DE2652509C2 - Verwendung einer Hartstofflegierung für Werkzeug- und Verschleißteile - Google Patents

Description

Bearbeitbare und härtbare Hartstofflegierungen sind in vielen Variationen bekannt. Durch den Legierungsanteil von fast 50Vol.-% Karbid, vornehmlich Titankarbid, liegt die Wärmeausdehnung dieser Hartstofflegierungen unter derjenigen der Werkzeugstähle, mit denen sie oftmals durch Verbundsinterung unlösbar verbunden werden. Dadurch entstehen schon bei leichter Erwärmung Spannungen, die zu Rissen führen können.

Werden lösbare Verbindungen durch Einpassen, Verschrauben, Kleben und ähnliches durchgeführt, kommt es bei Erwärmung von Werkzeugstahl und/oder Hartstofflegierung zur Bildung von Luftspalten, in die sich Stücke des zu verarbeitenden Werkstoffs, z.B.

ίο Kunststoff, festsetzen. An den geformten Teilen entsteht so ein schwer entfembarer GraL

Es wurde deshalb schon versucht, den Ausdehnungskoeffizienten bekannter Hartstofflegierungen zu steigern, um ihn dem der Werkzeugstähle möglichst nahe anzupassen.

Gemäß der Erfindung wird nun für die Paarung mit Teilen aus Werkzeugstahl eine gesinterte Hartstofflegierung, bestehend aus

15 bis 80 Gew.-% Metallkarbid, insbesondere

Titankarbid und
20 bis 85 Gew.-% Stahl, welcher aus

0,25 bis 0,9% Kohlenstoff,
5 bis 35% Chrom,

2 bis 5,0% Molybdän,

04 bis 1,8% Aluminium,

0 bis 3,0% Mangan,

0 bis 1,0% Silizium,
jo O bis 3,0% Kupfer,

0 bis 1 % Vanadium,

0 bis 6,0% Kobalt,

Obis 04% Niob,

Obis 0,01% Bor,
J5 0 bis 1,8% Nickel,

Rest Eisen

besteht, vorgeschlagen, deren Wärmeausdehnungskoeffizienten annähernd gleich sind.

Bevorzugt wird es, daß die Stahlmatrix neben Aluminium auch einen Gehalt an Kupfer im Bereich von O^ bis 3 % aufweist

Die folgende Tabelle 1 gibt eine Übersicht über die Wärmeausdehnungskoeffizienten bekannter gesinterter Hartstofflegierungen mit Stahlmatrix und Werkzeugstähle mit den in Tabelle 2 angegebenen Zusammensetzungen, wobei es sich jeweils um mittlere Gehalte handelt

Tabelle 1

Temperaturbereich

Ausdehnungskoeffizient a (10 ⁶ · K ') Tür: Leg. 1 Leg. 2 Leg. 3 Leg.

Leg. 5

Leg. 6

Leg. 7

Leg. 8

20-100 C	9,5	8,8	10,9	10,8	12,2	10,5	10,6	9,5
20-200 C	9,5	9,4	11,9	11,6	12,9	11,0	11,6	9,4
20-300 C	9,2	9,7	12,3	12,0	13,5	11,5	12,2	9,8
20-400 C	9,2	10,3	12,6	12,2	13,9	12,0	12,4	10,2
20-500 C	9,5	10,7	12,9	12,4	14,2	12,0	12,7	10,5
20-600 C	9,9	10,8	13,0	12,7	14,5	12,6	12,9	10,7
20-700 C	10,1	12,0	13,2	12,9	14,8	12,7	12,9	10,9
20-800 C	9.9	12,1	11,4	13,1	11,6	12,9	12,9	11,1

Tabelle 2

TiC Stahl C

mit

Si

Mn

Mo

Cu

Ni

Al

Leg. 1 33

Leg. 2 33

Leg. 3 -

Leg. 4 -

Leg. 5 -

Leg. 6 -

67

67

100

100

100

0,65

0,75

2,08

1,6

0,2

100 <0,2

0,3 0,3 0,3 0,4

0,3 0,4 1,3 0,5

Leg. 7 = Leg. 2 + 1 % Al in der Stahlmatrix Leg. 8 = Leg. 2 + 2% Al in der Stahlmatrix

3,0 3,0

0,6

1,5
0,8

0,4

-	—	—	Rest
0,5	-	-	Rest
-	0,7	0,02	Re:t
0,5	0,5	0,02	Rest
-	-	-	Rest
	_	_	Rest

Vergleicht man die Ausdehnungskoeffizienten α der Hartstofflegierungen Leg. 1 und 2, mit denen der Stähle, Leg. 3 bis 6, so zeigt sich deutlich ein Unterschied, d. h., die Wärmedehnung der Stähle liegt höher als die der HartstofTIegierungen.

Zur Lösung des Problems standen legierungstechnisch nur solche Elemente zur Verfügung, die selbst eine hohe Wärmedehnung bei steigender Temperatur besitzen. Diese Elemente dürfen allerdings keine Karbidbildner sein, da sie sonst mit dem Kohlenstoff der Matrix reagieren und dann das Gegenteil, nämlich eine weitere Verschlechterung der Wärmedehnung, eintritt Überraschenderweise zeigte sich, daß Aluminium in bestimmte.· Dosierung die Wärmedehnung in Hartstofflegierungen steigert und di·'. bekannte Versprödung nicht eintritt

Dabei wurde festgestellt, daß das in de~ Legierungen vorhandene Kupfer, siehe Leg. 1 und 2, ebenfalls positiv auf die Wärmedehnung wirkt d. h., die α-Werte liegen hier von Beginn an günstiger als in Cu-freien Hartstoffliegierungen.

Die Leg. 7 zeigt nach erfindungsgemäßer Zugabe von 1% Aluminium in Form einer Vorlegierung, bestehend aus 50Gew.-% Aluminium und 50Gew.-% Eisen, zu der Stahlmatrix gemäß Tabelle 1 wesentlich günstigere Werte des Wärmeausdehnungskoeffizienten a.

Vergleicht man diese «-Werte mit denen der Werkzeugstähle, Leg. 3 bis 6, stellt man fast eine Übereinstimmung fest Es wurde also eine erhebliche Steigerung von α erreicht gegenüber den bisher bekannten und auf dem Markt befindlichen HartstofTIegierungen mit Stahlmatrix.

Interessant und wichtig ist daß alle mechanischen und physikalischen Eigenschaften durch den Aluminiumzusatz nicht verschlechtert werden. In der

Anlaßbeständigkeit bis 540°C ergibt sich sogar ebenso eine Steigerung wie bei der Biegebruchfestigkeit

Überraschend zeigte sich, daß eine Steigerung des Al-Gehaltes auf 2% in der Matrix eine entgegengesetzte Wirkung erzielt nämlich eine deutliche Verschlechterung der Wärmedehnung, wie das Legierungsbeispiel 8 in Tabelle 1 zeigt Hinzu kommt, daß mit steigendem Aluminiumgehalt über 1,8% eine Versprödung des Werkstoffes, eintritt

HartstofTIegierungen der angegebenen Zusammensetzung, aber ohne Gehalt an Aluminium sind an sich bekannt aus den DT-PS 2000 257, 2008197 und 20 59 251. Ein Hinweis üuf den erfindungsgemäß vorgesehenen Einsatz ist durch den Stand der Technik nicht gegeben.

Als Anwendungsbeispiele seien genannt:

- feste Verbundkombinationen, durch Hochtemperaturlötung, Kleben oder Schweißen,

- lösbare Verbindungen durch Fügen. Schrumpfen, Einpressen, Verkeilen und ähnliches, wie sie in der gesamten Werkzeug- und Verschleißtechnik benötigt werden.

Besondere Beispiele sind:

4) - Einsätze von Hartstoffteilen in Stahlwerkzeugen zwecks Verschleißminderung nur an den gefährdeten Stollen, unter anderem in Kunststoff-Preß- oder -Spitzwerkzeugen,

- Armierungen von Warmarbeitswerkzeugen zur •to Umformung von Aluminiumlegierungen, Buntmetallen und Stahl,

- Brikettpreßformen,

- V.'armrutschen,

- Gleitschienen in Öfen und dergleichen mehr.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verwendung einer gesinterten Hartstofflegierung, bestehend aus

bis 80Gew.-% Metallkarbid, insbesondere Titankarbid und
bis 85 Gew.-% Stahl, welcher aus

0,25 bis 0,9% Kohlenstoff,
5 bis 35% Chrom,
2 bis 5,0% Molybdän,
04 bis 1,8% Aluminium,
0 bis 3,0% Mangan,
0 bis 1,0% Silizium,
0 bis 3,0% Kupfer,
Obis 1% Vanadium,
0 bis 6,0% Kobalt,
0 bis 0,5% Niob,
0 bis 0,01 % Bor,
0 bis 1,8% Nickel,
Rest Eisen

besteht, als Werkstoff zur Herstellung von Werkzeug- und Verschleißteilen, die durch Paarung der gesinterten Hartstofflegierung mit Werkzeugstahl gebildet sind und deren Wärmeausdehnungskoeffizient dem von Werkzeugstahl entspricht

2. Verwendung einer Hartstofflegierung nach Anspruch 1 deren Stahlmatrix zusätzlich 0,3 bis 3,0% Kupfer enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.