DE1271409B

DE1271409B - Titan und Tantal enthaltender Schnellarbeitsstahl

Info

Publication number: DE1271409B
Application number: DEP1271A
Authority: DE
Inventors: Masao Kondo; Masumi Ohsawa
Original assignee: FUJIKOSHI KOZAI KOGYO KABUSHIK
Current assignee: FUJIKOSHI KOZAI KOGYO KABUSHIK
Priority date: 1961-12-28
Filing date: 1962-11-26
Publication date: 1968-06-27

Description

Titan und Tantal enthaltender Schnellarbeitsstahl Die Erfindung betrifft Schnellarbeitsstähle, die Titan-und Tantalcarbid enthalten.
Schnellarbeitsstähle herkömmlicher Art enthielten bisher fast ausschließlich nur zwei Arten von Carbiden. Die eine dieser Arten ist das MBC-Typ-Carbid mit Wolfram und Molybdän als Hauptbestandteile, während die andere ein MC-Typ-Carbid mit Vanadium als Hauptbestandteil ist. Diese Carbide nehmen an der Schnittleistung wirksam teil.
Für die Verwendung als Schnellarbeitsstähle dienen auch Chromvanadiumstähle mit einer Zusammensetzung von 0,7 bis 1,5 0/0 Kohlenstoff, 3 bis 6 0/0 Chrom, 2 bis 6,00/0 Vanadium, 0,1 bis 1,00/0 Wolfram, Rest Eisen. Diese Stähle können außerdem 0,1 bis 2,00/0 Titan und Tantal einzeln oder zu mehreren enthalten. Weiterhin sind für Schnellarbeitsstähle Legierungen bekannt, die 1,0 bis 2,0 0/0 Kohlenstoff, 0,5 bis unter 7,00/0 Wolfram, 3 bis 6,00/0 Chrom, 2,5 bis 10,00/0 Vanadium, Rest Eisen enthalten und die noch 0,1 bis 3,00/, Molybdän, Titan, Tantal, Zink, Uran oder Beryllium einzeln oder zu mehreren enthalten können.
Die Erfindung hat sich nun die Aufgabe gestellt, einen Schnellarbeitsstahl zu schaffen, der eine gute Hitzebeständigkeit, einen hohen Widerstand gegen Ausbrechen an den Kanten und besonders hohe Schnittgeschwindigkeiten besitzt.
Diese Eigenschaften weisen erfindungsgemäß Titan und Tantal enthaltende Schnellarbeitsstähle auf, die aus 0,6 bis 50/0 Kohlenstoff, 0,5 bis 10°/o Titan und Tantal, 10,4 bis 250/0 Wolfram, 4,13 bis 200/0 Molybdän, 3,82 bis 100/0 Chrom, 1,87 bis 100/0 Vanadium, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen bestehen. Sie enthalten alle einen Wolframgehalt, wie er bei mit Wolfram legierten Schnellarbeitsstählen üblich ist (über 10,4°/0). Der Gehalt an Molybdän beträgt mindestens 4,3 0/0 und liegt damit wesentlich höher als bei den genannten Chromvanadinstählen, sofern er bei diesen Stählen überhaupt vorhanden ist. Diese erfindungsgemäßen Stähle zeichnen sich gegenüber den in ihrer Zusammensetzung oben aufgeführten Schnellarbeitsstählen durch wesentlich höhere Leistungen aus und auch gegen den mit MoTi, M2, M38 in der Tabelle 1 bezeichneten Stählen.
Die Zusammensetzungen von Stählen, die sowohl Titan als auch Tantal enthalten, d. h. der erfindungsgemäßen Stähle MoTiTa (A) und MoTiTa (B), und die Zusammensetzungen von Molybdän-Titan-Schnellarbeitsstählen MoTi, Molybdän-Kobalt-Schnellarbeitsstählen M38 und Molybdän-Schnellarbeitsstahl, auf die nachfolgend zu Vergleichszwecken Bezug genommen wird, sind in der Tabelle 1 aufgezeigt.
Durch Wärmebehandlung der erfindungsgemäßen Stähle (A) und (B) unter genau den gleichen Bedingungen, wie sie für gewöhnliche Schnellstähle angewendet werden, wurden nach dem Abschrecken und Anlasse Härtegrade von HRC 65 oder höher erzielt und bessere Ergebnisse als beim M38-Stahl hinsichtlich der Anlaßbeständigkeit erhalten.
Die Zerspanbarkeit wurde mit 10-mm-Vierkantschneidwerkzeugen, die aus den erfindungsgemäßen Stählen bestanden und durch Erhitzen während 3 Minuten bei 1250°C sowie durch Ölhärtung und Anlassen zweimal in einer Stunde bei 550°C zum Erzielen einer Härte von HRC 66,4 bis 66,6 hergestellt wurden, und mit anderen Schneidwerkzeugen durchgeführt, die aus bekannten Stählen zum Vergleich mit den erfindungsgemäßen Stählen hergestellt waren, wobei die erwähnten anderen Schneidwerkzeuge der für sie optimalen Wärmebehandlung unterzogen wurden und ein Vergleich der Schnittleistungen dieser Schneidwerkzeuge durchgeführt wurde.

Das bei allen diesen Versuchen angewendete Verfahren war der unter der Bezeichnung Plandrehen oder Planfräsen bekannte Schneidvorgang, und die Prüfbedingungen waren wie folgt: Die Bedingung 1 war Schneiden mit hoher Geschwindigkeit eines harten Metalls (Chrom-Molybdän-Stahl, Japan Industrial Standards Designation SCM 5, enthaltend 0,43 bis 0,48 6/o C, 0,15 bis 0,350/, Si, 0,60 bis 0,85 % Mn, 0,030 6/a max. P, 0,030 °/o max. S, 0,90 bis 1,20 °/o Cr und 0,15 bis 0,35 °/o Mo, von einer

Tabelle 1

Art des Stahls ( Bezeichnung I C I W I Mo I Cr f V I Co I Ti Ta

Erfindungsgemäßer Stahl, enthaltend

0,6 °/g Ti, 0,7 °/o Ta . . . . . . . . . . . . . . . . . . MoTiTa (A) 1,33 10,40 4,53 4,28 2,11 - 0,60 0;74

Erfindungsgemäßer Stahl, enthaltend

1,2°/o Ti, 1,4°/p Ta . . . . . . . . . . . . . . . . . . MoTiTa (B) 1,55 13,00 4,13 3,82 1,87 - 1,18 1,44

Molybdän-Titan-Schnellstahl ......... MoTi 1,72 8,78 5,26 4,20 2,01 - 2,00 -

Molybdän-Kobalt-Schnellstahl ........ Mag 0,80 6,00 5,00 4,00 2,00 8,0 - -

Molybdän-Schnellstahl .............. M2 0,85 6,00 5,00 4,00 2,00 - - -

Die Bedingung 2 war Schneiden mit niedriger Schnittgeschwindigkeit ebenfalls eines harten Metalls, wobei die Verschleißfestigkeit als Hauptmerkmal dem Vergleich zugrunde gelegt wurde.

Die Bedingung 3 war Schneiden mit hoher Schnittgeschwindigkeit eines Werkstückes, das mit einer Umfangsnut versehen war, um auf diese Weise eine Stoßbeanspruchung auf die Schneidkante des Schneidwerk zeugs auszuüben. Das Werkstück bestand aus einem verhältnismäßig weichen Material (Kohlenstoffstahl zum Maschinenbau, Japanese Industrial Standards Designation S 45 C, enthaltend 0,40 bis 0,50 °/b Kohlenstoff, mit einer Brinell-Härte von 167 bis 229), wobei der Widerstand gegen Ausbrechen an der Schneide als Hauptmerkmal dem Vergleich zugrunde gelegt wurde.
Als Kriterium der Leistung wurde die Verschleißbreite der Flankenfläche nach dem Schneiden oder die Schnittgeschwindigkeit zum Zeitpunkt des Ablaufs der Standzeit des Werkzeuges gemessen.

Die erhaltenen Prüfergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.

Tabelle 2

Stahlbezeichnung Bedingung'1 Bedingung2I Bedingung3

1 (in/Min.)

(mtn) (m/Min.)

MöTiTa (A) ....... 26,2 0,21 82,6

MoTiTa (B) ....... 27,8 0,21 81,1

MoTi ............ 28,2 0,23 78,9

M3............... 25,2 0,37 78,9

Mag .............. 26,5 0,2'7 83,2

Wie sich aus der Tabelle Z ergibt, hat die Stahllegierung MoTi, welche das Carbid enthält, das Ti als seinen Hauptbestandteil aufweist, die größte Hitzebeständigkeit, zeigt jedoch einen etwas niedrigen Widerstand gegen Ausbrechen der Schneide.

Die Stahllegierung MoTiTa, die das Carbid enthält, welches Ti und Ta als Hauptbestandteile aufweist, hat eine Hitzebeständigkeit, deren Größe von der Menge des erwähnten Carbids abhängt und gleich oder größer ist als diejenige des Stahls Mag, jedoch ist hinsichtlich des Widerstandes gegen Ausbrechen der Schneide der Stahl MoTiTa dem Stahl MoTi überlegen und fast gleich dem Stahl Msg. Der Stahl MoTiTa ist hinsichtlich der Verschleißfestigkeit dem Stähl Mag klar überlegen. Brinell-Härte von 302 bis 363), wobei die Hitzebeständigkeit als das Hauptmerkmal für den Vergleich betrachtet wurde. Der Schnellstahl, dessen Carbid Ti und Ta als Hauptbestandteile enthält und der durch Zusetzen von Ti und Ta und einer Menge Kohlenstoff hergestellt wurde, die zur Carbidbildung mit dem erwähnten Ti und Ta ausreicht, hat einen größeren Widerstand gegen Ausbrechen der Schneide als ein Stahl, der ein Carbid mit Ti als Hauptbestandteil enthält, sowie eine Hitzebeständigkeit und einen Widerstand gegen Ausbrechen der Schneide oder höher als Kobalt-Schnellstahl, während die Verschleißfestigkeit höher ist als bei dem Kobalt-Schnellstahl.
Daher zeigen, wenn ein Schnellstahl mit einem Carbid, dessen Hauptbestandteile Ti und Ta sind, als Werkzeugmaterial zum Schneiden mit hoher Schnittgeschwindigkeit und zum Schneiden von harten Materialien verwendet wird, aus einem solchen Material hergestellte Schneidwerkzeuge eine ausgezeichnete Schnittleistung.
Diese überlegene Schnittleistung des erfindungsgemäßen Stahls dürfte der extremen Härte des Carbids mit Ti und Ta als Hauptbestandteilen und seiner überlegenen Zähigkeit im Vergleich zu einem Carbid mit Ti als Hauptbestandteil zuzuschreiben sein.
Schnellstähle, denen kleine Mengen Ti und Ta mit dem Ziel zugesetzt wurden, eine Desoxydation, Denitrierung oder Kornverfeinerung herbeizuführen, wurden bisher auf Versuchsbasis verwendet. Im Gegensatz dazu enthält jedoch der erfindungsgemäße Schnellstahl außer MgC-Carbid und VC-Carbid noch Carbide mit Ti und Ta als Hauptbestandteile, so daß die Bedeutung dieser Zusätze erstmalig dargestellt wurde, wobei es für den erfindungsgemäßen Stahl unerläßlich ist, daß er zusammen mit Ti und Ta eine Kohlenstoff menge enthält, die für die Verbindung mit Ti und Ta ausreicht. Der erfindungsgemäße Schnellstahl unterscheidet sich daher wesentlich von den vorerwähnten, bisher verwendeten Stählen.
Der erfindungsgemäße Schnellstahl kann dadurch hergestellt werden, daß Titan, Tantal und andere metallische Elemente und Kohlenstoff als gesonderte Grundlegierungen zugesetzt werden und dieser gegossen wird. Wenn er jedoch durch rasches Erhitzen und Kühlen hergestellt wird, beispielsweise durch Auftragschweißung mit einem in feste Lösung gehenden Pulver, das aus TiC und TaC oder aus diesen Carbiden zusammen mit anderen Arten von Carbiden als Ausgangsmaterial besteht, wird das Carbid mit Ti und Ta als Hauptbestandteile fein verteilt und läßt sich ein Schnellstahl mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften und hervorragender Schnittleistung leicht herstellen.
Ein Erfordernis des erfindungsgemäßen Stahls besteht darin, daß er sowohl Titan als auch Tantal enthält, während das Fehlen eines dieser Legierungselemente zur Folge hat, daß der Stahl nicht angemessene Eigenschaften besitzt.
Als Werkstoff für durch Walzen oder ähnliche Verarbeitungsverfahren hergestellte korrosionsbeständige, gehärtete Schneidwerkzeuge, wie Rasierklingen und chirurgische Instrumente, sind Stahllegierungen bekannt, die aus 0,60 bis 2,50/() Kohlenstoff, 8 bis 220/0 Chrom, 0,05 bis 0,25 °/o Stickstoff, 0,20 bis 6 °/o Molybdän, Rest Eisen bestehen. Hierbei kann das Molybdän ganz oder teilweise durch Wolfram ersetzt werden, und zur Änderung der mechanischen und anderen Eigenschaften können Zusätze von anderen Zusatzelementen, wie Aluminium, Bor, Kobalt, Kupfer, Arsen, Beryllium, Niob, Selen, Tantal, Titan, Uran, Vanadium und Zirkonium, gemacht werden. Diese Legierung, die keinen Wolframgehalt oder einen höchstens bis 6 °/o betragenden Gehalt im Falle, daß kein Molybdän enthalten ist, aufweist, ist für Schnellarbeitsstähle, an die höhere Anforderungen gestellt werden, nicht brauchbar.

Claims

Patentansprüche: 1. Titan und Tantal enthaltender Schnellarbeitsstahl, bestehend aus 0,6 bis 5 °/o Kohlenstoff, 0,5 bis 10 °/o Titan und Tantal, 10,4 bis 25 °/o Wolfram, 4,13 bis 20 °/o Molybdän, 3,82 bis 10 °/o Chrom, 1,87 bis 10 °/o Vanadium, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen.
2. Titan und Tantal enthaltender Schnellarbeitsstahl nach Anspruch 1, wobei in dem Schnellarbeitsstahl geringe Mengen Silicium, Mangan, Phosphor, Schwefel, Kupfer, Stickstoff oder andere Elemente als Verunreinigungen enthalten sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 720 834, 739 958, 857063.