DE2501050A1

DE2501050A1 - Verfahren zum formwalzen von metallischem werkstoff

Info

Publication number: DE2501050A1
Application number: DE19752501050
Authority: DE
Inventors: Yoshiki Oshida; Seiji Takase
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1974-01-18
Filing date: 1975-01-13
Publication date: 1975-07-24
Also published as: CH577560A5; US3967486A; FR2258457B1; DE2501050B2; GB1477749A; SU670233A3; FR2258457A1; JPS50103458A; DE2501050C3

Description

HENKEL, KERN, FEILER & HÄNZEL

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Mitsubishi Jukogyo Kabushiki Kaisha Tokio t Japan

Verfahren zum Formwalzen von metallischem Werkstoff

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Formwalzen eines metallischen Werkstücks unter Hervorbringung einer Superplastizitätserscheinung (super-plastic phenomena) im bearbeiteten Werkstück.

Bei der Bearbeitung von Werkstücken mittels Formwalzen wurde bisher ein Werkstoff der Sorte SCM oder SNCM, nämlich ein solcher mit Legierungselementen wie Ni, Cr, Mo usw., verwendet, um die Festigkeit des bearbeiteten Werkstücks zu erhöhen. Diese Werkstücke aus einem speziellen Stahl wurden zudem einer Wärmebehandlung unterworfen, um ihre Zugfestigkeit und Ermüdungs- oder Biegefestigkeit zu erhöhen. Bei einem Formwalzverfahren zur Herstellung von Schraubbolzen und dgl. erforderte das Formwalzen bei Raumtemperatur außerdem eine hohe Formwalzenergie, da bei

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der Bearbeitung der Krümmungsradius z.B. an einem einen kleinen Winkel festlegenden Abschnitt in einer Kerbe oder Nut möglichst groß gewählt wurde, um Spannungskonzentration infolge der Einkerbung eines Gewindeteils zu vermeiden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verarbeitung bzw. Verformung eines Werkstücks mit Hilfe von Formwalzen zu schaffen, bei dem die Festigkeit selbst eines Werkstücks aus Walzstahl für allgemeine Bauzwecke auf einen der Festigkeit von Spezialstahl ähnlichen Wert erhöht werden kann, während die für das Formwalzen erforderliche Energie weitgehend vermindert wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Formwalζverfahren für metallischen Werkstoff erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der metallische Werkstoff mit Hilfe von Formwalzen unter Bedingungen bearbeitet bzw. verformt wird, bei denen im Werkstoff eine Superplastizität eintritt, wobei der Werkstoff einem einen Umwandlungspunkt durchlaufenden Temperaturzyklus unterworfen wird.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht auf eine Formwalζvorrichtung zur Durchführung des Anlaß-Formwalzverfahrens gemäß der Erfindung,

Fig. 2 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt längs der Linie U-II in Fig. 1 und

Fig. 3 eine in weiter vergrößertem Maßstab gehaltene Teilaufsicht auf die gleiche Vorrichtung,

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Im folgenden ist das erfindungsgemäße Verfahren anhand der Fig. 1 bis 3 im einzelnen beschrieben.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird eine ähnliche Formwalzvorrichtung wie beim bereits angewandten Verfahren verwendet, bei welcher Formwalzen 2 durch einen nicht dargestellten Elektromotor angetrieben werden. Dabei wird ein Werkstück 1 durch eine an einem Maschinenbett 5 befestigte Support- bzw. Tragplatte 3 getragen, wobei das eine Ende des Werkstücks 1 drehbar von einem Tragglied bzw. Futter 4 gehaltert wird. Am Maschinenbett 5 ist eine elektrische Stromversorgung 6 zur Erwärmung des Werkstücks 1 vorgesehen und mit den Formwalzen 2 verbunden, um zur Erwärmung des Werkstücks 1 einen elektrischen Strom durch das Werkstück hindurchzuleiten. Die Antriebswellen der Formwalzen 2 sind hierbei jedoch gegenüber den Formwalzen 2 isoliert. Zur Kühlung des Werkstücks 1 ist eine Kühlvorrichtung 7 vorgesehen, welche Druckluft gegen das Werkstück 1 bläst.

Wenn das Werkstück 1 z_oB, aus Stahl, etwa in einer Rundstahlstange mit 15 mm Durchmesser aus dem Werkstoff SC besteht, wird es einem Erwärmungs- und Abkühltemperaturzyklus mit 4-5 Zyklen pro Minute unterworfen, wobei seine Erwärmung bzw. seine Temperatur einen Umwandlungspunkt über einen Temperaturbereich mit einem A.-Umwandlungspunkt durchläuft, d.h. einen Temperaturbereich von etwa ±-|00°^c um den A^-Umwandlungspunkt herum oder einen die A.- und Ap-Umwandlungspunkte einschließenden Temperaturbereich mit einem um etwa 1OO°C unter dem A^-Umwandlungspunkt liegenden unteren Grenzwert und einem um etwa 10O⁰C über dem A₂-Umwandlungspunkt liegenden oberen Grenzwert. Während dieser Zeitspanne wird wegen des Auftretens der Superplastizitätserscheinung im Werkstück 1 eine Verfeinerung des Kristallkorns des Werkstücks und eine Vergleichmäßigung des metallurgischen

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Gefüges erzielt, so daß durch die Vergleichmäßigung des metallurgischen Feingefüges des Kristallkorns eine verbesserte Festigkeit des Werkstücks erreicht werden kann. Da zudem das Formwalzen in dem Zustand erfolgt, in welchem die Superplastizitätserscheinung im Werkstück vorliegt, kann auch die für das Formwalzen erforderliche Energie weitgehend vermindert werden.

Beim vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Temperaturbereich zwischen seinen oberen und unteren Grenzwerten mit etwa i 100⁰C in der Nähe eines Umwandlungspunkts angegeben, wobei 4-5 Zyklen der Temperaturänderung pro Minute angewandt werden. Diese speziellen Werte sind unter Berücksichtigung der Änderung des Umwandlungspunkts infolge von Änderungen der Erwärmungs- und Abkühlgeschwindigkeiten sowie der zwischen Beginn und Beendigung der Umwandlung oder Umbildung erforderlichen Zeitspanne bestimmt worden. Bei der praktischen Durchführung der Erfindung können die Arbeitsbedingungen, etwa der in Aufwärts- und Abwärtsrichtung durch den Umwandlungspunkt verlaufende Temperaturbereich des Wärmezyklus sowie die Frequenz dieses Zyklus, in Abhängigkeit von Art und Form des Werkstückmaterials gewählt werden. Obgleich es zur Erzeugung der Superplastizitätserscheinung erforderlich ist, eine geringe Belastung auf das Werkstück auszuüben, reicht die durch die Formwalzen bewirkte Verpressung des Werkstücks hierfür aus, Die Temperaturmessungen bei der vorstehend beschriebenen Arbeitsweise können auf herkömmliche Weise durch Anordnung eines thermischen PbS-Radiometers in der Nähe des Werkstücks oder durch unmittelbare Anbringung eines Wärmefühlers bzw. Thermoelements am Werkstück durchgeführt werden.

In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, daß das Werkstück 1 zunächst auf eine Temperatur in der Nähe des Umwandlungs-

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punkts erwärmt wird, wofür der von der Stromquelle 6 zum Werkstück 1 geleitete elektrische Strom zur regelbaren Erwärmung des Werkstücks auf eine gewünschte Temperatur benutzt wird. Wahlweise könnte die Erwärmung des Werkstücks 1 auch dadurch erfolgen, daß entweder ein elektrischer Strom über Bürsten unmittelbar zum Werkstück 1 geleitet oder ein Gas mit hoher Temperatur auf das Werkstück 1 aufgeblasen wird. Darüberhinaus kann die Kühlvorrichtung 7 auch weggelassen werden, so daß das Werkstück auf natürliche Weise abkühlt.

Erfindungsgemäß kann bei Verwendung von Walzstahl für allgemeine (Maschinen-)Bauzwecke eine der Festigkeit von Spezial- oder Sonderstahl vergleichbare Festigkeit erzielt werden, wobei zudem die für Spezial- oder Sonderstahl erforderliche Wärmebehandlung überflüssig wird. Da das Werkstück in einem superplastischen Zustand verarbeitet wird,wird zudem eine Zähverfestigung bzw. ein entsprechendes Anlassen des Werkstücks durch Verfeinerung seines Kristallkorns sowie das Formwalzen des Werkstücks in einem Arbeitsgang erreicht, wobei die für das Formwalzen erforderliche Energie weitgehend vermindert werden kann, da sich das Werkstück im superplastischen Zustand befindet. Bezüglich des Werkstoffs des Werkstücks läßt sich eine ähnliche Wirkung sowohl im Fall von Eisenmaterialien als auch im Fall von Nichteisenmaterialien (mit einem Umwandlungspunkt) erzielen.

Zusammenfassend wird also erfindungsgemäß ein metallischer Werkstoff einer Formwalzbearbeitung unterzogen, während in ihm durch einen einen Umwandlungspunkt durchlaufenden Temperaturzyklus die Superplastizitätserscheinung hervorgerufen wird, wodurch es möglich wird, ein zähes, formgewalztes Werkstück mit einem Mindestmaß an Be-

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arbeitungsenergie herzustellen. Die Erfindung ist somit von großem industriellen Nutzen.

Obgleich die Erfindung vorstehend in Verbindung mit einer speziellen Vorrichtung offenbart ist, soll die vorstehende Beschreibung die Erfindung lediglich erläutern und keinesfalls einschränken.

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Claims

Patentanspruch

Formwalzverfahren für metallischen Werkstoff, dadurch
gekennzeichnet , daß der metallische Werkstoff mit Hilfe von Formwalzen unter Bedingungen bearbeitet bzw» verformt wird, bei denen im Werkstoff eine Superplastizität eintritt, wobei der Werkstoff einem
einen Umwandlungspunkt durchlaufenden Temperatürzyklus unterworfen wird_o

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