DE1956849A1

DE1956849A1 - Verfahren zur Herstellung von Werkstoffen von hoechster Verschleissfestigkeit und guten Zaehigkeitseigenschaften

Info

Publication number: DE1956849A1
Application number: DE19691956849
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr Holzgruber; Ludwig Dipl-Ing Schwarz; Erich Dipl-Ing Staska
Original assignee: Gebrueder Boehler and Co AG
Current assignee: Gebrueder Boehler and Co AG
Priority date: 1969-10-31
Filing date: 1969-11-12
Publication date: 1971-07-22
Also published as: CH564088A5; AT318679B; GB1292521A; CS149933B2; SE369425B; DE1956849B2; FR2066574A5; ZA707057B

Description

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Gebr. Böhler & Co· Aktiengesellschaft, Wien

Verfahren zur Herstellung von Werkstoffen von höchster Terschleißfestigkeit und guten Zähigkeitseigenschaften

Werkzeuge und Bauteile, die im Betrieb einem erhöhten Verschleiß unterworfen sind, werden in üblicher Weise aus Kohlenstoff-Eisen- und Kohlenstoff-Chrom-Iegierungen hergestellt. Diesen Legierungen sind ib den meisten Fällen, um ihre physikalischen Eigenschaften zu verbessern, noch die Elemente Nickel, Molybdän, Wolfram, Vanadin, Silizium, Titan, Tantal und Niob in der Größenordnung bis zu 5 i° zulegiert· Die Hauptträger der Verschleißfestigkeit dieser Werkstoffe sind in jedem Fall die Elemente Kohlenstoff und Chrom in? der Größenordnung von 2 bis 4 $> Kohlenstoff und 12 bis 18 <f> Chrom, Durch diese metallurgischen Maßnahmen wird ohne Zweifel eine extrem hohe Verschleißfestigkeit erzielt, die aber erhebliche Einbußen der Zähigkeitseigenschaften bedingt. Besonders bewährten sich diese Werkstoffe unter Einsatzbedingungen, bei denen abrasiver Verschleiß vorlag, versagten jedoch vollständig, wenn eine zusätzliche Zähigkeitsbeanspruchung auftrat. Eine Steigerung der Zähigkeitswerte wiederum bewirkte eine Minderung der Verschleißfestigkeit,

Durch das Elektroschlackenumschmelzverfahren wurde es möglich, der Forderung der Aufbereitungs- und Zerkleinerungstechnik, insbesondere der keramischen Industrie, gerecht zu werden, einen zähen und verschleißfesten Stahl zu schaffen.

Bisher wurden diese Werkstoffe höchster Verschleißfestigkeit vorzugsweise im Gußverfahren hergestellt und konnten nur durch Schleifen zeitraubend und kostspielig bearbeitet werden. Darüber hinaue war, bedingt durch das Gußverfahren und die chemieohe Zusammensetzung, die Zähigkeit dieser Werkstoffe derart unbefriedigend, daß sie nicht durch Verschleiß, sondern duroh vorzeitigen Bruch ausfielen,

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Als Kriterium für die ungenügende Zähigkeit dieser Werkstoffe ist die metallurgisch bedingte Kristallisation aus dem Gußzustand anzusehen. Im Gußzustand kristallisieren diese Werkstoffe entsprechend dem chemisch bedingten Erstarrungsmechanismus vorwiegend als Ledeburiteutektikum, das auf Grund der gegebenen Abkühlungsbedingungen netzwerkartig und grobkörnig über den ganzen Querschnitt angeordnet ist. Versuche, das grobe Ledeburitnetzwerk durch Warmverformung zu zerstören, scheiterten an der mangelnden Warmverformbarkeit dieser Werkstoffe.

Umfangreiche Versuche ergaben, daß es mittels des Elektroschlackenumsehmelzverfahrens möglich war, die Primärkristallisation dieser an sich nur als schwer verformbar bekannten Werkstoffe so zu beeinflussen, daß es möglich war, so erschmolzene Blöcke warm zu verformen und damit eine Zähigkeitsverbesserung dieser Werkstoffe zu erzielen. Es wurden für diesen Zweck vier charakteristische Legierungen im ESU-Verfahren hergestellt, warm verformt und fertiggestellt. Anschließend wurden von jeder Legierung Probenstücke entnommen und hinsichtlich ihres Verschleiß- und Zähigkeitsverhaltens erprobt· Nachstehend angeführte Tabelle gibt die chemische Zusammensetzung der erprobten Legierungen wieder.

Tabelle I

W V Ni Nb

- 3.0 - - $ 2.0 - 2.0 0.2 #

Herstellungsverfahren für A:

Ein im ESU-Verfahren hergestellter Block, 0 450 mm, wurde warm bei etwa 500⁰C in den Schmiedeofen eingelegt und langsam auf 110O⁰C erwärmt und bis zur vollständigen Durchwärmung bei dieser Temperatur gehalten. Sodann erfolgte im Schmiedeaggregat eine 2.5-fache Warmverformung auf eine Hundabmessung von 285 mm. Nach einer Wiedererwärmung auf 1100⁰C wurde dieser Block auf 160 mm 0 ausgesohmiedet. Diesen Rundstab wurden nach dem Weichglühen bei 850⁰C mit Ofenabkühlung Proben entnommen.

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Leg.	C	Si	Mn	Cr	1	Mo
A	2.6	0.7	0.3	13	1	.0
B	2.7	0.9	0.3	12		.0
C	3.4	0.9	1.0	26		-
D	3.5	0.3	0.3	12

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Herstellungsverfahren für B:

Ein im ESU-Verfahren hergestellter Flachblock mit den Abmessungen 150 χ 450 mn wurde warm bei 500⁰C in den Stoßofen gelegt und nach Erwärmung auf etwa HOO⁰O einer 2-fachen Verformung durch Walzen unterworfen, wobei eine Flachabmessung von 75 χ 550 mm erzielt wurde. Wiedererwärmt auf 1140⁰C wurde diese Platine auf eine Blechstärke von 25 mm ausgewalzt. Nach dem Weichglühen bei 920⁰C und Ofenabkühlung wurden die Proben entnommen.

Herstellungsverfahren für C:

Ein im ESU-Verfahren hergestellter Block 0 220 mm wurde warm in den Schmiedeofen gelegt und nach Erwärmen auf 1.050⁰C mit entsprechender Haltezeit durch Schmieden einer 1.5-fachen Warmverformung unterworfen. Die so erhaltene Rundabmessung von 180 mm wurde auf 105O⁰C wiedererwärmt und auf φ 40 mm ausgeschmiedet. Das Weichglühen erfolgte hier bei SOO⁰C mit Ofenabkühlung und anschließender Probennahme.

Herstellungsverfahren für D:

Ein im ESU-Verfahren hergestellter Block mit den Abmessungen 0 150 mm wurde warm in den Schmiedeofen gelegt und nach Erwärmung auf 1020⁰C einer 2.5-fachen Warmverformung durch Schmieden auf φ 100 mm unterzogen. Nach Wiedererwärmung auf 1020⁰C wurde eine Flachabmessung 100 χ 20 mm ausgeschmiedet. Nach dem Weichglühen bei 800⁰C wurden Proben entnommen.

Die von den einzelnen Legierungen gewonnenen Proben wurden auf ihre Glühfestigkeit, Verschleißfaktor, statische Bruchbiegefestigkeit und die statische Biegearbeit untersucht ·

Vergleichsweise wurden diesen Legierungen ein für Verschleißzwecke üblicher Stahl mit 2 $> C und 12 # Cr (X210Cr12) und eine Gußlegierung, bestehend aus 2.7 9SC und 12 # Cr (X 270 Cr 12) gegenübergestellt.

Ί In der nachstehenden Tabelle werden die erfindungsgemäß hergestellten Legierungen A, B, C und D mit dem Vergleichsstahl und der Vergleichsgußlegierung hinsichtlich ihrer charakteristischen Werte verglichen. Nach Ermittlung

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keit in kg/mm	faktor	festigkeil _B kp/cm	t biegung f in mm
A 75-85	0.25	230	1.9
B 85-95	0.20	210	1.6
C 100-110	0.16	140	1.7
D 100 - 110	0.13	120	1.5
Vergleichs stahl X 210 Cr 12 70 - 80	0.32	280	2.4
Vergleichsguß- legierung X270Cr1 95 - 105	2 0.26	90	0.6

der Glühfestigkeiten wurden die Proben bei einer Temperatur von 1050 bis 110O⁰C mit Luftabkühlung gehärtet und bei 200⁰C und Luftabkühlung angelassen.

Tabelle II

Leg. Glühfestig- Verschleiß- Bruchbiege max.Durch- stat.Biege-

- ■ " " arbeit in

kpmm/mm

17 13 9.3 8.0

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1.6

Angaben für die Bestimmung der Zähigkeit, wie sie beispielsweise bei Vergütungsstählen üblich sind, nämlich die Kerbschlagzähigkeit _f Brucheinschnürung und Bruchdehnung sind hier nicht anwendbar. Aus diesem Grund wurde für die Bewertung der Zähigkeit Sie statische Biegearbeit zum Vergleich herangezogen· Die Biegearbeit stellt die bis zum Bruch der Probe aufgenommene Verformungsenergie dar. Die physikalischen Dimensionswerte für die statische Biegearbeit werden in kp/mm angegeben und kommen auf Grund dieser Dimensionsangaben in ihrer Aussage den Kerbschlagzähigkeitswerten am nächsten.

Ohne Zweifel ist der Vergleichsstahl X 210 Cr 12 als am zähesten zu bezeichnen. Die Vergleichsgußlegierung weist die geringste Zähigkeit auf. Diese Legierung ist bereits so stoßempfindlich, daß schon bei der Herstellung der Proben einige Stüoke durch Sprödbruch ausfielen.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Proben zeigten überraschenderweise durch ihre Biegearbeitswerte eine vielfache Zähigkeitazunähme gegenüber der Gußlegierung, wobei naturgemäß die Zähigkeit des Vergleiohsstahles X 210 Cr 12 nicht erreicht wurde. Andererseits liegen die Verschleißwerte, ausgedrückt durch die Verschleißfaktoren, wesentlich besser im Vergleich zum relativ sehr zähen Vergleiohsstahl

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X 210 Cr 12. Die LegierungiUtakann mit dem Verschleißfaktor 0.25 und dem Biegewert 17 schlechthin als optimal bezeichnet werden. Is liegen hier Werte von fast gleich guter Zähigkeit wie der Vergleichsstahl X 210 Cr 12 bei relativ gutem Verschleißfaktor 0.26 der Vergleichsgußlegierung X 270 Cr 12 vor. Die Legierung B weist eine noch bessere Verschleißfestigkeit auf, die jedoch bereits mit einer Zähigkeit, d.h. mit einem Biegewert von 13, verbunden ist. Am verschleißfestesten sind die Legierungen C und D mit Verschleißfaktoren von 0.16 bis 0.13 zu bezeichnen. Hier liegt Jedoch die Zähigkeit, ausgedrückt durch die Biegearbeitswerte, bei 9.3 bis 8.0.

Bei der Herstellung der Proben und den damit verbundenen spanabhebenden Arbeiten konnte festgestellt werden, daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Legierungen in Abhängigkeit ihres Verschleißfaktera gut bearbeitbar waren im Gegensatz zur Vergleichsgußlegierung, die nur durch Schleifen bearbeitet werden konnte. Ergebnisse von nachträglich durchgeführten Z erspanungsversuchen lagen analog den in der Tabelle II angegebenen Verschleißfaktoren.

Die Erfindung bezieht sich somit auf ein Verfahren zur Herstellung von Walz-, Schmiede- und Strangpreßerzeugnissen für die Verarbeitung zu Werkzeugen und Verschleißteilen mit hohem Verschleißwiderstand bei guten Zähigkeitseigenscahften und ausreichend guter Zerspanbarkeit im weichgeglühten Zustand. Pur diesen Verwendungszweck werden vorteilhaft Stähle mit 2.5-4 $> Kohlenstoff, 8-30 # Chrom, bis zu 10 $> Nickel, bis zu 10 $> Wolfram, bis zu 5 ^ Molybdän und/oder Vanadin und Zusätzen von Mangan, Silizium, Titan, Tantal, Niob, einzeln oder zu mehreren, bis zu 3 #» Rest Eisen mit herstellungsbedingten Verunreinugungen verwendet. Die mittels dem Elektrosohlackenumschmelzverfahren hergestellten Rohblöcke werden einer mindestens 1.5-fachen, vorzugsweise einer 2- bis 3-fachen Warmverformung in einer Hitze unterzogen und anechließend das so erhaltene Vormaterial in üblicher Weise auf die gewünschte Endabmessung weiter verarbeitet. Die nach dem erfin-Q dungsgemäßen Verfahren hergestellten Stähle eignen sich vorzugs- ^ω weise für Formplatten beim Fressen der Steine aus feuerfestem Ma-

ω terial, Auekleidungeteile von Zerkleinerungsmaschinen, Mahlkörper

x, für Mühlen, verschleißfeste Rutschen und Führungen in der Aufbereitungetechnik, hochverschleißfeste Schermesser zum Zerkleinern von unsortiertem Schrott sowie Werkzeuge aller A rasiven Verechleißbeanspruchung ausgesetzt sind·

*** von unsortiertem Schrott sowie Werkzeuge aller Art, die einer ab-

Claims

K 1397 Pat β-η tan s-p rücke 1 9 5 6 8 4 Φ

1. Verf ahren zur Herstellung von Walz-, Schmiede- und Strangpreßersseugnissen für die Verarbeitung zu Werkzeugen und Verschleißteilen mit hoher Verschleißfestigkeit !sei guten Zähig-r keitseigensehaften und ausreichend guter Zerspanbarkeit im weichgeglühten Zustand, dadurch gekennzeichnet, daß ein nach dem Elektroschlackenumschmelzverfahren hergestellter Block mit 2»5 4 $> Kohlenstoff, 8 - 30 56 Chrom,, bis zu 10 fC iiiekel, Ms zu 10 $> Wolfram, bis zu 5 # Molybdän und/oder Vanadin, einzeln oder zu mehreren bis zu 3 £ Mangan, Silizium, Titan, Tantal, Miob, Rast Eisen mit herstellungsbedingten Verunreinigungen zunächst einer mindestens 1.5-fachen, vorzugsweise aber einer 2- bis 3-fachen Warmverformung in einer Hitze unterzogen und daß anschließend das ^ so erhaltene Vormaterial in üblicher Weise auf die gewünschte Endabmessung weiterverarbeitet wird·

2· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein nach dem ESU-Verfahren hergestellter Block mit 2.8 - 3.5 fi Kohlenstoff, 0.3 - 1 £ Silizium, 0.3 - 1 H Mangan und 11 - 15 $> Chrom einer 2- bis 2.5-fachen Warmverformung in einer Hitze unterzogen und daß anschließend das so erhaltene Vormaterial in üblicher Weise auf die gewünschte Endabmessung weiter verarbeitet wird.

3· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der nach dem ESU-Verfahren hergestellte Block zusätzlich einzeln oder zu mehreren 1 - 2 5C Molybdän, 2.5 - 4 ?C Vanadin, ο·5 - 5 j6 Ii ickel, und je 0.2 - 1 56 Niob, Titan oder Tantal enthält.

Gebr. Böhler&C o. Aktiengesellschaft Patentbüro

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