BR112018011251B1

BR112018011251B1 - Aço para ferramenta de alta velocidade, material para ferramentas e método para produzir material para ferramentas

Info

Publication number: BR112018011251B1
Application number: BR112018011251-8A
Authority: BR
Inventors: Shiho Fukumoto
Original assignee: Hitachi Metals, Ltd.
Priority date: 2015-12-17
Filing date: 2016-09-29
Publication date: 2021-08-03
Also published as: EP3392360B1; JP6365961B2; BR112018011251A2; EP3392360A4; US20180363080A1; CN108431263A; CN108431263B; JPWO2017104220A1; US10787719B2; EP3392360A1; WO2017104220A1

Abstract

aço para ferramenta de alta velocidade, material para ferramentas e método para produzir material para ferramentas. são fornecidos um aço de ferramenta de alta velocidade com excelente trabalhabilidade a quente, e excelente resistência a danos quando transformado em várias ferramentas; um material para ferramentas e um método para produzir o mesmo. o aço para ferramenta de alta velocidade contém, em % em massa, de 0,9 a 1,2% de c, de 0,1 a 1,0% de si, de 1,0% ou menos de mn, de 3,0 a 5,0% de cr, de 2,1 a 3,5% de w, de 9,0 a 10,0% de mo, de 0,9 a 1,2% de v, de 5,0 a 10,0% de co, de 0,020% ou menos de n, e o restante sendo fe e impurezas, em que um valor de m calculado por uma fórmula satisfaz -1,5 = valor de m = 1,5. fórmula: valor de m = -9,500 + 9,334[%c] - 0,275[%si] - 0,566[%w] - 0,404[%mo] + 3,980[%v] + 0,166[%co], onde os caracteres entre parênteses [] indicam as quantidades contidas (% em massa) dos respectivos elementos. a presente invenção também se refere a: um material para ferramentas, que é obtido usando o aço de ferramenta de alta velocidade; e um método para produzir o material para ferramentas.

Description

CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente invenção refere-se a um aço de ferramenta de alta velocidade, um material para ferramentas que usam o mesmo, e um método para produzir o material para ferramentas.

ESTADO DA TÉCNICA

[0002] Convencionalmente, uma ferramenta de corte representada por uma lâmina de serra tal como uma serra de fita, uma serra circular ou semelhante é utilizada para cortar um material de metal, tal como um material de aço. A lâmina de serra é geralmente fabricada pelo seguinte processo. Primeiro, o aço fundido ajustado para ter uma composição de componente predeterminada é moldado para preparar um material, tal como um lingote de aço, uma peça de aço ou semelhante, ou o pó obtido por um método de atomização ou similar do aço fundido é processado por moldagem sob pressão alta quente para se obter um material, e este material é submetido a processamento a quente e depois submetido a uma variedade de processamentos e tratamentos térmicos para produzir um "material de aresta de corte" tendo uma forma tal como um arame plano. Adicionalmente, o material de aresta de corte é soldado a um material de corpo por soldadura por feixe de elétrons, soldadura a laser ou semelhante, submetido ao trabalho de corte de lâmina, arrefecido bruscamente e temperado, e depois finalizado em uma lâmina de serra como produto final.

[0003] Além disso, as ferramentas de trabalho de plástico representadas por um molde ou semelhante são convencionalmente utilizadas para o trabalho de plástico de um material de metal, tal como um material de aço. Estas ferramentas de trabalho de plástico são também fabricadas a partir de "materiais de ferramentas de trabalho de plástico" obtidos pelo trabalho a quente do material acima descrito. Além disso, em geral, uma ferramenta de trabalho de plástico é fabricada usinando um material de ferramenta de trabalho de plástico em formas de várias ferramentas, realizando arrefecimento bruscamente e têmpera e, em seguida, se necessário, realizando trabalhos de acabamento de usinagem ou tratamento de superfície.

[0004] O aço de ferramenta de alta velocidade SKH59, que é do tipo padrão ?IS (correspondente a M42, que é um tipo de aço padrão AISI), tem sido amplamente aplicado como material para "material para ferramentas", como material para aresta de corte e material para ferramenta de trabalho de plástico. O SKH59 é um material que possui excelente dureza e durabilidade ao rubro no momento do corte ou do trabalho de plástico e também possui excelentes características como um material para o material descrito acima para ferramentas. Por exemplo, o Documento de Patente 1 divulga uma lâmina de serra de fita que emprega SKH59 como um material para um material de aresta de corte, e um método de fabricação do mesmo.

LISTA DE CITAÇÕES Documento de Patentes

[0005] Documento de Patente 1- Publicação de Pedido de Patente Japonesa Não Examinada No. 2010-280022

DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO Problema técnico

[0006] Uma ferramenta de corte da qual uma aresta de corte é fabricada da SKH59 tem excelente durabilidade de corte. Além disso, uma ferramenta de trabalho de plástico fabricada a partir de SKH59 também possui excelente durabilidade. No entanto, pode ocorrer lascamento prematuro na aresta de corte da ferramenta de corte de acordo com as condições de uso e, também, lascamento prematuro, craqueamento e quebra em uma superfície conformada da ferramenta de trabalho de plástico (que é uma superfície formada por processamento de forma plástica do material metálico). Além disso, no que diz respeito ao "material para ferramentas" utilizado para a ferramenta de corte e ferramenta de trabalho de plástico acima descritas, pode haver um caso em que o estiramento para um tamanho predeterminado é difícil devido à baixa ductilidade do material (tendo baixa trabalhabilidade a quente) quando o trabalho a quente é realizado no material acima descrito, como o lingote de aço ou a peça de aço no processo de fabricação.

[0007] Um objetivo da presente invenção é proporcionar um aço de ferramenta de alta velocidade, com excelente trabalhabilidade a quente e excelente resistência a danos, quando feito em várias ferramentas, um material para ferramentas que é preparado usando o mesmo, e um método para produzir o material para ferramentas.

Solução para o Problema

[0008] A presente invenção proporciona um aço para ferramenta de alta velocidade que contém, em % em massa, de 0,9 a 1,2% de C, de 0,1 a 1,0% de Si, de 1,0% ou menos de Mn, de 3,0 a 5,0% de Cr, de 2,1 a 3,5% de W, de 9,0 a 10,0% de Mo, de 0,9 a 1,2% de V, de 5,0 a 10,0% de Co, de 0,020% ou menos de N, e o restante sendo Fe e impurezas, em que um valor de M em uma relação entre os teores de C, Si, W, Mo, V e Co contidos no aço para ferramenta de alta velocidade representado pela seguinte fórmula satisfazem -1,5 < valor de M < 1,5. Fórmula: valor de M = -9,500 + 9,334[%C] - 0,275[%Si] - 0,566[%W] - 0,404[%Mo] + 3,980[%V] + 0,166[%Co], onde os caracteres entre colchetes [] indicam quantidades @% em massa) de cada elemento contido.

[0009] Além disso, a presente invenção fornece um material para ferramentas que é formado por este aço de ferramenta de alta velocidade e no qual um diâmetro máximo de pedaços de carboneto contidos em uma estrutura de seção transversal, que é um valor preditivo máximo estimado V(Áreamáx) calculado por um método estatístico de valor extremo é de 32,0 μm ou menos.

[0010] Além disso, a presente invenção fornece um método para produzir um material para ferramentas, em que um aço para ferramenta de alta velocidade que contém, em % em massa, de 0,9 a 1,2% de C, de 0,1 a 1,0% de Si, de 1,0% ou menos de Mn, de 3,0 a 5,0% de Cr, de 2,1 a 3,5% de W, de 9,0 a 10,0% de Mo, de 0,9 a 1,2% de V, de 5,0 a 10,0% de Co, de 0,020% ou menos de N, e o restante sendo Fe e impurezas fundidos em um lingote de aço, e o trabalho a quente é realizado no lingote de aço, em que um valor de M que uma relação entre os teores de C, Si, W, Mo, V e Co contidos no aço para ferramenta de alta velocidade representado pela seguinte fórmula satisfaz -1,5 < valor de M < 1,5. Fórmula: valor de M = -9,500 + 9,334[%C] - 0,275[%Si] - 0,566[%W] - 0,404[%Mo] + 3,980[%V] + 0,166[%Co], onde os caracteres entre colchetes [] indicam quantidades @% em massa) de cada elemento contido.

Efeitos vantajosos da invenção

[0011] De acordo com a presente invenção, é possível melhorar a trabalhabilidade a quente de um aço de ferramenta de alta velocidade. Além disso, danos prematuros durante o uso de ferramentas podem ser minimizados usando um material para ferramentas, que é feito deste aço para ferramenta de alta velocidade, para arestas de corte de várias ferramentas de corte ou ferramentas de trabalho de plástico.

BREVE DESCRIÇÃO DE DESENHOS

[0012] FIG. 1 é um diagrama que ilustra uma relação entre um valor de M e um valor preditivo máximo estimado V(Áreamáx) de pedaços de carboneto contidos em uma estrutura de seção transversal em relação a materiais para ferramentas obtidos por forjamento de lingotes de aço, respectivamente, aço para ferramentas de alta velocidade de acordo com exemplos da presente invenção e exemplos comparativos.

[0013] FIG. 2 é um diagrama que ilustra uma relação entre um valor de M e um comprimento após forjamento em relação a materiais para ferramentas obtidos por forjamento de lingotes de aço respectivamente feitos de aços para ferramenta de alta velocidade de acordo com os exemplos da presente invenção e os exemplos comparativos.

[0014] FIG. 3 é uma imagem processada binária de uma seção transversal de um material para ferramentas de acordo com um exemplo da presente invenção observada com um microscópio eletrônico de varredura, e é um diagrama que ilustra pedaços de carboneto tendo um "diâmetro máximo de 9 μm ou mais" distribuído em uma seção transversal do mesmo.

[0015] FIG. 4 é uma imagem processada binária de uma seção transversal de um material para ferramentas de acordo com um exemplo comparativo observado com um microscópio eletrônico de varredura e é um diagrama ilustrando pedaços de carboneto tendo um "diâmetro máximo de 9 μm ou mais" distribuído em uma seção transversal do mesmo.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES

[0016] O carboneto grosso que pode estar contido em uma estrutura de um material para ferramentas provoca danos na ferramenta, tais como lascar e fissurar em uma aresta de corte de uma ferramenta de corte durante o uso ou em uma superfície conformada de uma ferramenta de trabalho de plástico. Isto é, quando uma grande quantidade de carboneto significativamente grosso está contida em uma estrutura de um material para ferramentas, estes carbonetos significativamente grossos podem permanecer em uma estrutura de produto depois do arrefecimento brusco e têmpera, e a tenacidade de uma aresta de corte ou superfície moldada pode ser reduzida. Adicionalmente, uma tensão (tensão de fratura) requerida para quebrar a aresta de corte ou a superfície moldada em uso então diminui, e o dano ocorre com o carboneto grosso como um ponto de partida. Portanto, reduzir o tamanho das peças de carboneto na estrutura do material para ferramentas é eficaz para minimizar o dano da ferramenta acima descrito.

[0017] Em tal contexto técnico, uma composição de componentes de SKH59 que pode realizar alta dureza é um projeto de liga que forma uma grande quantidade de carboneto em uma estrutura. Adicionalmente, no caso de um aço de ferramenta de alta velocidade tendo tal composição de componentes, é provável que seja formado um carboneto eutético massivo que é significativamente grosso em uma estrutura moldada no momento da formação de um material tal como um lingote de aço ou uma peça de aço. Geralmente, o carboneto eutético M,C (daqui em diante referido como "M2C eutético") na estrutura fundida está na forma de placas e pode ser decomposto em carboneto MeC granular (daqui em diante referido como " MeC decomposto") por trabalho a quente. No entanto, quando o M2C eutético é formado em uma forma massiva significativamente grossa, ele pode não ser alterado para MeC decomposto, que é suficientemente granulado, mesmo por subsequente trabalho a quente (processamento de arame) após um processo de fabricação do material para ferramentas e, portanto, carboneto muito significativamente grosso pode estar presente em uma estrutura recozida do material para ferramentas.

[0018] Além disso, o carboneto eutético MeC (daqui em diante referido como " MeC eutético") pode também ser formado em uma estrutura moldada de um aço de ferramenta de alta velocidade com a mesma composição de componentes que o SKH59. Geralmente, este MeC eutético tem uma forma de osso de peixe. Além disso, é difícil granular o mesmo pelo trabalho a quente. Portanto, quando o MeC eutético é significativamente grosso, após o trabalho a quente, ele permanece "como está" em um estado significativamente mais grosso e, portanto, carboneto significativamente mais grosso está presente em uma estrutura recozida de um material para ferramentas.

[0019] Além disso, é difícil fazer o carboneto que não está finamente formado em uma estrutura recozida de um material para ferramentas finas mesmo por têmpera e resfriamento em um processo final. Como resultado, embora várias ferramentas contendo muitos carbonetos grossos na estrutura da aresta de corte ou na superfície modelada possam ter excelente resistência ao desgaste, muitos carbonetos grossos servem como uma causa de redução da resistência a danos necessária para suprimir lascas, rachaduras, e assim por diante.

[0020] Além disso, no momento da formação do material, como o lingote de aço ou a peça de aço, quando os carbonetos notavelmente grossos formados na estrutura fundida não são transformados em grânulos mesmo por trabalho a quente, a trabalhabilidade a quente deste material é reduzida e é difícil esticar o material para um tamanho predeterminado com o subsequente trabalho a quente.

[0021] Portanto, em primeiro lugar, o presente inventor revisou a composição do componente do "aço de ferramenta de alta velocidade" como base para um material para ferramentas. Adicionalmente, foi encontrada uma composição de componentes que é vantajosa para refinar o carboneto eutético na estrutura moldada. Daqui em diante, as razões para limitar a composição do componente do aço de ferramenta de alta velocidade da presente invenção serão descritas abaixo ("% em massa" é simplesmente referida como "%"). C: de 0,9 a 1,2%

[0022] C é um elemento que combina com Cr, W, Mo e V para formar carbonetos, aumenta a têmpera e tempera a dureza e melhora a resistência ao desgaste. No entanto, quando muito está incluído, a trabalhabilidade a quente deteriora-se. Além disso, a resistência diminui. Portanto, após o balanceamento com uma quantidade de Cr, W, Mo e V que será descrita mais tarde, de 0,9 a 1,2%, preferencialmente, 0,95% ou mais, e mais preferencialmente, 1,00% ou mais de C é ajustado. Igualmente, 1,15% ou menos ou mais preferencialmente 1,10% ou menos é preferencialmente definido. Si: 0,1 a 1,0%

[0023] O Si é geralmente usado como um agente desoxidante em um processo de dissolução. Além disso, é um elemento que melhora a trabalhabilidade de corte do material para ferramentas. No entanto, quando muito está incluído, é provável que o carboneto grosso eutético seja formado em uma estrutura moldada e a trabalhabilidade a quente deteriora-se. Além disso, a resistência diminui. Portanto, 0,1 a 1,0% de Si é ajustado. Preferencialmente, uma quantidade é pelo menos 0,2%. Mais preferencialmente, é 0,25% ou mais. Preferencialmente, uma quantidade é de 0,6% ou menos. Mais preferencialmente, 0,5% ou menos. Ainda preferencialmente, 0,4% ou menos. Mn: 1,0% ou menos

[0024] Semelhante ao Si, o Mn é usado como um agente desoxidante. No entanto, quando muito é incluído, a resistência é reduzida e, portanto, é definida como 1,0% ou menos. Preferencialmente, é de 0,6% ou menos. Mais preferencialmente, é 0,5% ou menos. Ainda preferencialmente, é de 0,4% ou menos. Além disso, quando Mn está contido, preferencialmente, há 0,1% ou mais incluído. Mais preferencialmente, é 0,2% ou mais. Ainda preferencialmente, é 0,25% ou mais. Cr: 3,0 a 5,0%

[0025] Cr é um elemento que é eficaz para conferir temperabilidade, resistência ao desgaste, resistência à oxidação e assim por diante. No entanto, quando muito é incluído, promove prontamente um aumento em uma quantidade de solução sólida C na estrutura fundida, que serve como um fator de deterioração da trabalhabilidade a quente do lingote de aço. Além disso, a tenacidade, a resistência a altas temperaturas e a resistência ao amolecimento da têmpera de um produto de ferramenta são reduzidas. Portanto, é definido como sendo 3,0% a 5,0%. Preferencialmente, é de 3,5% ou mais. Mais preferencialmente, é de 3,6% ou mais. Ainda preferencialmente, é de 3,7% ou mais. Particularmente preferencialmente, é de 3,8% ou mais. Além disso, é preferencialmente 4,5% ou menos. Mais preferencialmente, é de 4,3% ou menos. Ainda preferencialmente, é de 4,1% ou menos. Particularmente preferencialmente, é de 4,0% ou menos. W: 2,1 a 3,5%

[0026] W combina com o C acima descrito para formar um carboneto especial e confere resistência ao desgaste ou resistência a convulsões. Além disso, uma ação secundária de endurecimento durante a têmpera é ótima, e a resistência a altas temperaturas também é melhorada. No entanto, quando muito é incluído, a trabalhabilidade a quente é reduzida. Além disso, serve como um fator que engrossa o carboneto. Portanto, é ajustado para 2,1% a 3,5%. Preferencialmente, é de 2,2% ou mais. Mais preferencialmente, é de 2,3% ou mais. Ainda preferencialmente, é de 2,4% ou mais. Além disso, é preferencialmente 2,9% ou menos. Mais preferencialmente, é 2,8% ou menos. Ainda preferencialmente, é de 2,7% ou menos. Particularmente preferencialmente, é de 2,6% ou menos. Mo: 9,0 a 10,0%

[0027] Semelhante a W, Mo combina com C para formar um carboneto especial e confere resistência ao desgaste ou resistência a convulsões. Além disso, uma ação secundária de endurecimento durante a têmpera é grande, e a resistência a altas temperaturas também é melhorada. No entanto, quando muito é incluído, a trabalhabilidade a quente é reduzida. Portanto, é definido como 9,0% a 10,0%. Preferencialmente, é de 9,1% ou mais. Mais preferencialmente, é de 9,2% ou mais. Ainda preferencialmente, é de 9,3% ou mais. Particularmente preferencialmente, é 9,4% ou mais. Além disso, é preferencialmente de 9,9% ou menos. Mais preferencialmente, é 9,8% ou menos. Ainda preferencialmente, é de 9,7% ou menos. Particularmente preferencialmente, é de 9,6% ou menos. V: 0,9 a 1,2%

[0028] V combina com C para formar carbonetos duros e contribui para melhorar a resistência ao desgaste. No entanto, quando muito é incluído, a trabalhabilidade a quente é reduzida. Além disso, a resistência é reduzida. Portanto, é definido como sendo de 0,9% a 1,2%. Preferencialmente, é de 0,93% ou mais. Mais preferencialmente, é de 0,95% ou mais. Além disso, é preferencialmente de 1,15% ou menos. Mais preferencialmente, é 1,10% ou menos. Co: 5,0 a 10,0%

[0029] Co forma uma solução sólida em uma matriz, melhora a dureza da martensita temperada e contribui para a melhoria da resistência ao desgaste. Além disso, melhora a força e resistência ao calor de uma ferramenta. No entanto, quando muito é incluído, a trabalhabilidade a quente é reduzida. Além disso, a resistência é reduzida. Portanto, é definida como sendo de 5,0% a 10,0%. Preferencialmente, é de 6,0% ou mais. Mais preferencialmente, é de 6,5% ou mais. Ainda preferencialmente, é de 7,0% ou mais. Além disso, é preferencialmente de 9,3% ou menos. Mais preferencialmente, é de 9,2% ou menos. Ainda preferencialmente, é de 9,0% ou menos. Particularmente preferencialmente, é de 8,5% ou menos. N: 0,020% ou menos

[0030] N tem um efeito de suprimir a aglomeração de carboneto eutético na estrutura fundida do aço de ferramenta de alta velocidade tendo a composição de componentes acima descrita. No entanto, quando muito está incluído, o nitreto de vanádio é formado na estrutura fundida e a trabalhabilidade a quente do material é reduzida. Além disso, em contraste, isso tem uma ação de promover a aglomeração de carboneto eutético. Portanto, N é definido como sendo de 0,020% ou menos. Preferencialmente, é de 0,019% ou menos. Mais preferencialmente, é de 0,018% ou menos. Ainda preferencialmente, é de 0,017% ou menos. Além disso, quando N está contido, para obter o efeito acima descrito, é preferencialmente de 0,005% ou mais. Mais preferencialmente, é de 0,008% ou mais. Ainda preferencialmente, é de 0,012% ou mais. Particularmente preferencialmente, é 0,015% ou mais.

[0031] Além disso, na presente invenção, é importante controlar um valor de M calculado usando a seguinte fórmula, de modo que esteja dentro de uma faixa de "-1,5 a 1,5" na composição do componente do aço para ferramenta de alta velocidade. Fórmula: Valor de M = -9,500+9,334[%C]-0,275[%Si]-0,566[%W]-0,404[%Mo]+3,980[%V]+0,166[%Co] onde os caracteres entre colchetes [] indicam quantidades contidas (% em massa) dos respectivos elementos.

[0032] A fórmula acima indica um valor indicador que indica uma quantidade (frequência de ocorrência) de carboneto eutético que pode estar "estavelmente" presente na estrutura de um aço de ferramenta de alta velocidade tendo a composição de componente da presente invenção. Especificamente, para M,C eutético, mostra a frequência de ocorrência na qual esta pode permanecer na estrutura do material para ferramentas após o trabalho a quente sem ser decomposta em MJC pelo trabalho a quente quando um material com carboneto eutético formado na estrutura fundida é termicamente processado. Além disso, para o M6C eutético, ele mostra a frequência (isto é, a frequência no material para ferramentas após o trabalho a quente).

[0033] A fórmula acima descrita será descrita. Em primeiro lugar, no caso do aço para ferramentas de alta velocidade da presente invenção, C, Si, W, Mo, V e Co podem ser citados como elementos que afetam a estabilização do carboneto eutético acima descrito. Adicionalmente, entre estes elementos, os inventores verificaram que C, V e Co promovem a estabilização do M2C eutético, e Si, W e Mo promovem a estabilização do MeC eutético. Além disso, os inventores perceberam a fórmula acima descrita que pode avaliar um equilíbrio de frequências de MeC mutuamente mutante eutético e M2C eutético na composição de aço para ferramenta de alta velocidade, anexando coeficientes "plus"a C, V e Co, promovendo a estabilização de M2C eutético, ligando coeficientes "negativos" a Si, W e Mo, promovendo a estabilização do MeC eutético e determinando um valor de coeficiente (valor absoluto) para cada um dos coeficientes de acordo com uma extensão (frequência) de promoção da estabilização do carboneto eutético.

[0034] Por tal determinação dos coeficientes, fazendo com que o valor de M de acordo com a fórmula acima se aproxime de "zero" significa que há menos carboneto eutético que é a causa de engrossamento do carboneto. Ou seja, ao tornar o valor de M mais próximo de "zero", o M2C eutético na estrutura fundida pode ser facilmente alterado para MeC finamente decomposto por trabalho a quente. Adicionalmente, uma quantidade de MeC eutético que inicialmente teria sido difícil de melhorar por trabalho a quente pode ser reduzida.

[0035] Portanto, na presente invenção, o valor de M é ajustado para ser "1,5 ou menos". Consequentemente, a quantidade de M2C eutético estável é reduzida, e assim o M2C eutético pode ser transformado em MeC finamente decomposto por trabalho a quente. Preferencialmente, é de "1,0 ou menos". Mais preferencialmente, é de "0,8 ou menos". Ainda mais preferencialmente, é de "0,7 ou menos". Além disso, na presente invenção, o valor de M é ajustado para "-1,5 ou mais". Portanto, o próprio eutético MeC, que é difícil de ser fabricado pelo trabalho a quente, pode ser reduzido. Preferencialmente, é de "-1,0 ou mais". Mais preferencialmente, é de "-0,8 ou mais". Ainda mais preferencialmente, é de "-0,7 ou mais". É possível melhorar a trabalhabilidade a quente do aço de ferramenta de alta velocidade e para melhorar a resistência a danos de várias ferramentas, ajustando o valor de M para dentro dessas faixas.

[0036] Além disso, S e P podem estar contidos como elementos de impureza inevitáveis no aço de ferramenta de alta velocidade da presente invenção. Quando muito de S é incluído, ele inibe a trabalhabilidade a quente de um material, e assim a sua quantidade é preferencialmente restrita a 0,010% ou menos. Mais preferencialmente, é de 0,005% ou menos. Ainda preferencialmente, é de 0,001% ou menos. Quando P é demais, a tenacidade se deteriora e, portanto, é preferencialmente restrita a 0,05% ou menos. Mais preferencialmente, é de 0,03% ou menos. Ainda preferencialmente, é de 0,025% ou menos.

[0037] Adicionalmente, o material para ferramentas que tem um pequeno tamanho de peças de carboneto na estrutura recozida após o trabalho a quente pode ser obtido por fundição do aço de ferramenta de alta velocidade tendo a composição de componentes acima descrita em um lingote de aço e então executando o trabalho a quente em relação ao lingote de aço. Neste momento, em relação ao tamanho do carboneto, um diâmetro máximo das peças de carboneto contidas em uma estrutura de seção transversal do material para ferramentas, que é um valor preditivo máximo estimado U(Áreamáx) calculado por um método estatístico de valor extremo pode ter 32,0 μm ou menos. Ao definir o valor preditivo máximo estimado U(Áreamáx) de acordo com o método estatístico de valor extremo para 32,0 μm ou menos, é possível melhorar ainda mais a resistência a danos de várias ferramentas. Mais preferencialmente, é 30,0 μm ou menos. Ainda preferencialmente, é de 28,0 μm ou menos.

PRIMEIRA MODALIDADE

[0038] O aço fundido com uma composição de componentes ajustada predeterminada foi preparado. Adicionalmente, os lingotes de aço de aços de ferramenta de alta velocidade tendo composições de componentes mostrados na Tabela 1 foram fabricados por fundição do aço fundido a uma taxa de resfriamento de cerca de 10oC/min correspondendo a um nível de operação real. Além disso, o lingote de aço n0 13 corresponde ao SKH59. Na Tabela 1, os lingotes de aço estão dispostos por ordem a partir do primeiro que tem o menor valor de M, de modo que os efeitos da presente invenção possam ser facilmente avaliados. [Tabela 1]

[0039] Em seguida, os lingotes de aço números 1 a 21 acima foram forjados por trabalho a quente para obter os Materiais de Ferramenta n0 1 a 21 correspondentes à ordem numérica acima de lingotes de aço em um estado recozido e feitos como um material de barra retangular com uma forma de seção transversal de 20 mm x 20 mm. Neste momento, durante o forjamento, ao forjar em uma forma de seção transversal de uma extremidade do lingote de aço, em um caso em que uma rachadura ocorreu em uma superfície do material da barra (ou lingote de aço) durante o forjamento, um comprimento (comprimento forjado) do material da barra foi também medido. A Tabela 2 mostra o comprimento forjado de cada um dos materiais para ferramentas após o trabalho a quente juntamente com o valor de M do mesmo. O comprimento forjado é indicado como um valor de índice de acordo com o material de ferramenta no 13, que é o SKH59 sendo definido como "100", de modo que a trabalhabilidade a quente dos aços de ferramenta de alta velocidade possa ser facilmente avaliada. [Tabela 2]

[0040] Na Tabela 2, nos materiais de ferramentas no 8 a 11 da presente invenção, em que a quantidade de cada elemento contido no aço para ferramenta de alta velocidade satisfez os requisitos da presente invenção e o valor de M foi ajustado de tal forma que estava dentro de um intervalo de "-1,5 a 1,5", os comprimentos forjados ultrapassaram "100", e entre eles, o comprimento forjado dos materiais de ferramenta no 9 e 11 eram "120 ou mais" e substancialmente todos os lingotes de aço podiam ser forjados e esticados. Além disso, a trabalhabilidade a quente foi melhor que o SKH59 (material de ferramenta no 13).

[0041] Em comparação, os comprimentos forjados dos materiais de ferramentas no 1 a 5, nos quais os valores de M eram menores do que "-1,5", eram curtos devido ao fato de que muitos MeC eutéticos grossos estavam presentes na estrutura fundida de cada um dos lingotes de aço, independentemente do fato de um teor de cada elemento nele contido satisfazer a presente invenção e a trabalhabilidade a quente era inferior ao SKH59 (material de ferramenta no 13). Dentre eles, no material de ferramenta no 2, rachaduras significativas ocorreram na superfície do lingote de aço a partir do início do forjamento, devido ao fato de que os teores de S e Cr foram elevados, além dos fatores descritos acima, e o trabalho a quente foi interrompido.

[0042] Além disso, nos materiais de ferramenta no 6 e 7, nos quais os valores de M estavam dentro da faixa de "-1,5 a 1,5", o material de ferramenta no 6 tinha um teor mais alto de W do que a faixa da presente invenção, mas o comprimento forjado do mesmo excedeu 100. No entanto, no material de ferramenta no 7, além do maior teor de W, o teor de Mo também foi maior e, portanto, a trabalhabilidade a quente foi deteriorada.

[0043] Os materiais da ferramenta no 12 a 21, nos quais os valores de M foram maiores que "1,5", apresentaram quase a mesma trabalhabilidade a quente do SKH59 (material de ferramenta no 13), exceto para alguns deles, independentemente do fato de que o teor de cada elemento nele contido satisfazia a presente invenção. Além disso, em relação a uma parte do mesmo, o material de ferramenta no 15 tinha altos teores de C, W e V, e assim a trabalhabilidade a quente estava muito deteriorada. Além disso, no material de ferramenta no 19, além do alto teor de C e V, o teor de Co também era alto e, portanto, a trabalhabilidade a quente deteriorava-se bastante. No material de ferramenta no 21 tendo os altos teores de C e V, a trabalhabilidade a quente foi deteriorada.

[0044] FIG. 2 ilustra uma relação entre o valor de M e o comprimento forjado nos materiais de ferramenta n0 1 a 21 (entretanto, para o no 2 em que o trabalho a quente está parado, o comprimento forjado é indicado como "0").

[0045] Em seguida, foi observada uma distribuição dos carbonetos na estrutura recozida do material de ferramenta no 1 a 21, com exceção do material de ferramenta no 2, no qual o trabalho a quente foi interrompido. Para esta observação, foi utilizado um microscópio eletrônico de varredura (MEV) com uma ampliação de 150 vezes. Uma superfície de observação era uma seção transversal em uma direção longitudinal (seção transversal longitudinal), incluindo uma linha central do material da barra e era uma área retangular de 20 mm x 20 mm que foi definida por um lado (20 mm) de uma seção transversal do material da barra e um lado (20 mm) no sentido do comprimento do material da barra. Além disso, quando se assumiu que um campo visual foi definido como um campo visual de 34.080 μm2 incluído na superfície de observação retangular, 64 campos de visual foram observados com o MEV e o número de peças de carboneto com um diâmetro máximo de 9 μm ou mais em cada campo visual foi medido.

[0046] A medição acima mencionada dos carbonetos foi realizada da seguinte maneira. Primeiramente, uma imagem binária mostrando os carbonetos com "diâmetro máximo de 9μm ou mais" distribuídos na superfície de observação foi obtida por meio de um processo de binarização em uma imagem de elétrons refletida obtida por MEV com um diâmetro máximo de "9μm"como valor limiar com base no diâmetro máximo do carboneto confirmado na imagem. FIGs. 3 e 4 são imagens binárias do material de ferramenta no 11 que é um exemplo da presente invenção, e o material de ferramenta no 19 que é um exemplo comparativo, respectivamente (as peças de carboneto são indicadas pela distribuição de pontos escuros). Além disso, o número de pedaços de metal duro com um diâmetro máximo de 9μm ou mais foi medido na imagem binária.

[0047] Além disso, dentre os "carbonetos tendo o diâmetro máximo de 9μm ou mais" obtidos pela medição dos carbonetos descritos acima, um tamanho de "o maior carboneto"foi lido para cada campo visual, e um gráfico estatístico de valor extremo foi criado a base do tamanho do "maior carboneto"em cada campo visual e uma frequência do mesmo. Além disso, o diâmetro máximo do carboneto contido na estrutura transversal do material para ferramentas (isto é, o valor preditivo máximo estimado U(Áreamáx) foi previsto pelo método estatístico de valor extremo. O valor preditivo máximo estimado foi obtido definindo um período de recorrência para 100 (descrito mais adiante) com base no gráfico estatístico do valor extremo acima. A Tabela 3 mostra o diâmetro máximo de carboneto (valor preditivo máximo estimado U(Áreamáx)).

[0048] Para o processamento estatístico de extremo valor acima descrito, foi utilizado o software de planilha "Excel" da Microsoft Company. Neste momento, para o período de recorrência necessário para o processamento estatístico de valor extremo, um volume preditivo foi definido para 31,4 mm3. Isto é baseado no fato de que, em um teste de flexão de três pontos usando uma peça de teste com um diâmetro de 4 mm e uma extensão de 50 mm que é geralmente usada para avaliar a resistência à lascagem ou similar de várias ferramentas, uma porção de risco que pode ser um ponto de partida de destruição está em uma porção de um volume dentro de 5% do diâmetro de uma superfície da peça de teste através de um centro da mesma. Adicionalmente, o diâmetro máximo do carboneto (valor preditivo máximo estimado U(Áreamáx) mostrado na Tabela 3 é um valor estimado por 100 peças de teste de flexão de três pontos descrito acima. [Tabela 3]

[0049] Na Tabela 3, os diâmetros máximos dos carbonetos contidos na estrutura de seção transversal dos materiais de ferramenta no 8 a 11 de acordo com os exemplos da presente invenção são 32,0 μm ou menos, que é o valor preditivo máximo estimado U(Áreamáx). Em particular, U(Áreamáx) de cada um dos materiais de ferramenta n0 8, 10 e 11 era de 30,0 μm ou menos. Por conseguinte, pode esperar-se que uma ferramenta fabricada utilizando o material de ferramentas de acordo com os exemplos da presente invenção tenha uma resistência a danos melhorada.

[0050] Por outro lado, o valor preditivo máximo estimado U(Áreamáx) de cada um dos materiais de ferramenta no 1, 3, 5, 7, 14 e 15 também foi de 32,0 μm ou menos. No entanto, estes materiais para ferramentas eram inferiores ao SKH59 (material de ferramenta no 13) na trabalhabilidade a quente como descrito acima.

[0051] O material de ferramenta no 6 satisfez a faixa de "-1,5 a 1,5" da presente invenção, mas o teor de W foi superior a faixa da presente invenção, e o valor preditivo máximo estimado U(Áreamáx) excedeu 32,0 μm.

[0052] Nos materiais de ferramenta no 12 e 16 a 21, o valor de M não satisfez a faixa de "-1,5 a 1,5" da presente invenção, e o valor preditivo máximo estimado U(Áreamáx) excedeu 32,0 μm.

[0053] FIG. 1 ilustra a relação entre o valor de M dos materiais de ferramenta no 1 a 21 (excluindo o no 2) e a U(Áreamáx) acima

[0054] Além disso, os materiais de ferramenta no 1 a 21 (exceto para o no 2) foram extintos por aquecimento a 1190OC e, em seguida, rapidamente resfriados e, em seguida, a têmpera por três vezes repetidas mantendo por 1 hora a 560°C foi realizada. Além disso, a dureza do material de ferramenta após o resfriamento e a têmpera foi medida. Os resultados são mostrados na Tabela 4. Os materiais de ferramenta n° 8 a 11 da presente invenção obtiveram uma dureza suficiente de 67,0 HRC ou mais, e dentre eles, os materiais de ferramenta n° 9 a 11 atingiram alta dureza de 68,0HRC ou mais. A partir deste fato, espera- se que uma ferramenta fabricada utilizando o material para ferramentas de acordo com o exemplo da presente invenção tivesse uma vida longa. [Tabela 4]

SEGUNDA MODALIDADE

[0055] O aço fundido ajustado a uma composição de componentes predeterminada foi preparado. Adicionalmente, os lingotes de aço n° 22 a 24 para aços de ferramenta de alta velocidade tendo composições de componentes mostrados na Tabela 5 foram fabricados por fundição deste aço fundido a uma taxa de arrefecimento de cerca de 10°C/min. Além disso, o lingote de aço n° 24 corresponde ao SKH59. [Tabela 5]

[0056] Os lingotes de aço no 22 a 24 foram submetidos a trabalho a quente para obter os materiais de ferramenta no 22 a 24 correspondendo a uma ordem numérica dos lingotes de aço acima descritos formados de um material de arame de espiral recozido tendo um diâmetro de 5 mm. Adicionalmente, foi observada a distribuição dos carbonetos na estrutura recozida dos materiais de ferramenta no 22 a 24. Uma superfície de observação estava na posição de uma linha central de uma seção longitudinal, incluindo uma linha central do arame de espiral. Adicionalmente, assumindo que um campo visual é definido como um campo visual de 34,080μm2na observação, os carbonetos tendo um diâmetro máximo de 9μm ou mais em cada campo visual foram medidos para 64 campos visuais da mesma maneira que na primeira modalidade. Além disso, para o "carboneto com o diâmetro máximo de 9μm ou mais" obtido pela medição acima, o diâmetro máximo (valor preditivo máximo estimado U(Áreamáx)) do carboneto contido na estrutura da seção transversal do material de ferramenta foi previsto pelo método estatístico de valor extremo da mesma maneira que na primeira modalidade. Além disso, os resultados são mostrados na Tabela 6. [Tabela 6]

[0057] De acordo com a Tabela 6, nos materiais de ferramenta no 22 e 23 dos exemplos da presente invenção, o diâmetro máximo dos carbonetos contidos na sua estrutura transversal era de 32,0 μm ou menos, que é o valor preditivo máximo estimado U(Áreamáx). Por conseguinte, pode esperar-se uma melhoria na resistência ao dano para uma ferramenta de corte ou uma ferramenta de trabalho de plástico produzida utilizando o material para ferramentas de acordo com os exemplos da presente invenção.

[0058] Para os materiais de ferramenta no. 22 a 24, o arrefecimento brusco de 1190oC e a têmpera três vezes para manter por 1 hora a 560oc, assumindo o arrefecimento brusco e a têmpera sob condições a serem realizadas em uma ferramenta real. Além disso, uma peça de teste após esse arrefecimento brusco e a têmpera foi submetida a um teste de flexão de três pontos, e uma tensão de flexão máxima (isto é, força de deflexão) até a quebra da peça de teste ser medida. No teste de flexão, um tamanho de peça de teste foi de 4 mm de diâmetro, 60 mm de comprimento, e um vão durante o teste foi de 50 mm. Além disso, a força de deflexão foi determinada como um valor médio da tensão de flexão máxima realizando o teste de flexão acima descrito quatro vezes. Os resultados são mostrados na Tabela 7 juntamente com durezas resfriadas bruscamente e temperadas. [Tabela 7]

[0059] A força de deflexão é um indicador para avaliar a tenacidade da ferramenta e, à medida que esse valor se torna maior, a tenacidade fica mais alta. Quando o valor da força de deflexão é alto, é possível evitar que o lascamento prematuro ocorra na aresta de corte da ferramenta de corte. Além disso, na ferramenta de trabalho de plástico, é possível suprimir lascas prematuras, fissuras, quebras e assim por diante, que ocorrem na superfície modelada. Adicionalmente, como mostrado na Tabela 7, os materiais de ferramenta no 22 e 23 do exemplo da presente invenção exibiram alta resistência à deflexão em um estado do produto de ferramenta após o resfriamento brusco e têmpera, em comparação com o material de ferramenta no 24(SKH59) do exemplo comparativo.

Claims

1. Aço para ferramenta de alta velocidade que contém, em % em massa, de 0,9 a 1,2% de C, de 0,1 de 1,0% de Si, de 1,0% ou menos de Mn, de 3,0 a 5,0% de Cr, de 2,1 a 3,5% de W, de 9,0 a 10,0% de Mo, de 0,9 a 1,2% de V, de 5,0 a 10,0% de Co, de 0,020% ou menos de N e o restante sendo Fe e impurezas, o aço para ferramenta de alta velocidade sendo caracterizado por um valor de M em que uma relação entre os teores de C, Si, W, Mo, V e Co contidos no aço para ferramenta de alta velocidade representado pela seguinte fórmula satisfaz -1,5 < valor de M < 1,5; fórmula: valor de M = -9,500 + 9,334[%C] - 0,275[%Si] - 0,566[%W] - 0,404[%Mo] + 3,980[%V] + 0,16 [%Co], onde os caracteres entre colchetes [] indicam valores em % em massa de cada elemento contido.

2. Aço para ferramenta de alta velocidade de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o valor M satisfaz -1,0 < valor de M < 1,0.

3. Aço de ferramenta de alta velocidade, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o valor M satisfaz -0,8 < valor de M < 0,8.

4. Material para ferramentas, que é formado pelo aço de ferramenta de alta velocidade, conforme definido na reivindicação 1, o material para ferramentas sendo caracterizado por que um diâmetro máximo de carboneto contido em uma estrutura de seção transversal que é um valor preditivo máximo estimado V(Áreamáx) calculado por um método estatístico de valor extremo é de 32,0 μm ou menos.

5. Método para produzir um material para ferramentas, em que um aço para ferramenta de alta velocidade que contém, em % em massa, de 0,9 a 1,2% de C, de 0,1 a 1,0% de Si, de 1,0% ou menos de Mn, de 3,0 a 5,0% de Cr, de 2,1 a 3,5% de W, de 9,0 a 10,0% de Mo, de 0,9 a 1,2% de V, de 5,0 a 10,0% de Co, de 0,020% ou menos de N, e o restante sendo Fe e impurezas é moldado em um lingote de aço, e o trabalho a quente é realizado no lingote de aço, o método sendo caracterizado por um valor de M em que uma relação entre os teores de C, Si, W, Mo, V e Co contidos no aço para ferramenta de alta velocidade representado pela seguinte fórmula satisfaz -1,5 < valor de M < 1,5; fórmula: valor de M = -9,500 + 9,334[%C] - 0,275[%Si] - 0,566[%W] - 0,404[%Mo] + 3,980[%V] + 0,166[%Co], onde os caracteres entre colchetes [] indicam valores em % em massa de cada elemento contido.

6. Aço de ferramenta de alta velocidade, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o valor M satisfaz -1,0 < valor de M < 1,0.

7. Aço de ferramenta de alta velocidade, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o valor M satisfaz -0,8 < valor de M < 0,8.