DE2122439A1

DE2122439A1 - Tool steel - free of grain coarsening during austenitising

Info

Publication number: DE2122439A1
Application number: DE19712122439
Authority: DE
Inventors: Gary Pittsburgh Pa. Steven (V.StA.). P
Original assignee: Crucible Inc
Current assignee: Crucible Inc
Priority date: 1971-05-06
Filing date: 1971-05-06
Publication date: 1972-11-30

Abstract

Tool steel having good cutting performance and machinability, has compsn. (by wt.): 1-1.4% C, 4-6% Cr, 1-1.5% V, 7.5-13% W, 3.5-7% Mo, 9-15% Co, 0.03 - 0.08% N, bal. Fe.

Description

Werkzeugstahl Die Erfindung betrifft Werkzeugstähle, Werkzeugstahl preßlinge aus Legierungspulver und ein Verfahren zur Her -stellung von Werkstücken aus Werkzeugstahl. Tool steel The invention relates to tool steels, tool steel Alloy powder compacts and a process for the production of workpieces made of tool steel.

Sämtliche Werkstücke aus Werkzeugstahl für die spanabhebende Bearbeitung sollten eine Eigenschaftskombination aus Bearbeitbarkeit und guter Schneidleistung besitzen. Diese Kombination ist schwierig zu erzielen, da für eine gute Schneidleistung die Legierung, aus der das Werkstück aus Werkzeug -stahl hergestellt wird, durch eine große Härte gekennzeichnet sein muß. Je härter das Material auf der anderen Seite ist, umso schwieriger ist es zu bearbeiten. Ferner wird die ge -wünscht Eigenschaftskombination insbesondere durch die Car -bidteilchengröße und deren Verteilung innerh t es Stahls beeinflußt. Eine feine, gleichmäßige Dispersion von ausreichenden Carbidteilchen liefert die geforderte Härte und damit Lebensdauer des Werkzeugs. Um jedoch eine wesentliche Carbidbildung zu erzielen, ist es notwendig, hohe Austenitisierungs temperaturen in der Größenordnung von 1204°C anzuwenden, so daß die in der Legierung vorliegenden Carbidbildner in Lösung gehen und dann als Carbide beim Anlassen ausfallen. Je höher die Austenitisierungstemperatur ist, umso größer ist die Menge der in Lösung gegangenen Carbidbildner und damit die Menge der beim Anlassen gebildeten Carbidteilchen. Es ist jedoch be -kannt1 daß die Anwendung von hohen Austenitisierungstemperaturen zu einer Vergröberung des Legierungskorns und übermäßigem Carbidwaohstum und Agglomeration führt. Bekanntlich beeinträchtigen die Vergröberung des Korns und eine übermäßige Vergröberung der Carbidteilchen die Schneidleistung von Werkstücken aus Werkzeugstahl. All workpieces made of tool steel for machining should have a combination of machinability and good cutting performance own. This combination is difficult to achieve because of good cutting performance the alloy from which the tool steel workpiece is made a great hardness must be marked. The harder the material on the other The harder it is to edit. Furthermore, the desired combination of properties is required in particular by the carbide particle size and its distribution within the steel influenced. A fine, uniform dispersion of sufficient carbide particles provides the required hardness and thus the service life of the tool. However, to a To achieve substantial carbide formation, it is necessary to have high levels of austenitization temperatures on the order of 1204 ° C, so that those present in the alloy Carbide formers go into solution and then precipitate as carbides during tempering. The higher the austenitizing temperature, the greater the amount of dissolved Carbide former and thus the amount of carbide particles formed during tempering. It it is known, however, that high austenitizing temperatures are used coarsening of the alloy grain and excessive carbide bulge and agglomeration leads. It is known to affect the coarsening of the grain and excessive Coarsening of the carbide particles increases the cutting performance of workpieces made from tool steel.

Es liegt deshalb ein Bedarf für einen Werkzeugstahl vor, der die vorstehend beschriebenen Nachteile nicht aufweist und sich durch eine gute Kombination von Bearbeitbarkeit und Schneidleistung auszeichnet und der bei der hohen Temperatur austenitisiert werden kann, die erforderlich ist, um die im Material vorhandenen Carbidbildner in Lösung gehen zu lassen, ohne daß dabei das Korn gröber wird. There is, therefore, a need for a tool steel that meets the does not have the disadvantages described above and is characterized by a good combination of machinability and cutting performance and that at the high temperature can be austenitized, which is necessary to the existing in the material To let the carbide former go into solution without the grain becoming coarser.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Werkzeugstahl zur Verfügung gestellt, der eine Kombination aus guter Schneidleistung und guter Bearbeitbarkeit aufweist und im wesentlichen aus 1 bis 1,4 Gew.- Kohlenstoff, 4 bis 6 Gew.-%' Ohrom, 1 bis 1,5 Gew.- Vanadium, 7,5 bis 13 Gew.-% Wolfram, 3,5 bis 7 Gew.-% Molybdän, 9 bis 15 Gew.- Kobalt, mindestens etwa 0,03 Gew.-% Stickstoff und der Rest aus Eisen besteht. Vorzugsseise enthält der Preßling 0,03 bis 0,05 % Stickstoff. According to the present invention, there is provided a tool steel which is a combination of good cutting performance and good machinability and consists essentially of 1 to 1.4 wt .-% carbon, 4 to 6 wt .-% 'Ohrom, 1 to 1.5 wt .-% vanadium, 7.5 to 13 wt .-% tungsten, 3.5 to 7 wt .-% molybdenum, 9 to 15 weight percent cobalt, at least about 0.03 weight percent nitrogen and the remainder iron consists. The compact preferably contains 0.03 to 0.05% nitrogen.

Die Erfindung betrifft ferner einen Werkzeugstahlpreßling aus Legierungspulver und ein-Verfahren zur Herstellung eines Werkstücks oder Preßlings aus Werkzeugstahl mit feinen kugelförmigen, gleichmäßig dispergierten Carbidteilchen, das bzw. der eine Kombination aus guter Schneidleistung und Bearbeitbarkeit aufweist, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein Legierungspulver der folgenden Zusammensetzung: Kohlenstoff 1 bis 1,4 Gew.-% Chrom 4 bis 6 Gew. -Vanadium 1 bis 1,5 Gew.-% Wolfram 7,5 bis 13 Gew.-% Molybdän 3,5 bis 7 Gew. -% Kobalt 9 bis 15 Gew.-7o Stickstoff mindestens etwa 0,03 Gew.% Eisen Rest bei erhöhter Temperatur preßt, um einen Preßling mit einer Dichte von mehr als etwa 95 % herzustellen. The invention also relates to a tool steel compact made from alloy powder and a method for producing a workpiece or compact from tool steel with fine spherical, uniformly dispersed carbide particles, that has a combination of good cutting performance and machinability, which is characterized in that an alloy powder of the following composition: Carbon 1 to 1.4% by weight chromium 4 to 6% by weight vanadium 1 to 1.5% by weight tungsten 7.5 to 13% by weight molybdenum 3.5 to 7% by weight cobalt 9 to 15% by weight nitrogen At least about 0.03 wt.% Iron remainder at elevated temperature is pressed to form a compact at a density greater than about 95%.

Die erfindungsgemäße Werkzeugstahllegierung weist eine gute Kombination von Bearbeitbarkeit und Schneidleistung auf, die durch eine kritische Kombination reguliertem Stickstoffgehalt zusammen mit spezifischen Carbidbildnern erzielt wird, wobei eine feine gleichmäßige Carbidteilchenverteilung selbst bei hohen Austenitisierungstemperaturen beibehalten wird. The tool steel alloy according to the invention has a good combination of machinability and cutting performance due to a critical combination regulated nitrogen content is achieved together with specific carbide formers, with a fine uniform distribution of carbide particles even at high austenitizing temperatures is retained.

Die beiliegenden Zeichnungen haben folgende Bedeutungs Figur lA und 1B sind Mikrophotographien eines erfindungsgemäßen Stahls und eines herkömmlichen Werkzeugstahls, wobei der Effekt der Erfindung bezüglich Carbidform, -größe und -verteilung gezeigt wird. The accompanying drawings have the following meanings Figure 1A and 1B are photomicrographs of a steel according to the invention and a conventional one Tool steel, the effect of the invention in terms of carbide shape, size and distribution is shown.

Fig. 2A und 23 sind dreidimensionale graphische Dar -stellungen von Korngröße gegenüber Austenitisierungstemperatur und Kohlenstoffgehalt und Korngröße gegenüber Austenitisierungstemperatur und Kohlenstoff plus Stickstoffgehalt. 2A and 23 are three-dimensional graphical representations of FIG Grain size versus austenitizing temperature and carbon content and grain size versus austenitizing temperature and carbon plus nitrogen content.

Erfindungsgemäß wird der Stahl in Form eines Pulvers lichten -- - - -mit einer Teilchengröße, die einer Kaschensei te von weniger als 2,38 mg entspricht, verwendet. Dieses Pulver wird in einen gasdichten Metallbehälter gefüllt. Der Behälter wird auf über 1.093°C erhitzt und sein Inneres bis zur Erzielung eines niedrigen Drucks ausgepumpt, woraufhin die gasförmigen Reaktionsprodukte und insbesondere diejenigen, die bei der Umsetzung von Kohlenstoff und Sauerstoff entstehen, entfernt werden. Nach Entfernen der gasförmigen Reaktionsprodukte und während der Behälter noch bei niedrigem Druck und erhöhter Temperatur gehalten wird, wird er gegen die Atmosphäre abgedichtet und in eine Preßvorrichtung gegeben. Das Pressen kann in einer mechanischen Vorrichtung vorgenommen werden, bei der der Behälter in eine Matritze gestellt und ein Preßstempel niedergeführt wird, um den Behälter und die Beschickung zu komprimieren. Der Behälter kann auch in ein Fluid-Druckgefäß, das üblicherweise als Auto -klav bezeichnet wird, gegeben werden, wo ein strömendes Druckmedium, wie z.B. Heliumgas, angewendet werden kann, um die gewünschte Verdichtung zu erzielen. In jedem Fall wird die Verdichtung jedoch vor Kühlung der Beschickung unter eine Temperatur von etwa 1.0380C vorgenommen, und während -des Betriebes eine komprimierte Dichte von mehr als etwa 95 « erzielt. Nach dem Pressen werden herkömmliche Verformungs-und Bearbeitungsgänge bei dem Preßling vorgenommen, währenddessen eine Dichte von 100 96 erreicht wird, um auf diese Weise das gewünschte Fertigprodukt aus Werkzeugstahl zu erhalten. Um den erfindungsgemäß erforderlichen Stickstoff -gehalt in der Legierung zu erzielen, kann dieser entweder in der Schmelze vorliegen, oder gasförmiger Stickstoff kann nach dem Entgasen und vor dem Pressen in den vorstehend beschriebenen Behälter eingeführt werden. Auf diese Weise wird das Metallpulver im Behälter mit Stickstoff auf die erfindungsgemäß gewünschte Stickstoffkonzentration gebracht.According to the invention, the steel is thinned in the form of a powder - - - -with a particle size that is one Pocket side of less than 2.38 mg is used. This powder is filled into a gas-tight metal container. The container is heated to over 1,093 ° C and its interior is pumped down to a low pressure, whereupon the gaseous reaction products and in particular those formed during the conversion of carbon and oxygen are removed. After removing the gaseous reaction products and while the container is still kept at low pressure and elevated temperature, it is sealed against the atmosphere and placed in a pressing device. The pressing can be done in a mechanical device in which the container is placed in a die and a ram is lowered to compress the container and the charge. The container can also be placed in a fluid pressure vessel, commonly referred to as an autoclave, where a flowing pressure medium, such as helium gas, can be applied to achieve the desired compression. In any case, however, the compression is carried out before the charge is cooled below a temperature of about 1.0380 ° C., and a compressed density of more than about 95 ° is achieved during operation. After pressing, conventional deformation and machining operations are carried out on the compact, during which a density of 100 96 is achieved, in order in this way to obtain the desired finished product made of tool steel. In order to achieve the nitrogen content required according to the invention in the alloy, this can either be present in the melt, or gaseous nitrogen can be introduced into the container described above after degassing and before pressing. In this way, the metal powder in the container is brought to the nitrogen concentration desired according to the invention with nitrogen.

Der Kohlenstoffgehalt der Legierung muß, wie oben angeführt wurde, genau gegenüber den carbidbildenden Elementen, wie z.B. Vanadium, Wolfram und Molybdän, abgewogen sein, um den Carbidniederschlag nach dem Abkühlen von Austenitisie -rungstemperatur, die zur Erzielung einer Erweichung erforderlich ist, während des anschließenden Anlassens zu erzeugen. As stated above, the carbon content of the alloy must exactly against the carbide-forming elements, such as vanadium, tungsten and molybdenum, be balanced to avoid the carbide precipitate after cooling down from the austenitizing temperature, which is necessary to achieve a softening, during the subsequent To generate annealing.

Von den Carbidbildnern führt Vanadium zu verschleißfesten Carbiden und trägt daher wesentlich zur Lebensdauer des aus der Legierung hergestellten Werkstücks aus Werkzeugstahl bei.From the carbide formers, vanadium leads to wear-resistant carbides and therefore contributes significantly to the service life of the workpiece made from the alloy made of tool steel.

Wenn jedoch zu viel Vanadium verwendet wird, machen diese verschleißfesten Carbide es schwierig, den Stahl zu bearbeiten und zu schleifen. Wolfram führt andererseits zu Carbiden, die die Härte bei hoher Temperatur beibehalten, insbe -sondere, weil sie bei hohen Austenitisierungstemperaturen nicht wachsen und agglomerieren, und deshalb die Vergröberung des Korns der Legierung verzögert wird. Molybdän wirkt in der gleichen Weise wie Wolfram bezüglich der Carbidbildung, jedoch mit dem Unterschied, daß Wolfram für die Zwecke der Verhinderung der Vergröberung des Korns entscheidend ist, was bei der alleinigen Verwendung von Molybdän nicht der Fall ist.However, if too much vanadium is used, these make them more wear-resistant Carbides make it difficult to machine and grind the steel. Wolfram, on the other hand, leads to carbides, which maintain hardness at high temperature, in particular because they do not grow and agglomerate at high austenitizing temperatures, and therefore, the coarsening of the grain of the alloy is delayed. Molybdenum works in the same way as tungsten in terms of carbide formation, but with the difference that tungsten is crucial for the purpose of preventing the coarsening of the grain is what is not the case when using molybdenum on its own.

Bei der Behandlung des Stahls wird dieser bei hohen Temperaturen in der Größenordnung von 1.2040C austenitisiert und dann während des Kühlens gehärtet. Die Austenitisierungsstufe schließt ein Erhitzen zur Auf lösung der carbidbildenden Elementen ein. Nach dem Abschrecken von der Austenitisierungstemperatur wird das Material anschließend erneut auf eine niedrigere Temperatur erhitzt, bei denen die carbidbildenden Elemente in Form von Carbiden ausfallen. Dies führt natürloch zu der gewünschten zweiten Härtung. Während der Austenitisierung ist der Kohlenstoff im Austenit gelöst, der nach Abkühlung sich zu einem geforderten harten kohlenstoffhaltigen Martensit umformt. Die carbidbildenden Elemente bleiben in dem Martensit in Lösung. Anschließend jedoch werden die carbidbildenden Elemente während des Anlassens mit dem Kohlenstoff im Stahl vereinigt und bilden Carbide. Dieser Carbidniederschlag führt zu der gewünschten zweiten Härtung.When the steel is treated, it is turned into at high temperatures of the order of 1.2040C and then hardened during cooling. The austenitizing stage includes heating to dissolve of the carbide-forming elements. After quenching from the austenitizing temperature the material is then reheated to a lower temperature, at where the carbide-forming elements precipitate in the form of carbides. This leads naturally to the desired second cure. During austenitizing the carbon is dissolved in austenite, which after cooling turns into a required hard carbonaceous material Formed martensite. The carbide-forming elements remain in solution in the martensite. Subsequently, however, the carbide-forming elements are with during the tempering The carbon in the steel is combined to form carbides. This carbide precipitate leads to the desired second hardening.

Das in- der Legierung vorhandene Kobalt trägt zur Beibehaltung der Härte bei hohen Temperaturen bei. Wie vorstehend be -schrieben, ist die Gegenwart von Stickstoff in einer Menge von mindestens 0,03 und vorzugsweise von 0,03 bis 0,08 % erforderlich, um eine feine Verteilung der Carbidteilchen zu erzielen. Es zeigte sich, daß diese Wirkung des Stickstoffs bei Stickstoffkonzentrationen wesentlich über 0,08 % sich nicht merklich erhöht. Die Maximalmenge des in der Legierung-vorliegenden Stickstoffs wird durch die Löslichkeit des Stickstoffs in der Schmelze begrenzt, außer der Stickstoff wird durch die vorstehend beschriebene Gasdiffusion zugesetzt.The cobalt present in the alloy helps maintain the Hardness at high temperatures. As described above, the present is of nitrogen in an amount of at least 0.03 and preferably from 0.03 to 0.08% is required to achieve a fine distribution of the carbide particles. It it was found that this effect of nitrogen is essential at nitrogen concentrations above 0.08% does not noticeably increase. The maximum amount of that present in the alloy Nitrogen is limited by the solubility of nitrogen in the melt, except the nitrogen is added by the gas diffusion described above.

Die Hauptrolle des Chroms in der Legierung besteht darin, den Niederschlag der Carbidteile beim Anlassen zu verzögern, um zu der Härte bei hoher Temperatur beizutragen, Aus dem vorstehenden ist ersichtlich, daß die Kombination von Stickstoff und Wolfram für die Zwecke der Verhinderung des Wachstums und der Agglomeration und damit der Vergröberung von Carbidkörnern kritisch ist, während Vanadium die verschleißfesten Carbide liefert, die für eine lange Lebensdauer des Werkzeugs erforderlich sind.The main role of chromium in the alloy is to precipitate of the carbide parts in tempering to retard to the hardness at high temperature From the above it can be seen that the combination of nitrogen and tungsten for the purpose of preventing growth and agglomeration and with it the Coarsening of carbide grains is critical while Vanadium provides the wear-resistant carbides that are essential for the long life of the Tools are required.

Um die vorliegende Erfindung zu erläutern, wurden Stahl proben mit der in Tabelle I angegebenen Zusammensetzung her -gestellt. Außer den in Tabelle I angeführten 71 P/M - Stählen wurden zwei weitere Preßlinge mit gleichartiger Zusammen -setzung, jedoch mit dem Unterschied, daß sie Stickstoffgehalte von 0,003 bis 0,017 % hatten, hergestellt. To illustrate the present invention, steel samples were used the composition given in Table I produced. Except for those in table I listed 71 P / M steels were two more compacts with the same type together -setting, but with the difference that they have nitrogen contents of 0.003 to 0.017 % had made.

Tabelle I : Zusammensetzung (a) Chemische Zusammensetzung, % Typ Stahl AISI C Cr W Mo V Co N Rex 71 P/E - 1,20 4,00 10,0 5,00 1,15 12,00 0,03 1,25 4,50 10,5 5,50 1,40 12,50 0t08 Rex 49 M41 1,10 4,25 6,75 3,75 2,00 5,0 -Rex M42 M42 1,10 3,75 1,5 9,5 1,15 8,0 -Maxicort - 1,25 4,25 10,5 3,75 3,25 10,5 -(Deutsche Norm s 10-4-3-10) (a) Sämtliche Stähle enthalten nominal 0,3 % Mn, 0,3 % Si, 0,025 % S max. sowie 0,025 % P max. Table I: Composition (a) Chemical Composition,% Typ Steel AISI C Cr W Mo V Co N Rex 71 P / E - 1.20 4.00 10.00 5.00 1.15 12.00 0.03 1.25 4.50 10.5 5.50 1.40 12.50 0t08 Rex 49 M41 1.10 4.25 6.75 3.75 2.00 5.0 -Rex M42 M42 1.10 3.75 1.5 9.5 1.15 8.0 -Maxicort - 1.25 4.25 10.5 3.75 3.25 10.5 - (German Standard s 10-4-3-10) (a) All steels contain nominally 0.3% Mn, 0.3% Si, 0.025 % S max. And 0.025% P max.

Die Rex 71 P/M - Materialien wurden aus Legierungsteilchen, dessen Größe einer lichten Maschenweite von ( 295 bis 44 F entspricht, hergestellt. Ein Zylinder aus Flußstahl mit einer Länge von etwa 101 mm und einem Durchmesser von 95 mm wurde mit diesen Teilchen beschickt. Dieser gasdichte Behälter wurde etwa 4 Stunden lang auf 1.149°C erhitzt, zu welchem Zeitpunkt das Innere des Behälters an eine Pumpe angeschlossen wurde, die zum Entfernen der gasförmigen Reaktionsprodukte aus dem Behälter verwendet wurde. Der Behälter wurde bei einer Temperatur von etwa 1.093°C in eine Matritze gegeben, und ein Preßstempel einer 180 Tonnen-Presse wurde dazu verwendet, den Behälter und die Beschickung auf eine über 95 fo liegende Dichte zu pressen. Nach dem Pressen wurde das Material in 19 mm große Vierkantstücke ausgeschmiedet, und während dieses Vorgangs wurde eine im wesentlichen 100 %0-ige Dichte erzielt. Die anderen, in Tabelle I aufgeführten Stähle, wurden auf übliche Weise gegossen und as 22,7 kg schweren Luftinduktionsschmelzen geschmiedet. Sie wurden speziell zu Blöcken von 102 x 102 x 254 mm gegossen und zu Vierkant -stücken von 19 mm geschmiedet, genau wie die vorstehenden, nach dem beschriebenen pulvermetallurgischen Verfahren hergestellten Probestücke. Sämtliche in Tabelle I aufgeführten Stähle wurden 4 Minuten lang bei etwa 1.204 C austenitisiert und in Öl abgeschreckt. Die in Tabelle 1 aufgeführten Stähle wurden nach dem herkömmlichen Bohr-Bearbeitbarkeits-Test auf ihre Bearbeitbarkeit hin getestet. Bei diesem Test wurden 6 mm Bohrer dazu verwendet, um Bohrlöcher von einer Tiefe von 6 mm bei 460 Upm bei einer konstanten Belastung der Spindel von 68 kg zu bohren. The Rex 71 P / M materials were made from alloy particles, its Size of a mesh size of (295 to 44 F corresponds, manufactured. A cylinder made of mild steel with a length of about 101 mm and one These particles were charged with a diameter of 95 mm. This gas-tight container was heated to 1149 ° C for about 4 hours, at which point the interior of the The container was connected to a pump to remove the gaseous reaction products has been used from the container. The container was at a temperature of about 1.093 ° C in a die, and a ram of a 180 ton press was used to keep the container and the charge to a density greater than 95 fo to press. After pressing, the material was forged into 19 mm square pieces, and during this process a substantially 100% 0 density was achieved. The other steels listed in Table I were cast in the usual manner and forged as 22.7 kg air induction melts. They got special cast into blocks of 102 x 102 x 254 mm and forged into square pieces of 19 mm, exactly like the above, according to the powder metallurgical process described manufactured test pieces. All steels listed in Table I were given 4 minutes austenitized for a long time at about 1204 C and quenched in oil. Those listed in Table 1 Steels were tested for machinability according to the conventional drill machinability test tested out. In this test, 6 mm drills were used to drill holes from a depth of 6 mm at 460 rpm with a constant load on the spindle of 68 kg to drill.

Tabelle II: Bearbeitbarkeit Härte Durchschnittl. Zeit (Sek.), die zur Bohrung Bearbeitbar-R von 4 Löchern mit 6,35 mm Durchmesser erfor- keitsindex (a) c derlich sind B.I. % (angelasse-Stahl ne Masse) Bohrung Bohrung Bohrung Bohrung Bohrung Bohrung Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3 Nr. 4 Nr. 5 Nr. 6 Rex 49 21 29,6 26,8 25,4 25,4 27,0 23,3 100 Rex M42 21,5 26,6 23,6 21,7 - - - 114 Rex 71 P/M 26 23,0 23,7 20,9 20,3 20,8 18,7 124 (a) Durchschnittliche Zeit zum Bohren des Standardmaterials (Rex 49) x 100 B.I. = Durchschnittliche Zeit zum Bohren des Testmaterials sie aus den Ergebnissen der Tabelle II ersichtlich ist, war die Probe aus Rex 71 P/M , die zwar eine Härte von 26 R@ 0 hatte, 24 % leichter zu bearbeiten als z B. das angelassone handelsübliche Rex 49, das eine Härte von 21 L;C hatte. Alle 0 in Tabelle II angeführten Proben wurden einem Anlasszyklus von 732°C etwa 12 Stunden lang unterworfen. Die in Tabelle II angezeigten Ergebnisse zeigen eine unerwartet verbesserte Bearbeitbarkeit der wesentlich höheren Härte der Probe aus Rex 71 P/X. Table II: Machinability Hardness Avg. Time (sec.) The for drilling machinable-R of 4 holes with a diameter of 6.35 mm requirement index (a) c such are B.I. % (tempered steel ne mass) Bore Bore Bore Bore Bore Bore No. 1 No. 2 No. 3 No. 4 No. 5 No. 6 Rex 49 21 29.6 26.8 25.4 25.4 27.0 23.3 100 Rex M42 21.5 26.6 23.6 21.7 - - - 114 Rex 71 P / M 26 23.0 23.7 20.9 20.3 20.8 18.7 124 (a) Average time to drill the standard material (Rex 49) x 100 B.I. = Average time to drill the test material she As can be seen from the results in Table II, the sample was Rex 71 P / M , which had a hardness of 26 R @ 0, 24% easier to machine than e.g. that angelassone commercial Rex 49, which had a hardness of 21 L; C. All 0 in table Samples listed in II were subjected to a tempering cycle of 732 ° C. for about 12 hours. The results shown in Table II show unexpectedly improved machinability the significantly higher hardness of the Rex 71 P / X specimen.

Die in Tabelle I gezeigte Überlegenheit der erfindungsgemäßen Stähle gegenüber den dort aufgeführten herkömmlichen Stählen wird weiter durch d in Tabelle III wiedergegebenen vergleichenden kontinuierlichen, in rer Drehbank vorgenommenen Schneid-Dreh-Test erläutert: Tabelle III: Kontinuierlicher Schneid-Dreh-Test in der Drehbank a b Durchschnittl. Lebensdauer d. Werkzeugs/Min. bei angegeb. The superiority of the steels according to the invention shown in Table I. compared to the conventional steels listed there, is further indicated by d in table III reproduced comparative continuous, made in rer lathe Cutting-turning test explained: Table III: Continuous cut-turn test in the lathe a b Average Lifetime d. Tools / min. if specified

Schneidgeschwindigkeit Schneid - Härte, 32 35 40 werkzeug Rc Geschw., Vorsch./ Geschw., Vorsch./ Geschw., Vorsch./ Min. Min. Min. Cutting speed cutting hardness, 32 35 40 tool Rc speed, Feed / speed, feed / speed, feed / min. Min. Min.

Werkstück: AISI H13 Gesenkstahl, Härte 53 Rc Rex 49 67,5 10,0 2,8 1,3 Rex M42 67,5 19,1 6,2 Maxicort 67,5 20,0 5,1 Rex 71 P/M 70,0 40,3 16,0 4,5 Werkstück: C-125 AVT Titan (9,840 kg/cm² Zugfestigkeit) Rex 49 67,5 - 22,7 3,7 Rex M42 67,5 - 53,8 -Rex 71 P/M 70,0 - 86,0 13,0 a Vorschub: 0,254 mm/U, Schneidtiefe 1,58 mm, Schneidöl: keins, Werkzeuggeometrie: 3°, 6°, 10°, 10°, 10°, 10°, 0,76 mm, Spitzenradius. Workpiece: AISI H13 die steel, hardness 53 Rc Rex 49 67.5 10.0 2.8 1.3 Rex M42 67.5 19.1 6.2 Maxicort 67.5 20.0 5.1 Rex 71 P / M 70.0 40.3 16.0 4.5 Workpiece: C-125 AVT Titan (9.840 kg / cm² tensile strength) Rex 49 67.5 - 22.7 3.7 Rex M42 67.5 - 53.8 -Rex 71 P / M 70.0 - 86.0 13.0 a feed: 0.254 mm / rev, cutting depth 1.58 mm, Cutting oil: none, tool geometry: 3 °, 6 °, 10 °, 10 °, 10 °, 10 °, 0.76 mm, tip radius.

b Völliger Ausfall der Werkzeugspitze.b Complete failure of the tool tip.

Aus den Testergebnissen der Tabelle III ist ersichtlich, daß die durchschnittliche Lebensdauer des Werkzeugs bei Drehbankschneidwerkzeugen aus Rex 71 P/M viermal größer ist als bei Werkzeugen aus Rex 49 (M41) bei einem Test, bei dem die angeführten, schwierig zu bearbeitenden Legierungen bei gleicher Geschwindigkeit, gleichem Vorschub und gleicher Schneidtiefe auf der Drehbank bearbeitet werden. Wie in Tabelle III gezeigt wird, vergingen im Durchschnitt 16 Minuten, bevor Schneidwerkzeuge aus Rex 71 P/M nicht mehr in der Lage waren, bei der mit 35 angegebenen Geschwindigkeit-Vorschub/ Min. ein Werkstück aus AISI H13 - Gesenkstahl mit einer Härte von 53 11 zu schneiden. Die beste Leistung von Werkzeugen 0 us herkömmlichen Hochleistungs-Schnelletählen war im Durchschnitt 2,8 Min. für M41 und 6,2 Minuten für M42 -Schneid -werkzeuge, die zum Schneiden des gleichen Werkstücks verwendet wurden. Ein Schneidwerkzeug aus dem erfindungsgemä0en Stahl zeigte ferner eine überlegene Leistung, als es mit Schneidwerkzeugen aus herkömmlichen Werkzeugstählen beim Schneiden eines Werkstücks aus C-125 AVT Titanstahl verglichen wurde. Wie in Tabelle III gezeigt wurde, hielt das erfindungsgemäße Schneidwerkzeug aus Rex 71 P/M im Durchschnitt 86 Minuten, bevor es unbrauchbar wurde. Die Schneidwerk -zeuge aus M42 und M41 hielten im Durchschnitt 53,8 bzw. 22,7 Minuten, bevor sie unbrauchbar wurden. From the test results in Table III it can be seen that the Average tool life on Rex lathe cutting tools 71 P / M is four times larger than with tools from Rex 49 (M41) in a test, at that of the alloys listed, which are difficult to machine, at the same speed, the same feed rate and the same cutting depth can be machined on the lathe. As shown in Table III, an average of 16 minutes elapsed before cutting tools from Rex 71 P / M were no longer able to at the speed specified with 35 - feed / At least one workpiece made of AISI H13 die steel with a hardness of 53 11 can be cut. The best performance from tools 0 from conventional high-speed high-speed steels was on average 2.8 minutes for M41 and 6.2 minutes for M42 cutting tools, that were used to cut the same workpiece. A cutting tool from the steel according to the invention also showed a superior performance than that with Cutting tools made from conventional tool steels when cutting a workpiece made from C-125 AVT titanium steel. As shown in Table III, held the cutting tool according to the invention made of Rex 71 P / M on average 86 minutes, before it became unusable. The cutting tools made of M42 and M41 lasted on average 53.8 and 22.7 minutes, respectively, before they became unusable.

Tabelle IV: Chemische Zusammensetzung der Versuchsstähle. Table IV: Chemical composition of the test steels.

Zusammensetzung. Gew.-% Stahl C N Mn S P Si Cr V W Mo Co Molybdän-schnellstahl A 0,86 0,01 0,37 0,019 0,010 0,35 3,87 1,75 1,85 8,74 -B 0,85 0,06 0,30 0,016 0,015 0,29 3,74 2,11 1,80 8,74 -C 1,00 <0,01 0,31 0,13 0,014 0,30 4,00 2,13 1,66 8,45 -D 0,91 0,08 0,35 0,13 0,016 0,28 3,95 2,29 1,66 8,95 -E 1,09 <0,01 0,25 0,020 0,020 0,27 3,75 2,05 1,75 8,86 -F 0,98 0,08 0,24 0,020 0,020 0,35 3,75 2,05 1,75 8,75 -G 0,94 <0,01 0,54 0,020 0,020 0,25 3,75 2,05 1,75 8,68 - Um die kritische Rolle des Stickstoffs innerhalb der erfindungsgemäßen Bereiche bei der Regulierung der Carbidform,-größe und -verteilung zu erläutern, wurden Stähle der in Tabelle IV angegebenen Zusammensetzung hergestellt. Bei diesen Stählen wurde insbesondere der wolframgehalt auf einer niedrigen Konzentration gehalten, so daß seine Auswirkung bezüglich der Kornfeinheit im wesentlichen außer Acht gelassen werden kann. Composition. Weight% steel C N Mn S P Si Cr V W Mo Co high-speed molybdenum steel A 0.86 0.01 0.37 0.019 0.010 0.35 3.87 1.75 1.85 8.74 -B 0.85 0.06 0.30 0.016 0.015 0.29 3.74 2.11 1.80 8.74 -C 1.00 <0.01 0.31 0.13 0.014 0.30 4.00 2.13 1.66 8.45 -D 0.91 0.08 0.35 0.13 0.016 0.28 3.95 2.29 1.66 8.95 -E 1.09 <0.01 0.25 0.020 0.020 0.27 3.75 2.05 1.75 8.86 -F 0.98 0.08 0.24 0.020 0.020 0.35 3.75 2.05 1.75 8.75 -G 0.94 <0.01 0.54 0.020 0.020 0.25 3.75 2.05 1.75 8.68 - Around the critical role of nitrogen within the ranges of the invention Steels were used to explain the regulation of carbide shape, size and distribution of the composition given in Table IV. With these steels was in particular, the tungsten content is kept at a low concentration, so that its effect on grain fineness is essentially disregarded can be.

Alle in Tabelle IV angeführten Stähle wurden als 22,7 kg schwere Induktionsschmelzen geschmolzen, zu 102 mm großen vierkantigen Blöcken gegossen und zu 13 mm großen Vierkantstangen heißgeschmiedet. Die senmatzchargen der Stähle A, C, E und G enthielten hochreines elektrolytisches Chrom, um den Stickstoffgehalt auf 0,01 V4 oder weniger zu negrenzen. Das Schmelzen und Gießen wurde unter einer Argon-Schutzdecke vorgenommen, um die tickstoffabsorption aus der tmosphäre zu verhindern. Die hochatickatoffhltigen Stähle B, D und F wurden mit ferrochromhaltigem stickstoff ge -schmolzen. Vor der Wärmebehandlung wurden alle Stähle der Tabelle IV bei 8710 zwei Stunden lang sphäroidisierend angelassen (spheroidize annealed)auf 760°C gekühlt, 4 stunden stehengelassen und dann auf Raumtemperatur luftgek2hlt. All of the steels listed in Table IV were rated as 22.7 kg Induction melts melted, poured into 102 mm square blocks and hot-forged into 13 mm square bars. The Senmatz batches of steels A, C, E and G contained high purity electrolytic chromium to reduce nitrogen content to be limited to 0.01 V4 or less. The melting and pouring was under one Protective argon blanket made to prevent nitrogen absorption from the atmosphere. The high-carbon steels B, D and F were made with ferrochrome-containing nitrogen melted. Prior to heat treatment, all of the steels in Table IV were at 8710 Spheroidize annealed for two hours, cooled to 760 ° C, Left to stand for 4 hours and then air-cooled to room temperature.

Laborproben , die von diesen Probestangen abgeschnitten wurdann, wurden in 5 0-Intervallen zwischen 1.204 und L.243 o austenitisiert und dann ölgekühlt. Die Kornvoergröborungscharakteristika der auf diesen eise abgeschreckten mikrostrukturen wurde bestimmt.Laboratory samples that were then cut from these specimen bars Austenitized in 50-intervals between 1.204 and L.243 o and then oil-cooled. The grain size characteristics of the microstructures quenched in this way was decided.

Eine metallographische Prüfung der Proben, die bei Temperaturen zwischen 1,20# und 1,243°C austenitisiert den waren, zeigte, iaS die hochstickstofibaltigen Stähle B, D und F eine feine Kornstruktur in Gegenwart höherer Temperaturen beibehielten, im Gegensatz zu den stickstoffreien Stählen A, C, E und G, die einen äquivalenten Legierungszwischen gittergehalt (Kohlenstoff plus Stickstoff) aufwiesen. Dieser Vergleich zwischen den hoch stickstoffhaltigen Stählen und den stickstoffreien Stählen wird in den Figuren 2A und 2B gezeigt. In beiden Figuren wird eine dreidimensionale graphische Darstellung gezeigt, bei der die Korngröße gegen die Austenitisierungstemperatur und den gesamten Zwischengittergehalt abgetragen wird. In Fig. 2A besteht der gesamte Zwischen -gittergehalt aus Kohlenstoff, während er in Fig. 2B aus Kohlenstoff und Stickstoff besteht. Der Bereich an Zwischen -gittergehalt liegt zwischen 0,85 und 1,10 %. Aus den in dieser Figur gezeigten Ergebnisse ist ersichtlich, daß zwar die Korngröße sowohl mit als auch ohne Stickstoff bei zunehmenden Austenitisierungstemperaturen ansteigt, jedoch eine Stick -stoffzugabe innerhalb des Hahmens der vorliegenden Erfindung diesen Kornvergröberungseffekt drastisch senkt. Beispielsweise führt bei einem identischen Gesamtzwischengittergehalt eine Austenitisierungstemperatur von 1.227 0C bei Abwesenheit von Stickstoff+eine Austenitisierungstemperatur von 1.2270C zu einer Korngröße von 13 Snyder-Graff führt. A metallographic examination of the samples, which are kept at temperatures between 1.20 # and 1.243 ° C which were austenitized, generally showed the high nitrogen content Steels B, D and F a fine grain structure in the presence of higher Temperatures maintained, in contrast to the nitrogen-free steels A, C, E and G, which has an equivalent intermediate alloy lattice content (carbon plus nitrogen) exhibited. This comparison between the high nitrogen steels and the nitrogen-free steels is shown in Figures 2A and 2B. In both figures a three-dimensional graph is shown in which the grain size against the austenitizing temperature and the total interstitial content will. In Fig. 2A, all of the interstitial content consists of carbon, while it consists of carbon and nitrogen in Fig. 2B. The range of interstitial content is between 0.85 and 1.10%. From the results shown in this figure is it can be seen that although the grain size both with and without nitrogen increases with Austenitizing temperatures increases, but an addition of nitrogen within within the scope of the present invention, this grain coarsening effect dramatically lowers. For example, if the total interstitial content is identical, a Austenitizing temperature of 1,227 ° C in the absence of nitrogen + an austenitizing temperature of 1.2270C leads to a grain size of 13 Snyder-Graff.

zu zu einer Korngröße von 9 Snyder-Graff, während in Gegenwart von Stickstoff to to a grain size of 9 Snyder-Graff while in the presence of nitrogen

Claims

Claims: 1. Tool steel with a combination of good Cutting performance and machinability, characterized in that it is 1.0 to 1.4 % By weight carbon, 4.0 to 6.0% by weight chromium, 1 to 1.5% by weight vanadium, 7.5 to 13.0% by weight tungsten, 3.5 to 7.0% by weight molybdenum, 9.0 to 15.0% by weight cobalt, at least about 0.03% by weight nitrogen and the remainder iron. contains.

2. Steel according to claim 1, characterized in that the nitrogen content is between 0.03 and 0.08 wt%.

3. Tool steel compact from an alloy powder of the steel according to Claim 1.

4. Process for the production of a workpiece from tool steel with fine, spherical, evenly dispersed carbide particles and one Combination of good cutting performance and machinability, characterized by that an alloy powder of the following composition carbon 1.0 to 1.4 Wt% chromium 4.0 to 6.0 "vanadium 1.0 to 1.5 tungsten 7.5 to 13.0 molybdenum 3.5 to 7.0 cobalt 9.0 to 15.0 nitrogen at least about 0.03 wt.% iron remainder at a temperature sufficient to produce a compact with a density of more than about 95%.

5. The method according to claim 4, characterized in that one before After pressing, the alloy powder is filled into a gas-tight container, the container and heating the charge to above 1.093 ° C resulting from the heating gaseous reaction products are pumped out of the container and priced before the boil the feed ended below about 1.038 ° C.

6. The method according to claim 4 or 5, characterized in that one ate after unraveling the gaseous reaction products and before pressing gaseous Introduces nitrogen into the container in an amount such that a nitrogen content of over about 0.03 @ ° is achieved.

L e r s e i t e