專利名稱：由過共析鋼制備模制件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1或2的前敘部分由過共析的鋼制備模制件，特別是模鍛件的方法。
模制件在工業(yè)上的許多領(lǐng)域中，例如在機車制造中是需要的，它被機械加工(硬度在170和280HB之間的范圍)和同時具有良好的可硬化性。這要求使用可硬化的鋼，如滾動軸承鋼。
為了保證機械的可加工性，在現(xiàn)有技術(shù)中通過模鍛或模壓所制得的模制件，如由滾動軸承鋼100Cr6制成的模制件必須被軟化退火。在此耗費時間的退火過程的時間需要＞12小時，以生成具有球形的碳化物的適合用于進(jìn)一步加工的組織結(jié)構(gòu)(GKZ-組織結(jié)構(gòu))。這種軟化退火過程稱為GKZ-退火，也就是成為球形的滲碳體的退火。此外在GKZ-狀態(tài)中可加工的模制件例如必須是可感應(yīng)硬化的。

圖1示出了以現(xiàn)有技術(shù)的滾動軸承鋼100Cr6為例子對過共析的鋼的模鍛和GKZ-退火的制備過程。
毛坯或鋼錠在與預(yù)制材料條分離后加熱到1150-1250℃的溫度范圍和隨后在加熱中進(jìn)行熱變形。這種變形可由一個或多個步驟構(gòu)成。之后將模制件冷卻到室溫。在冷卻后隨后進(jìn)行軟化退火，其由加熱到直至Ac1以下的溫度，也就是710-750℃的溫度范圍和保持多于12小時的時間構(gòu)成。另外軟化退火可以是在Ac1-溫度周圍的擺動式退火。
在軟化退火的模制件冷卻到室溫后其硬度在170-220HB的范圍，以致于模制件是良好地適合于機械加工。在機械加工后通常對模制件進(jìn)行熱處理，其由高于Ac1的溫度范圍即830-860℃的范圍的硬化，以及隨后在100-300℃的溫度范圍的回火構(gòu)成。
GKZ-退火的缺點在于，這種軟化退火由于長的時間而是昂貴的和導(dǎo)致尺寸變形、邊緣脫碳和生成氧化鐵皮。除了這些缺點和軟化退火耗費時間和耗費能量的情況外，還由于GKZ-退火而生成具有較大碳化物顆粒的組織結(jié)構(gòu)，以致于在隨后的熱處理(硬化和回火)后在最終的組織結(jié)構(gòu)中還有大的碳化物析出。
然而為了得到具有相應(yīng)的長壽命的構(gòu)件的最佳疲勞強度，調(diào)質(zhì)組織結(jié)構(gòu)的碳化物析出應(yīng)盡可能小和精細(xì)分散分布的。
DE 39 10 959 C2描述了一種用來制備滾動軸承元件的方法，在該方法中省去了軟化退火。在此毛坯首先加熱到1150℃的奧氏體化溫度，以致于在組織結(jié)構(gòu)中的所有碳化物都溶解和然后在此溫度下例如通過鍛壓而變形。隨后該模制件用氣體快速冷卻至環(huán)境溫度，以致于生成精細(xì)的薄層的珠光體組織結(jié)構(gòu)。
該冷卻以約40℃/min的速度從900℃至650℃進(jìn)行冷卻。在隨后有的珠光體組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)下，用被陶瓷涂覆的車刀粗加工毛坯和隨后將工件加熱到處于原奧氏體化溫度以下的約840℃的第二奧氏體化溫度和在此溫度下保持足夠長的時間，如20分鐘直至生成具有均勻分布的二次碳化物的均勻的奧氏體。
為了得到足夠的硬度，工件隨后在油、鹽或水中淬火和采用精細(xì)加工而制成。
在DE 195 13 314 C2中公開了一種由過共析的鋼，特別是滾動軸承鋼制備熱加工處理的拉長的產(chǎn)品，特別是棒材或管材的方法。
在這種方法中，毛坯或應(yīng)用長度的預(yù)制材料加熱到高于Acm的溫度，優(yōu)選為＞1100℃，和在一個或多個變形步驟后在再加熱之前通過被調(diào)節(jié)加熱或冷卻到在650-700℃的范圍內(nèi)的溫度而在中間產(chǎn)品中生成均勻的溫度分布。
隨后再加熱到一個溫度，其或者在二相區(qū)域(α+Fe3C)中的低于Ac1的在＞650℃然而≤710℃的溫度范圍或者再加熱到在二相區(qū)域(γ+Fe3C)中的高于Ac1然而低于Acm的在＞710℃然而＜880℃的溫度范圍。
在減徑機中的最終變形在冷卻以及可能的附加的外部加熱方面這樣調(diào)節(jié)，即在軋件中的溫度提高相對于開軋溫度是較小的和軋件在減徑機中的變形過程中和在離開軋機時溫度有控制地處于二相區(qū)域中，其中對于總變形表達(dá)為伸長的最小變形λ≥1.5和對于在減徑機的單個構(gòu)架中的最小部分變形λRW≥1.03。
本發(fā)明的任務(wù)是，提出一種制備在一個或多個熱變形步驟中制造的模制件的方法，其沒有GKZ-退火而是可機械加工的，和同時具有必需的可硬化性。
該任務(wù)從權(quán)利要求1或2的前敘部分連同其特征部分出發(fā)而解決。優(yōu)越的進(jìn)一步構(gòu)成是各個從屬權(quán)利要求的對象。
根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)想，毛坯或者加熱到在Ac1減100K直至Acm范圍的溫度或加熱至Ac1-Acm之間的溫度，也就是在兩種情況下在二相區(qū)域中。
在此本發(fā)明的構(gòu)想在于，與已知的現(xiàn)有技術(shù)不同，過共析的鋼在低于Acm-溫度的溫度下熱變形。在均勻的奧氏體區(qū)域的預(yù)變形或均勻化退火不是必需的。這節(jié)約了時間和能量。
根據(jù)本發(fā)明的方法具有下列步驟首先毛坯或經(jīng)分離的鋼錠加熱到在溫度Ac1減100K直至Acm之間的第一溫度范圍1的溫度(參見圖2)。
隨后毛坯或鋼錠在一個或多個相連的變形步驟中在溫度范圍1以內(nèi)的溫度下，也就是在加熱下，采用輪廓化的模具進(jìn)行變形，其中得到模制件。該模制件具有有非常不同的比較變形度的范圍的輪廓化結(jié)構(gòu)，比較變形度在模制件的任意位置處必須為至少0.8。
在至少＝0.8的局部比較變形度數(shù)值時，必須注意到，在此將其理解為不僅改變延伸方向，例如容積元件的高度(h1/h0)，而且還要考慮到容積元件的寬度和長度。這種考慮總是在這時出現(xiàn)，即當(dāng)模制件是復(fù)雜的構(gòu)造時，和例如不是只具有一個基本延伸方向的棒材。
直接在最后的變形步驟后將模制件冷卻至室溫(圖2a)或保持在至少Ac1減80K的溫度下(溫度范圍3，圖2)和隨后冷卻至室溫(圖2b)。優(yōu)選地冷卻在靜止的空氣中進(jìn)行。
通過所提出的方法，盡管有不連續(xù)的變形，但可以連接著地在單一的輪廓化模具(鍛模)中制備模制件，其不用GKZ-退火而是可機械加工的(硬度在240和280HB之間的范圍)和同時具有必需的可硬化性。
在此令人驚奇的是，與所期望的相反，盡管對于熱變形顯著降低的變形溫度，然而與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的模鍛比較只給出了非常小的提高的沖壓力。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選的實施方案，過共析的鋼是模具鋼，優(yōu)選為100Cr6。
作為已描述的方法的替代方案，毛坯或經(jīng)分離的鋼錠的變形在Ac1和Acm之間的溫度范圍2下進(jìn)行(圖2)。
假如需要多個直接相連接著的變形步驟以制備模制件，那么在此得考慮到，在連續(xù)的變形步驟過程中，模制件不僅進(jìn)行冷卻(與具有較低溫度的輪廓化模具接觸)而且模制件還進(jìn)行絕熱加熱(在變形時的內(nèi)部磨擦)，并確保所有的變形是在所選擇的二相區(qū)域中進(jìn)行的。
通過上述的措施可以得到與要最佳的性能相關(guān)的特別良好的結(jié)果。
根據(jù)本發(fā)明的特別優(yōu)選的實施方案，受控制的冷卻直接在最后的變形驟后在爐子中在Ac1和Ac1減80K的溫度范圍3下進(jìn)行(圖2)。模制件在爐子中的保持時間為直至60分鐘，優(yōu)選為20-50分鐘。通過應(yīng)用爐子以有目的地實施冷卻條件(保持時間和/或溫度)可以影響模制件的硬度。優(yōu)選地，模制件在保持時間期間連續(xù)地輸送通過爐子(連續(xù)式加熱爐)。
另外也可能的是，通過在給定的溫度范圍1中改變加熱溫度而有目的地在模制件的預(yù)給出的位置處調(diào)節(jié)模制件硬度(圖2)。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的范疇內(nèi)的熱變形可以包括對毛坯或鋼錠預(yù)鍛的分步驟、在預(yù)煅模和精制模中熱變形的分步驟以及切毛邊，和如果必需的話，對模制件開孔的分步驟。
上述的方法是特別成本有利于用來由過共析的鋼制備模制件，因為沒有在熱變形過程后的軟化退火而生成組織結(jié)構(gòu)，并且這種組織結(jié)構(gòu)允許機械進(jìn)一步加工和最終的熱處理，特別是硬化(壓力硬化或表面硬化)。
此外生成的組織結(jié)構(gòu)具有比傳統(tǒng)的熱變形和隨后GKZ-退火的過共析的鋼的組織結(jié)構(gòu)更小的和精細(xì)分布的碳化物(圖3)，這樣就形成在所制備成的模制件的疲勞強度方面的優(yōu)點。根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個優(yōu)點在于，較小的碳化物顆粒在加熱到硬化溫度時更快地溶解，以致于可以縮短在硬化溫度下的保持時間。這又減小了脫碳的程度和減少了生成氧化鐵皮的程度。
以下根據(jù)附圖舉例描述本發(fā)明圖1根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的由100Cr6構(gòu)成的模制件在模鍛和GKZ-退火時的制備過程的示意圖。
圖2由100Cr6構(gòu)成的模制件在模鍛時的根據(jù)本發(fā)明的制備過程的示意圖。
圖3根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)(a)和根據(jù)本發(fā)明的方法(b)由100Cr6制備成的模制件的組織結(jié)構(gòu)的比較。
圖4具有在根據(jù)本發(fā)明的方法制備的模制件的不同區(qū)域中的組織結(jié)構(gòu)和硬度的示意圖的輪套(半剖面)的實施例。
根據(jù)本發(fā)明的模制件，優(yōu)選輪套的所謂的熱機械的模壓或模鍛以下用實施例來描述。在此在圖2中示意出根據(jù)本發(fā)明的制備過程。
首先毛坯或鋼錠在預(yù)制材料條，如由100Cr6構(gòu)成的鋼條分離后感應(yīng)加熱到800℃和隨后在熱透后立即在800℃下開始進(jìn)行熱變形。在本實施例中該熱變形包括預(yù)鍛、在預(yù)鍛模中的模鍛和在精制模中的模鍛的步驟。
在從模制件的幾何差別方面確定變形步驟時，還要考慮，在模制件的每一任意位置比較變形度保持為至少0.8。
作為最后步驟，進(jìn)行所制得的模制件(輪套)的切毛邊，其中在切毛邊后模制件的溫度為約760℃。該溫度處于Ac1以上，以致于包括切毛邊在內(nèi)的整個變形在所選擇的Ac1和Acm之間的溫度范圍2中進(jìn)行。
直接在切毛邊后將模制件放入具有720℃溫度的連續(xù)式加熱爐中。該溫度在Ac1和Ac1減80K之間的范圍，也就是在溫度范圍3(圖2)。在此溫度下的保持時間為20分鐘。隨后模制件在靜止的空氣中冷卻到室溫。結(jié)果是由100Cr6構(gòu)成的輪套具有小的和精細(xì)分布的碳化物和240-280HB的硬度的組織結(jié)構(gòu)(圖4)。從而所制得的輪套不用在現(xiàn)有技術(shù)中常用的GKZ-退火而是可機械加工的。
圖3示出了與相同的模制件(輪套)的組織結(jié)構(gòu)的比較，但該模制件是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)通過在1150℃下的熱變形、在切毛邊后冷卻至室溫和GKZ-退火制得的。
在許多試驗中可以證實根據(jù)本發(fā)明的方法所制得的輪套的良好的可硬化性。
通過采用根據(jù)本發(fā)明的熱機械變形，可制得一種組織結(jié)構(gòu)，其不用昂貴的長時間的退火過程(GKZ-退火)而允許隨后的機械加工。此外采用本方法相對于現(xiàn)有技術(shù)由于在組織結(jié)構(gòu)中小的和精細(xì)分布的碳化物而在模制件的疲勞強度方面具有優(yōu)點。
另一個優(yōu)點在于縮短了在硬化溫度下的保持時間，因為較小的較小的碳化物顆粒更快地溶解。
不僅通過改變在溫度Ac1減100K和Acm之間的溫度范圍1和在溫度Ac1和Acm之間的溫度范圍2中的加熱溫度，而且通過對模制件在最后的變形步驟后或在切毛邊和沖孔后的有目的冷卻，其中冷卻是以在靜止的空氣中立即冷卻至室溫的形式進(jìn)行的，或模制件在Ac1和Ac1減80K之間的溫度范圍3的溫度下的爐子中保持直至60分鐘，優(yōu)選為20-50分鐘，可以影響性能(硬度或機械可加工性和可硬化性)和在所有工藝參數(shù)的共同作用下可得到最佳的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種由過共析的鋼制備模制件，特別是模鍛件的方法，其中模制件由加熱到變形溫度的毛坯或經(jīng)分離的鋼錠出發(fā)在一個或多個熱變形步驟中采用輪廓化的模具而得到，該方法包括下列步驟-加熱毛坯或經(jīng)分離的鋼錠到Ac1減100K到Acm范圍內(nèi)的溫度-在保持所選擇的溫度范圍下在一個或多個直接互相連接著的步驟中熱變形以生成模制件-在模制件的每一任意位置保持比較變形度為至少0.8-在最后的變形步驟后冷卻模制件。
2.一種由過共析的鋼制備模制件，特別是模鍛件的方法，其中模制件由加熱到變形溫度的毛坯或經(jīng)分離的鋼錠出發(fā)在一個或多個熱變形步驟中采用輪廓化的模具而得到，該方法包括下列步驟-加熱毛坯或經(jīng)分離的鋼錠到Ac1至Acm范圍內(nèi)的溫度-在保持所選擇的溫度范圍下在一個或多個直接互相連接著的步驟中熱變形以生成模制件-在模制件的每一任意位置保持比較變形度為至少0.8-在最后的變形步驟后冷卻模制件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，在最后的變形步驟后在靜止的空氣中連續(xù)地冷卻到室溫。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，模制件在最后的變形步驟后保持在Ac1和Ac1減80K之間的溫度范圍內(nèi)和最后冷卻至室溫。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，在爐子中的保持時間直至60分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于，保持時間為20-50分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求4-6之一的方法，其特征在于，模制件在保持時間期間連續(xù)地輸送通過爐子。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7之一的方法，其特征在于，過共析的鋼是滾動軸承鋼，優(yōu)選為100Cr6。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，熱變形包括下列的分步驟-預(yù)鍛毛坯或經(jīng)分離的鋼錠，-在預(yù)鍛模中變形和直接隨后在精鍛模中變形，-切毛邊，-任選地對模制件沖孔。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、3-9或2-9之一的方法制備的由100Cr6形成的可機械加工的模制件。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的模制件，其特征在于，模制件具有235-280HB的硬度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種由過共析的鋼制備模制件，特別是模鍛件的方法，其中模制件由加熱到變形溫度的毛坯或經(jīng)分離的鋼錠出發(fā)在一個或多個熱變形步驟中采用輪廓化的模具而得到，該方法包括下列步驟(1)加熱毛坯或經(jīng)分離的鋼錠到在Ac
文檔編號C21D7/00GK1930310SQ200580007043
公開日2007年3月14日 申請日期2005年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月4日
發(fā)明者J·施萊格爾, L·博爾茨, B·費特爾, G·佐哈爾, W·弗爾斯特 申請人:薩爾茨吉特·曼內(nèi)斯曼有限公司