Umwandlungspunkt übersteigt, wird die Schmiedetemperatur zu hoch, wodurch der Effekt der Learbeitungsbeanspruchung, der durch die Kaltbearbeitung gegeben wird, neutralisiert wird, so daß man bei den erzeugten Schmiedeteilen nicht die verbesserte Zähigkeit erhält. Je größer die Erhitzungsgeschwindigkeit und je kürzer die Erhitzungszeit in einem solchen Schmiedetemperaturbereich sind, werden desto bessere mechanische Eigenschaften für das Schmieden erzielt. Diesbezüglich soll die Erhitzungsgeschwindigkeit vorzugsweise oberhalb 3o°C/min. liegen und die Erhitzungszeit weniger als 4o Minuten betragen. Außerdem ist, je geringer die Kühlungsgeschwindigkeit ist, desto größer die Festigkeit, obwohl dabei, je größer dieWhen the forging temperature is less than 45o ° C is, i.e. in the blue break area, the machining resistance (machining stress) is increased; this results in Difficulties in using the machining of steels. On the other hand, if the forging temperature exceeds the A. transformation point, the forging temperature becomes too high, whereby the effect of the machining stress given by cold working is neutralized, so that the improved toughness is not obtained in the forgings produced. The greater the heating rate and the shorter the heating time in such a forging temperature range the better the mechanical properties for forging are obtained. In this regard, should the heating rate is preferably above 30 ° C / min. and the heating time is less than 40 minutes. In addition, the slower the cooling rate, the greater the strength, though at the same time, the greater the

409821/0362409821/0362

Kühlungsgesehwindigkeit ist, desto höhere Zähigkeit resultiert.The cooling rate, the higher the toughness results.

Aus diesem Grund liegt die Extrusionsgeschwindigkeit im Fall des Extrusionsschmiedens vorzugsweise oberhalb 5 mm/sec. Die Kühlungsgesehwindigkeit nach dem endgültigen Warmschmieden soll jedoch so hoch wie möglich liegen, damit man die erwünschte Festigkeit erhält, obwohl jeweils größere Zähigkeit bei geringerer Kühlungsgesehwindigkeit erhalten werden kann. So sollen die vorstehend genannten Faktoren in Abhängigkeit von den Erfordernissen bei den Schmiedeteilen, die erzeugt werden, bestimmt werden.For this reason, the extrusion speed lies in the case of extrusion forging, preferably above 5 mm / sec. The cooling speed after the final However, hot forging should be as high as possible so that the desired strength is obtained, although greater in each case Toughness can be obtained at a lower cooling rate. So are the above factors may be determined depending on the requirements of the forgings that are being produced.

Bei dem erfindungsgemäßen Warrüschmiedeverfahren werden weiterhin vor dem endgültigen Warmschmieden bei einer Temperatur von 45o°C bis zum A ₁-Umwandlungspunkt die Stähle auf eine Temperatur oberhalb des A ₃-ümwandlungspunktes für das Warmschmieden erhitzt, danach gehärtet und wiederum auf eine Temperatur im Bereich von 45o C bis zum A ^-Umwand lungspunkt für das engültige Warmschmieden erhitzt, woraufhin Luftkühlung oder eine Kühlung bei einer größeren Kühlungsgesehwindigkeit als Luftkühlung folgen·*In the Warrü forging process according to the invention, the steels are furthermore heated to a temperature above the A ₃ transformation point for hot forging before the final hot forging at a temperature of 45o ° C to the A ₁ transformation point, then hardened and again to a temperature in the range of 45o C heated to the A ^ transformation point for final hot forging, followed by air cooling or cooling at a cooling rate greater than air cooling *

Hierbei handelt es sich um vorbereitende Behandlungen für das vorgesehene endgültige Warmschmieden bei einer Temperatur von 45o C bis zum A --Umwandlungspunkt.These are preparatory treatments for the intended final hot forging at a Temperature from 45o C to the A transformation point.

Beim vorstehend beschriebenen vorbereitenden Warmschmieden werden die Stähle auf eine Temperatur oberhalb des A_c3-Umwandlungspunktes erhitzt.During the preparatory hot forging described above, the steels are _{heated to a temperature above the A c3} transformation point.

409 821/0362409 821/0362

In diesem Fall jedoch kann der auf der Oberfläche der Schmiedeteile gebildete Zunder entsprechend der Schiniedehärtung sbehand lung leicht entfernt werden.In this case, however, the scale formed on the surface of the forgings may increase according to the hardening of the blade treatment can be easily removed.

Die endgültige Schmiedetemperatur von 45o°C bis zum A ₁-ümwandlungspunkt ist relativ niedrig, so daß wesentlich verbesserte Dimensionsgenauigkeit und verbessertesOberflächenaussehen resultieren können. Dabei hängt die hier angewendete Kühlungsgeschwindigkeit offensichtlich von der Gestalt und von den Dimensionen der zu schmiedenden Stähle ab; daher kann die Kühlungsgeschwindigkeit hier nicht spezifiziert werden. Jedoch soll die Kühlungsgeschwindigkeit so liegen, daß die Stähle nach dem Warmschmieden bei einer Temperatur oberhalb des A--ümwandlungspunktes eine Martensitstruktur bieten.The final forging temperature of 450 ° C to the A ₁ transformation point is relatively low, so that significantly improved dimensional accuracy and improved surface appearance can result. The cooling speed used here obviously depends on the shape and dimensions of the steels to be forged; therefore, the cooling speed cannot be specified here. However, the cooling rate should be such that the steels, after hot forging, have a martensite structure at a temperature above the A transformation point.

Erfindungsgemäß werden durch das Warmschmiedeverfahren verbesserte Festigkeit und Zähigkeit bei den Schmiedeteilen erzielt, nämlich im Vergleich mit solchen Teilen, die den üblichen Härtungs-, Temperungs- und Normalisierungsbehandlungen unterworfen worden sind. Die Xtfärmebehandlung und die Bearbeitung vor dem endgültigen Warmschmieden tragen insbesondere zu solchen stark verbesserten mechanischen Eigenschaften bei. Außerdem kann das erfindungsgemäße Verfahren weiter verbesserte Zähiykeit im Vergleich mit Stählen.bieten, die Ferrit- und Perlitstrukturen aufweisen und dem Warmschmieden in gewalztem Zustand unterworfen worden sind.According to the invention, the hot forging process improves the strength and toughness of the forgings achieved, namely in comparison with those parts that have been subjected to the usual hardening, tempering and normalization treatments. The heat treatment and machining prior to final hot forging particularly contribute to such greatly improved mechanical properties at. In addition, the method according to the invention can offer further improved toughness in comparison with steels, which have ferrite and pearlite structures and have been subjected to hot forging in the as-rolled state.

409821/0362409821/0362

Außerdem gestattet die Erfindung das Warmschmieden bei einer Temperatur von 45o°C bis zum A ..-Umwandlungspunkt, so daß eine Normalisierungsbehandlung wie im Fall des KaItschmiedens nicht erforderlich ist. Dadurch wird das Aussehen der geschmiedeten Erzeugnisse erheblich verbessert; ferner werden Verbesserungen hinsichtlich der Spannung, die durch Wärmebehandlung verursacht wird, erreicht, so daß man auf diese Weise eine verbesserte beständige Dimensionsgenauigkeit erzielt.The invention also allows hot forging at a temperature of 45o ° C up to the A .. transformation point, so that normalization treatment as in the case of cold forging is not required. This greatly improves the appearance of the forged products; further Improvements in stress caused by heat treatment are achieved, so that one can rely on in this way an improved stable dimensional accuracy is achieved.

Erfindungsgemäß kann weiterhin eine Temperungsbehandlung gleichzeitig während des Warmschmiedevorgangs ausgeführt werden, uir. so von einer Temperungsbehandlung abzusehen, wodurch sich beträchtliche Vorteile bei der Erzeugung von Schmiedeteilen bieten. Wenn jedoch Schwierigkeiten hinsichtlich der Anlagen bei einer solchen Temperungs- oder Härtungsbehandlung ohne Konsequenzen sind, können Stähle, die einer Härtung und Temperung unterworfen worden sind, erneut auf eine gewünschte Temperatur erhitzt werden, die dem endgültigen Warmschmieden angepaßt ist.According to the invention, an annealing treatment can also be carried out simultaneously during the hot forging process run, uir. so from a tempering treatment foreseeable, which offers considerable advantages in the production of forgings. However, when difficulties are of no consequence with regard to the systems during such tempering or hardening treatment, steels, which have been subjected to hardening and tempering, are reheated to a desired temperature, the is adapted to the final hot forging.

Die Erfindung, wird nachstehend anhand der Zeichnung näher veranschaulicht.The invention is explained below with reference to the drawing illustrated in more detail.

Fig. 1 veranschaulicht Mikrophotographien derFig. 1 illustrates photomicrographs of the

Strukturen bei gehärteten und getemperten und außerdem wärmebehandelten Korngrößen · in Stählen AISI 1o45, die den StufenStructures with hardened and tempered and also heat-treated grain sizes in steels AISI 1o45 covering the steps

409821/0362409821/0362

Schmiedehärtung -> V7armschmieden und normaler Härtung —^ Temperung unterworfen worden sind;Forging hardening -> V7armforging and normal hardening - ^ have been subjected to tempering;

Fig. 2 ist eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der Ergebnisse eines ONO-Typ-Rotationsbiegeermüdungstests bei gewalzten AISI 1o45-Stählen, die den Stufen Härtung —> Warmschmieden und üblicher Härtung —^ Temperung unterworfen worden sind.Fig. 2 is a graph for illustrative purposes contributes to the results of an ONO-type rotational bending fatigue test rolled AISI 1o45 steels that have the stages of hardening -> Hot forging and customary hardening - ^ have been subjected to tempering.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to preferred embodiments.

Tabelle I veranschaulicht die chemische Zusammensetzung der angewendeten Proben.Table I illustrates the chemical composition of the samples used.

^ss Tabelle I Chemische Zusammensetzung der Proben (Gew.-%)Table I. Chemical composition of the samples (% by weight)

StahltypSteel type CC. SiSi MnMn PP. SS. CuCu NiNi CrCr MoMon AISI 1045AISI 1045 0,470.47 0, 220, 22 0,790.79 0,0110.011 0,0120.012 0,010.01 0,020.02 0, 110, 11 AISI 4118AISI 4118 0,200.20 0,300.30 0,750.75 0,0160.016 0,0080.008 0,040.04 0,040.04 1,061.06 0,200.20

A09821/0362A09821 / 0362

Tabelle II veranschaulicht einen Vergleich der mechanischen Eigenschaften von 2 Typen von AISI 1o45-Stahlstäben mit einem Durchmesser von 25 mm; der eine Stab ist einer Wärmebehandlung oder, plastischen Verformung unterworfen und dann bei einer Temperatur im Bereich von 45o°C bis zum A ..-Umwandlungspunkt warmgeschmiedet worden; der andere Stab ist nur der Wärmebehandlung oder plastischen Verformung unterworfen worden.Table II illustrates a comparison of the mechanical properties of 2 types of AISI 1045 steel bars with a diameter of 25 mm; one rod is subjected to heat treatment or plastic deformation and then hot forged at a temperature in the range of 45o ° C to the A .. transformation point; the other rod has only been subjected to heat treatment or plastic deformation.

Tabelle II Ergebnisse des Warmschmiedens Table II Heat forging results

Stahl
typstole
Type Zu-_v
stand
der
Pro
benFor- _v
was standing
the
Per
ben Behandlungtreatment Streck
grenze
(kg/
mm )Stretch
border
(kg /
mm) Zug
festig
keit
(kg/
iran )train
firm
speed
(kg /
iran) Deh
nung
4-^fÄ*
(%) Deh
tion
4- ^ fÄ *
(%) 'uer-
schnitt-
rermin-
lerung %
(%)'outer-
cut-
rermin-
ling%
(%) Kerb
zähig
keit ,
(kg""/
CTl )Notch
tough
ability,
(kg "" /
CTl) AISI
1o45AISI
1o45 Här
tenHer
th 85o°C Karten,
6 oo C Tempern85o ° C cards,
6 oo C tempering 61,ο61, ο 76,976.9 28_ro28 _r o 61,561.5 11 ,611, 6 Warm
schmie
denWarm
schmie
the 85o°C Härten
-*6oo C Warm
schmiedenHardening at 85o ° C
- * 600 C warm
forge 58,558.5 75,475.4 26,926.9 65,365.3 15,815.8 KaIt-
be-
ar-
bei-
tenCold
loading
ar-
at-
th 85o°C Härten
6 oo C tempern
-> 6oo°C
WarmschmiedenHardening at 85o ° C
Temper 6 oo C.
-> 6oo ° C
Hot forging 67,567.5 8o,o8o, o 28il28il 67,967.9 2o,32o, 3 85o°C Schntie-
dehgrten ->
6 oo C Tempern85o ° C screw
expand ->
6 oo C tempering 67,467.4 77,977.9 23,223.2 62,662.6 16,516.5 85o°C Schmie
dehärten ->
6oo C Warm
schmieden85o ° C Schmie
harden ->
6oo C warm
forge 67,367.3 79,279.2 27,727.7 64,264.2 19,519.5 75o°C Schmie
dehärten -^
6 oo C Warm
schmieden75o ° C Schmie
harden - ^
6 oo C warm
forge 67,567.5 8o,o8o, o 23,223.2 6o,5 '6o, 5 ' 22,522.5 gewalztrolled 55,ο55, ο 74,274.2 24,324.3 44,544.5 4,44.4 nach dem
Walzen, 2o%
Kaltbearbei-
tung-> 6oo°e
Warmschmiedenafter this
Rolling, 2o%
Cold machining
tung-> 6oo ° e
Hot forging 85,185.1 99,899.8 16,316.3 46,446.4 1o,51o, 5

40 9 8 21/036240 9 8 21/0362

Die Kerbzähigkeitswerte sind durch Anwendung des Warmschmieden bei 6oo°C wesentlich verbessert. Zu berücksichtigen ist/ daß dann, wenn das Warmschmieden bei 6oo°C ausgeführt wird, wobei die Bedingungen der Vorbereitungsbehandlungen variiert werden, Schmiedeteile erhalten werden, die ausgezeichnete mechanische Eigenschaften aufweisen, ohne daß eine Wärmebehandlung nach dem endgültigen Warmschmieden anzuwenden ist.Notch toughness values are by application of hot forging at 600 ° C significantly improved. It should be taken into account / that if the hot forging occurs at 6oo ° C is carried out, with the conditions of the preparatory treatments be varied, forgings are obtained which have excellent mechanical properties, without the need to apply heat treatment after the final hot forging.

Weiterhin werden im einzelnen die Vorbereitungsbehandlungen beschrieben. The preparatory treatments are also described in detail.

Tabelle III veranschaulicht die mechanischen Eigenschaften von Proben von 25 mm im Durchmesser, wie in Tabelle I gezeigt; die Proben sind einer Walzbehandlung, Wärmebehandlung oder Härtung und Temperung unterworfen worden, woraufhin diese Proben dem Warmextrusionsschmieden bis zu einem Durchmesser von 16 mm bei einer Temperatur von 45o°C bis zum A --Umwandlungspunkt unter einer Arbeitsgeschwindigkeit von 2o mm/see. unterzogen wurden, während danach Wasserabkühlung folgte (diese Arbeitsweise bezieht sich auf eine besondere Ausführungsform der Erfindung).Table III illustrates the mechanical properties of samples 25 mm in diameter, as in Table I shown; the samples are subjected to a rolling treatment, heat treatment or hardening and tempering whereupon these samples were subjected to hot extrusion forging up to a diameter of 16 mm at a temperature of 45o ° C up to the A transformation point below one working speed of 2o mm / see. were subjected while then water cooling followed (this procedure relates to a particular embodiment of the invention).

409821/0362409821/0362

Tabelle IIITable III Mechanische Eigenschaftenvon warmextrusionsgeschmiedetenMechanical properties of hot extrusion forged

StählenSteels

Stahl
typstole
Type Behandlungtreatment Streck
grenze
(kg/
mm }Stretch
border
(kg /
mm} Zug
festig
keit
(kg^
mm )train
firm
speed
(kg ^
mm) Deh
nung
4^A*
(%)Deh
tion
4 ^ A *
(%) Quer-
schnitt-
vermin-
derung %
(%)Transverse
cut-
min-
change%
(%) Kerb
zähig
keit
(kg""¹/
cm )Notch
tough
speed
(kg "" ¹ /
cm) AISI
1o45AISI
1o45 Härten
—> TempernHardening
-> tempering 47,147.1 76,976.9 27_#427 _# 4 64,364.3 9,49.4 AISI
412oAISI
412o Härten —>
WarmschmiedenHardening ->
Hot forging 93,793.7 1o7,41o7.4 17,ο17, ο 55,155.1 12,712.7 Härten und
Tempern —^
WarmschmiedenHardening and
Tempering - ^
Hot forging 89,589.5 "1o1 ,o"1o1, o 18,218.2 58,558.5 13,313.3 gewalzt""^
Warmschmiedenrolled "" ^
Hot forging 95,ο95, ο 1o5,41o5.4 13,ο13, ο 35,635.6 6,ο6, ο Härten
_^ TempernHardening
_ ^ Tempering 63,ο63, ο 73,673.6 25,625.6 71,871.8 18,518.5 Härten ~p
WarmschmiedenHardening ~ p
Hot forging Io1 ,9Io1, 9 1o3,91o3.9 19,819.8 61,261.2 2o,92o, 9 Härten und
Tempern —>
Vi armschmiedenHardening and
Tempering ->
Vi armforge 9 5,2
I 9 5.2
I. 98,598.5 2o,62o, 6 64,864.8 22,522.5 gewalzt —&■
Warmschmiedenrolled - & ■
Hot forging 82,882.8 95,895.8 15,915.9 51,251.2 13,813.8

4098 21/03624098 21/0362

Die Bedingungen beim Härten und Tempern sind folgende:The hardening and tempering conditions are the following:

AISI 1o45 85o°C χ 3o min. OQ -♦■ 6oo°C χ 3o min. AISI 412o 88o°C χ 3o min. Oft-* 600⁰C χ 3o min.AISI 1o45 85o ° C χ 3o min. OQ - ♦ ■ 6oo ° C χ 3o min. AISI 412o 88o ° C χ 3o min. Often- * 600 ⁰ C χ 3o min.

Die bei der Ausführung dieser Arbeitsweise verwendeten Bezeichnungen haben jeweils folgende Bedeutung:The terms used when performing this procedure have the following meanings:

* Härtung —>■ Warmschmieden:* Hardening -> ■ Hot forging:

Nach dem. Karten werden Erwärmen bei 600 C für 3o Minuten und Warmextrusionsschmieden angewendet;After this. Cards are heated at 600 C for 30 minutes and hot extrusion forging applied;

* Härten-Teiupern -> Warmschmieden:* Hardening-Teiupern -> Hot forging:

Nach dem Härten wird das Tempern, Erhitzen bei 600⁰C für 3o Minuten und WarmextrusionsschmiedenAfter hardening, annealing, heating at 600 ⁰ C for 3o minutes and hot extrusion, forging is

ausgeführt;executed;

* gewalzt -> Warmschmieden:* rolled -> hot forging:

Erwärmen von gewalzten Stählen bei 600 C für 3o Minuten und Warmextrusionsschmieden.Heating of rolled steels at 600 C for 30 minutes and hot extrusion forging.

Die Schmiedeteile, die dem Härten (Tempern) und Warmschmieden unterworfen worden sind, zeigen etwas niedrigere Werte für Dehnung und prozentuale Cuerschnittsverminderung als diejenigen, die einer Härtungs- und Temperungsbehandlung unterworfen worden sind, während sie höhere Werte für Zugfestigkeit, Streckgrenze und Kerbzähigkeit als die letzteren darbieten. Schmiedeteile, die dem Härten und danach dem Viarmschmieden gemäß der Erfindung unterworfen worden sind, zeigen wesentlich verbesserte Duktilität und Zähigkeit im Vergleich mit solchen Schmiedeteilen, die dem Walzen undThe forgings that have been subjected to hardening (tempering) and hot forging show somewhat lower values Elongation and percent cut reduction values as those subject to hardening and tempering treatments while having higher tensile strength, yield strength and notch toughness values than the latter perform. Forgings which have been subjected to hardening and then to viarm forging according to the invention, show significantly improved ductility and toughness compared with those forgings subjected to rolling and

409821/0362409821/0362

Warmschmieden unterworfen worden sind.Have been subjected to hot forging.

Fig. 2 veranschaulicht die Ergebnisse eines ONO-Typ-Rotationsbiegeermüdungstests bei solchen Stählen, die dem Härten und Warmschmieden gemäß der Erfindung unterworfen worden sind, und ferner die Ergebnisse bei solchen Stählen, die den üblichen Härtungs- und Temperungsbehandlungen unterworfen worden sind. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, zeigen Schmiedeteile, die erfindungsgemäß erhalten wurden, ausgezeichnete Werte für die Dauerfestigkeit vonFig. 2 illustrates the results of an ONO-type rotational bending fatigue test on such steels subjected to hardening and hot forging according to the invention and the results for steels that have undergone the usual hardening and tempering treatments have been subjected. As can be seen from Fig. 2, show forgings obtained according to the invention excellent values for the fatigue strength of

2
12 kg/mm höher als die entsprechenden Werte bäi.solchen Schmiedeteilen, die dem Härten und Tempern unterworfen worden sind.2
12 kg / mm higher than the corresponding values for such forgings that have been subjected to hardening and tempering.

Tabelle IV veranschaulicht die mechanischen Eigenschaften von AISI 1o45-Stahlstäben mit einem Durchmesser von jeweils 25 mm, die dem Warmschmieden unter denselben Bedingungen wie vorher beschrieben unterworfen worden sind, wobei das Warmschmieden auf die Stähle unter Anwendung eines 1/2 Tonnen-Hammers bei 6o Cyclen/min. gemäß der freien Schmiedetechnik zur Erzielung von runden Stäben mit einem Durchmesser von 16 mm angewendet wurde.Table IV illustrates the mechanical properties of AISI 1045 steel bars with a diameter of 25 mm each, that of hot forging under the same conditions have been subjected as previously described, the hot forging on the steels using a 1/2 ton hammer at 60 cycles / min. according to the free forging technique to achieve round bars with a Diameter of 16 mm was applied.

409821/0362409821/0362

Tabelle IVTable IV

Mechanische Eigenschaften von warmgeschmiedeten Stählen Mechanical properties of hot forged steels

Stahl
typstole
Type Behandlungtreatment Streck
grenze
(kg/
mm )Stretch
border
(kg /
mm) Zug-
festig^·
keit
(kg/
mm )Train-
firm ^ ·
speed
(kg /
mm) Deh
nung
4^A
(%)Deh
tion
4 ^ A
(%) Quer-
schnitt-
vennin-
derung %
(%)Transverse
cut-
vennin-
change %
(%) Kerb
zähig
keit
(kg"¹"/
cmNotch
tough
speed
(kg " ¹ " /
cm AISI
1o45AISI
1o45 Härten
—> TempernHardening
-> tempering 47,147.1 76,976.9 27,427.4 64,864.8 9,49.4 Härten —>
Warms chmiedenHardening - >
Forge warm 7o,o7o, o 85,485.4 25,825.8 63,563.5 13,313.3

Wie aus Tabelle IV ersichtlich, bieten Stähle, die dem freien Schmieden unterworfen worden sind, ebenfalls verbesserte Werte für die Zähigkeit und Festigkeit wie im Fall des ExtrusionsSchmiedens.As can be seen from Table IV, steels that have been subjected to free forging also offer improved ones Values for toughness and strength as in the case of extrusion forging.

Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung wurden Proben von AISI 1o45-Stählen mit einem Durchmesser von jeweils 25 mm in einen Wärmeofen eingebracht, der bei 82o°C (A₃ + 27°C), 78o°C (A₃ - 13°C) bzw. 75o°C (A₃ - 43°C) gehalten wurde; dann folgte darin Erwärmung für 3o Minuten und-freies Schmieden bis zu einem Durchmesser von 2o mm und unmittelbar danach Schmieden und Abkühlen in Wasser. Danach wurden die so behandelten Stähle 3o Minuten lang auf 600 C erwärmt und dem Warmschmieden bis zu einem Durchmesser von 16 mm unterworfen. Die erhaltenen mechanischen Eigenschaften sind in der nachstehenden Tabelle V veransch au licht,According to a further particular embodiment of the invention, samples of AISI 1o45 steels with a diameter of 25 mm were in a heating furnace is introduced, the at 82o ° C (A ₃ + 27 ° C), 78o ° C (A ₃ - 13 ° C ) or 75o ° C (A ₃ - 43 ° C) was maintained; This was followed by heating for 30 minutes and free forging up to a diameter of 20 mm and immediately afterwards forging and cooling in water. The steels treated in this way were then heated to 600 ° C. for 30 minutes and subjected to hot forging up to a diameter of 16 mm. The mechanical properties obtained are shown in Table V below,

40 9 8 21/036240 9 8 21/0362

Wie aus Tabelle V ersichtlich, bieten die erfindungsgemäß erhaltenen Schmiedeteile höhere Werte für die Festigkeit und die Zähigkeit als diejenigen Stähle, die den üblichen Härtungs- und Temperungsbehandlungen unterworfen worden sind; insbesondere liegen die Kerbzähigkeitswerte beim zweifachen derjenigen der letzteren Materialien. Die Eigenschaften der erfindungegemäß erhaltenen Stähle gehen auf die feinere Kornstruktur zurück. Fig. 1 veranschaulicht in Mikrophotographien die Korngrößen (Wärmebehandlungskorngrößen) von einem Stahl mit der No. 2, der erfindungsgemäß erhalten wurde, und von einem Stahl mit der No. 5, der nach dem üblichen Verfahren erhalten wurde. Diese Zusa&saenstellung läßt erkennen, daß eine feine Korngröße (Wärmebehandlungskorngröße) bei den Stählen (No. 2) erhalten wird, die erfindungsgemäß erzeugt wurden.As can be seen from Table V, offer the invention Forged parts obtained have higher values for strength and toughness than those steels that contain have been subjected to the usual hardening and tempering treatments; in particular, the notch toughness values are at twice that of the latter materials. The properties of the steels obtained according to the invention go back to the finer grain structure. Fig. 1 illustrates in microphotographs the grain sizes (heat treatment grain sizes) of a steel with the No. 2, which was obtained according to the invention, and of a steel with the No. 5 obtained by the usual method. This combination shows that the grain size is fine (Heat treatment grain size) is obtained in the steels (No. 2) produced by the present invention.

409821/0362409821/0362

- 2ο -- 2ο -

Tabelle VTable V

Mechanische EigenschaftenMechanical properties

NO.NO. Stahl
typstole
Type Behandlungtreatment Streck
grenze
(kg^
nun )Stretch
border
(kg ^
well ) Zug
festig
keit
(kg/
mm )train
firm
speed
(kg /
mm) Deh
nung
4^A
(%)Deh
tion
4 ^ A
(%) Quer-
schnitt-
vermin-
derung %
(%)Transverse
cut-
min-
change%
(%) Kerb
zähig
keit
,, — m.
(kg₂ /
cmNotch
tough
speed
,, - m.
(kg ₂ /
cm 11 AISI
1o45 AISI
1o45 82o°C Schmie-
dehgrten —>■
6oo C Warm
schmieden82o ° C forging
expand -> ■
6oo C warm
forge 69,ο69, ο 83,683.6 24,124.1 6o,46o, 4 15,ο15, ο 22 75o°C Schmie
dehärten -^
6oo C Warm
schmieden75o ° C Schmie
harden - ^
6oo C warm
forge 67,567.5 8o,o8o, o 23,223.2 6o,56o, 5 22,522.5 33 73o°C Schmie
dehärten —^
6oo C Warm
schmieden73o ° C Schmie
harden - ^
6oo C warm
forge 68,ο68, ο 83,583.5 25,225.2 62,ο62, ο 26,ο26, ο 4
!4th
! 73o°C Schmie
dehärten —>
6oo C Tempern
6oo C Warm
schmieden73o ° C Schmie
harden - >
6oo C tempering
6oo C warm
forge 68,568.5 84,ο84, ο 26,ο
126, ο
1 64,364.3 27,ο27, ο 55 85o° Hgrten
—^ 6oo C
Tempern85o ° Hgrten
- ^ 600 C
Annealing 61 ,o61, o 76,976.9 28,ο28, ο 61 ,561, 5 11 ,611, 6

Erfindungsgemäß wurden weiterhin gewalzte Stähle AISI 412o einer Bearbeitung bis zu Durchmessern von 22, 23,2 bzw. 24,6 non unterworfen, worauf Kaltbearbeitung bei Kaltbearbeitungsgeschwindigkeiten von o, 1o bzw. 2o% folgte.According to the invention, rolled steels AISI 412o were processed up to diameters of 22, 23.2 or 24.6 non, whereupon cold working at cold working speeds followed by o, 1o and 2o%.

Die so hergestellten Stähle wurden dann in einem Wärmeofen für 17 Minuten eingebracht, worauf Warmextrusionsschmieden bis zu einem Durchmesser -von 16 mm (6o% prozentualeThe steels so produced were then placed in a heating furnace for 17 minutes, followed by hot extrusion forging up to a diameter of 16 mm (6o% percentage

409821/0362409821/0362

Guerschnittsverminderung) bei einer Arbeitsgeschwindigkeit von 2o mm/sec. folgte.Cross-section reduction) at a working speed of 20 mm / sec. followed.

Wie aus Tabelle VI ersichtlich, können Stähle, die der Kaltbearbeitung nicht unterworfen worden sind, hinsichtlich ihrer Festigkeit und Zähigkeit mithilfe des Warmschmiedens verbessert werden. Jedoch zeigen solche Stähle, die einer 2o%-igen Kaltbearbeitung unterzogen worden sind, verbesserte Zähigkeitswerte insbesondere im Fall von Stählen mit mittlerem Kohlenstoffgehalt. Andererseits neutralisiert eine Schmiede temperatur von 73o°C,die höher als der ^A _c-i~ Umwandlungspunkt liegt, den Effekt der Kaltbearbeitung mit dem Resultat verminderter Festigkeit.As can be seen from Table VI, steels that have not been subjected to cold working can be improved in strength and toughness by means of hot forging. However, those steels which have undergone 20% cold working show improved toughness values, particularly in the case of steels with medium carbon content. On the other hand, a forging temperature of 730 ° C, which is higher than the ^A _c -i ~ transformation point, neutralizes the effect of cold working with the result of reduced strength.

409821/0362409821/0362

Tabelle VITable VI

Effekte der Kaltbearbeitungsgeschwindigkeit und Schmiedetemperatur Effects of cold working speed and forging temperature

Stahl
typstole
Type Schmie-
detera-
pejatur Forging
detera-
pejatur Kaltbe-
arbei-
tungs-
ge-
schwin-
dig-
keit
(%)Cold
working
management
ge
Schwin-
dig-
speed
(%) Streck
grenze
(kg^
mm )Stretch
border
(kg ^
mm) Zug
festig
keit
^H
mm )train
firm
speed
^ H
mm) Deh
nung
4VF
(%)Deh
tion
4VF
(%) Cuer-
schnitt-
vermin-
derung %
(%)Cuer
cut-
min-
change%
(%) Kerb-
zähig-
keit
(kg,, /
cirT)Notch
tenacious
speed
(kg ,, /
cirT) AISI
1o45
AISI ■
412oAISI
1o45
AISI ■
412o nicht
ge
schmie
detnot
ge
schmie
det OO 55,o55, o 74,274.2 24,324.3 44,544.5 4,44.4 600 C600 C 1o1o 74,874.8 84,584.5 16,516.5 4o,54o, 5 3,23.2 73o°C73o ° C 2o2o 81 ,181, 1 9o,29o, 2 11/711/7 37,o37, o 2,62.6 nicht
ge
schmie
detnot
ge
schmie
det OO 84,484.4 98,398.3 15,715.7 43,243.2 6,56.5 600⁰C600 ⁰ C 1o1o 85,085.0 98,898.8 15,915.9 44,o44, o 7,o7, o 2o2o 85,185.1 99,899.8 16,316.3 46,446.4 1o,51o, 5 OO 69,769.7 87,487.4 2o,72o, 7 51,451.4 1o,11o, 1 1o1o 7o,57o, 5 88,288.2 2o,82o, 8 51 ,551, 5 11,o11, o 2o2o 71,571.5 88,488.4 2o,92o, 9 52,352.3 12,812.8 OO 46,546.5 66,566.5 26,226.2 51,551.5 6,06.0 2o2o 75,575.5 85,085.0 11,511.5 39,239.2 3,33.3 OO 82,882.8 95,895.8 15,215.2 5o,25o, 2 12,812.8 2o2o 87,987.9 99,499.4 15,915.9 52,852.8 13,813.8

-40982 1/0362-40982 1/0362

Die nachstehende Tabelle VH veranschaulicht die Effekte der Haltezeit für das Erwärmen beim Warmschmieden mit Bezug auf Haltezeiten von 17 bzw. 34 Minuten und eine Erwärmungstemperatür von 6oo°C.Table VH below illustrates the effects of hold time on heating in hot forging with reference to holding times of 17 or 34 minutes and a heating temperature of 600 ° C.

Wie aus Tabelle VII ersichtlich, übt die Haltezeit bei einer Temperatur beim Warmschmieden wenig oder keinen Effekt auf Stähle aus, die einer Kaltbearbeitung nichtunterworfen worden sind. Wenn jedoch Stähle einer Kaltbearbeitung unterzogen worden sind, liegt der Wert für die Zähigkeit {Kerbzähigkeit) umso höher, je kürzer die Haltezeit ist.As can be seen from Table VII, the holding time at a temperature in hot forging exercises little or no Effect on steels that are not subjected to cold working have been. However, if steels have undergone cold working, the toughness value (notch toughness) the higher the shorter the holding time.

Tabelle VII
Effekte der Haltezeit bei einer Erwärmungstemperatur von 6oo°C Table VII
Effects of the holding time at a heating temperature of 600 ° C

Stahl
typstole
Type KaIt-
bear-
bei-
tungs-
rate
(%)Cold
bear-
at-
management
rate
(%) Haltezeit
bei einer
Erwärmungs-
temperatur
(min.)Hold time
at a
Warming
temperature
(min.) Streck
grenze
.(kg/
mm )Stretch
border
. (kg /
mm) Zug
festig
keit
(kg/
mm )train
firm
speed
(kg /
mm) Deh
nung
4^A
(%)Deh
tion
4 ^ A
(%) C.uer-
schnitt-
vermin-
derung %
(%)C.uer-
cut-
min-
change%
(%) Kerb-
zähig-
keif
(kg-/
cm )Notch
tenacious
no
(kg- /
cm) MSI ·
1o45MSI
1o45 OO 1717th 84,484.4 98,898.8 15,715.7 43,243.2 6,56.5 2o2o 3434 84,684.6 98,798.7 15,115.1 42,242.2 6,26.2 1717th 85,185.1 99,899.8 16,316.3 46,446.4 1o,51o, 5 3434 85,685.6 98,698.6 15,815.8 44,744.7 9,79.7

409821/0362409821/0362

Die nachstehende Tabelle VIII veranschaulicht die mechanischen Eigenschaften von Stählen, die in einem Wärmeofen bei 600⁰C erwärmt und dann einem 60%-igen Viarmextrusionsschmieden bis zu einem Durchmesser von 14 mm bei Arbeitsgeschwindigkeiten von 2o mm/see. bzw. 2oo mm/see. mit nachfolgender Abkühlung durch Wasser unterworfen worden sind.The following Table VIII illustrates the mechanical properties of steels, the heated in an oven at 600 ⁰ C and then a 60% Viarmextrusionsschmieden up to a diameter of 14 mm at working speeds of 2o mm / see. or 2oo mm / see. with subsequent cooling by water.

Tabelle VIII Effekte der Arbeitsgeschwindigkeit Table VIII Effects of working speed

Stahl
typstole
Type KaIt-
bear-
bei-
tungs-
rate
(%)Cold
bear-
at-
management
rate
(%) Ärbeits-
ge-
schwin-
dig-
keit
(mia/sec.)Labor
ge
Schwin-
dig-
speed
(mia / sec.) Streck
grenze
(kg/
mm )Stretch
border
(kg /
mm) Zug
festig
keit
(kg^
mm )train
firm
speed
(kg ^
mm) Deh
nung
4^A
(%)Deh
tion
4 ^ A
(%) Quer-
schnitt-
vemiin-
derung %
(%)Transverse
cut-
vemiin-
change%
(%) Kerb
zähig
keit
(kg₂ /
cm'')Notch
tough
speed
(kg ₂ /
cm'') AISI
1o45AISI
1o45 00 2o2o 84,484.4 98,398.3 15,715.7 43,243.2 6,56.5 2o2o 2oo2oo 84,584.5 98,598.5 15,615.6 45,645.6 6,76.7 2o2o 85,185.1 99,899.8 16,316.3 46,446.4 To, 5To, 5 2oo2oo 85,885.8 1oo,o1oo, o 16,716.7 5o,15o, 1 14,214.2

Wie aus Tabelle VIII ersichtlich, liegen die Werte für die Kerbzähigkeit um so höher, je größer die Arbeitsgeschwindigkeit ist. Diese Tendenz ist jedoch noch mehr erkennbar als bei solchen Stählen , die einer Kaltbearbeitung unterworfen worden sind.As can be seen from Table VIII, the higher the operating speed, the higher the values for the notch toughness. However, this tendency is even more noticeable than with steels that have been subjected to cold working.

Die nachstehende Tabelle IX veranschaulicht die Kühlbedingungen nach dem Warmschmieden und die mechanischenTable IX below illustrates the post-hot forging cooling conditions and the mechanical ones

409821/0362409821/0362

Eigenschaften von Stählen, die einer 2o%-igen Kaltbearbeitung unterworfen worden sind, danach einer Erwärmung 17 Minuten lang in einem Wärmeofen, der bei 6oo°C gehalten wurde, und anschließend dem Warmschmieden bis zu einem Durchmesser von 14 nun (6o% Bearbeitung) bei einer Arbeitsgeschwindigkeit von 2o mm/see. und Wasserabkühlung. Properties of steels subject to 20% cold working were then subjected to heating for 17 minutes in a heating oven maintained at 600 ° C and then hot forging up to a diameter of 14 now (6o% machining) at a working speed of 2o mm / sec. and water cooling.

Tabelle IXTable IX Effekte der Küh!bedingungenEffects of the cooling conditions

Stahl
typstole
Type KaIt-
bear-
bei-
tung
(%)Cold
bear-
at-
tion
(%) Kühlbe-
dingun- .
genRefrigerated
thing-.
gene Streck
grenze
(kgX
mm )Stretch
border
(kgX
mm) Zug
festig
keit
(kg^
mm )train
firm
speed
(kg ^
mm) Deh
nung
4&
(%)Deh
tion
4 &
(%) Quer-
schnitt-
vermin-
derung %
<%)Transverse
cut-
min-
change%
<%) Kerb-
Zähig
keit
(kgJV
cnT)Notch
Tough
speed
(kgJV
cnT) AISI
1o45 .AISI
1o45. 2o2o Wasser
abküh
lungwater
cool
lung 85,185.1 99,899.8 16,516.5 46,446.4 1o,51o, 5 langsa
me Küh
lungslow
me cool
lung 64,364.3 8o,28o, 2 23,123.1 53,953.9 12,212.2

Wie aus Tabelle IX ersichtlich, liegt im Fall einer. Kühlung nach dem Warmschmieden der Wert für die Festigkeit umso höher und der Wert für die Duktilität umso niedriger, je höher die Kühlungsgeschwindigkeit oder Kühlungsrate ist, während bei der niedrigen Kühlungsgeschwindigkeit oder Kühlungsrate der Wert für die Festigkeit: umso niedriger und der Viert für die Duktilität umso höher liegt, je geringer die Kuhlungsgeschwindigkeit oder Kühlungsrate ist. JedochAs can be seen from Table IX, in the case of a. Cooling after hot forging, the higher the strength value and the lower the ductility value, the higher the cooling speed or cooling rate, while at the lower cooling speed or Cooling rate the value for the strength: the lower and the fourth for the ductility, the higher the lower is the cooling speed or rate. However

409821/0362409821/0362

kann in jedem Fall bessere Zähigkeit (Kerbzähigkeit) durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhalten werden.In any case, better toughness (notch toughness) can be obtained by using the method according to the invention.

Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung wurden gewal&e Stäbe von AISI 1o45-Stahl mit einem Durchmesser von 25 mm einer Schmiedehärtung bei einer Temperatur oberhalb des A₃-Umwandlungspunktes unterworfen und dann warmgeschmiedet. Die Ergebnisse der Prüfung sind in der nachstehenden Tabelle X veranschaulicht.According to a further particular embodiment of the invention, rolled bars of AISI 1045 steel with a diameter of 25 mm were subjected to forging _{hardening at a temperature above the A 3} transformation point and then hot forged. The results of the test are shown in Table X below.

Tabelle XTable X Mechanische EigenschaftenMechanical properties

Stahl
typstole
Type Behandlungtreatment Streck
grenze
(^g/
mm )Stretch
border
(^ g /
mm) Zug
festig
keit
(kgi
mm )train
firm
speed
(kgi
mm) Deh
nung
M JIlDeh
tion
M JIl 2uer-
schnitt-
irermin-
lerung %2uer-
cut-
irermin-
ling% Kerb-
zähig-
(kgl¹^¹/
cm )Notch
tenacious
(kgl ¹ ^ ¹ /
cm) 85o°C Schmie
dehärtung
—» 600⁰C
Warmschmie
den85o ° C Schmie
hardening
- »600 ⁰ C
Warm smear
the 67,367.3 79,279.2 27,727.7 64,264.2 19,519.5 AISIAISI 85o°C Schmie
dehärtung,
600 C Tem-
pern —* 600 C
Warmschmieden85o ° C Schmie
hardening,
600 C tem-
pern - * 600 C
Hot forging 67,567.5 80,080.0 28,128.1 67,967.9 2o,32o, 3 1o451o45 85o°C Schmie
dehärtung
—*6oo°c
Tempern85o ° C Schmie
hardening
- * 6oo ° c
Annealing 67,467.4 77,977.9 23,923.9 62,662.6 16,516.5 85o°C Härten
—■> 600⁰C
Warms chmiedenHardening at 85o ° C
- ■> 600 ⁰ C
Forge warm 58,558.5 75,475.4 26,926.9 65,365.3 15,815.8 85o°C Härten
—> 600 C
TempernHardening at 85o ° C
-> 600 C
Annealing 61,o61, o 76,976.9 28,028.0 61,561.5 11,611.6

409821/0362409821/0362

Tabelle X zeigt, daß Schiniedeteile, die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung erhalten wurden, denselben. Stand hinsichtlich der Festigkeit wie solche Stähle beibehalten können, die einer Schmiedehärtung unterworfen worden sind, jedoch unter Gewährleistung verbesserter Kerbzähigkeitswerte. Die Stufe der Schmiedehärtung vor dem Warmschmieden verbessert die Festigkeit und die KerbZähigkeit in großem Ausmaß.Table X shows that sheet parts obtained by the method according to the invention are the same. State of the art in terms of strength how those steels that are subject to forging hardening can maintain but with improved notch toughness values. The forge hardening stage before hot forging improves strength and notch toughness to a great extent.

So führt das erfindungsgemäße Warmschmiedeverfahren zu ausgezeichneten geschmiedeten Stählen, die manThus, the hot forging process according to the invention leads to excellent forged steels that can be

nach den üblichen Behandlungen des Härtens Temperns tempering after the usual treatments of hardening

Normalisieren^ oder Schmiedehärtens nicht erhalten konnte.Normalize ^ or forge hardening could not get.

Zu den Stählen, die bei dem erfindungegemäßen Verfahren eingesetzt werden können, gehören Stähle mit niedrigem oder mittlerem Kohlenstoffgehalt und niedrig legierte Stähle, ferner beliebige andere Stähle _t die zum Schmieden verwendet werden können. Jedoch können im allgemeinen Kohlenstoffstähle eingesetzt werden, die o,1 bis 0,6% Kohlenstoff, nicht mehr als %,0% Silicium und nicht mehr als 2,o% Mangan enthalten, oder Legierungsstähle, die eine oder mehrere Arten von Legierungselementen bei nicht mehr als 4% Nickel, nicht mehr als 2% Chrom, nicht mehr als 1,0% Molybdän, nicht mehr als o,o5% Bor und nicht mehr als o,5% Niob od. dgl. enthalten.For the steels which can be used in the erfindungegemäßen process include steels with a low or medium carbon steel and low alloy steels, and also any other steels _t which can be used for forging. However, in general, carbon steels containing 0.1 to 0.6% carbon, not more than 0% silicon and not more than 2.0% manganese, or alloy steels which do not contain one or more kinds of alloying elements, can be used contain more than 4% nickel, not more than 2% chromium, not more than 1.0% molybdenum, not more than 0.5% boron and not more than 0.5% niobium or the like.

Innerhalb der Erfindung sind viele Variationen und Modifikationen ausführbar.Many variations are within the invention Modifications can be carried out.

409821/0362409821/0362

Claims (1)

"18-"18- PatentansprücheClaims (1. Jwarmschmiedeverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß.man einen Stahl zunächst einer Wärmebehandlung oder plastischen Verformung unterwirft und danach den so behandelten Stahl dem Warmschmieden bei einer Temperatur im Bereich von 45o C bis zum A ..-Umwandlungspunkt ohne nachherige Wärmebehandlung nach dem Warmschmieden unterzieht.(1. Hot forging process, characterized in that dass.man first subject a steel to a heat treatment or plastic deformation and then the treated in this way Steel is hot forging at a temperature in the range from 45o C to the A .. transformation point without any subsequent Subjecting heat treatment after hot forging. 2. Warnischmiedeverfahren nach Anspruch 1 , dadurch2. warning forging method according to claim 1, characterized gekennzeichnet, daß man in der ersten Stufe eine Härtung von einer Temperatur von nicht weniger als dem A ₃~ümwandlungspunkt aus führt.characterized in that hardening is carried out in the first stage from a temperature not lower than the A ₃ transformation point. '3. Warmschraiedeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man in der ersten Stufe Härtungs- und Temperungsbehandlungen ausführt.'3. Hot-cutting process according to one of the preceding Claims, characterized in that hardening and tempering treatments are carried out in the first stage. 4. Karmschmiedeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man in der .ersten Stufe das Schmieden eines Stahls bei einer Temperatur im Bereich zwischen dem A ..- Umwand lung spunk t und dem A ,-Umwandlungspunkt ausführt, vorzugsweise A ^Umwandlung spunk t weniger 5o°C, und das Material einer Härtung unterwirft, wobei der Stahl zwei Phasen von Austenit und Ferrit aufweist.4. Karm forging process according to one of the preceding Claims, characterized in that the forging of a steel at a temperature in the .first stage in the area between the A ..- conversion spunk t and the A 1 conversion point, preferably A ^ conversion spunk t less than 50 ° C, and the material is subjected to a hardening process, the steel being two phases of austenite and Having ferrite. 821/0362821/0362 5. Warmschmiedeverfahren nach Anspruch 4/ dadurch gekennzeichnet, daß man in der ersten Stufe eine Temperungsbehandlung nach der Härtungsbehandlung gemäß Anspruch 4 ausführt,5. Hot forging process according to claim 4 / characterized in that a tempering treatment after the hardening treatment according to in the first stage Claim 4 carries out, 6. Warmschxniedeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man in der ersten Stufe eine Kaltbearbeitung von nicht weniger als 15% ausführt.6. Hot forging process according to one of the preceding Claims, characterized in that one cold working of not less than in the first stage 15% executes. 7. Warmschmiedeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man in der ersten Stufe das Schmieden bei einer Temperatur von nicht weniger als dem A_c3-Umwandlungspunkt und anschließendes Härten ausführt. ·7. Hot forging process according to one of the preceding claims, characterized in that the forging is carried out in the first stage at a temperature not less than the A _c3 transformation point and then hardening. · 8. X-iarmschmiedever fahr en nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man in der ersten Stufe eine Temperungsbehandlung nach dem Härten gemäß Anspruch 7 ausführt.8. X-iarmschmiedever fahr s according to claim 7, characterized characterized in that an annealing treatment is carried out in the first stage after curing according to claim 7 carries out. 9. Warmschmiedeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Erwärmungsgeschwindigkeit oder Erwärmungsrate zum Temperaturbereich von 45o C bis zum A ..-Umwandlungspunkt für das Warmschmieden von nicht weniger als 3o C/min. und eine Haltezeit bei der Schmiedetemperatur von nicht weniger als 4o Minuten anwendet.9. Hot forging process according to one of the preceding Claims, characterized in that a heating rate or heating rate to the temperature range from 45o C to the A ..- transformation point for the Hot forging of not less than 3o C / min. and a hold time at the forging temperature of not less than Apply 40 minutes. 409821/0362409821/0362