DE4009239C1 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Werk stücken aus 9 bis 12%igem martensitischem vergütbaren Chromstahl entsprechend dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a method for producing work pieces made of 9 to 12% martensitic temperable chrome steel according to the preamble of claim 1.
Ein solcher Chromstahl ist der 12% Cr-Stahl 1.4914, der wegen seiner geringen Schwellrate unter Neutronenbestrahlung zur Herstellung von Hüllrohren und Brennelementkästen für Kernreaktoren verwendet wird und als Strukturmaterial in zukünftigen Fusionsanlagen vorgesehen ist.One such chromium steel is the 12% Cr steel 1.4914, which because of its low swelling rate under neutron radiation Manufacture of cladding tubes and fuel assemblies for nuclear reactors is used and as a structural material in future Fusion facilities is provided.
Die bei der Herstellung solcher Komponenten angewendeten Verfahren lassen sich allgemein beschreiben durch eine Folge von Kaltverformungsschritten und Zwischenwärmebehandlungen, die im Bereich der üblichen Anlaßtemperatur durchgeführt werden. Abschließend erfolgt eine Endwärmebehandlung, die Härten und Anlassen, die sogenannte Vergütung, einschließt und eine weitere Kaltverformung, bei der das Werkstück auf das genaue Endmaß gebracht wird.The processes used in the manufacture of such components can be generally described by a sequence of Cold forming steps and intermediate heat treatments, which in the Range of the usual tempering temperature can be carried out. Finally there is a final heat treatment, the hardening and tempering, the so-called remuneration includes and another Cold forming, in which the workpiece to the exact final dimension brought.
Die Kaltverformung wird im allgemeinen mit einem mittleren Kaltverformungsgrad ε im Bereich von 15 bis 50% Einzelschritt durchgeführt. Die Anlaßglühung zwischen den einzelnen Kaltverformungsschritten wird bei Temperaturen bis unterhalb der α/γ-Umwandlung (Ac1-Beginn) zwischen etwa 600 und 780°C vorgenommen.The cold working is generally carried out with an average degree of cold working ε in the range from 15 to 50% single step. The annealing between the individual cold forming steps is carried out at temperatures down to below the α / γ conversion (A c1 start) between approximately 600 and 780 ° C.
Die Vergütungsbehandlung besteht aus einer Härtungsglühung (Austenitisierung) bei einer Temperatur oberhalb der Umwandlungs temperatur Ac1 bis zu γ/δ-Umwandlungstemperatur etwa im Bereich 950 bis 1150°C und einer weiteren Anlaßglühung bei den angegebenen Temperaturen besteht. The heat treatment consists of a hardening annealing (austenitization) at a temperature above the transition temperature A c1 up to γ / δ transformation temperature approximately in the range 950 to 1150 ° C. and a further tempering annealing at the specified temperatures.
Bei der Herstellung von Hüllrohren und Brennelementkästen aus dem Stahl 1.4914 nach dem beschriebenne Verfahren traten häufig Schäden durch Rißbildung auf, so daß ein beträchtlicher Teil der Werkstücke entweder nach dem Abschlußprüfverfahren oder bereits während der Fertigung als Ausschuß ausgesondert werden mußte. Überdies erreichte ein Teil der Werkstücke nicht die spezifizierte mechanische Festigkeit. Die beobachteten Schäden sind offensichtlich materialspezifisch, denn der austenitische Stahl 1.4981 und Zircaloy 4 ließen sich nach dem beschriebenen Verfahren problemlos verarbeiten.In the manufacture of cladding tubes and fuel boxes steel 1.4914 according to the described procedure was common Damage due to cracking, making a considerable Part of the workpieces either according to the final test procedure or already discarded as a committee during production had to become. In addition, some of the workpieces reached not the specified mechanical strength. They watched Damages are obviously material-specific, because the austenitic steel 1.4981 and Zircaloy 4 were made after the process described without problems.
Die Schäden bei der Herstellung von Hüllrohren und Brennelementkästen ließen sich allein durch Variation einzelner Ver fahrensparameter, wie z. B. der Temperatur bei den Wärmebehandlungen oder durch Änderung der Abkühlbedingungen nicht vermeiden.The damage in the manufacture of cladding tubes and fuel assemblies can be achieved by varying individual ver driving parameters, such as B. the temperature during the heat treatments or by changing the cooling conditions avoid.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das die Herstellung von rißfreien und mechanisch hochbelastbaren Werkstücken aus 9-12%igen martensitischen vergütbaren Chromstählen durch eine Folge von Kaltverformungsschritten und Anlaßglühungen erlaubt, ohne daß während der Bearbeitung Halbzeuge oder nach Abschluß der Bearbeitung fertiggestellte Werkstücke als Ausschuß ausgesondert werden müssen.The invention has for its object to provide a method which is the manufacture of crack-free and mechanical heavy-duty workpieces made from 9-12% martensitic temperable chrome steels through a series of cold forming steps and temper annealing without being allowed during machining Semi-finished products or after completion of processing Completed workpieces sorted out as rejects Need to become.
Die zur Lösung der Aufgabe erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen sind in den Kennzeichen der Patentansprüche 1 und 2 genannt.Those proposed according to the invention to achieve the object Measures are in the characterizing part of claims 1 and Called 2.
Der mittlere Kaltverformungsgrad ε in % wird durch die Quer schnittsänderung ΔF/F₀ · 100 definiert. Diese Definition von ε, die für Rundhämmern und Ziehen üblich ist, wird auch beim Kaltwalzen und Pilgern zugrundegelegt. Bei den letztgenannten Verfahrensschritten wird im allgemeinen nur die Dickenabnahme d zur Bestimmung der nominellen Kaltverformung nach (Δd/d₀ · 100) angegeben, wobei die Änderungen in der Breite jedoch nicht berücksichtigt werden. Der Übergang von dieser nominellen zur effektiven Verformung, bei der die Breitung in die Rechnung einbezogen wird, führt zu einer Erniedrigung des Ver formungsgrads, d. h., die effektive Verformung ist kleiner.The average degree of cold deformation ε in% is shown by the cross change in section ΔF / F₀ · 100 defined. This definition of ε, which is common for round hammers and pulling, is also used for Cold rolling and pilgrims on the basis. With the latter In general, only the decrease in thickness is used d to determine the nominal cold deformation according to (Δd / d₀ · 100) specified, the changes in width however are not taken into account. The transition from this nominal for effective deformation in which the spreading into the If the calculation is included, the ver degree of shaping, d. that is, the effective deformation is smaller.
Die Erfindung, beruht auf der Beobachtung, daß die Materialverfestigung durch die Kaltverformung zu einer über den Querschnitt inhomogenen Deformation führt. In der Kernzone und in der äußersten Randzone vermindert sich bei der anschließenden Anlaßwärmebehandlung die Härte des Halbzeugs durch Rekristallisation, während die dazwischen liegende Zone fest bleibt und ein Vergütungsgefüge aufweist.The invention is based on the observation that material consolidation through the cold forming to one across the cross section leads to inhomogeneous deformation. In the core zone and in the outermost edge zone decreases with the subsequent one Tempering heat treatment the hardness of the semi-finished product through recrystallization while the zone in between remains firm and has a remuneration structure.
Im weiteren Verlauf der Kaltverformung dehnt sich die rekristallisierte Kernzone auf Kosten der zwischen Kern- und Randzone liegenden Bereiche aus, ohne daß diese Bereiche ganz verschwinden. Die Härte der rekristallisierten Kern- und Randzone steigt während der Bearbeitung langsam an; in den dazwischen liegenden Bereichen hingegen fällt die Härte mit jedem Kalt verformungsschritt ab, wobei aber das Vergütungsgefüge erhalten bleibt.In the further course of the cold deformation, the recrystallized one expands Core zone at the expense of the between core and peripheral zone lying areas without these areas completely disappearing. The hardness of the recrystallized core and peripheral zone rises slowly during processing; in between areas, however, the hardness falls with every cold deformation step, but maintaining the remuneration structure remains.
Nach mehreren Kaltverformungs- und Wärmebehandlungsschritten nähern sich die Härten der kristallisierten Zonen und der Bereiche mit Vergütungsgefüge an, jedoch bleibt weiterhin ein zweiphasiger Zustand bestehen.After several cold forming and heat treatment steps the hardness of the crystallized zones and the areas approach with remuneration structure, however, remains one two-phase state exist.
Die beschriebene inhomogene Deformation ist die eigentliche Ursache für die Rißbildung und die mangelnde mechanische Festigkeit bei der Hüllrohr- und Kastenherstellung. Bei der Anlaßglühbehandlung zeigen die verschiedenen Zonen und Bereiche ein unterschiedliches Erholungsverhalten. Anlaßglühungen im üblichen Temperaturbereich bauen die Verfestigung nicht vollständig ab, so daß abhängig von der lokalen Deformationsrate und der Anlaßglühtemperatur der kritische Verformungsgrad für die Rekristallisation entweder bereits im ersten oder aber in den nachfolgenden Verformungsschritten erreicht wird. Daraus erklärt sich die beobachtete örtlich fortschreitende Rekristallisations front.The inhomogeneous deformation described is the real one Cause of the cracking and the lack of mechanical strength in the production of cladding tubes and boxes. During the annealing treatment show the different zones and areas a different recovery behavior. Annealing in The usual temperature range does not fully build the solidification from, so that depending on the local deformation rate and the annealing temperature is the critical degree of deformation for the recrystallization either in the first or in the subsequent deformation steps is achieved. Out of it the observed locally progressive recrystallization is explained front.
Bleibt der erste Kaltverformungsschritt deutlich unterhalb des von uns ermittelten kritischen Kaltverformungsgrads von 40%, bei dem in der nachfolgenden Anlaßglühbehandlung Rekristallisation zu beobachten ist, so ist das Gefüge des Materials nach der Anlaßglühbehandlung erholt; es ergibt sich ein Vergütungsgefüge.The first cold deformation step remains significantly below the critical cold deformation rate of 40% in the case of the subsequent annealing treatment Recrystallization can be observed, so is the structure of the material recovered after the annealing treatment; it results a remuneration structure.
Es wurde jedoch gefunden, daß die Gesamtkaltverformung näherungsweise als Summe der einzelnen Kaltverformungsschritte angegeben werden kann.However, it has been found that the total cold deformation is approximate specified as the sum of the individual cold forming steps can be.
Dies bedeutet, daß mit nachfolgenden Kaltverformungsschritten der kritische Kaltverformungsgrad partiell überschritten wird und daß dann die beschriebenen Effekte auftreten, die zu sehr unterschiedlichen Festigkeiten und damit zu Rissen im weiteren Verfahrensablauf führen. Ursache dieser Rißbildungen ist nicht die niedrige Festigkeit des rekristallisierten Materials, sondern die unterschiedlichen Festigkeiten von rekristallisiertem und nicht rekristallisiertem Gefüge.This means that with subsequent cold working steps the critical degree of cold deformation is partially exceeded and that then the effects described occur, too much different strengths and thus to cracks in the further Lead procedure. The cause of these cracks is not the low strength of the recrystallized material, but the different strengths of recrystallized and not recrystallized structure.
Wie erwähnt, führt ein Kaltverformungsschritt zu einer über den Querschnitt des zu verarbeitenden Halbzeugs inhomogenen Deformation. Diese inhomogene Deformation hat eine inhomogene Verfestigung zur Folge.As mentioned, a cold working step leads to one the cross section of the semi-finished product to be processed inhomogeneous deformation. Has this inhomogeneous deformation an inhomogeneous solidification.
Der mittlere Kaltverformungsgrad ε ist daher nicht geeignet, einen Kaltverformungsschritt vollständig zu beschreiben. Zur Beschreibung der Kaltverformung müssen daher der maximale Kaltverformungsgrad εmax und der minimale Kaltverformungsgrad εmin eingeführt werden. Die Kaltverformungsgrade εmin und εmax geben die Bandbreite der Kaltverformung an, die mit einem Ver formungsschritt mit einem mittleren Kaltverformungsgrad ε ent sprechend der eingangs genannten Definition erreicht wird.The mean degree of cold deformation ε is therefore not suitable for completely describing a cold deformation step. To describe the cold deformation, the maximum degree of cold deformation ε max and the minimum degree of cold deformation ε min must therefore be introduced. The degrees of cold deformation ε min and ε max indicate the range of cold deformation that is achieved with a deformation step with an average degree of cold deformation ε according to the definition mentioned at the beginning.
Der Begriff des mittleren Kaltverformungsgrades ε wird beim erfindungsgemäßen Verfahren zugunsten eines Kaltverformungs bereiches innerhalb der Eckwerte von εmin und εmax aufgegeben.In the method according to the invention, the term average degree of cold deformation ε is abandoned in favor of a cold deformation range within the basic values of ε min and ε max .
Die sich lokal im zu verarbeitenden Material einstellende Kaltverformung ist einer Härteänderung ΔHV proportional. Es gilt: ΔHV=m · ε, wobei m den mittleren Verfestigungskoeffizienten darstellt.The local one in the material to be processed Cold deformation is proportional to a change in hardness ΔHV. It applies: ΔHV = m · ε, where m is the mean hardening coefficient represents.
Durch Bestimmung der Härteänderung an Proben, die dem zu verarbeitenden Halbzeug oder Vorprofil nach einzelnen Kaltverformungsschritten an verschiedenen Stellen des Querschnitts entnommen werden, können somit die lokalen Kaltverformungsgrade bestimmt werden.By determining the change in hardness of samples that are to be processed Semi-finished product or pre-profile after individual cold forming steps taken at various points in the cross-section the local degrees of cold deformation be determined.
Die genannten technischen Probleme, wie Rißbildung und mangelnde mechanische Festigkeit des fertiggestellten Werkstücks, treten dann auf, wenn bei einem der Verfahrensschritte Kaltverformung/ Anlaßglühung der maximale Kaltverformungsgrad εmax den kritischen Kaltverformungsgrad über- und der minimale Kaltverformungsgrad εmin den kritischen Kaltverformungsgrad unterschreitet und wenn danach ohne weitere Maßnahmen eine weitere Kaltverformung durchgeführt wird.The technical problems mentioned, such as cracking and insufficient mechanical strength of the finished workpiece, occur when, in one of the process steps cold forming / annealing, the maximum degree of cold deformation ε max exceeds the critical degree of cold deformation and the minimum degree of cold deformation ε min falls below the critical degree of cold deformation and if thereafter Another cold deformation is carried out without further measures.
Durch die partielle Rekristallisation treten in diesem Fall sehr unterschiedliche Festigkeiten in den einzelnen Quer schnittsbereichen auf, die durch die Anlaßglühung nicht ausgeglichen werden und die bei der nachfolgenden Kaltverformung Schäden verursachen.In this case, partial recrystallization occurs very different strengths in the individual cross cut areas that are not compensated by the annealing and the subsequent cold forming Cause damage.
Der geschilderte Fall, daß während der Bearbeitung der kritische Kaltverformungsgrad im Bereich zwischen εmin und εmax liegt, tritt bei der Verarbeitung von Halbzeugen mit hoher Wahrscheinlichkeit auf, sofern der Kaltverformungsgrad und die Anlaßtemperatur nicht aufeinander abgestimmt werden oder werden können. Erfindungsgemäß wird in diesem Fall vorgeschlagen, anstelle der Anlaßglühung eine vollständige Vergütungsbehandlung, bestehend aus einer Härtung und einer nachfolgenden Anlaßglühung, durchzuführen.The described case that the critical degree of cold deformation lies in the range between ε min and ε max during processing occurs with high probability when processing semi-finished products, provided that the degree of cold deformation and the tempering temperature cannot or cannot be coordinated. In this case, it is proposed according to the invention to carry out a complete tempering treatment, consisting of hardening and a subsequent tempering annealing, instead of the annealing.
Mit dieser Vergütungsbehandlung wird das Material wieder homo genisiert und zeigt in allen Bereichen des Querschnitts einheitliche Festigkeitswerte.With this remuneration treatment, the material becomes homo again genized and shows uniform in all areas of the cross-section Strength values.
Bevorzugt werden jedoch der Grad der Kaltverformung und die Anlaßglühtemperatur so aufeinander abgestimmt, daß der kritische Kaltverformungsgrad zu keiner Zeit im Bereich zwischen εmin und εmax liegt, oder, mit anderen Worten, daß der maximale Kaltverformungsgrad εmax entweder unterhalb oder der minimale Kaltverformungsgrad εmin oberhalb des kritischen Kaltverformungsgrades liegt.However, the degree of cold deformation and the tempering annealing temperature are preferably coordinated with one another such that the critical degree of cold deformation never lies in the range between ε min and ε max , or, in other words, that the maximum degree of cold deformation ε max is either below or the minimum degree of cold deformation ε min is above the critical degree of cold deformation.
Wie beschrieben, können alle Verfahrensparameter durch Probenahme an entsprechend vorverarbeiteten Halbzeugen ermittelt, aufeinander abgestimmt und für das Bearbeitungsverfahren festgelegt werden.As described, all process parameters can be sampled on appropriately pre-processed semi-finished products determined, coordinated and for the machining process be determined.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Figuren und Beispielen näher erläutert.The invention is described below with reference to figures and examples explained in more detail.
Fig. 1 zeigt den Einfluß von Kaltverformung und nachfolgender An
laßwärmebehandlung auf die Härte (Kaltverformung durch Rund
hämmern),
Kurve A: Referenzzustand, nach Vergütungsbehandlung 1075°C - 30 min V/V
und 700°C - 2 h V/V,
Kurve B: Zustand nach Anlaßglühung (Referenzzustand+Kaltverformung+
Anlaßglühung mit 2 Stunden Dauer) in Abhängigkeit vom KV-Grad
Anlaßglühtemperatur a) 700°C, b) 750°C, c) 780°C; Fig. 1 shows the influence of cold working and subsequent heat treatment on the hardness (cold working by hammering),
Curve A: reference condition, after tempering treatment 1075 ° C - 30 min V / V and 700 ° C - 2 h V / V,
Curve B: Condition after annealing (reference condition + cold working + annealing with a duration of 2 hours) depending on the KV degree of annealing temperature a) 700 ° C, b) 750 ° C, c) 780 ° C;
Fig. 2 zeigt den Härteverlauf in Abhängigkeit von Kaltverformung (KV) und Anlaßbehandlung zur Bestimmung des mittleren Verfestigungskoeffizienten m; Fig. 2 shows the hardness curve as a function of cold working (KV) and tempering treatment to determine the mean hardening coefficient m;
Fig. 3 zeigt die Verfestigung in Abhängigkeit vom Kaltverformungsgrad in mehreren austenitischen Stählen; Fig. 3 shows the solidification, depending on the degree of cold deformation in a plurality of austenitic steels;
Fig. 4 zeigt den Härteverlauf rundgehämmerter Proben über den Quer schnitt in Abhängigkeit vom KV-Grad; Fig. 4 shows the hardness curve of round hammered samples over the cross section depending on the KV degree;
Fig. 5 zeigt den Härteverlauf rundgehämmerter Proben aus Austenit 1.4981 und Zircaloy 4 in Abhängigkeit vom Verformungsgrad; Fig. 5 shows the hardness curve around hammered samples from austenite 1.4981 and Zircaloy 4, depending on the degree of deformation;
Fig. 6 zeigt den Einfluß sequentieller Kaltverformungs/ Wärmebehandlungsschritte auf das Härteverhalten im Stahl 1.4914; Fig. 6 shows the effect of sequential cold deformation / heat treatment steps on the curing behavior in the steel 1.4914;
Fig. 7 zeigt den HV1-Härteverlauf über Probendicke und -breite in Ab hängigkeit vom nominellen Kaltverformungsgrad beim Kaltwalzen; Fig. 7 shows the HV1 hardness curve over sample thickness and width in dependence on the nominal degree of cold deformation during cold rolling;
Fig. 8 zeigt den HV30-Härteverlauf als Funktion der Kaltverformung durch Kaltwalzen und der Anlaßtemperatur am Beispiel eines Flachstabs 20×6 mm mit dem Referenzzustand 1075°C - 30′+ 700°C - 2 h. Im Bereich V liegt Vergütungsgefüge, im Bereich RE rekristallisiertes Gefüge vor. Fig. 8 shows the HV30 hardness curve as a function of cold deformation by cold rolling and the tempering temperature using the example of a flat bar 20 × 6 mm with the reference state 1075 ° C - 30 '+ 700 ° C - 2 h. There is a remuneration structure in area V and a recrystallized structure in area RE.
Soweit nicht ein anderer Werkstoff genannt wird, liegt allen Figuren der Werkstoff RNO-D (1.4914) Chg. 53093 zugrunde.Unless another material is mentioned, everyone is Figures of the material RNO-D (1.4914) Chg. 53093.
Es wurde stabförmiges Material mit einem Ausgangsdurchmesser von ⌀12 mm aus Werkstoff 1.4914, Charge 53093 im vergüteten Ausgangszustand verwendet (1075°C 30′ V/V+700°C 2 h V/V). Das Material wurde in Schritten von 10% durch Rundhämmern bis zu 80% kaltverformt. Nach jedem Verformungsschritt wurden vom Stab jeweils 4 Scheiben abgetrennt, an denen die Härte HV 30 gemessen wurde. Es ergab sich eine Verfestigungskurve, wie sie in den Fig. 1a bis 1c durch die geschlossenen Symbole dargestellt ist. Anschließend wurde von jedem Verformungsschritt je eine Scheibe bei 700, 750 bzw. 780°C je 2 h geglüht und erneut die Härte gemessen und die Daten in Fig. 1a bis 1c einge tragen.Rod-shaped material with an initial diameter of ⌀12 mm from material 1.4914, batch 53093 was used in the tempered initial state (1075 ° C 30 ′ V / V + 700 ° C 2 h V / V). The material was cold formed in 10% increments by round hammering up to 80%. After each deformation step, 4 disks were cut from the rod, on which the hardness HV 30 was measured. There was a solidification curve, as shown by the closed symbols in FIGS. 1a to 1c. Subsequently, one disk was annealed from each deformation step at 700, 750 or 780 ° C. for 2 h and the hardness measured again and the data in FIGS . 1a to 1c entered.
Die daraus resultierenden Ergebnisse lassen sich folgendermaßen zusammenfassen:The resulting results can be as follows sum up:
-
- Die durch Kaltverformung hervorgerufene Härtesteigerung HV
ist in erster Näherung direkt proportional dem Kaltverformungsgrad
ε [%], wobei dieser durch die Querschnittsänderung
ΔF/F₀ · 100 definiert ist, also:
ΔHV=m · εAus Fig. 2 kann man für den Verfestigungskoeffizienten m
den Wert von ≈1,55 entnehmen.
Die Abflachung der Verfestigungskurve bei 80% KV scheint auf einen beginnenden Anlaßeffekt hinzudeuten, weil beim Rundhämmern von 70 auf 80% KV der Stab sich bereits so stark erwärmte, daß nicht mehr ohne Schutzhandschuhe gearbeitet werden konnte.
Interessant und bemerkenswert ist, daß bei früher durchgeführten Untersuchungen zum Verfestigungsverhalten an den austenitischen Stählen 1.4970, 1.4981 und 1.4988 deutlich höhere Verfestigungskoeffizienten m gemessen wurden (Fig. 3) und diese mit zunehmendem KV-Grad abnehmen. Rechnet man mit einem gemittelten Wert m, so beträgt er immerhin fast das Dreifache des im Martensit 1.4914 gefundenen.- The hardness increase HV caused by cold deformation is in a first approximation directly proportional to the degree of cold deformation ε [%], which is defined by the change in cross-section ΔF / F₀ · 100, i.e.: ΔHV = m · εFor Fig. 2, the hardening coefficient can be m Take the value of ≈1.55.
The flattening of the hardening curve at 80% KV seems to indicate an beginning tempering effect, because during round hammering from 70 to 80% KV the rod warmed up so much that it was no longer possible to work without protective gloves.
It is interesting and noteworthy that in earlier investigations of the hardening behavior on austenitic steels 1.4970, 1.4981 and 1.4988, significantly higher hardening coefficients m were measured ( FIG. 3) and these decrease with increasing degree of KV. If one calculates with an averaged value m, then it is almost three times that found in martensite 1.4914. - - Entfestigung wird entsprechend Fig. 1a bis 1c durch eine nachfolgende Anlaßwärmebehandlung zwischen 700 und 780°C hervorgerufen. Erwartungsgemäß steigt sie mit höherer Anlaß temperatur an. Die verbleibende Härte kann entsprechend Fig. 2 für die Randzone ebenfalls als lineare Funktion der ursprünglichen Kaltverformung dargestellt werden.- According to FIGS . 1a to 1c, softening is caused by a subsequent tempering heat treatment between 700 and 780 ° C. As expected, it rises with a higher tempering temperature. The remaining hardness can also be represented according to FIG. 2 for the edge zone as a linear function of the original cold deformation.
- - In der Kernzone der Proben tritt nach Glühung bei 700°C/2 h ab einem KV-Grad von 60% und nach Glühungen bei 750 bzw. 780°C/2 h bereits oberhalb 40% KV eine starke Entfestigung auf (wegen Rekristallisation, wie die metallographischen Befunde zeigten).- In the core zone of the samples occurs after annealing at 700 ° C / 2 h from a KV degree of 60% and after annealing at 750 or 780 ° C / 2 h above 40% KV a strong softening on (due to recrystallization, like the metallographic Findings showed).
Zunächst wurde an drei rundgehämmerten Proben mit 15, 30 und 70% Kaltverformung der exakte Härteverlauf über den Proben querschnitt mit HV 0,1 und HV 1 gemessen (Fig. 4a-c). Bereits bei einem KV-Grad von 30% tritt nach Fig. 4b eine deutlich inhomogene Verformung über den Probenquerschnitt auf, mit einem sehr starken Härteanstieg im Kernzonenbereich und am äußersten Rand der Probe. Diese Tendenz einer erhöhten Deformation im Probeninnern verstärkt sich mit zunehmendem mittleren KV-Grad (Fig. 4c). Rundhämmern führt also beim Werkstoff 1.4914 zu einer ungleichmäßigen Verformung über den Querschnitt. Hierbei handelt es sich offenbar um einen material spezifischen Effekt, denn bei vergleichbarer Verformung des austenitischen Stahl 1.4981 und von Zircaloy 4 durch Rundhämmern ergaben sich wie Fig. 5 zeigt, selbst bei KV-Graden von 50% und darüber keine ausgeprägten Verformungsinhomogenitä ten.First, the exact hardness curve over the sample cross-section was measured with HV 0.1 and HV 1 on three round-hammered samples with 15, 30 and 70% cold deformation ( Fig. 4a-c). According to FIG. 4b, a KV degree of 30% already causes a clearly inhomogeneous deformation across the sample cross section, with a very strong increase in hardness in the core zone area and at the extreme edge of the sample. This tendency of increased deformation inside the sample increases with increasing average KV degree ( FIG. 4c). With 1.4914, round hammering leads to uneven deformation across the cross-section. This is apparently a material-specific effect, because with comparable deformation of austenitic steel 1.4981 and Zircaloy 4 by round hammers, as shown in FIG. 5, even with degrees of KV of 50% and above there were no pronounced deformation inhomogeneities.
Die Auswirkung solch inhomogener Verformung auf das Erholungs verhalten bei nachfolgender Glühbehandlung kann in metallographischen Übersichtsbildern verfolgt werden. Es lassen sich deutlich eine innere Kernzone und eine äußere Randzone mit Grobgefüge und eine dazwischen liegende Ringzone mit Feingefüge erkennen.The impact of such inhomogeneous deformation on recovery behavior during subsequent annealing treatment can be done in metallographic Overview pictures are tracked. It can be clearly an inner core zone and an outer peripheral zone Coarse structure and an intermediate ring zone with fine structure detect.
Die gefundenen Härtewerte in der Ringzone entsprechen der normalerweise bei dieser Temperatur beobachteten Vergütungshärte und das Gefüge ist identisch mit einem normalen Vergütungsge füge.The hardness values found in the ring zone normally correspond to that temper hardness observed at this temperature and the structure is identical to a normal remuneration system gap.
In der Kernzone ist innerhalb der ursprünglichen Austenitkörner die Feinstruktur, bestehend aus martensitischen Lattenbündeln und Latten, nicht mehr vorhanden, das Gefüge erscheint rekristallisiert. Um den Sachverhalt abzuklären, wurden mittels Zielpräparation elektronenmikroskopische Proben an einer insgesamt 66% kaltverformten Probe nach anschließender Anlaßwärmebehandlung bei 730°C/2 h genommen. Die elektronen mikroskopische Übersichtsaufnahme aus der Ringzone zeigt die für ein Vergütungsgefüge typische Subkornbildung, wobei die ursprüngliche Lattenstruktur zum größeren Teil aufgelöst ist und eine starke Dekoration der Subkorngrenzen mit M₂₃C₆-Ausscheidungen auftritt. Außerdem sind die Subkörner zum größten Teil versetzungfrei. Damit kann die beobachtete Minderung der Festigkeit erklärt werden. Im Übergangsbereich zur Kernzone sieht man, daß in einem Teilbereich die Subkörner total aufgelöst wurden und eine vollständige Rekristallisation aufgetre ten ist. Lediglich die ursprünglich an den Subkorngrenzen gebildeten Ausscheidungen sind weiterhin vorhanden.In the core zone is within the original austenite grains the fine structure, consisting of martensitic slats and slats, no longer present, the structure appears recrystallized. In order to clarify the facts, using Target preparation using electron microscopic samples a total of 66% cold worked sample after subsequent Tempering heat treatment taken at 730 ° C / 2 h. The electrons microscopic overview of the ring zone shows the typical sub-grain formation for a remuneration structure, the original slatted structure is largely dissolved and a strong decoration of the sub-grain boundaries with M₂₃C₆ excretions occurs. In addition, the subgrains are the largest Part dislocation-free. This allows the observed reduction in Firmness can be explained. In the transition area to the core zone you can see that in one section the subgrains are totally dissolved and a complete recrystallization occurred is. Only those originally formed at the sub-grain boundaries Eliminations still exist.
Ein Rundstab mit 12 mm ⌀ und der Ausgangswärmebehandlung 1075°C 30′ V/V+700°C 2 h V/V wurde achtmal um je 30% durch Rundhämmern kaltverformt und nach jedem Verformungsschritt bei 730°C/2 h geglüht (Stufe I-VIII). Nach jeder Stufe wurde eine Scheibe abgetrennt, metallographisch untersucht und die Härte gemessen.A round rod with 12 mm ⌀ and the initial heat treatment 1075 ° C 30 ′ V / V + 700 ° C 2 h V / V was increased eight times by 30% each Cold-formed by round hammering and after each deformation step annealed at 730 ° C / 2 h (stage I-VIII). After every One stage was cut off, examined metallographically and measured the hardness.
Die metallographische Untersuchung ergibt nach Stufe I ein durchgehendes Anlaßgefüge, dessen Härte HV30=252-261 erwartungsgemäß der in Fig. 1a entspricht (Fig. 6, Kurve B). Nach dem zweiten Zyklus (Stufe II) tritt - verursacht durch die inhomogene Verformung - in der Kernzone und der äußersten Randzone Rekristallisation auf, die zu einer entsprechenden Minderung der Härte (HV30=180-200) und Festigkeit des Materials führt; die Ringzone mit zypischem Vergütungsgefüge bleibt fest (Fig. 6, Kurve C).After stage I, the metallographic examination reveals a continuous tempering structure, the hardness of which, as expected, HV30 = 252-261 corresponds to that in FIG. 1a ( FIG. 6, curve B). After the second cycle (stage II) - caused by the inhomogeneous deformation - recrystallization occurs in the core zone and the outermost edge zone, which leads to a corresponding reduction in the hardness (HV30 = 180-200) and strength of the material; the ring zone with the typical compensation structure remains fixed ( Fig. 6, curve C).
Die bisherigen Beispiele beziehen sich auf das Kalthämmern. Es erhebt sich deshalb die Frage, ob bei den technisch sehr viel häufiger angewandten Verformungsarten, wie Kaltwalzen, Kaltziehen und Kaltpilgern, ebenfalls derartig starke Variationen in der Verformung auftreten oder nicht.The previous examples relate to cold hammering. It Therefore, the question arises whether technically very much More common types of deformation, such as cold rolling, cold drawing and cold pilgrims, also such strong variations in deformation or not.
Für einen direkten Vergleich der Verformung durch Kalthämmern und Kaltwalzen wurde ein Flachstab desselben Materials mit den Abmessungen 6×20 mm auf einem Walzgerüst um 30, 50, 70 bzw. 80% verformt. For a direct comparison of the deformation caused by cold hammers and cold rolling became a flat bar of the same material with the Dimensions 6 × 20 mm on a roll stand by 30, 50, 70 or 80% deformed.
Die HV30-Eindrücke sind nicht geeignet, feine Variationen im Verformungsverhalten zu erfassen. Aus diesem Grunde wurden Kleinlasthärtewerte HV1 über Probendicke und -breite der gewalzten Proben gemessen. Die Ergebnisse sind in Fig. 7a+b dargestellt, sie zeigen ebenfalls inhomogene Deformation an. So ergibt sich für KV-Grade 50% eine stärkere Deformation in der Probenmitte, was in Einklang mit entsprechenden Messungen an 50% kaltgepilgerten Brennelement-Kastenprofilen steht. Auch entlang der Mittelfaser positionierte Härtepunkte zeigen über die Probenbreite eine Variation der Härtewerte, die erst bei relativ hohen Verformungsgraden (<50%) verschwindet.The HV30 impressions are not suitable for capturing subtle variations in the deformation behavior. For this reason, low load hardness values HV1 were measured over the sample thickness and width of the rolled samples. The results are shown in Fig. 7a + b, they also indicate inhomogeneous deformation. For KV grades 50% there is a stronger deformation in the middle of the sample, which is in line with corresponding measurements on 50% cold pilgered fuel box profiles. Hardness points positioned along the middle fiber also show a variation in hardness values across the sample width, which only disappears at relatively high degrees of deformation (<50%).
An den kaltgewalzten Proben wurden Untersuchungen zum Einfluß der Anlaßwärmebehandlung zwischen 700 und 780°C auf den Härteverlauf und die Entfestigung sowie auf mikrostrukturelle Änderungen durchgeführt. Fig. 8 zeigt den Härteabfall in Abhängigkeit vom vorangegangenen Verformungsgrad als Funktion der Anlaßtemperatur. Metallographische Untersuchungen dieser Proben ergeben übrigens in guter Übereinstimmung mit entsprechenden Aussagen für kaltgehämmerte und nachfolgend anlaßwärmebehandelten Proben, daß Rekristallisation an all den Proben beobachtet wird, die nach einer zweistündigen Glühung auf Härtewerte HV30210 abgefallen sind. Das bedeutet andererseits, daß für eine Kaltverformung um 30% im überdeckten Temperaturbereich keine Rekristallisation, sondern Vergütungsgefüge zu beobachten ist. Die daraus resultierenden Aussagen darüber, welche kritischen Verformungsgrade bei den verschiedenen Temperaturen zur Rekristallisation führen, sind praktisch identisch mit den oben für kaltgehämmerte Proben genannten Zahlen.The influence of tempering heat treatment between 700 and 780 ° C on hardness and softening as well as on microstructural changes was investigated on the cold rolled samples. Fig. 8 shows the drop in hardness depending on the previous degree of deformation as a function of annealing temperature. By the way, metallographic examinations of these samples, in good agreement with corresponding statements for cold-hammered and subsequently tempered samples, show that recrystallization is observed on all the samples which have dropped to hardness values HV30210 after a two-hour annealing. On the other hand, this means that for a cold deformation of 30% in the covered temperature range, there is no recrystallization, but a tempering structure. The resulting statements about which critical degrees of deformation lead to recrystallization at the different temperatures are practically identical to the numbers given above for cold hammered samples.
Claims (3)
- a) Kaltverformung mit einem mittleren Kaltverformungsgrad ε,
- b) Anlaßglühung sowie daran anschließend
- c) anstelle der letzten Anlaßglühung einer Vergütungswärme behandlung unterworfen wird,
- a) cold working with an average degree of cold working ε,
- b) Annealing and subsequent to it
- c) is subjected to a heat treatment process instead of the last annealing,
- d) die Schritte a) und b) mit einem solchen Kaltverformungsgrad ε und bei einer solchen Anlaßglühtemperatur durchgeführt werden, daß
- d1) entweder der bei den Schritten a) auftretende maximale Kaltverformungsgrad εmax unterhalb des kritischen Kaltverformungsgrads für Rekristallisation bei Anlaßglühtem peratur
- d2) oder der bei den Schritten a) auftretende minimale Kaltverformungsgrad εmin oberhalb des kritischen Kaltverformungsgrads für Rekristallisation bei Anlaßglühtemperatur liegt.
- d) steps a) and b) are carried out with such a degree of cold deformation ε and at such an annealing temperature that
- d1) either the maximum degree of cold deformation ε max occurring in steps a) below the critical degree of cold deformation for recrystallization at tempering temperature
- d2) or the minimum degree of cold deformation ε min occurring in steps a) is above the critical degree of cold deformation for recrystallization at the annealing temperature.
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- 1991-03-19 FR FR9103309A patent/FR2659983B1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
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