DE1178881B - Verformen von Staehlen in einer Zieh- oder Pressmatrize - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: C21d

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche Kl.: 18 c-7/14

L 17667 VI a/18 c
12. Januar 1954
1. Oktober 1964

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verformen von Stählen in einer Zieh- oder Preßmatrize, wodurch sich Stähle mit verbesserten mechanischen Eigenschaften ergeben. Dabei werden Stähle mit verbesserten Eigenschaften erhalten, wie sie sonst nur die Legierungsstähle oder teureren vergüteten Stähle aufweisen, so daß diese durch die billigeren nichtaustenitischen Stähle ersetzt werden können.

Es ist bekannt, Stähle in einem kontinuierlichen Verfahren oberhalb der Raumtemperatur, aber unterhalb der unteren Umwandlungstemperatur zu verformen. Es war auch herrschende Ansicht, daß beim plastischen Verformen bei erhöhten Temperaturen entweder die Zugfestigkeit oder die Verarbeitbarkeit des Materials abnimmt. Es war auch bekannt, daß Ausscheidungsvorgänge einen wichtigen, aber noch nicht geklärten Einfluß bei der Verformung ausüben, wodurch der Stahl in unbeabsichtigter und unbeherrschbarer Weise härter und spröder sowie weniger verformbar werden kann. Ein Verformen von Stählen bei erhöhter Temperatur ließ deshalb bei solchen Stählen, welche die Erscheinung der Ausscheidungshärtung aufweisen, keine bedeutenden Erfolge erwarten. Überraschenderweise wurde nun aber gefunden, daß bei dem plastischen Verformen bei erhöhten Temperaturen von Stählen, deren Zugfestigkeit bei dieser Verarbeitung vergrößert wird, die Verarbeitbarkeit des Materials nicht nur aufrechterhalten wird, sondern es sogar möglich ist, die Verarbeitbarkeit noch zu verbessern.

Von besonderer Bedeutung ist noch die Tatsache, daß beim erfindungsgemäßen Verfahren die Verformungsstufe bei erhöhter Temperatur mit dem heiß gewalzten Stahl ausgeführt wird, ohne daß besondere, sonst übliche Verfahrens- und Glüharbeitsgänge dazwischen vorgenommen werden müssen.

Erfindungsgemäß wird das Verfahren zum kontinuierlichen plastischen Verformen von heiß gewalzten Stählen durch Führen in Stangenform durch eine Zieh- oder Preßmatrize bei gegenüber Raumtemperatur erhöhten Temperaturen, aber unterhalb der unteren Umwandlungstemperatur auf Stähle angewandt, die a) ein Perlitgefüge in einer Grundmasse von freiem Ferrit aufweisen und die b) bei Verarbeitung bei erhöhter Temperatur im Gebiet zwischen 200 und 300° C Verformungsverfestigung ergeben sowie durch irgendeine Ausscheidungsart härten, wobei das Verformen in der Zieh- oder Preßmatrize zwischen 200 und 300° C vorgenommen wird.

Durch das Ziehen bei der angegebenen erhöhten Temperatur werden zahlreiche unerwartete Vorteile in bezug auf die verminderte Ziehbelastung, die er-Verformen von Stählen in einer Zieh- oder
Preßmatrize

Anmelder:

Lassalle Steel Company, Hammond, Ind.

(V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Ruschke, Patentanwalt,

Berlin 33, Auguste-Viktoria-Str. 65

Als Erfinder benannt:

Elliot S. Nachtman,

Eldon B. Moore, Park Forest, JIl. (V. St. A.)

höhte Ziehgeschwindigkeit und/oder die Möglichkeit, stärkere Verformungen des Stahles vorzunehmen, erreicht. Es werden auch bisher nicht vorhandene mechanische Eigenschaften in dem Stahl hervorgerufen, wie hohe Zugfestigkeit, hohe Proportionalitätsgrenzen, Härte u. dgl. Von besonderer Wichtigkeit ist die verbesserte Zerspanbarkeit. Die Zerspanungskennwerte werden im allgemeinen durch Vergleich des Metalls gegen ein Standardmetall (im vorliegenden Fall Standardmetall B 1112) bewertet. Dazu werden die Metalle auf einer Drehbank angeordnet und mit einem nicht angetriebenen Werkzeug geschnitten. Durch den auf das Drehbankwerkzeug ausgeübten konstanten Druck ergeben sich in Abhängigkeit von der Zerspanbarkeit des zu untersuchenden Metalls Änderungen des Vorschubes, so daß die Vorschubgeschwindigkeit als Vergleichswert für die Zerspanbarkeit des Stahles genommen werden kann. Die Oberflächenrauheit des Metalls wird mittels eines Profilometers festgestellt.

Die Erfindung beruht auf der Feststellung, daß die Erzielung verbesserter Eigenschaften, insbesondere von verbesserter Zerspanbarkeit von der Zusammensetzung des Stahles und dem Zustand, in dem sich dessen Bestandteile während des Zieharbeitsganges befinden, abhängig ist.

Es ist natürlich schwierig, genau die Beziehung zwischen Verarbeitbarkeit, Zusammensetzung, Ziehtemperatur und Verformung aufzuzeigen. Es ergab

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sich jedoch, daß bei einigen Sorten nichtaustenitischer Stähle, die mehr als 0,1%, aber nicht weniger als 0,5% Kohlenstoff enthalten, die Zerspanbarkeit des Stahles vergrößert wird, wenn sie bei Temperaturen innerhalb des Bereiches von 200 bis 300° C gezogen werden. Bei derartigen Stahlzusammensetzungen ergeben sich sehr wichtige Verbesserungen der Zerspanungskennwerte bei schwefelarmen Stählen mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0,1 und 0,25%, wenn sie bei diesen Temperaturen gezogen werden.

Bei anderen Versuchen wurde auch festgestellt, daß bei nichtaustenitischen Stählen, die freies Ferrit enthalten und bei Verarbeitung bei der angegebenen Temperatur Verformungsverfestigung ergeben sowie durch irgendeine Ausscheidungsart härten, sich die unerwarteten Verbesserungen ihrer Eigenschaften beim Ziehen bei diesen Temperaturen ergeben. Bei Stählen, die wenig oder kein freies Ferrit in ihrer Struktur haben, scheint die Zerspanbarkeit im wesentlichen von der Ziehtemperatur unbeeinflußt zu sein. Andererseits zeigen nichtaustenitische Stähle, die wesentliche Mengen freies Ferrit enthalten, das als Einfluß des Ziehvorgangs gehärtet wird, eine ausgeprägte Verbesserung bei der Zerspanbarkeit durch genaue Regelung der Ziehtemperatur, d. h. bei Temperaturen zwischen 200 und 300° C bei nichtaustenitischen Stählen, die einen Kohlenstoffgehalt von bevorzugt zwischen 0,10 und 0,20% haben.

Durch Verarbeitung der nichtaustenitischen Stähle bei erhöhten Temperaturen in dem Bereich von 200° C bis unterhalb der unteren Umwandlungstemperatur für die Stahlzusammensetzung ist es nicht nur möglich, bisher nicht erzielbare Festigkeiten, Proportionalitätsgrenzen und andere Verbesserungen der mechanischen und physikalischen Eigenschaften zu erreichen, sondern es ergibt sich durch die Wahl der Temperatur eine sehr wesentliche Verbesserung der Zerspanbarkeit. Die Verbesserungen der Festigkeit und der Proportionalitätsgrenzen können auf Kosten der Dehnung erhalten oder nicht erhalten werden, die durch die Behandlungstemperatur bestimmt wird. Durch Behandlung bei erhöhten Temperaturen in der beschriebenen Weise ist es auch möglich, Restspannungen auf niedrige Werte zu vermindern, wie sie bisher durch die üblichen Methoden des Ziehens von Stahl verfügbar waren, denen aber eine Entspannung folgte. Auf diese Weise ist es durch das vorliegende metallurgische Verfahren möglich, in einem einzigen Schritt viele der Vorteile zu gewährleisten, die bisher viele Schritte erforderten.

Während die Verbesserungen der Zerspanbarkeit von der Zusammensetzung des Stahls abhängen, scheinen die Größe der Kaliberabnahme und andere Eigenschafften, wie beispielsweise die Oberflächenrauheit, nicht so abhängig zu sein, obgleich sie allgemein durch Behandlung des Stahles bei erhöhten Temperaturen weitgehend verbessert werden.

Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel 1

In einer Versuchsreihe wurde warmgewalzter Bessemer-Schraubenstahl, eine frei bearbeitbare Sorte des nichtaustenitischen Typs mit Perlitgefüge in einer Grundmasse von freiem Ferrit, bei verschiedenen Temperaturen gezogen, um eine 19%ige Querschnittsverminderung an 15,88-mm-Rundmaterial zu erzielen. Die Zusammensetzung des Stahles istfolgende:

0,08% Kohlenstoff, 0,75% Mangan,

0,12% Phosphor, 0,27 % Schwefel, 0,01% Silizium. 0,015% Stickstoff.

Beispiel 2

In einer anderen Versuchsreihe wurde warmgewalzter Siemens-Martin-Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt und ausreichender Zerspanbarkeit des nichtaustenitischen Typs mit Perlitgefüge in einer Grundmasse von freiem Ferrit bei Temperaturen gezogen, die denen im Beispiel 1 entsprechen, um eine ähnliche Reduktion an 15,88-mm-Rundmaterial zu erzielen. Die Zusammensetzung dieses Stahles ist folgende:

0,48% Kohlenstoff, 1,50% Mangan,
0,03% Phosphor, 0,27% Schwefel, 0,30% Silizium,

0,005% Stickstoff.

Beispiel 3

In einer dritten Versuchsreihe wurde warmgewalzter Siemens-Martin-Stahl mit geringem Schwefelgehalt und verhältnismäßig schlechter Zerspanbarkeit des nichtaustenitischen Typs unter den Bedingungen der Beispiele 1 und 2 gezogen, um eine ähnliche Verminderung an 15,88-mm-Rundmaterial zu erzielen. Die Zusammensetzung dieses Stahles ist folgende:

0,17% Kohlenstoff, 0,75% Mangan,
0,03% Phosphor, 0,04% Schwefel, 0,08% Silizium,
0,005 % Stickstoff.

Verfahren

Stäbe oder Stangen jeder der oben Zusammensetzungen wurden ohne jede vorhergehende Erwärmung durch die Ziehmatrize geschickt, wobei sich die üblichen Schmiermittel auf deren Oberflächen befanden. Andere Stangen jeder Zusammensetzung wurden auf verschiedene Temperaturwerte erwärmt und dann durch dieselbe Matrize mit derselben Art des Schmiermittels auf deren Oberfläche geschickt, um eine 19%ige Querschnittsverminderung zu erreichen. Die gezogenen Stangen konnten sich natürlich auf Raumbedingungen abkühlen und wurden dann auf Zerspanbarkeit untersucht. Die folgende Tabelle zeigt die erhaltenen Ergebnisse:

Claims (2)

Tabelle I Vergleich der Zerspanbarkeit bei verschiedenen Stählen, die bei verschiedenen Temperaturen gezogen sind Temperatur des gezogenen StahlesZerspanbarkeit, (bezogen auf Standardstahl B 1112Stahl des= 100%)Stahl desBeispiels 2Stahl des(0C)Beispiels 190Beispiels 325,910089531279890542049592532939292613651009162460998954504101844655710038 Es ergibt sich, daß der Bessemer-Stahl nach Beispiel 1, der durch einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,1% und einen verhältnismäßig hohen Phosphor- und Schwefelgehalt gekennzeichnet ist und wahrscheinlich sehr wenig freien Ferrit enthält, eine hohe Zerspanbarkeit zeigt, die nicht durch die Anwendung der Temperaturbehandlung bedingt ist. Hingegen ist der Siemens-Martin-Stahl nach Beispiel 3 mit seinem geringen Phosphor- und Schwefelgehalt und einem Kohlenstoffgehalt von 0,17 % von der Temperaturbehandlung abhängig, um ausgeprägte Verbesserungen der Zerspanbarkeit zu ergeben; so werden bei Temperaturen zwischen 23,9 und 200° C die Zerspanungswerte praktisch nicht verändert, doch tritt bei den Temperaturen zwischen 200 und 300° C ein ausgesprochener Anstieg auf ungefähr 62 ein. Dies stellt natürlich einen sehr wichtigen Faktor im Hinblick auf die Verwendung eines solchen Stahles dar. Bei dem Stahl nach Beispiel 2, der einen mittleren Kohlenstoffgehalt und einen hohen Schwefelgehalt aufweist, jedoch nur einen kleinen Anteil an freiem Ferrit hat, ergibt sich eine geringfügige Verbesserung der Zerspanbarkeit bei Temperaturen zwischen 200 und 300° C. Beim Erhitzen auf wesentlich höhere Temperaturen zum Ziehen wird die Zerspanbarkeit der Stähle der Beispiele 2 und 3 erheblich verschlechtert. Die Verbesserung in den physikalischen und mechanischen Eigenschaften, die bei Stählen der beschriebenen Art erreicht werden, wenn sie innerhalb des Temperaturbereiches von 200 bis 300° C für optimale Verbesserung der Zerspanbarbeit erwärmt werden, wird durch die folgende Tabelle veranschaulicht. Tabelle II Physikalische und mechanische Eigenschaften von Stählen, die eine 19%ige Querschnittsverminderung bei verschiedenen Temperaturen ergeben Stahl des Beispiels 2293° CStahl des Beispiels 32930C23,9° C10 40023,9° C71709600101006170711090007 39061305700422020,6443039,234,47,048,28,09,00,3610,00,230,3850,80,2725,440,631178,720924192174619053Patentansprüche: Zugfestigkeit (kg/cm2) Streck- oder Fließgrenze (kg/cm2) Proportionalitätsgrenze (kg/cm2) Querschnittsverminderung (%) Dehnung auf 50,8 mm (°/o) Verwerfungswert Oberflächenrauheit (cm-8) Brinellhärte Zerspanbarkeitsziffer Es ergibt sich, daß außer der beträchtlichen Verbesserung der Zerspanbarkeitsziffer der Stahl des nichtaustenitischen Typs bei der erfindungsgemäß angewandten Temperatur auch erhebliche Verbesserungen der Zugfestigkeit, Fließgrenze und Proportionalitätsgrenze zeigt. Mit diesen Verbesserungen sind auch Verbesserungen hinsichtlich der Härte und der Oberflächenrauheit verbunden. Das vorliegende Verfahren stellt somit ein einfaches und wirtschaftliches Verfahren dar, das wesentliche Vorteile mit sich bringt. Das angewandte Verfahren zum Erwärmen des Stahles auf die gewünschte Temperatur ist unwesentlich, und es genügt, daß der Stahl durch übliche Mittel erwärmt werden kann, beispielsweise in einem gasbeheizten Ofen oder durch elektrische Induktionsheizung oder in einem Flüssigkeitsbad, das auch noch Mittel enthalten kann, um die Oberfläche des Stahles zum Ziehen vorzubereiten.

1. Anwendung des Verfahrens zum kontinuierlichen plastischen Verformen von heißgewalzten Stählen durch Führen in Stangenform durch eine Zieh- oder Preßmatrize bei gegenüber Raumtemperatur erhöhten Temperaturen, aber unterhalb der unteren Umwandlungstemperatur, auf Stähle, die

a) ein Perlitgefüge in einer Grundmasse von freiem Ferrit aufweisen und die

b) bei Verarbeitung bei erhöhter Temperatur im Gebiet zwischen 200 und 300° C Verformungsverfestigung ergeben sowie durch irgendeine Ausscheidungsart härten,

wobei das Verformen in der Zieh- oder Preßmatrize zwischen 200 und 300° C vorzunehmen ist.

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2. Anwendung nach Anspruch 1 auf Stähle mit Bullens, »Steel and its Heat Treatment«, 1948,

einem geringen Kohlenstoffgehalt von etwa 0,1 Bd. 1, S. 234;

bis 0,2%. Goer ens, »Metallographie«, 1948, S. 397, Abs. 3

und 4;

In Betracht gezogene Druckschriften: 5 F. Rap atz, »Die Edelstahle«, 4. Auflage, 1951,

Französische Patentschrift Nr. 767 081; S. 100;

USA.-Patentschrift Nr. 2 320 040; »Metals Handbook«, 1948, S. 261.

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