Verfahren zur Herstellung gegossener Schnellstahlwerkzeuge Es wurde bereits vorgeschlagen, Schnellstahlwerk zeuge als Stahlformguss herzustellen. Über die Er gebnisse, die mit solchen Werkzeugen erzielt wurden, liegen jedoch im Schrifttum nur wenige Angaben vor. Soweit hier über Vergleiche zwischen gegossenen Schnellstahlwerkzeugen und Werkzeugen aus typen gleichen warmverformten Stählen berichtet wird, er gibt sich ein widerspruchsvolles Bild. So wurde fest gestellt, dass Fräser aus Stahlguss im Grobschnitt die gleiche Leistung wie geschmiedete Fräser haben.
An derseits wurde festgestellt, dass Drehmesser aus un- verformtem Schnellstahl merklich niedrigere Stand zeiten als solche aus verformtem Werkstoff ergeben.
Die Auftragsschweissung von Schnellstahl hat trotz zahlreicher positiver Versuchsergebnisse für die Neuanfertigung von Werkzeugen keine nennenswerte Anwendung gefunden. Der Grund hierfür liegt in den Bearbeitungskosten für auftragsgeschweisste Werk zeuge, die im Vergleich zu den Fertigungskosten bei normaler Herstellung meist zu hoch liegen und au sserdem wohl auch in den Schwierigkeiten der Be herrschung der Abbrandverhältnisse, der Erstarrungs- bedingungen und der Porenbildung beim Aufschwei ssen.
Die mit vorschriftsmässig aufgetragenen und in qualitativer Hinsicht einwandfreien Schichten ge machten guten Erfahrungen sind jedoch nicht ohne weiteres auf Schnellarbeitsstahl übertragbar, der in Formen, beispielsweise in Präzisionsgiessformen, ver gossen wurde, da hier ganz andere Abkühlungs verhältnisse vorliegen.
Die Möglichkeit aber, gegossene Schnellstahl werkzeuge herzustellen, die etwa die gleiche Leistung wie Werkzeuge aus warmverformten Stählen haben, wäre aus zahlreichen Gründen sehr vorteilhaft.
Erwähnt sei die Möglichkeit der Einsparung von Bearbeitungs- und Materialkosten bei der Werkzeug herstellung, die bei verwickelten Stückformen und bei Verwendung von hochwertigen, schwer verform baren und schlecht zerspanbaren Werkstoffen be sonders ins Gewicht fallen wird.
Hingewiesen sei aber auch auf den Vorteil der Gestaltungsfreiheit bei Benützung von Formgiessver- fahren. Hierdurch wird es z. B. möglich, am Guss- stück genügende Spanabflussräume vorzusehen, die Schnittbedingungen durch geeignetere Schneidenaus- bildung zu verbessern oder den Übergang vom Fräser- zahn zum Grundkörper nicht gradflächig, sondern zweckmässiger zu gestalten.
Es kann aber auch die Herstellung von komplizierten Formfräsern, die bis her aus fertigungstechnischen Gründen aus mehreren Einzelteilen zusammengebaut werden mussten, durch Giessen als ein einziges Stück erheblich verbilligt werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung gegossener Schnellstahlwerkzeuge, welches die aufgezeigten Vorteile der Verwendung eines Formgiessverfahrens deshalb auszunützen ge stattet, weil normalerweise die danach hergestellten Werkzeuge die gleichen und in vielen Fällen bessere Leistungen aufweisen als Werkzeuge aus warmver formten Stählen.
Durch eingehende Versuche konnte festgestellt werden, dass es notwendig ist, für gegossene Schnell- stahlwerkzeuge einen Stahl zu verwenden, dessen Kohlenstoffgehalt um 0,1 bis 0,4 % über dem eines noch genügend warmverformbaren Stahles sonst glei cher Zusammensetzung liegt. Diese obere zulässige Kohlenstoffgrenze ist für einen Schnellarbeitsstahl durch die Zahl der Karbide gegeben, die, wenn sie zu zahlreich auftreten, durch ihre versprödende Wir kung die Stahlqualität stark vermindern und die Schmiedbarkeit spontan verschlechtern.
Die Karbid menge hängt ihrerseits vom Vorhandensein verschie dener Karbidbildner, z. B. Wolfram, Vanadin, ab, so dass sich für jede Schnellstahlart die oberste Kohlen stoffgrenze durch die Legierungszusammensetzung ergibt.
Die gegossenen Schnellstahlwerkzeuge werden einer Härtungsbehandlung bei der gleichen Tempe ratur, wie sie für geschmiedete Werkzeuge aus dem noch genügend warmverformbaren Stahl sonst glei cher Zusammensetzung zur Anwendung kommt, un terzogen. Zur Vermeidung von möglichen über hitzungserscheinungen bei Benützung dieser Härte temperatur erfolgt die Härtungsbehandlung anschlie ssend an eine Diffusionsglühung der Gussstücke bei 1050-1200 C während 1-8 Stunden.
Es ist bekannt, warmverformte hochlegierte Schnelldrehstähle mit normalem Kohlenstöffgehalt vor dem Härten einer langzeitigen Homogenisierungs- glühung bei Temperaturen zwischen 1000-1250 C zur Verbesserung der Standzeiten zu unterziehen. Ferner ist bekannt, dass die Erwärmung von Schnell stahlblöcken auf Schmiedeanfangstemperatur ähnlich wie eine Diffusionsglühung wirkt.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist bei allen Schnellstahlsorten, deren Kohlenstoffgehalt um 0,1 bis 0,4% über dem eines noch genügend warm verformbaren Stahles sonst gleicher Zusammenset zung liegt, mit Vorteil anwendbar und führt ins besondere bei kobaltlegierten Schnelldrehst'ählen zu überraschenden Leistungsteigerungen.
Versuchsweise wurden aus einem Stahl mit 12,5 % W, 4 % Cr, 4 % V, 5 % Co und 1,38-1,42 % C nach dem Präzisionsgiessverfahren Werkzeuge her gestellt und diese im Vergleich zu Werkzeugen glei cher Abmessungen aus geschmiedetem Stahl mit 12,5 % W, 4 % Cr, 4 % V, 5 % Co und 1,25-1,4 % C im Fräsvorgang erprobt.
Sämtliche Werkzeuge wur den nach Vorwärmung auf 850 C von 1230 bis l260 C aus dem Salzbad in Öl gehärtet und zweimal je 1 Stunde bei 570 C angelassen.
Mit den Werkzeugen aus geschmiedetem Stahl wurde unter den gewählten Versuchsbedingungen ein Fräsweg von etwa 1700 m im Mittel erzielt, wäh rend die gegossenen Werkzeuge nur einen mittleren Fräsweg von<B>1100</B> m erbrachten.
Vergleichsweise wurde an Gussstücken mit bei spielsweise 12,5 % W, 4 % Cr, 4 % V, 5 % Co und 1,65 % C nach dem Härten und Anlassen ohne vor gängige Diffusionsglühung eine weitere Verminde rung des mittleren Fräsweges auf 1000 m beobachtet. Bei diesen Werkzeugen konnten nach dem Härten bereits perlenförmige Auswüchse auf der Oberfläche festgestellt werden. Eine überhitzungserscheinung war jedoch nicht mehr zu beobachten, wenn vor dem Härten eine einstündige Diffusionsglühung bei 1100 C zur Anwendung kam.
Wurden beispielsweise präzisionsgegossene Werk zeuge mit 12,5 % W, 4 % Cr, 4 % V, 5 % Co und 1,65 % C diffusionsgeglüht und gehärtet, so konnte unter vergleichbaren Bedingungen ein Fräsweg von 2400 m im Mittel und damit im Vergleich zur Lei stung der Werkzeuge aus geschmiedetem Stahl von im Mittel 1700 m eine überraschende Verbesserung erzielt werden.
Die Verwendbarkeit der erfindungsgemäss erhalte nen Werkzeuge beruht darauf, dass bei deren Her stellung ein grobes Gusskorn vermieden werden kann.
Es ist bekannt, dass mit gegossenen Fräsern nur dann gute Ergebnisse erzielt werden können, wenn beim Giessen dafür gesorgt wird, dass möglichst ge ringe Seigerungen und ein möglichst feines Lede- buriteutektikum entsteht.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Ver fahren zur Erzeugung gegossener Schnellstahlwerk zeuge, wobei der Kohlenstoffgehalt des Stahles, aus welchem sie hergestellt werden, um 0,1-0,4 % über dem eines noch genügend warmverformbaren Stahles sonst gleicher Zusammensetzung liegt. Hierbei werden die Gussstücke mit dem erhöhten Kohlenstoffgehalt einer Diffusionsglühung bei<B>1050</B> bis 1200 C von 1-8 Stunden Dauer und anschliessend einer Härtungsbehandlung bei der gleichen Tempe ratur, wie sie für geschmiedete Werkzeuge aus dem noch genügend warmverformbaren Stahl sonst glei cher Zusammensetzung zur Anwendung kommt, un terzogen.
Method for producing cast high-speed steel tools It has already been proposed to produce high-speed steel tools as cast steel. However, there is little information in the literature about the results that were achieved with such tools. As far as comparisons between cast high-speed steel tools and tools made from hot-worked steels of the same type are reported, the picture is contradictory. It was found that milling cutters made of cast steel have the same performance as forged milling cutters in the rough cut.
On the other hand, it was found that rotary knives made from undeformed high-speed steel result in noticeably lower tool lives than those made from deformed material.
The build-up welding of high-speed steel has not found any application worth mentioning for the production of new tools, despite numerous positive test results. The reason for this lies in the processing costs for build-up welded tools, which are usually too high compared to the production costs in normal manufacture and also in the difficulties in controlling the burn-off conditions, the solidification conditions and the formation of pores during welding.
The good experiences made with correctly applied and qualitatively impeccable layers cannot, however, simply be transferred to high-speed steel, which was cast in molds, for example in precision casting molds, since completely different cooling conditions exist here.
However, the ability to produce cast high-speed steel tools that have about the same performance as tools made from hot-worked steels would be very advantageous for a number of reasons.
Mention should be made of the possibility of saving processing and material costs in tool manufacture, which will be particularly significant in the case of complex piece shapes and the use of high-quality, difficult to deform ble and poorly machinable materials.
It should also be pointed out, however, that the freedom of design when using molding processes is advantageous. This makes it z. For example, it is possible to provide sufficient chip drainage spaces on the casting, to improve the cutting conditions through a more suitable cutting edge design or to make the transition from the cutter tooth to the base body not flat but more practical.
However, the production of complex milling cutters, which up to now had to be assembled from several individual parts for manufacturing reasons, can be made considerably cheaper by casting as a single piece.
The present invention relates to a method for the production of cast high-speed steel tools, which is equipped to take advantage of the advantages of the use of a molding process because the tools produced thereafter normally have the same and in many cases better performance than tools made from hot-formed steels.
Extensive tests have shown that it is necessary to use a steel for cast high-speed steel tools whose carbon content is 0.1 to 0.4% higher than that of a sufficiently hot-formable steel of otherwise the same composition. This upper permissible carbon limit is given for a high-speed steel by the number of carbides which, if they occur too numerous, greatly reduce the steel quality due to their embrittling effect and spontaneously deteriorate the forgeability.
The amount of carbide in turn depends on the presence of various carbide formers such. B. tungsten, vanadium, so that for each type of high-speed steel the uppermost carbon limit results from the alloy composition.
The cast high-speed steel tools are subjected to a hardening treatment at the same Tempe temperature as is used for forged tools made of the steel that is still sufficiently hot-deformable, otherwise the same composition. To avoid possible overheating phenomena when using this hardening temperature, the hardening treatment is carried out after diffusion annealing of the castings at 1050-1200 C for 1-8 hours.
It is known to subject hot-worked high-alloy high-speed steels with normal carbon content to long-term homogenization annealing at temperatures between 1000-1250 C to improve the service life before hardening. It is also known that the heating of high-speed steel blocks to the forging start temperature has a similar effect to diffusion annealing.
The method according to the invention can be used with advantage for all types of high-speed steel, the carbon content of which is 0.1 to 0.4% higher than that of a steel that is still sufficiently hot-deformable, otherwise the same composition, and leads to surprising increases in performance, especially with cobalt-alloyed high-speed steels.
As an experiment, tools were made from a steel with 12.5% W, 4% Cr, 4% V, 5% Co and 1.38-1.42% C by the precision casting process, and these were forged in comparison to tools of the same dimensions Steel with 12.5% W, 4% Cr, 4% V, 5% Co and 1.25-1.4% C tested in the milling process.
After preheating to 850 C from 1230 to 1260 C from the salt bath, all tools were hardened in oil and annealed twice at 570 C for 1 hour each time.
With the tools made of forged steel, an average milling path of around 1700 m was achieved under the selected test conditions, while the cast tools only achieved an average milling path of <B> 1100 </B> m.
For comparison, a further reduction in the mean milling path to 1000 m was observed on castings with, for example, 12.5% W, 4% Cr, 4% V, 5% Co and 1.65% C after hardening and tempering without prior diffusion annealing . With these tools, pearl-shaped growths could already be found on the surface after hardening. However, there was no longer any sign of overheating if a one-hour diffusion annealing at 1100 C was used before hardening.
If, for example, precision-cast tools were diffusion annealed and hardened with 12.5% W, 4% Cr, 4% V, 5% Co and 1.65% C, a milling path of 2400 m on average could be achieved under comparable conditions and thus compared to Performance of the tools made of forged steel from an average of 1700 m a surprising improvement can be achieved.
The usability of the tools obtained according to the invention is based on the fact that a coarse cast grain can be avoided during their manufacture.
It is known that good results can only be achieved with cast milling cutters if, during casting, it is ensured that the lowest possible segregation and the finest possible leather eutectic result.
The invention thus provides a method for the production of cast high-speed steel tools, the carbon content of the steel from which they are made is 0.1-0.4% above that of a sufficiently hot-formable steel, otherwise the same composition. Here, the castings with the increased carbon content are subjected to a diffusion annealing at <B> 1050 </B> to 1200 C for 1-8 hours and then a hardening treatment at the same temperature as is otherwise used for forged tools made from the sufficiently hot-formable steel the same composition is used.