RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 206007 (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: 363906 (51) Int.Cl. B23P 17/00 (2006.01) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 05.12.2003 (54) Stal na konstrukcję mechaniczną, sposób kształtowania na gorąco elementu stalowego oraz element ze stali kutej wytwarzany tym sposobem (30) Pierwszeństwo: 05.12.2002, FR, 0215380 (73) Uprawniony z patentu: ASCOMETAL, Courbevoie, FR (43) Zgłoszenie ogłoszono: 14.06.2004 BUP 12/04 (72) Twórca(y) wynalazku: MARC ROBELET, Florange, FR (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.06.2010 WUP 06/10 (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Ginter Marek GINTER & GINTER KANCELARIA RZECZNIKOWSKA spółka cywilna PL 206007 B1
2 PL 206 007 B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest stal na konstrukcję mechaniczną, sposób kształtowania na gorąco elementu stalowego oraz element ze stali kutej wytwarzany tym sposobem. Wynalazek dotyczy w szczególności wytwarzania elementów ze stali stosowanej zwłaszcza na konstrukcję mechaniczną i kształtowanej sposobem zwanym tiksokuciem. Tiksokucie należy do kategorii sposobu kształtowania metalu w stanie półstałym. Ten sposób polega na wykonaniu znacznego odkształcenia kęsa ogrzanego do temperatury między solidusem i likwidusem. Stale użyte w tym sposobie są stalami klasycznie stosowanymi do kucia na gorąco, które, jeśli to niezbędne, wstępnie poddaje się operacji metalurgicznej polegającej na sferoidyzacji pierwotnej klasycznej struktury dendrytycznej. W rzeczywistości, ta początkowa struktura dendrytyczna nie jest przystosowana do operacji tiksokucia. Podczas ogrzewania, aż do temperatur zawartych między solidusem i likwidusem, mikrosegregacja występująca między dendrytami i przestrzeniami międzydendrytycznymi powoduje stopienie stali, zwłaszcza w tych przestrzeniach międzydendrytycznych. Podczas operacji kształtowania tej mieszaniny cieczy z ciałem stałym, faza ciekła w pierwszym rzędzie, usuwana jest na początku przyłożenia siły. Trzeba więc odkształcić fazę stałą i resztkę cieczy w dużej części oddzielonej od fazy stałej, co powoduje wzrost sił. Dla operacji odkształcania w tych warunkach, otrzymany rezultat jest nieodpowiedni, a jest nim wystąpienie znacznych segregacji i wad wewnętrznych. Natomiast wtedy, gdy tiksokucie wykonane jest na stali o strukturze sferoidalnej, doprowadzanej do stanu półstałego przez ogrzewanie w temperaturze zawartej między likwidusem i solidusem, stałe cząstki sferoidalne rozmieszczone są w sposób równomierny w fazie ciekłej. Optymalizując wybór proporcji ciało stałe/ciecz, można otrzymać materiał mający podwyższoną prędkość odkształcania pod wpływem znacznego naprężenia ścinającego. Materiał taki ma więc bardzo wysoką odkształcalność. W pewnych przypadkach możliwe jest jednak otrzymanie żądanej struktury sferoidalnej w czasie uprzedniego ogrzewania przed tiksokuciem, bez odwoływania się do operacji sferoidyzacji pierwotnie rozdzielonej struktury. Taki przypadek występuje wówczas, gdy obrabia się kęsy wycięte z prętów walcowanych, pochodzących z kęsisk kwadratowych odlewanych w sposób ciągły lub z wlewków. Wielokrotne podgrzewania i znaczne odkształcenia wywierane na stal miały prowadzić wówczas do struktury bardzo złożonej i rozproszonej, której początkowa struktura jest praktycznie niemożliwa do odtworzenia. Struktura ta umożliwia otrzymanie struktury sferoidalnej fazy stałej w czasie ogrzewania wstępnego przed tiksokuciem. Tiksokucie umożliwia, w stosunku do klasycznych sposobów kucia na gorąco, wykonanie w jedynej operacji odkształcenia elementów o złożonej geometrii, mogących mieć cienkie ścianki (1 mm lub mniej) i to przy bardzo małych siłach kształtowania. W wyniku działania sił zewnętrznych, stale przystosowane do operacji tiksokucia, zachowują się jak lepkie płyny. Dla stali do konstrukcji mechanicznych, których zawartość węgla może zmieniać się od 0,2% do 1,1%, temperatura ogrzewania konieczna do odkształcenia sposobem tiksokucia wynosi, na przykład, 1430 C + 50 C = 1480 C dla gatunku C38 (mierzona temperatura solidusu + 50 C. aby otrzymać odpowiedni stosunek faza ciekła/faza stała konieczny do odkształcenia) i 1315 C + 50 C = 1365 C dla gatunku 100Cr6. Temperatura ogrzewania i ilość utworzonej fazy ciekłej są ważnymi parametrami sposobu tiksokucia. Łatwość otrzymania właściwej temperatury i przedział rozrzutu przewidywany wokół tej temperatury, aby ograniczyć zmiany ilości fazy ciekłej, zależą od przedziału krzepnięcia. Im ten przedział jest większy, tym łatwiej jest regulować parametry ogrzewania. Na przykład, taki przedział krzepnięcia mierzony jest w temperaturze 110 C dla gatunku C38 i w temperaturze 172 C dla gatunku 100Cr6. Jest więc dużo łatwiej pracować z tym ostatnim gatunkiem, który ma ponadto niską temperaturę solidusu wynoszącą 1315 C, i duży przedział krzepnięcia wynoszący 172 C. Bardzo wysokie temperatury kształtowania i podwyższone prędkości odkształcenia, które są stosowane w tym sposobie tiksokucia, prowadzą do obciążenia cieplnego narzędzi do odkształcenia często w skrajnych warunkach. To prowadzi do stosowania na te narzędzia stopów z bardzo wysokimi parametrami mechanicznymi na gorąco, lub materiały ceramiczne. Trudności wykonania niektórych kształtów geometrycznych lub narzędzi (wkładek narzędziowych) o znacznej objętości i koszty wykonania tych narzędzi mogą hamować rozwój sposobu tiksokucia.
PL 206 007 B1 3 Celem wynalazku jest zaproponowanie nowych gatunków stali lepiej przystosowanych do tiksokucia niż te klasycznie stosowane, które umożliwiałyby obniżenie obciążeń narzędzi odkształcających. Ponadto, te nowe gatunki nie powinny pogarszać własności mechanicznych otrzymanych elementów. W tym celu, przedmiotem wynalazku jest stal na konstrukcję mechaniczną, charakteryzująca się tym, że jej skład jest, w procentach wagowych: - 0,35% C 1,2% - 0,10% Mn 2,0% - 0,10% Si 3,0% - ilości śladowe Cr 4,5% - ilości śladowe Mo 2,0% - ilości śladowe Ni 4,5% - ilości śladowe V 0,5% - ilości śladowe Cu 3,5% z Cu Ni% + 0,6 Si% jeśli Cu 0,5% - ilości śladowe P 0,200, ilości śladowe Bi 0,200%, ilości śladowe Sn 0,150%, ilości śladowe As 0,100%, ilości śladowe Sb 0,150% z 0,050% P% + Bi% + Sn% + As% + Sb% 0,200%, - ilości śladowe Al 0,060% - ilości śladowe Ca 0,050% - ilości śladowe B 0,01% - ilości śladowe S 0,0200% - ilości śladowe Te 0,020% - ilości śladowe Se 0,040% - ilości śladowe Pb 0,070% - ilości śladowe Nb 0,050% - ilości śladowe Ti 0,050% a resztę stanowi żelazo i zanieczyszczenia wynikające z obróbki. Według wariantu wynalazku, zawartość Si jest między 0,10% i 1,0%. Stosunek Mn%/Si% jest korzystnie wyższy lub równy 0,4. Przedmiotem wynalazku jest również sposób kształtowania na gorąco elementu stalowego, który charakteryzuje się tym, że: - wykonuje się kęs stalowy o wcześniej podanym składzie, - ewentualnie poddaje się go obróbce cieplnej nadającej mu pierwotną strukturę sferoidalną, - podgrzewa się go do temperatury pośredniej między temperaturą solidusu i likwidusu, w takich warunkach, że frakcja stała ma strukturę sferoidalną, - wykonuje się tiksokucie tego kęsa, aby otrzymać wymieniony element, - po czym wykonuje się chłodzenie tego elementu. Wymienione tiksokucie ma korzystnie miejsce w strefie temperatur, w których frakcja materiału ciekłego znajdująca się w kęsie mieści się w zakresie od 10 i 40%. Wymienione chłodzenie korzystnie przeprowadza się w powietrzu uspokojonym. Wymienione chłodzenie przeprowadza się z prędkością niższą niż prędkość, którą dostarczyłoby naturalne chłodzenie powietrzem. Przedmiotem wynalazku jest również element ze stali tiksokutej, który charakteryzuje się tym, że jest wytworzony wyżej podanym sposobem. Jak widać, wynalazek polega głównie na dodaniu do stali na konstrukcję mechaniczną o zwykłym składzie, pierwiastka wybranego spośród fosforu, bizmutu, cyny, arsenu i antymonu, a również krzemu, w określonych proporcjach. Te analityczne modyfikacje czynią stal szczególnie dobrze przystosowaną do kształtowania elementu, który jest utworzony przez sposób tiksokucia. Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia udział fazy ciekłej w stali, w funkcji temperatury dla stali odniesienia i dla stali według wynalazku, a fig. 2 przedstawia tę samą wielkość dla innej pary, stali odniesienia i stali według wynalazku. Aby zmniejszyć obciążenia narzędzi podczas tiksokucia, i aby ułatwić to tiksokucie, specjalista z tej dziedziny dysponuje pierwszym rozwiązaniem, które polega, jak zaznaczono, na obniżeniu temperatur roboczych przez dodanie węgla. To rozwiązanie umożliwia obniżenie temperatury likwidusu i solidusu, jednak ma również tę wadę, że znacznie wpływa na własności mechaniczne stali. Stwierdzono, że pozytywnym skutkiem dla obciążeń narzędzi do kucia, mogłoby być dodanie pierwiastków mających znaczną skłonność do segregacji na granicach ziaren: krzem, fosfor, bizmut, cyna, arsen i antymon. Ta znaczna segregacja nie jest zwykle konieczna. W wyniku, topienie takich
4 PL 206 007 B1 stref segregowanych w temperaturze niższej od solidusu, na ogół zwanej temperaturą przepalania, jest szkodliwe dla klasycznych operacji kształtowania na gorąco jak walcowanie i kucie. Dla danej temperatury kucia lub walcowania, niższej od temperatury solidusu dla osnowy odkształcanego metalu, obecność stref ciekłych wymuszonych pierwiastkami segregującymi o niskich temperaturach topienia, nawet przy bardzo małej ich masie (kilku %) będzie, na granicach ziaren stałych, prowadzić do rozpadu kształtowanego materiału; ta część stała, pilotująca mechanizmy odkształcania w tym sposobie kształtowania i siły konieczne do kształtowania, prowadzi do pęknięć materiału (całkowitych lub częściowych) szkodliwych dla wykonywanego wyrobu i dla jego własności. W przypadku, gdy faza ciekła jest wyższa o 10%, to jest to przypadek występujący przy tiksokuciu, materiał jest dwufazowy, co powoduje bardzo różne jego zachowania podczas odkształcania. Cząstki stałe zawarte są w cieczy, a jeśli istnieje kontakt (zwany mostem) między cząstkami stałymi, to te bardzo małe siły konieczne do wywołania pęknięć nie są powodem zniszczenia materiału. W przypadku tiksokucia. gdy temperatura przepalania jest znacznie przekroczona, topienie stref segregowanych tworzy kieszenie z cieczą, które ułatwiają i przyspieszają tworzenie się fazy ciekłej wewnątrz stali. Jest to zaleta ułatwiająca stosowanie tego sposobu. Można zatem otrzymywać ilości fazy ciekłej koniecznej do dobrego przeprowadzenia tiksokucia w temperaturze niższej od temperatury zwykle niezbędnej wówczas, gdy nie dodaje się co najmniej jednego z pierwiastków takiego jak fosfor, bizmut, cyna, arsen lub antymon, wówczas, gdy suma zawartości tych pierwiastków wynosi co najmniej 0,050%, Suma pierwiastków fosforu, bizmutu, cyny, arsenu i antymonu nie powinna więc przekraczać 0,200%, aby uniknąć wymienionych problemów podczas walcowania na gorąco lub kucia, umożliwiających otrzymanie kęsa przeznaczonego do poddania go tiksokuciu. Oczywiście, w przypadku dodania arsenu podczas przygotowywania ciekłego metalu, muszą być podjęte wszystkie konieczne środki ostrożności, ze względu na wydobywające się toksyczne pary, aby nie zatruć personelu stalowni. Faktycznie, występowanie arsenu wynika najczęściej z dodatku miedzi lub cyny, gdzie arsen występuje na ogół jako zanieczyszczenie. Podobnie, arsen jest pierwiastkiem również bardzo silnie segregacyjnym. Konieczne jest więc zapewnienie, że połączenie go z innymi dodatkami pierwiastków segregacyjnych, nie doprowadzi do szkodliwych przemian w czasie obróbki na gorąco. Zawartość węgla w stalach według wynalazku, może zmieniać się między 0,35% i 2,5%. Przy tym warunku, można otrzymać struktury metalu, własności mechaniczne i własności zwykle pożądane dla stalowych elementów tiksokutych, stosowanych w konstrukcjach mechanicznych. Zawartość węgla musi być wybrana zależnie od przeznaczenia. Zawartość krzemu w stalach według wynalazku, może zmieniać się między 0,10 i 1,0%, ale może dojść aż do 3,0% jeśli oczekuje się szczególnego skutku działania pierwiastka segregującego i jeśli koszt dużej ilości dodatku krzemu nie wydaje się nadmierny dla producenta. Podobnie jak węgiel, krzem umożliwia obniżenie temperatury solidusu i likwidusu, i rozszerzenie przedziału krzepnięcia. Wywiera on również skutek synergetyczny, na segregację innych pierwiastków. Umożliwia on również poprawienie płynności metalu. Zawartość manganu może mieścić się w przedziale między 0,10 i 2,0%. Zawartość ta musi być dopasowana, w funkcji żądanych własności mechanicznych, w powiązaniu z zawartością węgla i krzemu. Zawartość ta wpływa stosunkowo mało na temperaturę likwidusu i solidusu. Ale, jeśli płynność jest wysoka z powodu znacznej zawartości krzemu (na przykład 1% lub więcej), zbyt mała zawartość manganu nie zapewnia wystarczających własności mechanicznych metalu podczas chłodzenia w czasie odlewania w sposób ciągły, gdzie powstaje ryzyko pojawienia się pęknięć. Pęknięcia takie mogą również pojawiać się, z tych samych powodów, podczas chłodzenia następującego po tiksokuciu, tym bardziej, że znaczne zmiany grubości elementu prowadzą do znacznego zakresu prędkości miejscowego chłodzenia. Zatem, stwarza się naprężenia wywołujące pojawianie się pęknięć, jeśli własności mechaniczne stali są niewystarczające. Z tych powodów korzystne jest, aby stosunek Mn%/Si% był wyższy lub równy 0,4. Zawartość chromu może mieścić się w przedziale między ilościami śladowymi i 4,5%. Zawartość molibdenu może mieścić się w przedziale między ilościami śladowymi i 2,0%. Zawartość niklu może mieścić się w przedziale między ilościami śladowymi i 4,5%. Regulacja zawartości chromu, molibdenu i niklu umożliwia zapewnienie własności mechanicznych wykonanym elementom, takich jak wytrzymałość na zerwanie, granica plastyczności i udarność. Zawartość wanadu może mieścić się w przedziale między ilościami śladowymi i 0,5%.
PL 206 007 B1 5 Dla niektórych zastosowań, w których udarność nie jest znaczna, pierwiastek ten umożliwia otrzymanie stali o bardzo wysokich własnościach mechanicznych, umożliwiających zastąpienie nimi stali bardziej kosztownych, o dużej zawartości chromu i/lub molibdenu i/lub niklu. Zawartość miedzi może mieścić się w przedziale między ilościami śladowymi i 3,5%. Pierwiastek ten umożliwia podwyższenie własności mechanicznych, poprawienie wytrzymałości na korozję i obniżenie temperatury solidusu. Należy zauważyć, że jeśli miedź występuje w ilościach zwiększonych (0,5% i więcej), konieczne jest również dodanie niklu i/lub krzemu w ilościach wystarczających do uniknięcia problemów przy walcowaniu na gorąco lub kuciu. Uważa się, że jeśli Cu% 0,5% trzeba, żeby Cu% Ni% + 0,6 Si%. Jeśli chodzi o pierwiastki segregacyjne, których obecność jest typowa dla wynalazku, suma zawartości fosforu, bizmutu, cyny, arsenu i antymonu powinna być co najmniej 0,050% i nie powinna przekraczać 0,200%. Pierwiastki te mogą występować same lub razem. Jeśli występują same (czyli, że inne podane pierwiastki występują tylko w ilościach śladowych), to konieczne jest, aby ich zawartość wynosiła: co najmniej 0,050% fosforu, lub 0,050% bizmutu, lub 0,050% cyny, lub 0,050% arsenu lub 0,050% antymonu. Zawartość glinu i wapnia, to jest pierwiastków odtleniających, mieści się w przedziale między ilościami śladowymi i, odpowiednio 0,060% dla glinu i 0,0050% dla wapnia. Zawartość boru, to jest pierwiastka hartownego, mieści się w przedziale między ilościami śladowymi i 0,010%. Zawartość siarki mieści się w przedziale między ilościami śladowymi i 0,200%. Zwiększona zawartość poprawia zdolność do obróbki skrawaniem metalu, w szczególności, jeśli dodane są takie pierwiastki jak tellur (aż do 0,020%), selen (aż do 0,040%) i ołów (aż do 0,070%). Pierwiastki te poprawiające obrabialność, mają tylko niewielki wpływ na temperatury solidusu i likwidusu. Wówczas, gdy w znacznych ilościach dodawana jest siarka, w celu zapobieżenia powstawania wad podczas walcowania na gorąco, należy zachować stosunek Mn%/S% co najmniej 4. Zastosowanie dodatku niobu i tytanu umożliwia zachowanie wielkości ziaren. Ich dopuszczalne zawartości maksymalne wynoszą 0,050%. Przykłady składów stali zgodnych z wynalazkiem i stali odniesienia stosowanych korzystnie do wytwarzania elementów tiksokutych podane są w tabeli 1, razem z własnościami mechanicznymi R e (granica plastyczności) i R m (wytrzymałość na rozciąganie) otrzymane dla elementów tiksokutych po chłodzeniu w powietrzu uspokojonym. Skład procentowy wyrażony jest wagowo w 10-3 %, a R e i R m są wyrażone w MPa. T a b e l a 1: Składy próbek stali według wynalazku i stali odniesienia (w 10-3 %) i ich własności mechaniczne (w MPa) Nr C Mn Si Cr Mo Ni V Cu S Al P R e R m 1 502 1391 200 164 <5 152 <5 194 315 <0,3 15 423 773 2 493 1451 990 156 <5 152 2 201 302 1 26 510 852 3 505 1420 256 166 <5 159 <5 196 287 3 55 455 856 4 526 1478 255 156 <5 150 <5 200 315 2 97 482 866 5 508 1425 220 164 <5 155 121 203 306 7 58 583 877 6 500 1209 279 153 <5 155 7 204 83 21 99 484 871 7 508 1178 202 108 <5 158 6 204 70 25 187 528 885 8 496 1454 945 156 <5 158 <5 202 291 <0,3 55 498 877 W tych przykładach, stale według wynalazku (nr 3 do 8) zawierają dodatek fosforu o zawartości tego pierwiastka między 0,050 i 0,200%. W stosunku do dwóch stali odniesienia o niskiej zawartości fosforu (0,015 i 0,026%), nie notuje się pogorszenia własności mechanicznych. Tabela 2 przedstawia skład stali odniesienia i skład stali według wynalazku, który jest porównywalny do tego, do którego wprowadzono fosfor i zwiększono zawartość krzemu. T a b e l a 2: Skład próbek stali odniesienia i stali według wynalazku (w 10-3 %) C Mn Si Cr Mo Ni Cu V P S Al Odniesienie 392 1383 523 193 29 87 118 88 8 56 25 Wynalazek 396 1405 620 158 21 85 151 89 96 85 2
6 PL 206 007 B1 Fig. 1 przedstawia stosunek faza ciekła/faza stała w tych stalach, w funkcji temperatury. Dla stali odniesienia, mierzona temperatura solidusu wynosi 1415 C, podczas gdy dla stali według wynalazku temperatura wynosi 1375 C. Mierzone temperatury likwidusu wynoszą odpowiednio 1525 C i 1520 C. Dodatek fosforu i krzemu miał więc znaczny wpływ jedynie na temperaturę solidusu, ale to wystarczyło, aby rozszerzyć znacznie (o 35 C) zakres krzepnięcia. Należy również zauważyć, że zakres temperatur, w których frakcja ciekła stali zawarta jest między 10 i 40%, i który jest uważany zwykle jako korzystniejszy dla tiksokucia, wynosi: - dla stali odniesienia, od 1437 do 1468 C; - dla stali według wynalazku, od 1427 do 1463 C. Obserwuje się więc, obniżenie rzędu 5 do 10 C tego zakresu i rozszerzenie o 5 C, wszystkie cechy idą w kierunku najmniejszego obciążenia narzędzia podczas tiksokucia i większej łatwości otrzymania korzystnych warunków do dobrego przeprowadzenia operacji. Skutek ten będzie lepszy, jeśli zwiększy się ilość dodanego fosforu, lub poprzez dodanie również innych pierwiastków segregujących w granicach, które były omówione powyżej. Tabela 3 przedstawia skład stali odniesienia i stali według wynalazku, która jest porównywalna z poprzednią z tym, że wprowadza się fosfor, krzem, mangan, (aby skompensować dodatek krzemu, zachowuje się odpowiedni stosunek Mn%/Si%) i siarkę. T a b e l a 3: Skład próbek stali odniesienia i stali według wynalazku (w 10-3 %) C Mn Si Cr Mo Ni Cu P S Al Odniesienie 0,377 0,825 0,19 0,167 0,039 0,113 0,143 0,007 0,009 0,022 Wynalazek 0,396 1,405 0,62 0,158 0,021 0,085 0,151 0,095 0,085 0,002 Fig. 2 przedstawia stosunek faza ciekła / faza stała w tych stalach, w funkcji temperatury. Dla stali odniesienia, mierzona temperatura solidusu wynosi 1430 C, podczas gdy dla stali według wynalazku wynosi 1378 C. Mierzone temperatury likwidusu są odpowiednio 1528 C i 1521 C. Zakres krzepnięcia był więc rozszerzony o 45 C. Zakres temperatury, w której stała frakcja stali zawarta jest między 10 i 40% wynosi: - dla stali odniesienia, od 1470 do 1494 C, - dla stali według wynalazku, od 1428 do 1464 C. Obserwuje się więc, obniżenie rzędu od 30 do 42 C tego przedziału i wzrost jego zakresu o 12 C. Jeśli chodzi o określenie temperatur solidusu i likwidusu, biorąc pod uwagę stosowanie wynalazku, należy zauważyć, że nie zawsze mogą one być zgodne z tymi, które oblicza się na podstawie składu stali za pomocą wzorów dostępnych w literaturze klasycznej. W rzeczywistości, wzory te są ważne w przypadku przejścia stali z fazy ciekłej w fazę stałą, podczas krzepnięcia i chłodzenia stali, i dla prędkości chłodzenia kilku stopni na minutę. W przypadku pomiarów wykonanych przy zastosowaniu tiksokucia, muszą one być wykonane wychodząc ze stali w fazie stałej i dochodząc do fazy ciekłej, to znaczy podczas podgrzewania, a następnie topienia stali. Próby są również wykonywane w warunkach wzrostu temperatury rzędu wielu dziesiątków stopni na minutę, odpowiadających warunkom ogrzewania wstępnego w operacji tiksokucia. Klasycznie, wykonanie operacji tiksokucia na stalach według wynalazku, musi być poprzedzone sferoidyzacyjną obróbką cieplną struktury pierwotnej kęsa, jeśli taka struktura sferoidalna nie została mu wcześniej nadana i jeśli doświadczenie wykazało, że nie może być ona otrzymana podczas ogrzewania elementu, prowadzącego do operacji tiksokucia. Otrzymanie takiej struktury sferoidalnej przed tiksokuciem, dla stali o określonym składzie i określonej obróbce, może być zweryfikowane, jeśli kęs chłodzi się gwałtownie zanim wykona się jego tiksokucie. Obserwuje się wówczas strukturę taką, jaka była przed chłodzeniem. Jeśli chodzi o operację chłodzenia elementu, następującą po jego tiksokuciu, to chłodzenie to powinno być przeprowadzone powietrzem uspokojonym, a nie wymuszonym, jak to ma często miejsce w przypadkach dla tego rodzaju elementów, kiedy element ma bardzo znaczne zmiany przekroju, na przykład wówczas, gdy cienkie ścianki (1 do 2 mm) łączone są z grubymi strefami (5 do 10 mm lub więcej). Nie stosuje się w tym przypadku powietrza wdmuchiwanego, ponieważ powstaje ryzyko wprowadzenia bardzo znacznych naprężeń resztkowych między cienkie ścianki i grube strefy. W takich miejscach powstawałyby wady powierzchni pogarszające własności elementu tiksokutego.
PL 206 007 B1 7 W pewnych przypadkach, może być niezbędne spowolnienie chłodzenia elementu, co sprzyja powstawaniu jednolitości strukturalnej różnych części elementu. W związku z tym, można prowadzić element w tunelu o regulowanej temperaturze w przedziale, na przykład, 200-700 C. Natomiast, jeśli element tiksokuty nie ma takich znacznych zmian przekroju, to może być dopuszczalne przeprowadzenie chłodzenia powietrzem wdmuchiwanym. Takie chłodzenie może być korzystne do otrzymania jednolitej struktury metalurgicznej w całym przekroju elementu i dobrych własności mechanicznych. Zastrzeżenia patentowe 1. Stal na konstrukcję mechaniczną, znamienna tym, że jej skład chemiczny zawiera, w procentach wagowych: - 0,35% C 1,2% - 0,10% Mn 2,0% - 0,10% Si 3,0% - ilości śladowe Cr 4,5% - ilości śladowe Mo 2,0% - ilości śladowe Ni 4,5% - ilości śladowe V 0,5% - ilości śladowe Cu 3,5% z Cu Ni% + 0,6 Si% jeśli Cu 0,5% - ilości śladowe P 0,200, ilości śladowe Bi 0,200%, ilości śladowe Sn 0,150%, ilości śladowe As 0,100%, ilości śladowe Sb 0,150% z 0,050% P% + Bi% + Sn% + As% + Sb% 0,200%, - ilości śladowe Al 0,060% - ilości śladowe Ca 0,050% - ilości śladowe B 0,01% - ilości śladowe S 0,200% - ilości śladowe Te 0,020% - ilości śladowe Se 0,040% - ilości śladowe Pb 0,070% - ilości śladowe Nb 0,050% - ilości śladowe Ti 0,050% a resztę stanowi żelazo i zanieczyszczenia wynikające z obróbki. 2. Stal według zastrz 1, znamienna tym, że zawartość Si mieści się w przedziale między 0,10% i 1,0%. 3. Stal według zastrz 1 albo 2, znamienna tym, że stosunek Mn%/Si% jest wyższy lub równy 0,4. 4. Sposób kształtowania na gorąco elementu stalowego, znamienny tym, że: - wykonuje się kęs stalowy o składzie: -0,35% C 1,2% - 0,10% Mn 2,0%, korzystnie Mn%/Si% 0,4-0,10% Si 3,0%, korzystnie 0,10% Si 1,0%, - ilości śladowe Cr 4,5% - ilości śladowe Mo 2,0% - ilości śladowe Ni 4,5% - ilości śladowe V 0,5% - ilości śladowe Cu 3,5% z Cu Ni% + 0,6 Si% jeśli Cu 0,5% - ilości śladowe P 0,200, ilości śladowe Sn 0,150%, ilości śladowe As 0,100%, ilości śladowe Sb 0,150% z 0,050% P% + Bi% + Sn% + As% + Sb% 0,200%, - ilości śladowe Al 0,060% - ilości śladowe Ca 0,050% - ilości śladowe B 0,01% - ilości śladowe S 0,200% - ilości śladowe Te 0,020% - ilości śladowe Se 0,040% - ilości śladowe Pb 0,070%
8 PL 206 007 B1 - ilości śladowe Nb 0,050% - ilości śladowe Ti 0,050% a resztę stanowi żelazo i zanieczyszczenia wynikające z obróbki, - ewentualnie poddaje się go obróbce cieplnej nadającej mu pierwotną strukturę sferoidalną, - podgrzewa się go do temperatury pośredniej między temperaturą solidusu i likwidusu, w takich warunkach, że frakcja stała ma strukturę sferoidalną, - wykonuje się tiksokucie tego kęsa, aby otrzymać wymieniony element, - po czym przeprowadza się chłodzenie tego elementu. 5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że wymienione tiksokucie ma miejsce w strefie temperatur, w której frakcja materiału ciekłego znajdująca się w kęsie zawarta jest między 10 i 40%. 6. Element ze stali kutej, znamienny tym, że jest wytwarzany sposobem kształtowania na gorąco według jednego z zastrz. 4 do 5.
PL 206 007 B1 9 Rysunki
10 PL 206 007 B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,00 zł.