DE2000257B1

DE2000257B1 - Gesinterte stahlgebundene karbidhartlegierung

Info

Publication number: DE2000257B1
Application number: DE19702000257
Authority: DE
Inventors: Fritz Frehn
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Current assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Priority date: 1970-01-05
Filing date: 1970-01-05
Publication date: 1971-04-01
Also published as: DE2000257C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine gesinterte stahlgebundene Karbidhartlegierung.
Gesinterte stahlgebundene Karbidhartlegierungen sind in einer Vielzahl von Zusammensetzungen bekannt. Sie bestehen im wesentlichen aus etwa 10 bis 70 Gewichtsprozent eines Metallkarbids oder eines Mischkarbids und 30 bis 90 Gewichtsprozent einer Stahllegierung. Die Stahlgrundmasse kann in bekannter Weise aus einem ferritischen, austenitischen oder martensitischen unlegierten oder legierten Stahl bestehen. Die Stahlgrundmasse verleiht diesen Karbidhartlegierungen gegenüber bekannten Hartmetallen den Vorteil, daß sie nach der Sinterung und anschließenden spanenden Bearbeitung härtbar sind. Demgegenüber haben die bekannten Hartmetalle nach der Sinterung bereits ihre Endhärte, die, um noch eine spangebende Bearbeitung zuzulassen, verhältnismäßig niedrig sein muß. Dieser Beschränkung unterliegen die Karbidhartlegierungen mit Stahlmatrix nicht, weil sie im Anschluß an die spanende Bearbeitung auf ihre Endhärte gebracht werden können.
Je nach dem beabsichtigten Zweck enthalten die Karbidhartlegierungen mehr oder weniger Karbidanteil und eine dem gewünschten Zweck angepaßte Stahlmatrix.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Ermittlung eines geeigneten Werkstoffs mit hoher Verschleißfestigkeit und Warmhärte, wie er z. B. für Einsätze in Werkzeugen für die spanlose Formgebung, insbesondere Warmverformung, benötigt wird. Werkzeugstähle, also Kalt- und Warmarbeitsstähle, besitzen häufig keine genügende Warmhärte und Verschleißfestigkeit, worunter die Standzeit der aus ihnen hergestellten Teile leidet.
Für den vorgenannten Zweck wird gemäß der Erfindung eine gesinterte stahlgebundene Karbidhartlegierung vorgeschlagen, die aus 15 bis 55 Gewichtsprozent eines Karbids der Metalle Chrom, Molybdän, Wolfram, Tantal, Niob, Zirkon, vorzugsweise Titan, oder Mischkarbide dieser Metalle und 45 bis 85 Gewichtsprozent eines Stahls mit 0,25 bis 0,9 0!o Kohlenstoff 0 bis 3,00/,Mangan, 0 bis 1,00/, Silizium, 0,3 bis 3,001,Kupfer, 0,1 bis 1,0°/o Vanadin, 6,0 bis 17,5 0/, Chrom, 0 bis 6,0 01o Kobalt, 2,0 bis 5,00/,Molybdän, 0,1 bis 0,5°/0 Niob, 0,001 bis 0,01 01o Bor, 0 bis 0,8°/o Nickel, Rest Eisen besteht.
Aus diesem Bereich wird bevorzugt eine Karbidhartlegierung mit 32 bis 35 Gewichtsprozent Titankarbid und 65 bis 68 Gewichtsprozent eines Stahles mit 0,4 bis 0,60/,Kohlenstoff, 8,0 bis 12,0°/o Chrom, 2,5 bis 4,00/,Molybdän, 0,3 bis 0,8 0!o Kupfer, 0,001 bis 0,01 01o Bor, 0,1 bis 0,3 01o Vanadin, 0,1 bis 0,3 01o Niob, Rest Eisen.
Eine Karbidhartlegierung in der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Zusammensetzung erfüllt die gestellten Anforderungen hinsichtlich einer hohen Verschleißfestigkeit und Härte. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Karbidhartlegierung erweist sich daher insbesondere vorteilhaft als Werkstoff zur Herstellung von Einsätzen in Warmverformungswerkzeugen. Die Einsätze werden bei der für Warmarbeitsstähle höchstzulässigen Temperatur von etwa 650"C in einen Stahlmantel eingeschrumpft. Dies muß ohne wesentlichen Härteabfall erfolgen. Gleichzeitig muß der Einsatz unter einer bestimmten Vorspannung in das Arbeitswerkzeug eingesetzt werden. Das bedingt, daß der Werkstoff für den Werkzeugeinsatz die verhältnismäßig hohe Vorspannung aushalten muß und während der Arbeit den wechselnden Druck- und Zugbelastungen ohne Bruch wiederstehen muß. Auch diese Forderungen werden durch die erfindungsgemäße Karbidhartlegierung erfüllt.
Im folgenden werden Beispiele für spezielle Zusammensetzungen aus dem erfindungsgemäß beanspruchten Bereich für eine Karbidhartlegierung und deren Eigenschaften angegeben.
Beispiel 1 Der Werkzeugeinsatz bestand aus einer gesinterten Karbidhartlegierung mit 34,5 0in Titankarbid und Rest Stahlgrundmasse mit 0,55 0Io Kohlenstoff, 0,5 0in Kupfer, 0,1 °/o Vanadin, 0,1 °/o Niob, 10,0 0/o Chrom, 3,0 0in Molybdän, 0,01 0Io Bor, Rest Eisen.
Das spezifische Gewicht dieser Legierung betrug 6,45 bis 6,5 g/cm3, die Druckfestigkeit 350 bis 400kp/mm2, der Elastizitätsmodul 30 500 kp/mm2, und die Wärmedehnung bei 20 bis 650"C wurde zu 8,0 bis 10,0. 10-6 m/m. 0C und der spezifische elektrische Widerstand bei 200 C zu 0,69 Ohm mm2/m bestimmt.
Die Härtung dieser Legierung erfolgte durch Abschrecken von 1050 bis 1100°C in Öl auf eine Härte von 68 bis 70 Rockwell C. Nach einem lstündigen Anlassen bei 5400 C erreichte die maximale Härte 70 bis 72 Rockwell C.
Beispiel 2 Werkzeugeinsatz aus einer gesinterten Karbidhartlegierung mit 33 Gewichtsprozent Titankarbid, Rest Stahlgrundmasse mit folgender Zusammensetzung: 0,6 0in Kohlenstoff, 0,5 0/o Kupfer, 16,5 0/o Chrom, 1,2% Molybdän, 0,5% Nickel Nickel, 0,01 01, Bor, Rest Eisen.
Das spezifische Gewicht dieser Legierung betrug 6,4 g/cm3, die Druckfestigkeit 380 kg/mm2, der Elastizitätsmodul 30 000 kg/mm2, und die Wärmedehnung bei 20 bis 400°C wurde zu 9,4 bis 9,7 10-6 m/m 0C und der spezifische elektrische Widerstand bei 20"C zu 0,77 Ohm mm2/m bestimmt.
Nach der Härtung durch Abschrecken von 1090"C in einem Warmbad von 510"C erreicht die Legierung eine Härte von 68/69 HRC, die nach dem Anlassen 2 Stunden bei 540"C noch bei 66 bis 68 HRC liegt.
Nach 50stündigem Einsatz bei 500 C besitzt diese Legierung noch eine Härte von 66 HRC.
Bei Verwendung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Karbidhartlegierung für Werkzeugeinsätze können diese beim Einschrumpfen in Stahlringe bis 650"C eine hohe Vorspannung bekommen, ohne ihre Härte zu verlieren. Da auch die Druckfestigkeit der erfindungsgemäßen Karbidhartlegierung bei 350 bis 400 kp/mm2 liegt, können Vorspannungen bis zu 0,8 0/o des Ausgangsmaßes angelegt werden.
Daneben weist die Karbidhartlegierung gemäß der Erfindung eine hohe Verschleißfestigkeit auch bei höherer Temperatur auf und ist im geglühten Zustand bearbeitbar und anschließend auf eine hohe Härte härtbar. Diese Eigenschaften machen die erfindungsgemäß vorgeschlagene Karbidhartlegierung für den beanspruchten Verwendungszweck, nämlich als Werkstoff für Einsätze von Werkzeugen für die spanlose Formgebung, insbesondere Warmverformung, geeignet. Anwendungsbeispiele sind Matrizen zum Schrauben- und Mutternpressen, Halbwarm- (bis 580"C) und Warmpreßmatrizen (bis 1100"C) für Stahl, Aluminium, Kupfer, Buntmetalle usw. sowie Werkzeuge und Verschleißteile, die bis zu hohen Temperaturen eine hohe Härte behalten müssen.

Claims

Patentansprüche:

1. Gesinterte stahlgebundene Karbidhartlegierung, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 15 bis 55 Gewichtsprozent eines Karbids der Metalle Chrom, Molybdän, Wolfram, Tantal, Niob, Zirkon, vorzugsweise Titan, oder Mischkarbide dieser Metalle und 45 bis 85 Gewichtsprozent eines Stahls mit 0,25 bis 0,90/,Kohlenstoff, 0 bis 3,00/,Mangan, 0 bis 1,00/o Silizium, 0,3 bis 3,00/,Kupfer, 0,1 bis 1,00/o Vanadin, 6,0 bis 17,5 0/o Chrom, 0 bis 6,0 0!o Kobalt, 2,0 bis 5,00/,Molybdän, 0,1 bis 0,50/o Niob, 0,001 bis 0,01 0/o Bor, 0 bis 0,80/,Nickel, Rest Eisen besteht.

2. Karbidhartlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 32 bis 35 Gewichtsprozent Titankarbid und 65 bis 68 Gewichtsprozent eines Stahls mit 0,4 bis 0,60% Kohlenstoff, 8,0 bis 12,0°/o Chrom, 2,5 bis 4,0% Molybdän, 0,3 bis 0,8% Kupfer, 0,001 bis 0,01 0/o Bor, 0,1 bis 0,3% Vanadin, 0,1 bis 0,3 0/o Niob, Rest Eisen besteht.

3. Karbidhartlegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 33 Gewichtsprozent Titankarbid und 67 Gewichtsprozent Stahl mit 0,6 0/o Kohlenstoff, 0,5 0/o Kupfer, 16,5°/o Chrom, 1,2 0/o Molybdän, 0,5 0/o Nickel, 0,01 0/o Bor, Rest Eisen besteht.

4. Verwendung einer Karbidhartlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 als Werkstoff zur Herstellung von Einsätzen von Werkzeugen für die spanlose Formgebung, insbesondere Warmformgebung.