DE2016561B2

DE2016561B2 - Automatenstahl

Info

Publication number: DE2016561B2
Application number: DE19702016561
Authority: DE
Inventors: Miyashita Kawasaki Katsu hiko Nishikawa Yokohama Kanagewa Toshio Sata Hoya Tokio Yoshio, (Japan)
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1969-04-07
Filing date: 1970-04-07
Publication date: 1971-01-07
Also published as: SE369736B; CA920843A; NL7004992A; US3647425A; AT318683B; JPS516088B1; DE2016561A1; CH516000A

Description

Die Erfindung betrifft einen Automatenstahl und insbesondere einen billigen Ca-Automatenstahl, der geringen Werkzeugverschleiß verursacht und gleichbleibend gute Zerspanbarkeit bei überragenden mechanischen Eigenschaften aufweist.

Es sind Stähle bekannt und in Benutzung, bei denen die Zerspanbarkeit durch Zusätze, wie Pb, S, Te oder Se, verbessert ist. In jüngster Zeit wird für den gleichen Zweck auch Ca zugeführt. Es ist jedoch auch bekannt, daß Stähle mit Zusätzen an Pb, S, Te oder Se teuer sind, wobei gleichzeitig die mechanischen Eigenschaften auf Grund des Zusatzes der genannten Elemente verschlechtert werden. Es wurde weiterhin ermittelt, daß der günstigste Bereich der Arbeitsgeschwindigkeit, in dem die Verbesserung der Zerspanbarkeit zur Auswirkung kommt, relativ schmal ist, während, gleichzeitig die Abnutzung der verwendeten Werkzeuge in dem darüberliegenden Bereich nicht immer als günstig zu bezeichnen ist.

Um diese Nachteile zu vermeiden, wurden Ca-desoxydierte Stähle entwickelt. Diese Ca-desoxydierten Stähle sind hinsichtlich ihrer Herstellungskosten billiger als die obenerwähnten Stähle, und der Bereich der anwendbaren Arbeitsgeschwindigkeit ist verhältnismäßig breit. Es ist jedoch eine Tatsache, daß die Zerspanbarkeitseigenschaft einenbeträchtlichen Streubereich aufweist und die mechanischen Eigenschaften, wie etwa die Kerbschlagzähigkeit u. dgl., verschlechtert werden. Der Grund dafür ist in folgendem zu suchen: Im allgemeinen sollte zur Verbesserung der Zerspanbarkeit auf der durch das Werkzeug zu bearbeitenden Fläche eine Überzugsschicht ausgebildet sein. In diesem Fall ist es erforderlich, den höheren SiO₂-Gehalt und den geringeren Al₂O₃-Gehalt als Einschluß eines zusammengesetzten Oxydsystems zu überwachen. Aus diesem Grund sollte der Anteil an gelöstem Al im Stahl gering sein. Bei diesem Verfahren treten vermehrt Einschlüsse im Stahl sowie Blasen, Sprünge, Lunker u. dgl. auf, und die mechanischen Eigenschaften, wie die Kerbschlagzähigkeit u. dgl., werden verschlechtert, da die austenitische Korngröße gröber wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, die erwähnten Nachteile zu beheben. Dabei soll ein Automatenstahl gewonnen werden, durch den eine äußerst geringe Werkzeugabnutzung erreicht wird und der sich gleichbleibend gut zerspanen läßt, wobei gleichzeitig hervorragende mechanische Eigenschaften, insbesondere eine hohe Kerbschlagzähigkeit, angestrebt wird. Vorzugsweise sollen die einer Abnutzung unterhegenden Werkzeugflächen, d. h. die Freifläche, Spanfläche, die Nebenschneide usw., weniger leicht und möglichst gleichmäßig abnutzbar sein.

Der erfindungsgemäße Automatenstahl weist folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent auf: 0,08 bis 0,60 %> C, 0,15 bis 0,60% Si, 0,30 bis 2,00 % Mn, 0,002 % bis 0,02 % Ca, 0,030 bis 0,15 °/o S und 0,005 bis 0,05% gelöstes. Al₃ Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen. Gemäß der Erfindung sind Ca, S und der gelöste Al-Anteil dem Stahl gleichzeitig zugesetzt.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung näher beispielsweise erläutert.

Die einzige Figur veranschaulicht das Verhältnis zwischen dem S-Gehalt und der Tiefe der Abnutzung ίο bzw. Abtragung der Werkzeugfreifläche.

Die erwähnte Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Stahls ist nach, folgenden Gesichtspunkten festgelegt:

Für den C-Gehalt von 0,08 bis 0,60% gilt folgendes: bei einem Gehalt von mehr als 0,60 % C wird die Zähigkeit und Bearbeitbarkeit des Stahl verschlechtert, während sich bei einem C-Gehalt von unter 0,08% keine Wirkung mehr zeigt.

Si und Mn bewirken eine Erhöhung der Streckgrenze sowie der Zugfestigkeit bei geringen Kosten.

Aus diesem Grund werden dem Stahl beträchtliche Anteile an Si und Mn zugefügt. Die Zähigkeit des Stahls jedoch wird bei Gehalten von mehr als 0,60 % Si und mehr als 2,00 % Mn verschlechtert. Weiterhin ergibt

.25 sich bei weniger als 0,15 % Si und weniger als 0,30 % Mn keine Wirkung im obenerwähnten Sinn.

Ein Ca-Gehalt von 0,002 bis 0,02% wirkt einer Werkzeugabnutzung entgegen, da CaO in den Oxydsystem-Einschlüssen und CaS im Sulfidsystem-Einschluß enthalten sind, und außerdem wirkt Ca als Desoxydationszusatz. Ein Gehalt von mehr als 0,02% Ca verschlechtert die Verarbeitbarkeit des Stahls, und weniger als 0,002% Ca ergibt keine der erwähnten Wirkungen.

Der S-Gehalt von 0,030 bis 0,15% wirkt zur Bildung des CaS-MnS-Sulfidsystems, das einer Werkzeugabnutzung entgegenwirkt. Ein Gehalt von mehr als 0,15% S verschlechtert die Verarbeitbarkeit und die mechanischen Eigenschaften des Stahls und kann die Neigung zu Brüchen und Sprüngen beim Abschrecken erhöhen. Ein Gehalt von weniger als 0,030% S hat keinen Einfluß im erwähnten Sinne.

Der Gehalt von 0,005 bis 0,05% gelöstem Al ist zur Desoxydation und zur Ernregulierung der Korngröße im Stahl vorgesehen. Ein Gehalt von mehr als 0,05% gelöstem Al beeinträchtigt die Reinheit des Stahls, und weniger als 0,005% Al in Lösung hat keinerlei Wirkung im erwähnten Sinn.

Die folgende Tabelle I zeigt in einigen Beispielen die chemische Zusammensetzung erfindungsgemäßer Stähle, die mit A, B, C, D, E und F bezeichnet sind und mit anderen Ca-haltigen Stählen guter Zerspanbarkeit verglichen werden, die mit G, H, I und J bezeichnet sind. Die Stähle, bei denen ein oder mehrere Bestandteile mit einem Stern bezeichnet sind,

hegen außerhalb der Erfindung.

Tabelle I

Stähle	C	Si	Elei Mn	nent Ca	S	Al (gelöst)
A	0,46 0,45 0,41 0,44 0,44 0,40	0,26 0,30 0,20 0,27 0,34 0,28	0,76 0,80 0,83 0,74 0,86 0,61	0,0084 0,0105 0,0023 0,0121 0,0070 0,0042	0,032 0,037 0,050 0,058 0,083 0,126	0,012 0,009 0,005 0,013 0,020 0,028
B
C
D
E
F

..O

Tabelle I (Fortsetzung)

Stähle

Si

Element
Mn ' Ca

Al

(gelöst)

0,49
0,39
0,44
0,43

0,32
0,25
0,29
0,35

0,0009*)
0,0010*)
0,0067
0,0120

0,023*)
0,050
0,025*)
0,025*)

0,021
0,010
0,015
0,001*)

Die Tabelle II zeigt die Ergebnisse der unter den folgenden Bedingungen verarbeiteten, obenerwähnten Stähle:

Hartmetallwerkzeug:

Arbeitsgeschwindigkeit (P-20) 150 m/Min.

Schnittiefe:

2 mm Vorschub 0.25 mm/rev.

Bearbeitungszeit 10 Minuten

Tabelle II

30

35 Tabelle II (Fortsetzung)

	Tiefe der	Höhe der
Stähle	Freiflächenabnutzung	Überzugsschicht
	(μ)	(μ)
G	52	0
H	28	0
HH	16	4
J	1	12

	Tiefe der	Höhe der
Stähle	Freiflächenabnutzung	Überzugsschicht
	(μ)	(U)
A	0	0
B	0	19
C	2	0
D	1	11
E	0	0
F	1	0

Die Figur verdeutlicht ebenfalls das Verhältnis zwischen dem S-Gehalt und der Tiefe der Schnittflächenabnutzung. Bei diesen Stählen liegt der Gehalt von C, Si, Mn und Ca innerhalb des Bereichs des erfindungsgemäßen Stahls. Die Bearbeitungsbedingungen sind die gleichen, wie sie bei Tabelle II zugrunde gelegt wurden.

Die mechanischen Eigenschaften des Stahls A und des Stahls J, die in den Tabellen I und II aufgeführt sind, ergeben sich aus der folgenden Tabelle III, wobei eine Wärmebehandlung unter folgenden Bedingun durchgeführt wurde:

Temperatur bei der Wasserabschreckung 850° C

Anlaßtemperatur und Zeit .. 650° C während

1 Stunde

Die Ergebnisse zeigt die folgende Tabelle III.

Tabelle III

	Streckgrenze (kg'mm-)	Zugfestigkeit (kg/mm-)	Dehnung («.'»)	Querschn. Einschnürung (⁰O)	Charpy-Kerbschlag- zähigkeitswert bei Rundkerbe (kgm/cm²)	Austenitische Korngrößenziffer
A J	62,5 58,7	77,1 76,8	29,0 29,5	63,1 55.3	13,5 8,5	8,5 3,5

Der Anteil an gelöstem Al bei obigen Stählen ist in einem Bereich von 0,001 bis 0,030% dispergiert.

Die obigen Tabellen zeigen, daß ein erfindungsgemäß zusammengesetzter Stahl ausgezeichnete Eigenschaften aufweist.

Es wird angenommen, daß die Gründe für diese guten Eigenschaften in der Art und in der Verteilung der Einschlüsse im erfindungsgemäßen Stahl zu suchen sind.

Bei gewöhnlichen Ca-Automatenstählen mit einem geringen Schwefelanteil bestehen die Oxydsystem-Einschlüsse aus SiO₂, CaO und Al₂O₃. Im Bereich geringen Al-Gehalts liegt bei diesen Einschlüssen selbstverständlich keine Sulfidphase vor. Im Gegensatz dazu liegt bei dem erfindungsgemäßen Stahl die aus CaS und MnS bestehende Sulfidphase vor und ist von der Oxydphase umschlossen.

Diese zusammen mit den Oxyden vorliegenden Sulfide wirken den nachteiligen Effekten der Oxyde entgegen. In einem Fall besteht das erwähnte Sulfid aus CaS, und dessen Wirkung bleibt bestehen, selbst wenn der Al₂O₃-Gehalt in der Oxydphase ansteigt. Es gibt jedoch einen günstigsten Bereich für den Gehalt an CaS. Dieser ist selbstverständlich durch die chemische Zusammensetzung des Stahls, wie sie beispielsweise oben aufgeführt ist, bestimmt. Sowohl die gewöhnlichen Ca-Automatenstähle mit geringem Gehalt an S als auch gewöhnliche S-Automatenstähle sind dem erfindungsgemäßen Stahl unterlegen, da der CaS-Gehalt des ersteren zu hoch ist und beim letzteren überhaupt kein CaS-Gehalt vorliegt.

Aus diesem Grund braucht gemäß der Erfindung der Gehalt an gelöstem Al nicht auf einen niedrigen

Bereich beschränkt zu werden, wie dies bei bisher bekanntem Ca-Automatenstahl der Fall ist, und es werden trotzdem ausgezeichnete Zerspanungseigenschaften erzielt. Darüber hinaus weist der erfindungsgemäße Stahl gute mechanische Eigenschaften bei äußerst geringer Werkzeugabnutzung auf, so daß die das Werkstück bearbeitenden Flächen des Werkzeugs geringerem Verschleiß unterliegen.

Claims

Patentanspruch:

Automatenstahl mit einem Gehalt von 0,08 bis 0,60 Gewichtsprozent C, 0,15 bis 0,60 Gewichtsprozent Si, 0,30 bis 2,00 Gewichtsprozent Mn, 0,002 bis 0,02 Gewichtsprozent Ca, 0,030 bis 0,15 Gewichtsprozent S, 0,005 bis 0,05 Gewichtsprozent gelöstes Al, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen