DE1508382C - Verfahren zur Herstellung eines hitzebeständigen Karbidwerkzeugstahles - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur sehr rasch durchlaufen, d. h. zwischen 600 und 500⁰C Herstellung eines hitzebeständigen Karbidwerkzeug- wird abgeschreckt. Das erfindungsgemäße Verfahren Stahles, der 30 bis 60 Volumprozent primäre Karbid- nimmt von diesem Vorschlag Abstand, da die Temkörner auf der Basis von Titankarbid in einer Stahl- peratur in jenem Bereich eine genügend lange Zeit matrix verteilt enthält, die aus 0,3 bis 0,8 Gewichts- 5 aufrechterhalten wird, um Temperaturgradienten inprozent Kohlenstoff, 2 bis 5 Gewichtsprozent Chrom, . nerhalb des Gefüges auszuschließen. Im übrigen wird 1 bis 5 Gewichtsprozent Molybdän und Eisen mit nach jenem vorbekannten Verfahren im Gegensatz herstellungsbedingten Verunreinigungen als Rest be- zum erfindungsgemäßen Verfahren zuletzt sehr langsteht. (Wenn im folgenden nichts anderes vermerkt, sam abgekühlt.— -* ■■-.. .-

handelt es sich bei der Angabe »%« immer um io Darüber hinaus ist es an sich auch bekannt (Ferti-

Gewichtsprozent.) gungstechnik, 1957, S. 194 bis 204), Chrom und

Ein derartiges Verfahren ist bereits bekannt. Die Molybdän sowie andere wesentliche Legierungskomdanach hergestellten Werkzeugstähle zeichnen sich. ponenten, wie Vanadium, aufweisende Stähle im durch eine außerordentlich hohe Härte aus. Auch ölwarmbad zu behandeln. Auch nach diesem beihre Verschleißfestigkeit ist sehr groß. Der Nachteil 15 kannten Verfahren wird der Temperaturbereich zwisolcher Werkzeugstähle besteht jedoch vor allem sehen 500 und 600° C im wesentlichen sehr rasch darin, daß sie eine noch unerwünscht große Volumen- durchlaufen. Für spezielle Zusammensetzungen, die änderung nach der Grobbearbeitung aufweisen, so von der Zusammensetzung des nach dem erfindungsdaß sie als Abschluß des Herstellungsverfahrens nach- gemäßen Verfahren zu behandelnden Werkzeugbearbeitet werden müssen. Infolge der großen Härte 20 Stahles wesentlich abweichen, ist es darüber hinaus verschleißen die Bearbeitungswerkzeuge sehr schnell, an sich bekannt, die Temperatur im Abkühlungsso daß die Herstellungskosten sehr groß sind. Außer- bereich zwischen 600 und 400⁰C eine Zeit lang beidem ist die insbesondere bei komplizierten Formen zubehalten. Die Fachwelt weiß jedoch, daß diese festzustellende Rissebildung ein erheblicher Nachte.il. Verhältnisse sehr von der Zusammensetzung des zu

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese 25 behandelnden Stahles abhängen, so daß bereits wenig Nachteile zu vermeiden. Das Herstellungsverfahren unterschiedliche Zusammensetzungen sehr abweisoll vereinfacht werden, so daß ein Karbidwerkzeug- chende Warmbadtemperatiiren erfordern,
stahl großer Härte und Zähigkeit bei nur. geringer Selbstverständlich ist es nicht nur möglich, sondern Volumenänderung und Rissefreiheit hergestellt wer- auch zweckmäßig, das Abschrecken gemäß dem den kann. 30 Merkmal f) des erfindungsgemäßen Verfahrens in

Die Erfindung besteht in der Anwendung der öl vorzunehmen,

folgenden Verfahrensschritte: Der Temperaturbereich zwischen 500 und 522°C

a) Pulvermetallurgische Herstellung eines Sinter- ^f"^r ,^die Austenit-Ausgleichstemperatur gemäß dem körpers der genannten Zusammensetzung; Merkmal e) des erfindungsgemaßen Verfahrens ist

,. ..... UUJiJO-^i-- ³⁵ besonders zweckmäßig.

b) Warmebehandeln des Sinterkörper; Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße

c) Bearbeiten des Sinterkörpers auf die gewünschte Verfahren anwendbar bei Karbidwerkzeugstählen, Abmessung; . bei denen die. Stahlmatrix aus 0,5% Kohlenstoff,

d) Erhitzen des Sinterkörpers auf eine Austeniti- 3% Chrom, 3% Molybdän und als Rest im wesentsierungstemperatur oberhalb 87O⁰C bis zur voll- 40 liehen aus Eisen besteht. In der Stahlmatrix kann ständigen Austenitisierung; auch eine gewisse Menge, beispielsweise bis zu 4°/o,

e) Abkühlen des Austenitteiles auf eine Austenit- Titan gelöst sein. Der Anteil der Stahlmatrix beträgt Ausgleichstemperatur zwischen 500 und 565°C vorzu[sw:ise 67%, so daß für die Karbidkörner und Halten auf dieser Temperatur, bis der Teil ein Ai teil von etwa 33%, das sind etwa 45 Volumdurch und durch eine gleichmäßige Temperatur 45 prozent, verbleibt. Die Stahlmatnx enthält zweckaufweist und mäßigerweise mindestens 60% (bezogen auf die

f) Abschrecken auf Raumtemperatur. Stahlmatrix) Eisen Chrom kann auch in Anteilen

von 1 bis 6% und Molybdän in Anteilen von 0;3

Bei Anwendung dieses Verfahrens wird die oben- bis 6% vorhanden sein. Wie bereits oben dargelegt, genannte Aufgabe gelöst. Es sei klargestellt, daß die 50 ist es nicht erforderlich, daß die Karbidkörner ledig-Erfindung nicht nur bei Werkzeugstählen anwendbar lieh aus Titankarbid bestehen. So ist es möglich, ist, die lediglich Titankarbid in der Stahlmatrix ein- bis zu 50% Wolframkarbid, bis zu 50% Molybdängebettet enthalten, sondern daß auch ein gewisser - karbid, bis zu 10% Chromkarbid, bis zu 25% Zir-Anteil anderer Karbide in der Stahlmatrix die glei- koniumkarbid, bis zu 25% Vanadiumkarbid und chen Vorteile erreichen läßt. Da pulvermetallur- 55 ähnliche Karbide zu verwenden, so daß die Gesamtgisches Herstellen eines Sinterkörpers für den Fach- mengen der anderen Karbide in der Regel bis zu mann bekannt ist, wird hier nicht im einzelnen darauf 50% der vorhandenen primären Karbidkörner beeingegangen. Das Abschrecken nach dem Merkmal f) tragen. «■
ist beispielsweise ein solches, das durch Eintauchen Im folgenden wird nun ein Ausführungsbeispiel des Werkstücks in ein Bad erfolgt, das sich auf 60 für die Erfindung beschrieben,
wesentlich niedrigerer Temperatur als der Sinter- Für die Herstellung eines Karbidwerkzeugstahles, körper vor dem Eintauchen befindet. Dadurch wird der 33% Titankarbid enthält und dessen Stahlmatrix erreicht, daß der Sinterkörper sehr rasch abkühlt. im wesentlichen aus einem Chrommolybdänstahl An sich ist es bereits bekannt (Industrieanzeiger, besteht, werden 500 g Titankarbid einer Teilchen-1953, S. 341 bis 343), Zahnräder u. dgl. Bauelemente 65 größe von 7 bis 8μηι mit 1000 g stahlbildenden aus unlegierten Stählen oder aus Nickelmangan- Bestandteilen in einer Mühle gemischt, die zur Hälfte stählen einer Warmbadbehandlung in öl zu unter- mit nichtrostenden Stahlkugeln gefüllt ist. Den ziehen. Dabei wird der Temperaturbereich um 55O°C Pulverbestandteilen wird pro 100 g Mischung Ig

Claims (4)

1. Paraffinwachs hinzugegeben. Unter Verwendung von nicht erreicht, da sich andere Umwandlungsprodukte

   Hexan als Träger wird 40 Stunden lang gemahlen. des Austenits bilden, wie Bainit und vielleicht Perlit.

   Nach Beendigung des Mahlens wird die Mischung Ist der Körper dagegen dünn, dann besteht die Gefahr

   entfernt und getrocknet. Danach werden unter einem der Rissebildung oder gar des Zerreißcns oder Ver-

   Druck von 2,3 t/cm² Preßkörper gepreßt und in S Ziehens.

   flüssiger Phase im Vakuum bei einer Temperatur Wird der Karbidwerkzeugstahl der obenerwähnten

   von 1450⁰C Va Stunde lang gesintert. Das Vakuum Art dagegen einer kontrollierten Wärmebehandlung

   entspricht 20μΐη Quecksilber, oder es wird ein noch unterworfen, indem z. B. in einem Salzbad von der

   höheres Vakuum angewendet. Austenitisierungstemperatur auf 510°C abgekühlt und

   Nach Beendigung des Sinterns werden die Preß- io der Sinterkörper dort beispielsweise für 1 Stunde pro

   körper abgekühlt und 2 Stunden bei 9C0°C geglüht. 2,5 cm des Querschnittes gehalten wird, worauf das

   Anschließend erfolgt das Abkühlen auf 100° C Abschrecken in warmem Öl erfolgt, dann ist es mögmit einer Geschwindigkeit von 33 grd/h. Das sich lieh, eine gleichmäßige Temperatur, bei diesem Beidaran anschließende Abkühlen auf Raumtemperatur spiel 510⁰C, in jedem Querschnittsteil aufrechterfolgt .im Ofen selbst, um eine vergütete Mikro- 15 zuerhalten. Dabei wird die Grundmasse noch im' struktur zu erzeugen, die Sphäroidit enthält. Die Austenitzustand gehalten, der notwendig ist, um anHärte nach dem Glühen bzw. Vergüten befindet schließend die volle Härtung zu erreichen. Werden sich in der Gegend von 45 Rc- Dieser Werkzeugstahl große und komplizierte Teile behandelt, so können mit hohem Kohlenstoffgehalt kann nun vor dem sie nach dem Abschrecken von 955° C längere Zeit, Härten zu jedem gewünschten Werkzeug- oder ao z. B. bis zu 16 Stunden, bei 510°C gehalten werden, Maschinenteil spanabhebend bearbeitet, beispiels- um die Verteilung der Hauptmenge der Wärme zu weise geschliffen, werden. sichern. .

   Die bisher angewendete Härtungsbehandlung be- Die Brauchbarkeit dieser Behandlung steht in Bestand dagegen in der Regel darin, daß das span- ziehung zu den isothermischen Umwandlungscharakabhebend bearbeitete Stück auf eine Austenitisie- 35 teristiken des Titankarbidwerkzeugstahles, wie sich aus rungstemperatur von 955°C ¹I₄ Stunde lang erhitzt dem isothermischen Umwandlungsdiagramm der wurde, worauf Abschrecken in öl oder Wasser Zeichnung ergibt. Dort ist das Ausmaß der Austenitfolgte, um eine Härte in der Gegend von 70 Rc umwandlung als Funktion von Temperatur in ° C und zu erhalten. Zeit in Sekunden, Minuten und Stunden angegeben.

   Es sei noch bemerkt, daß das Sintern bei der 30 Daraus ergibt sich, daß sich nach der rechten Seite

   pulvermetallurgischen Herstellung des Sinterkörpers des Diagramms ein großer Bereich von Austenit-

   zweckmäßigerweise unter Ausschluß einer Sauerstoff Stabilität erstreckt, der sich unterhalb 65O⁰C bis zu

   enthaltenden Atmosphäre erfolgt. einem Temperaturbereich von 500⁰C bis 565°C ver-

   An die spanabhebende Bearbeitung des Sinter- engt. In der oberen rechten Ecke wird eine Perlit-

   körpers, dessen Stahlmatrix ungefähr 3% Chrom, 35 Umwandlungsschleife gezeigt, die mit der Soliduslinie

   3°/o Molybdän, 0,5 °/₀ Kohlenstoff, etwas gelöstes 1-Ts (dem Beginn der Perlitumwandlung) beginnt und

   Titan und als Rest im wesentlichen Eisen enthält, mit der Soliduslinie l-7> (dem Ende der Perlitumwand-

   schließt sich ein Erhitzen auf über 870⁰C, insbeson- lung) endet. Es ist zu sehen, daß sich die Soliduslinie

   dere auf 955°C an. Die Verweilzeit beträgt z.B. 1-Ts nach rechts abwärts erstreckt und etwa asympto-

   1 Stunde pro 2,5 cm Querschnitt. 40 tisch die Temperatur von 538° C erreicht. Deshalb ist

   Durch nachfolgendes Abschrecken in öl ändert sich es bei Austenitausgleichungszeiten, die 2 Stunden überdie Wärmeleitfähigkeit an der Oberfläche des Sinter- steigen, erwünscht, daß die Ausgleichungstemperatur körpers, da sich Martensit bildet, der die Geschwin- 522° C nicht überschreitet, um sicherzustellen, daß digkeit ungünstig beeinflußt, mit der die Wärme aus keine Umwandlung zu Perlit eintritt, dem Inneren des Körpers in das Bad abgeleitet wird. 45 Im unteren Teil ist eine Martensit- und Bainit-So wurde festgestellt, daß der Körper im geglühten Umwandlungsfläche gezeigt. Die letztgenannte beginnt Zustand eine Wärmeleitfähigkeit von beispielsweise mit der Soliduslinie 2-Ts (dem Beginn der Umwand-0,083 Kal/cm²/cm/°C/s im Vergleich mit 0,062 Kai/ lung) und endet mit der Soliduslinie 2-T_F (dem Ende cm^a/cm/°C/s für den Fall hat, daß der Karbidwerk- der Umwandlung). Es ist zu sehen, daß die Soliduszeugstahl zu Martensit umgewandelt ist. Dies bedeutet 50 linie 2-Ts mit zunehmender Zeit ansteigt und etwa eine Abnahme von ungefähr 25°/₀. Genauso besteht asymptotisch die Temperatur von 5C0°C erreicht, ein Unterschied in der Wärmeleitfähigkeit zwischen Daraus ergibt sich, daß bei Austenitausgleichungs-Martensit und Austenit. Wenn also ein Körper der zeiten, die 2 Stunden übersteigen, die Ausgleichungsobigen Zusammensetzung von 955° C ausgehend in temperatur nicht unter 5C0^cC fallen soll, öl abgeschreckt wird, wie es bisher durchgeführt 55 Allgemein gesagt befindet sich die Austenitausgleiwurde, so bildet sich sofort eine äußere Martensit- chungstemperatur unter 650⁰C, insbesondere zwischen schicht, welche die Geschwindigkeit, mit der die 5CO und 565°C und noch vorteilhafter zwischen 500 Wärme aus dem Körperinneren durch die Martensit- und 522°C. Eine Temperatur von 511°C ± 11°C ist grenzschicht und von dort in das ölbad abgezogen technisch gut wirksam.. Unter der Austenitausgleiwird, ungünstig beeinflußt. Da die Wärme besonders 60 churgstemperatur wird die Temperatur verstanden, bei größeren Gegenständen länger im abzuschrecken- bei welcher der Austenit ncch existiert, den Körper zurückgehalten wird, kann der Martensit, _p _ . " der sich anfänglich gebildet hat, durch den Wärmefluß ratentansprucne. aus . dem Inneren angelassen werden. Bei großen 1. Verfahren zur Herstellung eines hitzebestän-Stücken sind der Betrag des Anlassens und die sich 65 digen Karbidwerkzeugstahles, der 30 bis 60 Vodaraus ergebende Abnahme der Härte im allgemeinen lumprozent primäre Karbidkörner auf der Basis unerwünscht. Außerdem wird dadurch, daß die Wärme von Titankarbid in einer Stahlmatrix verteilt entlänger im Körper verbleibt, die volle Härte im Inneren hält, die aus 0,3 bis 0,8 Gewichtsprozent Kohlen-

   stoff, 2 bis 5 Gewichtsprozent Chrom, 1 bis 5 Gewichtsprozent Molybdän und Eisen mit herstellungsbedingten Verunreinigungen als Rest besteht, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

   a) Pulvermetallurgische Herstellung eines Sinterkörpers dieser Zusammensetzung;

   b) Wärmebehandeln des Sinterkörpers;

   c) Bearbeiten des Sinterkörpers auf die gewünschte Abmessung;

   d) Erhitzen des Sinterkörpers auf eine Austenitisierungstemperatur oberhalb 870⁰C bis zur vollständigen Austenitisierung;

   e) Abkühlen des Austenitteiles auf eine Austenit-

   Ausgleichstemperatur zwischen 500 und 565°C und Halten auf dieser Temperatur, bis der Teil durch und durch eine gleichmäßige Temperatur aufweist;

   f) Abschrecken auf Raumtemperatur.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschrecken in öl vorgenommen wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Austenit-Ausgleichstemperatur auf 500 bis 522° C eingestellt wird.
4. 4. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 auf eine Stahlmatrix aus 0,5% Kohlenstoff, 3% Chrom, 3% Molybdän, Rest Eisen mit herstellungsbedingten Verunreinigungen.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen