DE10014656A1

DE10014656A1 - Kalt/Warmbearbeitungs- und Wärmebehandlungsverfahren für hochlegierten Stahl der Gruppe mit hohem Kohlenstoffgehalt

Info

Publication number: DE10014656A1
Application number: DE10014656A
Authority: DE
Inventors: Shu Miyashita; Masami Tanaka; Saburo Sugiura; Yoshitaka Nishizawa
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-04-01
Filing date: 2000-03-24
Publication date: 2000-11-09
Anticipated expiration: 2020-03-25
Also published as: US6419770B1; JP3673136B2; JP2000343239A; DE10014656B4

Abstract

Rostfreier Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt, der mehr als 0,5 Massen-% Kohlenstoff und mehr als 8 Massen-% Chrom enthält, oder Werkzeugstahl, der mehr als 0,5 Massen-% Kohlenstoff und mehr als 0,5 Massen-% mindestens eines Carbid erzeugenden Metallelements einschließlich Chrom, Molybdän, Wolfram, Vanadium, Niobium und Titan enthält, wird im Wege der Kalt/Warmbearbeitung, beispielsweise im Wege des Schmiedens, bei einer Temperatur niedriger als 800 DEG C zur Ausbildung einer plastischen Deformation von mehr als 10% in einem Ausmaß behandelt, dass Risse und Hohlräume in dem kristallisierten Primärcarbid gebildet werden, und wird ferner im Wege einer isostatischen Heißpressbehandlung behandelt, sodass die Risse und Hohlräume beseitigt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kalt/Warmbearbeitungs- und Wärme behandlungsverfahren für hochlegierten Stahl der Gruppe mit hohem Kohlen stoffgehalt, insbesondere eine nach einem Kalt/Warmschmiedevorgang durch zuführende isostatische Heißpressbehandlung (Hot Isostatic Pressing Treatment = HIP) bei hoher Temperatur und hohem Druck von hochlegiertem Stahl der Gruppe mit hohem Kohlenstoffgehalt, sodass Risse und Hohlräume des Primär carbids, die durch das Kalt/Warmschmieden gebildet wird, wirksam beseitigt werden können, wodurch eine Reduzierung der mechanischen Festigkeit und eine Beeinträchtigung der Gleit-Verschleißfestigkeit infolge der Risse und Hohlräume des Primärcarbids wirksam verhindert werden.

Teile und Bauteile, die aus hochlegiertem Stahl der Gruppe mit hohem Kohlen stoffgehalt hergestellt und die beispielsweise bei Maschinenteilen, Kraftfahr zeugteilen usw. verwendbar sind, sind in einer Weise hergestellt worden, dass ein säulenförmiges Basiselement oder ein nach Art eines quadratischen Pfeilers gestaltetes Basiselement nach einem Heißformen oder maschinellen Bearbeiten im Wege einer Anlass-, Härtungs- und Temperungsbehandlung verarbeitet wird. Wenn die Teile und Bauteile, die aus hochlegiertem Stahl der Gruppe mit hohem Kohlenstoffgehalt hergestellt werden, im Wege der Kaltbearbeitung, beispiels weise im Wege des Kaltschmiedens verarbeitet werden, wie dies im allgemeinen bei in Massen hergestellten Teilen und Bauteilen angewandt wird, wird viel harter und großkörniger Primärcarbid kristallisiert, sodass nicht nur das Bear beitungsgesenk verschleißen kann, sondern auch die so verarbeiteten Teile und Bauteile infolge der unvermeidlich gebildeten Risse und Hohlräume des Primär carbids mit Wahrscheinlichkeit reißen. Daher wird es als schwierig angesehen, die Kaltbearbeitung, beispielsweise das Kaltschmieden, bei den oben ange gebenen Teilen und Bauteilen zur Anwendung zu bringen.

Gegenwärtig werden jedoch infolge der Entwicklung von verschleißfestem Gesenkstahl oder Schmiermitteln oder der Zuführung von Teilen und Bauteilen mit guter Abmessungsgenauigkeit und weicher Materialcharakteristik einige der Teile und Bauteile im Wege des Kalt/Warmschmiedens bei einer Temperatur niedriger als 600°C hergestellt. Weil es jedoch schwierig ist, die Bildung von Rissen und Hohlräumen des Primärcarbids vollständig zu verhindern, wird der oben angegebene Kalt/Warmschmiedevorgang nur an Teilen und Bauteilen durchgeführt, die für ein eingeschränktes Gebiet anwendbar sind, bei dem die Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaft anerkanntermaßen zulässig ist und das Vorhandensein von Rissen und Hohlräumen des Carbids nicht so gefährlich ist.

Schritt haltend mit der Notwendigkeit eines Hochdruck-Zuführungssystems für Kraftstoff bei Fahrzeugen und einer mit hoher Geschwindigkeit bzw. Drehzahl arbeitenden Maschinenanlage besteht weiterhin gegenwärtig die Tendenz, dass in hohem Maße starre bzw. steife Teile und Bauteile verlangt werden und, sofern möglich, diese Teile und Bauteile in Hinblick auf eine Kostenreduzierung im Wege des Kalt/Warmschmiedens hergestellt werden.

Die vorliegende Erfindung ist in Hinblick darauf gemacht worden, die in Hinblick auf das oben angegebene Bedürfnis möglichen Probleme zu lösen, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kalt/Warmbearbeitungs- und Wärmebehandlungsverfahren für hochlegierten Stahl der Gruppe mit hohem Kohlenstoffgehalt zu schaffen, das die Eigenschaft aufweist, dass dann, wenn ein Bauteil aus rostfreiem Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt oder aus hoch legiertem Stahl der Gruppe mit hohem Kohlenstoffgehalt im Wege der Kalt/Warmbearbeitung, beispielsweise des Schmiedens, mit dem Ziel einer höheren Produktivität und geringerer Kosten hergestellt wird, Risse und Hohl räume des Primärcarbids, die durch das Kalt/Warmschmieden gebildet werden, wirksam beseitigt werden können. Als eine Folge in Hinblick auf das so verar beitete Bauteil kann ein Nachteil wie beispielsweise ein Stab vollständig aus hartem Carbid an den Gleitbereichen desselben gelöst werden, während die Luftdichtigkeit gewährleistet werden kann und die mechanische Charakteristik verbessert sein kann.

Um die oben angegebene Aufgabe zu lösen umfasst das Verfahren die Schritte der Durchführung der Kalt/Warmbearbeitung bei einer Temperatur niedriger als 800°C, um eine plastische Deformation von mehr als 10% in Hinblick auf ein Bauteil zu bewirken, das viel kristallisierten Primärcarbid aufweist und aus mindestens einer Art eines hochlegierten Stahls der Gruppe mit hohem Kohlen stoffgehalt einschließlich rostfreiem Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt und Werkzeugstahl hergestellt ist, sodass Risse und Hohlräume in dem kristallisier ten Primärcarbid gebildet werden können, und der Durchführung einer isosta tischen Heißpressbehandlung des Bauteils, sodass die Risse und Hohlräume in dem Primärcarbid beseitigt werden können.

Rostfreier Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt enthält mehr als 0,5 Massen-% Kohlenstoff und mehr als 8 Massen% Chrom, und Werkzeugstahl enthält mehr als 0,5 Massen-% Kohlenstoff und mehr als 0,5 Massen-% mindestens eines Carbid erzeugenden Metallelements einschließlich Chrom, Molybdän, Wolfram, Vanadium, Niobium und Titan.

Es ist mehr zu bevorzugen, die Kalt/Warmbearbeitung in Hinblick auf das Bauteil, das aus dem oben angegebenen Stahl hergestellt ist, in einer Weise durchzuführen, dass das so kristallisierte Primärcarbid zu hinsichtlich seiner Korngröße feinerem Carbid zerbrochen wird, während Risse und Hohlräume in dem Bauteil ausgebildet werden, und dann die isostatische Heißpressbehand lung des Bauteils durchzuführen, sodass die in dem Bauteil gebildeten Risse und Hohlräume mit Basismaterial des Bauteils aufgefüllt werden können. Als eine Folge wird die Schlagfestigkeit des Bauteils nach der isostatischen Heißpress behandlung stärker als vor der Heiß/Warmbehandlung wegen der Veränderung des Primärcarbids zu hinsichtlich seiner Korngröße feinerem Carbid in dem Bauteil.

Als Bedingungen der isostatischen Heißpressbehandlung wird das Bauteil vorzugsweise bei einer Temperatur höher als als 900°C bei einem Druck höher als 88,2 MPa und während einer Eintauchzeit länger als 0,5 Stunden in einem Inertgas verarbeitet.

Ferner wird es bevorzugt, eine Härtungsbehandlung des Bauteils nach der isostatischen Heißpressbehandlung zum Beseitigen der Risse des Primärcarbids im Wege einer geeigneten Einstellung der Kühlgeschwindigkeit des Bauteils durchzuführen.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sowie Arbeitsverfah ren und die Aufgabe der zugehörigen Teile ergeben sich aus einem Studium der nachfolgenden Detailbeschreibung, der beigefügten Ansprüche und der Zeich nungen, die alle Teil dieser Anmeldung bilden. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht mit der Darstellung der Abmessung und Gestalt eines Kaltschmiedebauteils gemäß einer Ausführungsform der vorliegen den Erfindung;

Fig. 2 ein Diagramm mit der Darstellung der Beziehung zwischen der Bearbeitungszeit und dem Prozentsatz der Abmessungsverän derung bei der Durchführung der HIP-Behandlung in Hinblick auf das Bauteil, das Risse und Hohlräume des Primärcarbids aufweist;

Fig. 3 ein Diagramm mit der Darstellung von Vergleichen der mechani schen Eigenschaften (Härte und Schlagfestigkeit) von Bauteilen, die aus einem ausschließlich heißgewalzten Material, aus einem im Wege des Kaltschmiedens verarbeiteten Material und aus einem im Wege einer HIP-Behandlung verarbeiteten Material hergestellt sind;

Fig. 4A eine Microfotografie mit der Darstellung der inneren Microzusam mensetzung eines Bauteils vor dem Kaltschmieden;

Fig. 4B eine schematische Ansicht mit teilweiser Darstellung der Microfoto grafie von 4A;

Fig. 5A eine Microfotografie mit der Darstellung der inneren Microzusam mensetzung eines im Wege des Kaltschmiedens extrudierten bzw. gestreckten Bauteils;

Fig. 5B eine Microfotografie mit der Darstellung der inneren Microzusam mensetzung eines im Wege des Kaltschmiedens gestauchten Bauteils;

Fig. 5C eine schematische Ansicht mit teilweiser Darstellung der Microfoto grafie von 5A;

Fig. 5D eine schematische Ansicht mit teilweiser Darstellung der Microfoto grafie von 5B;

Fig. 6A eine Microfotografie mit der Darstellung der inneren Microzusam mensetzung eines im Wege des Kaltschmiedens extrudierten bzw. gestreckten und im Wege einer Weichglühbehandlung und eines allgemeinen Anlassens verarbeiteten Bauteils;

Fig. 6B eine schematische Ansicht mit teilweiser Darstellung der Microfoto grafie von 6A;

Fig. 7A eine Microfotografie mit der Darstellung der inneren Microzusam mensetzung eines im Wege des Kaltschmiedens extrudierten bzw. gestreckten und im Wege einer HIP-Behandlung verarbeiteten Bauteils;

Fig. 7B eine schematische Ansicht mit teilweiser Darstellung der Microfoto grafie von 7A;

Fig. 8A eine teilweise vergrößerte Microfotografie von Fig. 7A; und

Fig. 8B eine schematische Ansicht mit teilweiser Darstellung der Microfoto grafie von 8A.

Stahlmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung ist irgendeine Art von Stahl, bei dem viel harter Primärcarbid großer Korngröße kristallisiert wird und, wenn der Stahl im Wege des allgemein verwendeten Kaltschmiedens verarbeitet wird, die Bildung von Rissen und Hohlräumen des Primärcarbids unvermeidbar ist. D. h., der Stahl ist eine Art von hochlegiertem Stahl der Gruppe mit hohem Kohlen stoffgehalt wie rostfreier Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt und Werkzeugstahl.

Der rostfreie Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt enthält mehr als 0,5 Massen-% Kohlenstoff und mehr als 8 Massen-% Chrom, und der Werkzeugstahl enthält mehr als 0,5 Massen-% Kohlenstoff und mehr als 0,5 Massen-% mindestens eines Carbid erzeugenden Metallelements einschließlich Chrom, Molybdän, Wolfram, Vanadium, Niobium und Titan.

Typische Beispiele für rostfreien Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt sind SUS 440A, SUS 440B und SUS 440C, und typische Beispiele für Werkzeugstahl sind SKD 11, SKD 12, SKH 2, SKH 51 und SKH 59.

Wie oben angegebenen worden ist, wird, wenn ein Bauteil, das aus einem hochlegierten Stahl der Gruppe mit hohem Kohlenstoffgehalt, beispielsweise aus SKD 11, hergestellt ist, im Wege des Kaltschmiedens verarbeitet wird, um eine plastische Deformation von mehr als 10% zu erhalten, es für unvermeidbar angesehen, dass Risse des Primärcarbids größer als 20 µm und Hohlräume auf beiden Seiten des Primärcarbids ausgebildet werden. Jedoch wird als eine Folge von Versuchstests, die weiter unten noch beschrieben werden, angenommen, dass eine isostatische Heißpressbehandlung (nachfolgend bezeichnet als HIP- Behandlung) unter den unten angegebenen Bedingungen für die Beseitigung der Risse und Hohlräume, die durch das Kalt/Warmschmieden ausgebildet werden, sehr wirksam ist.

Die Bedingungen der HIP-Behandlung werden unten zusammengefasst.

Atmosphärisches Gas (unter Druck stehendes Zwischengas): ein Inertgas.

Weil hochlegierter Stahl der Gruppe mit hohem Kohlenstoffgehalt eine bemer kenswert geringe Oxidationsbeständigkeit bei hoher Temperatur besitzt, sodass das Bauteil, das aus dem Stahl hergestellt ist, mit Wahrscheinlichkeit decarboni siert und sich wahrscheinlich Schalen bzw. Schuppen an seiner Oberfläche bilden, wird es bevorzugt, die Wärmebehandlung in dem Inertgas, beispielsweise in Argongas, durchzuführen.
Temperatur: höher als 900°C.

Die Fließbeanspruchung von hochlegiertem Stahl der Gruppe mit hohem Kohlenstoffgehalt wird bei Temperaturen höher als 900°C, d. h. oberhalb des Umwandlungspunktes von α zu γ, sehr niedrig, sodass seine Deformierbarkeit hoch sein kann. Wenn die Aufheiztemperatur niedriger 900°C ist, wird die Fließbeanspruchung des Stahls hoch, und wird der relative Druck niedrig, sodass es unwahrscheinlich ist, dass sich der Stahl deformiert. Daher ist die Temperatur der HIP-Behandlung vorzugsweise höher als 900°C.
Angewandter Druck: höher als 88,2 MPa (900 kgf/cm²).

Es ist hinlänglich bekannt, dass der Wert der Zusammenpressungs-Fließbe anspruchung von hochlegiertem Stahl der Gruppe mit hohem Kohlenstoffgehalt, beispielsweise von SKD 11, entsprechend der Veränderung der Deformations geschwindigkeit veränderbar ist, wie in Tabelle 1 dargestellt ist. Daher kann, wenn das bearbeitete Bauteil, das aus SKD 11 hergestellt ist, der die Risse und Hohlräume des Primärcarbids aufweist, im Wege der HIP-Behandlung verarbei tet wird, bei der die Deformationsgeschwindigkeit beachtenswert niedrig ist (beispielsweise 6 × 10^-3 mm/sec) bei einem Druck höher als 88,2 MPa (900 kgf/cm²) und einer Temperatur von 900°C (höher als 34,7 MPa bei einer Temperatur von 1.100°C) theoretisch bewiesen werden, dass die Risse und Hohlräume zusammengedrückt werden, um auf diese Weise vollständig zu verschwinden.

Aus dem oben angegebenen Grund wird es bevorzugt, dass die HIP-Behand lung bei einem Druck größer als 88,2 Mpa (900 kgf/cm²) durchgeführt wird.

Obwohl es keine obere Grenze für den angewandten Druck gibt, ist ein Druck von 117,6 Mpa (1.200 kgf/cm²) als obere Grenze in Hinblick auf die Effektivität der Ausrüstung zu bevorzugen.

Tabelle 1

Behandlungszeit: länger als 0,5 Stunden.

Es ist theoretisch bezeichnend, dass die HIP-Behandlung nur während einer kurzen Zeitspanne bei der vorbestimmten Temperatur und mit dem vorbestimm ten Druck in ausreichender Weise durchgeführt werden kann. Als eine Folge des unten beschriebenen Versuchstests ist die Abmessungsveränderung des Teststücks nach Verstreichen einer Eintauchzeit von 15 Minuten fast vollständig erfüllt, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Daher liegt die Behandlungszeit bei hoher Temperatur und hohem Druck unter einem praktischen Gesichtspunkt vorzugs weise bei 0,5 Stunden.

Die oben angegebenen Bedingungen der HIP-Behandlung sind nicht nur für SKD 11, sondern auch für jede Art von hochlegiertem Stahl der Gruppe mit hohem Kohlenstoffgehalt anwendbar.

Nachfolgend werden als Nächstes die Ergebnisse von Versuchstests beschrie ben.

Nachdem hochlegierter Stahl der Gruppe mit hohem Kohlenstoffgehalt (SKD 11), der die in Tabelle 2 angegebene Zusammensetzung hinsichtlich seines Gehalts aufweist, im Wege eines Herstellungsvorgangs für einen Rohling in einem Elektro-Ofen, im Wege eines Schmiedevorgangs, im Wege eines Walzvorgangs und im Wege eines Anlassvorgangs bei einer Temperatur von 850°C bis 870°C zur Erzielung einer HRB-Härte von 90 bis 93 bearbeitet worden ist, werden ungünstige Oberflächenschichten, wie beispielsweise decarbonisierte Schichten, durch maschinelle Bearbeitung entfernt. Dann werden Testproben je mit einem Durchmesser von 24 mm hergestellt.

Tabelle 2

Nach dem Zerschneiden der Teststücke in kleine Stücke wird jedes der Test stücke im Wege eines Extrusions- bzw. Streck-Kaltschmiedens um 50% und im Wege eines Stauch-Kaltschmiedens um 50% zur Ausbildung einer in Fig. 1 dargestellten Gestalt bearbeitet. Zu diesem Zweck wird eine 400-Tonnen- Stufenpresse mit einem Extrusions- bzw. Streckgesenk in einer ersten Stufe und mit einem Stauchgesenk in einer zweiten Stufe ausgestattet. Die Teststücke werden im Wege einer Phosphatisierungsbehandlung mit einem Oxalat und im Wege einer Beschichtungsbehandlung mit einem Schmiermittel (Molybdän disulfid) zum Schutz der Arbeitsflächen des Gesenks und zur Verhinderung eines Festfressens und Scheuerns der Oberflächen der Arbeitsteststücke verarbeitet. Das Extrusions- bzw. Streck-Kaltschmieden mit einem Arbeits verhältnis von 50% und das Stauch-Kaltschmieden mit einem Arbeitsverhältnis von 50% werden in dieser Reihenfolge kontinuierlich durchgeführt. Die so bearbeiteten Teststücke zeigen ein sehr gutes abschließendes Erscheinungsbild mit einer zulässigen Abmessungsgenauigkeit und ohne Defekte und Risse an ihren Oberflächen.

Andererseits werden Risse des Primärcarbids und Hohlräume auf beiden Seiten des Primärcarbids in den inneren Zusammensetzungen sowohl der extrudierten bzw. gestreckten als auch der gestauchten Bereiche der Teststücke ausgebildet, deren Mikrozusammensetzungen in Fig. 5A bzw. 5B dargestellt sind. Im Ver gleich mit der Zusammensetzung des Teststücks vor dem Kaltschmiedevorgang gemäß Darstellung in Fig. 4A ist die Ausbildung der Risse und Hohlräume in dem Ausmaß merklicher, dass die Bauteile nicht als Maschinenbauteile verwen det werden können, ohne diese Risse und Hohlräume zu beseitigen.

Wie in Fig. 4B schematisch dargestellt ist, ist in einem Teil des Primärcarbids, der in der Zusammensetzung des Teststücks vor dem in Fig. 4A dargestellten Kaltschmieden ausgebildet worden ist, viel Primärcarbid in der Zusammen setzung kristallisiert.

Alles Nächstes zeigen Fig. 5A und 5B die Mikrozusammensetzung der extru dierten bzw. gestreckten Bereiche bzw. der gestauchten Bereiche, und zeigen Fig. 5C und 5D schematisch einen Teil der Risse und Hohlräume des Primär carbids, der in Fig. 5A und 5B dargestellt ist.

Wenn das Teststück extrudiert bzw. gestreckt wird, wird das Primärcarbid 10, wie in Fig. 5C dargestellt ist, zwangsweise in der horizontalen Richtung der Zeichnung deformiert. Jedoch kann die Deformation nicht der Deformation des Basismaterials folgen, sodass das Primärcarbid 10 in eine Vielzahl von kleinen Primärcarbidstücken 10a zerbrochen wird. Daher werden Hohlräume 10b zwischen der Vielzahl der Primärcarbidstücke 10a ausgebildet, wie in der Zeichnung in schwarzer Farbe dargestellt ist (die Hohlräume sind ebenfalls in schwarzer Farbe in den unten beschriebenen schematischen Zeichnungen dargestellt).

Ferner wird, wenn das Teststück gestaucht wird, Primärcarbid 20, das in Fig. 5D dargestellt ist, in vertikaler Richtung der Zeichnung infolge der Scherkraft, die bei der Deformation des Teststücks in vertikaler Richtung wirkt, zerbrochen. Als eine Folge wird das Primärcarbid 20 in eine Vielzahl von kleinen Primärcarbidstücken 20a aufgesplittet, und werden Hohlräume 20b zwischen den kleinen Primär carbidstücken 20a ausgebildet. Weiteres in der Zeichnung dargestelltes Primär carbid wird ebenfalls in kleine Primärcarbidstücke zerbrochen, und Hohlräume werden ebenfalls zwischen den kleinen Primärcarbidstücken ausgebildet.

Dann ist bei dem Versuch, die Risse und Hohlräume des Primärcarbids zu beseitigen, die Anzahl der Teststücke einer allgemein verwendeten Anlass behandlung bei einer Temperatur von 850°C bis 870°C unterzogen worden, die im allgemeinen zum Beseitigen im Wege einer Beseitigung einer Bearbeitungs beanspruchung verwendet wird. Dann ist der Zustand, wie die Risse und Hohlräume beseitigt werden, durch Beobachtung der Zusammensetzungen untersucht worden. Die Untersuchung führte zu keinen ausgeprägten Verän derungen im Vergleich mit der Zusammensetzung unmittelbar nach dem Kalt schmieden.

Ferner ist eine weitere Anzahl von Teststücken zuerst einer Weichglühbehand lung bei 1.050°C bis 1.150°C, mittels der das Carbid in seiner Gestalt defor miert wird, damit es sich von dem Basismaterial löst, und eine Zusammen ziehung und eine Ausdehnung infolge der Umwandlung bei dem Kühlungs vorgang erfährt, und dann der oben angegebenen allgemein verwendeten Anlassbehandlung unterzogen worden. Nach den Behandlungen ist die Zusam mensetzung beobachtet worden, die zu einem unvollständigen Beseitigungs zustand geführt hat, wie in Fig. 6A dargestellt ist, bei dem Körner des Primär carbids minimiert und etwas abgerundet sind und die Risse und Hohlräume nur etwas reduziert sind.

Wie in Hinblick auf einen Teil der Risse und Hohlräume, die Fig. 6A dargestellt sind, schematisch in Fig. 6B dargestellt ist, sind Hohlräume 30b noch zwischen kleinen Primärcarbidteilchen 30a verblieben, in die das Primärcarbid 30 aufge teilt worden ist, dies sogar nach Abschluss der oben angegebenen Behandlun gen.

Ferner ist eine weitere Anzahl von Teststücken einer HIP-Behandlung in Argon gas als unter Druck stehendem Zwischengas bei einer atmosphärischen Tempe ratur von 1.100°C in einem Ofen bei einem angewandten Druck von 117,6 Mpa (1.200 kgf/mm²) und während 3 Stunden unterzogen worden. Dann sind die inneren Zusammensetzungen der im Wege des Kaltschmiedens extrudierten bzw. gestreckten Teststücke beobachtet worden.

Als eine Folge der Beobachtung sind, wie in Fig. 7A und 8A dargestellt ist, die Hohlräume, die durch die Risse des Primärcarbids ausgebildet waren, mit Basismaterial aufgefüllt worden, und ist die Rundheit der Körner verbessert worden, sodass die Risse und Hohlräume wirksam beseitigt sind. Wie schema tisch in Fig. 7B und 8B dargestellt ist, die einen Teil der Risse und Hohlräume zeigen, die in Fig. 7A und 8A dargestellt sind, sind die Hohlräume 40a zwischen den kleinen Primärcarbidstücken 40a, die durch die Risse des Primärcarbids 40 ausgebildet worden sind, vollständig mit Basismaterial 40c aufgefüllt.

Ferner sind Bewertungstests hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften von (A) Heißwalzmaterial, von (B) Material, bei dem das Heißwalzmaterial um etwa 50% im Wege des Kaltschmiedens bearbeitet ist, (nachfolgend bezeichnet als "Kaltschmiedematerial") und von (C) Material, bei dem das Kaltschmiedematerial weiter im Wege der HIP-Behandlung behandelt ist, (nachfolgend bezeichnet als "HIP-Behandlungsmaterial") durchgeführt worden. Teststücke für einen Kerb schlagbiegetest (nach Charpy), die je ein JIS-Teststück mit einer Abmessung von 10 mm im Quadrat bei einer Länge von 55 m ausgestattet mit einer 10 R × 2 t Kerbe sind, sind aus (A) Heißwalzmaterial ohne irgendeine weitere Behand lung, aus (B) Kaltschmiedematerial weiter behandelt im Wege des Anlassens zum Enthärten bei einer Temperatur von 830°C und aus (C) Behandlungsma terial behandelt ebenfalls im Wege des Anlassens zum Enthärten bei einer Temperatur von 830°C gebildet worden.

Nachdem die Teststücke im Wege des Härtens bei einer Temperatur von 1.030°C in einem Vakuum-Wärmebehandlungsofen und im Wege einer Unter-Null- Behandlung bei einer Temperatur von -100°C weiter behandelt worden sind, sind dann die Teststücke in drei Arten für jedes der (A)-, (B)- und (C)-Materialien im Wege des Temperns bei Temperaturen von 200°C, von 300°C bzw. von 500 °C klassifiziert worden, und sind die jeweiligen mechanischen Eigenschaften, wie beispielsweise Schlagzähigkeit, untersucht worden.

Fig. 3 zeigt die Testergebnisse in Hinblick auf die jeweilige Schlagfestigkeit des Materials. Der Wert der Schlagfestigkeit des Kaltschmiedematerials (B) ist merklich geringer als derjenige des Heißwalzmaterials (A). Der Grund hierfür sind die Risse des Carbids und die Hohlräume, die durch das Aufsplitten des Carbids gebildet sind, wie oben angegeben ist.

Andererseits ist der Wert der Schlagfestigkeit des HIP-Behandlungsmaterials (C) höher als derjenige des Heißwalzmaterial (A), weil die Hohlräume mit Basisma terial durch die HIP-Behandlung bei hoher Temperatur mit hohem Druck auf gefüllt sind und die Körner des Carbids feiner sind.

Daher kann die Schlussfolgerung gezogen werden, dass die oben angegebenen Testergebnisse ein neues Herstellungsverfahren für Stahlmaterial durch Bear beitung im Wege einer plastischen Deformation vorschlagen, bei dem Carbid körner zu feineren verändert werden. Andererseits wird, wenn im Wege des Heißwalzens verarbeiteter Stahl im Wege des Kalt/Warmschmiedens in einer Weise weiter verarbeitet wird, dass das Primärcarbid in Carbid mit feineren Körnern aufgesplittet wird, ein Stahl, der bessere mechanische Eigenschaften, beispielsweise eine verbesserte Schlagfestigkeit, aufweist, verfügbar.

Fig. 3 zeigt die Testergebnisse der Eigenschaften der Verschleißfestigkeit in Hinblick auf die drei Arten der oben eingegebenen Materialien (A), (B), und (C). Das Kaltschmiedematerial (B) zeigt von den drei Arten der Materialien (A), (B) und (C) den schlechtesten Wert der Verschleißfestigkeit und die geringste maximale Last. Dies ist schon dadurch begründet, dass sich das Carbid infolge der Risse und Hohlräume wahrscheinlich löst und es schwierig ist, eine höhere Härte in dem Material (B) zu erreichen. Andererseits zeigt das HIP- Behandlungsmaterial einen ausgezeichneten Wert der maximalen Last, der zuvor nie erreicht worden ist, wegen des in seiner Korngröße feineren Carbids und seiner besseren Schlagfestigkeit.

Tabelle 3

Erfindungsgemäß können die Risse und Hohlräume des Primärcarbids, die durch die Kalt/Warmbearbeitung des hochlegierten Stahls der Gruppe mit hohem Kohlenstoffgehalt unvermeidlich gebildet werden, wirksam beseitigt werden. Als eine Folge können hochsteife bzw. hochfeste Bauteile, die eine höhere Luftdich tigkeit und eine bessere Verschleißfestigkeit bei der Benutzung von Gleitbe reichen aufweisen, mit höherer Produktivität und zu geringeren Kosten herge stellt werden.

Claims

1. Kalt/Warmbearbeitungs- und Wärmebehandlungsverfahren für hochlegierten Stahl der Gruppe mit hohem Kohlenstoffgehalt, umfassend die nachfolgend angegebenen Schritte:
Durchführen einer Kalt/Warmbearbeitung bei einer Temperatur niedriger als 800 °C für die Bewirkung einer plastischen Deformation von mehr als 10% in Hinblick auf ein Bauteil, das viel kristallisiertes Primärcarbid aufweist und aus mindestens einem Stahl von hochlegiertem Stahl der Gruppe mit hohem Kohlenstoffgehalt, die rostfreien Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt und Werkzeugstahl umfasst, hergestellt ist, sodass Risse und Hohlräume in dem kristallisierten Primärcarbid gebildet werden können; und
Durchführen einer isostatischen Heißpressbehandlung an dem Bauteil, so dass die Risse und Hohlräume in dem Primärcarbid beseitigt werden können.

2. Kalt/Warmbearbeitungs- und Wärmebehandlungsverfahren für hochlegierten Stahl der Gruppe mit hohem Kohlenstoffgehalt nach Anspruch 1, wobei der rostfreie Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt mehr als 0,5 Massen-% Kohlenstoff und mehr als 8 Massen-% Chrom enthält und der Werkzeugstahl mehr als 0,5 Massen-% Kohlenstoff und mehr als 0,5 Massen-% mindestens eines Carbid erzeugenden Metallelements einschließlich Chrom, Molybdän, Wolfram, Vana dium, Niobium und Titan enthält.

3. Kalt/Warmbearbeitungs- und Wärmebehandlungsverfahren für hochlegierten Stahl der Gruppe mit hohem Kohlenstoffgehalt nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kalt/Warmbearbeitung in einem Ausmaß durchgeführt wird, dass das kristallisierte Primärcarbid in Carbid mit feinerem Korn aufgesplittet wird, wäh rend Risse und Hohlräume in dem Bauteil ausgebildet werden, sodass die Risse und Hohlräume, die in dem Bauteil gebildet sind, mit Basismaterial des Bauteils während der isostatischen Heißpressbehandlung aufgefüllt werden.

4. Kalt/Warmbearbeitungs- und Wärmebehandlungsverfahren für hochlegierten Stahl der Gruppe mit hohem Kohlenstoffgehalt nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die isostatische Heißpressbehandlung bei einer Temperatur höher als 900°C mit einem Druck höher als 88,2 Mpa und während einer Eintauchzeit länger als 0,5 Stunden in einem Inertgas durchgeführt wird.

5. Kalt/Warmbearbeitungs- und Wärmebehandlungsverfahren für hochlegierten Stahl der Gruppe mit hohem Kohlenstoffgehalt nach irgendeinem der Ansprüche 1-4, weiter umfassend die nachfolgend eingegebenen Schritte: Durchführen einer Härtungsbehandlung des Bauteils nach der isostatischen Heißpressbehandlung zur Beseitigung der Risse des Primärcarbids durch geeignetes Einstellen der Kühlgeschwindigkeit des Bauteils.