ELMIA föredrag värmebehandlad stång
Transcription
ELMIA föredrag värmebehandlad stång
VÄRMEBEHANDLAD STÅNG FRÅN OVAKO VARFÖR VÄRMEBEHANDLING? • • • • • GÖRA HÅRT (HÄRDA) GÖRA MJUKT (GLÖDGA) GÖRA SEGT (SEGHÄRDA, NORMALISERA) FÖRBÄTTRA SKÄRBARHETEN (ETAPPGLÖDGA) TA BORT SPÄNNINGAR (AVSPÄNNINGSGLÖDGNING) NORMALISERING • Austenisering i ca. 850-900oC, kylning i luft – I princip leder normalisering till samma struktur som efter enbart valsning, men en betydligt finare kornstorlek, vilket ökar stålets seghet – Normalisering görs främst i ferritisk-perlitiska stål – Feriitisk-perlitiska mikrolegerade ståls hållfasthet går ned ca. 50 MPa vid normalisering – Mikrolegerade konstruktionsstål (t.ex Ovako 520/S355J2) är tillräckligt sega i enbart valsat tillstånd, kan levereras i tillstånd +N enbart valsade – I vissa gränsfall används normalisering för att göra strukturen jämnare och hårdhetsspridningen mindre för skärande bearbetning HÄRDNING -VÄRMNING CA. 850 – 900oC (strukturen blir omvandlad till austenit) -SNABB KYLNING I VATTEN, ELLER OLJA, (strukturen omvandlas helt eller delvis till hård och oftast spröd martensit) -HÅRDHETEN EFTER HÄRDNING BEROR PÅ C% OCH HÄRDBARHETEN Olegerat C45E, SS1672 härdning i vatten Ø75 mm Ø50 mm Ø25 mm Ø13 mm Ø10mm Hårdhet HRC 70 60 50 40 30 20 SEGHÄRDNING • Efter härdning i vatten eller olja anlöps materialet omedelbart 1 – 3 h i temperatur mellan 500 – 700oC. – Den hårda och spröda martensiten mjuknar och blir segare – Man får en ypperlig kombination av god hållfasthet /seghet – Hållfastheten (hårdheten) kan regleras med anlöpningstemperatur och tid, som kan utläsas från anlöpningsdiagram – De olika seghärdningsstålens hållfasthetskrav för olika dimensioner baserar sig på stålens härdbarhet SEGHÄRDNINGSSTÅLENS HÄRDBARHET Jominydiagram för seghärdningsstål 60 55 Hårdhet HRC 50 45 CK45 (SS1672) 25CrMo4 (SS2225) 40 34CrMo4(SS2234) 42CrMo4(SS2244) 35 34CrNiMo6(SS2541) 30CrNiMo8 30 25 20 0 10 20 30 40 Avstånd från kyld ända, mm 50 60 SEGHÄRDNINGSSTÅL ANALYS SEGHÄRDNINGSSTÅL ENLIGT SS OCH EN 10083, SAMMANSÄTTNING C% Si % Mn % P% S %* Cr % Mo % Ni % SS11672 0,42/0,50 0,10/0,40 0,50/0,80 max 0,035 max 0,035 CK 45E 0,42/0,50 max 0,40 0,50/0,80 max 0,030 max 0,035 max 0,40 max 0,10 max 0,40 SS2225 0,22/0,29 0,10/0,40 0,60/0,90 max 0,035 max 0,035 0,90/1,20 0,15/0,30 25CrMo4 0,22/0,29 max 0,40 0,60/0,90 max 0,025 max 0,035 0,90/1,20 0,15/0,30 SS2244 0,38/0,45 0,10/0,40 0,60/0,90 max 0,035 max 0,035 0,90/1,20 0,15/0,30 42CrMo4 0,38/0,45 max 0,40 0,60/0,90 max 0,025 max 0,035 0,90/1,20 0,15/0,30 SS2541 0,32/0,39 0,10/0,40 0,50/0,80 max 0,035 max 0,035 1,30/1,70 0,15/0,30 1,30/1,70 34CrNiMo6 0,30/0,38 max 0,40 0,50/0,80 max 0,025 max 0,035 1,30/1,70 0,15/0,30 1,30/1,70 30CrNiMo8 0,26/0,34 max 0,40 0,50/0,80 max 0,025 max 0,035 1,80/2,20 0,30/0,50 1,80/2,20 *CK45R, 25CrMoS4, 42CrMoS4 har S 0,020/0,040 % SEGHÄRDNINGSSTÅL ENLIGT EN 10083-3, MIN. BROTTGRÄNS Rm, N/mm2 1300 >1200 för hårt för riktning av stång efter seghärdningen 1200 Brottgräns Rm, N/mm2 1100 1000 900 25CrMo4 42CrMo4 800 34CrNiMo6 30CrNiMo8 700 600 500 400 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Rundstångs diameter, mm 180 200 220 240 260 SEGHÄRDNINGSSTÅL ENLIGT SS-NORM, MIN. BROTTGRÄNS Rm, N/mm2 1300 1200 Brottgräns Rm, N/mm2 1100 SS2225-06 1000 SS2225-03 SS2225-04 900 SS2225-05 SS2244-04 800 SS2244-05 SS2541-08 700 SS2541-03 SS2541-05 SS2541-04 600 500 400 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Rundstångs diameter, mm 180 200 220 240 260 EXEMPEL PÅ JÄMFÖRBARA TIILSTÅND SS OCH EN TYPISKA OVAKO M-STÅLS VÄRDEN SEGHÄRDAD STÅNG STÅL Diam. mm Rm min N/mm2 Re min N/mm2 A min % Z min % KV min J Hårdhet HB SS2225-03 max. 100 700...850 500 17 60 - 205-250 SS2225-04 max. 100 800…950 600 15 55 25CrMo4 >40..100 700…850 450 15 60 50 - OVAKO >40..100 800 660 18,5 65 140 250 SS2244-04 max. 160 800…950 600 14 55 42CrMo4 >100…160 800…950 550 13 50 35 - OVAKO >100…160 860 710 17,5 58 95 270 SS2541-03 max. 250 900…1100 700 12 45 34CrNiMo6 >100…160 900…1100 700 12 55 45 - OVAKO >100…160 990 865 15,5 59 72 310 235-285 - 235-285 270-325 Brottgräns-hårdhetskrav SS-norm - Vid konstruktion av komponenter är oftast hållfasthetskraven primära, hårdhetskraven härleds från brottgränsen - Hårdhet enkel att mäta jämfört med hållfasthet, t.ex. vid kvalitetskontroll och vid övervakning av värmebehandling - SS seghärdningsstålen har både brottgäns och hårdhetskrav, t.ex SS2541-03 Rm 900 -1100 N/mm2, HB 270-325 - Gammal omvandlingstabell för stål ger hårdheten 267- 325 HB - Denna omvandling stämmer inte för seghärdat stål, den stämmer endast för obehandlat, glödgat eller normaliserat stål - Ny standard för omvandling av hårdhetsvärden EN ISO 18265 från 2004, egen tabell för seghärdat stål Omvandling av brottgränskrav till hårdhet enligt EN ISO 18265, HB ny seghärdat 400 Hårdhet HBW 350 300 HB gammal HB ny 250 200 150 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 Brottgräns, Rm N/mm2 SEGHÄRDADE STÅL FÖR BULT NY BULTNORM ISO 898-1:2009 Ovako levererar stål färdigt seghärdat enligt klass 8.8 eller 10.9 testat enligt stålnorm (bultnormens krav är relaterade till gängans diameter) Nya krav i bultnormen 2009: -P och S max 0,025% (från max 0,035%) -Slagseghetskrav KV-20oC min 27 J (från KU+20oC min 27J) -krav på min 90% martensit i centrum även för 8.8 (tidigare endast för 10.9) Bultnormen gäller enbart upp till gängmått M39, men man hänvisar ofta till denna norm även för grövre dimensioner OLIKA BULTSTÅL STEEL/CLASS 8.8 10.9 42CrMo4 B7 1) L7 1) 42CrMo4 34CrNiMo6 STANDARD ISO 898-1 ISO 898-1 EN10269 ASTM A 193 ASTM A320 EN10083-3 EN10083-3 DIA, max mm M39 M39 M64 65 40 40 Rm min, N/mm2 830 1040 860 860 1000 1100 1200 1300 750 900 11 10 45 45 Rm max, N/mm2 Rp0,2 min, N/mm2 860 1060 660 940 730 A4 min % 720 725 16 16 A5 min % 12 9 14 Z min % 52 48 50 HB min 242 304 HB max 318 361 Impact KV min. J 27 27 27 / 40 27 35 45 Temp. oC -20 -20 -100 / -40 -101 +20 +20 1) B7 och L7 motsvarar AISI 4140 ~42CrMo4 analysmässigt 50 50 321 321 FÄRDIGT SEGHÄRDAD STÅNG - SEGHÄRDNING AV BEARBETAD KOMPONENT Kostnad: Färdigt seghärdat blir billigare Skärbarhet: Ofta ojämn hårdhet enbart valsat, ger problem vid skärande bearbetning, seghärdat material har jämna egenskaper och därför bättre att bearbeta (M-stål) Formförändringar: inga formförändringar efter bearbetningen Sprickor: Större risk för härdsprickor vid härdning av bearbetad detalj med varierande godstjocklek Seghärdad stång Rm > 1200 N/mm2 kan inte riktas, induktionshärdad från Ovako Hällefors en lösning NÅGRA EGENSKAPER I SEGHÄRDAD STÅNG SVETSBARHET: På grund av den höga härdbarheten och relativt höga kolhalten bildas lätt spröd martensit vid svetsen vilket kan ge sprickor. Minst härdbara 25CrMo4/SS2225 är lättast att svetsa i. Om man måste svetsa bör materialet förvärmas för att dämpa kyleffekten i svetsområdet. INDUKTIONSHÄRDNING: Bäst lämpad är 42CrMo4/SS2244. Man kommer upp i över 55 HRC ythårdhet. Även andra seghärdningsstål kan induktionshärdas, men hårdheten blir inte lika hög. Seghärdad utgångsstruktur ger högre hårdhet än glödgad. GLÖDGNING • SFÄROIDISERANDE GLÖDGNING FÖR MJUKAST MÖJLIGA RESULTAT (t.ex. för kallformning av seg- och sätthärdningsstål, skärande bearbetning av högkolhaltigt stål) – Temperatur i början något över omvandlingstemperaturen A1 (ca. 720oC) – Långsam kylning mot ca. 600-650oC – Idealstrukturen mjuk ferritmatris med jämnt fördelade globulära karbider – Hårdhet i lågkolhaltigt stål under 140 HB, högkolhaltigt under 200 HB – Behandlingstid 15 – 30 h – Kräver noggrann kontroll av temperaturerna i processen GLÖDGNING • UNDERKRITISK GLÖDGNING (nedanför omvandlingstemperaturen A1) TYPISKT 680oC – Hårdheten sänks med ökad hålltid, typiskt 5 – 20 h – För skärande bearbetning – För kallklippning eller sågning – Mindre krävande process, men ger inte lika låg hårdhet som överkritisk sfäroidiserande glödgning ETAPPGLÖDGNING • AUSTENISERING 850 – 900oC VAREFTER HÅLLNING I ”PERLITNOSEN” CA. 650oC 1 – 5 h. – För att få en helt ferritisk-perlitisk relativt mjuk struktur som är lätt att bearbeta (bra spånbrytning, liten förslitning) – Används främst för mera legerade sätthärdningsstål som vid luftkylning är för hårda pga. inslag av härdstrukturer – hårdheten i den ferritisk-perlitiska strukturen beror på andelen perlit (kolhalten) – För kort hålltid kan leda till härdning och ojämn hårdhet om inte all austenit hunnit omvandlas när materialet tas ut ur ugnen AVSPÄNNINGSGLÖDGNING • Relativt kort glödgning under A1, t.ex. 1- 2 h i 500 – 650oC • löser ut spänningar från riktning och tidigare värmebehandlingar utan att påverka de mekaniska egenskaperna nämnvärt • mjukar upp kalldeformerade hårda partier, t.ex. hård ythud efter svarvning och riktpolering • i seghärdat stål görs glödgningen vid en temperatur som är lägre än anlöpningstemperaturen vid själva seghärdningen för att inte de mekaniska egenskaperna skall ändras NY HÄRDUGN I SEGHÄRDNINGSLINJEN I IMATRA FRÅN SARLIN 2009