Procédé de préparation de pièces forgées ayant une résistance à laProcess for preparing forgings having a resistance to
traction et un allongement excellents à partir de fils machine en acier La présente invention concerne un procédé de préparation de pièces forgées à partir de fils machine en acier, et plus particulièrement un procédé de production de pièces forgées à partir de fils machine en acier dans lequel les pièces forgées ont une résistance à la traction allant jusqu'à 160 kgf/mm2 et un allongement allant jusqu'à 16 à 21%. La norme CNS3934 des normes nationales chinoises (CNS) spécifie les propriétés standard que devraient présenter les pièces forgées. La valeur la plus élevée de résistance à la traction pour les vis fortes est de 140 kgf/mm2. Cependant, à cause des limitations rencontrées lors de l'utilisation de matériaux anciens et de procédés de fabrication anciens, il est difficile de produire de telles vis. Par conséquent, de nombreux fabricants ne produisent pas de vis ayant la valeur la plus élevée de résistance à la traction. Eu égard à la norme susmentionnée concernant les vis fortes, un procédé de production de vis ayant la plus haute résistance à la traction a été développé par le demandeur, et il est décrit dans le brevet taiwanais n I254656 intitulé Procédé de production de pièces forgées ayant une résistance à la traction allant jusqu'à 140 kgf/mm2 . Comme illustré sur les figures 1 et 2, les étapes impliquées dans le procédé de production de pièces forgées tel qu'il est décrit dans le brevet taiwanais n I254656 sont résumées comme suit . (a) soumettre n'importe quel fil machine en acier allié 1 à un procédé de recuit de sphéroïdisation ; (b) prélever et revêtir le fil machine 1 ; (c) soumettre le fil machine 1 à un étirage intermédiaire ; (d) soumettre le fil machine 1 à un procédé de recuit d'adoucissement ( softening annealing ) ; (e) prélever et revêtir le fil machine 1 une seconde fois ; (f) soumettre le fil machine 1 à un écrouissage superficiel par étirage ( skin-pass drawing ) ; (g) forger par estampage ( stamp-forging ) et fileter par roulage le fil machine 1 pour former des pièces forgées 2 (une seule est illustrée sur la figure 1), telles que des vis ; (h) laver les pièces forgées 2 ; (i) chauffer les pièces forgées 2 jusqu'à une 20 plage de températures de 830 à 900 C pendant 50 à 90 minutes ; et (j) faire subir une trempe étagée bainitique aux pièces forgées 2 à une plage de températures de 300 à 400 C pendant 30 à 60 minutes. 25 Après avoir subi le procédé de chauffage lors de l'étape (i), la structure des pièces forgées 2 change d'une structure perlitique à une structure austénitique, et après avoir subi le procédé de trempe étagée bainitique, la structure des pièces forgées 2 change de 30 la structure austénitique à une structure aciculaire de bainite inférieure qui a des propriétés mécaniques favorables, à savoir une résistance et une ténacité satisfaisantes. Les pièces forgées 2 produites par le procédé de fabrication susmentionné ont une résistance à la traction allant jusqu'à 140 kgf/mm2, et un pourcentage d'allongement allant jusqu'à 9% à 14%, ce qui est conforme aux recommandations de la norme CNS3934 pour les vis fortes. Cependant, comme les pièces forgées 2 ont des dimensions différentes, c'est-à-dire qu'elles ont un diamètre supérieur à 24 mm, au cours du procédé de chauffage, les pièces forgées de grande dimension 2 produisent facilement un effet de masse , c'est-à-dire un phénomène dans lequel les effets de durcissement des parties interne et externe de l'acier diffèrent au cours du refroidissement, de la trempe. Par conséquent, plus les dimensions sont grandes, plus il est difficile que la chaleur se diffuse uniformément depuis les parties internes vers les parties externes de l'acier. Ainsi, au cours du procédé de trempe étagée bainitique, bien que les pièces forgées plus grandes 2 aient des parties externes qui passent facilement à la structure de bainite inférieure, les parties centrales de celles-ci ont toujours les structures de la ferrite plus de la perlite moyenne ( medium pearlite ). Il est donc difficile que les pièces forgées 2 de grandes dimensions atteignent la résistance à la traction de 140 kgf/mm2, de telle sorte que les produits qui en résultent ont une dureté et des propriétés mécaniques insuffisantes. The present invention relates to a method for preparing forgings from steel wire rods, and more particularly to a method for producing forgings from steel wire rods in which forgings have a tensile strength of up to 160 kgf / mm2 and an elongation of up to 16-21%. CNS3934 China National Standard (CNS) specifies the standard properties for forgings. The highest value of tensile strength for strong screws is 140 kgf / mm2. However, because of the limitations encountered in using old materials and old manufacturing processes, it is difficult to produce such screws. As a result, many manufacturers do not produce screws with the highest value of tensile strength. With respect to the above-mentioned standard for strong screws, a method of producing screws having the highest tensile strength has been developed by the applicant, and is described in Taiwanese Patent No. I254656 entitled Process for producing forgings having tensile strength up to 140 kgf / mm2. As illustrated in FIGS. 1 and 2, the steps involved in the forging production process as described in Taiwanese Patent No. I254656 are summarized as follows. (a) subjecting any alloy steel wire 1 to a spheroidization annealing process; (b) removing and coating the machine wire 1; (c) subjecting the machine wire 1 to intermediate stretching; (d) subjecting the wire rod 1 to a softening annealing process; (e) picking up and coating the wire rod 1 a second time; (f) subjecting the wire rod 1 to a skin-pass drawing; (g) stamp-forging and thread rolling machine wire 1 to form forgings 2 (only one is shown in FIG. 1), such as screws; (h) wash the forgings 2; (i) heating the forgings 2 to a temperature range of 830 to 900 C for 50 to 90 minutes; and (j) bainitic step quenching for forgings 2 at a temperature range of 300 to 400 ° C for 30 to 60 minutes. After having undergone the heating process in step (i), the structure of forgings 2 changes from a pearlitic structure to an austenitic structure, and after having undergone the bainitic stepped quenching process, the structure of forgings 2 changes from the austenitic structure to a lower bainite acicular structure which has favorable mechanical properties, namely, satisfactory strength and toughness. Forgings 2 produced by the aforementioned manufacturing process have a tensile strength of up to 140 kgf / mm 2, and an elongation percentage of up to 9% to 14%, which is in accordance with the recommendations of the CNS3934 standard for strong screws. However, since the forged parts 2 have different dimensions, that is to say they have a diameter greater than 24 mm, during the heating process, the large size forgings 2 easily produce a mass effect. that is to say a phenomenon in which the hardening effects of the inner and outer parts of the steel differ during cooling, quenching. Therefore, the larger the dimensions, the harder it is for the heat to diffuse uniformly from the inner parts to the outer parts of the steel. Thus, during the bainitic stepped quenching process, although the larger forgings 2 have external portions that pass easily to the lower bainite structure, the central portions thereof still have the ferrite structures more than the medium pearlite. It is therefore difficult for the large forgings 2 to reach the tensile strength of 140 kgf / mm 2, so that the resultant products have insufficient hardness and mechanical properties.
Par conséquent, l'objet de la présente invention est de fournir un procédé de production de pièces forgées ayant une résistance à la traction allant jusqu'à 160 kgf/mm2 et un allongement allant jusqu'à 16 à 21%, et ayant également un degré élevé de ténacité et de dureté. Therefore, the object of the present invention is to provide a method of producing forgings having a tensile strength of up to 160 kgf / mm 2 and an elongation of up to 16 to 21%, and also having a high degree of toughness and hardness.
Selon la présente invention, un procédé de préparation de pièces forgées ayant une grande résistance à la traction et un bon allongement comprend les étapes consistant à : (a) former des pièces forgées à partir d'un fil machine en acier ; (b) chauffer les pièces forgées jusqu'à une plage de températures de 830 à 900 C ; (c) soumettre les pièces forgées à un premier revenu à une plage de températures de 100 à 300 C après le chauffage à de 830 à 900 C ; et (d) soumettre les pièces forgées à un second revenu à une plage de températures de 300 à 400 C après le premier revenu. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-après du mode de réalisation préféré faite en référence aux dessins joints, dans lesquels : la figure 1 est un schéma de procédé illustrant les étapes impliquées dans un procédé de production de pièces forgées décrit dans le brevet taiwanais n I254656 ; la figure 2 est un graphique illustrant les changements de température au fil du temps au cours du procédé de fabrication de la figure 1 ; la figure 3 est un schéma de procédé illustrant les étapes impliquées dans un procédé de production de pièces forgées selon le mode de réalisation préférée de la présente invention ; et la figure 4 est un graphique illustrant les changements de température au fil du temps au cours du procédé de fabrication du mode de réalisation préféré. La figure 3 illustre les étapes impliquées dans un procédé de production de pièces forgées 4 ayant une résistance à la traction allant jusqu'à 160 kgf/mm2 et un allongement allant jusqu'à 16 à 21% selon le mode de réalisation préféré de la présente invention. Ces étapes vont être décrites de manière plus détaillée ci- après. Dans l'étape (a) un fil machine en acier allié 3 est soumis à un premier procédé de recuit de sphéroïdisation à une plage de températures de 680 à 700 C, qui est inférieure à la température de transformation de phase du fil machine en acier allié 3. Le fil machine 3 est fait d'un matériau pour fil trempé choisi dans le groupe constitué de l'acier au nickelchrome-molybdène tel que le SNCM439, et de l'acier au chrome molybdène, tel que le SCM445H (SAE4145H), SCM445, SCM440 ou SCM440H. Dans ce mode de réalisation, le fil machine 3 est fait de SNCM439 (JIS G4103 ; acier au nickel-chrome-molybdène correspondant aux normes AISI 4340, SAE 4340) avec une composition chimique de 0,36 à 0,43% de C ; 0,15 à 0,35% de Si ; 0,60 à 0,90% de Mn ; 1,60 à 2,00% de Ni ; 0,60 à 1,00% de Cr ; et 0,15 à 0,30% de Mo. Ce matériau est conforme à la réglementation d'essai de matériaux de la norme CNS3935, et il peut donc atteindre la dureté requise. According to the present invention, a method of preparing forgings having high tensile strength and elongation comprises the steps of: (a) forging forgings from a steel wire rod; (b) heating the forgings to a temperature range of 830 to 900 C; (c) forging the forgings to a first income at a temperature range of 100 to 300 C after heating at 830 to 900 C; and (d) subjecting the forgings to a second income at a temperature range of 300 to 400 C after the first income. Other features and advantages of the present invention will become more apparent upon reading the following detailed description of the preferred embodiment with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a flow chart illustrating the steps involved in a forgings production process described in Taiwanese Patent No. I254656; Fig. 2 is a graph illustrating changes in temperature over time during the manufacturing process of Fig. 1; Fig. 3 is a process diagram illustrating the steps involved in a forgings production process according to the preferred embodiment of the present invention; and Fig. 4 is a graph illustrating changes in temperature over time during the manufacturing process of the preferred embodiment. FIG. 3 illustrates the steps involved in a production process of forgings 4 having a tensile strength of up to 160 kgf / mm 2 and an elongation of up to 16 to 21% according to the preferred embodiment of the present invention. invention. These steps will be described in more detail below. In step (a) an alloy steel wire 3 is subjected to a first spheroidization annealing process at a temperature range of 680 to 700 ° C, which is less than the phase transformation temperature of the steel wire rod. Alloy 3. The wire rod 3 is made of a hardened wire material selected from the group consisting of nickel-chromium-molybdenum steel such as SNCM439, and chromium molybdenum steel, such as SCM445H (SAE4145H). , SCM445, SCM440 or SCM440H. In this embodiment, the wire rod 3 is made of SNCM439 (JIS G4103; nickel-chromium-molybdenum steel corresponding to AISI 4340, SAE 4340) with a chemical composition of 0.36 to 0.43% C; 0.15 to 0.35% Si; 0.60 to 0.90% of Mn; 1.60 to 2.00% Ni; 0.60 to 1.00% Cr; and 0.15 to 0.30% Mo. This material complies with the material testing regulations of CNS3935 and can therefore achieve the required hardness.
Dans l'étape (b), le fil machine 3 subit le procédé de prélèvement et de revêtement d'une manière classique. Dans l'étape (c), le fil machine 3 est soumis à un 5 étirage intermédiaire selon un rapport d'étirage dans la plage de 20 à 30%. Dans l'étape (d), le fil machine 3 est soumis à un second procédé de recuit de sphéroïdisation à une plage de températures de 600 à 650 C. 10 Dans l'étape (e), le fil machine 3 subit le procédé de prélèvement et de revêtement une seconde fois après l'étape (d). Dans l'étape (f), le fil machine 3 est soumis à un écrouissage superficiel par étirage à un rapport 15 d'étirage inférieur à 5%. Dans la présente invention, le fil machine 3 subit à deux reprises le procédé de recuit de sphéroïdisation et également à deux reprises le procédé d'étirage, de sorte que la substance carburée de l'acier devient 20 ronde et petite pour accroître sa douceur ( softness ) et son allongement, facilitant ainsi un procédé subséquent de forgeage par estampage. Du fait des conditions différentes du matériau du fil machine 3 en termes de composition, d'épaisseur, etc. au cours des 25 procédés de recuit et d'étirage, les étapes du procédé ou la température peuvent être accrues ou diminuées si besoin. Le but du procédé susmentionné de recuit de sphéroïdisation est de sphéroïdiser la structure 30 stratifiée ou maillée de la substance carburée dans l'acier de manière à améliorer les propriétés mécaniques de l'acier. Le but du procédé d'étirage, quant à lui, est de réduire le diamètre du fil machine 3. Lors du procédé d'étirage, la structure perlitique stratifiée et la structure ferritique parallèles à la cémentite sont déplacées et déformées, et des microfissures surviennent le long des surfaces fendues du corps de cémentite, entraînant ainsi une sphéroïdisation. Dans l'étape (g), après avoir été soumis à l'écrouissage superficiel par étirage, le fil machine 3 est envoyé dans une machine à forger, et il est forgé par estampage pour former des pièces forgées ayant un profil externe préétabli. Les pièces forgées sont ensuite envoyées dans une machine à rouler les filets pour fileter la surface de celles-ci afin de former des pièces forgées filetées 4 (dont seulement une est illustrée sur la figure 3, ci-après simplement dénommées pièces forgées ), telles que des vis. Dans l'étape (h), les pièces forgées 4 sont lavées en utilisant initialement de l'eau chaude pour retirer les tâches huileuses, puis en utilisant de l'eau froide pour exécuter un rinçage final des pièces forgées 4. Avant de réaliser l'étape (i), les pièces forgées 4 sont préchauffées dans un four à une plage de températures de 550 à 650 C pendant 30 à 90 minutes. Dans le présent mode de réalisation, le procédé de préchauffage est exécuté dans un four qui est progressivement chauffé à environ 600 C pendant 60 minutes. Le procédé de préchauffage peut être exécuté ou pas selon l'équipement utilisé. Par exemple, si un four ordinaire à température fixe est utilisé comme équipement de chauffage, le procédé de préchauffage devrait être exécuté. En revanche, si un équipement de chauffage du type continu à température réglable est utilisé, le procédé de préchauffage peut être omis. In step (b), the wire rod 3 undergoes the picking and coating process in a conventional manner. In step (c), the machine wire 3 is subjected to an intermediate stretch in a draw ratio in the range of 20 to 30%. In step (d), the wire rod 3 is subjected to a second spheroidization annealing process at a temperature range of 600 to 650 C. In step (e), the wire rod 3 undergoes the method of sampling and coating a second time after step (d). In step (f), the wire rod 3 is subjected to a surface strain hardening at a draw ratio of less than 5%. In the present invention, the machine wire 3 undergoes twice the spheronization annealing process and also twice the drawing process, so that the carburized substance of the steel becomes round and small to increase its softness ( softness) and its elongation, thus facilitating a subsequent forging process by stamping. Due to the different conditions of the wire rod material 3 in terms of composition, thickness, etc. during the annealing and drawing processes, the process steps or the temperature can be increased or decreased if necessary. The purpose of the aforementioned spheroidization annealing process is to spheroidize the laminated or meshed structure of the carburized substance in the steel so as to improve the mechanical properties of the steel. The purpose of the drawing process is to reduce the diameter of the wire rod 3. In the drawing process, the laminated pearlitic structure and the ferritic structure parallel to the cementite are displaced and deformed, and microcracks occur. along the split surfaces of the cementite body, thereby causing spheroidization. In step (g), after being subjected to the surface drawing hardening, the wire rod 3 is fed into a forging machine, and is forged by stamping to form forgings having a pre-established outer profile. The forged parts are then sent to a thread rolling machine for threading the surface thereof to form threaded forgings 4 (only one of which is illustrated in FIG. 3, hereinafter referred to simply as forgings), such as only screws. In step (h), the forgings 4 are washed using initially hot water to remove the oily stains, then using cold water to perform a final rinsing of the forged pieces. In step (i), forgings 4 are preheated in an oven at a temperature range of 550 to 650 C for 30 to 90 minutes. In the present embodiment, the preheating process is performed in an oven which is gradually heated to about 600 ° C for 60 minutes. The preheating process can be performed or not depending on the equipment used. For example, if an ordinary fixed temperature furnace is used as a heating equipment, the preheating process should be performed. On the other hand, if an adjustable temperature continuous type heating equipment is used, the preheating process may be omitted.
Dans l'étape (i), les pièces forgées 4 sont chauffées dans un four à une plage de températures de 830 à 900 C pendant 30 à 120 minutes. La température dans le four peut être progressivement augmentée, diminuée ou maintenue constante. Par exemple, le four peut être progressivement chauffé jusqu'à six niveaux de température différents, tels que 860 C, 880 C, 880 C, 880 C, 880 C et 870 C. Le chauffage dure 35 minutes de façon à chauffer les pièces forgées jusqu'à une température de stabilisation de l'austénite jusqu'à ce que les pièces forgées4 soient entièrement transformées en la structure austénitique. Ceci est dénommé un traitement d' austénitisation. Dans l'étape (j), les pièces forgées chauffées 4 sont soumises à un premier procédé de revenu de manière à réduire la température des pièces forgées 4 jusqu'à une plage de températures de 100 à 300 C pendant 60 à 130 minutes. Lors de cette étape, les pièces forgées chauffées 4 sont trempées dans un bain de sel qui a une plage de températures de 100 à 300 C. La température du bain de sel est maintenue sensiblement constante pendant 120 minutes. Ainsi, la structure des pièces forgées 4 est transformée de la structure austénitique en une structure quadratique centrée (BCT) de la martensite en plus de la structure de la bainite inférieure. Avant l'achèvement de la transformation en martensite, l'étape suivante du procédé (étape k) est exécutée. Un sel à température isotherme (sel de trempe étagée mixte semi-martensitique ( marquench , MQ) qui appartient au bain de sel neutre est utilisé dans le présent mode de réalisation. In step (i), the forgings 4 are heated in an oven at a temperature range of 830 to 900 C for 30 to 120 minutes. The temperature in the oven can be gradually increased, decreased or kept constant. For example, the oven can be progressively heated up to six different temperature levels, such as 860 C, 880 C, 880 C, 880 C, 880 C and 870 C. The heating lasts 35 minutes to heat the forgings up to a stabilization temperature of the austenite until the forgings4 are completely transformed into the austenitic structure. This is referred to as austenitization treatment. In step (j), the forged pieces 4 are subjected to a first tempering process so as to reduce the temperature of the forgings 4 to a temperature range of 100 to 300 C for 60 to 130 minutes. In this step, the heated forgings 4 are dipped in a salt bath which has a temperature range of 100 to 300 C. The temperature of the salt bath is kept substantially constant for 120 minutes. Thus, the structure of forgings 4 is transformed from the austenitic structure into a centered quadratic structure (BCT) of martensite in addition to the structure of the lower bainite. Before completion of the martensite transformation, the next step of the method (step k) is executed. An isothermal temperature salt (semi-martensitic mixed step quench salt (marquench, MQ) which belongs to the neutral salt bath is used in the present embodiment.
Dans l'étape (k), les pièces forgées 4 sont soumises à un second procédé de revenu à une plage de températures de 300 à 400 C pendant 30 à 150 minutes. Les pièces forgées 4 sont trempées dans un bain de sel qui a une température dans la plage de 300 à 400 C et qui est maintenue sensiblement constante pendant 150 minutes, de manière à transformer la structure des pièces forgées 4. Suite à cela, les pièces forgées 4 sont refroidies jusqu'à la température ambiante. Lors du procédé au bain de sel, la structure des pièces forgées 4 est transformée en une structure aciculaire de bainite inférieure, qui est une structure non stratifiée de ferrite et de cémentite fine, et des parties proches de la partie centrale des pièces forgées 4 et la martensite initialement transformée sont soumises à l'effet de revenu. Le rapport entre le temps et la température impliqués dans les étapes de traitement des pièces forgées 4 est illustré sur la figure 4. La tension de trempe est ainsi éliminée et la martensite revenue qui est un mélange de ferrite et de cémentite fine, est obtenue. Ainsi, après le second procédé de revenu, la structure des pièces forgées 4 devient une structure mixte de bainite inférieure et de martensite revenue. La structure mixte a les propriétés mécaniques de résistance élevée et de bonne ténacité. In step (k), forgings 4 are subjected to a second tempering process at a temperature range of 300 to 400 ° C for 30 to 150 minutes. The forged parts 4 are dipped in a salt bath which has a temperature in the range of 300 to 400 ° C and which is kept substantially constant for 150 minutes, so as to transform the structure of the forgings 4. As a result, the parts forged 4 are cooled to room temperature. In the salt bath process, the forgings structure 4 is transformed into a lower bainite acicular structure, which is a non-laminated structure of ferrite and fine cementite, and parts near the central part of the forgings 4 and martensite initially transformed are subject to the income effect. The ratio between the time and the temperature involved in the forging processing steps 4 is illustrated in FIG. 4. The quenching tension is thus eliminated and the returned martensite, which is a mixture of ferrite and fine cementite, is obtained. Thus, after the second process of income, the structure of forgings 4 becomes a mixed structure of lower bainite and martensite revenue. The composite structure has the mechanical properties of high strength and good toughness.
Des essais ont été exécutés en utilisant un matériau de fil trempé en acier Ni-Cr-Mo SNCM439 pour produire les pièces forgées 4 ayant la spécification M36. Quelques échantillons des pièces forgées 4 ont été soumis aux étapes susmentionnées de procédé de chauffage. Suite à des essais et mesures réels, la dureté des pièces forgées 4 s'est avérée aller de 50 à 51HRC, l'allongement de 16 à 18%, et la résistance à la traction de 160 à 170 kgf/mm2. Ainsi, il a été confirmé que les pièces forgées 4 ont de bonnes propriétés mécaniques. A partir de la description ci-dessus, les avantages de la présente invention peuvent être résumés comme suit : Du fait du premier procédé de revenu, la structure des pièces forgées 4 est directement transformée en les structures de bainite inférieure et martensite. Après ce second procédé de revenu, la structure des pièces forgées 4 est transformée en une structure mixte de bainite inférieure et de martensite revenue. Les propriétés mécaniques telles que la ténacité, l'allongement, la résistance à la traction, etc., de la bainite inférieure sont exceptionnellement bonnes. D'autre part, la structure de la martensite revenue peut améliorer la résistance et la dureté, de sorte que les pièces forgées 4 présentent une ténacité et une dureté excellentes. Ainsi, des pièces forgées de grandes dimensions peuvent être produites de manière adaptée avec de bonnes propriétés mécaniques.30 Tests were performed using SNCM439 Ni-Cr-Mo steel quenched wire material to produce forgings 4 having the M36 specification. Some samples of forgings 4 were subjected to the aforementioned heating process steps. Following actual tests and measurements, the hardness of forgings 4 was found to range from 50 to 51HRC, elongation from 16 to 18%, and tensile strength from 160 to 170 kgf / mm2. Thus, it has been confirmed that forgings 4 have good mechanical properties. From the above description, the advantages of the present invention can be summarized as follows: Due to the first tempering process, the forgings structure 4 is directly transformed into the lower bainite and martensite structures. After this second process of income, the structure of forgings 4 is transformed into a mixed structure of lower bainite and martensite revenue. The mechanical properties such as toughness, elongation, tensile strength, etc., of the lower bainite are exceptionally good. On the other hand, the structure of the returned martensite can improve the strength and hardness, so that the forgings 4 exhibit excellent toughness and hardness. Thus, large forgings can be suitably produced with good mechanical properties.