DE2324750B2

DE2324750B2 - HEAT TREATMENT PROCESS FOR STEEL

Info

Publication number: DE2324750B2
Application number: DE19732324750
Authority: DE
Inventors: John E.; Hunt Gordon W.; Torrington; Green jun. Willard B. Harwinton; Conn. Woodilla jun. (V.St.A.)
Original assignee: Torrington Co
Current assignee: Timken US LLC
Priority date: 1972-05-18
Filing date: 1973-05-16
Publication date: 1976-05-20
Also published as: AU5458973A; JPS568889B2; BR7303565D0; CA994656A; US3826694A; JPS4966524A; GB1439071A; DE2324750A1; GB1439072A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Kurzzeit-Wärmebehandlungsverfahren für einen übereutektoidischen, weniger als 10% Legierungsbestandteile enthaltenden Stahl zum Einstellen eines gehärteten, mikrorißfreien. feinkörnigen Gefüges mit einer geringeren Korngröße als ASTM-Nr. 10 und einer gleichmäßig feinen Karbidverteilung, bei dem der Stahl bei einer die Solidustemperatur nicht überschreitenden Temperatür im Austenkgebiet bis zur vollständigen Lösung der Karbide geglüht, zur Umwandlung des Austenits abgeschreckt, anschließend zur Umwandlung des Ferrits in Austenit rasch durch den Temperaturbereich zwischen A₁₃ und A_cm auf Austenitisierungstemperatur erhitzt und schließlich zur Härtung abgeschreckt wird.The invention relates to a short-term heat treatment process for a hypereutectoid steel containing less than 10% alloy constituents for setting a hardened, microcrack-free steel. fine-grain structure with a smaller grain size than ASTM-No. 10 and a uniformly fine carbide distribution, in which the steel is annealed at a temperature in the austenite area that does not exceed the solidus temperature until the carbides are completely dissolved, quenched to convert the austenite, then quickly through the temperature range between A ₁₃ and A to convert the ferrite to austenite _{cm is} heated to austenitizing temperature and finally quenched for hardening.

Ein solches Verfahren ist bekannt (US-PS 37 376). Bei diesem bekannten Verfahren wird der Stahl zur Umwandlung des Auslenits in das Gebiet der Zwischenstufenumwandlung abgeschreckt und in diesem Gebiet bis zur vollständigen Umwandlung des Austenits in da* Zwischenstufengefüge gehalten, bevor der Stahl zur Umwandlung des Ferrits wieder erhitzt wird.Such a method is known (US-PS 37,376). In this known method the steel is quenched to convert the auslenite to the interstage transformation area and kept in this area until the austenite is completely transformed into the intermediate structure, before the steel is reheated to convert the ferrite.

Die Festigkeit gegen Verschleiß, Verformung und Druckbeanspruchungen kann bei vielen Stählen dadurch erhöht werden, daß man sie durch Wärmebehandlung härtet. Für Lager und andere Anwendunaen, bei denen eine große Standzeit erforderlich ist, haben sich übereutektoidische Stähle bewährt, d. h. Stähle, die mehr als 0,8 ⁰Zo Kohlenstoff und eine geringe Gesamtmenge ar». Legierungszuschlägen enthalten, um die Härtbarkeit zu erhöhen. Es ist ferner bekannt, daß eine Verfeinerung der Korngröße die Standzeit erhöht. Versuche zur Verringerung der Korngröße sind beispielsweise auch in der obenerwähnten US-PS 33 37 376 beschrieben. Es hat sich aber gezeigt, daß bekannte Verfahren zu Stählen mit Mikrorissen führen, die die Wirkung der Komgrößenverringerung vermindern. Ein anderes Verfahren zur Erzielung von Stählen ohne Mikrorisse arbeitet mit so langen Bearbeitungszeiten bei hohen Temperaturen, daß das Verfahren wirtschaftlich uninteressantThe resistance to wear, deformation and compression can be increased in many steels by hardening them by heat treatment. For storage and other Anwendunaen, where a large service life is required, übereutektoidische steels have proven, ie steels containing more than 0.8 ⁰ Zo carbon and low total ar ". Alloy surcharges included to increase hardenability. It is also known that a refinement of the grain size increases the service life. Attempts to reduce the grain size are also described, for example, in the above-mentioned US Pat. No. 3,337,376. It has been shown, however, that known processes lead to steels with microcracks which reduce the effect of the grain size reduction. Another method for producing steels without microcracks works with so long machining times at high temperatures that the method is economically unattractive

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Dauer des Wärmebehandlungsverfahrens zum Einstellen eines gehärteten, mikrorißfreien, äußerst feinkörnigen Gefüges mit einer gleichmäßig feinen Karbidverteilung in einem übereutektoidischen Stahl abzukürzen. The invention is based on the object of adjusting the duration of the heat treatment process a hardened, microcrack-free, extremely fine-grained structure with an evenly fine carbide distribution abbreviate in a hypereutectoid steel.

Bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art wird dies erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Stahl nach der ersten Glühung auf eine Temperatur im Bereich von 482 bis 723° C abgeschreckt und in diesem Temperaturbereich bis zur vollständigen Periitbildung gehalten wird und daß die zweite Glühung im Austenitgebiet nur so lange erfolgt, bis neben der Umwandlung des Ferrits in Austenit die Zementitlamellen des Perlits eingeformt sind.In a method of the type mentioned, this is achieved according to the invention in that the Steel quenched to a temperature in the range of 482 to 723 ° C after the first annealing and in this temperature range is kept until the perit is completely formed and that the second Annealing in the austenite area only takes place until, in addition to the transformation of the ferrite into austenite, the Cementite flakes of pearlite are molded into it.

Hierdurch ergibt sich ein innerhalb sehr kurzer Zeitdauer durchzuführendes Wärmebehandungsverfahren, bei dem die Umwandlung in der Perlitstufe anstatt in der Zwischenstufe durchgeführt wird, wobei es als überraschend angesehen werden muß, daß sich trotz dieses Verfahrensschrittes ein mikrorißfreies, äußerst feinkörniges Gefüge mit einer gleichmäßig feinen Karbidverteilung einstellt.This results in a heat treatment process to be carried out within a very short period of time, in which the conversion is carried out in the pearlite stage rather than in the intermediate stage, wherein it must be regarded as surprising that despite this process step a microcrack-free, sets an extremely fine-grain structure with an evenly fine carbide distribution.

Aus der BE-PS 6 76 927 ist zwar ein Verfahren bekannt, das hinsichtlich der Temperaturbereiche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren übereinstimmt. Im übrigen handelt es sich dort aber um ein Wärmebehandlungsverfahren für nitridhaltige Stähle mit geringem Kohlenstoffgehalt, so daß diesem bekannten Verfahren eine andere Aufgabe zugrunde liegt als dem erfindungsgemäßen Verfahren. Bei einem weiteren bekannten Verfahren (US-PS 35 95 711) wird zwar, wie bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, nach dem ersten Austenitisierungsglühen Perlit erzeugt, dies aber durch kontinuierliche Abkühlung, so daß eine zusätzliche Anlaßglühung erforderlich wird.From BE-PS 6 76 927 a method is known that in terms of temperature ranges with corresponds to the method according to the invention. Otherwise, however, it is a heat treatment process for nitride-containing steels with a low carbon content, so that this is known Method is based on a different object than the method according to the invention. With another known method (US-PS 35 95 711) is, as in the method according to the invention, generated after the first austenitizing annealing, but this through continuous cooling, so that additional annealing is required.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren erhält man einen Stahl, dessen Verschleißfestigkeit und dessen Widerstand gegen Rollkörper-Verformung (Lager!) erhöht ist und dessen Druckfestigkeit verbessert ist.The method according to the invention gives a steel, its wear resistance and its Resistance to rolling element deformation (bearing!) Is increased and its compressive strength is improved is.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnung erläutert. In dieser zeigenIn the following, exemplary embodiments of the invention are explained with reference to the drawing. In this show

F i ε. IA und I B in fotografischer WiedergabeF i ε. IA and I B in photographic reproduction

Perlit bzw. in Form kleinster Kügelchen vorliegende Karbide eines niedriglegierten Stahles in 25OGfacher Vergrößerung,Perlite or carbides of a low-alloy steel in the form of tiny spheres in 250 folds Enlargement,

Fig. 2 das Eisen-Kohlenstoff-Gleichgewichtsdiagramm, 2 shows the iron-carbon equilibrium diagram,

Fig. 3 die Zeit-Temperatur-Umwandlungskur\e für den erwähnten niedriglegierten Stahl,3 shows the time-temperature conversion curve for the mentioned low-alloy steel,

F i g. 4 in 500Ofacher Vergrößet ung den erwähnten, herkömmlich gehärteten Stahl,F i g. 4 in 500X enlargement the mentioned, conventional hardened steel,

Fig. 5 in 5000facher Vergrößerung denselben Stahl nach Wärmebehandlung gemäß der Errinüune,5 shows the same enlarged 5000 times Steel after heat treatment according to the rule,

Fig. 6 in 5000facher Vergrößerung zwei typische Mikrorisse der erwähnten Stahlsorte undFig. 6 shows two typical microcracks of the mentioned type of steel and in 5000 times enlargement

Fig. 7 ein Zeit-Temperatur-Profil zum Vergleich des erfindungsgemäßen Verfahrens mit anderen Wärmebehandlur.gsverfahren.7 shows a time-temperature profile for comparing the method according to the invention with others Heat treatment process.

Die Karbide in niedriglegierten Stählen können kleine Plättchen oder kugelähnliche Einschlüsse bilden, wie sie in den F i g. 1 A und 1 B dargestellt sind. Eiüe dieser Feinstrukturen ist der Ausgangspunkt für die zu beschreibende Wärmebehandlung Das wohlbekannte Eisen-KohlenstofT-Diagramm gemäß Fig. 2 zeigt, daß dann, wenn ein übereutektoidischer Stahl erhitzt wird und bei erhöhter Temperatur zum Gleichgewicht kommt, dieser Stahl Phasentransformationen von Perlit und Zementit in Austenit und Zementit, dann zum Austenit, einer festen Lösung von Kohlenstoff in Gamma-Eisen, durchmacht. Wenn man langsam kühlt, um bei jeder einzelnen Temperatur das Gleichgewicht herzustellen, dann wird die der jeweiligen Temperatur normalerweise zugeordnete Phase erreicht.The carbides in low-alloy steels can form small platelets or spherical inclusions, as shown in Figs. 1 A and 1 B are shown. Each of these fine structures is the starting point for the heat treatment to be described The well-known iron-carbon T diagram according to FIG. 2 shows that when a hypereutectoid steel is heated and at an elevated temperature to the Equilibrium comes about, this steel phase transformations from pearlite and cementite into austenite and Cementite, then going through to austenite, a solid solution of carbon in gamma iron. If you cool slowly to equilibrate at every single temperature, then the phase normally assigned to the respective temperature is reached.

Ein schnelles Abkühlen bewirkt aber völlig andere Umwandlungen. Die normalerweise »S-Kurven« genannten Zeit - Temperatur - Umwandlungskurven nach F i g. 3 ändern sich bei unterschiedlichen Zusammensetzungen. Die in F i g. 3 dargestellten S-Kurven sind die eines Stahls der Sorte AISI 52100, der ein niedriglegierter Stahl der Zusammensetzung ist, die am Ende der vorliegenden Beschreibung in Form einer Tabelle wiedergegeben ist. Die Kurven zeigen, daß die Umwandlung bei 371° C früher beginnt und früher abgeschlossen ist, wenn das Metall herkömmlich bei 843° C austenitisiert wird (gestrichelte Kurve), als dann, wenn man die Austenitbildung bei 1066° C durchführt (ausgezogene Kurve).However, rapid cooling causes completely different transformations. The normally "S-curves" mentioned time-temperature-conversion curves according to F i g. 3 change with different compositions. The in F i g. 3 S-curves shown are those of a steel grade AISI 52100, which is a low alloy steel of the composition indicated in at the end of the present specification Is shown in the form of a table. The curves show that the conversion starts earlier at 371 ° C and is completed earlier if the metal is conventionally austenitized at 843 ° C (dashed line Curve) than when austenite formation is carried out at 1066 ° C (solid Curve).

In Fig. 3 sind die beiden ausgezogenen Kurven kennzeichnend für Austenitisierung bei 1066⁰C. wobei die Korngröße den Wert 3 hat. Die beiden gestrichelten Kurven geben die Verhältnisse bei Austenitisierung bei 843° C wieder, wobei die Kornaröße 9 ist. A bedeutet Austenit, F bedeutet Ferrit, C bedeutet Karbid, M bedeutet Martensit.In FIG. 3, the two solid curves are characteristic of austenitizing at 1066 ^° C., the grain size being 3. The two dashed curves show the conditions for austenitization at 843 ° C., the grain size being 9. A means austenite, F means ferrite, C means carbide, M means martensite.

Wenn man schnell unter die Temperatur M_s entsprechend der Linie X in den Fig. 3 und 7 (vgl. US-PS 33 37 376) abschreckt, bildender Kohlenstoff kein Karbid. Es bildet sich vielmehr ein nadelartiees Gefüge, das man Martensit nennt. Es verbleiben kleine Mengen Austenit zwischen den Martensit- ^6u nadeln, was man Restaustenit nennt. Wenn man einen solchen Stahl auf etwa 371° C wieder für eine längen: Zeit aufheizt, dann geht dieses Gefüge in Ferrit mi Karbid-Teilchen über: insbesondere wird der Mar tensit angelassen, und der TCestnustcnit wandelt ; 6;> Bainit (— Zwischenstufengefüge) um. Wenn mai· nun auf die niedrigere Austenitisieruncsiemperatn: C843⁰ C.) für eine so lanfip Zeit wieder aufheizt, dnb der Ferrit in Austenit überführt wird und das überschüssige Karbid verfeinert wird, dann erhält man ein dem in F i g. 5 gezeigten ähnliches Gefüge. Eine elektronenmikroskopische Untersuchung des Gefüges hat gezeigt, daß starkes Abschrecken unter die Temperatur M_s auf dem ersten Abschnitt des Weges X zu Mikrorissen entsprechend beispielsweise der F i g. 6 führen kann, die ihrerseits zur schnellen Materialermüdung führen.If one quickly quenched below the temperature M _s according to the line X in FIGS. 3 and 7 (cf. US Pat. No. 3,337,376), carbon forming no carbide. Rather, a needle-like structure is formed, which is called martensite. There remain needles small amounts of austenite between the martensite ^6u what is called austenite. If such a steel is heated up again for a long time to about 371 ° C, this structure changes into ferrite with carbide particles: in particular, the martensite is tempered and the residual nutite changes; 6;> Bainite (- intermediate structure) around. If mai · now to the lower Austenitisieruncsiemperatn: is again heats C843 ⁰ C.) for a so lanfip time, the ferrite into austenite dnb transferred and the excess carbide is refined, then one obtains a g in the F i. 5 similar structure shown. An electron microscopic examination of the structure has shown that strong quenching below the temperature M _s on the first section of the path X leads to microcracks according to, for example, FIG. 6, which in turn lead to rapid material fatigue.

Wenn man nach dem Pfad Y in den F i g. 3 und 7 gemäß der US-PS 33 37 376 vorgeht, dann werden Mikrorisse eliminiert, und man erhält dieselbe äußerst feinkörnige Struktur, die zur Erzielung einer langen Standzeit erwünscht ist. Die Zeit-Temperatur-Umwandlungskurve (»S«-Kurve) zeigt aber, daß diese Umwandlung in weniger als 1 Stunde zur Hälfte abgeschlossen ist, jedoch dann mehr als 2 Stunden zur Vervollständigung benötigt. Obwohl das so erhaltene Produkt keine Mikrorisse aufweist und die Struktur gemäß F i g. 5 hat, ist ersichtlich die eben erläuterte Behandlungszeit dieses Bainit (= Zwischenstufengefüge) erzeugenden Verfahrensteiies für eine Massenherstellung zu lang.If, after path Y in FIG. 3 and 7 proceeding according to US-PS 33 37 376, then will Microcracks are eliminated, and the same extremely fine-grained structure is obtained that is used to achieve a long Tool life is desirable. The time-temperature conversion curve ("S" curve) shows, however, that this Conversion is halfway through in less than 1 hour, but then more than 2 hours Completion needed. Although the product thus obtained does not have microcracks and the structure according to FIG. 5, the just explained treatment time of this bainite (= intermediate structure) can be seen producing process parts for mass production too long.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Vorgeschichte des Werkstoffes diejenige Zeit und diejenige Temperatur nachhaltig beeinflußt, die zur Lösung C¹Sr ursprünglichen Karbide erforderlich ist. So benötigte ein gemäß F i g. 1B Karbideinschlüsse aufweisender Stahl eine Temperatur von 1149° C für 10 Minuten, während eine niedrigere Temperatur oder eine geringere Zeit ausreichend gefunden wurde, um die Karbide in heiß gewalztem Stahl aufzulösen (Fig. 1 A). Ferner hat sich gezeigt, daß sich beim Abschrecken in einem Bad aus beispielsweise Salz oder Blei im Bereich von 482 bis 723° C während einer ausreichend langen Zeit Perlit bildet, d. h. eine Metallphp.se, die in der MikroStruktur und in den mechanischen Eigenschaften von Bainit oder Martensit verschieden ist. Während die Umwandlung in Bainit bei 371° C gemäß dem Stand der Technik 2 bis 3 Stunden bis zur Vollständigkeit benötigte, nimmt die Perlitumwandlung weniger als 15 Minuten bei 579° C bei Standardstahl der Sorte AISI 52100 (vgl Tabelle) in Anspruch. Neben dem unmittelbaren wirtschaftlichen Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrensablaufes (s. WegZ in den Fig. 3 und 7) verhindert dieses Verfahren die mögliche Entstehung von Mikrorissen, die von einer drastischen Abschrekkung zu erwarten wären.The invention is based on the knowledge that the previous history of the material has a lasting effect on the time and temperature ^{required to dissolve C 1} Sr original carbides. Thus, according to FIG. 1B carbide entrapped steel had a temperature of 1149 ° C for 10 minutes, while a lower temperature or less time was found to be sufficient to dissolve the carbides in hot rolled steel (FIG. 1A). Furthermore, it has been shown that when quenching in a bath of, for example, salt or lead in the range from 482 to 723 ° C., pearlite forms for a sufficiently long time, ie a metal phase that is inherent in the microstructure and mechanical properties of bainite or martensite is different. While the conversion to bainite at 371 ° C according to the prior art took 2 to 3 hours to complete, the pearlite conversion takes less than 15 minutes at 579 ° C for standard AISI 52100 steel (see table). In addition to the direct economic advantage of the process sequence according to the invention (see route Z in FIGS. 3 and 7), this process prevents the possible formation of microcracks, which would be expected from a drastic deterrent.

Zum besseren Verständnis des Perlit-Umwand lungsbereiches, wird auf das Eisen-KohlenstofT Diagramm der F i g. 2 verwiesen: Man sieht, dat. Perlit oberhalb von 723° C, d. h. oberhalb der Linit A, _v nicht stabil ist, und sich mithin über diesei Temperatur nicht bildet. Weiter zeigt die S-Kurve daß die Zeit zur Perlitumwandlung unerwünscht lanj wird, wenn man sich der oberen Temperaturgrenzi nähert. Die untere Temperaturgrenze des Perlit Bildungsbereiches ist schwieriger zu definieren, d: Perlit und Bainit in einem recht erheblichen Tempe raturbereich gemeinsam existieren. Dieser gemein same Bereich hängt von der in Lösung befindliche! Kohlenstoffmenee ab, und zwar in dem Sinne, dal der Temperaturbereich größer wird, wenn die ii Lösung befindliche Kohlenstoffmenge größer wird Außerdem hängt für einen durchhärtbaren Stahl, wi den Stahl der Sorte AISI 52100 (vgl. Tabelle), dii Menge des gelösten Kohlenstoffs direkt von der VollFor a better understanding of the pearlite transformation range, reference is made to the iron-carbon diagram in FIG. 2 referenced: You can see that pearlite is above 723 ° C, ie above which Linite A, _{v is} not stable, and therefore does not form above this temperature. The S-curve also shows that the time for pearlite transformation becomes undesirably long as one approaches the upper temperature limit. The lower temperature limit of the pearlite formation area is more difficult to define, i.e. pearlite and bainite coexist in a considerable temperature range. This common area depends on the one in solution! In addition, for a hardenable steel, such as AISI 52100 steel (see table), the amount of dissolved carbon depends directly on the full

ständigkeit des Hochtemperatur-Lösungsvorganges
ab. Beim Aufkohlen von Stahl ändert sich der Kohlenstoffgehalt im Rohling bzw. Werkstück selber, und
dieser Gradient der Zusammensetzung verändert
dementsprechend den Bereich, in welchem Perlit und
Bainit gemeinsam vorkommen, wenn man von außen
nach innen in das Werkstück hinein fortschreitet.persistence of the high-temperature solution process
away. When carburizing steel, the carbon content in the blank or workpiece itself changes, and
this gradient of the composition changed
accordingly the area in which pearlite and
Bainite occur in common when viewed from the outside
progresses inward into the workpiece.

Die mit dem Bainit zusammen vorliegenden Perlit-Blättchen haben nur einen sehr kleinen Abstand vonThe perlite flakes present together with the bainite are only very small apart from

mehr als 1 «/Ό Kohlenstoffgehalt hat. Der kritische Temperaturbereich ist in F i g. 2 schraffiert dargestellt; die hier beschriebene Wärmebehandlung zu Härtungszwecken ist durch die Spur Z in F i g. 7 5 wiedergegeben.has more than 1 «/ Ό carbon content. The critical temperature range is shown in FIG. 2 shown hatched; the heat treatment described here for hardening purposes is indicated by the trace Z in FIG. 7th 5 reproduced.

Die schnellen Temperaturwechsel können auf verschiedene Weise erreicht werden: so kann man beispielsweise ein Zweistufenwärmebehandlungsverfahren vorsehen, wobei mit Salz- oder Bleibädern einander, während das Bainit, das in Fachkreisen io gearbeitet wird; das erste Bad ist dann gerade unter auch als »upper bainite« (= Gefüge der oberen Zwi- die Temperatur A,__, vorgeheizt, und das zweite Bad schenstufe bezeichnet wird, bei Bildung in diesem befindet sich auf der gewünschten Endtemperatur. Temperaturbereich grobkörnig ist. Nach der abschlie- Ähnlich kann man durch Anwendung der bekannten ßenden Wärmebehandlung erzeugt das feine Perlit Industions- und/oder Widerstandsheizverfahren vorsehr kleine überschüssige Karbid-Teilchen, während 15 gehen.The rapid temperature changes can be achieved in different ways: for example, a two-stage heat treatment process can be provided, with salt or lead baths each other, while the bainite, which is worked in professional circles; the first bath is then also called "upper bainite" (= structure of the upper intermediate temperature A , __, preheated, and the second bath is called, when it is formed, it is at the desired end temperature. Temperature range is coarse-grained After the final heat treatment, the fine perlite induction and / or resistance heating process can produce very small excess carbide particles while going.

das grobkörnige Bainit während dieser Wärme- Aus dem vorstehende ergibt sich, daß die Erfin-the coarse-grained bainite during this heat- From the above it follows that the invention

behandlung in grobe Partikeln übergeht, die jedoch dung ein neues Verfahren schafft, das zu einem Stahl kleiner sind als die herkömmlichen körnigen Teilchen. führt, dessen Gefüge in Fig. 5 für einen Stahl der Das Vorliegen eines solchen »upper bainite« in der Zusammensetzung AISI 52100 (vgl. Tabelle) darge-Mikrostruktur vor dem abschließenden Wärmebehan- 20 stellt ist. Die Standzeit bei Rollbelastung des erfindein ist aber unerwünscht. Somit kann man die untere dungsgemäßen Stahls ist hinsichtlich der ß_in-Stand-Temperaturgrenze des Perlit bildenden Bereiches als zeit um 250 bis 300 °/o größer. Außerdem ist die diejenige Temperatur definieren, bei deren Unter- Quetschgrenze um etwa 30 bis 35⁰O gegenüber verschreituiig unverzüglich »upper bainite« gebildet wird. gleichbarem herkömmlichem Stahl etwa nach F i g. 4 Diese Beobachtung an »upper bainite« kann man nur 25 vergrößert. Ein besonders wichtiges Merkmal des erelektronenmikroskopisch vornehmen. Da der Abstand findungsgemäßen Verfahrens hinsichtlich der großen zwischen den Karbid-Blättchen kleiner wird, wenn Standzeit ist die ultrafeine Korngröße. Eine erhebdie Umwandlungstemperatur kleiner wird, ist die liehe Erhöhung der Anzahl von Einzelkörnern inneroptimale Temperatur zur Perlit-Bildung nahe der halb eines gegebenen Volumens des Metalls ist unteren Temperaturgrenze. Auf diese Weise bilden 30 möglicherweise die wichtigste Ursache für die erhöhte die dünnen Karbid-Blättchen im Perlit endlich die Belastbarkeit und sicher ein wichtiger Faktor für die feinsten überschüssigen Karbid-Teilchen. Erhöhung der Standzeit. Die Korngrenzen sind be-treatment turns into coarse particles, which, however, creates a new process that is smaller than the conventional granular particles into a steel. The structure of which is shown in FIG. 5 for a steel of the microstructure shown before the final heat treatment. However, the service life under rolling loads of the invention is undesirable. Thus, the lower steel according to the invention is in terms of the ß _in -Stand temperature limit of the pearlite-forming area than time by 250 to 300% greater. In addition, the temperature is to be defined at the lower crushing limit of around 30 to 35 ⁰ O compared to what is prescriptive and immediately "upper bainite" is formed. comparable conventional steel as shown in FIG. 4 This observation of "upper bainite" can only be enlarged. Make a particularly important feature of the electron microscope. Since the distance according to the invention with regard to the large size between the carbide flakes becomes smaller when the tool life is the ultrafine grain size. A significant increase as the transition temperature becomes lower is the increase in the number of individual grains within the optimum temperature for pearlite formation close to half of a given volume of the metal is the lower temperature limit. In this way, possibly the most important cause for the increased. The thin carbide flakes in perlite finally form the load-bearing capacity and certainly an important factor for the finest excess carbide particles. Increase in service life. The grain boundaries are

Die verbleibenden Verfahrensschritte umfassen die vorzugte Stellen für die Kernbildung der Phasen-Austenitbildung und nachfolgende Abschreckung zur transformationen; bei einem äußerst feinkörnigen Herstellung einer MikroStruktur gemäß F i g. 5. Die- 35 Werkstoff erhält man mithin eine erhebliche Verses Gefüge ist eine natürliche Verteilung sehr kleiner größerung dieser bevorzugten Stellen für die Kern-Überschuß-Karbid-Teilchen in einer äußerst fein- bildung.The remaining process steps include the preferred locations for the core formation of the phase austenite formation and subsequent deterrence to transformations; with an extremely fine-grained one Production of a microstructure according to FIG. 5. The material thus gives you a considerable verse Microstructure is a natural distribution of a very small increase in these preferred locations for the core excess carbide particles in an extremely fine education.

körnigen Matrix. Diese Austenitbehandlung kann un- Eine gegebenenfalls unerwünschte Transformationgranular matrix. This austenite treatment can result in an undesirable transformation

mittelbar nach der Herstellung des Perlits vorgenom- kann sich jedoch während des Abschreckens von der men werden; es handelt sich also um ein Wieder- 40 letzten Austenitisierungstemperatur her einstellen. Es erhitzen von der perlitbildenden Temperatur aus, handelt sich dabei um die Bildung einer Art Mischoder jederzeit später, wenn das Teil nach der Perlit- gefüge aus Feritten und Karbiden, das durch langbildung auf Raumtemperatur abgekühlt wurde. Die same Abschreckung auftreten kann. Dieses Misch-Erwärmungsgeschwindigkeit für das abschließende gefüge fällt an den Grenzen der ultrafeinen »Körner« Austenitisieren ist wichtig, da ein kritischer Tempe- 45 aus, wodurch der die Festigkeit so außerordentlich raturbereich vorhanden ist, den die Werkstücke erhöhende Mechanismus geschwächt wird. Es hat schnell durchlaufen müssen. Wenn man diesen Be- sich gezeigt, daß Legierungselemente wie Mangan reich nicht schnell genug durchläuft, gehen die Perlit- und Silicium, die bekanntlich die Härtbarkeit vor Blättchen in überschüssige Karbide über, die dann Stahl verbessern, die Bildung dieses unerwünschter ihrerseits ein Korngrößenwachstum durchmachen, da 50 Mischgefüges unterdrücken, die bei zu langsamem die Karbid-Phase in diesem Temperaturbereich stabil Abschrecken zu befürchten wäre. Jedoch verringen ist. Durch schnelles Erreichen des reinen Austenit- die außerordentlich geringe Korngröße die Wirksambereiches im Phasendiagramm (über der Grenzlinie keit dieser Legierungselemente. Ein modifiziertei A_cm) setzen sich die Perlit-Blättchen in Überschuß- AISI-52100-Stahl, nämlich die Sorte ASTM A 485 Karbide um, die unstabil sind und die Neigung 55 Nr. 2, mit 1,4 bis 1,7% Mangan und 0,5 bis 0,8 °/< haben, ihre Größe zu verkleinern und sich aufzu- Silicium (s. Tabelle), die normalerweise verwende lösen. Eine richtige Steuerung der Temperatur und wird, wenn eine größere Härtbarkeit gewünscht wird der Zeit stellt sicher, daß die Blättchen vollständig hat immerhin solche unerwünschten Mischgefüge all aufgelöst werden, daß aber ein großer Prozentsatz Ergebnis langsamen Abschreckens in der Mitte eine: des neugefonnten überschüssigen Karbides sich nicht ^6o Querschnitts von nur 19 mm gezeigt, und zwar be löst, sondern vielmehr in Form überschüssiger Kar- elektronenmikroskopischer Beobachtung,
bide verbleibt. Der kritische Temperaturbereich eines Beobachtungen haben gezeigt, daß die besteiindirectly after the production of the perlite, however, it can be done during the quenching of the men; It is therefore a matter of re-setting the last austenitizing temperature. It heats up from the perlite-forming temperature, this is about the formation of a kind of mixed or at any time later, if the part after the pearlite structure of ferites and carbides, which has been cooled to room temperature by long formation. The same deterrent can occur. This mixed heating rate for the final structure falls at the limits of the ultra-fine "grains" Austenitizing is important because a critical temperature is found, which means that the strength range is so extraordinary that the mechanism that increases the work piece is weakened. It had to go through quickly. If you have shown that alloying elements such as manganese-rich do not pass through quickly enough, the pearlite and silicon, which are known to make the hardenability of flakes, go through into excess carbides, which then improve steel, the formation of this undesirable in turn go through grain size growth, because 50 suppress mixed structures, which would be feared if the carbide phase was quenched too slowly in this temperature range. However, it is shrinking. By quickly reaching pure austenite - the extraordinarily small grain size - the effective area in the phase diagram (above the boundary line of these alloying elements. A modified A _cm ) , the pearlite flakes settle in excess AISI 52100 steel, namely the ASTM A 485 carbide variety um, which are unstable and have the tendency 55 No. 2, with 1.4 to 1.7% manganese and 0.5 to 0.8 ° / <, to reduce their size and to expand silicon (see table) that normally use solve. Proper control of the temperature and, if greater hardenability is desired, the time will ensure that the flake has completely dissolved after all such undesirable mixed structures, but that a large percentage result in slow quenching in the middle of one: the newly-called excess carbide itself not shown ^6o cross-section of only 19 mm, in fact released, but rather in the form of excess car-electron microscopic observation,
bide remains. Observations have shown that the critical temperature range is the best

jeden übereutektoidischen Stahls liegt zwischen den mechanischen Eigenschaften erhalten werden, wem Linien Λ υ und A_cm des Gleichgewichtsdiagramms. die auf zu langsame Abschreckung zurückzuführen Für eine Stahllegierung mit l°/o Kohlenstoff, wie ⁶5 den Mischgefüge in dem ultrafeinkörnigen Stahl nich etwa den Stahl AISI 521000, sind diese Grenzen vorliegen. Aus diesem Grunde wird die Verwendun; etwa 723 bzw. 782° C. Die obere Grenze liegt höher, von Legierungen hoher Härtbarkeit bevorzugt, soga wenn der Rohling eine aufgekohlte Randzone mit für Gegenstände mit kleinem Querschnitt, die unteEach hypereutectoid steel lies between the mechanical properties obtained, whom lines Λ υ and A _{cm of} the equilibrium diagram. the quenching due to too slow for a steel alloy with l ° / o carbon, such as 5 to ⁶ mixed structure in which ultra-fine grain steel Not present about the steel AISI 521000, these limits. For this reason, the use is; about 723 or 782 ° C. The upper limit is higher, preferred by alloys with high hardenability, even if the blank has a carburized edge zone for objects with a small cross-section, the lower

U 895 U 895

7 87 8

normaler: Herstellungsbedingungen eine derartige auf die Temperatur, bei der sich Perlit bildet. Nachmore normal: manufacturing conditions such as the temperature at which pearlite forms. To

Haftbarkeit nicht erfordern. einer Pause, während welcher die KaltbearbeitungDo not require liability. a break during which cold working

Bei manchen Endprodukten ist es zweckmäßig, die durchgeführt wird, wird dann die schnelle Austeniti-Oberflächenbereiche, insbesondere die der Belastung si.erungs-Wärmebehandlung durchgeführt, die ihrerausgeseß1:en Oberflächen, hochgekohlt zu haben, 5 seits zu der ultrafeinen Kornverteilung führt, die sich während die inneren Teile der Produkte niedriger durch äußerst kleine Karbidkörner auszeichnet, gekohlt sind. Das hier beschriebene Verfahren kann Neben dem erläuterten Kaltziehen von Draht können auf das Einsatzhärten von Stahl durch Abschrecken auch andere mechanischen Verformungsverfahren von der Einsatzofentemperatur auf die Perlitbildungs- verwendet werden, wie z. B. Gesenkschmieden, Kalttemperatur angewendet werden. Das Verfahren ist io -walzen und Verformungsvorgänge, die man durchsonst dasselbe wie bei übereutektoidischen Stählen führen muß, bevor die abschließende rasche Auste- und ergibt dieselben Ergebnisse in den mehr Kohlen- nitisierungs-Wärmebehandlung durchgeführt wird, stoff enthaltenden Außenbereichen des Produkts. während das entsprechende Produkt oder Teil sichFor some end products it is advisable that the quick austenitic surface areas is carried out, in particular that of the load-securing heat treatment carried out, which was determined by it Surfaces, to have highly carbonized, on the one hand leads to the ultrafine grain distribution, which is while the inner parts of the products are characterized by extremely small carbide grains, are carbonized. The method described here can be used in addition to the previously explained cold drawing of wire other mechanical deformation processes also apply to case hardening of steel by quenching from the feed furnace temperature to the pearlite formation, e.g. B. Drop forging, cold temperature be applied. The process is io -rolling and deformation processes, which one free of charge the same thing as with hypereutectoid steels must lead before the final rapid adjustment and gives the same results in the more carbonization heat treatment is carried out, Substance-containing exterior areas of the product. while the corresponding product or part is itself

Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen immer noch im ungehärteten Zustand befindet.
Verfahrens besteht in der Einfügung eines Kalt- 15 Die in der folgenden Tabelle angegebenen Stahlverformungsschrittes nach der Bildung des Perlits. Sorten wurden erfolgreich nach dem erfindungsge-Zum Beispiel kann man in diesem Sinne einen Draht mäßen Verfahren behandelt. Daneben gibt es eine durch eine Reihe von Matrizen ziehen, um jeweils Vielzahl übereutektoidischer Stähle mit weniger als kleinere Quersichnitte zu erhalten. Dem Draht hat 10⁰Zo Legierungsanteil, die sich mit dem erfindungsman hierbei zunächst, die Hochtemperaturbehandlung 20 gemäßen Verfahren im Sinne der Erfindung behanzur Karfoidlösung gegeben sowie eine Abschreckung dein lassen.Another embodiment of the invention is still in the uncured state.
The process consists in the insertion of a cold steel deformation step after the formation of the pearlite, as indicated in the table below. Varieties have been successfully handled according to the invention. There is also a pull through a number of matrices in order to obtain a large number of hypereutectoid steels with fewer than smaller cross-sections. The wire has 10 ⁰ Zo alloy content, which can be given the high-temperature treatment 20 according to the method according to the invention for carboid solution and a deterrent.

ASTM-A 295ASTM-A 295 ASTM-A 485ASTM-A 485 HlI*)HlI *) A2A2 52 10052 100 Nr. 2No. 2 (Vo)(Vo) (Vo)(Vo) (Vo)(Vo) (Vo)(Vo) CC. 0,98 bis 1,10.98 to 1.1 0,85 bis 1,00.85 to 1.0 0,35 bis 0,450.35 to 0.45 0,95 bis 1,050.95 to 1.05 MnMn 0,25 bis 0,450.25 to 0.45 1,40 bis 1,701.40 to 1.70 0,10 bis 0,400.10 to 0.40 0,40 bis 0,850.40 to 0.85 PP. 0,025 max.0.025 max. 0,025 max.0.025 max. —- —- SS. 0,025 max.0.025 max. 0,025 max.0.025 max. —- —- VV —- —- 0,30 bis 0,500.30 to 0.50 0,15 bis 0,500.15 to 0.50 SiSi 0,20 bis 0,350.20 to 0.35 0,50 bis 0,800.50 to 0.80 0,90 bis 1,10.90 to 1.1 0,10 bis 0,400.10 to 0.40 Ni.Ni. 0,25 max.0.25 max. 0,25 max.0.25 max. —- —- CrCr 1,30 bis 1,601.30 to 1.60 1,40 bis 1,801.40 to 1.80 5,0 bis 5,505.0 to 5.50 4,75 bis 5,254.75 to 5.25 MoMon 0,08 max.0.08 max. 0,06 max.0.06 max. 1,2 bis 1,51.2 to 1.5 0,9 bis 1,150.9 to 1.15 CuCu 0,35 max.0.35 max. 0,35 max.0.35 max. —- —- ♦) Diese♦) This Legierung muß aufgekohlt werden, um verwendbar zu werden.Alloy must be carburized to be useful. Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Short-term heat treatment process for a hypereutectoid steel containing less than 10 ° .Ό alloy components to set a hardened, microcrack-free, fine-grain structure with a grain size smaller than ASTM no. 10 and a uniformly fine carbide distribution, in which the steel is annealed at a temperature in the austenite area that does not exceed the solidus temperature until the carbides are completely dissolved, quenched to convert the austenite, then quickly through the temperature range between A _1Λ and A to convert the ferrite to austenite _{cm is} heated to austenitizing temperature and finally quenched for hardening, characterized in that the steel is quenched after the first annealing to a temperature ao in the range of 482 to 723 ^c C and is kept in this temperature range until pearlite is completely formed and that the second annealing is in Austenite area only takes place until the cementite lamellae of the pearlite are formed in addition to the transformation of the ferrite into austenite.

2. The method according to claim 1, characterized in that the steel after pearlite formation is cooled to room temperature.

3. The method according to claim 1, characterized in that the steel after pearlite formation is cooled to the deformation temperature and deformed.

4. Application of the method according to claims 1 to 3 to case-hardened steels with the proviso, that quenching to pearlite formation temperature following case hardening he follows.

5. Application of the procedure revenge at least one of the preceding claims on steel alloys with high hardenability.