DE2637584C2

DE2637584C2 - Verfahren zum Warmverformen von Werkstücken aus Stahl und nach dem Verfahren hergestellter Schnellstahl

Info

Publication number: DE2637584C2
Application number: DE2637584A
Authority: DE
Inventors: Maurice P. New Kensington Pa. DeWalt
Original assignee: Continental Copper and Steel Industries Inc
Current assignee: Continental Copper and Steel Industries Inc
Priority date: 1975-04-03
Filing date: 1976-08-20
Publication date: 1986-10-23
Also published as: GB1552198A; US4036670A; SE456015B; SE8404743L; FR2362940B1; FR2362940A1; DE2637584A1; SE8404743D0

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Warmverformen von Werkstücken aus Stahl, die mit einer etwa 0,15 mm dicken Schicht aus Nichteisenmetall beschichtet sind.
Die folgende Beschreibung erfolgt der Einfachheit halber mit Bezug auf die Herstellung von Werkzeugstahl,

d. h. Schnellstahl, ist hierauf selbstverständlich nicht beschränkt, sondern auf alle Stähle anwendbar, bei deren Herstellung die Entkohlung ein Problem darstellt

Ein Problem bei der Erwärmung und der Warmverformung von Stahl zur Herstellung von Halbzeug oder Fertigprodukten ist darin zu sehen, daß ein Teil des Oberflächenkohlenstoffs des Zwischen- oder Endproduktes durch Oxidation durch die umgebende Atmosphäre verlorengeht So ist insbesondere bei Schnellstahl dieser Verlust an Oberflächenkohlenstoff bzw. die Entkohlung ein schwerwiegendes Problem, da damit der Ausschuß steigt und eine Energieverschwendung in Kauf zu nehmen ist

Aber auch Werkzeugstahlblöcke, die nach dem Pulvermetallurgieverfahren mit ähnlichen Legierungselementen wie beim Gießen einschließlich Kohlenstoff hergestellt und zu Halbzeug oder Fertigprodukten verarbeitet werden, haben das Problem der Entkohlung.

Warmverformungsbehandlungen, wie z. B. das Warmpressen oder Hämmern oder Vorwalzen des Blockes, das Warmwalzen und das Fertigwalzen mit anschließender Glüh- und Wärmebehandlung führen zum Auftreten eines beträchtlichen Verlustes an Oberflächenkohlenstoff beim Werkstück. Bei jedem dieser Vorgänge wird der Außenumfang des Werkstücks bis zu einem gewissen Grade entkohlt Um dem zu begegnen, wird das Werkstück in der Regel nach jedem Warmbearbeitungsvorgang bis zu einer ausreichenden Tiefe abgeschliffen, um Oberflächendefekte sowie die entkohlten Zonen oder Flächen zu entfernen.

Nach dem Glühen wird das Werkstück, beispielsweise in Form eines Stabes, in der Regel auf Richtwalzen gerichtet und anschließend kalten Oberflächenbehandlungen wie Schälen und/oder kornlosem Schleifen ausgesetzt, um diese zu entfernen. Das fertige Werkstück oder Werkzeugstahlprodukt stellt somit nur einen Teil der ursprünglichen Menge des Werkzeugstahls dar, das häufig nur etwa 50 Gew.-% der Ausgangsschmelze beträgt.

Der Hauptverlust an Oberflächenkohlenstoff, so hat sich bei den der Erfindung zugrundeliegenden Versuchen gezeigt, tritt hauptsächlich dort, wo er die Qualität des Fertigproduktes nachteilig beeinflussen kann, hauptsächlich in zwei Stufen der Bearbeitung auf, nämlich während des Erwärmens für das Schlußwalzen und während des Fertigglühens. Es wurden schon Schutzüberzüge, um den Entkohlungsgrad herabzusetzen, verwendet. Die praktischen Nachteile waren bisher jedoch so, daß keine wirtschaftlich zufriedenstellende Lösung dieses Problems gefunden worden ist.

Auch wurden bereits Schutzüberzüge, z. B. aus Graphit, Keramik und Anstriche auf Metallbasis, verwendet. Keiner dieser Überzüge bietet jedoch einen ausreichend wirksamen Oberflächenschutz gegen Entkohlung, sowohl während des Walzens wie während des Glühens.
Es wurde darum auch bereits stattdessen mit einer kontrollierten Atmosphäre oder mit Vakuum gearbeitet, was jedoch (Vakuumöfen etc.) mit hohen Kapitalinvestitionen verbunden war.

In Praxis werden bei der Werkzeugstahlherstellung heute entweder Schutzüberzüge oder Abschirmbehandlungen oder teure Apparaturen verwendet (mit den oben genannten Nachteilen) oder es werden konventionelle Erwärmungsmethoden ohne spezielle Vorsichtsmaßnahmen zur Herabsetzung der Entkohlung angewendet. Man greift hierbei nur auf das Schälen und/oder das kornlose Schleifen zur Entfernung der auftretenden Entkohlung zurück, obgleich niedrigere Gesamtausbeuten erzielt werden.

Man hat aber auch schon ein Verfahren der eingangs genannten Art (österreichische Patentschrift 2 04 064) beschrieben, wobei Platinen oder Knüppel einige Minuten in flüssiges Aluminium von ca. 850°C eingetaucht wurden, um so einen verformbaren gegen Oxidation widerstandsfähigen Überzug aus einer festen Lösung des Aluminiums in dem Grundmetall mit etwa 10 bis 15% Aluminiumgehalt und einer 2—3stündigen Erwärmung auf die Verformungstemperatur von etwa 1100 bis 1300° C zu bringen, woran sich die Verformung wie Walzen anschließt. Es ist nicht bekannt ob ein solches Verfahren in der Praxis realisiert wurde Der aluminiumhakige

Schutzüberzug verbleibt auf dem Werkstück. J|

Andererseits ist es bereits in der Pulvermetallurgie bekannt (Eisenkolb »Fortschritte der Pulvermetallurgie«, m

Band 1, 1963, Akademieverlag, Seiten 327—328) Metallpulver in metallische Schutzhüllen zu geben, die bei S;

höherer Arbeitstemperatur das eingeschlossene Pulver vor Oxidation schützt. Hier geht es im wesentlichen um || die Verarbeitung gesundheitsschädlicher Werkstoffe wie Spaltmaterial. Allerdings ist weiter vorgeschrieben, |i daß die Eigenschaften des Hüllenwerkstoffs den Eigenschaften des zu verarbeitenden Pulvers entsprechen \| müssen. SS

Schließüch ist noch bekannt (US-PS 31 84 331), daß beispielsweise Chromüberzüge wegen der starken Affinität des Kohlenstoffs zu Chrom zu Schwierigkeiten führten, da dadurch die darunter befindliche Werkzeugstahlschicht an Kohlenstoff verarmte.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß sich geeignete (vorübergehende) Schutzschichten ergeben, die auch bei nachfolgenden Walzvorgängen genügend haften und zur Verhinderung einer Entkohlung geeignet sind.

Erreicht wird dies überraschend einfach bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch, daß die Schicht bestehend aus Al, Cu, Bronze, Mo, Ni, Zn, Sn durch Aufsprühen auf die gereinigte und aufgerauhte Werkstückoberfläche aufgebracht und nach dem Warmverformen wieder entfernt wird.

Vorzugsweise wird die Werkstückoberfläche durch Sandstrahlen aufgerauht

Gegenstand der Erfindung ist aber ein Schnellstrahl, hergestellt durch Warmverformen aus einem Werkstück aus Stahl, das mit einer etwa 0,15 mm dicken Schicht aus Nichteisenmetall beschichtet ist und zeichnet sich dadurch aus, daß die Schicht bestehend aus AI, Cu, Bronze, Mo, Ni, Zn, Sn durch Aufsprühen auf die gereinigte und aufgerauhte Werkstückoberfläche aufgebracht und nach dem Warmverformen wieder entfernt wird.

Durch diese Maßnahme, die Auswahl bestimmter Elemente, Aufsprühen dieser Elemente auf eine in bestimmter Weise vorbereitete, nämlich aufgerauhte Werkstückoberfläche und die Wiederentfernung des gebildeten Überzugs nach dem Warmverformen und Schlußglühen, wird ein äußerst wirtschaftliches Verfahren bzw. wirtschaftliches Produkt zur Verfügung gestellt, was weitestgehend eine Entkohlung verhindert Der Schutz ist ausreichend, die Haftung hervorragend. Es können allgemein schädliche Einflüsse der umgebenden Atmosphäre auf diese Weise ausgeschaltet werden. Das Aufsprühen des Metallmaterials des Überzugs, insbesondere des Aluminiums, wird in einer durchschnittlichen Dicke von etwa 0,15 bis 0,25 mm aufgespritzt

Beim Warmverformen kann es sich zweckmäßig um eine oder mehrere Warmwalzstufen üblichen Typs handeln, z. B. solche, wie sie bei der Warmwalztemperatur des Werkzeugstahls durchgeführt werden, die in der Regel am Anfang mindestens 982° C beträgt, woran sich eine übliche Glühung anschließen kann.

Die Entfernung des dabei erhaltenen Überzugs in dem äußeren Randabschnitt des Werkstücks kann durch übliche kalte Oberflächenbehandlungen, wie z. B. Schälen und/oder kornloses Schleifen erfolgen.

Der Gesamtvorgang, bei dem die Maßnahme nach der Erfindung angewendet wird, um zu einem Produkt mit in der Außenhaut verminderter Entkohlung zu gelangen, besteht beispielsweise in folgendem:
Warmpressen eines Werkzeugstahlblocks bei seiner Warmverformungstemperatur in Warmform, Abkühlen, Glühen und Entfernen von Oberflächendefekten im äußeren Randabschnitt, Wiedererwärmen des Barrens auf seine Warmverformungstemperatur und Warmwalzen des Werkstücks in eine neue Barrenform,
Abkühlen des neuen Barrens, Glühen und Entfernen von Oberflächendefekten sowie eine Entkohlung aufweisenden äußeren Randabschnitten,

Reinigen und Aufrauhen der äußeren Oberfläche des neuen Barrens zur Verbesserung der Haftung des nachfolgend aufgebrachten Überzugs aus Metall, Aufbringen eines daran haftenden entfernbaren Oberflächenschutz-Überzugs auf die Außenoberfläche nach vorheriger Reinigung und Aufrauhung, Wiedererwärmen des dabei erhaltenen mit dem metallbeschichteten Werkstücks auf seine Warmverformungstemperatur und Fertigwarmwalzen, Glühen und Richten des Werkstücks und anschließendes Entfernen des Oberflächendefekts, gegebenenfalls Entkohlungen aufweisenden äußeren Randabschnitts des Werkstücks in der endgültigen Größe oder anschließendes Fertigglühen und Richten des Werkstücks in seiner endgültigen Abmessung, Wärmebehandlung des Werkstücks und anschließende Entfernung des dabei erhaltenen äußeren Randabschnitts.

Beispielsweise wird eine Schmelze, die dem Aufbau eines typischen Schnellstahls oder Werkzeugstahls entspricht, beispielsweise eine solche, wie sie in einem Elektroofen erzeugt wird, zu Blöcken vergossen. Die Blöcke werden wieder auf ihre Warmverformungstemperaturen, die im Falle des Schnellarbeitsstahles zwischen 927 und 1260° C liegen, erwärmt und zu einem halbfertigen Produkt (Halbzeug) warmverformt. Diese Warmverformungsstufen umfassen im Falle der Herstellung eines gewalzten Stabes das Warmpressen oder Vorwalzen des erwärmten Block-Werkstückes auf einem Walzwerk zu einem Barren, die Entfernung des äußeren Randabschnittes desselben, beispielsweise durch Schleifen oder Abschrägen, um Oberflächendefekte zu eliminieren, das Wiedererwärmen des Barrens auf seine Warmverformungstemperatur und das Warmwalzen, Warmpressen oder Hämmern zu einem halbfertigen kleineren Barren. Ein haftender, entfernbarer Oberflächenschutzüberzug aus Aluminium wird auf die äußere Oberfläche des halbfertigen Werkstückes aufgebracht und das mit Aluminium beschichtete Werkstück wird wieder auf seine Warmverformungstemperatur erwärmt und bis auf seine endgültige Größe warm ausgewalzt. Das Werkstück wird dann geglüht und auf Richtwalzen gerichtet und der dabei erhaltene äußere Randabschnitt mit verminderter Entkohlung und der Aluminiumüberzug werden anschließend entfernt. Um eine bessere Haftung des Aluminiumüberzugs an dem halbfertigen Werkstück zu gewährleisten, wird die äußere Oberfläche desselben vorzugsweise vor der Aluminisierung (Aufbringung eines Aluminiumüberzugs) zur Durchführung der Endwarmwalz- oder Endbearbeitungsstufen, d. h. der Stufen, durch welche das Werkstück zu seiner endgültigen Größe für das Glühen verarbeitet wird, gereinigt und aufgerauht.

Es ist klar, daß der Überzug aus dem Metallmaterial zweckmäßig zu einem solchen Zeitpunkt bei der Werkzeugstahlherstellung aufgebracht wird, der ebenso früh ist wie die Herstellung des Barrenformwerkstükkes in der halbfertigen Größe (Halbzeuggröße). Dies ist deshalb so, weil die nachfolgenden Arbeitsgänge, wie z. B. das Wiedererwärmen für die Schlußwalzung und die Schlußglühung, solche Erhitzungscyclen sind, bei denen hauptsächlich ein Verlust an Oberflächenkohlenstoff auftritt. Gemäß ihren breiteren Aspekten betrifft die vorliegende Erfindung auch das Aufbringen des Schutzüberzugs aus dem Metallmaterial zu einem früheren Zeitpunkt, beispielsweise vor dem Wiedererwärmen für die Warmwalzung zur Herstellung der verkleinerten Barrenform, bei der ebenfalls eine Entkohlung auftritt.

Da der Schutzüberzug aus dem Metallmaterial entfernbar ist und wegen der vorgesehenen weiteren sukzessiven Erhitzungscycius-Warmverformungsstufen, umfaßt die vorliegende Erfindung auch die spezifischen Zwi-

schenprodukte, die bei der Herstellung erhalten werden. Eines dieser Zwischenprodukte ist das nicht-geglühte und nicht-gerichtete halbfertige Werkzeugstahl-Werkstück mit einem daran haftenden, entfernbaren Oberflächenschutzüberzug aus dem Metallmaterial, z. B. in Form eines aufgespritzten Aluminiumüberzugs in einer Dicke von etwa 0,015 bis etwa 0,025 cm auf die äußere Oberfläche desselben, wobei vorzugsweise die äußere Oberfläche vor dem Aufbringen des Überzugs aus dem Metallmaterial vorgereinigt und aufgerauht worden ist

Das andere dieser Zwischenprodukte ist das fertige We« kzeugstahl-Werkstück mit einem äußeren Randabschnitt mit verminderter Entkohlung und einem daran haftenden entfernbaren Oberflächenschutzüberzug aus dem Metallmaterial, der vorher auf die äußere Oberfläche des halbfertigen Vorläufer-Werkstückes, beispielsweise in einer ursprünglichen Dicke von etwa 0,015 bis etwa 0,025 cm aufgebracht worden ist, wobei das

ίο halbfertige Werkstück den Warmverformungstemperaturen ausgesetzt worden ist, beispielsweise dem Warmwalzen bei einer Temperatur von anfänglich mindestens etwa 927 bis etwa 1260⁰C und anschließendes Glühen und gegebenenfalls Richten, wonach der Überzug aus dem Metallmaterial darauf aufgebracht worden ist. und anschließende Einwirkung von zusätzlichen Warmbehandlungstemperaturen von anfänglich mindestens 816 bis 1288° C auf das Werkstück unter Bildung des wärmebehandelten fertigen Werkzeugstahl-Werkstückes. Auch in diesem Falle wird die äußere Oberfläche des halbfertigen Vorläufer-Werkstückes vorzugsweise wie oben angegeben vorher gereinigt und aufgerauht

Der haftende Oberflächenschutzüberzug aus einem Metallmaterial, wie Aluminium, kann unter Anwendung verschiedener konventioneller Metallisierungsverfahren durch Metallspritzen auf die äußere Oberfläche des Werkzeugstahl-Werkstückes aufgebracht werden. Die Metallisierung durch Aluminiumspritzen wird zum wirksamen Bedecken des Werkstückes in einer gut kontrollierbaren Dicke angewendet Im allgemeinen umfaßt das Metallspritzen das Erhitzen des aufzuspritzenden Metalls bis zum Erreichen des geschmolzenen oder halbgeschmolzenen Zustandes durch Hindurchführen durch eine Hochtemperaturzone und die Abscheidung des aufgespritzten Metalls in einer feinteiligen Form auf die Oberfläche des zu bespritzenden Formkörpers. Die geschmolzenen oder halbgeschmolzenen Teilchen werden beim Aufprall auf die Substratoberfläche, auf die sie aufgespritzt werden, abgeplattet und haften beim Erstarren daran. Die nachfolgend abgeschiedenen Teilchen werden ebenfalls abgeplattet und haften ihrerseits an den vorher abgeschiedenen Teilchen unter Bildung einer allmählich anwachsenden Struktur von aufgespritzten Überzügen in Schichtenform.

Das aufzuspritzende Metall wird häufig in Form eines Drahtes oder in Form eines Pulvers zugeführt. Wenn nun Metall in Drahtform geschmolzen wird, kann es einem Hochgeschwindigkeitsgebläse von Luft oder einem anderen Gas ausgesetzt werden, wodurch es zerstäubt und auf die Substratoberfläche getrieben wird. Es sind bereits verschiedene Metallisierungspistolen oder ähnliche Vorrichtungen erhältlich zum Aufspritzen von Draht, Stab oder Pulver und sie verwenden in der Regel eine Mischung aus Sauerstoff und Acetylen oder anderen" ähnlichen Gasen als Wärmequelle. Es werden auch Lichtbogenspritzpistolen verwendet, bei denen der Draht in einer Hochtemperaturzone geschmolzen wird, die durch einen Gleichstrom-Lichtbogen erzeugt wird, und die geschmolzenen Teilchen werden mit einer hohen Geschwindigkeit durch Druckluft weggespült. Der Vorteil der Anwendung des Metallspritzverfahrens zur Herstellung eines Überzugs der gewünschten Dicke besteht darin, daß es nicht auf irgendeine spezielle Größe des Werkstückes beschränkt ist, und die zur Verfügung stehenden Metallisierungspistolen sind bequem zu handhaben.
Im Falle von Aluminium oder Kupfer, Bronze, Molybdän, Nickel, Zinn und Zink und sogar bei kohlenstoffarmen, kohlenstoffreichen und rostfreien Stählen ähneln die aufgespritzten Metallüberzüge in chemischer Hinsicht dem Ausgangsmaterial Draht, Stab oder Pulver, ihre physikalischen Eigenschaften sind jedoch völlig verschie-J den von denjenigen des Metalls vor dem Aufspritzen. Die aufgespritzten Metallüberzüge bilden eine Schicht-

§i struktur, die nicht homogen ist; die Kohäsion beruht auf einer mechanischen Bindung.

'■'" Zur Verbesserung der Haftung des Überzugs an dem Werkzeugstahl wird nach Reinigung eine Aufrauhung

durchgeführt. Die Oberfläche wird daher auf solche Weise gereinigt und vorbehandelt, die eine gute Haftung der aufgespritzten Metallteilchen an dem Grundmetall gewährleistet. Die Reinigung umfaßt die Entfernung von Fett, Zunder, Schmutz, Öl und irgendwelchen anderen Verunreinigungen, welche die Haftung des Überzugs beeinträchtigen würden. Die Aufrauhung der Oberfläche des Werkstückes ist die letzte Behandlungsstufe vor dem Aufspritzen des Metalls. Zur Erzielung des gewünschten Zweckes sind in entsprechender Weise konventioneue mechanische Aufrauhungsverfahren anwendbar. Wie ohne weiteres ersichtlich, beeinflussen sowohl die Sauberkeit als auch die Rauhheit die Haftfestigkeit zwischen dem Metallüberzug und der Substratoberfläche des Werkstückes stark.

Eine vorteilhafte Kombinationsmaßr-ahme zur gleichzeitigen Erzielung einer Reinigung und Aufrauhung der äußeren Oberfläche des Werkstückes is*, die Anwendung einer Sandstrahlung. Bei den üblicherweise für eine derartige Vorbehandlung der Oberfläche verwendeten Schmirgelmaterialien handelt es sich um zerkleinerten angulären Sand, zerkleinerten Stahlgruß und Aluminiumoxid. Stahlgruß oder Aluminiumoxid ist bevorzugt, da das Schmirgelmaterial leicht zurückgewonnen und wiederverwendet werden kann.

Das Werkstück sollte nach der Reinigung und Aufrauhung so schnell wie möglich metallisiert oder beschichtet werden, um die Oberflächenoxydation und Rekontamination minimal zu halten. Aus diesem Grunde kann beispielsweise dann, wenn ein Teil sandgestrahlt worden ist und mit dem Metall bespritzt werden soll, das ^^£J*kStÜCk Sofort JTiii dem N4et»l! OAcririWt worHpn ufnt\Ai HiA rAlatit/A RAti/AOiincr 7\incr*tifan HAm λλ/Arlf cti'tnL· MnH der Metallisierungspistole möglichst mechanisch reguliert wird, um die Gleichmäßigkeit und Reproduzierbarkeit zu gewährleisten.

Es wurde gefunden, daß dort, wo sich der auf die äußere Oberfläche des Werkstückes aufgespritzte Oberflächenüberzug bis zu einer Dicke zwischen 0,015 und 0,025 cm über der Substratoberfläche anreichert, ein zufriedenstellender Schutz während des Erhitzens zum Walzen und Schlußglühen erzielt wird. Dicken unterhalb etwa 0,015 cm sind im allgemeinen zu gering für ein ordnungsgemäßes Arbeiten, während solche oberhalb etwa 0,025 cm unnötig sind. Es wird angenommen, daß der während des Erhitzungscyclus vor dem Walzen erzielte

Schutz auf die mechanische Haftung des aufgebrachten Überzuges an der äußeren Oberfläche des Werkstückes zurückzuführen ist, während der Schutz beim Glühen aus einer metallurgischen Verschweißung und Diffusion resultiert, die zwischen den dabei erhaltenen Oxiden des aufgebrachten Metallmaterialüberzugs und dem Substrat als Folge der Warmverformung auftritt.

Der durch das erfindungsgemäße Verfahren erzielte Schutz gegen Entkohlung ist einzigartig insofern, als dieser Schutz nicht nur während des Erwärmungscyklus, beispielsweise der Barren zum Walzen, sondern auch während des Glühcyclus erzielt wird. Dieser Schutz kann gewünschtenfalls während eines nachfolgenden Erwärmungscyclus zum Härten, d. h. vor der Entfernung des aufgebrachten Schutzüberzuges, weiterhin wirksam sein, beispielsweise bei der Herstellung von Drehstählen aus einem auf die erfindungsgemäße Weise gewalzten und geglühten Ausgangsmaterial. Zweckmäßig wird ein guter Schutz gegen einen normalen Grad der to Entkohlung während zwei oder drei aufeinanderfolgenden und bedeutenden Erhitzungscyclen oder Bearbeitungsvorgängen dadurch ermöglicht, daß man einen metallisierten Oberflächenüberzug des erfindungsgemäß beschriebenen Typs vorsieht

Es ist bisher kein anderes Beschichtungsverfahren bekannt, mit dessen Hilfe es möglich ist, diesen Grad des Schutzes gegen Entkohlung durch Aufbringen eines einzigen Überzuges zu erzielen. Darüber hinaus ist die Metallisierung dann besonders wirksam, wenn als spezifisches Metalimaterial, das als haftender, vorübergehender Oberflächenschutzüberzug auf das Werkstück aufgebracht wird, Aluminium verwendet wird, da es auf die wirksamste Weise zu einem Teil des Substrats wird und einen wirksameren Schutz liefert.

Allgemein wird zwar der Überzug aus dem Metallmaterial als Überzug aus Metall angesehen, darunter fällt jedoch auch, daß ein Teil des Metalls in Form von Oxiden vorliegt So ist es beispielsweise bekannt, daß sich Aluminium an seiner freiliegenden Oberfläche leicht in sein Oxid umwandelt Wenn es unter Verwendung einer Metallisierungspistole aufgespritzt wird, wandeln sich die geschmolzenen zerstäubten Teilchen an ihrer Peripherie leicht in das Oxid um, das Gesamtergebnis ist jedoch eine Schicht, die überwiegend aus metallischem Aluminium besteht welche die Oberfläche des Werkstückes in bezug auf die Entkohlung vollständig schützt

Die Metallisierung des Barrens oder Werkstückes ist zufriedenstellend, insbesondere wenn man die Tatsache berücksichtigt, daß der Metallüberzug anschließend wiederholten Erwärmungscyclen und Warmverformungsstufen häufig oberhalb seiner Schmelztemperatur, jedoch unterhalb seiner Siedetemperatur, unterworfen wird. Durch das Erwärmen und Warmwalzen wird eine Fließverteilung des metallisierten Überzugs gewährleistet und dadurch wird eine ausreichend gleichmäßige und verhältnismäßig nicht-poröse Haut beispielsweise aus Aluminium und/oder Aluminium-Aluminiumoxid erzeugt welche das Werkstück bedeckt und es gegen Oxydation und Entkohlung während des Glühens schützt Diese Haut ergibt eine wirksame mechanische Haftung zu Beginn an dem Werkstücksubstrat und als Folge der mechanischen Warmverformung gegebenenfalls auch eine metallurgische Verschweißung und Diffusion.

Im Vergleich zu den Verfahren, die zur Erzielung einer verminderten Entkohlung während des Erhitzens eines Barrens zum Warmverformen und/oder Glühen oder während einer anderen thermischen Behandlung die Verwendung von Einrichtungen mit kontrollierter Atmosphäre vorsehen, liegt die Größenordnung der heutigen Investitionskosten bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens für die gleiche Kapazität in Abhängigkeit von dem Grad der Mechanisierung bei etwa '/33 bis Vn der erforderlichen Investitionskosten für ein Verfahren, in dem ein Ofen mit einer kontrollierten Atmosphäre oder ein Vakuumglühofen verwendet wird. Außerdem kann das erfindungsgemäße Verfahren mit einem Bruchteil (V₃₃ bis V₅₀) der laufenden Kosten der konventionellen Herstellung in kontrollierter Umgebung durchgeführt werden. Es ist völlig überraschend, daß trotz des heutigen Trends zu verhältnismäßig teuren Einrichtungen mit kontrollierter Atmosphäre oder Vakuum die vorliegende Erfindung eine wirksamere Alternative bei entsprechend niedrigeren Kosten, bezogen auf die Ausbeute und die Energie, darstellt

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.

Beispiel 1

Zur Herstellung eines runden Stabes aus Schnellarbeitsstahl mit einem Durchmesser von 0,13Sl bis 0,1390 cm aus einer Schmelze der nachfolgend angegebenen Zusammensetzung:

Kohlenstoff 1,00%

Molybdän 8,75%

Wolfram 1,75%

Chrom 3,75%

Vanadin 2,10%

wurden zur Herstellung eines halbfertigen Barren-Werkstückes die folgenden Stufen durchgeführt:

1.) Aufschmelzen der Charge in einem Elektroofen,

2.) Gießen in eine 30,48 cm Blockform,

3.) Erwärmen des Blockes auf die Schmiedetemperatur von 1149⁰C,

4.) Pressen zu einem 15,24 cm Vierkantbarren oder einem solchen einer anderen spezifischen Größe,

5.) Schleifen zur Entfernung der Oberflächendefekte,

6.) Wiedererwärmen auf die angegebene Temperatur zum Walzen, 1138° C,

7.) Walzen zu einem 3,49 cm Vierkantbarren (Halbzeug),

8.) vollständiges Schleifen zur Entfernung der Entkohlung und der Oberflächendefekte.

Zur Verarbeitung des halbfertigen Barren-Werkstückes zu dem fertigen Rundstab mit einem Durchmesser von 0,1381 bis 0,1390 cm wurden unter Anwendung des konventionellen Verfahrens A und getrennt davon unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens B die nachfolgend angegebenen Stufen durchgeführt:

Konventionelles Verfahren A

erfindungsgemäßes Verfahren B

9A Wiedererwärmen auf eine spezifische Temperatur, 1149° C

1OA Walzen zu einem 1,59 cm (5/8 inch)-Rundstab und bis zu einem fertigen 0,1381 cm/0,1390 cm Rundstab

11A Glühen
12A Richten

13A kalte Oberflächenbehandlung durch Schälen bis auf 0,1413 cm/0,1419 cm und kornloses Schleifen zu einem 0,1381 cm/0,1390 cm Rund-20 stab zur Entfernung der Entkohlung

9B Sandstrahlen zur Reinigung und Aufrauhung der äußeren Oberfläche des Werkstückes (1 :1 -Mischung aus G25 und G40)- Stahlgruß

1OB Aluminisieren durch Aufspritzen von Aluminium zur Erzielung eines Oberflächenschutzüberzuges einer durchschnittlichen Dicke von etwa 0,0203 cm Drahtdicke: 0,476 cm (3/16 inch) Durchmesser

11B Wiedererwärmen auf die angegebene Temperatur

12B Walzen zu einem 1,51 cm (19/32 inch)-Rundstab und bis zu einem fertigen 0,1381 cm/0,1390 cm (0,544 inch/0,547 inch)-Rundstab

13B Glühen
14B Richten

15B kalte Oberflächenbehandlung durch Schälen bis auf

einen 0,1413 cm/0,1419 cm Rundstab und kornloses

Schleifen bis zu einem 0,1381 cm/0,1390 cm Rundstab zur Entfernung des Aluminiumoberflächenüberzugs.

Die Größe der verwendeten Form und die Preß-, Erwärmungs-, Schleif- und Walzverfahren können je nach dem gewünschten Endprodukt und je nach der für die Bearbeitung verfügbaren Apparatur variiert werden.

Bezogen auf die ursprüngliche Schmelzcharge betrug die Ausbeute an Werkzeugstahl nach der kalten Oberflächenbehandlungsstufe 13A bei dem konventionellen Verfahren nur etwa 50%, während die Ausbeute nach der kalten Oberflächenbehandlungsstufe 15B bei dem erfindungsgemäßen Verfahren etwa 60% betrug.

wobei die Versuche zeigen, daß die entsprechende Ausbeute nach dem Recken des Stabes der Stufe 12A des konventionellen Verfahrens und vor der Beseitigung der Entkohlung durch die Stufe 13A etwa die gleiche war. Die erfindungsgemäß erzielte 60%-Ausbeute nach der Entfernung des Aluminiumoberflächenüberzugs durch die Stufe 15B stellt eine Erhöhung um etwa 20% gegenüber der entsprechenden 50%-Ausbeute gemäß dem konventionellen Verfahren und damit eine etwa 20%ige Verminderung der Entkohlung dar. Bezogen auf die Schmelzcharge wurden erfindungsgemäß etwa 10% mehr nutzbarer Werkzeugstahl erhalten, dies entspricht Gesamteinsparungen in bezug auf die Stromkosten von etwa 400 bis etwa 750 DM pro Tonne erzeugtem Gesamtstahl.

In diesem Beispiel wurde das Metallspritzen mit einer Sauerstoff/Acetylengas-Druckluft-Metallisierungspistole unter Verwendung eines Aluminiummetalidrahtes auf konventionelle Weise durchgeführt.

Eine Mikrophotographie des Querschnittes des dabei erhaltenen metallisierten 0,2016 cm Rundstabes (in 200facher Vergrößerung) vor der Beseitigung der Entkohlung durch Schälen und kornloses Schleifen zeigte nach einer 5% Nital-Ätzung eine metallisierte Oberflächenschicht aus Aluminium, die bis zu einer Tiefe von 0,0203 cm vollständig verschweißt und eindiffundiert und mit dem Werkstück-Substrat mechanisch verbunden war. Es konnte eindeutig das Fehlen jeglicher Entkohlung unterhalb der Metallisierungsschicht (Metalischicht)

50 festgestellt werden.

Beispiel 2

Das Beispiel 1 wurde wiederholt, wobei diesmal in dem erfindungsgemäßen Verfahren B die Sandstrahl- und Aluminisierungsstufen zu einem früheren Zeitpunkt während der Bearbeitung an dem 15,24 cm Vierkantbarren nach dem Schleifen gemäß Stufe 5 und vor dem Wiedererwärmen gemäß Stufe 6 durchgeführt wurden, wobei Ergebnisse erhalten wurden, die mit denjenigen des Beispiels 1 vergleichbar waren.

Die Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen näher erläutert, es ist jedoch für den Fachman selbstverständlich, daß sie darauf keineswegs beschränkt ist Der hier verwendete Ausdruck »Werkzeugstahl« dient nur der einfacheren Erläuterung der Erfindung. Die Erfindung ist aber auf jeden beliebigen Stahl anwendbar, bei dem die Entkohlung ein Problem ist

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Warmverformen von Werkstücken aus Stahl, die mit einer etwa 0,15 mm dicken Schicht aus Nichteisenmetall beschichtet sind, dadurchgekcnnzeichnet, daß die Schicht bestehend aus Al, Cu, Bronze, Mo, Ni, Zn, Sn durch Aufsprühen auf die gereinigte und aufgerauhte Werkstückoberfläche aufgebracht und nac h dem Warmverformen wieder entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückoberfläche durch Sandstrahlen aufgerauht wird.

3. Schnellstahl, hergestellt durch Warmverformen aus einem Werkstück aus Stahl, das mit einer etwa ίο 0,15 mm dicken Schicht aus Nicht-Eisenmetall beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht bestehend aus Al, Cu, Bronze, Mo, Ni, Zn, Sn durch Aufsprühen auf die gereinigte und aufgerauhte Werkstückoberfläche aufgebracht und nach dem Warmverformen wieder entfernt wird.