AT390967B

AT390967B - Schnellarbeitsstahllegierung

Info

Publication number: AT390967B
Application number: AT343182A
Authority: AT
Inventors: Hellmut Dr Fischmeister; Sadi Dr Karagoez; Josef Dipl Ing Pueber
Original assignee: Boehler Gmbh
Priority date: 1982-09-14
Filing date: 1982-09-14
Publication date: 1990-07-25
Also published as: EP0105861B1; EP0105861A1; DE3371227D1; ATA343182A

Description

Nr. 390 967

Die Erfindung betrifft eine Schnellarbeitsstahllegierung, u. zw. eine solche, welche die karbidbildenden Elemente Wolfram, Molybdän, Chrom, Vanadium und Niob aufweist.

Im Rahmen der Schnellarbeitsstähle besitzt die genormte Legierungszusammensetzung S 6 - 5 - 2 (laut AISI als M2 bezeichnet) mit entsprechenden Gehalten an Wolfram, Molybdän, Vanadin und Chrom hinsichtlich der Häufigkeit ihrer Anwendung die weitaus größte Bedeutung. In den letzten Jahren wurden auch schon verschiedene Versuche unternommen, das nicht zuletzt durch die Auffindung neuer ausgedehnter Lagerstätten in den Mittelpunkt des Interesses auch als Karbidbildner gekommene Legierungselement Niob heranzuziehen, um insbesondere einen gänzlichen oder teilweisen Ersatz für Vanadin als Karbidbildner bei diesem Stahltyp zu ermöglichen. So wurde beispielsweise durch F.Heisterkamp (Metals and Materials, Oct. 1978) auf Legierungsvarianten hingewiesen, die vom Basistyp durch einen Gehalt von 2 bzw. 3 % Niob bei völligem Ersatz des Vanadins bzw. von je 1 % bei teilweisem Ersatz dieses Legierungsbestandteiles abweichen und gute Eigenschaften gezeigt haben. Weitere auf die teilweise Substitution von Wolfram und/oder Molybdän durch Niobgehalte bis etwa 4 % gerichtete Arbeiten sind ebenfalls schon bekannt geworden; die Absenkung des Wolframgehaltes hatte allerdings eine wesentliche Herabsetzung der Härtewerte zur Folge, weshalb dieser Weg einer Niob-Substitution als nicht zielführend betrachtet werden mußte.

Aus der Jp-OS 52-27010 ist eine Schnellstahllegierung bekannt geworden, bei welcher eine erhöhte Härte nach dem Anlassen erreicht werden soll, auch wenn mit geringer Abkühlungsgeschwindigkeit gehärtet worden ist. Die einzelnen kennzeichnenden Konzentrationen der karbidbildenden Elemente und des Kohlenstoffes berücksichtigen dabei weitgehend nur die stöchiometrischen Zusammensetzungen der Karbide, sodaß die Ausgewogenheit zwischen dem Anteil an die Schnittleistung bestimmenden Karbiden und der Matrixhärte nicht gegeben ist, wobei ein hoher karbidischer Verschleißträgeranteil Härteeinbußen zur Folge hat.

Es war somit eine unerwartete und bedeutsame Erkenntnis, daß es möglich ist, ohne Härteeinbußen in Kauf nehmen zu müssen, einen wesentlichen Anteil des laut Basiszusammensetzung vorgesehenen Wolframs einzusparen, wenn einem bestimmten, in relativ niedrigen engen Grenzen gehaltenen Niobgehalt ein gewisser Vanadinanteil zugeordnet wird und auch für die übrigen Legierungsbestandteile bestimmte Bereichsgrenzen eingehalten werden. Durch die niedrigen Niobkonzentrationen werden geringe Korngrößen der Primärkarbide und somit gute Zähigkeitseigenschaften des Werkstoffes erreicht, wobei die Vanadinmenge das entsprechende Matrixpotential bestimmt.

Das Kennzeichen der erfindungsgemäßen Schnellarbeitsstahllegierung besteht demnach darin, daß sie aus 0,84 bis 1,05 Gew.-% C, max. 1,0 Gew.-% Si, max. 1,0 Gew.-% Mn, 3,6 bis 4,5 Gew.-% Cr, 4,6 bis 6.5 Gew.-% Mo, 2,0 bis 4,0 Gew.-% W, 0,5 bis 1,6 Gew.-% V und 0,5 bis 1,5 Gew.-% Nb, Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen mit der Maßgabe besteht, daß bei einem Wolframgehalt von 2,0 bis 3,0 Gew.-% der Vanadiumgehalt 1,3 bis 1,6 Gew.-% und der Niobgehalt 0,8 bis 1,5 Gew.-% beträgt, bzw. daß bei einem Wolffamgehalt von mehr als 3,0 bis 4,0 Gew.-% der Vanadiumgehalt 0,5 bis 1,5 Gew.-% und der Niobgehalt 0,5 bis 1,0 Gew.-% beträgt, wobei die Summe von Vanadium und Niob im Bereich von 1 bis 2.5 Gew.-% liegt.

Es wird auf diese Weise erreicht, daß bei einem Minimum des Aufwandes für die am Legierungsaufbau beteiligten karbidbildenden Elemente ein maximales Ergebnis der damit erzielbaren technologischen Auswirkungen sichergestellt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Tabelle 1 sind einer der Basiszusammensetzung für S 6 - 5 - 2 entsprechenden Schnellarbeitsstahlzusammensetzung drei verschiedene erfindungsgemäße Legierungszusammensetzungen gegenübergestellt. Außerdem sind die zur Karbidbildung rechnerisch erforderlichen C-Gehalte, die Differenzen gegenüber dem tatsächlichen C-Gehalt sowie die Härtetemperaturen für die einzelnen Stähle angeführt. Die Härtetemperatur wurde in der üblichen Weise mit Hilfe der Ansprunghärtekurven und der Snyder-Graff-Komzahl ausgewählt. Wie bei Stahlanalysen üblich, ist bei der Zusammensetzung der aus Fe und den herstellungsbedingten Verunreinigungen bestehende Restanteil nicht gesondert ausgewiesen. Für die Untersuchung des Standzeitverhaltens wurden Seitenschlichtmesser (18 mm-Vierkant: α=5°, ß = 74°, γ = 11°) angefertigt, mit denen auf 1000 N/mm^ vergütete 100 mm dicke Rundstäbe aus 90 MnV 8 bei einer Schnittgeschwindigkeit von 24 m/min, einer Spantiefe von 1,00 mm und einem Vorschub von 0,203 mm/U bearbeitet wurden. Gemessen wurde die bis zum Reibverschleiß abgedrehte Spanlänge, wobei jeweils die Ergebnisse von sechs Drehmeißeln eines Probentyps gemittelt wurden. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 veranschaulicht, wobei auch die jeweils angewandte Härtetemperatur und die erzielten Härtewerte ersichtlich sind.

Wie sich daraus ergibt, sind die Leistungen der erfindungsgemäßen Schnellarbeitsstahlzusammensetzungen denen des Basiswerkstoffes bei entsprechender Wahl der Härtetemperatur praktisch gleichwertig oder sogar überlegen, was bei den damit erzielten Ersparnissen besonders ins Gewicht fällt. Die praxisbezogene Gleichwertigkeit ergab sich auch bei den mit den Probenstählen vorgenommenen Untersuchungen des Guß- und Glühgefüges sowie der Mengen- bzw. Größenverteilung der Karbide. -2-

Claims

Nr. 390 967 Tabelle 1 ehern. Zusammensetzung (Gew.-%) C errechnet Härtetemp. Bezeichnung C Cr Mo W V Nb mit Cr AC °C S 6-5-2 0,94 4,25 4,88 6,80 1,84 - 1,16 -0,22 1220 Probe 1 1,02 3,82 4,99 3,36 1,48 0,93 1?15 +0,05 1170 Probe 2 0,94 3,87 6,25 3,45 0,55 0,54 0,89 +0,05 1200 Probe 3 1,03 3,61 4,87 2,24 1,43 0?94 0,99 +0,04 1200 Tabelle
2 Bezeich nung Härte temp. °C Härte (HRC) Spanlänge der einzelnen Versuche (m) Mittelwert + Streuung (m) S 6-5-2 1220 66.0 368,4 402,2 398,9 460,2 416,5 429,3 412,7 ± 29,8 Probe 1 1170 65.0 340,6 379,2 403,5 437,4 419,3 395,6 396,1 + 31,3 Probe 2 1230 66.0 448,5 433,5 364,3 416,2 387,3 417,2 411,3 ±29,0 Probe 3 1200 65.0 422,5 367,8 405.3 484,2 443,5 409,6 422,3 ± 36,2 PATENTANSPRUCH Schnellarbeitsstahllegierung mit den karbidbildenden Elementen Wolfram, Molybdän, Chrom, Vanadium und Niob, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 0,84 bis 1,05 Gew.-% C, max. 1,0 Gew.-% Si, max. 1,0 Gew.-% Mn, 3,6 bis 4,5 Gew.-% Cr, 4,6 bis 6,5 Gew.-% Mo, 2,0 bis 4,0 Gew.-% W, 0,5 bis 1,6 Gew.-% V und 0,5 bis 1,5 Gew.-% Nb, Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen mit der Maßgabe besteht, daß bei einem Wolframgehalt von 2,0 bis 3,0 Gew.-% der Vanadiumgehalt 1,3 bis 1,6 Gew.-% und der Niobgehalt 0,8 bis 1,5 Gew,-% beträgt, bzw. daß bei einem Wolframgehalt von mehr als 3,0 bis 4,0 Gew.-% der Vanadiumgehalt 0,5 bis 1,5 Gew.-% und der Niobgehalt 0,5 bis 1,0 Gew.-% beträgt, wobei jeweils die Summe von Vanadium und Niob im Bereich von 1 bis 2,5 Gew.-% liegt.
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