Verfahren zur Einsatzhärtung von Schnellarbeitsstahl Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einsatzhärtung von Schnellarbeitsstahl sowie die Anwendung dieses Verfahrens zur Herstellung von ein satzgehärteten Werkzeugen aus Schnellarbeitsstahl.
Werkzeuge aus Schnellarbeitsstählen, die in erster Linie starken Verschleissbeanspruchungen ausgesetzt sind und bei denen keine besondere Rotgluthärte ver langt wird, werden zweckmässig einer Einsatzbehand lung unterzogen. Solche einsatzbehandelte Schnellarbeits- stähle werden unter anderem beispielsweise als Schnitt werkzeuge für Dynamo- und Trafobleche verwendet.
Es ist bereits bekannt, bei solchen .Einsatzbehandlungen einerseits den zur Erwärmung auf Härtetemperaturen dienenden Salzbädern Stoffe zuzusetzen, die eine Ent- kohlung verhindern bzw. wesentlich vermindern. Dabei wird angestrebt, die Schnellstahl-Härtesalzbäder mit Badtemperaturen bis gegen 1400 C verwendbar zu machen, und zwar unter entsprechender Verhinderung der Entkohlung. Bei derart hohen Temperaturen wird jedoch nicht immer eine ausreichende Entkohlungs- sicherheit gewährleistet.
Da aber von Schnellstahlwerk- zeugen besonders hohe Anforderungen hinsichtlich Härte und Verschleisswiderstand verlangt werden, so kann bereits eine geringe Entkohlung einen fühlbaren Leistungsabfall der fertigen Werkzeuge mit sich bringen.
Bei Anwendung der an sich bekannten Einsatz härtung bei Werkzeugen aus Schnellarbeitsstählen zeigt es sich jedoch, dass beim Abkühlen aus dem Einsatz in der Einsatzzone häufig das Auftreten von feinen Rissen zu bemerken ist.
Vor allem bei hohlzylinder- förmigen Werkzeugen, nämlich Pressringen und der' gleichen, die starken Verschleissbeanspruchungen aus gesetzt sind, treten kleine Längsrisse auf, die bei der anschliessenden Verwendung des Werkzeuges zu vor zeitigem Bruch führen können. Gerade bei solchen Werkzeugformen ist daher eine Härtung direkt aus dem Einsatz nicht zweckmässig, wobei auch die Verwendung einer Zwischenglühung zwischen Einsetzen und Härten keinen Erfolg mit sich bringt, weil diese feinen Risse bereits beim Abkühlen anschliessend an die Einsatz behandlung entstehen.
Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, Schnell stähle während des -Härtungsvorganges, nämlich beim Abkühlen von den üblichen Härtetemperaturen für Schnellarbeitsstähle, einer Kohlungsbehandlung bei Temperaturen zwischen 950-700 C kurzzeitig zu unter ziehen und sodann weiter abkühlen.
Die Kohlungsbe- handlung findet dabei in einem Kohlungssalzbad statt, während die Schlussabkühlung nach der Kohlungsbe- handlung in einem Blankabschrecköl vorgenommen wird.
Versuche haben ergeben, dass bei Anwendung einer besonders abgestimmten Einsatzbehandlung in Verbin dung mit einer dazu angepassten Härtung das Auftreten von Rissen bei Werkzeugen aus Schnellarbeitsstählen vermieden werden kann. Dabei wird gleichzeitig sowohl genügend hohe Oberflächenhärte als auch ein befriedi gender Verschleisswiderstand erzielt.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einsatz härtung von Schnellarbeitsstahl, das darin besteht, dass der Stahl in einem aufkohlenden Medium bei Tem peraturen von 870 bis 930 C erwärmt wird und sodann rasch auf Temperaturen zwischen 720 bis 780 C ab gekühlt und zwischen 3 bis 6 Stunden auf diesen Tem peraturen gehalten wird, worauf ein Wiedererwärnnen auf Härtetemperaturen bis 950 C ein Halten auf der angewandten Temperatur, ein Härten und ein anschlie ssendes Anlassen erfolgt. Vorzugsweise wird das An lassen bei Temperaturen zwischen 150 bis 200 C durchgeführt.
Es ist vorteilhaft, die Härtung in einem Warmbad bei Temperaturen zwischen 400 bis 450 C durchzu führen.
Ferner betrifft die Erfindung die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens zur Herstellung von ein- satzgehärteten Werkzeugen aus Schnellarbeitsstahl, bei spielsweise Schnittwerkzeugen für Dynamo- und Trafo- bleche.
Das Härten erfolgt vorzugsweise von möglichst nied- riger Härtetemperatur aus, da sonst ein zu grosser Restaustenitanteil entsteht, der zu geringerer Härte der Werkstücke führen würde. Das Anlassen auf die je weils gewünschte Härte, abgestimmt auf die geforderte Beanspruchung, kann dann im allgemeinen bei den bevorzugt angeführten Temperaturen vorgenommen werden. Die Anlasstemperaturen können jedoch auch höher liegen, je nach der gewünschten Härte, sind aber gesamt gesehen nicht so hoch, wie sie üblicherweise bei Schnellstählen gebräuchlich sind.
Die bei Anwendung des erfindungsgemässen Ver fahrens angesetzte Einsatzdauer richtet sich nach der jeweils gewünschten Aufkohlungstiefe. Mit Hilfe dieser Behandlung werden im Vergleich zur üblichen Ein satzbehandlung, bei der aus dem Einsetzen direkt auf Raumtemperatur abgekühlt wird, noch eine Reihe von Verbesserungen erzielt, die insbesondere in der voll ständigen Vermeidung der Bildung kleiner Längsrisse liegt. Ferner wird durch diese Wärmebehandlung die Übergangszone von der eingesetzten zur nichteinge setzten Schicht besser ausgeglichen, wodurch die immer wieder auftretenden Gefahren des Abplatzens der Ein satzzone verringert werden.
Es ist somit durch die er findungsgemäss vorgeschlagene isotherme Zwischenglüh- methode möglich, die Karbide in der Einsatzzone so vorteilhaft einzuformen, dass die Ausbildung eines zu sammenhängenden Karbidnetzes verringert wird, wo durch sich die Zähigkeit der Einsatzschicht wesentlich erhöht und eine längere Haltbarkeit des Werkzeuges gewährleistet wird.
An Hand eines Ausführungsbeispieles wird die .Er findung noch näher erläutert.
Ein Hohlzylinder aus einer Schnellstahllegierung mit 0,85 % Kohlenstoff, 0,20 % Silizium, 0,25 % Mangan, 4,30 % Chrom, 6,20 % Wolfram, 1,90 % Vanadin, <B>5</B>,00 % Molybdän, Rest Eisen mit den üblichen Begleitelemen ten, wurde in Kohlungsgranulat eingesetzt, auf 900 C erwärmt und bei dieser Temperatur 7 Stunden gehalten. Sodann wurde das Werkstück in Koksgriess umgesetzt, rasch auf 760 C abgekühlt und bei dieser Temperatur 4 Stunden lang gehalten.
Anschliessend wurde der Hohlzylinder auf eine Härtetemperatur von 950 C wieder erwärmt, 15 Minuten auf dieser Temperatur ge halten und sodann in einem Warmbad auf 450 C abgekühlt (gehärtet) und 2 Stünden bei dieser Tempera tur gehalten, worauf das Werkstück an Luft bis auf Raumtemperatur abgekühlt und bei 180 C eine Stunde lang angelassen wurde.
Bei einer Kohlungstäefe von 0,45 mm und einer Härte von 64 Rockwell-RC in der Einsatzzone konnten keinerlei Risse am Werkstück festgestellt werden.
Method for case hardening high speed steel The present invention relates to a method for case hardening high speed steel and the application of this method for the production of case hardened tools from high speed steel.
Tools made of high-speed steels, which are primarily exposed to high levels of wear and tear and for which no particular red heat hardness is required, are expediently subjected to operational treatment. Such case-treated high-speed steels are used, for example, as cutting tools for dynamo and transformer sheets.
It is already known to add substances which prevent or significantly reduce decarburization, on the one hand, to the salt baths used for heating to hardening temperatures in such. The aim is to make the high-speed steel hardening salt baths usable with bath temperatures of up to about 1400 C, with appropriate prevention of decarburization. At such high temperatures, however, adequate decarburization security is not always guaranteed.
However, since high-speed steel tools have particularly high requirements with regard to hardness and wear resistance, even a slight decarburization can result in a noticeable decrease in the performance of the finished tools.
When using case hardening, which is known per se, for tools made of high-speed steels, it has been found, however, that fine cracks can often be noticed when cooling from use in the application zone.
Particularly in the case of hollow cylinder-shaped tools, namely press rings and the like, which are exposed to strong wear and tear, small longitudinal cracks occur which can lead to premature breakage when the tool is subsequently used. Hardening directly from the insert is therefore not advisable, especially with such tool shapes, and the use of intermediate annealing between inserting and hardening is also unsuccessful, because these fine cracks already arise during cooling after the insert treatment.
It has also already been proposed that high-speed steels during the hardening process, namely when cooling from the usual hardening temperatures for high-speed steels, a carbonization treatment at temperatures between 950-700 C to pull briefly and then continue to cool.
The carbonization treatment takes place in a carbonation salt bath, while the final cooling after the carbonization treatment is carried out in a bright quenching oil.
Tests have shown that when using a specially adapted application treatment in conjunction with a hardening that is adapted to this, the occurrence of cracks in tools made of high-speed steels can be avoided. At the same time, both a sufficiently high surface hardness and a satisfactory wear resistance are achieved.
The invention relates to a method for hardening high-speed steel, which consists in that the steel is heated in a carburizing medium at temperatures of 870 to 930 C and then rapidly cooled to temperatures between 720 and 780 C and between 3 to 6 hours is kept at these temperatures, followed by reheating to hardening temperatures of up to 950 C, holding at the applied temperature, hardening and subsequent tempering. The starting is preferably carried out at temperatures between 150 and 200.degree.
It is advantageous to carry out the hardening in a hot bath at temperatures between 400 and 450 C.
The invention also relates to the use of the method according to the invention for the production of case-hardened tools from high-speed steel, for example cutting tools for dynamo and transformer sheets.
Hardening is preferably carried out from a hardening temperature that is as low as possible, since otherwise an excessively large proportion of retained austenite would result, which would lead to the workpieces being less hard. Tempering to the hardness desired in each case, tailored to the required stress, can then generally be carried out at the preferred temperatures. The tempering temperatures can, however, also be higher, depending on the desired hardness, but overall, they are not as high as are usually used for high-speed steels.
The period of use applied when using the method according to the invention depends on the depth of carburization desired in each case. With the help of this treatment, a number of improvements are achieved compared to the usual onset treatment, in which the onset is cooled directly to room temperature, which is in particular in the complete avoidance of the formation of small longitudinal cracks. Furthermore, this heat treatment better compensates for the transition zone from the layer used to the non-inserted layer, which reduces the recurring risks of the application zone flaking off.
It is thus possible through the isothermal intermediate annealing method proposed according to the invention to shape the carbides in the application zone so advantageously that the formation of a coherent carbide network is reduced, which significantly increases the toughness of the insert layer and ensures a longer service life of the tool .
The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment.
A hollow cylinder made of a high-speed steel alloy with 0.85% carbon, 0.20% silicon, 0.25% manganese, 4.30% chromium, 6.20% tungsten, 1.90% vanadium, <B> 5 </B> , 00% molybdenum, remainder iron with the usual accompanying elements, was used in carbon granulate, heated to 900 C and held at this temperature for 7 hours. The workpiece was then converted into coke grits, quickly cooled to 760 ° C. and held at this temperature for 4 hours.
The hollow cylinder was then reheated to a hardening temperature of 950 C, held at this temperature for 15 minutes and then cooled (hardened) in a hot bath to 450 C and held at this temperature for 2 hours, whereupon the workpiece was cooled in air to room temperature and left at 180 C for one hour.
With a carbon thickness of 0.45 mm and a hardness of 64 Rockwell-RC in the application zone, no cracks whatsoever were found on the workpiece.