PL206006B1 - Stal na konstrukcję mechaniczną, sposób kształtowania na gorąco elementu stalowego oraz element stalowy wytwarzany tym sposobem - Google Patents

Stal na konstrukcję mechaniczną, sposób kształtowania na gorąco elementu stalowego oraz element stalowy wytwarzany tym sposobem

Info

Publication number
PL206006B1
PL206006B1 PL363905A PL36390503A PL206006B1 PL 206006 B1 PL206006 B1 PL 206006B1 PL 363905 A PL363905 A PL 363905A PL 36390503 A PL36390503 A PL 36390503A PL 206006 B1 PL206006 B1 PL 206006B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
traces
steel
thixoforging
temperature
cooling
Prior art date
Application number
PL363905A
Other languages
English (en)
Other versions
PL363905A1 (pl
Inventor
Marc Robelet
Original Assignee
Ascometal Sa
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ascometal Sa filed Critical Ascometal Sa
Publication of PL363905A1 publication Critical patent/PL363905A1/pl
Publication of PL206006B1 publication Critical patent/PL206006B1/pl

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/007Semi-solid pressure die casting
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D7/00Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/13Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by hot working
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/42Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with copper
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/60Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing lead, selenium, tellurium, or antimony, or more than 0.04% by weight of sulfur
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2281/00Making use of special physico-chemical means

Landscapes

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

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest stal na konstrukcję mechaniczną, sposób kształtowania na gorąco elementu stalowego oraz element stalowy wytwarzany tym sposobem. Wynalazek dotyczy w szczególności wytwarzania elementów ze stali stosowanej zwłaszcza na konstrukcję mechaniczną i kształtowanej sposobem zwanym tiksokuciem.
Tiksokucie należy do kategorii sposobu kształtowania metalu w stanie półstałym.
Ten sposób polega na wykonaniu znacznego odkształcenia kęsa ogrzanego do temperatury między solidusem i likwidusem. Stale użyte w tym sposobie są stalami klasycznie stosowanymi do kucia na gorąco, które, jeśli to niezbędne, wstępnie poddaje się operacji metalurgicznej polegającej na sferoidyzacji pierwotnej klasycznej struktury dendrytycznej. W rzeczywistości, ta początkowa struktura dendrytyczna nie jest przystosowana do operacji tiksokucia. Podczas ogrzewania, aż do temperatur zawartych między solidusem i likwidusem, mikrosegregacja występująca między dendrytami i przestrzeniami międzydendrytycznymi powoduje stopienie stali, zwłaszcza w tych przestrzeniach międzydendrytycznych. Podczas operacji kształtowania tej mieszaniny cieczy z ciałem stałym, faza ciekła w pierwszym rzędzie, usuwana jest na początku przyłożenia siły. Trzeba więc odkształcić fazę stałą i resztkę cieczy w dużej części oddzielonej od fazy stałej, co powoduje wzrost sił. Dla operacji odkształcania w tych warunkach, otrzymany rezultat jest nieodpowiedni, a jest nim wystąpienie znacznych segregacji i wad wewnętrznych.
Natomiast wtedy, gdy tiksokucie wykonane jest na stali o strukturze sferoidalnej, doprowadzanej do stanu półstałego przez ogrzewanie w temperaturze zawartej między likwidusem i solidusem, stałe cząstki sferoidalne rozmieszczone są w sposób równomierny w fazie ciekłej. Optymalizując wybór proporcji ciało stałe/ciecz, można otrzymać materiał mający podwyższoną prędkość odkształcania pod wpływem znacznego naprężenia ścinającego. Materiał taki ma więc bardzo wysoką odkształcalność.
W pewnych przypadkach moż liwe jest jednak otrzymanie żądanej struktury sferoidalnej w czasie uprzedniego ogrzewania przed tiksokuciem, bez odwoływania się do operacji sferoidyzacji pierwotnie rozdzielonej struktury. Taki przypadek występuje wówczas, gdy obrabia się kęsy wycięte z prętów walcowanych, pochodzących z kęsisk kwadratowych odlewanych w sposób ciągły lub z wlewków. Wielokrotne podgrzewania i znaczne odkształ cenia wywierane na stal mia ł y prowadzić wówczas do struktury bardzo złożonej i rozproszonej, której początkowa struktura jest praktycznie niemożliwa do odtworzenia. Struktura ta umożliwia otrzymanie struktury sferoidalnej fazy stałej w czasie ogrzewania wstępnego przed tiksokuciem.
Tiksokucie umożliwia, w stosunku do klasycznych sposobów kucia na gorąco, wykonanie w jedynej operacji odkształcenia elementów o złożonej geometrii, mogących mieć cienkie ścianki (1 mm lub mniej) i to przy bardzo małych siłach kształtowania. W wyniku działania sił zewnętrznych, stale przystosowane do operacji tiksokucia, zachowują się jak lepkie płyny.
Dla stali do konstrukcji mechanicznych, których zawartość węgla może zmieniać się od 0,2% do 1,1%, temperatura ogrzewania konieczna do odkształcenia sposobem tiksokucia wynosi, na przykład, 1430°C + 50°C = 1480°C dla gatunku C38 (mierzona temperatura solidusu + 50°C, aby otrzymać odpowiedni stosunek faza ciekła / faza stała konieczny do odkształcenia) i 1315°C + 50°C = 1365°C dla gatunku 100Cr6,
Temperatura ogrzewania i ilość utworzonej fazy ciekłej są ważnymi parametrami sposobu tiksokucia. Łatwość otrzymania właściwej temperatury i przedział rozrzutu przewidywany wokół tej temperatury, aby ograniczyć zmiany ilości fazy ciekłej, zależą od przedziału krzepnięcia. Im ten przedział jest większy, tym łatwiej jest regulować parametry ogrzewania.
Na przykład, taki przedział krzepnięcia mierzony jest w temperaturze 110°C dla gatunku C38 i w temperaturze 172°C dla gatunku 100Cr6. Jest więc dużo łatwiej pracować z tym ostatnim gatunkiem, który ma ponadto niską temperaturę solidusu wynoszącą 1315°C.
Bardzo wysokie temperatury kształtowania i podwyższone prędkości odkształcenia, które są stosowane w tym sposobie tiksokucia, prowadzą do obciążenia cieplnego narzędzi do odkształcenia często w skrajnych warunkach. To prowadzi do stosowania na te narzędzia stopów mających bardzo wysokie parametry mechaniczne na gorąco, lub materiały ceramiczne. Trudności wykonania niektórych kształtów geometrycznych lub narzędzi (wkładek narzędziowe) o znacznej objętości i koszty wykonania tych narzędzi mogą hamować rozwój sposobu tiksokucia.
Celem wynalazku jest zaproponowanie nowych gatunków stali lepiej przystosowanych do tiksokucia niż stale klasycznie stosowane, które umożliwiałyby obniżenie temperatury kształtowania, a więc
PL 206 006 B1 spowodowanie mniejszych obciążeń cieplnych narzędzi odkształcających i poprawienie zachowania się stali podczas tiksokucia. Ponadto, te nowe gatunki nie powinny pogarszać własności mechanicznych otrzymanych elementów.
W tym celu, przedmiotem wynalazku jest stal na konstrukcję mechaniczną, charakteryzująca się tym, że jej skład zawiera, w procentach wagowych:
- 0,35% < C < 2,5%
- 0,10% < Mn < 2,5%
- 0,60% < Si < 3,0%
- ilości śladowe < Cr < 4,5%
- ilości śladowe < Mo < 2,0%
- ilości śladowe < Ni < 4,5%
- ilości śladowe < V < 0,5%
- ilości śladowe < Cu < 4% z Cu < Ni% + 0,6 Si%, jeśli Cu > 0,5%
- ilości śladowe < Al < 0,060%
- ilości śladowe < Ca < 0,050%
- ilości śladowe < B < 0,01%
- ilości śladowe < S < 0,200%
- ilości śladowe < Te < 0,020%
- ilości śladowe < Se < 0,040%
- ilości śladowe < Pb < 0,070%
- ilości śladowe < Nb < 0,050%
- ilości śladowe < Ti < 0,050% a resztę stanowi żelazo i zanieczyszczenia wynikające z obróbki.
Korzystnie, stosunek Mn%/Si% jest wyższy lub równy 0.4.
Stal może również zawierać ilości śladowe < P% < 0,200%, ilości śladowe < Bi < 0,200%, ilości śladowe < Sn < 0,150%, ilości śladowe < As < 0,200%, ilości śladowe < Sb < 0,150% z P% + Si% + Sn% +As% + Sb% < 0,200%.
Przedmiotem wynalazku jest również sposób kształtowania na gorąco elementu stalowego, który charakteryzuje się tym, że:
- wykonuje się kęs stalowy o wcześniej podanym składzie,
- ewentualnie poddaje się go obróbce cieplnej nadającej mu pierwotną strukturę sferoidalną,
- podgrzewa się go do temperatury pośredniej między temperaturą solidusu i likwidusu, w takich warunkach, że frakcja stała ma strukturę sferoidalną,
- wykonuje się tiksokucie tego kęsa, aby otrzymać wymieniony element,
- po czym wykonuje się chłodzenie tego elementu.
Wymienione tiksokucie ma korzystnie miejsce w strefie temperatur, w których frakcja materiału ciekłego znajdująca się w kęsie mieści się w zakresie od 10 i 40%.
Wymienione chłodzenie korzystnie przeprowadzane jest w powietrzu uspokojonym, lub z prędkością niższą niż prędkość, którą dostarczyłoby naturalne chłodzenie powietrzem.
Jak widać, wynalazek polega głównie na znacznym zwiększeniu zawartości krzemu w gatunkach stali zwykle stosowanych do wytwarzania elementów przez tiksokucie.
W rezultacie, ten dodatek krzemu umożliwia obniżenie temperatury solidusu, i w mniejszym stopniu, temperatury likwidusu. W konsekwencji, zmniejsza się temperaturę, w której może być wykonane tiksokucie stali, przy równej frakcji ciekłej. Ponadto zwiększa się zakres przedziału krzepnięcia, co jeszcze bardziej ułatwia wykonanie tiksokucia, ponieważ dokładność temperatury operacji staje się mniej istotna. Z drugiej strony, krzem ma własności, które poprawiają płynność metalu.
Korzystnie, należy zachować stosunek Mn%/Si% wyższy lub równy 0,4. W rezultacie, jeśli płynność jest zwiększona z powodu znacznej zawartości krzemu, (na przykład 1% lub więcej), zbyt mała zawartość manganu powoduje niewystarczające własności mechaniczne metalu w czasie chłodzenia przy odlewaniu w sposób ciągły, gdzie powstaje ryzyko pojawienia się pęknięć. Takie pęknięcia pojawiać się mogą również, z tych samych powodów, w czasie chłodzenia następującego po tiksokuciu, tym bardziej, że znaczne zmiany grubości elementu prowadzą do znacznych zakresów prędkości chłodzenia miejscowego. W ten sposób wywołuje się naprężenia powodujące pojawianie się pęknięć, jeśli własności mechaniczne stali są niewystarczające.
PL 206 006 B1
Według wariantu wykonania wynalazku, ten dodatek krzemu łączy się z dodatkami innych pierwiastków, które podobnie jak krzem, mogą segregować na granicy ziaren: fosfor, bizmut, cyna, arsen, antymon.
Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia udział fazy ciekłej w funkcji temperatury, w pierwszej stali odniesienia i w pierwszej stali według wynalazku o innym składzie, a fig. 2 przedstawia udział fazy ciekłej w funkcji temperatury, w drugiej stali odniesienia i w drugiej stali według wynalazku o innym składzie.
Aby zmniejszyć obciążenia narzędzi podczas tiksokucia, i aby ułatwić to tiksokucie, specjalista z tej dziedziny dysponuje pierwszym rozwią zaniem, które polega, jak zaznaczono, na obniż eniu temperatur roboczych przez dodanie węgla. To rozwiązanie umożliwia obniżenie temperatury likwidusu i solidusu, jednak ma również tę wadę, że znacznie wpływa na własności mechaniczne stali.
Stwierdzono, że pozytywnym skutkiem dla obciążeń narzędzi do kucia, mogłoby być dodanie pierwiastków mających znaczną skłonność do segregacji na granicach ziaren: krzem, fosfor, bizmut, cyna, arsen i antymon.
Ta znaczna segregacja zwykle nie jest konieczna.
W wyniku, topienie takich stref segregowanych w temperaturze niż szej od solidusu, na ogół zwanej temperaturą przepalania, jest szkodliwe dla klasycznych operacji kształtowania na gorąco, jak walcowanie i kucie.
Dla danej temperatury kucia lub walcowania, niższej od temperatury solidusu dla osnowy odkształcanego metalu, obecność stref ciekłych wymuszonych pierwiastkami segregującymi o niskich temperaturach topienia, nawet przy bardzo małej ich masie (kilku %) będzie, na granicach ziaren stałych, prowadzić do rozpadu kształtowanego materiału. Ta część stała, pilotująca mechanizmy odkształcania w tym sposobie kształtowania i siły konieczne do kształtowania, prowadzi do pęknięć materiału (całkowitych lub częściowych) szkodliwych dla wykonywanego wyrobu i dla jego własności. W przypadku, gdy faza ciekł a jest wyż sza o 10%, to jest to przypadek występują cy przy tiksokuciu, materiał jest dwufazowy, co powoduje bardzo różne jego zachowania podczas odkształcania. Cząstki stałe zawarte są w cieczy, a jeśli istnieje kontakt (zwany mostem) między cząstkami stałymi, to te bardzo małe siły konieczne do wywołania pęknięć nie są powodem zniszczenia materiału.
W przypadku tiksokucia, gdy temperatura przepalania jest znacznie przekroczona, topienie stref segregowanych tworzy kieszenie z cieczą, które ułatwiają i przyspieszają tworzenie się fazy ciekłej wewnątrz stali. Jest to zaleta ułatwiająca stosowanie tego sposobu.
Dzięki wynalazkowi, można zatem otrzymać ilość fazy ciekły potrzebnej do właściwego przeprowadzenia tiksokucia, w temperaturze niższej od temperatury zwykle niezbędnej wówczas, gdy nie dodaje się co najmniej jednego pierwiastka podanego uprzednio, a zwłaszcza krzemu.
Zawartość węgla w stalach według wynalazku, może zmieniać się między 0,35% i 2,5%. Przy tym warunku, można otrzymać struktury metalu, własności mechaniczne i własności zwykle pożądane dla stalowych elementów tiksokutych, stosowanych w konstrukcjach mechanicznych. Zawartość węgla musi być wybrana zależnie od przeznaczenia.
Zawartość krzemu, w stalach według wynalazku, może zmieniać się między 0,60 i 3%. Podobnie jak węgiel, krzem umożliwia obniżenie temperatury solidusu i likwidusu, i rozszerzenie przedziału krzepnięcia. Wywołuje on również skutek synergetyczny na segregację innych pierwiastków oraz umożliwia też poprawienie płynności metalu. Z podanych powodów jest korzystne, aby stosunek Mn%/Si% był wyższy lub równy 0,4.
Zawartość manganu może mieścić się w przedziale między 0,10 i 2,5%. Zawartość ta musi być dostosowana w funkcji żądanych własności mechanicznych, w powiązaniu z zawartością węgla i krzemu. Zawartość ta ma stosunkowo mały wpływ na temperaturę likwidusu i solidusu. Otrzymanie optymalnego stosunku Mn%/Si% może prowadzić do konieczności znacznego zwiększenia zawartości manganu razem z zawartością krzemu, w stosunku do stali odniesienia, przy czym wszystkie inne parametry są takie same.
Zawartość chromu może się mieścić w przedziale między ilościami śladowymi i 4,5%.
Zawartość molibdenu może się mieścić w przedziale między ilościami śladowymi i 4,5%.
Zawartość niklu może się mieścić w przedziale między ilościami śladowymi i 4,5%.
Regulacja zawartości chromu, molibdenu i niklu umożliwia zapewnienie własności mechanicznych wykonanym elementom, takich jak wytrzymałość na zerwanie, granica plastyczności i udarność.
Zawartość wanadu mieści się w przedziale między ilościami śladowymi i 0,5%. Dla niektórych zastosowań, w których udarność nie jest znaczna, ten pierwiastek umożliwia otrzymanie stali o bardzo
PL 206 006 B1 wysokich własnościach mechanicznych umożliwiających zastąpienie nimi stali bogatych w chrom i/lub molibden i/lub nikiel, ale bardziej kosztownych.
Zawartość miedzi może być zawarta między ilościami śladowymi i 4,0%. Ten pierwiastek umożliwia zwiększenie własności mechanicznych, poprawienie wytrzymałości na korozję i obniżenie temperatury solidusu. Należy zauważyć, że jeśli miedź występuje w podwyższonych ilościach (0,5% i więcej), w celu uniknięcia problemów przy walcowaniu na gorąco lub kuciu, zawartość niklu i/lub krzemu musi być w ilościach wystarczających. Uważa się, że jeśli Cu% > 0,5% trzeba, aby Cu% < Ni% + 0,6 Si%.
Zawartość glinu i wapnia, to jest pierwiastków odtleniających, mieści się w przedziale między ilościami śladowymi i, odpowiednio 0,060% dla glinu oraz 0,050% dla wapnia.
Zawartość boru, jako pierwiastka hartownego, mieści się w przedziale między ilościami śladowymi i 0,010%.
Zawartość siarki mieści się w przedziale między ilościami śladowymi i 0,200%. Zwiększona zawartość poprawia zdolność do obróbki skrawającej metalu, w szczególności, jeśli jest dodany pierwiastek taki jak tellur (aż do 0,020%), selen (aż do 0,040%) i ołów (aż do 0.070%). Pierwiastki te, poprawiające obrabialność, mają niewielki tylko wpływ na temperatury solidusu i likwidusu. Wówczas, gdy w znacznej ilości dodawana jest siarka, należy zachować stosunek Mn%/S% co najmniej 4, aby walcowanie na gorąco było wykonane bez wad.
Dodatki niobu i tytanu umożliwiają zachowanie wielkości ziaren. Ich zawartości, maksymalnie dopuszczalne, wynoszą 0,050%.
Jeśli chodzi o pierwiastki segregacyjne inne niż krzem, którego obecność jest zalecana, to pierwiastki te mogą występować same jako takie, lub w połączeniu ze sobą. Jeśli występują same (to znaczy, że inne wymienione pierwiastki występują tylko w ilościach śladowych), to w celu otrzymania znaczącego skutku, musi tam być co najmniej 0,050% fosforu, lub 0,050% bizmutu, lub 0,050% cyny, lub 0,050% arsenu, lub 0,050% antymonu.
Suma pierwiastków takich jak fosfor, bizmut, cyna, arsen i antymon, musi być korzystnie wyższa od 0,050% i nie powinna przekraczać 0,200%, aby uniknąć wymienionych problemów podczas walcowania na gorąco lub kucia, umożliwiającego otrzymanie kęsa przeznaczonego do tiksokucia.
Oczywiście, w przypadku dodania arsenu podczas przygotowywania ciekłego metalu, muszą być podjęte wszystkie konieczne środki ostrożności, ze względu na wydobywające się toksyczne pary, aby nie zatruć personelu stalowni. Faktycznie, występowanie arsenu wynika najczęściej z dodatku miedzi lub cyny, gdzie arsen występuje na ogół jako zanieczyszczenie. Podobnie, arsen jest pierwiastkiem również bardzo silnie segregacyjnym. Konieczne jest więc zapewnienie, że połączenie go z innymi dodatkami pierwiastków segregacyjnych, nie doprowadzi do szkodliwych przemian w czasie obróbki na gorąco.
Tabela 1 przedstawia skład pierwszej pary utworzonej przez stal odniesienia i stal według wynalazku.
T a b e l a 1: Skład stali odniesienia i stali według wynalazku (w % wagowych)
C Mn Si Cr Mo Ni Cu S P Ti Al
Odniesienie 0,962 0,341 0,237 1,5 0,017 0,089 0,161 0,01 0,009 0,002 0,037
Wynalazek 1,111 1,005 1,53 1,44 0,003 0,164 0,137 0,008 0,003 0,0027 0,039
W stosunku do stali odniesienia, można zauważyć, że oprócz dodatku bardzo znacznej ilości krzemu, zawartość manganu była znacznie zwiększona, w celu przywrócenia stosunku Mn%/Si% zgodnego z preferencyjnymi wymaganiami wynalazku.
Fig. 1 przedstawia udział fazy ciekłej w funkcji temperatury w tych dwóch stalach.
Mierzonymi temperaturami solidusu są temperatura 1315°C dla stali odniesienia i temperatura 1278°C dla stali według wynalazku.
Mierzonymi temperaturami likwidusu są odpowiednio 1487°C i 1460°C. Przedziały krzepnięcia dla tych dwóch stali, mają więc zakresy odpowiednio 172°C i 182°C. Z drugiej strony, przedział temperatur, w którym frakcja ciekła stali zawarta jest między 10 i 40%, i który zwykle uważany jest jako bardziej korzystny dla tiksokucia, jest:
- dla stali odniesienia, od 1370 do 1422°C,
- dla stali według wynalazku, od 1328 do 1388°C.
Obserwuje się więc obniżenie temperatury tego przedziału rzędu od 30 do 40°C i rozszerzanie tego zakresu o 8°C, i można zauważyć, że wszystkie te cechy idą w kierunku najmniejszego obciąże6
PL 206 006 B1 nia narzędzia podczas tiksokucia i większej łatwości otrzymania korzystnych warunków dla dobrego przebiegu tej operacji. Zamierzony rezultat będzie lepszy, jeśli doda się również inny pierwiastek segregujący, taki jak krzem, w ilościach omówionych powyżej.
Tabela 2 przedstawia skład drugiej pary wykonanej ze stali odniesienia i innej stali według wynalazku.
T a b e l a 2: Skład stali odniesienia i stali według wynalazku (w % wagowych)
C Mn Si Cr Mo Ni Cu P S Al
Odniesienie 0,377 0,825 0,19 0,167 0,039 0,113 0,143 0,007 0,009 0,022
Wynalazek 0,385 1,385 0,65 0,193 0,029 0,087 0,110 0,008 0,051 0,025
W stosunku do stali odniesienia, zawartość manganu został a jeszcze bardziej zwię kszona w stali wedł ug wynalazku, z tych samych powodów jak w poprzednim przykł adzie, ale w mniejszych proporcjach, ponieważ zawartość krzemu w tej stali mieści się w dolnym zakresie wymagań stawianych przez wynalazek.
Fig. 2 przedstawia udział fazy ciekłej w funkcji temperatury dla tych dwóch stali.
Mierzonymi temperaturami solidusu są temperatura 1430°C dla stali odniesienia, i temperatura 1415°C dla stali według wynalazku. Mierzone temperatury likwidusu są odpowiednio 1528°C i 1515°C.
Przedziały krzepnięcia dla tych dwóch stali, mają więc zakresy odpowiednio 98°C i 100°C. Z drugiej strony, przedział temperatur, w którym frakcja ciekła stali zawarta jest między 10 i 40%, wynosi:
- dla stali odniesienia, od 1470 do 1494°C,
- dla stali wedł ug wynalazku, od 1437 do 1469°C.
Zmniejszenie tego przedziału temperatury jest rzędu 30°C, a rozszerzenie zakresu temperatury o 8°C, co jest korzystne ze względu na obciążenia narzędzi w procesie tiksokucia. Rezultat ten będzie lepszy (zwłaszcza przez rozszerzenie tego przedziału) po dodaniu również innych pierwiastków segregujących takich jak krzem.
Jeśli chodzi o określenie temperatur solidusu i likwidusu, biorąc pod uwagę stosowanie wynalazku, należy zauważyć, że nie zawsze mogą one być zgodne z tymi, które oblicza się na podstawie składu stali, za pomocą wzorów dostępnych w literaturze klasycznej. W rzeczywistości, wzory te są ważne w przypadku przejścia stali ciekłej w stal stałą podczas krzepnięcia i chłodzenia stali oraz dla prędkości chłodzenia kilku stopni na minutę.
W przypadku pomiarów wykonanych przy zastosowaniu tiksokucia, muszą one być wykonane wychodząc z fazy stałej stali i dochodząc do fazy ciekłej stali, to znaczy, w czasie podgrzewania, a następnie topienia stali. Próby są również wykonywane w warunkach wzrostu temperatury rzędu wielu dziesiątków stopni na minutę, odpowiadających warunkom wstępnego ogrzewania w operacji tiksokucia.
Wykonanie operacji tiksokucia na stalach według wynalazku powinno być poprzedzone sferoidyzacyjną obróbką cieplną struktury pierwotnej kęsa, jeśli taka struktura sferoidalna nie została mu wcześniej nadana, lub jeśli nie mogła być uzyskana podczas ogrzewania elementu, prowadzącego do operacji tiksokucia w odpowiedniej temperaturze. Jak zaznaczono, konieczność przystępowania do takiej wstępnej obróbki cieplnej zależy zwłaszcza od wcześniejszej obróbki kęsa, a zwłaszcza od odkształcania i obróbki cieplnej, której kęs ten był poddany.
Otrzymanie takiej struktury sferoidalnej przed tiksokuciem, dla stali o określonym składzie i określonej obróbce, może być zweryfikowane, jeśli kęs podlega gwałtownemu chłodzeniu przed operacją tiksokucia. Obserwuje się wówczas strukturę taką, jaka była przed chłodzeniem.
Jeśli chodzi o operację chłodzenia elementu następującą po jego tiksokuciu, to chłodzenie to powinno być przeprowadzone powietrzem uspokojonym, a nie wymuszonym, jak to ma miejsce w czę stych przypadkach dla tego rodzaju elementów, w których element ma bardzo znaczne zmiany przekroju, na przykład wówczas, gdy cienkie ścianki (1 do 2 mm) łączone są ze strefami grubymi (5 do 10 mm lub więcej). Zastosowanie powietrza wdmuchiwanego jest w tym przypadku niemożliwe, ponieważ ryzykuje się wówczas wprowadzeniem bardzo znacznych naprężeń resztkowych, pomiędzy cienkie ścianki i strefy grube. W takich miejscach powstałyby wady powierzchni pogarszające własności elementu tiksokutego.
W pewnych przypadkach, może być niezbędne spowolnienie chłodzenia elementu, co sprzyja jednolitości strukturalnej różnych części elementu. W związku z tym. można prowadzić element w tunelu o temperaturze regulowanej w przedziale, na przyk ł ad, 200-700°C.
PL 206 006 B1
Natomiast, jeśli element tiksokuty nie ma znacznych zmian przekroju, to może być dopuszczalne przeprowadzenie chłodzenia powietrzem wdmuchiwanym. Takie chłodzenie może być korzystne do otrzymania jednolitej struktury metalurgicznej w całym przekroju elementu i dobrych własności mechanicznych.

Claims (8)

1. Stal na konstrukcję mechaniczną, znamienna tym, że jej skład chemiczny zawiera, w procentach wagowych:
- 0,35% < C < 2,5%
- 0,10% < Mn < 2,5%
- 0,60% < Si < 3,0%
- ilości śladowe < Cr < 4,5%
- ilości śladowe < Mo < 2,0%
- ilości śladowe < Ni < 4,5%
- ilości śladowe < V < 0,5%
- ilości śladowe < Cu < 4% z Cu < Ni% + 0,6 Si%, jeśli Cu > 0,5%
- ilości śladowe < Al < 0,060%
- ilości śladowe < Ca < 0,050%
- ilości śladowe < B < 0.01%
- ilości śladowe < S < 0,200%
- ilości śladowe < Te < 0,020%
- ilości śladowe < Se < 0,040%
- ilości śladowe < Pb < 0,070%
- ilości śladowe < Nb < 0.050%
- ilości śladowe < Ti < 0,050% a resztę stanowi żelazo i zanieczyszczenia wynikające z obróbki.
2. Stal według zastrz. 1, znamienna tym, że stosunek Mn%/Si% jest wyższy lub równy 0,4.
3. Stal według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że ponadto zawiera ilości śladowe < P% < 0,200%, ilości śladowe < Bi < 0,200%, ilości śladowe < Sn < 0,150%, ilości śladowe < As < 0,200%, ilości śladowe < Sb < 0,150% z P% + Si% + Sn% +As% + Sb% < 0.200%.
4. Sposób kształtowania na gorąco elementu stalowego, znamienny tym, że:
- wykonuje się kęs stalowy o składzie:
- 0,35% < C < 2,5%
- 0,10% < Mn < 2,5%
- 0,60% < Si < 3,0%, z korzystnie Mn%./Si%.>0,4
- ilości śladowe < Cr < 4,5%
- ilości śladowe < Mo < 2,0%
- ilości śladowe < Ni < 4,5%
- ilości śladowe < V < 0,5%
- ilości śladowe < Cu < 4% z Cu < Ni% + 0,6 Si%, jeśli Cu > 0,5%
- ilości śladowe < Al < 0,060%
- ilości śladowe < Ca < 0,050%
- ilości śladowe < B < 0,01%
- ilości śladowe < S < 0,200%
- ilości śladowe < Te < 0,020%
- ilości śladowe < Se < 0,040%
- ilości śladowe < Pb < 0,070%
- ilości śladowe < Nb < 0,050%
- ilości śladowe < Ti < 0,050%
- opcjonalnie: ilości śladowe < P% < 0,200%, ilości śladowe < Bi < 0,200%, ilości śladowe < Sn < 0,200%, ilości śladowe < As < 0,200%, ilości śladowe < Sb < 0,200% z P% + Bi% + Sn% +As% + Sb% < 0,200%, a resztę stanowi żelazo i zanieczyszczenia wynikające z obróbki,
- ewentualnie poddaje się go obróbce cieplnej nadającej mu pierwotną strukturę sferoidalną,
PL 206 006 B1
- podgrzewa się go do temperatury po ś redniej mi ę dzy temperaturą solidusu i likwidusu, w takich warunkach, że frakcja stała ma strukturę sferoidalną,
- wykonuje się tiksokucie tego kę sa, aby otrzymać wymieniony element,
- po czym wykonuje się chł odzenie tego elementu.
5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że wymienione tiksokucie ma miejsce w strefie temperatur, w których frakcja materiału ciekłego znajdująca się w kęsie zawarta jest między 10 i 40%.
6. Sposób według zastrz. 4 albo 5, znamienny tym, że chłodzenie przeprowadza się w powietrzu uspokojonym.
7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że chłodzenie przeprowadza się z prędkością niższą niż prędkość, którą dostarczyłoby naturalne chłodzenie powietrzem.
8. Element stalowy, znamienny tym, że jest wytwarzany sposobem kształtowania na gorąco według jednego z zastrz 4 do 7.
PL363905A 2002-12-05 2003-12-05 Stal na konstrukcję mechaniczną, sposób kształtowania na gorąco elementu stalowego oraz element stalowy wytwarzany tym sposobem PL206006B1 (pl)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0215378A FR2848225B1 (fr) 2002-12-05 2002-12-05 Acier pour construction mecanique, procede de mise en forme a chaud d'une piece de cet acier et piece ainsi obtenue

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL363905A1 PL363905A1 (pl) 2004-06-14
PL206006B1 true PL206006B1 (pl) 2010-06-30

Family

ID=32310012

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL363905A PL206006B1 (pl) 2002-12-05 2003-12-05 Stal na konstrukcję mechaniczną, sposób kształtowania na gorąco elementu stalowego oraz element stalowy wytwarzany tym sposobem

Country Status (8)

Country Link
US (1) US6994758B2 (pl)
EP (1) EP1426459A1 (pl)
JP (1) JP4194927B2 (pl)
CN (1) CN1283828C (pl)
CA (1) CA2452621C (pl)
FR (1) FR2848225B1 (pl)
MX (1) MXPA03011125A (pl)
PL (1) PL206006B1 (pl)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2848129B1 (fr) * 2002-12-05 2006-01-27 Ascometal Sa Procede de fabrication d'un piston pour moteur a explosion, et piston ainsi obtenu
CN100345995C (zh) * 2006-03-22 2007-10-31 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 用于制造汽轮机高低压联合转子的材料
CN101492787B (zh) * 2009-03-05 2010-09-22 芜湖三联锻造有限公司 中高碳微合金非调质钢及其控锻-控冷的工艺方法
CN105149869B (zh) * 2015-07-30 2017-07-14 西安交通大学 内燃机用高压共轨管的楔横轧式应变诱发半固态模锻工艺
CN110216268B (zh) * 2019-06-21 2021-05-18 北京科技大学 一种高碳高合金钢半固态成形控温冷却热处理工艺
CN113118405A (zh) * 2021-03-10 2021-07-16 首钢集团有限公司 一种含锑耐候螺栓钢的小方坯连铸方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2727981B1 (fr) * 1994-12-13 1997-01-10 Ascometal Sa Procede de fabrication d'une piece en acier de construction mecanique et piece ainsi fabriquee
AUPO110296A0 (en) * 1996-07-18 1996-08-08 University Of Melbourne, The Liquidus casting of alloys
EP0864662B1 (en) * 1996-09-02 2006-01-04 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Casting material for thixocasting, method for preparing partially solidified casting material for thixocasting, thixo-casting method, iron-base cast, and method for heat-treating iron-base cast
DE19981496B3 (de) * 1998-07-14 2005-05-25 Honda Giken Kogyo K.K. Thixo-Giessmaterial aus einer Legierung auf Fe-Basis und Verfahren zum Erwärmen desselben
DE19938936C2 (de) * 1998-08-18 2002-06-27 Honda Motor Co Ltd Verfahren zur Herstellung eines Teils auf Fe-Basis mit hohem Young'schem Elastizitätsmodul und ein Teil auf Fe-Basis mit hohem Young'schem Elastizitätsmodul und hoher Zähigkeit
JP4109761B2 (ja) * 1998-08-18 2008-07-02 本田技研工業株式会社 高ヤング率高靱性Fe系部材の製造方法
JP3876099B2 (ja) * 1999-10-25 2007-01-31 本田技研工業株式会社 チクソキャスティング用Fe系合金材料
DE60035616T2 (de) * 2000-02-10 2008-04-10 Sanyo Special Steel Co., Ltd., Himeji Bleifreier maschinenbaustahl mit ausgezeichneter verarbeitbarkeit und verminderter anisotropie der festigkeit
JP2002249823A (ja) * 2001-02-22 2002-09-06 Kawasaki Steel Corp 快削鋼の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2004183103A (ja) 2004-07-02
FR2848225B1 (fr) 2006-06-09
US20040149361A1 (en) 2004-08-05
US6994758B2 (en) 2006-02-07
CA2452621A1 (fr) 2004-06-05
PL363905A1 (pl) 2004-06-14
CA2452621C (fr) 2008-08-05
FR2848225A1 (fr) 2004-06-11
CN1283828C (zh) 2006-11-08
MXPA03011125A (es) 2004-12-07
JP4194927B2 (ja) 2008-12-10
EP1426459A1 (fr) 2004-06-09
CN1508275A (zh) 2004-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4340432A (en) Method of manufacturing stainless ferritic-austenitic steel
JP3257649B2 (ja) 高靭性高速度鋼部材およびその製造方法
EP0091897A1 (de) Kaltverfestigender austenitischer Manganhartstahl und Verfahren zur Herstellung desselben
US5762725A (en) Steel for the manufacture of forging having a bainitic structure and process for manufacturing a forging
JP5001460B2 (ja) 大型部材用の高性能鋼
JP2018176241A (ja) 機械構造用鋼材の製造方法
US2519406A (en) Wrought alloy
PL206007B1 (pl) Stal na konstrukcję mechaniczną, sposób kształtowania na gorąco elementu stalowego oraz element ze stali kutej wytwarzany tym sposobem
WO2012118053A1 (ja) 靭性に優れた熱間工具鋼およびその製造方法
PL194349B1 (pl) Łupliwy element mechaniczny ze stali i sposób jego wytwarzania
PL206006B1 (pl) Stal na konstrukcję mechaniczną, sposób kształtowania na gorąco elementu stalowego oraz element stalowy wytwarzany tym sposobem
NO163289B (no) Fremgangsmaate for fremstilling av et koldtstoerknende austenittisk manganstaal.
US3128175A (en) Low alloy, high hardness, temper resistant steel
JP3581028B2 (ja) 熱間工具鋼及びその熱間工具鋼からなる高温用部材
JPH093604A (ja) 精密鋳造用高速度工具鋼
JP3780690B2 (ja) 被削性および工具寿命に優れた熱間工具鋼
JP7081096B2 (ja) 析出硬化型Ni合金
JPS5925025B2 (ja) 耐摩耗性および耐折損性にすぐれたロ−ル材
US5439535A (en) Process for improving strength and plasticity of wear-resistant white irons
TWI634217B (zh) 鎳基合金及其製造方法
WO2024014484A1 (ja) 低熱膨張合金
JPH029088B2 (pl)
KR100381525B1 (ko) 압조성이우수한오스테나이트계스테인레스강및그제조방법
Vlasov et al. The Sectors Workpieces and Drum Reel’s Die Cubes Electroslag Casting with Exothermic Electrical Conductive Fluxes
KR940005230B1 (ko) 오스테나이트계 스테인레스 합금강