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Schnellarbeitsstahllegierung
Es ist bekannt, bei Schnellstählen durch einen Zusatz von Titan- oder Zirkon-Nitriden die Warmfestigkeit und Schneidhaltigkeit zu erhöhen. Ferner wurde auch schon vorgeschlagen, Schnellarbeitsstählen neben den Elementen Chrom, Vanadin, Wolfram und Molybdän weitere Karbidbildner, wie Titan, Tantal, Zirkon, Uran und Beryllium, in Mengen von 0, 1 bis zu 3% einzeln oder zu mehreren zuzusetzen. Bei aus Schnellarbeitsstählen hergestellten cyanierten Schneidwerkzeugen mit zwingendem Aluminium-Gehalt von 0, 4 bis 1, 50/0 ist es auch noch bekannt, gegebenenfalls bis zu 3% Titan, Tantal, Niob, Uran, Nickel, Mangan einzeln oder zu mehreren zuzulegieren. Dabei wurde aber vom Zusatz des Elementes Uran praktisch kaum Gebrauch gemacht, da gegen dessen Verwendung Bedenken bestanden haben.
So sind nämlich infolge der Bildung eines niedrig schmelzenden Gefügebestandteiles die Anwendungsmöglichkeiten von Uran beschränkt, und es kommen überdies noch die beträchtlichen Kosten dieses Metalls hinzu, so dass Uran in Stahllegierungen überhaupt seltener anzutreffen ist
Die Leistung von Schnellarbeitsstählen ist allgemein von der legierungsmässigen Zusammensetzung, den angewandten Wärmebehandlungen und auch von der Art der Verformung abhängig. Dazu tritt als weitere Einflussgrösse die Gefügeausbildung hinzu, wobei in immer stärkerem Ausmass versucht wird, den dadurch ausgeübten Einfluss noch weitergehend zu deuten und regulierbar zu steuern.
Dass die Kenngrössen Warmfestigkeit, Schneidhaltigkeit und Härte für sich kein absolutes Mass des Leistungsverhaltens von Schnellstählen darstellen, sondern dass daneben der feinkörnigen Erstarrung, den Seigerungen, der Karbidverteilung und der Art der Karbide wesentliche Bedeutung zukommt, tritt immer mehr in Er- scheinung,
Diese Erkenntnisse sind an sich nicht mehr neu, nur bringt die Vielfalt der Einflüsse Schwierigkeiten mit sich, die zur Erzielung optimaler Leistungseffekte bei Schnellstählen die Abstimmung der einzelnen Faktoren zueinander kaum mehr ermöglichen. Durch die ausserdem enorm gestiegenen Anforderungen, die an Werkzeuge aus Schnellarbeitsstählen gestellt werden, ist es darüber hinaus bereits schwierig geworden, entsprechende Prüfmethoden auszuarbeiten,
die zum Nachweis der Leistung reproduzierbare und vergleichbare Werte zulassen. Eine Leistungsbeurteilung, z. B. durch den Drehversuch allein, reicht oft nicht mehr aus, um die durch diesen erbrachten Kennzahlen für Vergleiche zur Feststellung des Masses der Leistungssteigerungen von Schnellstählen heranzuziehen.
Auf die weiteren Charakteristiken, wie Austenitkorngrösse, beste Karbidverteilung und Korngrösse, Dendritenfreiheit, Blockdichtheit, Mindesthärte nach vorgeschriebener Härtungs- und Anlassbehandlung, wird noch zusätzlich Wert gelegt Diese an die Hersteller von Schnellstählen herangetragenen Forderungen schaffen jedoch derart komplexe Zusammenhänge, dass Aussagen über die Einflüsse, die den Legierungszusätzen, der Wärmebehandlung und den Verformungsverfahren zuzuschreiben sind, nicht immer leicht getroffen werden können.
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Die Erfindung betrifft nun Schnellarbeitsstähle, die zur Verbesserung der Karbidverteilung und zur
Erzielung eines feinkörnigen Gefüges mit weitestgehender Homogenität sowie geringen Seigerungen mit
Zusätzen von Uran und Stickstoff und gegebenenfalls weiteren Nitrid- und Karbidbildnern, wie Titan,
Beryllium, Zirkon u. dgl., versehen sind. Der Zusatz von Uran und Stickstoff, wobei sich dieser zu schwer löslichen Nitriden verbindet, erfolgt in Form des sogenannten Impfens.
Den Gegenstand der Erfindung bilden somit Schnellarbeitsstahllegierungen mit verbesserter Karbidverteilung, weitestgehender Seigerungsfreiheit und feinkörnigem Gefüge, die zu diesem Zweck Uran in
Gehalten von 0,01 bis 0,10azol insbesondere 0,02 bis 0, 08%, und Stickstoff in Gehalten von 0,02 bis 0, 20% aufweisen. Ausserdem können noch zusätzlich Gehalte an Beryllium, Titan und Zirkon in einem Ausmass von 0,01 bis 0, 100/0, einzeln oder zu mehreren, zugesetzt sein.
Das Einbringen des Stickstoffs in die Schmelze geschieht nach den in Stahlwerken üblichen Verfahren, vorzugsweise durch Einbringen einer aufgestickten Ferro-Legierung bzw.-Legierungsmetalls. Um eine einwandfreie Uran-Stickstoff-Impfung zu erhalten, ist es dabei erforderlich, dass die Schnellstahlschmelzen ausreichend desoxydiert sind und vor der Zugabe von Stickstoff und Uran nur geringe Alumi- niumgehalte vorliegen.
Es hat sich nämlich herausgestellt, dass höhere Aluminium-Gehalte einen nachteiligen Einfluss auf die Härte nach dem Härten und Anlassen haben. So zeigten z. B. mehrere einwandfrei vergleichbare, nur unterschiedlich desoxydierte und geimpfte Schnellarbeitsstahlschmelzen der Typen S-6-5-2 und S-2-9-2 gemäss Stahl-Eisen Werkstoffblatt 320-62 nach einer Härtungsbehandlung-Härtung von 1220 C im Warmbad von 5900C und zweimaligem Anlassen von 2 h bei 5500C - eine geringere Härte, wenn der Aluminium-Gehalt grösser war als 0, 01%. Die Härtedifferenz betrug zirka 0,5 bis 2 Rockwell Rc.
Liegt der Aluminium-Gehalt um 0, 02% und darunter, so weisen die Austenitkorngrössen-und Härteintervalls- kurven einen allmählicheren Abfall vonFeinkorn zu Grobkorn auf. Ferner zeigte es sich noch, dass durch den Zusatz von Uran und Stickstoff bzw. Uran, Titan und Stickstoff infolge der erzielten Impfwirkung eine ausserordentlich gute Gussstruktur hinsichtlich Karbidverteilung, Dendritenfreiheit, Korngrösse und Blockdichtheit erzielt wird.
Die durch den erfindungsgemäss vorgeschlagenen Zusatz von Uran und Stickstoff erreichten Verbesserungen, die sich beispielsweise im ausserordentlich feinen Korn nach der Snyder-Graff-Korngrössenbestimmung sowie der weitestgehenden Seigerungsfreiheit und der guten Karbidverteilung zeigen, müssen als unerwartet und überraschend angesehen werden, da man allgemein die Ansicht vertrat, dass Titan oder Zirkon als Karbid- und Nitridbildner bereits optimale Effekte hinsichtlich Schneidhaltigkeit und Warmfestigkeit ergeben und somit kein Anreiz geboten war, speziell Uran gemeinsam mit Stickstoff zur Erzielung der erfindungsgemässen Verbesserungen bei Schnellstählen zu verwenden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schnellarbeitsstahllegierung mit durch Impfen verbesserter Karbidverteilung, geringen Sei-
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0,01 bis 0, 100/0 und Stickstoff von 0,02 bis 0, 20% enthält.
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High speed steel alloy
It is known to increase the high-temperature strength and edge retention in high-speed steels by adding titanium or zirconium nitrides. It has also been proposed to add other carbide formers, such as titanium, tantalum, zircon, uranium and beryllium, individually or in groups of 0.1 to 3% to high-speed steels in addition to the elements chromium, vanadium, tungsten and molybdenum. In the case of cyanized cutting tools made from high-speed steels with a mandatory aluminum content of 0.4 to 1.50/0, it is also known to optionally add up to 3% titanium, tantalum, niobium, uranium, nickel, manganese individually or in groups. However, hardly any use was made of the addition of the element uranium, as there were concerns about its use.
Because of the formation of a low-melting microstructure component, the possible uses of uranium are limited, and there are also the considerable costs of this metal, so that uranium is rarely found in steel alloys
The performance of high-speed steels generally depends on the alloy composition, the heat treatments used and also on the type of deformation. In addition, the structure formation is added as a further influencing variable, whereby more and more attempts are being made to interpret the influence exerted in this way even further and to control it in a controllable manner.
It is becoming more and more apparent that the parameters of high-temperature strength, edge retention and hardness do not represent an absolute measure of the performance behavior of high-speed steels, but that the fine-grained solidification, segregation, carbide distribution and the type of carbides are also important,
These findings are in themselves no longer new, only the variety of influences brings difficulties with them, which hardly allow the coordination of the individual factors with each other to achieve optimal performance effects in high-speed steels. Furthermore, due to the enormously increased demands placed on tools made of high-speed steels, it has already become difficult to develop appropriate test methods,
which allow reproducible and comparable values to demonstrate performance. A performance review, e.g. B. by the turning attempt alone, is often no longer sufficient to use the key figures provided by this for comparisons to determine the extent of the increase in performance of high-speed steels.
Additional importance is attached to the other characteristics, such as austenite grain size, best carbide distribution and grain size, freedom from dendrites, block tightness, minimum hardness after the prescribed hardening and tempering treatment. attributable to alloying additions, heat treatment and deformation processes cannot always be easily met.
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The invention now relates to high-speed steels, which are used to improve the carbide distribution and for
Achieving a fine-grained structure with the greatest possible homogeneity and low segregation with
Additions of uranium and nitrogen and possibly other nitride and carbide formers, such as titanium,
Beryllium, zircon, etc. Like., Are provided. The addition of uranium and nitrogen, which combines to form sparingly soluble nitrides, takes place in the form of so-called inoculation.
The subject of the invention thus forms high-speed steel alloys with improved carbide distribution, largely freedom from segregation and fine-grained structure, which for this purpose uranium in
Contents of 0.01 to 0.10azole, in particular 0.02 to 0.08%, and nitrogen in contents of 0.02 to 0.20%. In addition, contents of beryllium, titanium and zirconium in an amount of 0.01 to 0.100/0, individually or in groups, can be added.
The nitrogen is introduced into the melt using the methods customary in steelworks, preferably by introducing an embroidered ferrous alloy or alloy metal. In order to obtain a perfect uranium-nitrogen inoculation, it is necessary that the high-speed steel melts are sufficiently deoxidized and that only low aluminum contents are present before the addition of nitrogen and uranium.
It has been found that higher aluminum contents have a disadvantageous influence on the hardness after hardening and tempering. For example, B. several perfectly comparable, only differently deoxidized and inoculated high-speed steel melts of the types S-6-5-2 and S-2-9-2 according to steel-iron material sheet 320-62 after a hardening treatment-hardening of 1220 C in a hot bath of 5900C and twice tempering for 2 hours at 5500C - a lower hardness if the aluminum content was greater than 0.01%. The hardness difference was approximately 0.5 to 2 Rockwell Rc.
If the aluminum content is 0.02% and below, the austenite grain size and hardness interval curves show a more gradual decrease from fine grain to coarse grain. Furthermore, it was found that the addition of uranium and nitrogen or uranium, titanium and nitrogen as a result of the inoculation effect achieved produces an extraordinarily good cast structure with regard to carbide distribution, freedom from dendrites, grain size and block tightness.
The improvements achieved by the addition of uranium and nitrogen proposed according to the invention, which are shown, for example, in the extremely fine grain according to the Snyder-Graff grain size determination as well as the extensive freedom from segregation and the good carbide distribution, must be regarded as unexpected and surprising, since one generally believes represented that titanium or zirconium as carbide and nitride formers already produce optimal effects in terms of edge retention and heat resistance and thus there was no incentive to use especially uranium together with nitrogen to achieve the inventive improvements in high-speed steels.
PATENT CLAIMS:
1.High speed steel alloy with carbide distribution improved by inoculation, low carbon
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0.01 to 0.100/0 and nitrogen from 0.02 to 0.20%.