Verfahren zur Herstellung von hochverschleissfesten Stählen sowie ein nach diesem Verfahren hergestellter Stahl und dessen Verwendung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her stellung von hochverschleissfesten Stählen, zum Bei spiel Werkzeugstählen, sowie einen nach diesem Verfahren hergestellten Stahl und dessen Verwen dung. Es hat nicht an Versuchen gefehlt, die Leistung von verschleissfesten Stählen, insbesondere Werkzeug stählen, durch legierungstechnische Massnahmen zu steigern.
In Verfolg dieser Massnahmen sind bei ent sprechender Verarbeitung und Wärmebehandlung des Materials beachtliche Erfolge zu verzeichnen ge wesen.
Für die Qualität eines solchen Stahls ist bei gege bener Legierung und normaler Erschmelzung nicht nur die richtige Wärmebehandlung, sondern auch eine gründliche und durchgreifende Warmverformung des Blockes bestimmend, wodurch eine weitgehende Zertrümmerung und Verteilung der Karbide erreicht wird, durch die wiederum die Qualität des Stahls er höht wird.
Im Gegensatz hierzu geht die Erfindung einen andern Weg. Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von hoch verschleissfesten Stählen ist da durch gekennzeichnet, dass weniger verschleissfeste Stähle im schmelzflüssigen Zustand unter Vakuum gesetzt werden. Die Stähle können im Anschluss an die Vakuumbehandlung einer Verformung und even tuell einer weiteren Wärmebehandlung unterworfen werden. Die Vakuumbehandlung der weniger ver schleissfesten Stähle im schmelzflüssigen Zustand kann auf dieselben Arten durchgeführt werden wie das bekannte Vakuumschmelzen und Vakuumgiessen bei der Herstellung nicht verschleissfester Stähle.
Man kann zum Beispiel in der Weise verfahren, da.ss der weniger verschleissfeste Stahl auf normalem Wege erschmolzen, dann in festem Zustand in einen andern Schmelzofen eingebracht, unter Vakuum erneut ge- schmolzen und in diesem Zustand eine bestimmte Zeit gehalten wird. Das Einsetzen kann auch in flüs sigem Zustand erfolgen.
Man kann auch so vor gehen, dass man in einem Schmelzofen, in welchem Vakuum erzeugt werden kann, zunächst zum Beispiel aus einer Vorschmelze, aus entsprechendem Schrott oder aus Kohlenstoffstahl und einer Ferrolegierung den weniger verschleissfesten Stahl herstellt und dann in derselben Apparatur den gebildeten flüssigen, we niger verschleissfesten Stahl unter Vakuum setzt.
Überraschenderweise hat sich bei Versuchen ge zeigt, dass zum Beispiel ein aus nach dem Verfahren, hergestelltem Stahl bestehendes Schnellstählwerkzeug eine Standzeit erreicht, die doppelt so gross ist wie die eines Werkzeuges aus normal hergestelltem Schnell stahl der gleichen Legierung, gleichen Verarbeitung und gleichen Wärmebehandlung:
Eine ähnliche Wir kung mit Erhöhung der Verschleissfestigkeit trat bei andern Stählen für die spanabhebende und, spanlose Verformung, wie für Gewindeschneideisen und Schnitte sowie für Gesenke, - weiter bei Stählen für Maschinenteile, die starkem Verschleiss ausgesetzt sind, wie bei Spritzgussformen für Metalle und plasti sche Massen, Kernkästen für Kernblasmaschinen in Giessereien, Sandstrahldüsen, Bohrgerätemeisseln,
Verschleissstücken für Sandbunker, Formen für Bri kettpressen, Kugeln für Kugelmühlen sowie bei Rei bungskupplungen auf. Die erfindungsgemäss herge stellten Stähle haben ausserdem beim Vergüten bzw. Härten und Anlassen eine grössere Formbeständigkeit und geringere Rissanfälligkeit,
so dass der Ausschuss um mindestens 50 % geringer ist. Diese Vorteile wir- ken sich besonders bei Werkzeugen mit sehr feiner Schneide aus, da dort die sonst beim Schleifen leicht auftretenden Karbidausbröckelungen bei weitem nicht wie bisher in Erscheinung treten.
Es ist bekannt, dass Seigerungen und Karbidzei- len, überhaupt Inhomogenitäten des Materials, die Härtbarkeit ungünstig beeinflussen. Durch die auf tretenden Spannungen entstehen Risse, .das Material verzieht sich. Bei dem nach der Erfindung hergestell ten Material entfallen diese Nachteile zum grössten Teil, weil die Voraussetzungen dafür nicht gegeben sind. Versuche haben ergeben, dass mit dem neuen Verfahren ein Gefügezustand ganz besonderer Art erzielt wird, bei welchem eine im Vergleich mit dem bisher Bekannten sehr viel feinere Verteilung der Karbide vorhanden ist.
Die Karbide fallen schon im Block wesentlich kleiner und feiner verteilt an und werden durch die gegebenenfalls anschliessende Warmverformung noch weiter verteilt und zertrüm mert, so dass nur noch eine minimale Zeilenstruktur vorhanden ist.
Besonders zu erwähnen ist auch das Fehlen von H2, .der häufig die Rissursache darstellt.
Bei der sonst üblichen Arbeitsweise wird beim Schmieden oder Walzen ein möglichst hoher Ver- formungsgrad angestrebt, um die Grösse und Ver teilung der Karbide entsprechend zu beeinflussen. Da bei ergeben sich aber durch das übermässige Kneten zumeist kugelige bzw. abgerundete Karbidformen mit einer im Verhältnis zu ihrem Volumen kleinen Ober fläche und damit kleinen Haftfestigkeit, da vorzüglich die Kanten der Karbide bei dem Verformen ab bröckeln.
Demgegenüber hat sich nun ergeben, dass bei vakuumbehandeltem Stahl der Warmverformungs- grad bei weitem nicht so hoch .getrieben zu werden braucht wie bisher. Es hat sich herausgestellt, dass die Karbide insbesondere dann, wenn der Verfor- mungsgrad nicht so hoch ist, in scharfkantiger Form und nadelförmigen bzw.
flachen Gebilden in der Grundmasse verbleiben, ein Faktor, der auf die Haft festigkeit der Karbide beim Schleifen und beim Ver schleiss und damit zum Beispiel auf die Standzeit des Werkzeuges von günstigem Einfluss ist. Die bereits festgestellte Widerstandsfähigkeit gegen Karbidaus- bröckelungen beim Schleifen findet, damit ihre Er klärung.
Die Anwendbarkeit eines geringen Verformungs- grades ist besonders vorteilhaft bei der Herstellung von Material für grosse Schnellstahlwerkzeuge. Die Fertigung von grossen einwandfreien Blöcken ist nor malerweise äusserst schwierig. Meist ist das Ledeburit- netzwerk nach der Verformung nicht völlig zerstört, wenn es sich um die Fertigung grosser Dimensionen mit geringem Verformungsgrad handelt, was sich auf die Qualität ungünstig auswirkt.
Nach dem neuen Verfahren ergeben sich in dieser Beziehung äusserst günstige Verhältnisse, weil das Ledeburitnetzwerk bereits im Block wesentlich feiner auftritt, so dass es schon bei geringem Verformungsgrad völlig zerstört ist. Ausserdem ergibt sich die Möglichkeit der An wendung eines geringen Verformungsgrades euch da durch, dass sich für kleine Dimensionen Blöcke von zum Beispiel 2 m Länge und 10 cm Durchmesser im Vakuum giessen lassen, die dann nur noch schwach verformt werden müssen. Das war bisher nicht mög lich.
Es ist bekannt, dass das für Reibungskupplungen verwendete Material infolge der hohen spezifischen Flächendrücke besonders stark beansprucht wird. Seigerungen verursachen leicht ein Fressen des- Ma terials und völlige Zerstörung. Für solche Zwecke eignet sich infolge der gleichmässig feinen Verteilung der verschleissfesten Karbide ganz besonders das nach dem vorliegenden Verfahren hergestellte Material.
Man hat bisher die Ansicht vertreten, dass die hohe Haltbarkeit verschleissfester Stähle insbesondere durch ihre hohe Warmfestigkeit und die Härte der in ihnen enthaltenen Karbide zustandekommt. Unter suchungen haben ergeben, dass auch Korrosions erscheinungen, insbesondere durch die Atmosphäre bedingte, auf die Haltbarkeit von grossem Einfluss sind. (Siehe auch Fink und Hofmann, Archiv für Eisenhüttenwesen, 1932/33, S.161, und Stahl und Eisen, 1932, S.1026.) Es wurde daher bei der Ent wicklung des Verfahrens auf diesen Punkt besonderer Wert gelegt.
Es stellte sich heraus, dass ein erfin dungsgemässer Stahl erhöhte Korrosionsfestigkeit auf weist, ein Faktor, der, trotzdem er einen grossen Ein fluss hat, bisher bei derartigen Stählen kaum Beach tung fand. Schon beim Ätzen der Mikroschliffe zeigte sich, dass vakuumgeschmolzenes Material ein Viel faches der Ätzzeit von normal erschmolzenem zur Sichtbarmachung des Feingefüges erforderte.
Es hat sich auch herausgestellt, dass der Ver schleisswiderstand und damit die Lebensdauer von Rohren, die aus erfindungsgemässem Stahl hergestellt sind, insbesondere bei hohen Temperaturen und hohen Drücken aggressiver Gase besonders günstig, und zwar um mindestens 10 % höher, liegt als bei den bisher bekannten Rohren.
Die erhöhte Zähigkeit wirkt sich dabei ebenso vorteilhaft aus wie die verhältnismässig grosse Schwingungsfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit. Als Beispiel seien Zylinder von Kompressoren oder Explosionsmotoren genannt.
Bei der spanabhebenden Formgebung nimmt die Schneide beträchtliche Temperaturen an, die nach dem Schaft zu stark abfallen. Der Temperaturabfall und damit die Einstellung der Schneidentemperatur hängt u. a. von der Wärmeleitfähigkeit des Ma, terials ab. Es konnte festgestellt werden, dass nach dem .erfindungsgemässen Verfahren hergestelltes Ma terial in dieser Beziehung günstigere Eigenschaften aufweist, was sich auf die Standzeit entsprechend aus wirkt. Dies gilt ganz allgemein bei Verschleiss beanspruchung mit starker Erwärmung.
Schon bei der Verarbeitung des Materials konnte eine um min- destens 10 % schnellere Durchwärmung als üblich festgestellt werden. Auch die Verformbarkeit war eine .bessere, insbesondere konnte eine um mindestens 8 /o stärkere Verformung als üblich bei einer Erhit zung vorgenommen werden.
Infolge der grösseren Homogenität und feineren Struktur des neuen Materials laufen die Umwand lungsprozesse beim Vergüten wesentlich gleichzeiti- ger, gleichmässiger und vollständiger ab, so dass der Restaustenit feiner verteilt und in geringen Mengen auftritt. Dieser Umstand verbessert das Härteverhal ten insofern nicht unbedeutend, als dadurch zum Bei spiel die Spannungszustände herabgesetzt werden. Auch die Anlasszeiten können gegebenenfalls verkürzt werden.
Die Warmhärte zum Beispiel von Schnellstahl, die hauptsächlich durch die in der Grundmasse vorhan denen Elemente W und Cr bestimmt wird, richtet sich nach den Teilen des Kristallgefüges, die infolge Seigerung am wenigsten von diesen Elementen ent halten. Das gleiche gilt analog für die Anlassbestän- digkeit, die vor allem durch V und Co verbessert wird. Versuche ergaben nun, dass ein erfindungs gemässes Material mit grösserer Homogenität, d. h. geringeren Konzentrationsunterschieden, grössere Warmhärte und Anlassbeständigkeit aufweist.
Es wirkt sich also die Erschmelzung nach vorliegendem Verfahren in der gleichen Richtung aus wie eine ent sprechende Erhöhung des Gehaltes an den genannten Legierungselementen.
Es wurde ferner festgestellt, dass durch Vakuum schmelzen der Verformbarkeitsbereich der neuen Stähle, zum Beispiel der Schnellstähle, erweitert wer den kann. Es ist also zum Beispiel möglich, durch Vakuumschmelzen Schnellstähle herzustellen, die einen höheren Gehalt an zum Beispiel W, Cr, Co, V und C als üblich enthalten und trotzdem noch ver formbar sind. Es wurde gefunden, dass sich auf diese Weise die Leistung bedeutend steigern liess, und es war die Leistungssteigerung wesentlich grösser, als der Erhöhung an Legierungsbestandteilen entspricht.
Daraus konnte geschlossen werden, dass auch bei diesen Legierungen der der Erfindung zugrunde lie gende Effekt auftritt.
Auch auf Rasiermesserstahl lässt sich das Ver fahren mit Erfolg anwenden. So konnte die Leistung eines Stahls, dessen obere Grenze des Kohlenstoff gehaltes bei 1,4 % liegt, durch Erhöhung des C-Ge- haltes bis zu 1,7 %- und Vakuumbehandlung bedeu- tend gesteigert werden, ohne dass die Verarbeitbar- keit ungünstig beeinflusst wurde.
Eine weitere Anwendung ergibt sich zum Beispiel bei .der Herstellung von Sägeblättern und Kreissägen. Infolge der erhöhten Zähigkeit und Festigkeit besteht die Möglichkeit der Herstellung äusserst dünner Sägen mit geringstem Materialverlust am Werkstück.
Für rostfreien Messerstahl besteht die Möglich keit einer Erhöhung von Cr und C um mindestens 10 % und damit eine Schneidhaltigkeit, die im Ver- gleich zu gewöhnlichem Kohlenstoffstahl bisher zu wünschen übrig liess.
Bei dem an sich bekannten Vakuumschmelzen wurde bisher im wesentlichen der Zweck verfolgt, die Gase aus der Schmelze abzuführen und den Einfluss der Luft zu verhindern, beim bekannten Vakuum giessen die Herstellung von dichtem Guss. Nicht vor auszusehen war jedoch, dass durch Vakuumbehand lung im schmelzflüssigen Zustand der Verschleiss- widerstand bzw. die Standzeit von Werkzeugen ausser ordentlich erhöht wird. Der Begriff verschleissfest ist im weitesten Sinne zu verstehen, wie die beschriebe nen Beispiele zeigen.
Das Härten von Gegenständen aus verschleiss festen Stählen erfolgt mit einer möglichst hohen An fangstemperatur, um möglichst viele Karbide in Lö sung zu bringen und damit die Leistung zum Beispiel von Werkzeugen zu steigern. Der Höhe der anzuwen denden Temperatur ist aber eine Grenze gesetzt durch die Ausscheidung von Ledebuxiteutetikum, die ein Zeichen von überhitzung ist und die Leistung wieder abfallen lässt. Der Ledeburit tritt um so eher auf, je grösser das Karbidkorn ist und je stärker die Kar bidzeilen in Erscheinung treten.
Die Härtetemperatur kann nach dem Stand der Technik nicht höher ge trieben werden, da die Stähle ein verhältnismässig grobes Karbidkorn und grosse Karbidzeilen enthalten, die in der Grösse ausserdem chargenunabhängig sind. Danach richtet sich aber auch die jeweils anzuwen dende Härtetemperatur derart, dass einem feineren Korn eine höhere Härtetemperatur entspricht. Prak tisch bedeutet dies aber eine chargenweise Ermitt- lung der jeweils anzuwendenden optimalen Härte temperatur, um optimale Gütewerte zu erreichen.
Die Verschleissfestigkeit und Leistung von Gegen ständen, insbesondere Werkzeugen, kann weiterhin erhöht werden, wenn die Gegenstände aus dem erfin dungsgemässen Stahl dann mit höherer Härtetempe- ratur behandelt werden als ein normaler, offen er schmolzener Stahl der gleichen Legierung und mög lichst gleichen Verarbeitung sowie gleicher Dimension und gleicher Zweckbestimmung. Vorteilhafterweise liegt diese Temperatur gegenüber dieser um 5 bis 50 C höher, vorzugsweise mindestens 10 C über der üblichen höchsten Härtetemperatur, bei welcher der Stahl gehärtet und dann angelassen wird.
Der Fachmann ist in der Lage, für jede Stahlsorte die höheren Temperaturen zu erkennen, denn die übli chen höchsten Härte- und Anlasstemperaturen sind ihm bekannt.
Eine derartige Behandlung ist möglich, da bei dem Material die Ledeburitbildung erst bei höheren als den normalen Temperaturen auftritt und das Material wesentlich gleichmässiger und feinkörniger ausfällt, so da.ss auch die anzuwendende optimale Härtetemperatur in allen Teilen des Gefüges gleich mässig hoch ist und mindestens<U>annähernd</U> der norma lerweise bei offen erschmolzenem Material maximal erreichbaren Härtetemperatur entspricht.
Darüber hinaus ist es möglich, die Haltezeit auf Härtetemperatur zu erhöhen, ohne dass eine über- zeitung auftritt, und zwar um 10 bis 200 %,
vor- zugsweise mindestens 30 %. Dabei bedeutet Über- zeiten das zu lange Halten auf Wärmebehandlungs- temperatur, was zu einer Schädigung des Werkstoffes, meist durch Kornvergröberung, führt.
Die an das Härten anschliessende Anlassbehand- lung kann bei den üblichen Temperaturen erfolgen. Es hat sich jedoch herausgestellt, d'ass man eine wei- tere Leistungssteigerung erreicht, wenn man eine An lasstemperatur wählt, die gegenüber der üblichen um 5 bis 30 C, vorzugsweise mindestens 10 C, höher liegt:
In Gegenständen, zum Beispiel Werkzeugen, wel che aus Stahl bestehen, der nach dem erfindungs- gemässen Verfahren hergestellt ist, ist die Menge von Sekundärkarbiden und damit die Härte um ein be trächtliches höher als bei bekannten Werkzeugen, so dass die Leistung und Verschleissfestigkeit ent sprechend ansteigen.
<I>Beispiel</I> Ein Stahl mit 1,l5 % C, 0,27 % Si, 0,16 % Mn, 4,29 % Cr, 0,44 % Mo, 3,17 % V, 10;
23 % W wurde nach .der Vorschrift des Hüttenwerkes mit einer Härtetemperatur von 1260 C gehärtet, ohne Aus schmelzerscheinungen zu zeigen, und danach ange lassen. Die Standzeit des aus dem gehärteten Stahl hergestellten Werkzeuges betrug 62 Minuten. Nach dem Umschmelzen des gleichen Materials im Vakuum konnte die Härtetemperafur bei gleicher Haltezeit auf 1280 C erhöht werden. Die Standzeit unter den gleichen Bedingungen wie oben betrug 145 Minuten.
Erst bei einer Härtetemperatur von 1290 C zeigten sich die ersten Überhitzungserscheinungen. Zu dem gleichen Ergebnis (145 Minuten) gelangte man bei einer Härtetemperatur von 1270 C und einer um 30 % verlängerten Haltezeit.
Die Dimensionen der Werkzeuge waren hierbei nach achtfacher Verschmiedung die gleichen.
Process for the production of highly wear-resistant steels and a steel produced by this process and its use The invention relates to a process for the production of highly wear-resistant steels, for example tool steels, and a steel produced by this process and its use. There has been no lack of attempts to increase the performance of wear-resistant steels, in particular tool steels, by means of alloy engineering measures.
As a result of these measures, considerable successes have been achieved with appropriate processing and heat treatment of the material.
With a given alloy and normal melting, the quality of such a steel is not only determined by the correct heat treatment, but also by thorough and thorough hot deformation of the ingot, which results in extensive fragmentation and distribution of the carbides, which in turn improves the quality of the steel is raised.
In contrast to this, the invention takes a different approach. The method according to the invention for producing highly wear-resistant steels is characterized in that less wear-resistant steels are placed under vacuum in the molten state. Following the vacuum treatment, the steels can be subjected to deformation and possibly to further heat treatment. The vacuum treatment of the less wear-resistant steels in the molten state can be carried out in the same way as the known vacuum melting and vacuum casting in the manufacture of non-wear-resistant steels.
For example, one can proceed in such a way that the less wear-resistant steel is melted in the normal way, then placed in a solid state in another melting furnace, melted again under vacuum and held in this state for a certain time. It can also be used in a liquid state.
One can also proceed in such a way that one first produces the less wear-resistant steel in a melting furnace, in which a vacuum can be generated, for example from a premelt, from corresponding scrap or from carbon steel and a ferro-alloy and then in the same apparatus the liquid, Puts less wear-resistant steel under vacuum.
Surprisingly, tests have shown that, for example, a high-speed steel tool made from steel produced according to the process achieves a service life that is twice as long as that of a tool made from normal high-speed steel of the same alloy, the same processing and the same heat treatment:
A similar effect, with an increase in wear resistance, occurred with other steels for cutting and non-cutting deformation, such as thread cutting dies and cuts as well as dies, - further with steels for machine parts that are exposed to heavy wear, such as injection molds for metals and plastic Masses, core boxes for core blowing machines in foundries, sandblasting nozzles, drill chisels,
Wear pieces for sand bunkers, molds for briquette presses, balls for ball mills and friction clutches. The steels produced in accordance with the invention also have greater dimensional stability and less susceptibility to cracking when quenched or tempered,
so that the reject is at least 50% less. These advantages are particularly effective in tools with a very fine cutting edge, since the carbide crumbling that otherwise occurs easily during grinding is by far not as apparent as before.
It is known that segregation and carbide cells, in general inhomogeneities in the material, have an unfavorable effect on hardenability. The tension that occurs causes cracks and the material warps. In the case of the material hergestell th according to the invention, these disadvantages are largely eliminated because the requirements for this are not met. Tests have shown that with the new process a very special kind of structure is achieved in which the carbides are distributed much finer than what was previously known.
The carbides are much smaller and more finely distributed even in the block and are further distributed and smashed by the subsequent hot deformation, if necessary, so that only a minimal line structure is left.
The lack of H2, which is often the cause of the crack, should also be mentioned in particular.
In the usual way of working, the greatest possible degree of deformation is sought in forging or rolling in order to influence the size and distribution of the carbides accordingly. Since, however, the excessive kneading usually results in spherical or rounded carbide shapes with a small upper surface in relation to their volume and thus low adhesive strength, since the edges of the carbides crumble during the deformation.
In contrast, it has now emerged that in the case of vacuum-treated steel the degree of hot deformation does not need to be driven as high as before. It has been found that the carbides, especially when the degree of deformation is not that high, have a sharp-edged shape and needle-shaped or
Flat structures remain in the base material, a factor that has a positive influence on the adhesive strength of the carbides during grinding and wear and thus, for example, on the service life of the tool. The already established resistance to carbide crumbling during grinding is explained by this.
The applicability of a low degree of deformation is particularly advantageous in the manufacture of material for large high-speed steel tools. Manufacturing large, flawless blocks is usually extremely difficult. Most of the time, the Ledeburit network is not completely destroyed after the deformation when it comes to the production of large dimensions with a low degree of deformation, which has an unfavorable effect on the quality.
The new process results in extremely favorable conditions in this regard, because the Ledeburit network appears much finer even in the block, so that it is completely destroyed even with a slight degree of deformation. In addition, there is the possibility of using a low degree of deformation because blocks of, for example, 2 m long and 10 cm in diameter can be cast in a vacuum for small dimensions, which then only need to be slightly deformed. That was not possible before.
It is known that the material used for friction clutches is particularly stressed due to the high specific surface pressures. Segregation easily causes the material to be eaten up and completely destroyed. Due to the evenly fine distribution of the wear-resistant carbides, the material produced by the present method is particularly suitable for such purposes.
So far, the view has been taken that the high durability of wear-resistant steels is due in particular to their high heat resistance and the hardness of the carbides they contain. Investigations have shown that signs of corrosion, particularly those caused by the atmosphere, also have a major impact on durability. (See also Fink and Hofmann, Archiv für Eisenhüttenwesen, 1932/33, p.161, and Stahl und Eisen, 1932, p.1026.) Special emphasis was therefore placed on this point when developing the method.
It turned out that a steel according to the invention has increased corrosion resistance, a factor which, although it has a great influence, has so far hardly been taken into account in such steels. Even when the micro-sections were etched, it became apparent that vacuum-melted material required a multiple of the etching time of normally melted material to make the fine structure visible.
It has also been found that the wear resistance and thus the service life of pipes made from steel according to the invention is particularly favorable, in particular at high temperatures and high pressures of aggressive gases, at least 10% higher than with the previously known Pipes.
The increased toughness is just as beneficial as the relatively high vibration resistance and thermal conductivity. Examples are cylinders of compressors or explosion engines.
During machining, the cutting edge takes on considerable temperatures, which drop too sharply after the shank. The temperature drop and thus the setting of the cutting edge temperature depends u. a. on the thermal conductivity of the material. It was found that material produced according to the method according to the invention has more favorable properties in this respect, which has a corresponding effect on the service life. This applies very generally to wear and tear with strong heating.
During the processing of the material, it was already possible to determine that the heating was at least 10% faster than usual. The deformability was also better; in particular, a deformation that was at least 8% greater than usual with heating could be carried out.
As a result of the greater homogeneity and finer structure of the new material, the transformation processes during quenching and tempering run significantly more simultaneously, more evenly and more completely, so that the retained austenite is more finely distributed and occurs in small quantities. This fact improves the hardness behavior not insignificantly, as it reduces the stress states, for example. The starting times can also be shortened if necessary.
The hot hardness of high-speed steel, for example, which is mainly determined by the elements W and Cr in the matrix, depends on the parts of the crystal structure that contain the least of these elements due to segregation. The same applies analogously to the temper resistance, which is mainly improved by V and Co. Tests have now shown that a material according to the invention with greater homogeneity, i. H. has lower concentration differences, greater hot hardness and tempering resistance.
The melting according to the present method thus has the same effect as a corresponding increase in the content of the alloying elements mentioned.
It was also found that the ductility range of the new steels, for example high-speed steels, can be expanded by vacuum melting. It is therefore possible, for example, to use vacuum melting to produce high-speed steels that contain a higher content of, for example, W, Cr, Co, V and C than usual and are still ver formable. It was found that the performance could be increased significantly in this way, and the increase in performance was significantly greater than the increase in alloy components corresponds.
It could be concluded from this that the effect on which the invention is based also occurs in these alloys.
The process can also be successfully applied to razor steel. The performance of a steel with an upper limit of the carbon content of 1.4% could be increased significantly by increasing the carbon content up to 1.7% and vacuum treatment without the processability being unfavorable was influenced.
Another application arises, for example, in the manufacture of saw blades and circular saws. As a result of the increased toughness and strength, it is possible to manufacture extremely thin saws with minimal loss of material on the workpiece.
For stainless knife steel, there is the possibility of increasing Cr and C by at least 10% and thus a cutting edge retention that has so far left something to be desired compared to ordinary carbon steel.
In the case of vacuum melting, which is known per se, the main aim has hitherto been to remove the gases from the melt and to prevent the influence of air; in the known vacuum casting, the production of a tight cast. It was not envisaged, however, that vacuum treatment in the molten state would significantly increase the wear resistance or the service life of tools. The term wear-resistant is to be understood in the broadest sense, as the examples described show.
The hardening of objects made of wear-resistant steels is carried out with the highest possible starting temperature in order to dissolve as many carbides as possible and thus increase the performance of tools, for example. However, the level of the temperature to be applied is limited by the excretion of Ledebuxiteutetics, which is a sign of overheating and causes the performance to drop again. The larger the carbide grain and the more strongly the carbide lines appear, the sooner the ledeburite appears.
According to the state of the art, the hardening temperature cannot be increased since the steels contain a relatively coarse carbide grain and large carbide rows, the size of which is also independent of the batch. However, the hardening temperature to be applied in each case also depends on this in such a way that a finer grain corresponds to a higher hardening temperature. In practice, however, this means a batch determination of the optimum hardening temperature to be used in each case in order to achieve optimum quality values.
The wear resistance and performance of objects, especially tools, can be further increased if the objects made of the steel according to the invention are then treated with a higher hardening temperature than a normal, openly molten steel of the same alloy and, if possible, the same processing and the same Dimension and the same purpose. Advantageously, this temperature is 5 to 50 C higher than this, preferably at least 10 C above the usual highest hardening temperature at which the steel is hardened and then tempered.
The person skilled in the art is able to recognize the higher temperatures for each type of steel, because he is familiar with the usual highest hardening and tempering temperatures.
Such a treatment is possible because the ledeburit formation only occurs with the material at higher than normal temperatures and the material is much more uniform and fine-grained, so that the optimal hardening temperature to be used in all parts of the structure is equally high and at least < U> approximately </U> which normally corresponds to the maximum hardening temperature that can be achieved with openly melted material.
In addition, it is possible to increase the holding time to hardening temperature without overtime occurring, namely by 10 to 200%,
preferably at least 30%. Overtime means holding the heat treatment temperature for too long, which leads to damage to the material, mostly due to coarsening of the grain.
The tempering treatment following hardening can take place at the usual temperatures. However, it has been found that a further increase in performance is achieved if a tempering temperature is selected which is 5 to 30 C, preferably at least 10 C, higher than the usual:
In objects, for example tools, which are made of steel produced by the method according to the invention, the amount of secondary carbides and thus the hardness is considerably higher than in known tools, so that the performance and wear resistance are accordingly increase.
<I> Example </I> A steel with 1.15% C, 0.27% Si, 0.16% Mn, 4.29% Cr, 0.44% Mo, 3.17% V, 10;
23% W was hardened according to the specifications of the iron and steel works with a hardening temperature of 1260 C, without showing melting phenomena, and then left on. The tool life of the tool made from the hardened steel was 62 minutes. After remelting the same material in a vacuum, the hardening temperature could be increased to 1280 ° C. with the same holding time. The standing time under the same conditions as above was 145 minutes.
Only at a hardening temperature of 1290 C did the first signs of overheating appear. The same result (145 minutes) was obtained at a hardening temperature of 1270 ° C. and a holding time that was increased by 30%.
The dimensions of the tools were the same after being forged eight times.