DE2063846B2 - Verfahren zum Herstellen von Fonnkörpern aus Schnellarbeitsstahl - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von Fonnkörpern aus Schnellarbeitsstahl

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Formkörpern aus Schnellarbeitsstahl, bei dem ein WC, Co und Fe enthaltendes Ausgangsgemisch verpreßt, der Preßkörper gesintert und schließlich zur Überführung der Co-Fe-Matrix in Martensit gehärtet wird.
Formkörper aus Schnellarbeitsstahl wurden bisher hauptsächlich aus gegossenem und anschließend zur Verfeinerung des Gefüges warmbearbeiteten, beispielsweise gewalztem oder geschmiedetem Ausgangsmaterial hergestellt. Diese Herstellungsweise ist verhältnismäßigaufwendig.
Es wurde auch bereits versucht, Formkörper aus Schnellarbeitsstahl auf pulvermetallurgischem Wege herzustellen. Dabei ergaben sich jedoch Formkörper, die eine durchgehende Karbidphase aufwiesen und daher außerordentlich spröde waren.
Aus der FR-PS I5 4J 214 ist bereits ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei dem normalerweise ein aus Woframkarbid, Eisen und Kohlenstoff bestehendes Ausgangsgemisch verwendet wird. Dabei kann ein Teil des Eisens durch Nickel allein oder durch Nickel und Kobalt ersetzt werden. Im letzteren Fall erzielt man einen besonderen Härteeffekt, wenn die Matrix aus 80% Eisen, zwischen IO und 18% Nickel und zwischen 2 und 10% Kobalt besteht. Beim Ansieigen des Kobaltgehaltes auf über 10% nimmt die Härte wieder ab.
Der Erfindung liegt die Ausgabe zugrunde, ein möglichst einfaches Verfahren zum Herstellen von Formkörpern aus Schnellarbeitsstahl zu schaffen, die sich gut zur Zerspanung von Metallen eignen und sich dabei im Vergleich zu bekannten Schncllarbeitsstählen durch besonders gute Standzeit auszeichnen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, das crfindungsgemäD dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Ausgangsgemisch verwendet wird, das aus 15 bis 75% WC, Rest Co und Fe mit einem Gewichtsverhältnis von Co: Fe im Bereich /wischen 0,65 und 2.0 besteht, und der aus dem Ausgangsgemisch gebildete Preßkörper bei einer Temperatur im Bereich von 1200—14000C, bei der die Fe-Co-Matrix sich teilweise verflüssigt, vollkommen dicht gesintert w;rd.
Ein nach dem Verfahren der Erfindung hergestellter Formkörper enthält ein feines Gefüge aus Karbidteilchen, die in einer martensitischen Ferritmatrix eingelagert sind. Die Karbidteilchen bestehen dabei im wesentlichen vollständig aus Karbiden vom MC-Typ. Bei den in herkömmlicher Weise hergestellten Formkörpern aus Schnellarbeitsstahl bilden die Karbidteilchen ein sprödes Gitternetzwerk und bestehen hauptsächlich aus Karbiden vom MeC- und MuCe-Typ. Die
ίο nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Formkörper aus Schnellarbeitsstahl zeichnen sich aufgrund des andersartigen Gefüges durch besonders gute Standzeit beim Einsatz als Werkzeug zur spanabhebenden Metallbearbeitung aus.
is Die nach dem Verfahren der Erfindung hergestellten Formkörper können gegebenenfalls auch noch warmausgelagert werden, um eine Ausscheulungshärtung herbeizuführen. Diese Formkörper zeichnen sich durch eine besonders gute Warmhärte aus.
Das Sintern des aus dem Ausgangsgemisch gebildeten Preßkörpers erfolgt bei einer Temperatur, bei der sich die Eisen-Kobalt-Matrix teilweise verflüssigt, der flüssige Anteil jedoch nicht se groß ist, daß der Preßkörper seine Form verliert. Die Sintertemperatur liegt im Bereich von 1200—14000C und wird je nach Zusammensetzung des Ausgangsgemisches so gewählt, daß sich die Eisen-Kobalt-Matrix teilweise verflüssigt und der Preßkörper trotzdem seine Form beibehält. Für einen Preßkörper der beispielsweise aus 20% Eisen, 20% Kobalt, 46,9% Wolfram und 3,1% Kohlenstoff besteht, und der zunächst in Wasserstoff bei 5000C verpreßt und dann in Vakuum gesintert wird, liegt beispielsweise der kritische Sintertemperaturbereich zwischen 1325 und 13550C. Der Sinterkörper wird zum Aushärten einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur unterworf· , bei der die Matrixphase in ein austenitisches uefüge überführt wird, und zwar über einen Zeitraum von einigen Minuten bis einigen Stunden. Die Legierung wird dann rasch abgekühlt,
beispielsweise durch Abschrecken mit öl, um dadurch die austenitische Matrix in Martensit zu verwandeln. Die Legierung kann daraufhin mittels Warmauslagerung bis 6500C weiter gehärtet werden. Die Auslagerung bewirkt eine sehr feine Ausscheidung, die die Warmhärte der Legierung erhöht. Sowohl das Härten als auch das Warmauslagern sind Behandlungsschritte, die den bei Schiiellstählen bekannten ähnlich sind.
Es wurde ferner festgestellt.duB die Hochtemperaturhärte des Fe-Co-WC-WerkzeugsL.hls durch Verwendung kleinerer Zusätze von Molybdän, Vanadium und Chrom, beispielsweise Mengen unter 10% der Matrix, weiter gesteigert werden kann. Wenn diese Zusätze richtig gemacht werden, werden das Grundgefüge und das Warmbehandlungsergebnis nicht geändert, jedoch eine bedeutende Härtesteigerung bei allen Temperaturen bis wenigstens 7040C erzielt.
Die folgenden Beispiele dienen zur Veranschaulichung des Erfindungsvorschlags, wobei alle Prozentsätze auf das Gewicht bezogen sind.
Beispiel I
Ein Fe-Co-WC-Werkzeugstahl mit der Zusammensetzung 20% Fe, 30% Co, 47% W, 3% C, wurde dadurch hergestellt, daß feine Pulver aus Fe, Co und WC 24 Siunden lang in einer einen Durchmesser von 10,16 cm aufweisenden Kugelmühle gemahlen wurden, wobei Aceton als Mahlflüssigkeit verwendet wurde. Dann wurden t% Paraffin als Schmiermittel zugesetzt
und unter einem Druck von 2,1 MN/m2 wurden Preßkörper hergestellt Die Preßkörper wurden daraufhin bei 500° C in einer Wasserstoffatmosphäre vorgesiniert, um das Paraffin zu entfernen, und 10 Min. lang bei 1340° C in einem Vakuumofen gesintert, währenddessen s nur eine Teilverflüssigung des Bindemittels erfolgte. Der Sinterkörper war vollkommen dicht, eine Tatsache, die durch vollständiges Fehlen von Poren in dem Feingefüge erkenntlich wurde, das aus feinen diskreten WC-Teilchen bestand, die in der Ferro-Matrix eingebettet waren. Der Sinterkörper wurde daraufhin 20 Min. lang bei 12000C wärmebehandelt, mit öl abgeschreckt und dann zwei Stunden bei 5500C warmausgelagert, wonach eine Abkühlung auf Raumtemperatur erfolgte, und sich ein weiteres zweistündiges Warmauslagern bei 5500C anschloß. Nach der Wärmebehandlung betrug die Rockwellhärte 70 und die Zugfestigkeit 3340 N/ mm·*.
Warmhärteversuche zeigten, daß das in der obigen Weise wärmebehandelte Material härter als ein handelsüblicher T-15-Werkzeugstahl war, und zwar bis zu einer Temperatur von 6000C, und geringfügig weicher als derT-15-StahI bei 700° C. DerT-15-Stahl ist ein teuerer Werkzeugschnellstahl, der im allgemeinen als Stahl angesehen wird, der in der Werkzeugstahlklasse die besten metallspanenden Eigenschaften aufweist. Die einseitige Zerspannung von 1045-Stahl zeigte, daß die hier beschriebene Legierung in bezug auf Verschleißwiderstand nahezu mit dem T-15-Stahl vergleichbar ist und auch im wesentlichen die gleiche Leistungsfähigkeit zeigt, d, h, die Abnahme der Lebensdauer des Werkzeugs entsprach mehr derjenigen eines Werkzeugstahls als eines einsatzgehärteten Karbids. Die Leistungsfähigkeit konnte also als für einen Werkzeugschnellstahl sehr gut angesehen werden, der mit Hilfe der verhältnismäßig einfachen und pre'swerten pulvermetallurgischen Technik hergestellt wurde.
Beispiel Il
Eine Legierungszusammensetzung eines Fe-Ce-WC-Werkzeugstahls wurde durch Zusetzen von Mo und Cr so geändert, daß die folgende Zusammensetzung erhalten wurde: 233% Fe, 233% Co, 47% W, 1.5% Mo, 1,5% Cr, 3,4%C. Diese Zusammensetzung wurde auf pulvermetallurgischem Wege und durch das im Beispiel I angewendete Wärmebehandlungsverfahren hergestellt. Die Rockwellhärte nach der Warmbehandlung betrug 74 und die Zugfestigkeit 1790 N/mm'. Die Warmhärte dieser Zusammensetzung war derjenigen des handelsüblichen T-15-Stahls bei allen Temperaturen bis zu 7040C überlegen. Wenn der hier beschriebene Stahl zur Bearbeitung von 1045-Stahl wie im obigen Beispiel I verwendet wurden ergab sich eine Werkzeugstandzeit, die derjenigen des T-15-Werkzeugstahls entsprach.

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen von Formkörpern aus Schnellarbeitsstahl, bei dem ein WC, Co und Fe enthaltendes Ausgangsgemisch verpreßt, der Preßkörper gesintert und schließlich zur Überführung der Co-Fe-Matrix in Martensit gehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgangsgemisch verwendet wird, das aus 15 bis 75% WC, Rest Co und Fe mit einem Gewichtsverhältnis von Co : Fe im Bereich zwischen 0,65 und 2,0 besteht, und der aus dem Ausgangsgemisch gebildete Preßkörper bei einer Temperatur im Bereich von 12OO-I4OO°C, bei der die Fe-Co-Matrix sich teilweise verflüssigt, vollkommen dicht gesindert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gesinterte und gehärtete Preßkörper zur Erzielung einer Ausscheidungshärtung warmausgelagert wird.
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