AT410447B

AT410447B - Warmarbeitsstahlgegenstand

Info

Publication number: AT410447B
Application number: AT0156501A
Authority: AT
Inventors: M Eng Kay Fisher; Herbert Ing Schweiger
Original assignee: Boehler Edelstahl
Priority date: 2001-10-03
Filing date: 2001-10-03
Publication date: 2003-04-25
Also published as: ATA15652001A; CA2405278C; JP3867272B2; DE50205334D1; EP1300482A1; ES2254638T3; ATE313650T1; DK1300482T3; PT1300482E; US6773662B2; US20030098097A1; JP2003155540A; SI1300482T1; CA2405278A1; EP1300482B1

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   Die Erfindung betrifft einen Warmarbeitsstahlgegenstand, insbesondere Werkzeug zur Umfor- mung von Metallen und Legierungen bei erhöhten Temperaturen. Für Bauteile, vor allem Werk- zeuge, die bei erhöhter Temperatur beansprucht werden, zum Beispiel Strangpressmatrizen, Schmiedewerkzeuge, Druckgiessformen, Pressstempel, Dorne und dgl. sind Werkstoffe erforderlich, die belastungsgemäss entsprechende mechanische Materialeigenschaften bei Temperaturen von gegebenenfalls 550 C und darüber besitzen und diese Eigenschaften während einer langen Einsatzzeit aufrecht erhalten. 



   Gemäss dem Stand der Technik erscheinen jedoch höchste Werkstoffhärte und Zähigkeit, geringste plastische Verformung bei extremen Beanspruchungen, hoher Verschleisswiderstand, Anlassbeständigkeit und gute Dauerstandseigenschaften eines Warmarbeitsstahles im Tempera- turbereich von über 550 C nicht im gewünschten Ausmass gleichzeitig durch legierungstechnische Massnahmen erreichbar zu sein. Es sind also bei gegebenen thermischen und mechanischen Beanspruchungen eines Gegenstandes dessen chemische Zusammensetzung und Wärmebe- handlung so auszuwählen, dass das Profil der dadurch erzielbaren Materialeigenschaften den Anforderungen möglichst nahe kommt, wobei oft kürzere Standzeiten des Gegenstandes oder Werkzeuges toleriert werden müssen. 



   Die Werkstoffwissenschaft ist seit langem mit dem Problem konfrontiert, die Langzeit- Gebrauchseigenschaften bei erhöhter Temperatur von Gegenständen aus Warmarbeitsstahl zu verbessern und eine Legierung zu finden, mit welcher bei thermischem Vergüten eine hohe Mate- rialzähigkeit bei hoher Härte erreicht werden kann, so dass dadurch die Bruchgefahr auch bei schlagartiger Beanspruchung eines Teiles und die plastische Verformung sowie der Verschleiss minimiert werden. Dabei sind auch die Anlassbeständigkeit und die Wärmeleitfähigkeit des Werk- stoffes zu berücksichtigen. 



   Dem Fachmann ist bekannt, dass eine Anlassbeständigkeit bzw. ein unverändertes Aufrecht- erhalten der mechanischen Eigenschaften eines thermisch vergüteten Stahlgegenstandes bei erhöhter Temperatur durch Sonderkarbide bewirkt wird, die bei Kohlenstoffkonzentrationen im Bereich von 0,5 Gew. -% und bei Chromgehalten von 3 bis 5 Gew-% Cr der Legierung ausbildbar sind, wobei Molybdän-Wolfram und Vanadin-Gehalte deren Warmbeständigkeit weiter erhöhten. 



  Die üblichen Warmarbeitsstähle besitzen im wesentlichen Gehalte in Gew. -% von 0,35 bis 0,665 C, 2,0 bis 7,0 Cr, 1,5 bis 8,0 Mo und/oder 1,5 bis 18,0 W sowie 0,4 bis 2,0 V, wobei Vanadin durch höhere Molybdän- oder insbesondere durch höhere Wolframkonzentrationen ersetzt werden kann. 



   Um eine hohe Härtbarkeit des Warmarbeitsstahles bei guter Anlassbeständigkeit und Ver- schleissbeständigkeit auch bei einer Vergütung von Gegenständen mit grossem Durchmesser zu erreichen, wird gemäss EP-0249855 angeregt, eine Stahlzusammensetzung von im wesentlichen in   Gew-%   C = 0,42 bis 0,5, Mn = 0,35 bis 0,6, Si = 0,8 bis 1,2, Cr = 5,8 bis 6,2, Mo = 1,85 bis 1,95, V = 0,7 bis 0,9 zu verwenden. Im Vergleich mit einem Stahl nach AISI Type H 13 werden bei der obigen Legierungszusammensetzung eine Verbesserung der Zähigkeit, Härte, Festigkeit und des Verschleisswiderstandes erreicht Eine Vergütung auf eine Härte von über 58 HRC bewirkt jedoch eine Grobkornbildung des Gefüges und nachteilige Zähigkeitsverluste. 



   Um die mechanischen Hochtemperatureigenschaften, insbesondere bei zyklischer Belastung, zu verbessern, ist auch die Verwendung eines kobalthaltigen pulvermetallurgisch hergestellten Warmarbeitsstahles   (US-6,015,446)   vorgeschlagen worden. 



   Aus der AT 403 058 ist bekannt, für Werkzeuge zur spanlosen Warmformgebung von Metallen und Legierungen einen Warmarbeitsstahl mit erhöhten Aluminiumgehalten zu verwenden. Dieser Stahl ist durchaus für höhere Arbeitstemperaturen geeignet, weist jedoch bei Härtewerten von über 58 HRC eine Tendenz zur Versprödung auf. 



   Als Werkstoff für Warmarbeitswerkzeuge, die eine Wärmeleitfähigkeit von über 35 W/m k auf- weisen müssen, wird nach EP-0632139 eine Legierung bestehend im wesentlichen aus in Gew. -% C = 0,3 bis 0,5, Si < 0,9, M < 1,0, Cr = 2,0 bis 4,0, Mo = 3,5 bis 7,0,0,3 bis 1,5 V und/oder Ti und/oder Nb, AI = 0,005 bis 0,1 vorgeschlagen, um damit eine geringere Belastung der Werkzeug- oberfläche und   emen   flacheren Temperaturgrandienten im Werkzeug zur Vermeidung von Ther- moschock- und Spannungsrissen zu erzielen. 



   Die EP-0939140 offenbart einen Warmarbeitsstahl bestehend im wesentlichen aus in Gew. -% C = 0,25 bis 0,79, Cr = 1,10 bis 7,95, Mo = 0,56 bis 3,49, V= 0,26 bis 1,48, Fe = Rest. Zur Verbesserung der Eigenschaften des verformten Werkstoffes bei hohen Temperaturen sind bei 

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 obiger Legierung die Verunreinigungs- und Begleitelemente eingeschränkt. Mit dieser Massnahme können nach einer Vergütung des Werkstoffes auf eine Härte kleiner als HRC = 56 hohe Werte für die Warmfestigkeit, die Warmzähigkeit und den Warmverschleisswiderstand erreicht werden, aller- dings wurde eine starke Streung der jeweiligen mechanischen Eigenschaften bei hoher Tempera- tur bei einer Vergütung auf eine Härte des Gegenstandes von grösser als 58 HRC festgestellt. 



   Ein pulvermetallurgisch hergestellter Warmarbeitsstahl, der durch einen Gehalt an Karbiden vom Typ MC von 1,5 bis 2,5 Vol.-% gekennzeichnet ist, ist aus der WO 00/26427 bekannt gewor- den. Über einer Werkstoffhärte von 58 bis 59 HRC, bei welcher zunehmend Werkzeuge für die Kaltarbeit vorzusehen sind, wirken sowohl höhere als auch niedrigere MC-Gehalte als 2,5 bis 1,5 Vol.-% nachteilig auf die Schlagbiegezähigkeit. 



   Ausgehend vom Wissensstand und den sich daraus in naheliegender Weise ergebenden technischen Lösungsansätzen der metallurgischen Fachwelt liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Mängel im gegebenen Stand der Technik zu beseitigen und einen Warmarbeits- stahlgegenstand zu schaffen, der bei hohen Materialhärten und dergleichen Festigkeitseigenschaf- ten gleichzeitig Zähigkeitswerte auf einem wesentlich angehobenen Niveau sicherstellt und bei guter Wärmeleitfähigkeit eine verbesserte Verschleissbeständigkeit bei erhöhten Temperaturen und eine wirkungsvolle Verlängerung der Standzeit des Teiles bei verstärkten, gegebenenfalls stossarti- gen Beanspruchungen erbringt. 



   Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemässen Gegenstand dadurch gelöst, dass dieser mit einer Zusammensetzung in Gew. -% von 
Kohlenstoff (C) 0,451 bis 0,598 
Silizium (Si) 0,11 bis 0,29 
Mangan (Mn) 0,11bis 0,39 
Chrom (Cr) 4,21 bis 4,98 
Molybdän (Mo) 2,81 bis 3,29 
Vanadin (V) 0,41 bis 0,69 
Eisen (Fe) sowie Verunreinigungen und Begleitelemente als Rest gebildet ist und eine Härte von grösser/gleich 58 HRC bei einer Schlagbiegearbeit SBP von grösser/gleich 170 J sowie einer Kerbschlagarbeit in Längsrichtung Charrpy-U von grösser/gleich 11 J des Werkstoffes aufweist. 



  (Die Schlagbiegeareit SBP wird gemäss STAHL.EISEN- Prüfblätter (SEP) 1314 ermittelt, die Fest- stellung der Kerbschlagarbeit hat nach DIN EN 10045 zu erfolgen). 



   Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass durch die Legierungstechnik bzw. durch eine jeweils ausgewogene Konzentration von Kohlenstoff und von den karbidbildenden Elementen im Stahl eine Mischkristallhärtung mit geringem Karbidanteil ermöglicht ist. Dabei kann entsprechend der leichteren Kohlenstofflöslichkeit eine Härtung auf Werte über 58 HRC von niedrigeren Austenitisierungstemperaturen, zum Beispiel von 1080 C oder niedriger, erfolgen, was die Feinkörnigkeit des Werkstoffes fördert und vorteilhaft im Hinblick auf hohe Materialzähigkeit wirkt.

   Mit anderen Worten, es wurde gefunden, dass durch bestimmte Kon- zentrationen in engen Grenzen von Kohlenstoff und von den sonderkarbid- und monokarbidbilden- den Elementen beim thermischen Vergüten eine gewünschte Mischkristallhärtbarkeit gefördert und eine Karbidhärtung bzw. eine härtesteigernde Ausscheidung von gröberen Karbiden auf Kosten der Matrixhärte weitgehend unterdrückt werden. 



   Es ist erfindungsgemäss wichtig, auf Grund der Wechselwirkungen der Elemente, besser dar- gestellt, der Aktivitäten der reagierenden Elemente, diese aufeinander abzustimmen. Ein Kohlen- stoffgehalt von mindestens 0,451 Gew. -% ist wichtig, um die   Mindestaktivität   von Kohlenstoff für eine Verspannung des Gitters der Matrixkristalle und eine Karbidbildungstendenz bei den vorgese- henen Chrom-Molybdän und Vanadin- Konzentrationen sicherzustellen, wobei jedoch höhere Kohlenstoffgehalte der Legierung als 0,598 Gew.-% eine den Verschleisswiderstand zwar fördern- de, jedoch die Härte und Zähigkeit des Gegenstandes nachteilig beeinflussende Wirkung haben. 



  Der Chromgehalt ist synergetisch in den engen Grenzen zwischen 4,21 und 4,98 Gew.-% einzu- stellen. Höhere Cr- Konzentrationen als 4,98 Gew. -% können die Anlassbeständigkeit des Warmar- beitsstahles zu tieferen Temperaturen verschieben, hingegen bewirken geringere Chromwerte als 4,21 Gew. -% eine verminderte Neigung zur Sonderkarbidbildung. Die durch ihre Gehalte bestimm- te Akitivität von Molybdän und Vanadin gegenüber Kohlenstoff ist im Hinblick auf die Matrixhärtung bei der Vergütung von besonderer Bedeutung. Es wurde gefunden, dass Mo eine Art maskierende 

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 Wirkung für V besitzt und bei Gehalten von mindestens 2,81 Gew.-% eine VC-Monokarbid- ausscheidung und damit eine Matrixabreicherung verzögert.

   Andererseits ist bei Molybdängealten über 3,29 Gew. -% die Affinität zu Kohlenstoff so gross, dass eine Lösung desselben bei einer Auste- nitisierung des Gegenstandes stark verzögert oder verringert werden kann. Für eine entsprechen- de Entwicklung der Sekundärhärte beim Anlassen des Warmarbeitsstahlgegenstandes ist ein Mindestgehalt von 0,41 Gew. -% V erforderlich, höhere Gehalte als 0,69 Gew. -% V steigern die Tendenz zur Monokarbidbildung, die auch hinsichtlich einer, wie gefunden wurde, Verminderung der Wärmeleitung des Stahles nachteilig wirken kann. Silizium in Konzentrationen zwischen 0,11 und 0,29 Gew-% ist wichtig für eine effiziente Desoxidation des Flüssigstahles. Höhere Si-Gehalte als 0,29 Gew.-% verschlechtern die Materialzähigkeit bei den vorgesehenen Anwendungstempera- turen. Mangan ist zur Abbindung von Schwefel erforderlich.

   Bei Verwendung der modernen Ent- schwefelungsmethoden ist es möglich, die Mangangehalte mit mindestens 0,11 Gew.-% niedrig zu halten. Höhere Mangankonzentrationen als 0,39 Gew.-% können insbesondere mit weiteren korn- grenzenaktiven Elementen die Warmzähigkeit des Stahles verschlechtern. 



   Aus obigen Ausführungen kann ersehen werden, dass eine erfindungsgemässe synergetische Wahl der jeweiligen Konzentrationen von Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Chrom, Molybdän und Vanadin die Voraussetzungen darstellen, einen Warmarbeitsstahlgegenstand mit hoher Härte von 58 HRC und höher mit gleichzeitig überragender Zähigkeit durch thermisches Vergüten zu erstellen. 



   Mit Vorteil wird die Wahl der Gehalte an Kohlenstoff und Vanadin so getroffen, dass der Ver- hältniswert: Konzentration von V gebrochen durch diejenige von C gleich 0,82 bis 1,38 beträgt. 



  Durch dieses Verhältnis in engen Grenzen wird bildungskinetisch das Monokarbid zu Gunsten des Matrixgehaltes zurückgedrängt und die Mischkristallhärtbarkeit bevorzugt. 



   Eine Härtesteigerung bei Erhöhung der Anlassbeständigkeit, eine Verbesserung der Warmver- schleissfestigkeit und Standzeit eines Warmarbeitsstahlgegenstandes können erreicht werden, wenn der Verhältniswert der Konzentrationen von Chrom+Molybdän+Vanadin gebrochen durch den Kohlenstoffgehalte zwischen 15,2 und 18,4 beträgt. 



   Vollkommen überraschend, weil Molybdän und Wolfram hinsichtlich ihrer Neigung zur Karbid- bildung als austauschbar gelten, wurde gefunden, dass Wolfram die Tendenz zur Primärkarbidbil- dung fördert und insbesondere Seigerungen und gegebenenfalls das Kornwachstum begünstigt, wobei ein Seigerungsabbau durch Glühung des Warmarbeitsstahles durch Wolfram wesentlich verringert ist. Erfindungsgemäss soll daher der Wolframgehalt des Warmarbeitsstahlgegenstandes geringer als 0,1Gew.-% sein. 



   Der Warmarbeitsstahlgegenstand weist vorzugsweise einen Anteil an bei der Erstarrung in der Schmelze gebildeten Karbiden von kleiner als 0,45   Vol.-%   auf. Einerseits erscheint dadurch eine Abreicherung der Mischkristalle bezüglich des Kohlenstoffes verhindert und eine weitere Härte- steigerung erreichbar zu sein, andererseits wird, wie gefunden wurde, eine Erhöhung der Wärme- leitfähigkeit des Warmarbeitsstahlwerkstoffes erreicht. Eine Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit durch eine Verringerung des Karbidanteiles im Werkstoff ist wissenschaftlich noch nicht gesichert, könnte aber auf einer Grenzflächenkinetik und/oder auf den Eigenschaften der Karbide beruhen. 



   In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind eine Verringerung der Verunreinigung und/oder Begleitelemente vorteilhaft für verbesserte Gebrauchseigenschaften des Warmarbeits- stahlgegenstandes bei erhöhten Temperaturen vorzusehen. Die disbezüglich vorgesehenen Ein- zel- und Sammelkonzentrationen der Elemente sind im kennzeichnenden Teil des Anspruches 6 und des Anspruches 9 angegeben. 



   Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, den Stickstoffgehalt der Legierung mit 0,025 Gew.-% nach oben zu begrenzen, weil Stickstoff mit den karbidbildenden Elementen Cr. Mo und V stabile Nitnde bildet, wodurch vergütungstechnische Nachteile entstehen können. 



   Ein Warmarbeitsstahlgegenstand mit besonders hohem Leistungsprofil kann erstellt werden, wenn bei einer Temperatur von 500 C ein oder beide Wert(e) der mechanischen Stahleigenschaf- ten gleich oder grösser ist (sind) als: 
Schlagbiegearbeit: SBP 180 J 
Kerbschlagarbeit in Längsrichtung. Charpy-U 14 J und die Härte bei RT 59 HRC und höher beträgt. 



   Die entscheidenden Vorteile eines feinkörnigen Gefüges im Hinblick auf eine hohe Werkstoff- 

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 zähigkeit bei gleichzeitig hohen Härtewerten können bei der erfindungsgemäss zusammengesetz- ten Legierung erhalten werden, wenn die Härtetemperatur für das thermische Vergüten zur Einstel- lung der mechanischen Eigenschaften geringer ist als 1080 C, insbesondere 1050 C, plus/minus 10 C beträgt. 



   Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert. In Tabelle 1 sind die chemischen Zusammensetzungen einiger in den Entwicklungsarbeiten untersuchten Werkstoffen angegeben. 
 EMI4.1 
 
<tb> 



  Chemische <SEP> Zusammensetzung <SEP> gew <SEP> %
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Legierung <SEP> C <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> Cr <SEP> V <SEP> Mo <SEP> Co
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<tb> 
<tb> 
<tb> A <SEP> 0. <SEP> 39 <SEP> 0. <SEP> 23 <SEP> 0. <SEP> 32 <SEP> 4.27 <SEP> 0.52 <SEP> 2. <SEP> 90
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
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<tb> 
<tb> B <SEP> 0.52 <SEP> 0.25 <SEP> 0.25 <SEP> 4.45 <SEP> 0.68 <SEP> 3.21
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> C <SEP> 0. <SEP> 43 <SEP> 0. <SEP> 28 <SEP> 0. <SEP> 24 <SEP> 4. <SEP> 48 <SEP> 0. <SEP> 58 <SEP> 4.36
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> D <SEP> 0. <SEP> 40 <SEP> 0. <SEP> 28 <SEP> 0. <SEP> 24 <SEP> 4. <SEP> 37 <SEP> 0.80 <SEP> 4.39
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> E <SEP> 0.48 <SEP> 0.30 <SEP> 0.26 <SEP> 4. <SEP> 48 <SEP> 0. <SEP> 56 <SEP> 3. <SEP> 10
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> F <SEP> 0. <SEP> 52 <SEP> 0.17 <SEP> 0.16 <SEP> 4.

   <SEP> 38 <SEP> 0. <SEP> 54 <SEP> 4. <SEP> 57
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> G <SEP> 0.53 <SEP> 0. <SEP> 29 <SEP> 0.26 <SEP> 4. <SEP> 51 <SEP> 0.84 <SEP> 4.56
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 1. <SEP> 2367 <SEP> 0. <SEP> 38 <SEP> 0. <SEP> 35 <SEP> 0.32 <SEP> 5. <SEP> 07 <SEP> 0.67 <SEP> 2.83
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> -1.2885 <SEP> 0. <SEP> 38 <SEP> 0.28 <SEP> 0.37 <SEP> 2. <SEP> 95 <SEP> 0.67 <SEP> 2.83 <SEP> 2.9
<tb> 
 
Die in der Tabelle 1 mit Legierung B und E bezeichneten Werkstoffe weisen eine erfindungs- gemässe Zusammensetzung auf, mit 1.2367 und 1. 2885 sind Proben mit den Werkstoffnummern nach DIN-Stahl-Eisen-Liste gekennzeichnet, wobei letztere Probe hinsichtlich des Kohlenstoffge- haltes ausserhalb der vorgeschriebenen Grenzen liegt. 



   Um die mechanischen Eigenschaften der Werkstoffe mit den unterschiedlichen Legierungszu- sammensetzungen vergleichend untersuchen zu können, wurde versucht, das jeweilige Probenma- terial auf eine Härte von 58 bis 59 HRC zu vergüten. Im einzelnen erfolgte dies durch in der Tabel- le 2 angegebenen Massnahmen, wobei als Abschreckmedium Öl verwendet wurde. 
 EMI4.2 
 
<tb> 



  Stahl <SEP> Härten <SEP> Anlassen <SEP> Erreichte
<tb> 
 
 EMI4.3 
 
 EMI4.4 
 
<tb> Temperatur <SEP> Zeit <SEP> Temperatur <SEP> Zeit <SEP> Anzahl <SEP> Härte
<tb> A <SEP> 1100 C <SEP> 30min <SEP> 560 C <SEP> 60min <SEP> 3x <SEP> 56
<tb> 
<tb> B <SEP> 1060 C <SEP> 30min <SEP> 560 C <SEP> 60min <SEP> 3x <SEP> 59
<tb> 
<tb> C <SEP> 1100 C <SEP> 30min <SEP> 530 C <SEP> 60min <SEP> 3x <SEP> 59
<tb> 
<tb> D <SEP> 1100 C <SEP> 30min <SEP> 560 C <SEP> 60min <SEP> 3x <SEP> 56
<tb> 
<tb> E <SEP> 1060 C <SEP> 30min <SEP> 560 C <SEP> 60min <SEP> 3x <SEP> 58
<tb> 
<tb> F <SEP> 1060 C <SEP> 30min <SEP> 550 C <SEP> 60min <SEP> 3x <SEP> 58
<tb> 
<tb> G <SEP> 1060 C <SEP> 30min <SEP> 550 C <SEP> 60min <SEP> 3x <SEP> 59
<tb> 
<tb> 1.

   <SEP> 2367 <SEP> 1100 C <SEP> 30min <SEP> 550 C/120min <SEP> + <SEP> 560 C/120min <SEP> 56
<tb> 
<tb> -1.2885 <SEP> 1100 C <SEP> 30min <SEP> 550 C/120min <SEP> + <SEP> 560 C/120mm <SEP> 56
<tb> 
 
Die Werkstoffe gemäss DIN-Werkstoffnummern 1. 2367 und 1. 2885 waren auch durch Sonder- massnahmen nicht auf eine Härte von über 56 HRC zu vergüten. 



   Die bei einer mechanischen Materialerprobung erhaltenen Werte der erfindungsgemässen Legierung (B,E) und Vergleichswerkstoffe sind zahlenmässig aus der Tabelle 3 ersichtlich. 

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 EMI5.1 
 
<tb> 



  Stahl <SEP> / <SEP> Härte <SEP> Schlagbiegearbeit <SEP> Kerbschlagarbeit <SEP> Kerbschlagarbeit
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Harte <SEP> A <SEP> [J] <SEP> RT <SEP> (ISO-U) <SEP> KU <SEP> [J] <SEP> RT <SEP> (ISO-U) <SEP> KU <SEP> [J] <SEP> 500 C
<tb> 
<tb> 
<tb> A/56HRc <SEP> 147. <SEP> 8 <SEP> 9.6 <SEP> -
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> B <SEP> / <SEP> 57HRc <SEP> 175. <SEP> 0 <SEP> 11.3 <SEP> 15.8
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> C <SEP> / <SEP> 59HRc <SEP> 84. <SEP> 8 <SEP> 6.8 <SEP> -
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> D/56HRc <SEP> 133. <SEP> 5 <SEP> 8.3 <SEP> -
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> E/58HRc <SEP> 185. <SEP> 0 <SEP> 11.8 <SEP> 16.3
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> F/ <SEP> 58HRc <SEP> 80.8 <SEP> 8.0 <SEP> -
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> G <SEP> / <SEP> 59HRc <SEP> 91.0 <SEP> 6.9 <SEP> -
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 1.2367 <SEP> / <SEP> 56HRc <SEP> 116. <SEP> 8 <SEP> 11. <SEP> 5 <SEP> 16.

   <SEP> 8
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> #12885/56HRC <SEP> 17.8 <SEP> 5.3 <SEP> 12.3
<tb> 
 
Für eine anschauliche Gegenüberstellung wurden die bei der Erprobung erhaltenen Eigen- schaftswerte grafisch als Balkendiagramm in Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3 dargestellt. 



   Gemäss Fig. 1 und Fig. 2 weist die Legierung A gegenüber den erfindungsgemässen Legierun- gen abgesenkte Härte- sowie Schlagbiegezähigkeits- und Kerbschlagwerte auf, weil offenbar durch den niedrigen Kohlenstoffgehalt keine ausreichende Matrixfestigkeit erreicht wurde. Hingegen besitzt das Material der Legierung C eine hohe Härte, jedoch eine sehr geringe Zähigkeit, was auf einen niedrigen Kohlenstoffgehalt in Verbindung mit einer hohen Molybdänkonzentration, also auf eine Matrixabreicherung, hinweist. Gleiches gilt in geringerem Ausmass für die Legierung D, wobei offenbar der erhöhte Vanadingehalt den hohen Molybdängehalt hinsichtlich der Zähigkeit maskiert, jedoch geringe Härteeffizient zeigt.

   Bei einer durchaus guten Härteannahme bei der Vergüte- behandlung zeigt der Werkstoff der Legierung F die volle Wirkung hoher Molybdängehalte im Hinblick auf ein Absinken der Zähigkeitseigenschaften, insbesondere der Schlagbiegezähigkeit. 



  Gleiches gilt im wesentlichen auch für den Werkstoff aus der Legierung G. Der Stahl mit der Werk- stoff-Nr 1 2367 ist nur auf niedrige Härtewerke vergütbar und besitzt auf Grund des erhöhten Chromgehaltes eine geringe Anlassbeständigkeit; bei einer durchaus hohen Kerbschlagarbeit ist jedoch eine vergleichsweise geringe Schlagbiegezähigkeit bei RT des Materiales gegeben. Für den eine verbesserte Anlassbeständigkeit aufweisenden Werkstoff Nr. 1. 2885 wurde ein äusserst niedriges Eigenschaftsniveau ermittelt. 



   Eine Gegenüberstellung der Kerbschlagzähigkeit (ISO-U) bei 500 C der erfindungsgemässen Werkstoffe aus Legierung B und E und Materialien mit der Werkstoff Nr. 1. 2367 und 1. 2885 zeigt Fig. 3. Die geringe Härte nach DIN Normwerkstoffen fördert die Zähigkeit, unerwartet niedrige KU- Werte wurden für den Stahl mit der Werkstoff Nr. 1.2885 ermittelt. 



   Dem Vergleich der Erprobungsergenisse der Schlagbiegezähigkeit bei RT, der Kerbschlagar- beit (ISO-U) bei RT und der Kerbschlagzähigkeit (ISO-U) bei 500 C der untersuchten Werkstoffe ist entnehmbar, dass die erfindungsgemäss zusammengesetzten Materialien nach dem Vergüten eine hohe Härte von grösser/gleich 58 HRC, ein überragend hohes Niveau der mechanischen Eigenschaften besitzen, wobei beim Vergüten vorteilhaft niedrige Härtetemperature anwendbar sind. 

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Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Warmarbeitsstahlgegenstand, insbesondere Werkzeug zur Umformung von Metallen und Legierungen bei erhöhten Temperaturen, welcher aus einer Legierung mit einer Zusam- mensetzung in Gew. -% von Kohlenstoff (C) 0,451 bis 0,598 Silizium (Si) 0,11 bis 0,29 Mangan (Mn) 0,11 bis 0,39 Chrom (Cr) 4,21 bis 4,98 <Desc/Clms Page number 6> Molybdän (Mo) 2,81 bis 3,29 Vanadin (V) 0,41 bis 0,69 Eisen (Fe) sowie Verunreinigungen und Begleitelemente als Rest gebildet ist und eine Härte von grösser/gleich 58 HRC bei einer Schlagbiegearbeit SBP von grösser/gleich 170 J sowie einer Kerbschlagarbeit in Längsrichtung Charpy-U von grösser/gleich 11J des Werk- stoffes aufweist.
2. Warmarbeitsstahlgegenstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verhältniswert: Konzentration von V gebrochen durch diejenige von C der Legierung gleich 0,82 bis 1,38 beträgt.

V/C = 0,82 bis 1,38
3. Warmarbeitsstahlgegenstand nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verhältniswert der Konzentrationen Cr+Mo+V gebrochen durch C der Legierung 15,2 bis 18,4 beträgt.

Cr+Mo+V 15,2 bis 18,4 15,2 bis 18,4
4. Warmarbeitsstahlgegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich- net, dass der Gehalt an Wolfram der Legierung geringer ist als 0,1 Gew.-%.

W < 0,1
5. Warmarbeitsstahlgegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich- net, dass der Anteil an bei der Erstarrung in der Schmelze gebildeten Karbiden kleiner ist als 0,45 Vol.-%.
6. Warmarbeitsstahlgegensand nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich- net, dass ein oder mehrere der Verunreinigungs- oder Begleitelemente der Legierung Ein- zel- und/oder Summenkonzentrationen in Gew. -% aufweisen, die einen Maximalwert be- sitzen von Schwefel (S) = 0,005 Phosphor(P) = 0,007 (S+P) = 0,010 Nickel (Ni) = 0,15 Kobalt (Co) = 0,1 Kupfer (Cu) = 0,1 (Ni+Co+Cu) = 0,25 Aluminium (AI) = 0,02 Magnesium (Mg) = 0,001 Kalzium (Ca) = 0,001 (AI+Mg+Ca) = 0,02
7. Warmarbeitsstahlgegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich- net, dass der Stickstoff (N)- Gehalt der Legierung geringer ist als 0,025 Gew.-%.

N < 0,025 Gew.-%
8. Warmarbeitsstahlgegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich- net, dass bei einer Temperatur von 500 C ein oder beide Wert(e) der mechanischen Stahl- eigenschaften gleich oder grösser ist(sind) als: Schlagbiegearbeit: SB 180 J Kerbschlagarbeit in Längsrichtung : Charpy-U 14 J und die Härte 59 HRC und höher beträgt.
9. Warmarbeitsstahlgegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich- net, dass ein oder mehrere der Verunreinigungs- oder Begleitelemente der Legierung Ein- zel- und/oder Summenkonzentrationen in Gew. -% aufweisen, die einen Maximalwert be- sitzen von <Desc/Clms Page number 7> Arsen (As) = 0,005 Wismuth (Bi) = 0.003 Zinn (Sn) = 0,005 Zink /Zr) = 0,002 Antimon (Sb) = 0,002 Bor (B) = 0,002 (As+Bi+Sn+Zn+Sb+B) = 0,009
10. Warmarbeitsstahlgegenstand nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeich- net, dass die Härtetemperatur für das thermische Vergüten zur Einstellung der mechani- schen Werkstoffeigenschaften geringer ist als 1080 C, insbesondere 1050 C, plus/minus 10 C beträgt.

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