201809. lajstromszámú szabadalom • Kerékféltengely és eljárás előállítására
HU 201809 B A jelen találmány tárgya olyan féltengelyek, amely karbont, mangánt és szilíciumot tartalmazó ötvözetből készül és 132300-176400 N-nel terhelhető és 43-52 mm átmérőjű, valamint eljárás ilyen kerékféltengelyek előállítására, amelynek során a tengelyek egyik végén csapot, másik végén karimát kovácsoljuk és a végeket készre esztergáljuk. Nagyszilárdságú kerék féltengelyek gyártása során az egyik legfontosabb feladat a megfelelő karbonacél kiválasztása, illetve előállítása, a megfelelő felületi keménység elérése érdekében. Az anyag felkeményíthetősége viszont a karbon tartalom függvénye, azaz a megfelelő Rockwell-keménység (Rc) eléréséhez elegendő karbontartalommal kell rendelkezzék, ugyanakkor a karbontartalom elég alacsony kell legyen ahhoz, hogy a felkeményítés során ne váljék túlságosan rideggé az anyag és a magrésze ne keményedjen fel. A megfelelő felületi keménység lényegében attól függően alakul ki, hogy milyen mélységben válik martenzitessé az ötvözet szerkezete az edzés során, amikoris az úgynevezett kritikus hűtési kritikus hűtési sebességgel hűtjük. A modern felületkmeményítő eljárások 1930-as évekből erednek, a United Steel Corporation laboratóriumaiban végzett kutatómunka alapján. 1938- ban General Motors laboratóriumában kidolgozták az úgynevezett Jominy tesztet, amelynek segítségével a keményíthetőséget definiálhatták. Ez a vizsgálat egy 25,4 mm (1 inch) átmérőjű próbadarab egyik végének vízben történő hűtésével kezdődik, majd a próbadarab Rockwell-keménységének megállapításával folytatódik a hűtött végtől számított 1,6 mm-enként. A keményíthetőség kiszámításában az alapmunkálatokat Grossmann végezte a United States Steele Corporation-nél és vizsgálataink eredményeit 1942-ben publikálta a Trans American Institute of Mining and Metallurgival Engineers 150. kötetében (227-259. oldal). Grossmann abból indult ki, hogy a keményíthetőség elméletében egy úgynevezett ideális átmérőjű (Dl) rudat definiál. Ez az átmérő egy olyan próbadarabhoz tartozik, amelynek teljes átmérője felkeményedik ideális edzési körülmények között és ebben az esetben a próbadarab középpontjában a szövetszerkezet 50 tömeg%-a martenzitból áll. Az ideális átmérő (Dl) számítását több helyütt közük, például a Modern Metallurgy for Engineers című könyvben (szerző: T. Sisco, Pitman Publishing Company, New York, 1948). Hasonló számításokat közöl Clarance A. Siebert, Douglas V. Doane és Dale H. Breen a The hardenabiüty of Steels - Concepts, Metallurgical Influences and Industrial Appücaltions című cikkben (American Society of Metals, Metals Park, Ohio, 1977). Általában az ideális, illetve kritikus átmérőt úgy számolják ki, hogy az ötvözet valamennyi alkotójához hozzárendelt tényezőket összeszorozzák. Például a SAE/AISI1040 jelű karbonacél kritikus átmérőjének számítása a Grossmann-féle adatok alapján a következő: karbon 0,39 tömeg%, szorzótényező = 1,08 nikkel 0,19tömeg%, szorzótényező = 1,05 króm 0,04tömeg%, szorzótényező = 1,09 moübdén 0,02 tömeg%, szorzótényező = 1,06. 1 Az ideális átmérő ily módon: Dl = 0,23 x 3,27 x 1,08 x 1,05 x 1,09 x 1,06 = 0,98 inch (24,89 mm). Ez tehát azt jelenti, hogy egy tökéletesen átedzett acél ideáfis átmérője 24,89 mm lenne. Ennek megfelelően a kívánt felkeményítéshez a maximális tengelyátmérő ennél valamivel kisebb, körülbelül 19 mm kell legyen. Az ilyen ideáüs átmérő számítások használatával meghatározható egy adott összetételű tengely maximális átmérője, arra az esetre vonatkozóan, amikoris a keresztmetszet középpontjában a szövetszerkezet 50%-át martenzit alkotja edzés után. Ismeretes, hogy a nagy margán tartalmú karbonacélok jól keményíthetőek, minthogy a mangán segíti a karbon behatolását a magrészbe és szilárd oldat kialakulását teszi lehetővé, martenzites szerkezet mellett, az edzés után. Az SAE/AISI 1541 jelű szabványos acél például 0,36-0,44 tömeg% karbont és 1,35-1,65 tömeg% mangánt tartalmaz és kerék féltengelyek előállítása során legfeljebb 43 mm átmérőjű darabok kialakítása szükséges, 132300 N-ot meg nem haladó terhelés esetére. Ha 43 mm-nél nagyobb átmérőjű kerék féltengelyéket készítünk 132300, 149400, 167400 vagy 176400 N terhelésre, ezeket a 1541 jelű acélból nem tudjuk elkészíteni, minthogy a mangán tartalom nem biztosítja a teljes átmérőben történő felkeményedést, az 50 tömeg%os martenzit tartalom kialakulásával együtt. Ilyen esetekben a megoldás bizonyos mennyiségű bór beötvözése, mint például az SAE1541 vagy az S AE 15841 jelű acéloknál. Ezekben az ötvözetekben általában 0,005 és 0,003 tömeg% közötti bórtartalom található. Ha viszont az acél bort tartalmaz a megfelelő felkeményedés biztosítása érdekében, megnövekszik a visszamaradó feszültségek keletkezésének veszélye a kovácsolás után, amikoris a szokásos csapot és karimát alakítják Id a féltengelyek végein. Az ilyen feszültségek jelentős mértékben csökkentik a fáradásos terhelés melletti élettartamot és általában idő előtti repedéses töréshez vezet. Ennek az az oka, hogy a bór kiválik a szemcsehatárokon bórnitrit formájában és elridegedést okoz. Ennek megakadályozására a bórnitridet a szemcsehatárokról el kell távolítani, ami normalizálás és levegőn történő hűtés segítségével lehetséges. Ez azonban időigényes és meglehetősen drága eljárás. A jelen találmánnyal ezért olyan eljárás kialakítása a célunk, amely lehetővé teszi 43 és 52 mm közötti átmérőjű kerék féltengelyek gyártását 132300 és 176400 N közötti terhelésekre, anélkül, hogy az említett hosszú és költséges hőkezelésekre szükség lenne. A kitűzött feladatot úgy oldottuk meg, hogy a kerék féltengelyek 0,4-0,48 tömeg% karbont, 1,35— 1,61 tömeg% mangánt, 0,16-0,3 tömeg% szilíciumot, 0-0,2 tömeg% krómot és a maradékban vasat, valamint az edzés szempontjából közömbös komponenseket tartalmaz ideális átmérője 53 és 66 mm között van. Az ötvözet célszerűen 0,025 és 0,05 tömeg% közötti mennyiségű alumíniumot is tartalmaz, hogy az ASTM 5 és 8 jelű szemcsenagyság tartomány biztosítható legyen. 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
