AT409389B

AT409389B - Pm-schnellarbeitsstahl mit hoher warmfestigkeit

Info

Publication number: AT409389B
Application number: AT0058601A
Authority: AT
Original assignee: Boehler Edelstahl
Priority date: 2001-04-11
Filing date: 2001-04-11
Publication date: 2002-07-25
Also published as: KR20020080262A; CN1388263A; EP1249511A1; KR100474117B1; ATA5862001A; RU2221073C1; SI1249511T1; ES2269340T3; TWI261071B; EP1249511B1; CA2371320C; BR0106358A; CA2371320A1; US20030095886A1; UA76942C2; DK1249511T3; CN1156595C; US6652617B2; HK1051221A1; DE50110937D1

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   Die Erfindung betrifft einen Schnellarbeitsstahlgegenstand mit hoher Warmfestigkeit und Zä- higkeit, der pulvermetallurgisch durch Zerteilung eines flüssigen Metallstromes einer Legierung mit Stickstoff zu Metallpulver und Kompaktieren des Pulvers bei hoher Temperatur unter allseitigem Druck hergestellt und gegebenenfalls warmverformt ist. 



   Hochleistungsschnellstähle umfassen Legierungen mit etwa 0,8 bis 1,0 Gew.-% Kohlenstoff, 14 bis 18 Gew.-% Wolfram, etwa 4,5 Gew. -% Chrom, bis zu 2 Gew.-% Molybdän, mindestens 1,2 bis 1,5 Gew.-% Molybdän, mindestens 1,2 bis 1,5 Gew. -% Vanadin sowie 3 bis 20 Gew.-% Kobalt, Rest Eisen. Die Ursache für die mit diesen Schnellarbeitsstählen erreichbare hohe Leistung liegt im Zusammenwirken der stark karbidbildenden Elemente Vanadin, Wolfram, Molybdän und Chrom und dem über die Grundmasse bzw. die Matrix wirkenden Element Kobalt. Neben Wolfram und Molybdän ist insbesondere Vanadin geeignet, der Legierung eine hohe Anlassbeständigkeit bis zu einer Temperatur von etwa 600 C zu vermitteln.

   Bei gleichzeitig hohem Kohlenstoff- und hohem Vanadingehalt werden auch eine grosse Menge von Vanadinkarbiden gebildet, durch welche eine besondere Verschleissfestigkeit des Werkstoffes bewirkt wird. Insbesondere Schlichtwerkzeuge werden deshalb mit Schnellstählen, die einen erhöhten Kohlenstoff- und Vanadingehalt aufweisen, gefertigt.

   Schmelzmetallurgisch bzw. schmelztechnisch mit einer Erstarrung in Giessformen er- scheint jedoch mit einer Legierung mit der chemischen Zusammensetzung in Gew. -% 1,3 bis 1,5 C, etwa 13% W, 4 % Cr, 1% Mo, 8 bis 12 % Co und etwa 4,5 % V, Rest Eisen die wirtschaftli- che Herstellbarkeit erreicht zu sein, wobei schon dieser Werkstoff des hohen Karbidgehaltes und der Erstarrungsstruktur wegen erschwert und mit abgesenkt enger Schmiedetemperatur zu verfor- men ist und nur geringe Zähigkeitswerte, insbesondere geringe Schlagbiegezähigkeit im thermisch vergüteten Zustand, aufweist. 



   Um einerseits den Kohlenstoffgehalt und die Konzentration der karbidbildenden Elemente im Hinblick auf eine Steigerung des Karbidanteiles und somit die Verschleissbeständigkeit des Werk- stoffes weiter erhöhen zu können, andererseits jedoch eine ausreichende Verarbeitbarkeit und Homogenität des daraus gefertigten Gegenstandes zu erreichen, ist eine pulvermetallurgische Her- stellung derartig legierter Teile vorteilhaft. 



   Eine pulvermetallurgische Herstellung beinhaltet im wesentlichen ein Verdüsen einer Stahl- schmelze zu Metallpulver, ein Einbringen und Verdichten des Metallpulvers in eine Kapsel, ein Ver- schliessen der Kapsel und ein Erwärmen und heissisostatisches Pressen des Pulvers in der Kapsel zu einem dichten homogenen Material. 



   Dieses PM-Material kann direkt nach entsprechender Wärmebehandlung zur Fertigung von Gegenständen eingesetzt oder vorher einer Warmumformung, zum Beispiel durch Schmieden, unterworfen werden. 



   Hochbeanspruchte Schnellarbeitsstahlgegenstände, insbesondere Schneidwerkzeuge mit ho- her Standzeit, für eine wirtschaftliche Bearbeitung von Teilen erfordern ein vielschichtiges hohes Eigenschaftsprofil. 



   Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Schnellarbeitsstahlgegenstand, vorzugs- weise einen solchen für ein Hochleistungsschneidwerkzeug, zu schaffen, welcher einen hohen oxidischen Reinheitsgrad, damit ein geringes Rissinitiationspotential und einen gesteigerten Schär- fegrad der Schneidkanten aufweist, hohe Härte bei angemessener Zähigkeit und hohe Verschleiss- festigkeit im thermisch vergüteten Zustand des Werkstoffes sowie verbesserte Warmhärte bzw. hohe Warmfestigkeit besitzt. 



   Ein weiteres Ziel der Erfindung stellt die Angabe eines Schnellarbeitsstahlgegenstandes zur Verwendung als Werkzeug für eine Hochgeschwindigkeitszerspanung von Werkstoffen ohne Bei- gabe von Schmiermitteln, insbesondere für eine spanabhebende Bearbeitung von Leichtmetallen und derartigen Legierungen, dar. 



   Die Angabe wird erfindungsgemäss bei einem Schnellarbeitsstahlgegenstand der eingangs ge- nannten Art dadurch gelöst, dass der Gegenstand einen hohen Reinheitsgrad mit einem Gehalt und Konfiguration an nichtmetallischen Einschlüssen entsprechend einem Wert KO von höchstens 3 gemäss Prüfung nach DIN 50 602 aufweist und folgende chemische Zusammensetzung in Gew.-% 
 EMI1.1 
 
<tb> Kohlenstoff <SEP> (C) <SEP> 1,51 <SEP> bis <SEP> 2,5
<tb> 
<tb> Silizium <SEP> (Si) <SEP> bis <SEP> 0,8 <SEP> 
<tb> 
<tb> Mangan <SEP> (Mn) <SEP> bis <SEP> 1,5
<tb> 
<tb> Chrom <SEP> (Cr) <SEP> 3,5 <SEP> bis <SEP> 4,5 <SEP> 
<tb> 
 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 
 EMI2.1 
 
<tb> Wolfram <SEP> (W) <SEP> 13,3 <SEP> bis <SEP> 15,3
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Molybdän <SEP> (Mo) <SEP> 2,0 <SEP> bis <SEP> 3,0
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Vanadin <SEP> (V) <SEP> 4,5 <SEP> bis <SEP> 6,

  9
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Kobalt <SEP> (Co) <SEP> 10,05 <SEP> bis <SEP> 12,0
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Schwefel <SEP> (S) <SEP> bis <SEP> 0,52
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Stickstoff <SEP> (N) <SEP> bis <SEP> 0,3
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Sauerstoff <SEP> (N) <SEP> max <SEP> 100 <SEP> ppm
<tb> 
   mit einem Wert : minus Schwefel (Mn-S) von mindestens 0,19, Eisen und herstellungsbe-   dingte Verunreinigungen und Begleitelemente als Rest, mit der Massgabe besitzt, dass das Verhält- nis der Konzentrationen von Wolfram zu Molybdän zwischen 5,2 und 6,5 liegt und dass der Gehalt an Kobalt höchstens 70% des Wertes von Wolfram + Molybdän beträgt. 



   Die mit dem erfindungsgemässen Gegenstand erzielten Vorteile sind als Summenwirkung im Hinblick auf die Verbesserung der Werkstoffeigenschaften zu sehen, so wie in bildhafter Darstel- lung eine Kette nur die Tragkraft ihres schwächsten Gliedes besitzt. Oxidische Einschlüsse sind Fehlstellen mit meist kantiger Struktur und stellen, wie gefunden wurde, ab einer kritischen Grösse den Ausgangspunkt von Rissen im auf hohe Härte vergüteten Werkstoff bei einem gegebenenfalls wechselnden Spannungszustand in diesem dar. Weil in einer Matrix mit hoher Warmhärte bzw. 



  Warmfestigkeit eine Rissinitiation durch grobe Oxide im Werkstoff überproportional ansteigt, jedoch, wie sich zeigte, Einschlüsse mit geringem Durchmesser und geringer Längserstreckung wenig wirksam sind, wurde erfindungsgemäss ein Summenkennwert von höchstens 3 bei der Prüfung auf nichtmetallische Einschlüsse nach DIN 50 602 Verfahren KO als wichtig erkannt. 



   Das ausgezeichnete Eigenschaftsprofil der Legierung nach der Erfindung ergibt sich synerge- tisch aus der Wechselwirkung der Elemente in ihren jeweiligen Aktivitäten. Wesentlich dabei ist, dass im Schnellarbeitsstahl die Konzentrationswerte Elemente Kohlenstoff, Chrom, Wolfram, Mo- lybdän, Vanadin und Kobalt in engen Grenzen vorliegen und dass der Sauerstoffgehalt einen Höchstwert nicht überschreitet. Der Gehalt an Kohlenstoff ist im Lichte der hohen Affinität der Elemente Wolfram, Molybdän und Vanadin zu diesem zu sehen. Obige Legierungsmetalle bilden stabile Primärkarbide und Sekundärhärtekarbide sind jedoch auch nach Wechselwirkung und jeweiliger Aktivität in den Matrix-Mischkristallen eingelagert. 



   Überschreitet die Kohlenstoffkonzentration einen Wert von 2,5 Gew.-%, tritt eine markante Versprödung des Schnellarbeitsstahlwerkstoffes ein, was bis zur Unbrauchbarkeit des Gegenstan- des, zum Beispiel eines Schneidwerkzeuges, führen kann. Geringere Gehalte als 1,51 Gew.-% verringern den Karbidanteil und entscheidend die Verschleissbeständigkeit des Werkstoffes. Erfin- dungsgemäss beträgt der Kohlenstoffgehalt der Legierung 1,51 bis 2,5 Gew.-%. 



   Die Chromkonzentration mit einem Höchstwert von 4,5 Gew. -% ist dadurch begründet, weil höhere Gehalte zu einem Chromanteil in der Matrix führen, der stabilisierend auf den Restaustenit- gehalt beim Härten wirkt. Bis zu einem Mindestwert von 3,5 Gew.-% Chrom erfolgt durch den Einbau der Legierungsatome im Mischkristall eine gewünschte Verfestigung derselben, so dass erfindungsgemäss ein Gehaltsbereich von 3,5 bis 4,5 Gew.-% im Werkstoff vorgesehen ist. 



   Wolfram und Molybdän weisen eine hohe Kohlenstoffaffinität auf, bilden fast gleichartige Karbi- de und sind nach vielfach vertretener Meinung der Fachwelt auf Grund des jeweiligen Atomgewich- tes massengehaltsmässig 2 zu 1 austauschbar. Es wurde überraschenderweise gefunden, dass diese Austauschbarkeit nicht vollkommen gegeben ist, sondern durch die jeweilige Aktivität dieser Legierungselemente die Mischkarbidbildung und der Anteil der Elemente im Mischkristall steuerbar sind, worauf bei der Erörterung der Warmfestigkeit des Schnellarbeitsstahles noch näher einge- gangen wird. 



   Vanadin ist einer der stärksten Monokarbidbildner, dessen Karbide sich durch hohe Härte aus- zeichnen und die besondere Verschleissfestigkeit des Werkstoffes begründen. Die Verschleissfes- tigkeit wird durch die feine Ausbildung und eine im wesentlichen homogene Verteilung der Mono- karbide, wie diese durch eine pulvermetallurgische Herstellung des Werkstoffes erstellt wird, geför- dert. Insbesondere Vanadin, aber auch die Elemente Wolfram und Molybdän sind bei hohen Tem- peraturen teilweise in Lösung zu bringen, was nach einem forcierten Abkühlen des Gegenstandes ein wesentliches Sekundärhärtepotential durch Ausscheidung feinst verteilter vanadinreicher Sekundärkarbide durch Anlassbehandlungen erbringt und auf die Warmfestigkeit des Werkstoffes vorteilhaft wirksam ist.

   Höhere Gehalte als 6,9 Gew.-% Vanadin bedingen entweder höhere 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 Kohlenstoffgehalte der Legierung, wodurch diese versprödet oder es erfolgt eine Abreicherung und eine Verminderung der Festigkeit, insbesondere Verminderung der Warmfestigkeit der Matrix. Va- nadinkonzentrationen unter 4,5 Gew.-% führen zu einer signifikanten Verschlechterung des Ver- schleissverhaltens des vergüteten Teiles. 



   Kobalt ist im Schnellarbeitsstahl kein karbidbildendes Element, verfestigt jedoch die Matrix und fördert wesentlich die thermische Beständigkeit des Gegenstandes. Hohe Kobaltgehalte von mehr als 12,0   Gew -%   wirken im gegebenen Schnellarbeitsstahl versprödend auf die Grundmasse des Werkstoffes, wohingegen geringere Konzentrationen als 10,05 Gew. -% eine deutliche Verringe- rung der Matrixhärte bei erhöhter Temperatur bewirken. 



   Kobalt in den erfindungsgemäss vorgesehenen Grenzen von 10,05 bis 12,0 Gew.-% bewirkt auf Grund des hohen Diffusionskoeffizienten, dass beim Anlassen des gehärteten Teiles der verstärk- ten Keimbildung wegen, die Diffusionsvorgänge erleichtert und somit die Sekundärkarbidausschei- dungen in grosser Zahl und grosser Menge fein verteilt ausgebildet werden, zudem nur langsam vergröbern und vorteilhaft auf die Matrixfestigkeit, insbesondere bei hoher Temperatur, wirksam sind. 



   Die feinen Sekundärkarbide, die dem Werkstoff im vergüteten Zustand hohe Härte und Festig- keit verleihen, werden durch Diffusionsvorgänge bei hohen Anwendungstemperaturen vergrössert bzw. es erfolgt eine Koagulation. Durch einen hohen Wolframgehalt in der Legierung und konse- quenterweise in den Sekundärkarbiden ergibt sich der Grösse der Wolframatome wegen ein kleine- rer Diffusionskoeffizient gegenüber den Elementen Molybdän und Vanadin, so dass eine wesentlich langsamere Vergröberung und Stabilisierung des Systemes bei hoher Temperatur, wie gefunden wurde, auch bei Mischkarbiden erfolgt.

   Der erfindungsgemässe Wolframanteil von 13,3 bis 15,3 Gew. -% sichert bei den vorgegebenen Gehalten der weiteren stark karbidbildenden Elemente eine geringe Neigung zur Vergröberung der Sekundärhärtekarbide bei erhöhten Temperaturen und somit einen geringen Karbidteilchenabstand langzeitig, was die Versetzungen im Matrixgitter blockiert und eine Erweichung des Materials dilatiert. Der Werkstoff bleibt auch bei hohen thermi- schen Belastungen länger hart, besitzt also eine erhöhte Warmfestigkeit. 



   Dem Molybdän kommt bei der Reaktionskinetik bzw. der Mischkarbidbildung eine wesentliche Bedeutung zu, wobei ein Gehalt von 2,0 bis 3,0 als erfindungsgemäss wirksam ermittelt wurde. 



   Ein Höchstgehalt von 100 ppm Sauerstoff ist im Hinblick auf die Anzahl der nichtmetallischen Einschlüsse und das Eigenschaftsprofil des Werkstoffes bei den Beanspruchungen vorgesehen. 



   Von wesentlicher Bedeutung für eine hohe Warmfestigkeit des vergüteten Werkstoffes ist das Verhältnis der Konzentrationen von Wolfram und Molybdän und die auf diese Elemente abge- stimmte Kobaltkonzentration. Bei Werten von Wolfram zu Molybdängehalten von 5,2 bis 6,5 ist die Geschwindigkeit der Sekundärkarbid-Teilchenvergröberung und damit ein Härteabfall des Werk- stoffes bei hohen Temperaturen minimiert, wobei ein geringerer Gehalt als 70 % Kobalt, gemessen an der Wolfram + Molybdänkonzentration, eine Vermehrung der Keimstellen für eine Bildung von Sekundärkarbiden bewirkt und dadurch eine feindisperse Verteilung derselben fördert, was insge- samt eine hohe Warmfestigkeit des Schnellarbeitsstahlgegenstandes sicherstellt. 



   Silizium in der Legierung wirkt zwar mischkristallverfestigend und desoxidierend, sollte jedoch aus Gründen der Härtbarkeit des Werkstoffes einen Gehalt von 0,8 Gew.-% nicht überschreiten. 



   Mangan kann zwar das Härteverhalten des Werkstoffes beeinflussen, ist jedoch vornehmlich gemeinsam mit dem Schwefelgehalt zu sehen, wobei Schwefel und Mangan als die Bearbeitbarkeit des Stahles verbessernde Elemente infolge Sulfideinschlussbildung anzusehen sind. Bei vorzugs-   weise geringen Mangangehalten im Stahl sollte der Wert : minus Schwefel 0,19 nicht   unterschritten werden, weil dadurch Warmumformprobleme und abgesenkte Materialeigenschaften bei hohen Verwendungstemperaturen entstehen können. 



   Stickstoff kann infolge einer Bildung von bei hohen Temperaturen schwer löslichen Karbonitri- den im erfindungsgemässen Werkstoff günstige Wirkung auf eine Verbesserung der Warmfestigkeit besitzen, sollte aber nur bis zu einem Gehalt von 0,2 Gew.-% zulegiert sein, um Herstellungsprob- leme zu vermeiden. 



   In Ausgestaltungen der Erfindung zur weiteren Verbesserung der Gebrauchseigenschaften des Schnellarbeitsstahles kann dieser unter Zugrundelegung obiger Zusammensetzung ein oder meh- rere Element(e) mit folgendem(n) Konzentrationswert (en) in Gew. -% besitzen. 



   C 1,75 bis 2,38 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 
 EMI4.1 
 
<tb> Si <SEP> 0,35 <SEP> bis <SEP> 0,75 <SEP> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Mn <SEP> 0,28 <SEP> bis <SEP> 0,54 <SEP> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Cr <SEP> 3,56 <SEP> bis <SEP> 4,25 <SEP> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> W <SEP> 13,90 <SEP> bis <SEP> 14,95
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Mo <SEP> 2,10 <SEP> bis <SEP> 2,89 <SEP> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> V <SEP> 4,65 <SEP> bis <SEP> 5,95 <SEP> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Co <SEP> 10,55 <SEP> bis <SEP> 11,64 <SEP> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> N <SEP> 0,018 <SEP> bis <SEP> 0,195 <SEP> 
<tb> 
 
Bei einer derartig elementspezifischen Einschränkung der chemischen Zusammensetzung können einzelne Eigenschaften des Werkstoffes besonders gefördert werden. 



   Eine weitere Einengung des Konzentrationsbereiches von Legierungskomponenten kann zur gezielten Werkstoffausrichtung für besondere Anwendungsfälle vorteilhaft nutzbar sein, wobei der Gegenstand basierend auf der erstgenannten Zusammensetzung ein oder mehrere Element(e) mit folgendem(n) 
Konzentrationswert (en) in Gew.-% besitzt 
 EMI4.2 
 
<tb> C <SEP> 1,69 <SEP> bis <SEP> 2,29 <SEP> 
<tb> 
<tb> Si <SEP> 0,20 <SEP> bis <SEP> 0,60 <SEP> 
<tb> 
<tb> Mn <SEP> 0,20 <SEP> bis <SEP> 0,40 <SEP> 
<tb> 
<tb> Cr <SEP> 3,59 <SEP> bis4,19
<tb> 
<tb> W <SEP> 13,60 <SEP> bis <SEP> 14,60 <SEP> 
<tb> 
<tb> Mo <SEP> 2,01 <SEP> bis <SEP> 2,80 <SEP> 
<tb> 
<tb> V <SEP> 4,55 <SEP> bis <SEP> 5,45 <SEP> 
<tb> 
<tb> Co <SEP> 10,40 <SEP> bis <SEP> 11,50 <SEP> 
<tb> 
<tb> N <SEP> 0,02 <SEP> bis <SEP> 0,1 <SEP> 
<tb> 
<tb> (0)

   <SEP> max <SEP> 90 <SEP> ppm
<tb> 
 
Das weitere Ziel der Erfindung wird erreicht durch eine Verwendung eines Schnellarbeitsstahl- Schneidwerkzeuges mit hoher Warmfestigkeit und Zähigkeit, welches pulvermetallurgisch durch Zerteilung eines flüssigen Metallstromes einer Legierung mit Stickstoff zu Metallpulver und Kom- paktieren des Pulvers bei hoher Temperatur unter allseitigem Druck hergestellt und gegebenenfalls warmverformt ist, einen hohen Reinheitsgrad mit einem Gehalt und Konfiguration an nichtme- tallischen Einschlüssen entsprechend einem Wert KO von höchstens 3 gemäss Prüfung nach DIN 50 602 aufweist und folgende chemische Zusammensetzung in Gew.-% 
 EMI4.3 
 
<tb> C <SEP> 1,51 <SEP> bis <SEP> 2,5 <SEP> 
<tb> Si <SEP> bis <SEP> 0,8 <SEP> 
<tb> 
<tb> Mn <SEP> bis <SEP> 1,5 <SEP> 
<tb> 
<tb> Cr <SEP> 3,5 <SEP> bis <SEP> 4,5 <SEP> 
<tb> 
<tb> W <SEP> 13,

  3 <SEP> bis <SEP> 15,3
<tb> 
<tb> Mo <SEP> 2,0 <SEP> bis <SEP> 3,0 <SEP> 
<tb> 
<tb> V <SEP> 4,5 <SEP> bis <SEP> 6,9 <SEP> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Co <SEP> 10,05 <SEP> bis <SEP> 12,0 <SEP> 
<tb> 
<tb> S <SEP> bis <SEP> 0,52 <SEP> 
<tb> 
<tb> N <SEP> bis <SEP> 0,2 <SEP> 
<tb> 
<tb> O <SEP> max <SEP> 100 <SEP> ppm <SEP> 
<tb> 
 mit einem Wert : Mangan minus Schwefel (Mn-S) von mindestens 0,19, Eisen und herstellungsbe- dingte Verunreinigungen und Begleitelemente als Rest, mit der Massgabe besitzt, dass das Verhält- nis der Konzentrationen von Wolfram zu Molybdän zwischen 5,2 und 6,5 liegt und dass der Gehalt an Kobalt höchstens 70 % des Wertes von Wolfram + Molybdän beträgt, für eine Hochgeschwin- digkeitszerspanung ohne Schmiermittel von Werkstoffteilen, insbesondere aus Leichtmetallen, und derartigen Legierungen.

   Bei derartigen Anforderungen hat sich gezeigt, dass besonders grosse Standzeiterhöhungen bei erschwerten Bedingungen durch den Einsatz von erfindungsgemässen Werkzeugen erreichbar sind, was insbesondere wirtschaftliche Vorteile bei einer spanenden Bear- beitung erbringen kann. 



   Anhand von vergleichenden Erprobungen soll die Erfindung näher erläutert werden. 



   Aus Tabelle 1 sind die chemische Zusammensetzung eines erfindungsgemässen Schnellar- beitsstahlgegenstandes und jene von Vergleichswerkstoffen ersichtlich. 

 <Desc/Clms Page number 5> 

 



   In Fig. 1 werden die Anlasskurven der Werkstoffe gezeigt. Die Probengeometrie und die Wär- mebehandlungsbedingungen waren wir folgt: 
Probengeometrie : Halbscheiben Rd 30 x 10 mm 
Austenitisierung im Vakuum bei 1210  C 
Abschreckung im Stickstoffstrom 
Anlassen: 3 x 2H 
Fig. 2 zeigt vergleichend die Biegebruchfestigkeit der Werkstoffe im 4-Punkt Biegeverfahren bei folgenden Probendaten. 



   Die Erprobung erfolgte gemäss den in Fig. 2a dargestellten und nachfolgend angegebenen Be- dingungen. 



   Probengeometrie : 
Rundprobe Rd 5,0 mm 
Gehärtet im Vakuum bei 1210  C
Anlassen: 3 x 2h 
In Fig. 3 ist der Verlauf der Warmhärte der Werkstoffe bei 650  C in logarithmischer Abhängig- keit der Zeit dargestellt, wobei alle Proben annähernd dieselbe Ausgangshärte von 67 bis 68 HRC aufwiesen. Die Warmhärteprüfung erfolgte mittels eines vom Werkstoff-Kompetenzzentrum Leoben entwickelten dynamischen Verfahrens (Zeitschrift für Metallkunde 90 (1999) 8,637). 



   Aus einem Vergleich der Erprobungsergebnisse kann ersehen werden, dass die Härte-Anlass- kurven (Fig. 1) der verschiedenen Werkstoffe eng beieinander liegen und dass bei einer Anlasstem- peratur oberhalb von   570 C   die Legierung 1 die höchsten Härtewerte erbringt. 



   Obwohl der erfindungsgemässe Werkstoff die höchste Biegebruchzähigkeit aufweist (Fig 2), sind die Unterschiede zu den Vergleichsmaterialien nicht wesentlich ausgeprägt. 



   Bei einem Vergleich der Warmhärte der Schnellarbeitsstahlwerkstoffe (Fig. 3) ist eine deutliche Überlegenheit des erfindungsgemäss zusammengesetzten Gegenstandes zu ersehen. 



   Diese hohe Warmhärte und der besondere oxidische Reinheitsgrad des Werkstoffes bewirkten, dass im praktischen Einsatz bei einer Hochgeschwindigkeits-Trockenbearbeitung mit unterbroche- nem Schnitt von Gussstücken aus einer Aluminium-Silizium- Legierung eine um 38 % verbesserte Standzeit des Schneidwerkzeuges festgestellt wurde, wobei der Verschleiss hauptsächlich auf ver- mehrte Ansammlungen von Silizium in den Al-Si-Legierungen zurückzuführen war. 

 <Desc/Clms Page number 6> 

 



    Chem. Zusammensetzung des erfindungsgemässen Schnellarbeitsstahles und der Vergleichslegierungen   
 EMI6.1 
 
<tb> Zusammen <SEP> c <SEP> w <SEP> Mo <SEP> v <SEP> Co <SEP> si <SEP> Mn <SEP> s <SEP> N <SEP> O <SEP> Mn-S <SEP> W/Mo
<tb> 
 
 EMI6.2 
 
 EMI6.3 
 
<tb> Legierung <SEP> 1 <SEP> 2,30 <SEP> 6,32 <SEP> 6,52 <SEP> 6,15 <SEP> 10,30 <SEP> 0,62 <SEP> 0,28 <SEP> 0,002 <SEP> 0,074 <SEP> 0,007 <SEP> 0,28 <SEP> 0,97
<tb> Legierung <SEP> 2 <SEP> 3,40 <SEP> 10,00 <SEP> 4,80 <SEP> 9,50 <SEP> 8,50 <SEP> 0,61 <SEP> 0,38 <SEP> 0,016 <SEP> 0,050 <SEP> 0,020 <SEP> 0,36 <SEP> 2,08
<tb> Legierung <SEP> 3 <SEP> 2,15 <SEP> 13,00 <SEP> 0,00 <SEP> 6,20 <SEP> 9,90 <SEP> 0,73 <SEP> 0,28 <SEP> 0,008 <SEP> 0,067 <SEP> 0,020 <SEP> 0,27 <SEP> @
<tb> Legierung <SEP> 4 <SEP> 2,10 <SEP> 14,00 <SEP> 5,70 <SEP> 5,30 <SEP> 11,40 <SEP> 0,31 <SEP> 0,27 <SEP> 0,006 <SEP> 0,039 <SEP> 0,

  012 <SEP> 0,26 <SEP> 2,46
<tb> Legierung <SEP> gemäss
<tb> Legierung <SEP> gemäss <SEP> 2,00 <SEP> 14,30 <SEP> 2,50 <SEP> 5,00 <SEP> 11,00 <SEP> 0,40 <SEP> 0,30 <SEP> 0,018 <SEP> 0,050 <SEP> 0,007 <SEP> 0,28 <SEP> 5,72
<tb> Erfindung <SEP> ¯¯¯¯ <SEP> ¯¯¯¯ <SEP> ¯¯¯¯ <SEP> ¯¯¯¯ <SEP> ¯¯¯¯ <SEP> ¯¯¯¯ <SEP> ¯¯¯¯ <SEP> ¯¯¯¯
<tb> 
   Tabelle 1

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Schnellarbeitsstahlgegenstand mit hoher Warmfestigkeit und Zähigkeit, der pulvermetal- lurgisch durch Zerteilung eines flüssigen Metallstromes einer Legierung mit Stickstoff zu Metallpulver und Kompaktieren des Pulvers bei hoher Temperatur unter allseitigem Druck hergestellt und gegebenenfalls warmverformt ist, insbesondere Schneidwerkzeug, welcher Gegenstand einen hohen Reinheitsgrad mit einem Gehalt und Konfiguration an nichtmetal- lischen Einschlüssen entsprechend einem Wert KO von höchstens 3 gemäss Prüfung nach DIN 50 602 aufweist und folgende chemische Zusammensetzung in Gew.-% EMI7.1 <tb> Konlenston <SEP> (C) <SEP> 1,51 <SEP> bls <SEP> 2,5 <tb> <tb> <tb> Silizium <SEP> (Si) <SEP> bis <SEP> 0,8 <SEP> <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> Mangan <SEP> (Mn) <SEP> bis <SEP> 1,5 <tb> <tb> <tb> <tb> Chrom <SEP> (Cr) <SEP> 3,5 <SEP> bis <SEP> 4,

5 <SEP> <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> Wolfram <SEP> (W) <SEP> 13,3 <SEP> bis <SEP> 15,3 <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> Molybdän <SEP> (Mo) <SEP> 2,0 <SEP> bis <SEP> 3,0 <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> Vanadin <SEP> (V) <SEP> 4,5 <SEP> bis <SEP> 6,9 <tb> <tb> <tb> <tb> Kobalt <SEP> (Co) <SEP> 10,05 <SEP> bis <SEP> 12,0 <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> Schwefel <SEP> (S) <SEP> bis <SEP> 0,52 <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> Stickstoff <SEP> (N) <SEP> bis <SEP> 0,2 <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> Sauerstoff <SEP> (0) <SEP> max <SEP> 100 <SEP> ppm <tb> mit einem Wert :

Mangan minus Schwefel (Mn-S) von mindestens 0,19 Eisen und herstel- lungsbedingte Verunreinigungen und Begleitelemente als Rest, mit der Massgabe besitzt, dass des Verhältnis der Konzentrationen von Wolfram zu Molybdän zwischen 5,2 und 6,5 liegt und dass der Gehalt an Kobalt höchstens 70% des Wertes von Wolfram + Molybdän beträgt.
2. Schnellarbeitsstahlgegenstand nach Anspruch 1, welcher ein oder mehrere Element(e) mit folgendem(n) Konzentrationswert (en) in Gew. -% besitzt(en) EMI7.2 <tb> C <SEP> 1,75 <SEP> bis <SEP> 2,38 <SEP> <tb> <tb> <tb> Si <SEP> 0,35 <SEP> bis <SEP> 0,75 <SEP> <tb> <tb> <tb> <tb> Mn <SEP> 0,28 <SEP> bis <SEP> 0,54 <SEP> <tb> <tb> <tb> <tb> Cr <SEP> 3,56 <SEP> bis <SEP> 4,25 <SEP> <tb> <tb> <tb> <tb> W <SEP> 13,90 <SEP> bis <SEP> 14,95 <tb> <tb> <tb> <tb> Mo <SEP> 2,10 <SEP> bis <SEP> 2,89 <SEP> <tb> <tb> <tb> <tb> V <SEP> 4,65 <SEP> bis <SEP> 5,95 <SEP> <tb> <tb> <tb> <tb> Co <SEP> 10,55 <SEP> bis <SEP> 11,64 <tb> <tb> <tb> <tb> N <SEP> 0,018 <SEP> bis <SEP> 0,195 <SEP> <tb> 3.

Schnellarbeitsstahlgegenstand nach Anspruch 1, welcher ein oder mehrere Element(e) mit folgendem(n) Konzentrationswert (en) in Gew.-% besitzt (en) EMI7.3 <tb> C <SEP> 1,69 <SEP> bis <SEP> 2,29 <SEP> <tb> Si <SEP> 0,20 <SEP> bis <SEP> 0,60 <SEP> <tb> <tb> <tb> Mn <SEP> 0,20 <SEP> bis <SEP> 0,40 <tb> <tb> Cr <SEP> 3,59 <SEP> bis <SEP> 4,19 <SEP> <tb> <tb> W <SEP> 13,60 <SEP> bis <SEP> 14,60 <tb> <tb> Mo <SEP> 2,01 <SEP> bis <SEP> 2,80 <SEP> <tb> <tb> V <SEP> 4,55 <SEP> bis <SEP> 5,45 <SEP> <tb> <tb> Co <SEP> 10,40 <SEP> bis <SEP> 11,50 <tb> <tb> N <SEP> 0,02 <SEP> bis <SEP> 0,1 <SEP> <tb> <tb> (0) <SEP> max <SEP> 90 <SEP> ppm <tb> 4.

Verwendung eines Schnellarbeitsstahl-Schneidwerkzeuges mit hoher Warmfestigkeit unt Zähigkeit, welches pulvermetallurgisch durch Zerteilung eines flüssigen Metallstromes einer Legierung mit Stickstoff zu Metallpulver und Kompaktieren des Pulvers bei hoher Temperatur unter allseitigem Druck hergestellt und gegebenenfalls warmverformt ist, einen hohen Reinheitsgrad mit einem Gehalt und Konfiguration an nichtmetallischen Einschlüs- sen entsprechend einem Wert KO von höchstens 3 gemäss Prüfung nach DIN 50 602 auf- weist und folgende chemische Zusammensetzung in Gew.

-% <Desc/Clms Page number 8> EMI8.1 <tb> C <SEP> 1,51 <SEP> bis <SEP> 2,5 <SEP> <tb> <tb> <tb> <tb> Si <SEP> bis <SEP> 0,8 <SEP> <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> Mn <SEP> bis <SEP> 1,5 <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> Cr <SEP> 3,5 <SEP> bis <SEP> 4,5 <SEP> <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> W <SEP> 13,3 <SEP> bis <SEP> 15,3 <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> Mo <SEP> 2,0 <SEP> bis <SEP> 3,0 <SEP> <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> V <SEP> 4,5 <SEP> bis <SEP> 6,9 <SEP> <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> Co <SEP> 10,05 <SEP> bis <SEP> 12,0 <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> S <SEP> bis <SEP> 0,52 <SEP> <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> N <SEP> bis <SEP> 0,2 <SEP> <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> <tb> O <SEP> max100ppm <tb> mit einem Wert :

minus Schwefel (Mn-S) von mindestens 0,19, Eisen und herstel- lungsbedingte Verunreinigungen und Begleitelemente als Rest, mit der Massgabe besitzt, dass das Verhältnis der Konzentrationen von Wolfram zu Molybdän zwischen 5,2 und 6,5 liegt und dass der Gehalt an Kobalt höchstens 70 % des Wertes von Wolfram + Molybdän beträgt, für eine Hochgeschwindigkeitsabspanung ohne Schmiermittel von Werkstoffteilen, insbesondere aus Leichtmetallen und derartigen Legierungen.