!HU000007172T2! (19)
HU
(11) Lajstromszám:
E 007 172
(13)
T2
MAGYAR KÖZTÁRSASÁG Magyar Szabadalmi Hivatal
EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA (51) Int. Cl.:
(30) Elsõbbségi adatok: 0512775 2005. 12. 15.
(73) Jogosult: ASCOMETAL, 92400 Courbevoie (FR)
FR
(72) Feltalálók: YOSHIHARA, Nao, Hyogo, 655-0016 (JP); KAWATA, Kazuhisa, Hyogo, 662-0826 (JP); MOUGIN, Julie, F-38530 Pontcharra (FR); LANGUILLAUME, Jacques, F-73110 Arvillard (FR) (54)
HU 007 172 T2
C22C 38/18
(21) Magyar ügyszám: E 06 841905 (22) A bejelentés napja: 2006. 12. 11. (96) Az európai bejelentés bejelentési száma: EP 20060841905 (97) Az európai bejelentés közzétételi adatai: EP 1966407 A1 2007. 07. 19. (97) Az európai szabadalom megadásának meghirdetési adatai: EP 1966407 B1 2009. 10. 07.
(2006.01) C21D 9/02 (2006.01) C22C 38/20 (2006.01) C22C 38/28 (2006.01) C22C 38/24 (2006.01) C22C 38/40 (2006.01) (87) A nemzetközi közzétételi adatok: WO 07080256 PCT/FR 06/002700
(74) Képviselõ: Baranyi Éva, DANUBIA Szabadalmi és Jogi Iroda Kft., Budapest
Rugóacél és eljárás ilyen acél felhasználásával rugó elõállítására, valamint egy ilyen acélból elõállított rugó
A leírás terjedelme 12 oldal (ezen belül 2 lap ábra) Az európai szabadalom ellen, megadásának az Európai Szabadalmi Közlönyben való meghirdetésétõl számított kilenc hónapon belül, felszólalást lehet benyújtani az Európai Szabadalmi Hivatalnál. (Európai Szabadalmi Egyezmény 99. cikk (1)) A fordítást a szabadalmas az 1995. évi XXXIII. törvény 84/H. §-a szerint nyújtotta be. A fordítás tartalmi helyességét a Magyar Szabadalmi Hivatal nem vizsgálta.
1
HU 007 172 T2
A találmány a vaskohászat, közelebbrõl a rugóacél területére vonatkozik. Általában a rugókra gyakorolt fárasztásos erõhatások növekedésével folyamatosan növekszik a rugóktól elvárt keménység és a húzóellenállás. Következésképpen a hibákon, például zárványokon vagy a rugógyártás során keletkezõ felületi hibákon képzõdõ szakadással szembeni érzékenység növekszik, és a fáradási ellenállás egyre korlátozottabbá válik. Másrészt az erõsen korrozív környezetben alkalmazott rugóknak, mint amilyenek például a felfüggesztés rugói, olyan korrózió alatti fárasztásos tulajdonságokkal kell rendelkezniük, amelyek legalább ekvivalensek, sõt jobbak, mivel ezek jobb keménységû és húzó-ellenállású rugókat alkalmaznak. Tehát az ilyen rugók hajlamosak a hibáknál szakadni közvetlenül a levegõn végzett fárasztásos ciklusok alatt, és késõbb a korrozív közegben végzett fárasztásos ciklusok alatt. A korrózió alatti fárasztásnál a hibák a korróziós pontokon tudnak képzõdni. Ezenkívül az alkalmazott igénybevétel növekedésével nehezebbé válik a korrózió alatti fárasztásos élettartam növelése vagy annak ekvivalens szinten történõ fenntartása, tekintettel arra, hogy amikor a rugó keménysége növekszik, kritikusabbá válik a korróziós pontokon, a rugók felületén lévõ olyan hibákon, amelyek adott esetben a rugó tekercselése során vagy a gyártás egyéb lépései során keletkeznek, vagy a nemfémes zárványokon történõ igénybevételek koncentrációja hatása. A szakirodalomból ismert az FR–A–2 740 476 és a JP–A–3 474 373 számú dokumentum (EP 0 943 679 A1), ezek olyan rugóacél fajtát ismertetnek, amelynek jó a hidrogénnel történõ törékenyítéssel szembeni ellenállása, és jó a fáradási ellenállása, és amelyekben a karbo-nitro-szulfid-zárványok, amelyek tartalmaznak legalább egyet a titán, nióbium, cirkónium, tantál és hafnium elemek közül, úgy vannak szabályozva, hogy ezek átlagos mérete kicsi, átmérõje kisebb mint 5 mm, és számuk nagyon nagy (10 000 vagy ennél több egy keresztmetszeten). Ezenkívül a JP 09324219A olyan rugóacél fajtát ismertet, amely tartalmazza a következõ elemeket: Cr, Ni, V, Cu, Ti és Nb, amelynek hidrogénnel történõ törékenyítéssel szembeni ellenállása nagyobb, mint 2000 MPa, és keménysége nagyobb, mint 50 HRC. Az ilyen típusú acéloknál azonban az ipari rugógyártás szerinti lágyítás és megeresztés után a keménysége csak 50 HRC vagy ennél egy kicsit nagyobb, ami 1700 MPa vagy ennél kicsit nagyobb húzóellenállásnak felel meg, ami ritkán nagyobb mint 1900 MPa, és ez 53,5 HRC-keménységnek felel meg. Ezen mérsékelt keménység miatt az ilyen acélnak csak mérsékelt az elernyedéssel szembeni ellenállása, az elernyedéssel szembeni ellenállás javításához egy olyan acélra volna szükség, amelynek nagyobb a húzóellenállása. Az ilyen acél tehát nem biztosít jó kompromisszumot a következõk között: egy nagy ellenállás (ami nagyobb lenne mint 2100 MPa), egy jó keménység (amely nagyobb lenne mint 55 HRC), egy nagy levegõn végzett fáradási ellenállás és egy legalább ekvi-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 2
2
valens, de inkább nagyobb ellenállás fárasztással szemben korrozív közegben, mint ami a rugók számára szükséges. A találmány célja olyan eszközök javasolása, amelyekkel az ismert rugóacélokhoz viszonyítva egyidejûleg valósítható meg a keménység és a rugók húzóellenállásának növelése, továbbá a jobb fárasztási tulajdonságok levegõn, a legalább ekvivalens fárasztásos tulajdonságok korrózió alatt, a rugó jobb ellenállása elernyedéssel szemben és kisebb érzékenysége az olyan felületi hibákkal szemben, amelyek a rugó csavarodása alatt keletkezhetnek. Ezért a találmány tárgya olyan rugóacél, amelynek magas a fáradási ellenállása levegõn és korrozív közegben, és nagy a ciklikus elernyedéssel szembeni ellenálló képessége, és amelynek összetétele tömegszázalékban a következõ: C=0,45–0,70%, Si=1,65–2,50%, Mn=0,20–0,75%, Cr=0,60–2%, Ni=0,15–1%, Mo=nyomok – 1%, V=0,003–0,8%, Cu=0,10–1%, Ti=0,020–0,2%, Nb=nyomok – 0,2%, Al=0,002–0,050%, P=nyomok – 0,015%, S=nyomok – 0,015%, O=nyomok – 0,0020%, N=0,0020–0,0110%, ahol a maradék vas, és a gyártás során keletkezõ szennyezések, és amelynek a Ceq-ekvivalens széntartalma a következõ képlet alapján számítva Ceq%=[C%]+0,12 [Si%]+0,17 [Mn%]–0,1 [Ni%]+0,13 [Cr%]–0,24 [V%] 0,80 és 1,00% közötti, és amelynek keménysége edzés és megeresztés után nagyobb vagy egyenlõ 55 HRC. Egy rúd, egy géphuzal, egy tuskó vagy egy rugó felületén 1,5±0,5 mm¹en 100 mm2 keresztmetszetre megfigyelt Ti¹nitrid vagy ¹karbonitrid maximális mérete elõnyösen 20 mm vagy ennél kisebb, amely méret a négyzetnek tekintett zárványok felületének négyzetgyöke. Elõnyösen az acél összetétele a következõ: C=0,45–0,65%, Si=1,65–2,20%, Mn=0,20–0,65%, Cr=0,80–1,7%, Ni=0,15–0,80%, Mo=nyomok – 0,80%, V=0,003–0,5%, Cu=0,10–0,90%, Ti=0,020–0,15%, Nb=nyomok – 0,15%, Al=0,002–0,050%, P=nyomok – 0,010%, S=nyomok – 0,010%,
1
HU 007 172 T2
O=nyomok – 0,0020%, N=0,0020–0,0110%, a maradék vas és a gyártás során keletkezõ szennyezések. A találmány további tárgya eljárás rugóacél elõállítására, amelynek nagyon jó a levegõn és korrozív közegben a fáradási ellenállása, és nagy az ellenállása a ciklikus elernyedéssel szemben is, amelynek során elõállítunk egy konverterben vagy elektromos kemencében egy folyékony acélt, beállítjuk az összetételét, majd öntjük buga, folytonos henger tuskó vagy rúdöntvény formájában, ezeket hagyjuk szobahõmérsékletre lehûlni, majd hengereljük rúd, géphuzal vagy tuskó formában, majd rugóvá alakítjuk, azzal jellemezve, hogy – az acél egy elõzõekben meghatározott típusú; – a bugákra, hengertuskókra vagy ¹rudakra szilárdulásuk alatt vagy azután 1450 és 1300 °C között egy minimálisan 0,3 °C/s átlagos hûtési sebességet alkalmazunk; – az említett bugát, hengertuskót vagy ¹rudat 1200 és 800 °C között egy vagy két melegítési és hengerlési ciklusban hengereljük; – és az így kapott bugára, géphuzalra vagy tuskóra vagy az ezekbõl elõállított rugóra 850 és 1000 °C között ausztenitesítést alkalmazunk, majd ezután vizes, polimeres vagy olajos edzés következik, majd 300–550 °C között megeresztés következik, és így az acél keménysége nagyobb vagy egyenlõ 55 HRC lesz. A találmány további tárgya az ilyen acélból elõállított rugók és az elõzõ eljárással elõállított acélból készült rugók. Meglepõ módon azt tapasztaltuk, hogy egy elõzõekben meghatározott összetételû és zárványmorfológiával rendelkezõ acélból elõállítás, öntés, hengerlés, edzés és megeresztés után, amelyeket speciális körülmények között végzünk, a kapott keménység nagyobb, mint 55 HRC, ugyanakkor kiváló kompromisszum érhetõ el a hosszú levegõn történõ fárasztásos élettartam és a korrozív közegben történõ fárasztás, a magas ciklikus elernyedési ellenállás és a rugó gyártása során keletkezõ felületi hibák iránti alacsony érzékenység között. A találmány jobban érthetõ lesz a következõ leírás megismerésekor, ezeket az alábbi mellékelt ábrákra történõ hivatkozással egészítjük ki: az 1. ábra, amely a találmány szerinti acélokkal és összehasonlító (referencia) acélokkal végzett keménység és ciklikus elernyedés vizsgálatok eredményeit mutatja; a 2. ábra, amely a találmány szerinti acélokkal és referenciaacélokkal levegõn végzett fárasztásos vizsgálatok eredményeit mutatja; a 3. ábra, amely a találmány szerinti acélokkal és referenciaacélokkal az acél keménysége függvényében a Charpy-képlékenységre vonatkozó vizsgálatok eredményeit mutatja;
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 3
2
a 4. ábra a találmány szerinti acélokkal és referenciaacélokkal az acél keménysége függvényében korrozív közegben végzett fárasztásos vizsgálatok eredményeit mutatja. A találmány szerinti acélnak a következõ követelményeket kell teljesítenie. A széntartalomnak 0,45 és 0,7% között kell lennie. A szén biztosítja az edzés és megeresztés után a húzószilárdság és az acél keménységének a növelését. Ha a széntartalom kisebb, mint 0,45%, a rugógyártáshoz szokásosan alkalmazott hõmérséklet-tartományban nincs olyan lágyítás- és megeresztéskezelés, amely a találmány szerint ismertetett acél nagy szilárdságát és nagy keménységét eredményezné. Másrészt, ha a széntartalom meghaladja a 0,7%¹ot vagy akár a 0,65%¹ot, a darabos és nagyon kemény karbidok krómmal, molibdénnel és vanádiummal kombinálva az edzés elõtt elvégzett ausztenitesítés során nem oldott állapotban maradhatnak, és jelentõsen befolyásolhatják a levegõn a kifáradási élettartamot, a korrozív közegben tapasztalható kifáradási szilárdságot, sõt az alakíthatóságot is. Következésképpen a 0,7% feletti széntartalmat el kell kerülni. Elõnyösen ez a tartalom nem haladja meg a 0,65%¹ot. A szilíciumtartalom 1,65 és 2,5% közötti. A szilícium fontos elem, ez a szilárd oldatban való jelenlétének köszönhetõen biztosítja a nagy szilárdsági és keménységi értékeket, valamint a magas Ceq-ekvivalens szénértékeket és az elernyedéssel szembeni ellenálló képességet. A találmány szerinti acél húzószilárdság és keménység értékei eléréséhez a szilíciumtartalom nem lehet alacsonyabb 1,65%-nál. Ezenkívül a szilícium legalább részlegesen hozzájárul az acél dezoxidációjához. Ha ez a tartalom meghaladja a 2,5%¹ot vagy akár a 2,2%¹ot, az acél oxigéntartalma termodinamikai reakció révén nagyobb lehet, mint 0,0020, sõt 0,0025%. Ez különbözõ összetételû oxidok képzõdésében jelentkezik, amelyek káros hatásúak a levegõn kapott kifáradási szilárdságra. Ezenkívül, ha a szilíciumtartalom nagyobb, mint 2,5%, különbözõ kombinált elemek, például mangán, króm vagy egyebek szegregációja következhet be a szilárdulás alatt, az öntés után. Az ilyen szegregáció nagyon káros a levegõn tapasztalható kifáradási viselkedésre és a korrozív közegben mért kifáradási szilárdságra. Végül, ha a szilíciumtartalom nagyobb mint 2,5%, a rugógyártáshoz szánt rudak vagy huzalok felületén a dekarbonizálás túlságosan nagy lesz ahhoz, hogy abból rugót lehessen készíteni. Ezért a szilíciumtartalomnak nem szabad meghaladnia a 2,5%¹ot, elõnyösen a 2,2%¹ot. A mangántartalom 0,20 és 0,75% közötti. A mangánt a reziduális kénnel együtt, amely nyomnyi mennyiség és 0,015% közötti, olyan mennyiségben kell hozzáadni, amely legalább tízszerese a kéntartalomnak, azért, hogy elkerüljük a vas-szulfidok képzõdését, ami rendkívül káros az acél hengerelhetõségére. Következésképpen legalább 0,20% mangántartalomra van szükség. Ezenkívül a mangán hozzájárul az acél edzése során a szilárd oldattá történõ keménye-
1
HU 007 172 T2
déshez, hasonlóan a nikkelhez, krómhoz, molibdénhez és vanádiumhoz, ami lehetõvé teszi a találmány szerinti acél nagy húzószilárdság-értékeinek, keménységének és a Ceq-ekvivalens szénértékeinek az elérését. Ha a mangántartalom nagyobb, mint 0,75% vagy akár 0,65%, az acél elõállítása és öntése utáni szilárdulási fázisban a szilíciummal együtt szegregáció következhet be. Az ilyen szegregációk károsan hatnak az acél felhasználhatóságára és az acél homogenizálására. Ezért az acél mangántartalmának nem szabad meghaladnia a 0,75%¹ot, vagy inkább a 0,65%¹ot. A krómtartalomnak 0,60 és 2% között kell lenni, elõnyösen 0,80 és 1,70% között. A krómot azért adagoljuk, hogy az ausztenitesítés, a lágyítás és a megeresztés után a szilárd oldatban magas húzószilárdság- és keménységértékeket kapjunk, és hozzájáruljunk a Ceq-ekvivalens szénérték eléréséhez, továbbá azért is, hogy megnöveljük a korrozív közegben a kifáradási szilárdságot. Ezen tulajdonságok eléréséhez a krómtartalomnak legalább 0,60%-nak, elõnyösen legalább 0,80%-nak kell lennie. 2%, sõt akár 1,7% fölötti értékeknél az edzés elõtt elvégzett ausztenitesítési kezelés után a vanádiummal és a molibdénnel kombinációban darabos és nagyon kemény elkülönülõ krómkarbidok keletkezhetnek. Az ilyen karbidok nagymértékben befolyásolják a levegõn a kifáradási szilárdságot. Ezért a krómtartalomnak nem szabad meghaladnia a 2%¹ot. A nikkeltartalom 0,15 és 1% közötti. A nikkelt azért adjuk, hogy növeljük az acél edzhetõségét, továbbá a lágyítás és megeresztés után a húzószilárdságát és keménységét. Mivel ez nem képez karbidokat, a nikkel hozzájárul az acél keményedéséhez, ugyanúgy, ahogy a króm, a molibdén és a vanádium, anélkül, hogy darabos és kemény elkülönülõ karbidok képzõdnének, amelyek az edzés elõtt elvégzett ausztenitesítés alatt nem oldódnának, és károsak lennének a levegõn a kifáradási szilárdságra. A nikkel lehetõvé teszi továbbá a szénekvivalens 0,8 és 1% közötti értékre történõ beállítását a találmány szerinti acélban, amint az szükséges. Mint olyan elem, amely nem oxidálható, a nikkel javítja a korrozív közegben a kifáradási szilárdságot. Annak érdekében, hogy ezek a hatások jelentõsek legyenek, a nikkeltartalomnak nem szabad 0,15%-nál alacsonyabbnak lennie. Ezzel szemben 1%, sõt akár 0,80% fölött a nikkel túl magas reziduális ausztenittartalomhoz vezethet, amelynek jelenléte rendkívül káros a korrozív közegben kapott kifáradási szilárdságra. Ezenkívül a magas nikkeltartalom jelentõsen növeli az acél költségét is. Mindezen okokból a nikkeltartalomnak nem szabad meghaladnia az 1%¹ot, vagy inkább a 0,80%¹ot. A molibdéntartalomnak nyomnyi mennyiség és 1% között kell lennie. A krómhoz hasonlóan a molibdén növeli az acél edzhetõségét, valamint ellenállását. Ezenkívül alacsony az oxidációs potenciálja. Ezen két ok miatt a molibdén elõnyös a levegõn és korrozív közegben mért fáradási ellenállásra. Azonban 1%¹nál, sõt 0,80%-nál magasabb tartalom esetén elõfordulhatnak nagy darabokból álló és nagyon kemény molibdén-karbidok, adott esetben vanádiummal és krómmal kombi-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 4
2
nálva, az edzést megelõzõ ausztenitesítés után. Ezek az elkülönülõ karbidok rendkívül károsak a levegõn kapott kifáradás értékekre. Végül, ha a molibdéntartalom nagyobb mint 1%, az feleslegesen növeli az acél költségét. Ezért a molibdéntartalomnak nem szabad meghaladnia az 1%ot, vagy inkább a 0,80%¹ot. A vanádiumtartalomnak 0,003 és 0,8% között kell lenni. A vanádium olyan elem, amely lehetõvé teszi az edzhetõség, a húzószilárdság és a lágyítás és megeresztés utáni keménység növelését. Ezenkívül a nitrogénnel együtt a vanádium lehetõvé teszi nagyszámú finom vanádium-nitrid vagy vanádium- és titán-nitrid képzõdését, amelyek szubmikroszkopikusak, és elõsegítik a szemcse finomságát és növelik a húzószilárdság és a keménység értékeit a szerkezeti keményedésnek köszönhetõen. Ahhoz, hogy a szemcse finomságához szükséges V és Ti szubmikroszkópos nitridek képzõdését elérjük, a vanádiumnak legalább 0,003%ban jelen kell lennie. Ez az elem azonban drága és a koncentrációját ezen alsó határ közelében kell tartani, ha az elõállítási költség és a szemcsefinomság között kompromisszumot kívánunk elérni. A vanádiumnak nem szabad meghaladni a 0,8, elõnyösen 0,5%¹ot, mivel ezen érték fölött darabos és nagyon kemény vanádiumtartalmú karbidok válnak ki krómmal és molibdénnel kombinálva, amelyek nem oldott állapotban maradhatnak az ausztenitesítés alatt, amely az edzés elõtt következik be. Ez rendkívül kedvezõtlen lehet a találmány szerinti acél levegõn kapott kifáradási viselkedésével, a magas szilárdsági és keménység értékekkel kapcsolatban. Ezenkívül a vanádiumnak a 0,8%¹on túli hozzáadása fölöslegesen növeli az acél árát. A réztartalomnak 0,10 és 1% között kell lennie. A réz olyan elem, amely keményíti az acélt, amikor szilárd oldatban van a lágyítás- és megeresztéskezelés után. Tehát, adagolhatjuk egyéb olyan elemekkel együtt, amelyek hozzájárulnak az acél keménységének és szilárdságának a növeléséhez. Mivel ez nem kombinálódik a szénnel, az acél keménységéhez a kemény és darabos karbidok kialakulása nélkül járul hozzá, amelyek károsak a levegõn kapott kifáradási szilárdságra. Elektrokémiai szempontból a passziválóképessége nagyobb, mint a vasé, következésképpen elõnyös az acél korrozív közegben kapott kifáradási szilárdságára. Annak érdekében, hogy az említett hatások szignifikánsak legyenek, a réztartalom nem lehet alacsonyabb 0,10%-nál. Ezzel szemben 1%¹nál nagyobb, vagy akár 0,90%-nál nagyobb réztartalom esetén a réz rendkívül károsan hat a meleg hengerlési viselkedésre. Ezért a réztartalom nem haladhatja meg az 1%¹ot, vagy inkább a 0,90%¹ot. A titántartalomnak 0,020 és 0,2% között kell lennie. A titánt azért adagoljuk, hogy a nitrogénnel, sõt a szénnel és/vagy a vanádiummal együtt finom szubmikroszkópos nitridek vagy karbonitridek képzõdjenek, amelyek lehetõvé teszik az edzés elõtti ausztenitesítés kezelés alatt az ausztenites szemcsék finomítását. Így a titán növeli az acélban a szemcsék érintkezésének felületét, így a szemcsék érintkezésénél elkerülhetetlenül
1
HU 007 172 T2
szegregálódó szennyezések, például a foszfor mennyiségének a csökkentéséhez vezet. A szemcsék közötti ilyen szegregációk nagyon károsak lennének a levegõn kapott kifáradási szilárdságra és az alakíthatóságra, ha a szemcsék érintkezésénél felületegységre vonatkoztatva nagy koncentrációban lennének jelen. Ezenkívül szénnel és nitrogénnel, sõt vanádiummal és nióbiummal kombinálva a titán egyéb finom nitridek vagy karbonitridek képzõdéséhez vezet, ami bizonyos elemek irreverzíbilis befogását váltja ki, ilyen például a hidrogén, amely korróziós reakciók során képzõdik, és ezek rendkívül károsak lehetnek a korróziós közegben kapott kifáradási szilárdságra. A jó hatékonyság érdekében a titántartalom nem lehet kisebb mint 0,020%. Ezzel szemben 0,2%, sõt akár 0,15% fölött a titán nagy, darabos és kemény nitridek vagy karbonitridek képzõdéséhez vezethet, amelyek rendkívül károsak a levegõn kapott kifáradási szilárdságra. Ez utóbbi hatás még károsabb a találmány szerinti acél esetében a nagy húzószilárdság- és keménységértékekre. Ezen okok miatt a titántartalom nem lehet nagyobb, mint 0,2%, elõnyösen mint 0,15%. A nióbiumtartalomnak nyomnyi mennyiség és 0,2% között kell fennie. A nióbiumot azért adagoljuk, hogy a szénnel és nitrogénnel kombinálva rendkívül finom nitrid és/vagy karbid és/vagy karbonitrid szubmikroszkópos csapadékokat alkosson, amelyek lehetõvé teszik különösen abban az esetben, amikor az alumíniumtartalom alacsony (például 0,002%), az edzés elõtt elvégzett ausztenitesítés kezelés alatt az ausztenites szemcse finomításának az elérését. Így tehát a nióbium növeli az acélban a szemcsék érintkezési felületét, és ugyanolyan elõnyös hatást fejt ki, mint a titán a szemcsék érintkezésének törékenységével kapcsolatban, amit az elkerülhetetlen szennyezések, például a foszfor okoz, aminek a hatása rendkívül káros az alakíthatóságra és a korrózió alatti kifáradási szilárdságra. Ezenkívül a rendkívül finom nióbium-nitridvagy ¹karbonitrid-csapadékok hozzájárulnak az acél keményedéséhez szerkezeti keményedés által. A nióbiumtartalomnak azonban nem szabad nagyobbnak lenni, mint 0,2%, sõt 0,15%, azért, hogy a nitrid vagy karbonitrid nagyon finom maradjon, és biztosítsa az ausztenites szemcse finomságát, elkerülhetõ legyen a meleghengerlés során repedések vagy hasadások kialakulása. Ezen okok miatt a nióbiumtartalomnak nem szabad 0,2%-nál, vagy inkább 0,15%-nál nagyobbnak lenni. Az alumíniumtartalomnak 0,002 és 0,050% között kell lenni. Az alumíniumot azért adagolhatjuk, hogy teljessé tegyük az acél dezoxidációját, és a lehetõ legalacsonyabb oxigéntartalmakat érjük el, amely minden esetben kisebb a találmány szerinti acélban, mint 0,0020%. Ezenkívül a nitrogénnel kombinálva az alumínium hozzájárul a szemcse finomságához szubmikroszkópos nitridek képzõdése révén. Ezen két hatás biztosításához szükséges, hogy az alumíniumtartalom ne legyen kisebb, mint 0,002%. Ezzel szemben, ha az alumíniumtartalom meghaladja a 0,05%¹ot, az nagy méretû izolált zárványok jelenlétéhez vezethet, vagy fi-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 5
2
nomabb, de kemény és szögletes, hosszú láncot alkotó aluminátok képzõdéséhez, amelyek károsan befolyásolják a levegõn kapott kifáradási élettartamot és az cél tisztaságát. Ezért az alumíniumtartalom nem lehet nagyobb mint 0,05%. A foszfortartalomnak nyomnyi mennyiség és 0,015% között kell lenni. A foszfor az acélban elkerülhetetlen szennyezés. A lágyítás és megeresztés kezelés során együtt szegregálódik más elemekkel, így a krómmal vagy a mangánnal, a régi ausztenites szemcsetalálkozásoknál. Ebbõl az következik, hogy csökken a kohézió a szemcsék találkozásánál, és a szemcsék között törékenység alakul ki, ami rendkívül káros az alakíthatóságra és a levegõn kapott kifáradási szilárdságra. Ezek a hatások még károsabbak a találmány szerinti acéloknál megkövetelt nagy húzószilárdságra és keménységre. Annak érdekében, hogy egyidejûleg érjük el a rugóacél nagy húzószilárdságát és nagy keménységét, valamint a levegõn elérhetõ kifáradási szilárdságot és a korrozív közegben kapott jó fáradási ellenállást, a foszfortartalomnak a lehetõ legalacsonyabbnak kell lennie, nem szabad meghaladni a 0,015%¹ot, elõnyösen a 0,010%¹ot. A kéntartalom nyomnyi mennyiség és 0,015% közötti. A kén az acélokban elkerülhetetlen szennyezõdés. Ennek tartalma a lehetõ legalacsonyabb, nyomnyi mennyiség és 0,015% közötti, elõnyösen legfeljebb 0,010%. Így kívánjuk elkerülni a korrozív közegben a fáradási ellenállásra és a levegõn kapott kifáradási szilárdságra káros hatású szulfidok jelenlétét, amely ugyancsak káros a találmány szerinti acéloknál fontos magas szilárdság- és keménységértékekre. Az oxigéntartalomnak nyomnyi mennyiség és 0,0020% között kell lennie. Az oxigén szintén elkerülhetetlen szennyezõdés az acélokban. Dezoxidálóelemekkel kombinálva az oxigén nagyméretû, izolált, nagyon kemény és szögletes zárványok megjelenéséhez vagy finomabb zárványok megjelenéséhez vezet, amelyek azonban hosszú összekapcsolódó formában vannak, és ezek rendkívül károsak a levegõn kapott kifáradási szilárdságra, Ezek a hatások még inkább károsak a találmány szerinti acél magas húzószilárdság- és keménységértékeire. Ezen okokból, abból a célból, hogy megfelelõ kompromisszumot érjünk el a találmány szerinti acélnál a nagy húzószilárdság és keménység és a magas levegõn mért és korrozív közegben kapott kifáradási szilárdság között, az oxigéntartalomnak nem szabad meghaladni a 0,0020%¹ot. A nitrogéntartalomnak 0,0020 és 0,0110% között kell lennie. A nitrogéntartalmat ebben a tartományban kell tartani azért, hogy a titánnal, nióbiummal, alumíniummal vagy a vanádiummal kombinálva megfelelõ számú szubmikroszkópos nagyon finom nitridek, karbidok vagy karbonitridek képzõdjenek, ami lehetõvé teszi a szemcse finomodását. Tehát, ebbõl a célból a nitrogéntartalom minimálisan 0,0020% kell hogy legyen. Ez a tartalom nem haladhatja meg a 0,0110%¹ot, azért, hogy elkerüljük a 20 mm-nél nagyobb nagyméretû és kemény titán-nitridek vagy ¹karbonitridek képzõdését, amit a rugógyártáshoz használt rudak vagy gép-
1
HU 007 172 T2
huzalok felületétõl 1,5 mm±0,5 mm¹re figyelünk meg. Ez az a hely, ami a legkritikusabb a rugók fárasztásos igénybevételével kapcsolatban. Ezért a nagyméretû ilyen nitridek vagy karbonitridek rendkívül károsak a levegõn mérhetõ kifáradási szilárdságra a találmány szerinti acéloknál a magas szilárdságértékeknél és a keménységnél, tekintettel arra, hogy a levegõn végzett fárasztásos vizsgálatoknál a rugó elszakadása az ilyen nagy zárványok helyén következik be, amelyek pontosan az említettek szerint a rugófelület szomszédságában helyezkednek el, amikor ilyen zárványok jelen vannak. A titán-nitridek és ¹karbonitridek méretének becslésekor a zárványokat négyzeteknek tekintjük, és feltételezzük, hogy méretük egyenlõ a felületük négyzetgyökével. A következõkben ismertetünk egy eljárást a találmány szerinti rugók elõállítására. Egy találmány szerinti acél elõállítására szolgáló eljárást az alábbi nem korlátozó példában mutatunk be. A folyékony acélt konverterben vagy elektromos kemencében állítjuk elõ, majd ezután metallurgiai kezelést végzünk üstben, amelynek során hozzáadjuk az ötvözõelemeket és a dezoxidálóelemeket, és általában elvégzünk minden olyan másodlagos metallurgiai mûveletet, amely lehetõvé teszi egy találmány szerinti összetételû acél elõállítását, elkerülve az olyan elemekbõl, mint a titán és/vagy a nióbium és/vagy a vanádium, képzõdõ komplex szulfidok vagy „karbo-nitroszulfidok” képzõdését. Az elõállítás során történõ ilyen nagyméretû csapadékok képzõdésének elkerülése céljából váratlan módon azt ismertük fel, hogy a különbözõ elemek, különösen a titán, nitrogén, vanádium és kén koncentrációját gondosan szabályozni kell a fent említett szélsõ értékek között. Az ismertetett kidolgozás után az acélt öntjük, vagy folytonos öntéssel négyszögletû buga vagy hengertuskó, vagy rúdöntvény formában. Azonban azért, hogy teljesen vagy a lehetõ legjobban elkerüljük az említett termékek szilárdulása alatt és után a nagyméretû titán-nitridek vagy ¹karbonitridek képzõdését, azt találtuk, hogy az említett termékek (négyszögletû bugák, hengertuskók vagy rúdöntvények) átlagos hûlési sebességét szabályozni kell oly módon, hogy az 0,3 °C/s vagy ennél nagyobb legyen 1450 és 1300 °C között. Ha a szilárdulási és hûlési lépés alatt ilyen körülmények között dolgozunk, akkor váratlan módon azt figyelhetjük meg, hogy a rugókon megfigyelt legnagyobb Ti¹nitridek vagy ¹karbonitridek mérete mindig kisebb mint 20 mm. A késõbbiekben még részletezzük ezen titáncsapadékok helyzetét és méretét. Miután szobahõmérsékletre hûltek, a találmány szerinti pontos összetételû termékeket (a különbözõ méretû és alakú bugákat) újra felmelegítjük és 1200 és 800 °C között hengereljük géphuzal vagy rúd formában, a melegítést és hengerlést egy mûvelettel vagy kétszer végezve. A találmány szerinti speciális acél tulajdonságainak eléréséhez a rudakat, huzalokat, hengerelt tuskókat, sõt az ilyen rudakból vagy géphuzalokból elõállított rugókat ezután 850 és
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 6
2
1000 °C közötti hõmérséklet-tartományban végzett ausztenitesítés után, amit úgy végzünk, hogy nagyon finom ausztenites szemcsét kapjunk, hogy ne legyen az ASTM szemcseméret skálán 9¹esnél nagyobb méretû szemcse, edzésnek vetjük alá, vízbe merítjük, polimerbe merítjük vagy olajba merítjük. Ezt a merítéses kezelést ezután megeresztéses kezelés követi, amelyet kifejezetten 300 és 550 °C között végzünk, és így kapjuk a nagy húzószilárdságú és nagy keménységû kívánt acélt, és elkerüljük egyrészt a megeresztés során törékenységhez vezetõ mikroszerkezetet, másrészt a túl sok visszamaradó ausztenit jelenlétét. Az tapasztaltuk, hogy a megeresztés során a törékennyé válás és a túl nagy visszamaradó ausztenit jelenléte rendkívül káros a találmány szerinti acél korrozív közegben tapasztalható kifáradási szilárdságára. Abban az esetben, amikor a rugót nem hõkezelt rúdból vagy az ilyen rúdból kapott huzalból vagy hengerelt tuskóból állítjuk elõ, akkor az említett kezeléseket (lágyítás és megeresztés) magán a rugón kell elvégezni az említett körülmények között. Abban az esetben, amikor a rugót hidegalakítással állítjuk elõ, az említett hõkezelést elvégezhetjük a rudakon vagy az ilyen rúdból származó hengerelt tuskón vagy géphuzalokon a rugógyártás elõtt. Jól ismert, hogy egy acél keménysége nemcsak az összetételétõl, hanem attól a hõmérséklettõl is függ, amelyen a megeresztést végzik. A találmány szerinti valamennyi összetételnél fontos, hogy a megeresztési hõmérséklet a 300–550 °C közötti hõmérséklet-tartományban található, ezzel lehet elérni a kívánt legalább 55 HRC keménységet. Mivel a nitridek és karbonitridek nagyon kemények, ezek elõzõekben meghatározott mérete gyakorlatilag nem változik az acél átalakítási lépései során. Nincs jelentõsége tehát annak, hogy ezt a rugó elõállításához szolgáló félterméken (rúd, géphuzal vagy hengerelt tuskó) vagy magán a rugón mérjük. A találmány segítségével olyan rugót tudunk elõállítani amely képes összeegyeztetni az ismerthez képest nagyobb és javított keménységet és húzószilárdságot, egyidejûleg a jobb levegõn kapott kifáradási tulajdonságokkal és jobb ernyedéssel szembeni ellenállással úgy, hogy a korrozív közegben kapott kifárasztási tulajdonságok legalább ekvivalensek az erre a célra ismert acélokéval vagy jobbak, és kisebb az érzékenység a rugó gyártása során elõforduló felületi hibák által képzõdõ igénybevétel koncentrációkkal szemben, annak köszönhetõen, hogy mikroötvözõ elemeket adunk hozzá, csökkentjük a visszamaradó elemeket és ellenõrizzük az acélgyártás húzó sorát és analízisét. A találmányt a következõkben példákkal és összehasonlító példákkal illusztráljuk. Az 1. táblázatban megadjuk a találmány szerinti acél és az összehasonlító acélok összetételét. A Ceq-ekvivalens szén az alábbi egyenlettel számítható: Ceq=[C]+0,12 [Si]+0,17 [Mn]–0,1 [Ni]+0,13 [r]–0,24 [V] ahol a [C], [Si], [Mn], [Ni], [Cr] és [V] jelentése az egyes elemek koncentrációja tömegszázalékban.
1
HU 007 172 T2
2
1. táblázat A vizsgált acélok kémiai összetétele (%¹ban) C
Si
Mn
Ni
Cr
V
Ti
Cu
Találmány szerinti acél 1
0,48
1,82
0,21
0,15
1,48 0,204 0,072 0,20
0,02 0
0,006 0,006 0,034 0,0051 0,0007 0,86
Találmány szerinti acél 2
0,58
1,79
0,22
0,15
0,98 0,216 0,073 0,20
0,03 0
0,006 0,008 0,032 0,0051 0,0007 0,89
Találmány szerinti acél 3
0,59
1,80
0,22
0,15
0,99 0,212 0,025 0,20
0,03 0,022 0,007 0,008 0,032 0,0066 0,0008 0,91
Találmány szerinti acél 4
0,48
2,10
0,21
0,70
1,50 0,152 0,069 0,51
0,03 0
0,005 0,005 0,032 0,0042 0,0008 0,85
Találmány szerinti acél 5
0,54
1,81
0,23
0,34
1,25 0,098 0,077 0,42
0,02 0
0,006 0,008 0,031 0,0041 0,0007 0,90
Összehasonlító acél 1
0,60
1,73
0,88
0,08
0,20 0,154 0,002 0,19
0,03 0,020 0,010 0,019 0,002 0,0084 0,0010 0,94
Összehasonlító acél 2
0,40
1,79
0,17
0,53
1,04 0,166 0,064 0,20
0,01 0
0,013 0,004 0,020 0,0034 0,0011 0,69
Összehasonlító acél 3
0,48
1,45
0,89
0,11
0,47 0,136 0,002 0,19
0,02 0
0,011 0,013 0,003 0,0062 0,0010 0,82
A 2. táblázatban a találmány szerinti acéllal és az összehasonlító acéllal kapott keménységi értékeket
Mo
Nb
P
S
Al
N
O
Ceq
adjuk meg, az acélra alkalmazott megeresztési hõmérséklet függvényében.
2. táblázat Keménység és húzószilárdság a megeresztési hõmérséklet függvényében Megeresztés hõmérséklet (°C-ban)
HRC-keménység
Megeresztés hõmérséklet (°C-ban)
HRC-keménység
Találmány szerinti acél 1
350
56,9
400
55,3
Találmány szerinti acél 2
350
58,5
400
57,1
Találmány szerinti acél 3
350
59,0
400
57,2
Találmány szerinti acél 4
350
56,7
400
55,6
Találmány szerinti acél 5
350
57,6
400
55,8
Összehasonlító acél 1
350
57,9
400
55,1
Összehasonlító acél 2
350
54,2
400
52,5
Összehasonlító acél 3
350
54,8
400
51,3
A 3. táblázatban a fentebb meghatározott találmány szerinti acélok és összehasonlító acélok felületétõl 1,5 mm¹re megfigyelt titán-nitrid- vagy ¹karbonitrid-zárványok maximális méretét adjuk meg. Megadjuk a különbözõ acélok titántartalmát is. A titán-nitrid- vagy ¹karbonitrid-zárványok maximális méretét az alábbiak szerint határozzuk meg. Egy adott acélöntésbõl származó rúd vagy géphuzal metszetén 100 mm2¹es felületet vizsgálunk meg a rúd vagy a géphuzal felülete alatt 1,5 mm±0,5 mm¹rel elhelyezkedõ helyen. Ezen megfi-
gyelések után meghatározzuk a legnagyobb felületû titán-nitrid- vagy ¹karbonitrid-zárvány méretét úgy, hogy úgy tekintjük, hogy a zárványok négyzetesek, és hogy az egyes zárványok mérete – beleértve a legnagyobb 55 méretû zárványt is – egyenlõ a felület négyzetgyökével. Valamennyi zárványt megfigyeljük a rugógyártáshoz való rúd vagy gépi huzal metszeten, a megfigyeléseket a metszet 100 mm2¹én végezzük. Az acélöntés akkor felel meg a találmánynak, ha az említett 60 100 mm2¹en a felület alatt 1,5 mm¹re±1,5 mm¹re lévõ 7
1
HU 007 172 T2
említett zárványok maximális mérete kisebb mint 20 mm. A találmány szerinti acélokkal és az összehasonlító acélokkal kapott megfelelõ eredményeket a 3. táblázatban adjuk meg. Ami az 1¹es és 3¹as számú összehasonlító vizsgálatot illeti, itt a titántartalom gyakorlatilag nulla, ezért a megfigyelt nitrid- és karbonitridméret tárgytalan. 3. táblázat A minták felszínétõl 1,5 mm¹re talált legnagyobb titánnitrid- vagy ¹karbonitrid-zárványok maximális mérete Ti (%)
100 mm2¹en megfigyelt legnagyobb nitrid/karbonitrid mérete (mm-ben)
Találmány szerinti acél 1
0,072
11,8
Találmány szerinti acél 2
0,073
12,4
Találmány szerinti acél 3
0,025
13
Találmány szerinti acél 4
0,069
11,9
Találmány szerinti acél 5
0,077
14,1
Összehasonlító acél 1
0,002
–
Összehasonlító acél 2 (1. vizsgálat)
0,064
20,8
Összehasonlító acél 2 (2. vizsgálat)
0,064
29
Összehasonlító acél 3
0,002
–
5
10
15
20
25
30
Nem mértük az 1. és 3. összehasonlító acél zárványainak méretét, mivel a titántartalmuk alacsony, és nem felel meg a találmánynak. Az eredménynek nem lenne semmi jelentõsége. A fárasztásos vizsgálatokhoz a mintát a rúdból vettük, a mintadarabok végsõ átmérõje 11 mm. A fárasztásos vizsgálathoz a minta elõkészítéséhez tartozik egy nagyoló megmunkálás, egy ausztenitesítés, egy olajos edzés, megeresztés, egy köszörülés és szemcseszórás. A mintákat levegõn teszteltük fárasztásostorziós vizsgálattal. A nyírási igénybevétel, amit alkalmaztunk, 856±494 MPa, és a szakadásig tapasztalható ciklusok számát megszámoltuk. A kísérletet 2·106 ciklus után leállítottuk, ha a minták nem szakadtak még el.
35
40
45
2
A korrozív közegben végzett fárasztásos vizsgálathoz a mintákat a rudakból vettük, a mintadarabok végsõ átmérõje 11 mm. A kifáradásos vizsgálathoz alkalmazott minták elõállításánál alkalmazunk egy elnagyolt megmunkálást, egy ausztenitesítést, egy olajos edzést, megeresztést, köszörülést és szemcseszórást. A mintákat megvizsgáltuk korrozív közegben kifáradásra, vagyis korrozív közeget alkalmaztunk a kifáradásos terheléssel együtt. A kifáradási terhelés egy nyíróigénybevétel, amely egyenlõ 856±300 MPa-val. Az alkalmazott korrózió egy ciklikus korrózió két váltakozó lépésben: – az egyik lépés egy nedves lépés olyan sóoldat porlasztásával, amely 5% NaCl¹ot tartalmaz, 5 percen keresztül 35 °C¹on; – a másik lépés egy száraz lépés porlasztás nélkül, ennek idõtartama 30 perc, és a hõmérsékletet 35 °C¹on tartjuk. A szakadásig megfigyelhetõ ciklusok számát tekintjük korrozív közegben a kifáradás élettartamának. Az ernyedési szilárdságot úgy határoztuk meg, hogy hengeres mintákra ciklikus kompressziós vizsgálatot alkalmaztunk. A minták átmérõje 7 mm, magasságuk 12 mm. Ezeket acélrudakból vesszük. Az ernyedési vizsgálathoz használt minták elõállítása áll egy elnagyolt megmunkálásból, egy ausztenitesítésbõl, egy olajos edzésbõl és megeresztésbõl, és egy végsõ finom köszörülésbõl. A minta magasságát pontosan megmérjük a vizsgálat kezdete elõtt, 1 mm¹es precíziós komparátort használunk. Elõször elõterhelést alkalmazunk, így a rugó elõfeszítését szimuláljuk, ez az elõfeszítés egy 2200 MPa¹s kompressziós igénybevétel. Ezután végezzük a fárasztásos terhelési ciklust. Ez az igénybevétel 1270±730 MPa. A minta magasságának csökkenését mérjük bizonyos számú ciklus elvégzése alatt 1 millióig. A vizsgálat végén a teljes elernyedést úgy határozzuk meg, hogy pontosan megmérjük a megmaradó magasságot az eredeti magassághoz viszonyítva, az ernyedéssel szembeni ellenálló képesség annál jobb, minél kisebb a magasság csökkenése a kezdeti magasság százalékában kifejezve. A kifáradási vizsgálat, a korrozív közegben mért kifáradás és az ernyedési vizsgálat eredményét a találmány szerinti acélokon és az összehasonlító acélokon a 4. táblázatban adjuk meg.
4. táblázat Kifáradásos vizsgálat, korrozív közegben mért kifáradás és ernyedési vizsgálat eredményei HRC-keménység
Húzószilárdság (MPa)
Találmány szerinti acél 1
56,7
2129
Találmány szerinti acél 2
56,4
Találmány szerinti acél 3 Találmány szerinti acél 4
Kifáradásos élettartam korrózió alatt (ciklusok száma)
Ernyedés (%)
1 742 967
192 034
0,025
2106
>2 000 000
138 112
0,01
56,5
2118
>2 000 000
135 562
0,015
56,9
2148
>2 000 000
202 327
0,025
8
Kifáradásos élettartam (ciklusok száma)
1
HU 007 172 T2
2
4. táblázat (folytatás) HRC-keménység
Húzószilárdság (MPa)
Kifáradásos élettartam (ciklusok száma)
Kifáradásos élettartam korrózió alatt (ciklusok száma)
Találmány szerinti acél 5
57,0
2156
>2 000 000
139 809
0,025
Összehasonlító acél 1
56,7
2131
514 200
96 672
0,03
Összehasonlító acél 2
53,8
1898
217 815
241 011
0,10
Összehasonlító acél 3
55,6
2062
301 524
150 875
0,075
A táblázatokból látható, hogy a különbözõ összehasonlító acélok nem kielégítõek, mégpedig az alábbi okokból. Az 1¹es számú összehasonlító acélban például a kéntartalom túl magas ahhoz, hogy jó kompromisszumot tudjunk megvalósítani a levegõn kapott kifáradási viselkedés és a korrozív közegben kapott kifáradási viselkedés között. Ezenkívül mangántartalma túl magas, ami azzal jár, hogy az acél homogenitására és a levegõn kapott kifáradási viselkedésére káros szegregáció következik be. A 2¹es számú összehasonlító acélban a széntartalom és az ekvivalens szén túl alacsony a nagy keménység eléréséhez. Húzószilárdsága túl alacsony ahhoz, hogy a levegõn jó kifáradási viselkedést kapjunk. A 3¹as számú összehasonlító acélban a szilíciumtartalom túlságosan alacsony ahhoz, hogy az ernyedéssel szembeni ellenálló képesség jó legyen, és hogy szintén jó legyen a levegõn a kifáradási viselkedés. Az ernyedéssel szembeni ellenálló képesség magasabb a találmány szerinti acéloknál, mint az összehasonlító acéloknál, amint az az 1. ábrán látható, ahonnan világosan kitûnik, hogy az említett ernyedés mérés szerint az ernyedésértékek legalább 32%-kal kisebbek a legrosszabb találmány szerinti acéloknál (ez az 1¹es számú találmány szerinti acél) a legjobb összehasonlító acélhoz (az 1¹es számú összehasonlító acél) viszonyítva. A levegõn kapott fárasztásos élettartam lényegesen magasabb a találmány szerinti acéloknál, mint az összehasonlító acéloknál. Ez a keménység növekedésének köszönhetõ, amint az a 2. ábrán látható. A keménység növekedése azonban nem elegendõ. Ugyanis általában a nagy keménységû acélok annál érzékenyebbek a hibákra – mint amilyenek a zárványok és a felületi hiányosságok –, minél magasabb a keménység. Így a találmány szerinti acélok kevéssé érzékenyek a hiányosságokra, különösen a nagy zárványokra, mint amilyenek a titán-nitridek vagy ¹karbonitridek, tekintettel arra, hogy a találmány révén elkerüljük az ilyen túl nagy méretû zárványok megjelenését. Amint az a 3. táblázatból látható, a találmány szerinti acélokban talált legnagyobb zárványok mérete nem haladja meg a 14,1 mm¹t, ugyanakkor a 2¹es számú összehasonlító acélban a 20 mm-nél nagyobb zárványok is megtalálhatók. Ezenkívül a nagyon alacsony érzékenység a felületi hibák iránt, amelyek például a rugógyártáskor vagy a találmány szerinti acél felhasználásakor
15
20
25
30
35
40
45
Ernyedés (%)
egyéb mûveletek során keletkezhetnek, látható azokból a képlékenységi vizsgálatokból, amelyeket a találmány szerinti acélokkal és az összehasonlító acélokkal elvégeztünk hõkezelés után, ahol az acélok keménysége 55 HRC vagy ennél több, lásd a 3. ábrát. A Charpyképlékenységi vizsgálatok során kapott értékek a találmány szerinti acélok esetében (ahol a mintadarabon a bemetszés olyan igénybevétel-koncentrációt szimulál, mint azok az egyéb igénybevétel-koncentrációk, amelyekkel a rugógyártás során vagy egyéb mûveletek során keletkezõ felületi hibákon találkozhatunk) magasabbak, mint amelyeket az összehasonlító acélokon mérünk. Ez azt mutatja, hogy a találmány szerinti acélok kevésbé érzékenyek a hibákon az igénybevételkoncentrációk iránt, mint a szakterületen ismert összehasonlító acélok. Ismert, hogy a keménység növekedése csökkenti a kifáradási szilárdságot korrozív közegben. Tehát úgy látszik, hogy a találmány szerinti acélok elõnye, hogy a korrozív közegben mutatott kifáradási szilárdságuk nagyobb, mint az ismert összehasonlító acéloké, különösen az 55 HRC-nél nagyobb keménységek esetén, amint az a 4. ábrán látható. Tehát, a találmány segítségével nagyobb keménység érhetõ el, ugyanakkor megfelelõ kompromisszumot találhatunk a levegõn tapasztalható fárasztásos élettartam és az ernyedési szilárdság, amelyek lényegesen megnõttek és a korrozív közegben kapott fárasztásos élettartam között, amely jobb, mint a szakterületen ismert összehasonlító acéloké. Ezenkívül elérjük, hogy kisebb az érzékenység a lehetséges felületi hibák iránt, különösen azokról van szó, amelyek a rugógyártás vagy egyéb mûveletek során keletkeznek.
SZABADALMI IGÉNYPONTOK 1. Rugóacél, amelynek magas a fáradási ellenállása levegõn és korrozív közegben, és nagy a ciklikus elernyedéssel szembeni ellenálló képessége, és amelynek összetétele tömegszázalékban a következõ: C=0,45–0,70%, Si=1,65–2,50%, 55 Mn=0,20–0,75%, Cr=0,60–2%, Ni=0,15–1%, Mo=nyomok – 1%, V=0,003–0,8%, 60 50
9
1
HU 007 172 T2
Cu=0,10–1%, Ti=0,020–0,2%, Nb=nyomok – 0,2%, Al=0,002–0,050%, P=nyomok – 0,015%, S=nyomok – 0,015%, O=nyomok – 0,0020%, N=0,0020–0,0110%, ahol a maradék vas, és a gyártás során keletkezõ szennyezések, és amelynek a Ceq-ekvivalens széntartalma a következõ képlet alapján számítva Ceq%=[C%]+0,12 [Si%]+0,17 [Mn%]–0,1 [Ni%]+0,13 [Cr%]–0,24 [V%] 0,80 és 1,00% közötti, és amelynek keménysége edzés és megeresztés után nagyobb vagy egyenlõ 55 HRC, egy rúd, egy géphuzal, egy tuskó vagy egy rugó felületén 1,5±0,5 mm¹en 100 mm2 keresztmetszetre megfigyelt Ti¹nitrid vagy ¹karbonitrid maximális mérete 20 mm vagy ennél kisebb, amely méret a négyzetnek tekintett zárványok felületének négyzetgyöke. 2. Az 1. igénypont szerinti rugóacél, azzal jellemezve, hogy összetétele a következõ: C=0,45–0,65%, Si=1,65–2,20%, Mn=0,20–0,65%, Cr=0,80–1,7%, Ni=0,15–0,80%, Mo=nyomok – 0,80%, V=0,003–0,5%, Cu=0,10–0,90%, Ti=0,020–0,15%, Nb=nyomok – 0,15%, Al=0,002–0,050%, P=nyomok – 0,010%,
5
10
15
20
25
30
35
10
2
S=nyomok – 0,010%, O=nyomok – 0,0020%, N=0,0020–0,0110%, a maradék vas és a gyártás során keletkezõ szennyezések. 3. Eljárás rugóacél elõállítására, amelynek nagyon jó a levegõn és korrozív közegben a fáradási ellenállása, és nagy az ellenállása a ciklikus elernyedéssel szemben is, amelynek során elõállítunk egy konverterben vagy elektromos kemencében egy folyékony acélt, beállítjuk az összetételét, majd öntjük buga, folytonos hengertuskó vagy rúdöntvény formájában, ezeket hagyjuk szobahõmérsékletre lehûlni, majd hengereljük rúd, géphuzal vagy tuskó formában, majd rugóvá alakítjuk, azzal jellemezve, hogy – az acél az 1. vagy 2. igénypont szerinti; – a bugákra, hengertuskókra vagy rudakra szilárdulásuk alatt vagy azután 1450 és 1300 °C között egy minimálisan 0,3 °C/s átlagos hûtési sebességet alkalmazunk; – az említett bugát, hengertuskót vagy rudat 1200 és 800 °C között egy vagy két melegítési és hengerlési ciklusban hengereljük; – és az így kapott bugára, géphuzalra vagy tuskóra vagy az ezekbõl elõállított rugóra 850 és 1000 °C között ausztenitesítést alkalmazunk, majd ezután vizes, polimeres vagy olajos edzés következik, majd 300–550 °C között megeresztés következik, és így az acél keménysége nagyobb vagy egyenlõ 55 HRC lesz. 4. Rugó, azzal jellemezve, hogy egy 1. vagy 2. igénypont szerinti acélból van. 5. A 4. igénypont szerinti rugó, azzal jellemezve, hogy egy 3. igénypont szerinti eljárással elõállított acélból van.
HU 007 172 T2 Int. Cl.: C22C 38/18
11
HU 007 172 T2 Int. Cl.: C22C 38/18
Kiadja a Magyar Szabadalmi Hivatal, Budapest Felelõs vezetõ: Szabó Richárd osztályvezetõ Windor Bt., Budapest
