DE1090245B

DE1090245B - Verwendung eines Stahles fuer Warmarbeitswerkzeuge

Info

Publication number: DE1090245B
Application number: DEU3445A
Authority: DE
Inventors: Klas-Erik Johansson
Original assignee: Uddeholms AB
Current assignee: Uddeholms AB
Priority date: 1955-03-17
Filing date: 1955-07-27
Publication date: 1960-10-06

Description

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BEKANNTMACHUNG
DEKANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT: 6. O KTO B ER 1960

Die Erfindung betrifft Warmarbeitswerkzeuge, z. B. für Strangpressung, Warmpressung und Spritzguß von Metallen und Legierungen, mit hoher Härte und Verschleißstärke bei hohen Temperaturen, Unempfindlichkeit gegenüber Temperaturwechsel und Verformungsfreiheit bei der Wärmebehandlung.

Es ist bekannt, Legierungen mit hohem Chromgehalt, vorzugsweise von 10 bis 30%, in Kombination mit geringen Mengen Kohlenstoff und einem oder mehreren der Metalle Ni, Co und Mn sowie gegebenenfalls W und Mo für Warmarbeitswerkzeuge, welche eine hohe mechanische Festigkeit bei hohen Temperaturen, d. h. besonders eine hohe Kriechfestigkeit erfordern, zu verwenden. Die Legierungen werden dabei im austenitischen oder austenitisch-ferritischen Zustand mit einer Härte, die im allgemeinen unter 300 Ή.Β liegt, verwendet.

Bekannte Legierungen mit hohem Chromgehalt, die sich als geeignet erwiesen haben, bestehen beispielsweise außer Eisen aus 8 bis 20% Cr, 8 bis 20% W, 0,05 bis 0,5% C, 3% Mn, 0,2 bis 1,0% Si und 0,1 bis 4% V oder aus 8 bis 18% Cr bis zu 1% C, 3 bis 12% W und 2 bis 12% Mn. Auch sind Legierungen bekannt, welche außer Eisen nur 3 bis 14% Cr, 0,3 bis 1,20% C und 0,5 bis 2,0% V enthalten. Eine andere bekannte Gruppe von chromhaltigen Legierungen enthält als wesentlichen Legierungsbestandteil Molybdän. So sind beispielsweise Legierungen bekanntgeworden, die außer Eisen 8 bis 17% Cr, 0,2 bis 1,50% C, 8 bis 15% Mo sowie gegebenenfalls Zusätze von W, V oder Co enthalten. Ferner sind Legierungen bekannt, in denen das Chrom teilweise oder ganz durch Molybdän ersetzt ist, wie etwa in Legierungen, die außer Eisen 0,6 bis 15% Mo, 0,07 bis 6% W, 0,1 bis 0,45% C und gegebenenfalls Mn, Si, Cr, V, Co und Ni oder die nur 2 bis 8% Cr und 0,2 bis 1,5%. C, 0,2 bis 5% Co und 2 bis 7% W oder Mo enthalten.

Die Warmarbeitswerkzeuge nach der Erfindung bestehen aus chromhaltigen Legierungen ohne Molybdän, jedoch mit größeren Mengen W und Co. Sie besitzen gegenüber den bisher bekannten wolframhaltigen Legierungen eine überraschend hohe Verschleiß stärke und besitzen zudem noch den Vorteil, daß sie sich in einem relativ weiten und niederen Temperaturbereich härten lassen.

Die Erfindung besteht darin, daß ein Werkzeug aus einer Legierung mit höchstens 0,5 % C, mehr als 8 %, höchstens 15% Cr, 6 bis lO«/o W sowie 2 bis 15% Co und gegebenenfalls bis zu 2% von jedem der Stoffe Si, V, Ti, Ta, Nb und dem Rest Eisen mit gewöhnlich vorkommenden Verunreinigungen einer Wärmebehandlung, bestehend aus Kühlung in Luft oder kräftiger wirkenden Kühlmitteln, von einer Temperatur im Be-Verwendung. eines Stahles
für Warmarbeitswerkzeuge

Anmelder:

Uddeholms Aktiebolag,
Uddeholm (Schweden)

Vertreter: Dr. H.-H. Willrath, Patentanwalt,
Wiesbaden, Sonnenberger Str. 44

Beanspruchte Priorität:
Schweden vom 17. März 1955

Klas-Erik Johansson, Hagfors (Schweden),
ist als Erfinder genannt worden

reich von 900 bis 1200° C, zweckmäßig 1000 bis 1100° C, vorzugsweise von etwa 1050° C, und einer nachfolgenden Anlaßbehandlung bei einer Temperatur im Bereich von 500 bis 750° C unterworfen wird, so daß eine Härte von 30 bis 60 Rockwell-C-Einheiten erhalten wird.

Die bei der Wärmebehandlung dieser Legierung zu einem hauptsächlich martensitischen Gefüge mit einer für Warmarbeitswerkzeuge geeigneten Härte im Bereich 30 bis 60 H^c verwendete Härtetemperatur kann bemerkenswert niedrig im Vergleich mit anderen hochlegierten Stählen gewählt werden. Schon von 900° C an erhält man eine für Warmarbeitswerkzeuge geeignete Härte. Eine optimale Härte wird bei Kühlung von etwa 1050° C erhalten. Die Kühlung kann sowohl langsam in Luft als auch in kräftiger wirkenden Kühlmitteln erfolgen. Durch die niedrige Wärmebehandlungstemperatur und die Möglichkeit, langsam kühlen zu können, werden für Werkzeuge außerordentlich günstige Verhältnisse erhalten, da teils die Verformung während der Wärmebehandlung gering wird,

4-5 was bei Präzisionswerkzeugen sehr bedeutungsvoll ist, teils die Möglichkeit, das Werkzeug gegen Oxydation oder andere Angriffe, z. B. von Salzbädern, während der Erwärmung zu schützen, erheblich größer wird als bei höheren Temperaturen. Außerdem kann die Wärmebehandlung in einfacheren Vorrichtungen vorgenommen werden als bei den bekannten wolframhaltigen Legierungen, für welche Wärmebehandlungen in engen Temperaturbereichen von z. B. 1150 bis 1230° C oder 1150 bis 1290° C vorgeschlagen werden.

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In dem Diagramm der Fig. 1 ist die Abhängigkeit der Härte von der Härtungstemperatur für drei verschiedene Legierungen gemäß der Erfindung dargestellt. Vergleichsweise ist eine weitere Legierung mit aufgeführt, die an Stelle von Co 3,1% Ni enthält. Die Legierungen besaßen die folgende Zusammensetzung:

Legierung 1:

0,25% C, 11,0% Cr, 7,8% W, 9,7% Co, OVoNi, Rest Fe

Legierung 2:

0,23% C, 12,0% Cr, 7,7% W, 7,6% Co, 0% Ni, Rest Fe

Legierung 3:

0,29% C, 12,8% Cr, 7,9% W, 5,0% Co, OVoNi, Rest Fe

Legierung 4:

0,25% C, 12,8% Cr, 8,0% W, 0%Co, 3,1% Ni, Rest Fe

Die Härte ist nach Kühlung in Öl bei verschiedenen Temperaturen bestimmt worden. Aus dem Diagramm ist ferner ersichtlich, daß sich die Härte verhältnismäßig unbedeutend mit der Temperatur ändert. Auch wurde festgestellt, daß der Unterschied zwischen Kühlung in Luft und Öl unbedeutend ist.

Beim Anlassen behält die Legierung ihre Härte auch bei bemerkenswert hoher Anlaßtemperatur, was aus dem Diagramm der Fig. 2 hervorgeht. Dieses Diagramm zeigt die Abhängigkeit der Härte von der Anlaßtemperatur für eine Legierung gemäß der Erfindung, welche die folgende Zusammensetzung hatte: 0,24% C, 12,4% Cr, 8,0% W, 9,8% Co, Rest Fe. Bei der Legierung der Kurve A erfolgte die Härtung bei 1200° C, bei der Legierung der Kurve B bei 1100° C und bei der Legierung der Kurve C bei 1050° C. Die trotz hoher Anlaßtemperatur erzielte Härte hängt mit den in den Legierungen auftretenden Ausscheidungsphänomenen zusammen. Der Unterschied in der Härte nach dem Anlassen bei verschiedenen Temperaturen ist verhältnismäßig gering.

Eine Legierung mit einer Zusammensetzung gemäß der Erfindung zeigt nach der Wärmebehandlung ein sehr feinkörniges Gefüge, was zu Eigenschaften führt, welche für Warmarbeitswerkzeuge sehr wertvoll sind. Die Werkzeuge besitzen eine sehr hohe Warmhärte vorzugsweise im Temperaturbereich über 600° C, wie aus der folgenden Tabelle hervorgeht.

	C	Cr	8,00	Co	^iformhärte in H_n nach	65O⁰C	700⁰C
	0,24	12,40	7,65	9,81	D 48 Stunden bei	186	107
	O',37	11,80	8,33	10,28	Prüf temperatur	143	100
	0,48	11,30		9,99	600⁰C	158	119
Zusammensetzung in %			276
		234
251

Außerdem besitzen sie bemerkenswertes Widerstandsvermögen gegen Temperaturwechsel auch bei hoher Temperatur sowie eine gute Verschleißfestigkeit und ein gutes Widerstandsvermögen gegen Korrosionen, welche durch Einwirkung von geschmolzenen Metallen, wie z. B. Zn, Pb, Al, ausgelöst werden können. Beispielsweise besitzen Warmpreßmatrizen für Kondensatorlegierungen, welche die Zusammensetzung der als Nr. 1 bezeichneten Legierung besitzen, eine Lebensdauer, die doppelt so groß ist wie diejenige von Matrizen, die aus gewöhnlichem Warmarbeitsstahl mit z. B. 10% W hergestellt sind.

In der folgenden Tabelle werden drei verschiedene Legierungen gemäß der Erfindung (C) mit vier bekannten kobaltfreien Legierungen verglichen. Zwei der bekannten Legierungen A besitzen wie diejenigen nach der Erfindung kein Molybdän. Die beiden anderen Legierungen B besitzen demgegenüber 1,94 bzw. 4,1 % Molybdän. Als Maßstab für die Widerstandsfähigkeit wurde die Rißempfindlichkeit gewählt. Prüfkörper aus den in der Tabelle angegebenen Legierungen wurden nach der ebenfalls aus der Tabelle ersichtlichen Wärmebehandlung wiederholten Erwärmungen und Abkühlungen unterworfen, wobei die Temperatur der Prüflinge innerhalb eines Zeitintervalls von 2 Minuten 55 Sekunden zwischen 510 und 205° C gependelt hat. Nach der angegebenen Anzahl von Temperaturwechseln ist die Anzahl der entstandenen Risse in den verschiedenen Versuchskörpern ausgezählt worden. Aus den Ergebnissen geht eindeutig hervor, daß die Riß empfindlichkeit der Legierungen A und B bedeutend größer als die der Legierungen C entsprechend der Erfindung ist.

Legierung

	Zusammensetzung, °/o	Cr	11,9	Mo	V	Co	Härtung	Kühl mittel	Anlassen	Zeit	Härte ^H«C	Anzahl
C						Tempe ratur		Tempe ratur	Stunden		Tempe ratur wechsel
	12,0	11,8		0,83		⁰C	Öl	⁰C	12	45,1
0,19						1260		600	6	45,3	6000
	12,1	3,31	—	0,80	—		Öl	650	12	51,4	6000
0,40		2,20				1260		600	6	48,5	6000
	12,5	7,8	1,94	0,50	—		Öl	650	4	47,5	6000
0,35	12,9	7,7	4,14	0,52	•—	1150	Öl	500	4	45,3	6000
0,34	11,0		—	0,53	9,7	1150	Öl	500	4	52,2	6000
0,25	12,0	7,9	—	—	7,6	1100	Öl	550	6	49,5	9500
0,23					1050		600	2		6000
	12,8	— "	—	5,04		Öl	650	2	46,9
0,29			1050	650		6000

Rißanzahl

B.
B
C
C

Die Warmarbeitswerkzeuge nach der Erfindung können auf bekannte Weise durch Warmverarbeitung oder Gießen zu geeigneter Form und durch nachfolgende maschinelle Bearbeitung mit schneidenden Werkzeugen hergestellt werden.

Claims

Patentanspruch:

Verwendung eines Stahles für Warmarbeitswerkzeuge, z. B. für Strangpressen, Warmpressen und Spritzguß von Metallen und Legierungen, mit

hoher Härte und Verschleißstärke bei hoher Temperatur, Unempfindlichkeit gegen Temperaturwechsel und Verformungsfreiheit bei der Wärmebehandlung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Werkzeug aus einer Legierung mit höchstens 0,5 % C, mehr als 8%, höchstens 15% Cr, 6 bis 10% W sowie 2 bis 15% Co und gegebenenfalls bis zu 2% von jedem der Stoffe Si, V, Ti, Ta, Nb und dem Rest Eisen mit gewöhnlich vorkommenden Verunreinigungen einer Wärmebehandlung, bestehend aus Kühlung in Luft oder kräftiger wirkendem Kühlmittel, von. einer Temperatur im Bereich von 900

bis 1200° C, zweckmäßig 1000 bis 1100° C, vorzugsweise von etwa 1050° C, und einer nachfolgenden Anlaßbehandlung bei einer Temperatur im Bereich von 500 bis 750° C unterworfen ist, so daß eine Härte von 30 bis 60 Rockwell-C-Einheiten erhalten wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 646 867;
britische Patentschriften Nr. 487 254, 641 301;
USA.-Patentschriften Nr. 2 253 385, 2 201072.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 009 610/268 9.60