DE2263576B2 - Process for producing an M2 C-free structure in high-speed steel - Google Patents
Process for producing an M2 C-free structure in high-speed steelInfo
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Description
2,72.7
mindestens jedoch 0,5%, dosiert zugegeben und der Stahl so erwärmt wird, daß das bei der Erstarrung der Schmelze gebildete instabile M2C in einer peritektoidischen Reaktion zu feinen und gleichmäßig verteilten Karbiden des Typs MC und MbC zerfällt. 2»at least 0.5%, however, is added in doses and the steel is heated in such a way that it does so when it solidifies unstable M2C formed in a melt peritectoid reaction to fine and evenly distributed carbides of the type MC and MbC disintegrates. 2 »
1 bis 10% Molybdän1 to 10% molybdenum
0,5 bis 5% Vanadium0.5 to 5% vanadium
0 bis 10% Kobalt0 to 10% cobalt
0 bis 0,1 % Stickstoff0 to 0.1% nitrogen
Rest Eisen mit den erschmelzungsbedingtenRemainder iron with the melting-related
Verunreinigungen sowie Silizium,Impurities as well as silicon,
die hohe Verschleißfestigkeit bei guter Zähigkeit und Bearbeitbarkeit aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erschmelzung des Stahls Silizium nach der Formelhave high wear resistance combined with good toughness and machinability, characterized in that that when the steel melts silicon according to the formula
4 (%Mo)-0,5 (%V) + 0,3,4 (% Mo) -0.5 (% V) + 0.3,
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe des Chromgehalts nach der Formel2. The method according to claim 1, characterized in that the addition of the chromium content after formula
%Cr =% Cr =
dosiert wird.is dosed.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines MiC-freien Gefüges in Schnellarbeitsstahl.The invention relates to a method for producing a MiC-free structure in high-speed steel.
Schnellarbeitsstähle zeichnen sich durch einen hohen Verschleißwiderstand bis zu Arbeitstemperaturen von 6000C aus. Sie verdanken diese Eigenschaft der hochanlaßbeständigen, martensitischen Grundmasse, in jo die aus der ledeburitischen Erstarrung herrührende, harte Karbide eingelagert sind.High-speed steels are characterized by a high wear resistance to working temperatures of 600 0 C of. They owe this property to the highly tempering-resistant, martensitic matrix in which the hard carbides resulting from the ledeburitic solidification are embedded.
Schon frühzeitig wurde erkannt, daß durch eine Erhöhung des Anteils an harten Karbiden im Gefüge der Verschleißwiderstand gesteiert werden kann. Diese Erkenntnis wurde durch erhöhte Vanadiumgehalte bis 5% bei entsprechend abgestimmtem Kohlenstoffgehalt technisch genutzt. Derartige Stähle besitzen zwar einen hohen Verschleißwiderstand, sie sind jedoch aufgrund ihres hohen Anteils an meist grob ausgebildetem Vanadiumkarbid, das eine Härte von rd. 3000 HV hat, schlecht schleifbar und nur wenig zäh.It was recognized early on that by increasing the proportion of hard carbides in the structure the wear resistance can be increased. This finding was made up by increased vanadium levels 5% with a correspondingly adjusted carbon content used technically. Such steels have one high wear resistance, but they are mostly coarse due to their high proportion of Vanadium carbide, which has a hardness of around 3000 HV, is difficult to grind and is not very tough.
In neuerer Zeit wurde über eine Steigerung des Kohlenstoffgehaltes der Karbidanteil und damit der Verschleißwiderstand erhöht. Beispiele hierfür sind die Stähle der AISI Bezeichnung M 41 bis M 45, die bei Vanadium gehalten von 1 bis 2% einen Kohlenstoffgehalt von 1,1 bis 1,2% aufweisen. Inzwischen hat sich aber herausgestellt, daß bei einer Steigerung des Kohlenstoffgehaltes anstelle des üblichen Schnellstahlkarbids to M6C stengeiförmige Karbide vom Typ M2C auftreten (DEW-Technische Berichte 12 [1972], S. 111/33), die aufgrund ihrer Härte von rd. 2000 HV und ihrer ungünstigen äußeren Form Schleifbarkeit und Zähigkeit ebenfalls nachteilig beeinflussen. y, More recently, the carbide content and thus the wear resistance have been increased by increasing the carbon content. Examples of this are the steels with the AISI designation M 41 to M 45, which, when kept at 1 to 2% vanadium, have a carbon content of 1.1 to 1.2%. In the meantime, however, it has been found that when the carbon content is increased, instead of the usual high-speed steel carbide to M 6 C, rod-shaped carbides of the M 2 C type occur (DEW-Technischeberichte 12 [1972], p. 111/33), which due to their hardness of 2000 HV and their unfavorable external shape also have a disadvantageous effect on grindability and toughness. y,
Aus den US-PS 22 12 228 und 22 41187 sind Schnellarbeitsstähle bekannt, die aus 0,2 bis 1,0% Kohlenstoff, 2,0 bis 10% Chrom, 0,5 bis 2,0% Silizium, 2,5 bis 5% Molybdän, über 5 und unter 8% Wolfram, 0,5 bis 2,5% Vanadium, 0,1 bis 2% Kobalt, Rest Eisen wi bestehen. In bezug auf die dort genannten Stähle T 564 A und T 517 wird ausgesagt, daß ein höherer Siliziumgehalt einen besseren Werkzeugstahl zufolge hat als ein Werkzeugstahl, der nur 0,15% Silizium aufweist. Bei Befolgung der anmeldungsgemäßen f>r> Abstimmungsregel für Silizium müßte der bekannte Stahl T 564 A einen geringeren und der bekannte Stahl T 517 einen höheren Siliziumgehalt aufweisen. Der Stahl T 564 A müßte statt 1,02% Silizium rein rechnerisch 0,21 bzw. 0,5% besitzen und der Stahl T 517 müßte statt 0,15% Silizium rechnerisch 1,0% Silizium aufweisen.From US-PS 22 12 228 and 22 41187 high speed steels are known, which are made of 0.2 to 1.0% carbon, 2.0 to 10% chromium, 0.5 to 2.0% silicon, 2.5 to 5 % Molybdenum, over 5 and under 8% tungsten, 0.5 to 2.5% vanadium, 0.1 to 2% cobalt, the remainder iron wi consist. With regard to the steels T 564 A and T 517 mentioned there, it is stated that a higher silicon content results in a better tool steel than a tool steel which has only 0.15% silicon. By following the according to the application f>r> voting rule for silicon of the known steel T 517 should have a higher silicon content A 564 lower and the known steel T. The steel T 564 A would have to have mathematically 0.21 or 0.5% silicon instead of 1.02% and the steel T 517 would have to have 1.0% silicon instead of 0.15% silicon.
Die DT-PS 8 57 063 weist einen Schnellarbeitsstahl als bekannt nach, der 0,7 bis 1,5% Kohlenstoff, 3,0 bis 6,0% Chrom, 2,0 bis 6,0% Vanadium, 0,1 bis 1,0% Wolfram, 0,1 bis 1,0% Molybdän, 1 bis 2% Silizium, Rest Eisen enthält. Der Siliziumgehalt dient zur besseren Erschmelzung und leichteren Bearbeitbarkeit des Werkstoffes.The DT-PS 8 57 063 shows a high-speed steel as known, the 0.7 to 1.5% carbon, 3.0 to 6.0% chromium, 2.0 to 6.0% vanadium, 0.1 to 1.0% tungsten, 0.1 to 1.0% molybdenum, 1 to 2% silicon, remainder Contains iron. The silicon content is used for better melting and easier workability of the Material.
Aus »Technische Mitteilungen«, Heft 10, Oktober 1972, Seiten 482 bis 499 (487) geht hervor, daß die Wirksamkeit des Siliziums in Schnellarbeitsstähle bisher nicht schlüssig nachgewiesen worden ist.From "Technische Mitteilungen", No. 10, October 1972, pages 482 to 499 (487) it emerges that the Effectiveness of silicon in high speed steels has so far not been conclusively proven.
Aus der DT-OS 2129 426 ist ein Werkzeugstahl bekannt, der aus 0,4 bis 2,5% Kohlenstoff, 0 bis 2,0% Silizium, 0 bis 4,0% Mangan, 0 bis 25% Wolfram, 0 bis 15 % Chrom, Rest Eisen besteht. Silizium stellt dabei eine reine Wahlkomponente dar. Über seine Wirksamkeit ist der Druckschrift im einzelnen nichts zu entnehmen. Vielmehr beweisen die bevorzugten Legieningszusammensetzungen, daß dem Silizium keine Bedeutung zukommt.From DT-OS 2129 426 a tool steel is known that consists of 0.4 to 2.5% carbon, 0 to 2.0% Silicon, 0 to 4.0% manganese, 0 to 25% tungsten, 0 to 15% chromium, the remainder being iron. Silicon is one of them purely an optional component. The publication does not reveal anything about its effectiveness. Rather, the preferred alloy compositions prove that silicon is of no importance.
Die Aufgabe, Schnellarbeitsstähle mit hohem Verschleißwiderstand bei guter Schleifbarkeit und Zähigkeit zu entwickeln, ist daher nach wie vor ungelöst.The task of producing high-speed steels with high wear resistance combined with good grindability and toughness development is therefore still unsolved.
Die vorliegende Erfindung bringt eine Lösung dieser Aufgabe. Sie geht von der überraschenden Erkenntnis aus, daß bei Einhaltung bestimmter Legierungsvorschriften, die eine Abstimmung der Legierungselemente Kohlenstoff, Wolfram, Molybdän und Vanadium mit dem Siliziumgehalt beinhalten, der Karbidanteil im Gefüge erhöht werden kann, ohne daß Karbide gebildet werden, deren Form und Härte Schleifbarkeit und Zähigkeit beeinträchtigen. Durch die erfindungsgemäße Abstimmung der genannten Legierungselemente wird eine peritektoidische Karbidumsetzung ermöglicht, die zu feinen und gleichmäßig verteilten Karbiden führt und damit Schleifbarkeit und Zähigkeit verbessert.The present invention provides a solution to this problem. It starts from the surprising realization from the fact that if certain alloying regulations are complied with, a coordination of the alloying elements Contain carbon, tungsten, molybdenum and vanadium with the silicon content, the carbide content in the Structure can be increased without the formation of carbides, their shape and hardness can be grinded and Affect toughness. The inventive coordination of the alloying elements mentioned is enables a peritectoid carbide conversion, which leads to fine and evenly distributed carbides and thus improving grindability and toughness.
Durch den Zusatz von genau abgestimmten Mengen an Silizium ist es möglich, den Kohlenstoffgehalt zu erhöhen und dabei so einzustellen, daß zwar das Karbid M2C bei der Erstarrung entsteht, dieses jedoch instabilBy adding precisely matched amounts of silicon, it is possible to increase the carbon content Increase and adjust it so that although the carbide M2C is formed during solidification, it is unstable
ist und bei der Erwärmung vor der Warmformgebung in einer peritektoidischen Reaktion vollständig in die Karbide MC und M&C zerfällt, die in der gewünschten Form und Verteilung auftreten.and when heated before hot forming in a peritectoid reaction completely into the Carbides MC and M&C disintegrate, which occur in the desired form and distribution.
Erfindungsgemäß wird von einem Schnellarbeitsstahl mit hoher Verschleißfestigkeit bei guter Zähigkeit und Bearbeitbarkeit, bestehend aus 0,8 bis 1,8% C, 3,5 bis 10% Cr, 1 bis 13% W, 1 bis 10% Mo, 0,5 bis 5% V, 0 bis 10% Co, Rest Eisen mit den üblichen erschmelzungsbedingten Verunreinigungen ausgegangen. Bei der Erschmelzung des Stahls wird jedoch Silizium nach der FormelAccording to the invention, a high-speed steel with high wear resistance combined with good toughness and Machinability consisting of 0.8 to 1.8% C, 3.5 to 10% Cr, 1 to 13% W, 1 to 10% Mo, 0.5 to 5% V, 0 to 10% Co, the rest iron with the usual melting-related Impurities run out. When the steel is melted, however, silicon becomes after the formula
°/o Si = 2,7° / o Si = 2.7
(<1OW)-O.14 (%Mo)-0,5(<1OW) -O.14 (% Mo) -0.5
mindestens jedoch 0,5% Si dosiert zugegeben und der Stahl so erwärmt, daß das bei der Erstarrung der Schmelze gebildete instabile M2C in einer peritektoidischen Reaktion zu feinen und gleichmäßig verteilten Karbiden des Typs MC und M6C zerfällt. Durch diese Abstimmung des Siliziumgehalts auf die Gehalte der übrigen Legierungselemente wird die Bildung von unerwünschten M2C- Karbiden sicher verhindert. Eine Steigerung des Siliziumgehaltes über den sich aus obiger Beziehung ergebenden Wert hinaus führt zu einer unerwünschten Karbidausbildung und damit zu einer Beeinträchtigung der Stahleigenschaften. Hierbei entstehen nämlich bei der Erstarrung grob ausgebildete Primärkarbide vom Typ MeC und MC.However, at least 0.5% Si is added in doses and the steel is heated so that the unstable M2C formed during the solidification of the melt disintegrates in a peritectoid reaction to form fine and evenly distributed carbides of the MC and M 6 C types. This coordination of the silicon content with the content of the other alloy elements reliably prevents the formation of undesirable M2C carbides. An increase in the silicon content beyond the value resulting from the above relationship leads to an undesirable formation of carbide and thus to an impairment of the steel properties. This is because coarse primary carbides of the MeC and MC types are formed during solidification.
Die Bedeutung der Erfindung soll anhand einiger Gefügeaufnahmen, die an drei Versuchsschmelzen des Stahles S 2-9-1-8 (M 42-Typ), deren chemische Zusammensetzung in Tafel 1 dargestellt ist, näher erläutert werden:The importance of the invention is based on some microstructure recordings that were made on three experimental melts of the Stahles S 2-9-1-8 (M 42 type), the chemical composition of which is shown in Table 1, explained in more detail will:
Tafel 1Table 1
Chemische Zusammensetzung in Gew.-%Chemical composition in% by weight
SiSi
CrCr
W MoW Mon
CoCo
Stahl 1 1,08 0,26 4,89 1,35 9,24 1,18 8,21Steel 1 1.08 0.26 4.89 1.35 9.24 1.18 8.21
Stahl 2 1,09 1,07 5,11 1,48 9,41 1,24 8,16Steel 2 1.09 1.07 5.11 1.48 9.41 1.24 8.16
(erfindungsgemäß)
Stahl 3 1,08 2,82 5,31 1,42 9,16 1,12 7,99(according to the invention)
Steel 3 1.08 2.82 5.31 1.42 9.16 1.12 7.99
Bild 1 zeigt, daß der Stahl t über das stengeiförmige M2C-Karbid erstarrt, das bis zu hohen Verformungsgraden stabil bleibt (Bilder la—c).Figure 1 shows that the steel t solidifies via the rod-shaped M2C carbide, which can be deformed to a high degree remains stable (Figures la-c).
Aus Bild 2 geht hervor, daß der Stahl 2 mit einem der erfindungsgemäßen Formel entsprechenden Siliziumgehalt zwar ebenfalls über das M2C-Eutektikum erstarrt, jedoch ist dessen Karbidanteil so instabil, daß er bereits beim Abkühlen des Gußblockes zerfällt (Bild 2a). Dieser peritektoidische Zerfall läuft bei der weiteren Warmformgebung vollständig ab. Dabei entstehen sehr feine und gleichmäßig verteilte Karbide vom Typ M&C und MC (Bilder 2b und c), die dem Stahl einen hohen Verschleißwiderstand bei guter Schleifbarkeit und Zähigkeit verleihen.From Figure 2 it can be seen that the steel 2 with one of the silicon content corresponding to the formula according to the invention also solidifies via the M2C eutectic, however, its carbide content is so unstable that it disintegrates as soon as the ingot cools down (Fig. 2a). This Peritectoid decay takes place completely in the further hot forming. This creates very fine and evenly distributed carbides of the type M&C and MC (pictures 2b and c), which give the steel a high wear resistance with good grindability and Give toughness.
Bild 3 zeigt schließlich, daß Siliziumgehalte, die höher als die nach Formel berechneten liegen, zu einer Erstarrung des Stahles über das Mf1C-Eutektikum führen, wobei grobe primäre MC-Karbide entstehen (Bild 3a). Diese groben Karbide lassen sich auch bei stärkerer Verformung nicht vollständig zertrümmern und führen zu einem ungleichmäßigen grobkörnigen Gefüge, das die Eigenschaften des Stahles nachteilig beeinflußt.Finally, Figure 3 shows that silicon contents that are higher than those calculated using the formula lead to a solidification of the steel above the Mf 1 C eutectic, with the formation of coarse primary MC carbides (Figure 3a). These coarse carbides cannot be completely shattered, even if they are severely deformed, and lead to an uneven, coarse-grained structure which adversely affects the properties of the steel.
Die meisten herkömmlichen Schnellarbeitsstähle haben zur optimalen Karbidausbiidung zu niedrige Siliziumgehalte. Bei einer Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre auf diese Stähle wird eine Verbesserung der Stahleigenschaften erreicht.Most conventional high-speed steels have too low carbides for optimal formation Silicon content. When the teaching according to the invention is applied to these steels, there is an improvement the steel properties achieved.
Erhöhte Siliziumgehalte führen zwar zu einer Steigerung der Sekundärhärte, bewirken jedoch eine Verschiebung des Sekundärhärtemaximums zu niedrigeren Anlaßtemperaturen. Diese Verringerung der Anlaßbeständigkeit durch Silizium ist für die Verwendung derartiger Stähle von Nachteil. Es wurde daher versucht, diesen Nachteil durch weitere Legierungsmaßnahmen auszugleichen. Durch umfangreiche Untersuchungen wurde festgestellt, daß die durch Silizium verringerte Anlaßbeständigkeit erhöht werden kann, wenn der Chromgehalt der Stähle, der üblicherweise bei rd. 4% liegt, auf höhere Werte angehoben wird. Der zur Sicherstellung der Anlaßbeständigkeit erforderliche optimale Chromgehalt sollte daher gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung mit dem Siliziumgehalt des Stahles nach der BeziehungAlthough increased silicon contents lead to an increase in secondary hardness, they do, however Shift of the secondary hardness maximum to lower tempering temperatures. This reduction in Tempering resistance due to silicon is a disadvantage for the use of such steels. It was therefore tries to compensate for this disadvantage through further alloying measures. Through extensive research it has been found that the tempering resistance, which is reduced by silicon, can be increased, if the chromium content of the steels, which is usually around 4%, is increased to higher values. The for Ensuring the tempering resistance required optimal chromium content should therefore in accordance with a preferred embodiment of the invention with the silicon content of the steel according to the relationship
%Cr = 4 + 2(%Si)% Cr = 4 + 2 (% Si)
verknüpft sein.be linked.
Durch Siliziumzusätze wird der nach dem Härten der Stähle vorliegende Restaustenitanteil verringert. Zur Abschwächung dieses Effekts ist es daher von Vorteil, den erfindungsgemäßen siliziumhaltigen Stählen Stickstoff bis zu einer Höhe von 0,1 % zuzusetzen.The amount of retained austenite present after hardening of the steels is reduced by adding silicon. To the To weaken this effect, it is therefore advantageous to use nitrogen in the silicon-containing steels according to the invention to be added up to an amount of 0.1%.
Nach der Erfindung ist es möglich, Schnellarbeitsstähle mit optimaler Gefügeausbildung und damit hervorragenden Gebrauchseigenschaften zu erzeugen.According to the invention, it is possible to produce high-speed steels with an optimal structure and thus excellent To generate usage properties.
Schnellarbeitsstähle gemäß der Erfindung eignen sich vorzugsweise für Werkzeuge, bei deren Formgebung größere Schleifarbeiten notwendig sind, wie Spiralbohrer, Gewindebohrer, Schneideisen, Räumnadeln, Fräser und dergleichen.High speed steels according to the invention are preferably suitable for tools during their shaping larger grinding work is necessary, such as twist drills, taps, dies, broaches, milling cutters and the same.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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|---|---|---|---|
| BHV | Refusal |