AT411441B

AT411441B - Verbundwerkzeug

Info

Publication number: AT411441B
Application number: AT0097400A
Authority: AT
Original assignee: Boehler Ybbstal Band Gmbh & Co
Priority date: 2000-06-02
Filing date: 2000-06-02
Publication date: 2004-01-26
Also published as: ATA9742000A; JP2003534928A; US6861161B2; US20040101431A1; AU2001273724A1; WO2001091962A1; EP1289705A1

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   Die Erfindung betrifft ein Verbundwerkzeug bestehend aus einem metallischen Trägerteil und mindestens einem dergleichen Arbeitsteil mit unterschiedlichen Werkstoffzusammensetzungen, welche Teile miteinander metallisch verbunden sind, insbesondere ein Sägeblatt oder ein Säge- band. 



   Werkzeuge, an welche höchste Anforderungen betreffend den Arbeitsteil sowie den Halte- oder Einspannteil gestellt werden, bestehen zumeist aus verschiedenen Werkstoffen, wobei der jeweili- ge Werkstoff optimal für die Beanspruchungen des Teiles ausgewählt ist. 



   Es ist bekannt, zum Beispiel aus der EP 0 319 511 B1 oder der AT 398 985 B, Sägeblätter oder Bandsägen aus einem sogenannten Bi-Metallband zu fertigen, welches Band aus einem zähfesten Stützteil und einem Schneidteil gebildet ist. Während der Stützteil aus einer Legierung, die hohe Elastizität, Zähigkeit, Bruchsicherheit und dergleichen Eigenschaften sicherstellt, besteht, weist der Schneidteil, welcher letztlich die spanabhebenden Zahnspitzen bildet, eine hohe Materi- alhärte, Abriebfestigkeit und einen dergleichen Verschleisswiderstand auf. 



   Derartige Sägen sind seit langem zum Stand der Technik zu zählen, wobei der Schneidteil, wie in der EP 0 319 511 B1 oder der AT 398 985 B beschrieben, aus einem Schnellarbeitsstahl gebil- det sein kann und mit dem Träger- oder Stützteil durch Schweissung metallisch verbunden ist. 



  Bestehen gemäss einer weiteren Möglichkeit die Schneidspitzen aus Sondermaterialien, zum Beispiel aus Hartmetall, so sind diese einzeln, insbesondere durch Lötung, mit dem Trägerteil zu verbinden. 



   Bei einer spanabhebenden Bearbeitung von Werkstoffen ist zumeist die Härte, Zähigkeit und Abriebfestigkeit der Werkzeugschneide für deren Standzeit im praktischen Einsatz massgebend. 



  Zur Erzielung derartiger Eigenschaften bei Schneidwerkzeugen können martensitische Schnellar- beitsstähle, d. h. über eine Gefügeumwandlung aushärtende Stähle, eingesetzt werden, wie in der JP 3111541 (abstract), der DE 27 57 639 A1 oder der US 4,036,640 vorgeschlagen wird. Vielfach werden auch Hartstoffbeschichtungen im Schneidenbereich der Werkzeuge vorgesehen, um deren Schneidleistungen zu erhöhen. 



   Die Schneidleistung von spanabhebenden Werkzeugen hängt jedoch nicht nur von der Schneidenhärte und deren Abriebfestigkeit und Zähigkeit ab, sondern wird auch durch die Eigen- schaften des zu zerspanenden Werkstoffes entscheidend mitbestimmt. Beispielsweise sind Titan, austenitische Stähle, Nickelbasislegierungen und dergleichen als schwer zerspanbare Werkstoffe bekannt. Oft können bei einer Bearbeitung obiger Werkstoffe auch mit hochwertigen Schnellar- beitsstählen und Hartmetallen nur geringe Spanleistungen bei äussert hohem Werkzeugverschleiss erreicht werden. Zumeist sind Rundungen und Auskolkungen im Schneidenbereich die Ursache für den Ausfall des Werkzeuges. 



   Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen und setzt sich zum Ziel, ein Verbundewerkzeug an- zugeben, welches verbesserte spanabhebende Eigenschaften des Arbeitsteiles besitzt. Insbeson- dere ist es Aufgabe der Erfindung, ein Werkzeug für eine Zerspanung von Titan sowie Titanlegie- rungen, austenitischen Stählen, Nickel- und Kobaltbasislegierungen und dergleichen zu erstellen. 



   Diese Ziele werden bei einem Verbundwerkzeug der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass der Trägerteil oder das Trägerband aus einem zähfesten Eisenbasis-Werkstoff und der(die) Arbeitsteil(e) aus einer ausscheidungshärtbaren Eisen- Kobalt-Wolframlegierung (Fe-Co-W) gebil- det sind. Es wurde gefunden, dass Wolfram zumindest teilweise durch Molybdän ersetzt werden kann, wobei mit Eisen-Kobalt- Wolfram plus Molybdän- Legierungen (Fe-Co-W + Mo) gegebenen- falls verbesserte Abspanleistungen erzielt werden. 



   Die mit der Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass auch in austenitischen Stählen, Titan- und Nickel- sowie Kobeltbasislegierungen hohe Zerspanungs- leistungen bei entscheidend verbesserter Standzeit der Werkzeugschneide möglich sind. Dabei ist in günstiger Weise der Arbeitsteil mit dem Trägerteil des Werkzeuges metallisch, vorzugsweise durch zusatzstoffreie Schweissung, verbunden. Warum eine ausscheidungsgehärtete Eisen-Kobalt- Wolframlegierung gerade bei den bekanntlich schwer zu bearbeitenden Werkstoffen, zum Beispiel Cr-Ni- Stahl mit mehr als 18 Gew. -% Cr und mehr als 10 Gew.-% Nickel, welcher Stahl noch mit Molybdän, Stickstoff und weiteren Elementen legiert sein kann, besonders effizient spanabhebend wirksam sein kann, ist wissenschaftlich noch nicht geklärt.

   Erste Untersuchungen deuten darauf hin, dass eine Spanbildung und ein Spanablauf durch Verminderung der Reibungskräfte bei Intensi- vierung der Reiss- und Scherarbeit günstig wirken. 

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   Hohe Schneidleistungen des Werkzeuges sind erreichbar, wenn der(die) Arbeitsteil(e) eine Zusammensetzung von in Gew. -% 
 EMI2.1 
 
<tb> Kobait <SEP> (Co) <SEP> 15 <SEP> bis <SEP> 30
<tb> 
<tb> 
<tb> Wolfram <SEP> (W) <SEP> bis <SEP> 25
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Molybdän <SEP> (Mo) <SEP> bis <SEP> 20 <SEP> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> (W+Mo) <SEP> 10 <SEP> bis <SEP> 25 <SEP> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Silizium <SEP> (Si) <SEP> bis <SEP> 1,5
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Aluminium <SEP> (AI) <SEP> bis <SEP> 1,5
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Vanadin <SEP> (V) <SEP> bis <SEP> 1,5
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Titan <SEP> (Ti) <SEP> bis <SEP> 1,0
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Niob/Tantal <SEP> (Nb,Ta) <SEP> bis <SEP> 1,1
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Kohlenstoff <SEP> (C) <SEP> max <SEP> 0,4
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Chrom <SEP> (Cr) <SEP> max <SEP> 3,9 <SEP> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Nickel <SEP> (Ni)

   <SEP> max <SEP> 3,9
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Mangan <SEP> (Mn) <SEP> max <SEP> 4,1
<tb> 
 
Eisen 1-e) und herstellungsbedingte Verunreinigungen als Rest besitzt. 



   In obigem Legierungsbereich sind in günstiger Weise die Werkstoffeigenschaften betreffend die Materialhärte, Zähigkeit und Abriebfestigkeit durch eine Wärmebehandlung bzw. den Aus- scheidungshärteeffekt einstellbar ohne das Schweissverhalten des Arbeitsteiles bzw. die Verbin- dung mit dem Trägerteil nachteilig zu beeinflussen. 



   Besonders hohe Schneidleistungen bei geringem Werkzeugverschleiss sind erreichbar, wenn der (die) Arbeitsteil(e) eine Zusammensetzung von in Gew.-% 
 EMI2.2 
 
<tb> Co <SEP> 22 <SEP> bis <SEP> 26, <SEP> vorzugsweise <SEP> 21 <SEP> bis <SEP> 24
<tb> 
<tb> W <SEP> bis <SEP> 20, <SEP> vorzugsweise <SEP> 9 <SEP> bis <SEP> 18
<tb> 
<tb> Mo <SEP> bis <SEP> 12, <SEP> vorzugsweise <SEP> 1 <SEP> bis <SEP> 9
<tb> 
<tb> (W+Mo) <SEP> 11 <SEP> bis <SEP> 20
<tb> 
<tb> Si <SEP> bis <SEP> 0,8, <SEP> vorzugsweise <SEP> bis <SEP> 0,6
<tb> 
<tb> AI <SEP> bis <SEP> 0,8, <SEP> vorzugsweise <SEP> bis <SEP> 0,4
<tb> 
<tb> V <SEP> bis <SEP> 1,0, <SEP> vorzugsweise <SEP> 0,4 <SEP> bis <SEP> 0,8
<tb> 
<tb> Ti <SEP> bis <SEP> 0,6, <SEP> vorzugsweise <SEP> bis <SEP> 0,3
<tb> 
<tb> Nb/Ta <SEP> bis <SEP> 0,7, <SEP> vorzugsweise <SEP> bis <SEP> 0,25
<tb> 
<tb> C <SEP> max <SEP> 0,2,

   <SEP> vorzugsweise <SEP> max <SEP> 0,15
<tb> 
<tb> Cr <SEP> max <SEP> 0,9, <SEP> vorzugsweise <SEP> max <SEP> 0,5
<tb> 
<tb> Ni <SEP> max <SEP> 0,8, <SEP> vorzugsweise <SEP> max <SEP> 0,3
<tb> 
<tb> Mn <SEP> max <SEP> 0,9, <SEP> vorzugsweise <SEP> max <SEP> 0,4
<tb> 
   @e   une   verunreinigungen   ais   rcesi     Desiizi   (besittzen). 



   Die bevorzugten Bereiche der Werkstoffzusammensetzung sind, wie gefunden wurde, für den Arbeitsteil bei der Spanabnahme von austenitischen Werkstücken günstig einsetzbar. 



   Um im Hinblick auf gute Gebrauchseigenschaften des Werkzeuges an sich Verbesserungen zu erreichen, kann es günstig sein, wenn der Trägerteil aus einem Kohlenstoff-Federstahl bestehend aus in Gew.-% 
0,25 bis 1,15 C 
0,20 bis 3,0 Si 
0,45 bis 2,5 Mn sowie Cr, V, Mo, Ni und S, Fe und erschmelzungsbedingten Verunreinigungen als Rest gebil- det ist. 



   Sind besonders hohe Ansprüche an den Trägerteil betreffend Härte, Biegewechselfestigkeit und Verschweissbarkeit mit dem Arbeitsbereich gestellt, kann es vorteilhaft sein, wenn der Träger- teil aus einem martensitaushärtbaren (maraging) Stahl bestehend im wesenlichen aus in Gew.-% 
Mo 2,0 bis 8,2 
Ni 14,0 bis 22,0 
Co 5,0 bis 14,0 
Ti 0,2 bis 1,7 
AI 0,05 bis 0,2 
Fe und erschmelzungsbedingten Verunreinigungen als Rest gebildet ist. 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 



   Bei obigem Trägerwerkstoff ist, wie sich herausgestellt hat, die Schweissnaht über den gesam- ten Querschnitt zähhart, es sind keinerlei spröde Phasen festgestellt worden und es ist eine be- sonders günstige, auf beide Werkzeugteile ausrichtbare Wärmebehandlungstechnologie anwend- bar. 



   Wenn weiters in günstiger Weise die metallische Verbindung zwischen Trägerteil und Arbeits- teil durch Elektronen,- Laser- oder Plasmaschweissen erstellt ist, können die Materialeigenschaften quer über die Verbindungszone verbessert sein und hohe Werte aufweisen. 



   Fertigungstechnisch aber auch im Hinblick auf eine gesteigerte Werkstoffgüte und Wärmebe- handlungseignung kann es bevorzugt sein, wenn der(die) Arbeitsteil(e) pulvermetallurgisch herge- stellt ist (sind). 



   Wenn, wie weiters erfindungsgemäss vorgesehen sein kann, der(die) Arbeitsteil(e) körnige oder kugelige Hartstoff-Fasen aufweisen, ist es möglich, die Standzeit der Werkzeuge für bestimmte Anforderungen zu erhöhen. Hartstoffanteile von grösser als 10 Vol.-% im Arbeitsteil bewirken je- doch dessen Versprödung. 



   Anhand eines Beispieles soll die Erfindung näher dargelegt werden. Ein Sägeband mit einer Stärke von 1,2 mm wurde durch Aufschweissen eines Arbeitsteiles auf einen Trägerteil mittels Laserschweissung erstellt. Der Trägerteil besass eine chemische Zusammensetzung im wesentli- chen in Gew. -% von 0,43 C, 0,75 Si, 0,9 Mn, 1,2 Cr, Rest Eisen und herstellungsbedingte Verun- reinigungen. Der Arbeitsteil hatte eine Werkstoffzusammensetzung in Gew. -% von 0,06 C, 20,1 Co, 15,3 W, 2,2 Mo, 0,31 Si, 0,38 V, Rest Eisen und Verunreinigungen. Die Herstellung des Trägermaterials erfolgte pulvermetallurgisch durch Metallverdüsung mit Stickstoff, heissisostati- sches Pressen und Warmverformen des Presslings. 



   Am Bi-Metallband wurden Zahnlücken derart herausgearbeitet, dass die Zahnspitzenbereiche aus dem Arbeitsteil gebildet waren. 



   Ein Lösungsglühen des Arbeitsteiles erfolgte bei 1220 bis 1270 C, die Aushärtung des Schneidwerkstoffes wurde bei 580 bis 650  C vorgenommen, wobei eine Materialhärte von 67 bis 68 HRC erreicht wurde. 



   Im praktischen Einsatz erbrachte die erfindungsgemässe Säge bei der Teilung von 18/10 CrNi Stangen mit einem Durchmesser von 210 mm eine Schnittzeitreduzierung von 53 %. 



   PATENTANSPRÜCHE: 
1. Verbundwerkzeug bestehend aus einem metallischen Trägerteil und mindestens einem dergleichen Arbeitsteil mit unterschiedlichen Werkstoffzusammensetzungen, welche Teile miteinander metallisch verbunden sind, insbesondere ein Sägeblatt oder Sägeband, da- durch gekennzeichnet, dass der Trägerteil oder das Trägerband aus einem zähfesten 
Eisenbasis-Werkstoff und der (die) Arbeitsteil(e) aus einer ausscheidungshärtbaren Eisen- 
Kobalt-Wolframlegierung (Fe-Co-W) gebildet sind.

Claims

2. Verbundwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der (die) Arbeits- teil(e) eine Zusammensetzung von in Gew.-% EMI3.1 <tb> kobait <SEP> (Co) <SEP> 15 <SEP> DIS <SEP> JU <SEP> <tb> <tb> Wolfram <SEP> (W) <SEP> bis <SEP> 25 <tb> <tb> <tb> Molybdän <SEP> (Mo) <SEP> bis <SEP> 20 <tb> <tb> <tb> (W+Mo) <SEP> 10 <SEP> bis <SEP> 25 <SEP> <tb> <tb> <tb> Silizium <SEP> (Si) <SEP> bis <SEP> 1,5 <tb> <tb> <tb> Aluminium <SEP> (AI) <SEP> bis <SEP> 1,5 <tb> <tb> <tb> Vanadin <SEP> (V) <SEP> bis <SEP> 1,5 <tb> <tb> <tb> Titan <SEP> (Ti) <SEP> bis <SEP> 1,0 <tb> <tb> <tb> Niob/Tantal(Nb,Ta) <SEP> bis <SEP> 1,1 <tb> <tb> <tb> Kohlenstoff <SEP> (C) <SEP> max <SEP> 0,4 <tb> <tb> <tb> <tb> Chrom <SEP> (Cr) <SEP> max <SEP> 3,9 <SEP> <tb> <tb> <tb> Nickel <SEP> (Ni) <SEP> max <SEP> 3,9 <tb> <tb> <tb> Mangan <SEP> (Mn) <SEP> max <SEP> 4,1 <tb> Eisen (Fe)

und herstellungsbedingte Verunreinigungen als Rest besitzt. <Desc/Clms Page number 4>

3. Verbundwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der (die) Ar- beitsteil(e) eine Zusammensetzung von in Gew. -% EMI4.1 <tb> Co <SEP> 22 <SEP> bis <SEP> 26, <SEP> vorzugsweise <SEP> 21 <SEP> bis <SEP> 24 <tb> <tb> W <SEP> bis <SEP> 20, <SEP> vorzugsweise <SEP> 9 <SEP> bis <SEP> 18 <tb> <tb> Mo <SEP> bis <SEP> 12, <SEP> vorzugsweise <SEP> 1 <SEP> bis <SEP> 9 <SEP> <tb> <tb> (W+Mo) <SEP> 11 <SEP> bis <SEP> 20 <SEP> <tb> <tb> Si <SEP> bis <SEP> 0,8, <SEP> vorzugsweise <SEP> bis <SEP> 0,6 <tb> <tb> AI <SEP> bis <SEP> 0,8, <SEP> vorzugsweise <SEP> bis <SEP> 0,4 <tb> <tb> V <SEP> bis <SEP> 1,0, <SEP> vorzugsweise <SEP> 0,4 <SEP> bis <SEP> 0,8 <tb> <tb> Ti <SEP> bis <SEP> 0,6, <SEP> vorzugsweise <SEP> bis <SEP> 0,3 <tb> <tb> Nb/Ta <SEP> bis <SEP> 0,7, <SEP> vorzugsweise <SEP> bis <SEP> 0,25 <tb> <tb> C <SEP> max <SEP> 0,2,

<SEP> vorzugsweise <SEP> max <SEP> 0,15 <tb> <tb> Cr <SEP> max <SEP> 0,9, <SEP> vorzugsweise <SEP> max <SEP> 0,5 <tb> <tb> Ni <SEP> max <SEP> 0,8, <SEP> vorzugsweise <SEP> max <SEP> 0,3 <tb> <tb> Mn <SEP> max <SEP> 0,9, <SEP> vorzugsweise <SEP> max <SEP> 0,4 <tb> Fe und herstellungsbedingte Verunreinigungen als Rest besitzt.

4. Verbundwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerteil aus einem Kohlenstoff-Federstahl bestehend aus in Gew.-% 0,25 bis 1,15 C 0,20 bis 3,0 Si 0,45 bis 2,5 Mn sowie Cr, V, Mo.Ni und S, Fe und erschmelzungsbedingten Verunreinigungen als Rest ge- bildet ist.

5. Verbundwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerteil aus einem martensitaushärtbaren (maraging) Stahl bestehend im wesentlichen aus in Gew.-% Mo 2,0 bis 8,2 Ni 14,0 bis 22,0 Co 5,0 bis 14,0 Ti 0,2 bis 1,7 AI 0,05 bis 0,2 Fe und erschmelzungsbedingten Verunreinigungen als Rest gebildet ist.

6. Verbundwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Verbindung zwischen Trägerteil und Arbeitsteil durch Elektronenstrahl,-Laser- oder Plasmaschweissen erstellt ist.

7. Verbundwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der (die) Arbeitsteil(e) pulvermetallurgisch hergestellt ist (sind).

8. Verbundwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der (die) Arbeitsteil(e) körnige bzw. kugelige Hartstoff- Fasen bis zu einem Anteil von 10 Vol.-% aufweisen.

9. Verwendung eines Werkzeuges gemäss den vorgeordneten Anprüchen für eine spanabhe- bende Bearbeitung von austenitischen Stählen und Legierungen.