DE2452486A1 - Verfahren zur herstellung eines werkstueckes aus gehaertetem stahl - Google Patents
Verfahren zur herstellung eines werkstueckes aus gehaertetem stahlInfo
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Description
Verfahren zur Herstellung eines Werkstückes aus gehärtetem Stahl
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstückes aus gehärtetem Stahl mit geringer Dicke
und guter Maßhaltigkeit.
Um gehärtete und evtl. angelassene, dünne Werkstücke, z.B. aus
dünnem Blech, vorzugsweise unter 3 mm, mit guter Maßhaltigkeit
herstellen zu können, wurde bisher das Werkstück, nachdem es
auf herkömmliche Weise geformt worden war, aus der !Formungseinrichtung herausgenommen, dann gehärtet und angelassen und
in eine Einspannvorrichtung eingespannt. Dies ist ein komplizierter Vorgang,der hohe Ansprüche an die Härtbarkeit des
verwendeten Stahles stellt.
Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu beseitigen.· Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohling aus härtbarem
Stahl auf Härtungstemperatur erhitzt und danach zu seiner gewünschten endgültigen Form in einer Formungseinrichtung
geformt wird, in der das Werkstück einer wesentlichen Form»
veränderung unterzogen und schnell gekühlt wird, so daß es ein martens it isches und/oder bainitisches G-efüge erhält.
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Die gemäßder Erfindung angewendeten Rohlinge haben vorzugsweise gleichmäßige Dicke.
Als Ausgangswerkstoff wird ein mit Bor legierter Kohlenstoffstahl
oder Kohlenstoff-Manganstahl verwendet. Um die gewünschte Kombination
von Härte und Zähigkeit zu erhalten, durch die das Anlassen
in Fortfall kommen kann, wird ein Stahl verwendet, der 0,4% Kohlenstoff, Silizium in einem von der Stahlerzeugungsmethode abhängigen,
im übrigen aber unwesentlichen Gehalt, 0,5-2,0% Mangan, höchstens
0,05% Phosphor und höchstens 0,05% Schwefel, 0,1-0,5% Chrom und/oder
0,05-0,5% Molybdän, bis zu 0,1% Titan-, 0,0005-0,01% Bor,- bis zu insgesamt 0,1% Aluminium sowie ggf. niedrige, unwesentliche Gehalte
von Kupfer und Nickel evtl. in Gehalten bis zu je 0,2% enthält.
Mach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Stahl
verwendet, der Kohlenstoff in einer Menge unter oder gleich mit 0,25%, vorzugsweise 0,15-0,25%, Silizium in einem von der Stahlerzeugungsmethode
abhängigen, im übrigen aber unwesentlichen Gehalt, 0,5-1,5%, vorzugsweise 0,7-1,5% Mangan, höchstens 0,03% Phosphor
und höchstens 0,04% Schwefel, 0,1-0,3% Chrom und/oder 0,05-0,5% Molybdän, 0,02-0,1%, vorzugsweise 0,02-0,05% Titan, 0,001-0,007%,
vorzugsweise 0,001-0,005% Bor, 0,03-0,1%, vorzugsweise 0,03-0,07% Aluminium sowie ggf. niedrige, unwesentliche Gehalte von Kupfer und
Nickel evtl. in Gehalten bis zu je 0,2% enthält. Der Stahl ist an und für sich vorbekannt.
Der Stahl wird auf Härtungstemperatur, d.h. auf eine über Ac3 liegende
Temperatur erhitzt, wo er sich in austenitischem Zustand befindet.
Der Stahl wird vorzugsweise auf eine Temperatur zwischen 775°C und 1000°C erhitzt.
Das Formen ist in erster Linie ein Preßvorgang. Die Erfindung kann
jedoch auch bei anderen Formungsmethoden, z.B. Gesenkschnieden,
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Strangpressen und Explosions formung angewendet werden.
Der Rohling wird beim Pressen zwischen zwei Werkzeugen oder mit Hilfe eines Druckmittels gegen ein Werkzeug geformt. Es ist wünschenswert,
eine schnelle Presse anzuwenden, die so konstruiert ist, daß Lage und Geschwindigkeit des Werkzeuges (der Werkzeuge) während
des ganzen Prozesses gesteuert werden können. Es ist somit wünschenswert; die Formung in weniger· als fünf Sekunden, vorzugsweise
in weniger als drei Sekunden, auszuführen, damit das Formen abgeschlossen ist, bevor das gewünschte Härtegefüge erhalten wird.
Das Formen und Kühlen ist so schnell durchzuführen, daß sich ein feinkörniges martessitisches und/oder bainitisches Gefüge ergibt.
Die dabei erforderliche Geschwindigkeit hängt von der Zusammensetzung des Stahles ab, d.h. von seinem Continuous Cooling Transformation-Diagramm
(CCT-Diagramm). Bei Beendigung der schnellen Kühlung
befindet sich das Werkstück fortwährend in der Formungseinrichtung. Das gepreßte Werkstück wird entweder indirekt, durch Kühlung von
Teilen der Formungseinrichtung, oder direkt,durch Direktkontakt des
Werkstückes mit einem Kühlmittel nach Abschluß der Formung, gekühlt. Da das Werkzeug (die Werkzeugs) während des Kühlens als
Einspannvorrichtung dient (dienen) , erhält man ein Endprodukt mit guter Maßhaltigkeit.
Aufgrund der Verwendung des der Erfindung speziell angepaßten Stahles
können dünne tragende Blech- oder Schalenkonstruktionen mit hoher Festigkeit hergestellt werden. Die Kombination von hoher
Festigkeit und guter Zähigkeit ermöglicht die Herstellung auch energieabsorbierender (= stoßdämpfender) Werkstücke. Die gehärteten
(und nicht angelassenen) Blechkonstruktionen sind vor allem für Anwendung in Transportfahrzeugen für solche Teile vorgesehen, die
erwartungsgemäß bei Kollisionen Stöße auffangen müssen, insbeson-
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dere für die Stoßfänger, aber auch für andere Karosserieteile. Ganz allgemein läßt sich sagen, daß die Teile des Fahrzeuges, die
kräftigen Stoßen ausgesetzt v/erden, oder die Fahrzeugteile, bei denen die Gefahr besteht, daß sie kräftigen Stoßen ausgesetzt werden
können, vorteilhaft nach der Erfindung unter Verwendung des der Erfindung angepaßten Sonderstahles hergestellt werden sollten.
In der Möglichkeit, den Stahl in gehärtetem Zustand ohne anschließendes
Anlassen verwenden zu können, liegt ein nicht geringer Vorteil. Sie läßt einen WärmebehandlungsVorgang in Fortfall kommen
und beseitigt eine Quelle .für Maßungenauigkeit. Außerdem sind
die resultierenden Werkstücke härter.
Um den niedrigen Borgehalt von 0,0005-0,01% voll zur Wirkung kommen
zu lassen, sollen die angegebenen Titan- und Aluminiumgehalte dem Stahl vor dem Bor zugegeben werden, damit Sauerstoff und Stickstoff
bei der Borzugabe gebunden sind.
Der Borstahl ist ein schweißbarer Baustahl, dem durch eine einfache
Wärmebehandlung extrem hohe Festigkeit in Kombination mit guter Zähigkeit vermittelt werden.
Eine Streckgrenze von > 120 kp/mm ist bei einer Längsdehnung von
ca. 10% nicht ungewöhnlich.
Der Stahl erhält durch die verhältnismäßig große Härte gepaart mit
Ruter Längsdehnung nach der Härtung sehr gute stoßdämpfende Eigenschaften.
Der Borstahl ist in seiner Grundzusammensetzung ein Kohlenstoff-Manganstahl,
dem durch eine besondere metallurgische Behandlung und Legierung sehr gute Härtungseigenschaften gegeben wurden.
Durch den Borzusatz erhält der Stahl nach Härtung in Wasser oder Hl ein feinkörniges Gefüge, das aus Niedrigtemperatur-Bainit und
angelassenem Hochternperatur-Martensit besteht. Es ist dieses Gefüge,
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das den Borstahl seine Kombination von Härte und Zähigkeit gibt, in Gegensatz zu einem nicht mit Bor legierten Stahl, der nach
Härtung ein sprödes Härtungsgefüge erhält.
Abgesehen von den genannten Verbesserungen der mechanischen Eigenschaften
hat e^in mit Bor behandelter Stahl auch ein bedeutend besseres
Durchhärtungsvermöpen als ein nicht mit Bor behandelter Stahl
derselben Grundzusammensetzung.
Die ,sehr hohen Festigkeitseigenschaften und die guten stoftdampfenden
Eigenschaften ergeben sich nach Härtung. Eine geeignete Härtetemperatur ist ca. 9000C (zwischen 775°C und 10000C). Für Dicken
unter 6 mm wird Abschrecken in öl oder Salzwasser empfohlen.
Beispiel. Als Beispiel der Erfindung wird auf Tabelle 1 verwiesen,
in der die Ergebnisse in Form von Festigkeitswerten und Härten für fünf verschiedene Stahlzusamensetzungen und einige verschie
dene Dicken zusammengefaßt sind.
Als Richtwerte·für die mechanischen Eigenschaften lassen sich zusammenfassend
folgende angeben:
Warmgewalzt er od£r_ka>ltg£W£lz^ter_un_d_geg].ühter_Zijst^andj_
(Tq kp/mm Cj kp/mm CL %
36-42 50-60 25-35
Gehärteter_Zustandj_ In leichter Abhängigkeit von Abmessung und
Härtemittel werden folgende Richtwerte erhalten:
1To kp/mm 6t kp/mm2 U % Härte 9 .
B ö HRC KVU 00C kp/cin
120-150' 150-170 8-12 45-50 5-1/
Die Schweißbarkeit der borlegierten Stähle ist nach der Grundanalyse
zu beurteilen, somit nach dem Kohlenstoff- und Mangangehalt, da das in der wärmebeeinflußten Zone erhaltene Gefüge für Wasserstoff-
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versprödunR nicht empfindlich ist. Die Borstähle in der Tabelle
können somit leicht wie gewöhnliche hochfeste Baustähle geschweißt
werden.
Wenn der Borstahl vor der P'ormung und Härtung geschweißt werden
soll, können die Eigenschaften des Grundwerkstoffes nach Härtung auch in der SchweiÄnaht dadurch erhalten werden, daß dem Borstahl
angepaßte Sonderelektroden zur Anwendung kommen«
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TABELLE 1
Beispiele nach H^rtunp: erhaltener Festigkeit
Beispiele nach H^rtunp: erhaltener Festigkeit
Charge | Dicke | C rf P |
Si | Vm | Analyse | S | ·, |
°f
Io |
Ti | B | Λ1 | Festigkeit | 174 179 |
Vt | Härte' | Härtemittel |
mm | 0,2 4 | 0,37 | 0,94 | P | 0,019 | 0,197 | 0,040 | 0,0050 | 0,060 | *0,2 *f kp/mrn^ |
164 167 |
10 11 |
HB 47O | • | ||
B 6959 | 6 | 0,23 It |
0,31 ti |
0,95 tt |
0,030 | 0,018 IT |
0,154 It |
0,036 11 |
0,0031 tt |
0,123 It |
I 118 132; |
155 156 |
10 | HVlO 486 HB 455 |
10 % Salzlösung | |
B 7000 B 7000 |
6 | 0,19 | 0,31 | 0,77 | 0,022 ti |
0,016 | 0,207 | 0,032 | 0,0029 | 0,046 | 120 1451 |
153 158 |
11 11 |
tt
tt |
||
B 8307 | 6 | 0,19 | 0,23 | 0,77 | 0,016 | 0,024 | 0,195 | 0,030 | 0,0031 | 0,040 | 112 114 |
143 134 |
10 12 |
* 11 | ||
A 2197 | 0,23 | 0,39 | 0,87 | 0,024 | 0,023. | 0,196 | 0,043 | 0,0034 | 0,069 | 119 119 |
96 110 |
8 8 |
HRC 42 | |||
B 6938 | 4 | 0,19 | 0,31 | 0,77 | 0,020 | 0,016 | 0,207 | 0,032 | 0,0029 | 0,046 i |
102 96 |
165 136 |
9 9 |
|||
B 8307 | 6 | 0,24 | 0,27 | 0,79 | 0,016 | t ; 0,016 j 0,019 > 1 . t |
0,18 | .0,040 . 0,0050 | j 0,139 | 85 | 10 | 11V5 550 HV5"435 HV 400-450 UV 420-490 |
tt | |||
B 8500 | ' 1,75 1,75 1,75 " 1,5 |
123 :' 92 I I ' I |
107. Salzlösung «1 " ;_ 'Zl Werkzeug Werkzeug |
|||||||||||||
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Claims (11)
1. Verfahren zur Herstellung eines Werkstückes aus gehärtetem Stahl
mit geringer Dicke und guter Maßhaltigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rohling aus härtbarem Stahl auf Härtetemperatur erhitzt und danach
zu der gewünschten endgültigen Form in einer Formungseinrichtung geformt wird, in der das Werkstück einer wesentlichen Formänderung unterzogen
und schnell gekühlt wird, so daß es ein martensitisches und/ oder baihitisches Gefüge erhält.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohling
auf eine Temperatur über Ac3 und vorzugsweise auf eine Temperatur zwisehen
775°C und 10000C erhitzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
Formen und Kühlen so schnell ausgeführt werden, daß ein feinkörniges martensitisches und/oder bainitisches Gefüge erhalten wird, und die
erforderliche Schnelligkeit von der Zusammensetzung des Stahles abhängt, d.h. von seinem Continuous Cooling Transformation-Diagramm (CCT-Diagramm).
H. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Formen zwischen zwei Werkzeugen ausgeführt wird, die schnell zusammengepreßt werden.
5. Verfahren nach einen der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Formen mit Hilfe eines Druckmittels gegen ein Werkzeug ausgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das nach abgeschlossener Formung ausgeführte Schnellkühlen mit" dem fortwährend in der Formungseinrichtung befindlichen gepreßten
Rohling erfolgt.
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7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Kühlen des gepreßten Werkstückes durch Kühlen von
Teilen der Formungseinrichtung bewirkt wird.
Teilen der Formungseinrichtung bewirkt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Kühlen des gepreßten Werkstückes durch Direktkontakt
mit einem Kühlmittel bewirkt wird.
mit einem Kühlmittel bewirkt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ausgangswerkstoff aus einem Rohling gleichmäßiger
Dicke besteht, dessen Dicke von der des fertiggeformten Werkstückes
Dicke besteht, dessen Dicke von der des fertiggeformten Werkstückes
um höchstens 25% abweicht.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ausgangswerkstoff ein Stahl ist, der weniger als 0,4% Kohlenstoff, Silizium in einem von dem Stahlerzeugungsverfahren abhängigen,
im übrigen aber unwesentlichen Gehalt, 0,5-2,0% Mangan, höchstens 0,05% Phosphor und höchstens 0,05% Schwefel/ 0,1-0,5% Chrom und/oder
0,05-0,5% Molybdän, bis zu- 0,1% Titan, 0,0005-0,01% Bor, bis zu insgesamt 0,1% Aluminium sowie ggf. niedrige unwesentliche Gehalte von Kupfer und Nickel evtl. in Gehalten bis zu je 0,2% enthält.
0,05-0,5% Molybdän, bis zu- 0,1% Titan, 0,0005-0,01% Bor, bis zu insgesamt 0,1% Aluminium sowie ggf. niedrige unwesentliche Gehalte von Kupfer und Nickel evtl. in Gehalten bis zu je 0,2% enthält.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl ,
Kohlenstoff in einem Gehalt von unter oder gleich 0,25%, vorzugsweise
0,15-0,25%, Silizium in einem von dem Stahlerzeugungsverfahren abhängigen, im übrigen aber unwesentlichen Gehalt, 0,5-1,5%, vorzugsweise
0,7-1,5% Mangan, höchstens 0,03% Phosphor und höchstens 0,04% Schwefel, 0,1-0,3% Chrom und/oder 0,05-0,5% Molybdän, 0,02-0,1%, vorzugsweise
0,02-0,05% Titan, 0,0005-0,007%, vorzugsweise 0,0005-0,005% Bor, 0,03-
-0,1%, vorzugsweise 0,03-0,07% Aluminium sowie ggf« geringe unwesentliche Gehalte von Kupfer und Nickel evtl. in'Gehalten bis zu je 0,2% enthält.
0,15-0,25%, Silizium in einem von dem Stahlerzeugungsverfahren abhängigen, im übrigen aber unwesentlichen Gehalt, 0,5-1,5%, vorzugsweise
0,7-1,5% Mangan, höchstens 0,03% Phosphor und höchstens 0,04% Schwefel, 0,1-0,3% Chrom und/oder 0,05-0,5% Molybdän, 0,02-0,1%, vorzugsweise
0,02-0,05% Titan, 0,0005-0,007%, vorzugsweise 0,0005-0,005% Bor, 0,03-
-0,1%, vorzugsweise 0,03-0,07% Aluminium sowie ggf« geringe unwesentliche Gehalte von Kupfer und Nickel evtl. in'Gehalten bis zu je 0,2% enthält.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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SE7315058A SE435527B (sv) | 1973-11-06 | 1973-11-06 | Forfarande for framstellning av en detalj av herdat stal |
Publications (2)
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DE2452486C2 DE2452486C2 (de) | 1985-10-17 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OD | Request for examination | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: PLANNJA AB, 95188 LULEAA, SE |
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D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8368 | Opposition refused due to inadmissibility |