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Die vorliegende Erfindung betrifft Stahl- legierungen, für Warmarbeitswerkzeuge, ins- besonders für Gesenke, Matrizen, Pressstempel,
Pressdorne, Büchsen, Spritzkokillen und ähnliche
Werkzeuge, welche infolge der besonderen Zu- sammensetzung der hiefür verwendeten Stahl- legierungen den bisherigen Warmarbeitswerk- zeugen wesentlich überlegen sind.
Das Unbrauchbarwerden der Warmarbeits- werkzeuge ist auf verschiedene Ursachen zurück- zuführen. Vor allem auf die mechanische Ab- nützung, der die Kanten der Werkzeuge besonders stark unterliegen, ferner auf das Sprengen der
Werkzeuge und schliesslich auf die Bildung von Brandrissen, die für die Haltbarkeit der
Werkzeuge von entscheidender Bedeutung ist.
Diese Brandrisse werden hauptsächlich durch die schroffen Temperaturwechsel, die sich bei der praktischen Verwendung dieser Werkzeuge ergeben, hervorgerufen.
Zur Vermeidung aller genannten Ursachen, die früher oder später das Unbrauchbarwerden der Werkzeuge herbeiführen, müsste man dem
Stahl, aus dem sie hergestellt werden, Eigenschaften verleihen, die einander entgegenstehen. Um den mechanischen Verschleiss niedrig zu halten, wäre es zweckmässig, dem Stahl hohe Härte, Warmfestigkeit und Warmbeständigkeit zu geben. Stähle mit hoher Härte sind aber bekanntlich nicht sehr zähe, weshalb bei den daraus gefertigten Werkzeugen die Gefahr der Sprengung besteht ; ausserdem zeigen harte Stähle eine besondere Neigung zu Brandrissen. Wählt man hingegen einen weicheren Stahl, der hohe Zähigkeit und geringere Empfindlichkeit gegen Brandrisse besitzt, so nimmt infolge der ungenügenden Härte der mechanische Verschleiss der daraus hergestellten Werkzeuge sehr stark zu.
Auch Stähle, die durch Erhitzen auf höhere Temperaturen sehr rasch hohe Härte annehmen, sind für solche. Werkzeuge wenig geeignet, da alle Stähle, die bei einer etwa der Arbeitstemperatur des Werkzeuges entsprechenden Temperatur Martensit oder ein anderes Gefüge hoher Härte bilden, eine erhöhte Neigung zu Brandrissen zeigen.
Ausgedehnte Forschungen ergaben nun, dass es durch Einhaltung bestimmter Regeln in der
Zusammensetzung möglich ist, Stahllegierungen zu schaffen, die sowohl einen hohen Widerstand gegen mechanischen Verschleiss als auch einen hohen Widerstand gegen Brandrisse bei hin- reichender Zähigkeit besitzen. Entscheidend ist dabei, dass von dem 0-10 bis 0-85%, vorzugsweise
0-25 bis 0. 60% betragenden Kohlenstoffgehalt so bestimmte Mengen an verschieden stark karbid- bildenden Elementen als Karbide gebunden sind, dass stets noch eine ungebundene Kohlenstoff- menge von 0-03 bis 0-20% im Stahl enthalten ist.
Es hat sich herausgestellt, dass von dem in der Stahllegierung enthaltenen Kohlenstoff
30 bis 85%, vorzugsweise 50 bis 80% an eines oder mehrere der praktisch unlösliche Karbide bildenden Elemente Titan, Niob oder Tantal und 40 bis 5% des Kohlenstoffes an Vanadium, dessen
Karbide eine mit der Temperatur veränderliche
Löslichkeit zeigen, gebunden sein sollen. Ausser- dem muss aber noch mindestens ein Metall der VI a-Gruppe des periodischen Systems, also
Chrom, Molybdän oder Wolfram, vorhanden sein. Diese Metalle können einzeln bis zu 6% oder zu mehreren in einer zweckmässig 12% nicht übersteigenden Gesamtmenge zulegiert sein.
Es wurde weiters gefunden, dass den erforschen Bedingungen durch folgende Auswahlregel entsprochen wird :
Die Summe aus den Produkten 0-26 mal dem Titangehalt in Prozenten plus 0-11 mal dem Niobgehalt in Prozenten plus 0-06 mal dem Tantalgehalt in Prozenten soll gleich sein dem 0-3 bis 0-85fachen, vorzugsweise dem 0-5 bis 0-8fachen Kohlenstoffgehalt und der 0-23fäche Vanadiumgehalt in Prozenten soll dem 0-05 bis 0-4fachen Kohlenstoffgehalt entsprechen.
Erfindungsgemässe Stähle, die der oben angeführten Zusammensetzung und Auswahlregel entsprechen, können in an sich bekannter Weise durch einen Kobalt-Zusatz von 0-5 bis 15% hinsichtlich der Anlassbeständigkeit und Warmhärte noch verbessert werden. Bei grossen Querschnitten empfiehlt es sich, den Mangangehalt bis zu 2% zu erhöhen und bzw. oder Nickel bis zu 4% und bzw. oder Kupfer bis zu 2% zuzufügen. Für Werkzeuge, die bei besonders hohen Temperaturen arbeiten sollen, hat sich die an sich bekannte Erhöhung des Silizium-
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gehaltes bis auf 2% oder die Zulegierung von Aluminium bis zu 3% zur Stahllegierung zur Verbesserung der Anlassbeständigkeit günstig erwiesen.
Vergleichsversuche, die mit Spritzmatrizen, welche in gleicher Weise einerseits aus einer erfindungsgemässen Stahllegierung und anderseits aus einem gebräuchlichen Warmarbeitsstahl hergestellt worden sind, vorgenommen wurden, ergaben, dass die aus dem erfindungsgemässen Stahl hergestellten Warmarbeitswerkzeuge denen aus dem Vergleichsstahl gefertigten in bezug auf die Vermeidung der oben angeführten Ursachen des Unbrauchbarwerdens wesentlich überlegen waren. Die erfindungsgemässe Stahllegierung enthielt 0. 58% Kohlenstoff, 0. 43% Mangan, 0#37% Silizium, 2-52% Chrom, 2-86% Molybdän, 0-38% Vanadium, 0-73% Titan, 1-85% Niob und 0-71% Tantal.
Der zum Vergleich herangezogene Warmarbeitsstahl wies 0#29% Kohlenstoff, 0#35% Mangan, 0-32% Silizium, 3-45% Chrom, 11. 56% Wolfram, 1. 72% Molybdän und 0#45% Vanadium auf.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Stahllegierungen für Warmarbeitswerkzeuge, insbesondere für Gesenke, Matrizen, Pressstempel, Pressdorne, Büchsen, Spritzkokillen und ähnliche
Werkzeuge, dadurch gekennzeichnet, dass der 0-10 bis 0#85%, vorzugsweise 0#25 bis 0-60Ao betragende Kohlenstoffgehalt zu 30 bis 85%, vorzugsweise zu 50 bis 80% an eines oder mehrere der praktisch unlösliche Karbide bildenden Elemente Titan, Niob oder Tantal und zu 40 bis 5% an Vanadium gebunden ist, so dass stets noch eine ungebundene Kohlenstofmenge von 0-03 bis 0-20% vorhanden ist, und ausserdem bis zu 6% eines oder bis zu 12% mehrere der Metalle der VI a-Gruppe des periodischen
Systems, die schwächere Karbidbildner als die vorher angeführten sind, zugesetzt sind.