Die Spanleistung der Schnellstähle wird bei Übereinstim- mung der sonstigen Faktoren in entscheidendem Masse durch die physikalischen und chemischen Eigenschaften, die Grössenmasse, die Dispersität, die Verteilung der Karbide des Stahles in dem Gefüge bestimmt.
Unter Berücksichtigung der Auswirkungen dieser Faktoren wurden die verschiedenen bekannten, als Superschnellstähle hoher Härte bezeichneten Schneidwerkzeugstähle (zum Beispiel die amerikanischen Stähle vom Typ M30-M-40) entwickelt.
Gemeinsames Merkmal der Superschnellstähle ist, dass sie wesentlich mehr Kohlenstoff enthalten, als dies zur stöchiometrischen Deckung ihres Karbid bildenden Legierungsstoffgehaltes erforderlich ist.
Diese Superschnellstähle weisen neben der Eigenschaft, dass sie über einen geringeren Legierungsstoffgehalt verfügen, eine höhere Kalt- und Warmhärte auf, widerstehen demzufolge besser der Abriebwirkung des Spanes und ermöglichen das Erreichen einer höheren Spanleistung bei einer ökonomischen Standzeit.
Ein derartiger bekannter Superschnellstahl ist die der USA-Norm (AISI) entsprechende Serie M40, die 1,10 bis
1,25 O/o C, 3,75-4,25 o/o Cr, 1,15-2,25 /0 V, 1,5-8,75 o/o W, 3,75-9,5 0/0 Mo und 5-12 0/0 Co enthält. Diese Gruppe der Superschnellstähle zeigt Härten zwischen 65 und 68 HRc und Biegefestigkeiten zwischen 200 und 250 kp/mm2.
Ebenfalls bekannte Superschnellstahlsorten können auch in der Bundesdeutschen Stahlnorm (Stahl-Eisen-Werkstoffblatt 320-63) mit Härten zwischen 63 und 66 HRc und Biegefestigkeiten zwischen 250 und 350 kp/mm2 oder mit der Typenbezeichnung S12-1-4-5 mit Härten zwischen 64 und 67 HRc und Biegefestigkeiten zwischen 200 und 300 kp/mm2 vorgefunden werden.
Der Superschnellstahl S6-5-3 enthält 1,15-1,25 o/o C, 3,8-4,5 0/0 Cr, 4,6-5,2 0/0 Mo, 3,0-3,5 o/o V und 6,0-6,7 o/o W, der Superschnellstahl S12-1-4-5 1,25 bis 1,4 0/0 C, 4,5-5 0/0 Co, 3,84,5 o/o Cr, 0,7-1,0 o/o Mo, 3,5-4,0 /o V und 11,5-12,5 0/0 W.
Die vorgenannten Superschnellstähle verfügen zwar über günstigere spanabhebende Eigenschaften als die herkömmli chen Schnellstähle, jedoch sind zur weiteren Entwicklung der Zerspanungsteclinologie - im Interesse der wirtschaftlichen, mit einem grossen Spanquerschnitt erfolgenden Span abhebung - hinsichtlich der Härte und insbesondere der Biegefestigkeit noch günstigere Eigenschaften aufweisende Schnellstähle erforderlich.
Ziel der Erfindung ist die Herstellung eines die bisher bekannten an Härte, Biegefestigkeit und Spanleistung übertreffenden ausserordentlich abnutzungsbeständigen Superschnellstahles, der sich für die moderne mit ökonomischen Zerspanungsparametern erfolgende Spanabhebung eignet.
Die gestellte Aufgabe wird durch die Erfindung in der Weise erfüllt, dass der Stahl 6,05-6,95 O/o Mo, 2,16-4,50 0/0 V, 0,10-4,0 0/0 Nb und 0,11-0,25 o/o N2 enthält.
Die vorzügliche Zerspanungseigenschaften der erfindungsgemässen Schnellstähle werden durch die zweckdienlichen Anteile der vorgenannten Legierungsstoffe bei entsprechender Wärmebehandlung gesichert. Im Ergebnis der Anwendung dieser Legierungsanteile (Proportionen) wird die Bildung komplexer legierter Karbide erreicht, mit deren Hilfe das Werkzeug den Legierungsgehalt des Stahles restlos zur Erhöhung der Spanleistung nutzbar machen kann.
So erhöht z. B. die konverfeinemde Wirkung eines Teiles des aus dem in den Stahl legierten C- und Nb entstehenden stabilen NbC die Biegefestigkeit, wobei der andere Teil durch Ausscheidungshärtung die Erhöhung der Härte bewirkt; das mit dem legierten N gebildete NbCN ist infolge seiner substitutionellen Auflösung von verfestigender und die Dislokation festhaltender, d. h. ebenfalls die Härte erhöhender Wirkung. Aus diesem Grunde ergeben die Härte und die Biegefestigkeit der erfindungsgemässen Schnellstähle gemeinsam hinsichtlich einer ökonomischen Spanabhebung ausserordentlich günstige, komplexe Eigenschaften.
Die erfindungsgemässen Superschnellstähle enthalten neben den üblichen Legierungsstoffen auch spezielle Zusatzstoffe (S, Pb), die die Zerspanbarkeit des Stahles und die Schärfbarkeit (Schleifbarkeit)l der daraus gefertigten Werkzeuge, trotz der erhöhten Härte im Vergleich zu den herkömmlichen Schnellstählen in wesentlichem Masse verbessern. Die Zusatzstoffe vermindern neben einer starken Erhöhung des Schleifbarkeitsindexes denI(olkverschleiss der Werk- zeuge, da sie sich bei der Zerspanung als feste Schmierstoffe verhalten und dabei den Wert des Reibungskomponenten der Spanabhebung vermindern.
Die weiteren Details der Erfindung werden an Ausführungsbeispielen mit Hilfe einer Tabelle beschrieben.
Beispiel 1
Der die in der Zeile 1 der Tabelle angegebene Zusammensetzung aufweisende Superschnellstahl zeigt nach einer bei 12300 C erfolgenden Härtung und viermaligem Anlassen bei 5800 C eine Härte von 68 HRc, eine Biegefestigkeit von 560 kp/mm2 an einem Prüfling von 70 X 10 X 6 mm gemessen, und eine Durchbiegung von 0,76 mm mit einer Abstützung von 55 mm. Die zu der für die Zerspanungseigenschaften des aus Superschnellstahl angefertigten einschneidigen Werkzeuges charakteristischen kritischen Standzeit von 12 Minuten gehörende Schnittgeschwindigkeit ist V12 = 43-45 m/min (0,42 mm Vorschub bei einer Schnittiefe von 2,5 mm beim Zerspanen von unlegiertem Stahl mit einer Bruchfestigkeit von 80 kp/mm2).
Im Verlaufe einer Spanleistungsprüfung mit einer Schnittgeschwindigkeit von 27 m/min betrug bei gleichen Schneidegeometrien und Zerspanungsparametern die Standzeit des Superschnellstahles vom Typ S6-5-3 60 Minuten, die des erfindungsgemässen Stahles 180 Minuten.
Beispiel 2
Gemäss ähnlichen Prüfungen an einem die in der Zeile 2 der Tabelle angegebene Zusammensetzung aufweisenden Superschnellstahl zeigt dieser nach einer bei 12300 C erfolgenden Härtung und viermaligem Anlassen bei 5500 C eine Härte von 69 HRc, eine Biegefestigkeit von 619 kp/mm2, eine Durchbiegung von 0,81 mm und einen Schnittgeschwindigkeitswert von V12 = 45-46 m/min. Im Verlaufe einer Spanleistungsprüfung mit einer Schnittgeschwindigkeit von 29m/ min betrug die Standzeit des Superschnellstahles vom Typ S6-5-3 20 Minuten, die des erfindungsgemässen Stahles 64 Minuten.
Beispiel 3
Laut ähnlichen Prüfungen in einem die in der Zeile 3 der Tabelle angegebenen Zusammensetzung aufweisenden Superschnellstahl zeigt dieser nach einer bei 12300 C erfolgenden Härtung und viermaligem Anlassen bei 5500 C eine Härte von 70 HRc, eine Biegefestigkeit von 427 kp/mm2, eine Durchbiegung von 0,76 mm und Schnittgeschwindigkeits- werte von Vt2 = 45-49 m/min. Bei einer mit einer Schnitttiefe von 1 mm und einem Vorschub von 0,14 mm/U durchgeführten Spanabhebung war der Wert V12 = 83-84 m/min.
Beispiel 4
Laut ähnlichen Prüfungen an einem die in der Zeile 4 der Tabelle angegebenen Zusammensetzung aufweisenden Superschnellstahl zeigt dieser nach einer bei 12300 C erfolgenden Härtung und viermaligem Anlassen bei 5500 C eine Härte von 70 HRc, eine Biegefestigkeit von 474 kp/mm2, eineDurch- biegung von 0,69 mm und Schnittgeschwindigkeitswerte von V12 = 48-51 m/min. Bei einer mit einer Schnitttiefe von 1 mm und einem Vorschub von 0,14 mm/U durchgeführten Spanabhebung war der Wert Vt2 = 93-105 m/min.
Die hinsichtlich der Spanabhebung optimale komplexe Karbidzusammensetzung und -verteilung sowie günstige Korngrösse der erfindungsgemässen Superschnellstähle gewährleistet in einem weiten Bereich der Wärmebehandlungsparame ter die zur Spanabhebung erforderliche entsprechende Härte der Werkzeuge. Daraus resultierend kann mit diesen Stählen eine breite Skala der hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften von Werkzeugen gestellten Anforderungen befriedigt werden. Durch den metallurgischen Aufbau der neuen Superschnellstähle werden auch die hinsichtlich der Zerspanbarkeit von Schnellstahl und der Verbesserung der Schärfbarkeit (Schleifbarkeit) der bereits fertigen Werkzeuge gestellten Anforderungen erfüllt.
Mit den aus dem erfindungsgemässen Superschnellstahl gefertigten Schneidewerkzeugen ergibt sich so die Möglichkeit zur Anwendung zeitgemässer und wirtschaftlicher Zerspanungsmethoden und -parameter zur Verminderung des Verbrauchs und der Kosten der Werkzeuge sowie zur Erhöhung der Zerspanungskapazitäten.
Tabelle Beispiele Zusammensetzung Gew.-O/o
C Mo W V Co Cr Nb S N2 Pb
1 1,14 6,45 5,5 2,56 0,15 4,26 0,12 0,195 0,16 0,07
2 1,18 6,49 5,16 3,48 0,08 4,33 0,18 0,215 0,18 0,10
3 1,20 6,78 5,07 3,55 6,84 4,56 0,14 0,103 0,22 0,12
4 1,38 6,2 5,08 4,19 7,25 5,0 2,74 0,112 0,15 0,10
If the other factors match, the cutting performance of high-speed steels is largely determined by the physical and chemical properties, the size, the dispersity and the distribution of the carbides of the steel in the structure.
With the effects of these factors in mind, the various well-known cutting tool steels known as super high-speed steels (for example, American M30-M-40 steels) were developed.
The common feature of the super high-speed steels is that they contain significantly more carbon than is necessary to cover their carbide-forming alloy content stoichiometrically.
In addition to the property that they have a lower alloy content, these super high-speed steels have a higher cold and hot hardness, so they are better able to withstand the abrasive action of the chip and enable a higher cutting performance to be achieved with an economical tool life.
One such known super high-speed steel is the USA standard (AISI) corresponding series M40, the 1.10 to
1.25 O / o C, 3.75-4.25 o / o Cr, 1.15-2.25 / 0 V, 1.5-8.75 o / o W, 3.75-9.5 Contains 0/0 Mo and 5-12 0/0 Co. This group of super high-speed steels shows hardnesses between 65 and 68 HRc and flexural strengths between 200 and 250 kp / mm2.
Well-known super high-speed steel grades can also be found in the Federal German Steel Standard (Stahl-Eisen-Materialblatt 320-63) with hardnesses between 63 and 66 HRc and flexural strengths between 250 and 350 kp / mm2 or with the type designation S12-1-4-5 with hardnesses between 64 and 67 HRc and flexural strengths between 200 and 300 kp / mm2 are found.
The super high-speed steel S6-5-3 contains 1.15-1.25 o / o C, 3.8-4.5 0/0 Cr, 4.6-5.2 0/0 Mo, 3.0-3, 5 o / o V and 6.0-6.7 o / o W, the super high-speed steel S12-1-4-5 1.25 to 1.4 0/0 C, 4.5-5 0/0 Co, 3 , 84.5 o / o Cr, 0.7-1.0 o / o Mo, 3.5-4.0 / o V and 11.5-12.5 0/0 W.
Although the aforementioned super high-speed steels have more favorable cutting properties than the conventional high-speed steels, high-speed steels with even more favorable properties in terms of hardness and, in particular, flexural strength are required for the further development of machining technology - in the interest of economical chip removal with a large chip cross-section.
The aim of the invention is to produce an extremely wear-resistant super high-speed steel which exceeds the previously known in hardness, flexural strength and cutting performance and which is suitable for modern chip removal with economical cutting parameters.
The object is achieved by the invention in such a way that the steel 6.05-6.95 O / o Mo, 2.16-4.50 0/0 V, 0.10-4.0 0/0 Nb and contains 0.11-0.25 o / o N2.
The excellent machining properties of the high-speed steels according to the invention are ensured by the appropriate proportions of the aforementioned alloy materials with appropriate heat treatment. As a result of the use of these alloy components (proportions), the formation of complex alloyed carbides is achieved, with the help of which the tool can make the alloy content of the steel completely usable to increase the cutting performance.
So increases z. B. the converging effect of a part of the stable NbC formed from the C and Nb alloyed in the steel, the flexural strength, the other part increasing the hardness through precipitation hardening; the NbCN formed with the alloyed N is, due to its substitutional dissolution, more solidifying and the dislocation more retentive, i.e. H. also the hardness increasing effect. For this reason, the hardness and the flexural strength of the high-speed steels according to the invention together result in extremely favorable, complex properties with regard to economic chip removal.
In addition to the usual alloy materials, the super high-speed steels according to the invention also contain special additives (S, Pb) which considerably improve the machinability of the steel and the sharpenability (grindability) of the tools made from it, despite the increased hardness compared to conventional high-speed steels. In addition to a strong increase in the grindability index, the additives reduce the oil wear of the tools, since they behave as solid lubricants during machining and thereby reduce the value of the friction component of the chip removal.
The further details of the invention are described using exemplary embodiments with the aid of a table.
example 1
The super high-speed steel with the composition given in line 1 of the table shows a hardness of 68 HRc, a flexural strength of 560 kp / mm2 measured on a test piece of 70 X 10 X 6 mm after hardening at 12300 C and four times tempering at 5800 C , and a deflection of 0.76 mm with a support of 55 mm. The cutting speed of 12 minutes, which is characteristic of the cutting properties of the single-edged tool made of high-speed steel, is V12 = 43-45 m / min (0.42 mm feed at a cutting depth of 2.5 mm when cutting unalloyed steel with a Breaking strength of 80 kp / mm2).
In the course of a cutting performance test at a cutting speed of 27 m / min, with the same cutting geometries and cutting parameters, the service life of the super high-speed steel of the type S6-5-3 was 60 minutes and that of the steel according to the invention was 180 minutes.
Example 2
According to similar tests on a super high-speed steel with the composition given in line 2 of the table, it shows a hardness of 69 HRc, a flexural strength of 619 kp / mm2, a deflection of 0 after hardening at 12300 C and four tempering at 5500 C, 81 mm and a cutting speed value of V12 = 45-46 m / min. In the course of a chip performance test at a cutting speed of 29 m / min, the service life of the super high-speed steel of the type S6-5-3 was 20 minutes, that of the steel according to the invention was 64 minutes.
Example 3
According to similar tests in a super high-speed steel with the composition given in line 3 of the table, it shows a hardness of 70 HRc, a flexural strength of 427 kp / mm2, a deflection of 0 after hardening at 12300 C and four times tempering at 5500 C. 76 mm and cutting speed values of Vt2 = 45-49 m / min. With a chip removal performed with a cutting depth of 1 mm and a feed rate of 0.14 mm / rev, the value V12 = 83-84 m / min.
Example 4
According to similar tests on a super high-speed steel with the composition given in line 4 of the table, it shows a hardness of 70 HRc, a flexural strength of 474 kp / mm2, a deflection of 0 after hardening at 12300 C and four tempering at 5500 C , 69 mm and cutting speed values of V12 = 48-51 m / min. With a chip removal performed with a cutting depth of 1 mm and a feed rate of 0.14 mm / rev, the value Vt2 = 93-105 m / min.
The optimal complex carbide composition and distribution with regard to chip removal and the favorable grain size of the super high-speed steels according to the invention ensure the corresponding hardness of the tools required for chip removal in a wide range of heat treatment parameters. As a result, these steels can satisfy a wide range of requirements with regard to the mechanical properties of tools. The metallurgical structure of the new super high-speed steels also fulfills the requirements placed on the machinability of high-speed steel and the improvement of the sharpenability (grindability) of the already finished tools.
With the cutting tools made from the super high-speed steel according to the invention, there is thus the possibility of using contemporary and economical cutting methods and parameters to reduce the consumption and costs of the tools and to increase the cutting capacities.
Table Examples Composition Weight O / o
C Mo W V Co Cr Nb S N2 Pb
1 1.14 6.45 5.5 2.56 0.15 4.26 0.12 0.195 0.16 0.07
2 1.18 6.49 5.16 3.48 0.08 4.33 0.18 0.215 0.18 0.10
3 1.20 6.78 5.07 3.55 6.84 4.56 0.14 0.103 0.22 0.12
4 1.38 6.2 5.08 4.19 7.25 5.0 2.74 0.112 0.15 0.10