DE2203905C3 - Verwendung einer Legierung für Warmarbeitswerkzeuge - Google Patents
Verwendung einer Legierung für WarmarbeitswerkzeugeInfo
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Description
25
30
Die Erfindung betrifft eine Legierung und deren Verwendung zur Herstellung von Warmarbeitswerkzeugen.
Die verfügbaren ferritischen Stähle für Heißbearbeitungswerkzeuge,
beispielsweise die amerikanisehen Normstähle AISI — HlO — H13, neigen, obgleich
sie für die Extrudierung von Aluminium und seinen Legierungen ganz befriedigend sind, zu einem
sehr schnellen Verschleiß, wenn sie für Materialien verwandt werden, die einen hohen Schmelzpunkt haben,
insbesondere bei Arbeitsgeschwindigkeiten von mehr als 50 Extrusionen/h. Sie besitzen auch den
Nachteil, daß eine Phasenänderung eintritt, wenn sie auf mehr als 750° C erhitzt werden. Diese Temperatüren
treten bei den Auskleidungen großer Extrusionspressen auf, wobei die extrudieren Knüppel
Temperaturen zwischen 900 und 950° C haben.
Durch die USA.-Patentschrift 3163 526 ist eine
ausscheidungshärtbare Legierung mit austenitischem Gefüge bekannt geworden, die 0.35 bis 0,6% Kohlenstoff,
8 bis 12% Mangan, bis 1% Silizium, 6 bis 10% Chrom, 4 bis 8% Nickel, 1,1 bis 1,8% Vanadium,
max. 0,03% Schwefel, max. 0,05% Phosphor, Rest Eisen enthält. Ferner ist in der britischen Patentschrift
12 44 182 eine Legierung beschrieben, die 0,35 bis 0,8% Kohlenstoff, 4 bis 15% Mangan, 3 bis
6% Chrom, 2 bis 15% Nickel, 0,6 bis 1,6% Vanadium, 0,8 bis 3% Molybdän, 1,2 bis 5% Wolfram,
bis 0,6% Niob, bis 0,02% Bor, max. 0,5% Silizium, Rest Eisen und Verunreinigungen enthält. Diese bekannten
Nickel enthaltenden austenitischen Stähle können zwar für Werkzeuge für die Warmverformung
verwendet werden, und sie sind auch für die Exlrusion von Legierungen mit hohem Schmelzpunkt geeignet,
jedoch enthalten sie relativ hohe Anteile an Nickel und die erstgenannte Legierung auch an
Chrom, so daß die Herstellungskosten außerordentlieh hoch sind. Außerdem müssen bei der Herstellung
dor Legierungen oft teure Verfahren angewendet
werden.
Eine andere Legierung ist durch d.e USA.-Patentschrift
33 62 818 bekannt geworden d.e im wesentliehen
1,5»/,, Chrom 0,38% S murr.2,85°/0 Mangan,
0,98'/. Vanadium, 1,3·/. KoWenstoff Rest
Eisen und Verunreinigungen enthalt. Diese bekannte Legierung .st wegen des Fehlens von Nickel und
Molybdän und ausreichenden Mengen an Chrom nicht sehr warmfest, was auch nicht durch den etwas
höheren Gehalt an Mangan, nämlich in etwa 13·/., ausgeglichen wird.
Eine weitere Legierung ist durch die USA.-Patentschrift
29 48 604 bekannt geworden d.e 0,2 bis
0,35»/. Kohlenstoff, 10 bis 15% Mangan, 0 bis
0,75% Silizium, 11,5 bis 13 5·/. Chrom, 2 bis 3,5o/o
Molybdän, 0,7 bis 1,2"/,, Vanadium, 0,1 bis 0,3·/0
Stickstoff, 0,01 bis 0.3·/. Bor, Rest Eisen enthält. Durch den sehr hohen Chromgehalt ist die Herstellung
der Legierung relativ teuer. Außerdem neigt die Legierung auf Grund dieses Chromgehalts zur
Versprödung und ist daher weniger für Warmarbeitswerkzeuge geeignet.
Die USA.-Patentschrift 30 97 091 zeigt eine Legierung,
die 0,2 bis 0,7% Kohlenstoff, 12 bis 15% Mangan, 16 bis 19% Chrom, 0,25 bis 1% Aluminium,
0.75 bis 1,75% Kobalt, 0,15 bis 0,5% Stickstoff,
bis 0,5% Nickel, bis 2% Silizium, max. 0,05% Phosphor, max. 0,05% Schwefel, Rest Eisen und
Verunreinigungen enthält. Diese Legierung enthält Kobalt und erhebliche Mengen an Chrom, wodurch
die Herstellung sehr teuer wird. Auf Grund des hohen Chromgehalts neigt die Legierung zur Versprödung
und ist daher wegen geringerer Warmfestigkeit nicht gut geeignet für Warmarbeitswerkzeuge.
Ferner ist durch die USA.-Patentschrift 25 18 715 eine Legierung für austenitische Stähle bekannt geworden,
die 0,27 bis 0,52% Kohlenstoff, 4,9 bis 6,9% Silizium, 0,9% Mangan, 23,5% Chrom, 2,7%
Molybdän, Rest Eisen enthält. Diese Legierung hat einen hohen Chromgehalt und enthält nahezu kein
Mangan. Sie ist daher in der Herstellung wegen des teuren Chroms sehr kostspielig. Auf Grund des hohen
Chromgehalts neigt die Legierung außerdem zum Verspröden und ist daher als Warmarbeitswerkzeug
weniger geeignet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine Legierung für Werkzeuge zur
Heißbearbeitung anzugeben, beispielsweise für die Herstellung von Stranggußkokillen, die eine hohe
Abriebfestigkeit hat, in höchstem Maße warmfest ist und billig herzustellen ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Legierung, die aus 0,62% Kohlenstoff, 0,95%
Silizium, 0,014% Schwefel, 0,026% Phosphor, 19,1% Mangan, 4,33% Chrom, 0,11% Nickel,
0,81% Molybdän, 1,8% Vanadium, Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen besteht.
Das sehr teure Nickel wird in der erfindungsgemäß zu verwendenden Legierung in sehr geringen Mengen
verwendet. Die verwendeten Mengen an Mangan und Nickel sind dabei so aufeinander abgestimmt,
daß die Legierung ihren austenitischen Charakter bei den auftretenden Temperaturen beibehält.
Die wesentlichsten Anforderungen an die im vorliegenden Zusammenhang verwendeten Legierungen
sind darin zu sehen, daß diese ihr austenitisches Ge-
JStFS3=.Als=Äer dta.'A,
-· verwendenden Legierung geChrom vorhanden, um die Wien
Zunderbildung zu vergrö- ι auf die weiter unten noch näeen
w»u,'zu begünstigen. Bei niedrigem ,meehalt ist es zweckmäßig, Molybdän zuzuge-Den
um eine Anlaßversprödung zu vermeiden und MiP 'Warmfestigkeit zu erhöhen.
*e DrÄusscheidungshärtung für die erf.ndungsgemäß zu verwendende Legierung erfolg bei Temperen zwischen 300 und 950p C und fur eine Zeitsoanne die entsprechend der gewählten Temperatur spanne, uic ^ _^rHprlirhf, Festißkeit zu vermitteln,
*e DrÄusscheidungshärtung für die erf.ndungsgemäß zu verwendende Legierung erfolg bei Temperen zwischen 300 und 950p C und fur eine Zeitsoanne die entsprechend der gewählten Temperatur spanne, uic ^ _^rHprlirhf, Festißkeit zu vermitteln,
Ein praktischer Versuch zeigte klar die hervorragenden Eigenschaften der erfindungsgemäß zu verwendenden
Legierung, insbesondere in Bezug auf die Abnutzungsfestigkeit. Für den normalen Gebrauch
wurde eine Kokille aus dieser Legierung in einem direkten Heißstranggießverfahren zum Extrudieren
von Metallen einschließlich E. 109-Aluminiumbronze
und C.S.C.60/40-Messing in Form einer runden Ma-1».
ii„»„r ,Ipn deichen Bedingungen
ausreiuu, un-
wobei es zweckmäßig ist, die Legierung zunauisi einer
Lösungsbehandlung bei einer Temperatur zwischen 1000 und 1300° C zu unterziehen.
Die Bedingungen, unter welchen die Lösungs- und Härtungsbehandlungen durchgeführt werden, hängen
von den Eigenschaften ab, die das Endprodukt haben soll, weil Streckgrenze, Endfestigkeit, Duktilität,
Korrosionsbeständigkeit und Kriechbeständigkeit alle unterschiedlich durch Änderungen in diesen Behandlungen
betroffen werden. Man muß üaher für jede praktische Anwendung einen Kompromiß schließen.
Wenn z. B. eine hohe Zugfestigkeit in Kombination mit Beständigkeit gegen mittlere Korrosionsbedingungen
gewünscht wird, ist es zweckmäßig, eine Ausscheidungshärtung bei einer Temperatur zwischen
300 und 750° C durchzuführen. Für stark korrodierende Bedingungen kann es von Vorteil sein, die Ausscheidungshärtung
wegzulassen. Wenn Verwendbarkeit bei hohen Temperaturen gefordert wird, ist es zweckmäßig, die Legierung zu überaltern. In diesem
Falle sollte die Ausscheidungshärtung zwischen und 950° C durchgeführt werden.
Praktische Versuche mit einer aus der Legierung gemäß Anspruch 1 hergestellten Stranggußkokille
haben klar gezeigt, daß erhebliche Vorteile hinsiehtlieh Abriebfestigkeit und Haarrißbildung erhalten
werden. In einem Versuch unter schwierigen Bedingungen hat eine Stranggußkokille aus der erfindungs-AlSI
H13 bestand, nach _..
trudierungen unbrauchbar, uk gcumu ~~.
verwendete Kokille war noch nach 12 000 bis 17 00Ö
Extrudierungen brauchbar. Die erfindungsgemäß zu verwendende Legierung zeigt also ein ausgezeichnetes
Langzeitverhalten. Die Temperaturen, denen die Kokillen ausgesetzt waren, wurden variiert und waren
schwer zu bestimmen; sie lagen jedoch häufig im Bereich oberhalb 550° C. Auch bei diesen hohen
Temperaturen verliert das aus der erfindungsgemäß anzuwendenden Legierung hergestellte Werkzeug
seine Härte nicht. Diese besondere Eigenschaft ist ein Grund für die verbesserten Warmarbeitseigenschaften
der vorliegenden Legierung.
Durch die vorliegende Erfindung ist also ein austenitischer Manganstahl, der die bei bekannten
ManganstUhlen auftretende Instabilität des Legierungsgefüges bei hohen Temperaturen im Bereich von
275° C und höher nicht mehr aufweist und ausgezeichnete Warmarbeitseigenschaften zeigt, ein neues
Verwendungsgebiet erschlossen worden. Er ist auch wegen der relativ niedrigen Herstel'ungskosten, da
teure Materialien, wie Kobalt, Chrom und Nickel, nicht oder nur in geringen Mengen verwendet werden,
den bekannten Legierungen für Warmarbeitswerkzeuge überlegen.
Claims (4)
- Patentam.ürüche:1 Verwendung einer Legierung, bestehend aus 0,620/0 KoSSS 0,95«/» Silizium, 0.014·/. Schwefel, 0,026% Phosphor, I9,l°/o Mangan, 4,33»/o Chrom, 0,11»/«, Nickel, 0,81»/. Molybdän, 1 8«/. Vanadium Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigung zur Herstellung von Warmarbeitswerkzeufen »°
- 2. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 1, mit der Maßgabe, daß diese ausgehärtet ist, für den Zweck nach Anspruch 1.
- 3. Verwendung einer Legierung nach Anspruch 2, mit der Maßgabe, daß die Aussehe!- dungshärtung zwischen 300 und 950° C erfolgt, für den Zweck nach Anspruch I.
- 4. Verwendung einer Legierung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, mit der Maßgabe, daß das Lösungsglühen zwischen 1000 und 13001C er- " folgt, für den Zweck nach Anspruch 1.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB342871 | 1971-01-28 | ||
| GB342871A GB1384234A (en) | 1971-01-28 | 1971-01-28 | Hot work tools made from steel alloys |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2203905A1 DE2203905A1 (de) | 1972-08-17 |
| DE2203905B2 DE2203905B2 (de) | 1976-12-16 |
| DE2203905C3 true DE2203905C3 (de) | 1977-08-25 |
Family
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