DE2658813C2 - Nach dem Pulvermetallurgieverfahren hergestellter, Stickstoff enthaltender Schnelldrehstahl - Google Patents
Nach dem Pulvermetallurgieverfahren hergestellter, Stickstoff enthaltender SchnelldrehstahlInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen nach dem Pulvermetallurgieverfahren hergestellten, Stickstoff enthaltenden
Schnelldrehstahl, der Stickstoff, Vanadin, mindestens ein Element aus der Gruppe Chrom, Molybdän, Wolfram
und Kobalt sowie Silicium und Mangan in üblichen Mengen und Kohlenstoff sowie als Rest Eisen mit
üblichen Verunreinigungen enthält.
Es ist bekannt, daß die Eigenschaften von Schnelldrehstählen, die Legierungselemente wie Chrom,
Wolfram und Vanadium enthalten, dadurch verbessert werden können, daß man ihnen Stickstoff einverleibt
(vgl. »Stahlschlüssel«, 8. Auflage 1968, Seite 130, »Kobe
Steel Technical Bulletin R& D«, Band 24, Nr. 3, Seiten 11-15 (1.7.74) und japanische Offenlegungsschriften
78 606/74, 49 109/75 und 49 156/75). Durch Nitrierung wird ein Nitrid vom Typ MC oder MeX (worin M für ein
Legierungselement und X für Kohlenstoff oder Stickstoff stehen) gebildet und dieses Nitrid ist stabiler
als ein Carbid vom Typ MC oder MeC. Dadurch wird der ü
geeignete Härtungstemperaturbereich verbreitert und die Steuerung der Wärmebehandlung erleichtert.
Außerdem werden die Anlaßhärtungseigenschaften verbessert, und man erhält ein feineres Austenitgefüge
mit besseren mechanischen Eigenschaften, insbesondere «> einer besseren Schneidestandzeit.
Die meisten konventionellen, Stickstoff enthallenden
Schnelldrehstähle werden bisher nach dem Schmelzverfahren mit auschließendem Vergießen hergestellt (vgl.
die US-Patentschrift 2174 284 und die britische hi
Patentschrift 8 73 529). Zur Herstellung dieser Schnelldrehstähle nach dem Schmelzverfahren müssen komplizierte
Stufen angewendet werden, beispielsweise das Erschmelzen des Stahls in einer Stickstoff-Hochdruckatmosphäre
oder das Einbringen eines Nitrids in den geschmolzenen Stahl, Dabei ist es unmöglich, die
Eigenschaften des Schnelldrehstahls bis zu dem gewünschten Grade zu verbessern, da die Menge des in
den Stahl eingebrachten Stickstoff!; begrenzt ist und es schv/ierig ist, ein feines Carbonitrid zu bilden und
gleichmäßig innerhalb des Stahls zu verteilen.
Zwar wird in der britischen Patentschrift 8 73 529 vorgeschlagen, zur Verbesserung der Eigenschaften des
Schnelldrehstahls möglichst hohe Kohlenstoffgehalte einzustellen, die hierzu passende Stickstoffeinstellung ist
daraus jedoch ebenso wenig zu entnehmen wie aus der US-Patentschrift 21 74 284.
Um diese Nachteile bzw. Beschränkungen der nach dem Schmelzverfahren hergestellten Schnelldrehstähle
zu überwinden, wurde vorgeschlagen, Schnelldrehstähle nach dem Pulvermetallurgieverfahren herzustellen. Bei
Anwendung dieses Verfahrens kann durch Ausnutzung der Tatsache, daß das Pulver eine große spezifische
Oberfläche aufweist, und der Tatsache, daß ein Pulversinterkörper eine poröse Struktur hat, eine
beliebige Menge Stickstoff auf technisch einfache Weise in den Stahl eingeführt werden, beispielsweise durch
vorherige Zugabe von Stickstoff zu dem Ausgangspulver oder durch Einstellung der Erhitzungstemperatur,
der Erhitzungsdaucr oder des Stickstoffpartialdruckes
in der Behandlungsatmosphäre in der Sinterstufe (vgl. das obengenannte »Kobe Steel Technical Bulletin
R & D«, die deutsche Offenlegungsschrift 20 11 065, »JISG4403« (19ö8) und Eisenkolb, »Fortschritte der
Pulvermetallurgie«, Band II, 1963, Seiten 471 bis 473).
Bei den bekannten, Stickstoff enthaltenden Schnelldrehstählen, die nach dem Pulvermetallurgieverfahren
hergestellt werden, bleibt jedoch die erzielbare Verbesserung der mechanischen Eigenschaften, insbesondere
der Schneidestandzeii, weit hinter den Erwartungen zurück und in einigen Fällen werden diese sogar
verschlechtert. So ist es beispielsweise aus dem obengenannten »Kobe Steel Technical Bulletin R & D«
bekannt, daß die Schnelldrehstahl-Normlegierungen SKH 9 und SKH 55 verbessert werden können, wenn
man sie pulvermetallurgisch herstellt und ihnen 0,4 bis 0,5% Stickstoff zusetzt. Dadurch kann zwar die
Schneidestandzeit dieser bekannten Schnelldrehstähle merklich verbessert werden, die Zugabe einer derart
großen Menge Stickstoff führt jedoch auch zu einer Störung des töchiometrischen Gleichgewichtes zwischen
den Legierungselementen in den Schnelldrehstählen, die verschiedene Probleme mit sich bringt. So wird
beispielsweise der Restaustenitgehalt in der Härtungsstufe erhöht und auch die Anzahl der Wiederholungen
der Temperung muß erhöht werden. Dadurch nimmt auch die Dimensionsänderung während der Wärmebehandlung
zu und ihre Zähigkeit, insbesondere ihre Biegefestigkeit, nimmt ab, so daß der Anwendungsgereich
der aus diesen Schnelldrehstählen hergestellten Schneidewerkzeuge stark eingeschränkt ist.
Aufgabe der Erfindung war es daher, verbesserte Schnelldrehstähle zu entwickeln, die nicht nur eine gute
Schneidestandzeit aufweisen, sondern gleichzeitig auch
gute Wärmebehandlungs- und mechanische Eigenschaften insbesondere eine geringe Dimensionsänderung bei
der Wärmebehandlung und eine hohe Biegefestigkeit, aufweisen.
Es wurde nun gefunden, daß diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst werden kann, daß bei
pulvermetallurgisch hergestellten .Schnelldrehstählen
jie Stickstoff-, Kohlenstoff- und Vanadingehalte in spezifischer Weise aufeinander abgestimmt werden.
Gegenstand der Erfindung ist ein nach dem Pulvermetallurgieverfahren hergestellter, Stickstoff
enthaltender Schnelldrehstahl der eingangs genannten Zusammensetzung, der dadurch gekennzeichnet ist, daß
er Stickstoff in einer Menge von mindestens 0,40%, Vanadin in einer Menge von 1,6 bis 15%, mindestens
eines der Elemente Chrom, Molybdän, Wolfram und Kobalt in ein<;r Menge von bis zu 15% Chrom, bis zu
10% Molybdän, bis zu 20% Wolfram und/oder bis zu 15% Kobalt sowie Kohlenstoff in einer solchen Menge
enthält, daß sein Gehalt der Beziehung genügt:
0,5+0,2 V(%)
< (C+N) < 0,8 + 0,2 V(%).
Der erfindungsgemäße, nach dem Pulvermetallurgieverfahren hergestellte, Stickstoff enthaltende Schnelldrehstshl
weist die gewünschte Kombination von vorteilhaften Eigenschaften auf, insbesondere eine lange
Schneidestandzeit bei gleichzeitig guter Biegefestigkeit und geringer Dimensionsänderung während der Wärmebehandlung
sowie hohe Abriebsbeständigkeit. Das heißt, der erfindungsgemäße Schnelldrehstaril ist gleichzeitig
biegefest (zäh), abriebsbeständig, wärmebeständig und verschleißfest
Sein Gehalt an C + N ist kritisch, da dann, wenn dieser unterhalb des angegebenen unteren Grenzwertes liegt,
die Schneidestandzeit abnimmt, während dann, wenn sein Gehalt an C + N den oberen Grenzwert übersteigt,
die Biegefestigkeit abnimmt und die Dimer.sionsändcrungen während der Wärmebehandlung stark zunehmen.
Der Vanadingehalt des erfindungsgemäßen Schnelldrehstahls ist ebenfalls kritisch, weil es bei
weniger als 1,6% Vanadin sehr schwierig ist, mindestens 0,4% Stickstoff in Form eines Nitrids in die Stahllegierung
einzuarbeiten, während oberhalb eines Vanadingehaltes von 15% die Zähigkeit, Schleifbarkeit und die
Schmiedeeigenschaften des Schnelldrehstahls sich drastisch verschlechtern.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung betragt der Stickstoffgehalt des Schnelldrehstahls
mindestens 0,45%.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung beträgt sein Vanadingehalt 2,5 bis 15%.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung enthält der erfindungsgemäße Schnelldrehstahl zusätzlich
zu den obengenannten Legierungskomponenten noch mindestens einen Vertreter aus der Gruppe bis zu
2% Zirkonium, bis zu 5% Niob und bis zu 1% Bor.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 ein Diagramm, welches die Beziehungen zwischen dem Stickstoffgehalt von Schnelldrehstählen
und der Schneidestandzeit, der Dimensionsänderung während der Wärmebehandlung und der Biegefestigkeit
erläutert,
Fig. 2 ein Diagramm, welches die Beziehungen zwischen dem Gehalt an (C + N) von Schnelldrehstählen
und der Schneidestandzeit, der Dimensionsänderung während der Wärmebehandlung und der Biegefestigkeit
erläutert,
Fig. 3 ein Diagramm, welches die Beziehungen zwischen dem Gehalt an (C + N) von Schnelldrehstählen
und der Schneidestandzeit, der Dimensionsänderung während der Wärmebehandlung und der Biegefestigkeit
erläutert, und
Fig.4 ein Diagramm, welches die Beziehungen zwischen dem Gehalt an (C + N) von .Schnelldrehstählen
und der Schneidestamizeit, der Dimensionsänderung während der Wärmebehandlung und der Biegefestigkeit
erläutert.
Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsformen näher beschrieben. Nachfolgend
wird insbesondere ein Stickstoff enthaltender Schnelldrehstahl gemäß der Erfindung, der nach dem
Pulvermetallurgieverfahren herstellt worden ist, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert
Ein typisches Beispiel für Stahlpuiver, die bisher für die Herstellung von Stickstoff enthaltenden Schnelldrehstählen
nach dem Pulvermetallurgieverfahren verwendet wurden, ist ein Pulver eines Stahls entsprechend
JIS SKH (mit 0,8% C, 4,1% Cr, 5,2% Mo, 6,2% W und 2,01 % V), das hier verwendet wurde, und in diesen Stahl
wurde Stickstoff eingearbeitet und es wurden Schnelldrehstähle mit variierendem Stickstoffgehalt hergestellt.
In diesen Schnelldrehstählen wurden die Einflüsse des Stickstoffgehaltes auf die Schneidestandzeit, die
Dimensinnsänderung während der Wärmebehandlung und die Querbiegefestigkeit unter·- :ht, wobei die in der
F i g. 1 dargestellten Ergebnisse erhöhen wurden.
Wie aus den in F i g. 1 dargestellten Ergebnissen hervorgeht, ist die Schneidestandzeit deutlich besser,
wenn der Stickstoffgehalt mindestens 0,40% beträgt, und es wird ein maximaler Wert erhalten, wenn der
Stickstoffgehalt etwa 0,5% beträgt. Die Dimensionsänderung während der Wärmebehandlung ist geringer bei
Stählen, die nach dem Schmelzverfahren hergestellt worden sind, wenn der Stickstoffgehalt weniger als
0,40% beträgt, wenn jedoch der Stickstoffgehalt 0,40% übersteigt, nimmt die Dimensionsänderung während der
Wärmebehandlung bis auf einen Wert zu, der praktisch gleich der Dimensionsänderung während der Wärmebehandlung
bei Stählen ist, die nach dem Schmelzverfahren hergestellt worden sind. Außerdem wird eine
bessere Biegefestigkeit erhalten, wenn der Stickstoffgehalt weniger als 0,40% beträgt, die Biegefestigkeit wird
jedoch deutlich schlechter, wenn der Stickstoffgehalt 0,40% übersteigt. Insbesondere die Schneidestandzeit
kann nicht verbessert werden, wenn der Stickstoffgehalt •:,40% nicht übersteigt.
Andererseits werden keine besseren Ergebnisse erhalten in bezug auf die Dimensionsändorung während
der Wärmebehandlung und die Biegefestigkeit, wenn der Stickstoffgehalt nicht weniger als 0,40% beträgt.
Daraus ergibt sich, kurz zusammengefaßt, daß ein Stickstoffgehalt, der eine bessere Schneidestandzeit
ergibt, im Widerspruch steht zu einem Stickstoffgehalt,
der eine geringere Dimensionsänderung während der Wärmebehandlung und eine bessere Querbiegefestigkeit
ergibt.
Kohlenstoff, der ein wesentliches Element eines Sr';it?lldrehstahles darstellt, hat im allgemeinen Eigenschaften,
die sehr ähnlich denjenigen von Stickstoff sind, der ein ZusaUvlement darstellt, unii jedes dieser
Elemente hat eine sehr kleine Atomzahl von 6 oder 7 und stellt ein Atom vom interstitiellen Typ dar, welches
die Neigung 'iat, leicht eine Legierungsverbindung zu bilden. Daher scneint es in Schnelldrehstählen mit einem
hohen jtitkstoffgehalt zweckmäßig zu sein, den Stickstoffgehalt in Kombination mit dem Kohlenstoffgehalt
einzustellen oder zu regulieren, wobei man sich beispielsweise eher auf Faktoren, wie den (C+ N)-Gehalt
und das C/N-Verhältnis, bezieht als den Stickstoffgehalt unabhängig von dem Kohlenstoffgehalt einzustellen
oder zu regulieren. Darüber hinaus ist e:, erwünscht, den Stickstoffgehalt zu regulieren oder
einzustellen nach gebührender Berücksichtigung der Gehalte an Elementen, die vom Fachmann als Elemente
angesehen werden, die in der Lage sind, zusammen mit C und N in Schnelldrehstählen Carbide zu bilden, wie
insbesondere Vanadin. >
Im Hinblick auf die vorstehenden Ausführungen wurden, wie in den weiter unten folgenden Beispielen
naher erläutert, Pulver von Stählen entsprechend JIS SKH 9 oder 10 hergestellt, die sich in ihrem
Kohlenstoffgehalt voneinander unterschieden, und in m
diese Stahlpulver wurde Stickstoff in einer Menge eingearbeitet, die größer als O.4On/o ist. wobei dieser
Wert ein kritischer Gehalt ist. der für die Verbesserung
der Schncides'and/eit erforderlich ist. Dann wurden Schnelldrehstähle aus diesen Pulvern nach dem
Pulvermeuilltirgievcrfahren hergestellt und sie wurden
im Hinblick auf ihre Schneidestandzeit und ihre Ouerbiegefestigkeit geprüft, wobei die in den F i g. 2 bis
4 dargestellten Frgebnisse erhalten wurden.
Die f i g. 2 eriäii'i'rt die r.ryeiMii^st;. die uni Siitnii-it
entsprechend SKH 9 (V= 1.95 bis 2.04%) erhalten wurden. Aus der F i g. 2 ist zu ersehen, daß dann, wenn
der (C + N)-Gehalt oberhalb 0,9% liegt, die Schneidestand/.eit
deutlich verbessert wird und entweder die Dimensionsänderung während der Wärmebehandlung
■ ■!er die Biegefestigkeit auf dem gewünschten Wert
gehalten wird, wenn der (C +N)-Gehalt unterhalb 1.2%
liegt. In cnem Stickstoff enthaltenen Schnelldrehstahl.
der nach dem Pulvermetallurgieverfahren hergestellt ά orden ist. der JIS SKH 9 entspricht, liegt ein besonders
geeigneter Bereich des (C J- N)-Gehaltes zur \ erbesserng
der Schneidestandzeit ohne Verschlechterung der W.irmebehandlungseigenschaftcn und der mech.ini-S-.
hen Eigenschaften bei 0.9 bis 1.2" ■ >.
lis. j erläutert die Ergebnisse, die mit Stählen
entsprechend SKH 10 (V = 4.45 bis 4.53%) erhalten wurden. Aus der F i g. 3 ist zu ersehen, daß ein
geeigneter Bereich für den (C+ N)-GeHaIt bei 1.4 bis
1.7% liegt.
Die F ι g. 4 erläutert die Ergebnisse, die mit Stählen :■■
mit einem erhöhten V-Gehalt. nämlich mit Stählen mit -1% Cr 3.5% Mo- 10%. W- 12% V. erhalten wurden. In
■Jifsem Falle liegt cm geeigneter Bereich für den
(C-N)-Geha!-bei2.9bis 3.2%.
Wenn die \ erstehend angegebenen experimentellen :■>
Ergebnisse, die mi- \erschiedenen .Schnelldrehstählen.
die na-Ί dem P-:wermetallurgieverfahren hergestellt
worden waren, erhalten wurden, zusammenfassend betrachtet werden, insbesondere im Hinblick auf ihren
(C-N)-Gehalt und ihren V-Gehalt. so ist zu ersehen. "
daß zur Verbesserung ihrer Schneidestandzeit ohne Verschlechterung ihrer Wärmebehandlungseigenschaften
und ihrer Querbiegefestigkeit die folgende Bed-.ngung
erfüllt sein muß:
0.5-^0.2
) <(C + N) < 0.8 ^ 0.2 V(%).
Wenn der V-Gehalt unterhalt 1,6% liegt, ist es sehr schwierig, mindestens 0,4% Stickstoff in Form eines
Nitrids einzuarbeiten. Natürlich kann auch in einem solchen Falle eine Stickstoff-Anreicherung dadurch
erzielt werden, daß der Nitrierungsdruck höher als Atmosphärendruck gemacht wird. In einem solchen
Falle werden jedoch auch Nitride von Chrom, Eisen und dgl. gebildet, die zu einer merklichen Verschlechterung
der Schneidestandzeit und Querbiegefestigkeit führen. Deshalb beträgt erfindungsgemäß die untere Grenze für
den V-Gehalt 1,6%.
In Schnelldrehstählen wird eine höhere Verschleißfestigkeit
erzielt, wenn die Menge eines Carbonitrids vom MX-Typ V als Hauptlegierungselement, bei dem es sich
um das härteste unter den Carbonitriden handelt, erhöht
wird. Deshalb ist es erfindungsgemäß zur Verbesserung
des Effektes der Zugabe von Stickstoff bevorzugt, daß der Vanadin-Gehalt mindestens 2,5% beträgt. Keine
merkliche Verbesserung der Schneidestandzeit wird
Cl /ICH. n
...-,„., Λλψ· Ct(^L
Wenn der V-Gehalt ! 5% übersteigt, wird in der Regel
d;e Zähigkeit drastisch verschlechtert, weil ein Carbonitrid
vom Vanadin-Typ vergröbert wird und in einem solchen Falle wird die obige Beziehung, die einen für die Verbesserung
der Schneidestandzeit. der Wärmebehandlungseigenschaften und der mechanischen Eigenschaften
geeigneten Bereich des (C + N)-Gehaltes definiert nicht erfüllt. Darüber hinaus werden dann,
wenn der Vanadingehali mehr als 15% beträgt, die Schleifbarkeit
und die Schmiedeeigenschaften drastisch '. erschSechtert. da ein Carbonirrid vom Vanadin-Typ
vergröbert wird.
Erfindungsgemäß ist es besonders bevorzugt, daß der Stickstoffgehalt mindestens 0.45% beträgt.
Wie aus den vorstehenden experimentellen Ergebnissen
hervorgeht, wird die obengenannte Beziehung, nämlich ein geeigneter Bereich für den (C + N)-Gehalt
in den verschiedenen Schnelldrehstählen, die sich hinsichtlich ihres Gehaltes an den Metallen Chrom.
Molybdän. Wolfram und Kobalt voneinander unterscheid,;·., nicht verändert. Schnelldrehstähle werden im
allgemeinen Chrom bis zu einer Menge von 15%. Molybdän in einer Menge bis zu 10%. Wolfram in einer
Menge bis zu 20% und Kobalt in einer Menge bis zu 15% zugegeben. Außerdem kc-nnen vorzugsweise je
nach Bedarf bis zu 2% Zirkonium, bis zu 5% Niob und bis zu 1% Bor zugegeben werden. Diese Zusatzelemente
w erden nachfolgend näher erläutert.
Wolfram ist ein Element, das wichtig ist. um den Schnelldrehstählen Gie erforderlichen Eigenschaften zu
verleihen. Es verbindet sich mit Kohlenstoff, Stickstoff und Eisen unter Bildung eines Nitrids vom Typ M6X und
wird in dem Substrat gelöst zur Verbesserung der Anlaßhärtungseigenschaften und der Hochtemperaturhärte
und somit zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit. Deshalb trägt Wolfram stark zur Verbesserung der
Schneidestandzeit bei. Wenn jedoch der Wolfram-Gehalt 20% übersteigt, wird keine wesentliche Verbesserung
dieser Effekte mehr erzielt. Deshalb wird erfindungsgemäß Wolfram in einer Menge bis zu 20%
eingearbeitet.
In Schnelldrehstählen bringt Molybdän ähnliche Effekte mit sich wie Wolfram. Molybdän unterscheidet
sich jedoch von Wolfram dadurch, daß es das W..;hstum des Kristallkorns hemmt und die Zähigkeit nicht stark
vermindert. Wenn der Molybdän-Gehalt 10% übersteigt, werden jedoch diese Effekte praktisch nicht
erzielt, sondern die Warmverformbarkeit wird verschlechtert. Daher wird Molybdän in einer Menge bis zu
!0% eingearbeitet.
Chrom ist in dem Substrat und in den Carbonitriden enthalten und führt zu einer Verbesserung der
Abschreckungseigenschaften, der Anlaßhärtungseigenschaften und der Hochtemperaturhärte. Wenn jedoch
der Chrom-Gehalt 15% übersteigt, nimmt der Restaustenitgehalt drastisch zu. Daher wird Chrom in einer
Menge bis zu 15% eingearbeitet
Wenn Kobalt in Kombination mit Wolfram, Molybdän. Vanadin und dgl. verwendet wird, verbessert es die
Hochtemperaturhärte auf wirksame Weise und es stellt
ein Zusatzelement dar, das wichtig ist für einen Werkzeugstahl für harte Werkzeuge. Wenn jedoch der
Kobalt-Gehalt 15% übersteigt, werden die Härtungseigenschaften und die Warmverformbarkeit verschlechtert.
Daher wird Kobalt in einer Menge von bis zu 15% eingearbeitet.
Unter den Verunreinigungen ist Aluminium nicht bevorzugt. Der Grund dafür ist der, daß das Aluminium
in Form von AIN vorliegt und daß es die Effekte von Stickstoff vermindert. Daher muß der Aluminium-Gehalt
bei unter 0,4% gehalten werden. ,
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.
Gaszerstäubte Stahlpulver entsprechend JIS SKH 9, die sich im Hinblick auf ihren Konlenstoffgehalt
voneinander unterschieden, wurden in Flußstahl-Büchsen eingefüllt, einer Entgasungs- und Nitrierungsbehandlung
unterworfen und dann unter Druck verformt unter Verwendung einer heißen isostatischen Presse zur
Herstellung von Stahlblöcken. Es wurden Produkte erhalten, indem man diese Blöcke einer Wärmebehandlung
unterzog.
Die Hersteiiungsbedingungen und die Tests /ur Bestimmung der Schneidestandzeit, der Dimensionsänderung
während der Wärmebehandlung und der Querbiegefestigkeit werden nachfolgend näher erläutert.
Zum Vergleich wurden Produkte hergestellt, indem man Stähle, die nach dem Schmelzverfahren hergestellt
worden waren, einer Wärmebehandlung unterzog, und diese wurden auf entsprechende Weise getestet, wobei
die nachfolgend angegebenen Ergebnisse erhalten
(I) llerstelliingsbedingungen
(a) Chemische Zusammensetzung und Korngröße des Ausgangspulvers
lis wurden die in der folgenden Tabelle I angegebenen Ausgangspulver verwendet.
Tabelle I
| ArI des | Zusammensetzung | 1"-) | P | S | Cr | Mo | W | V | () | N |
| Stahls | 0.01 | 0.03 | 4.15 | 4.91 | 6,03 | 1.98 | 0.025 | 0,025 | ||
| C Si | Mn | 0.01 | 0.03 | 4.30 | 5.01 | 6.12 | 1.95 | 0.010 | 0.021 | |
| Λ | 0.91 0.30 | 0.30 | 0.01 | 0.04 | 4.35 | 5.12 | 6.06 | 2.00 | 0.030 | 0,015 |
| B | 0.70 0.29 | 0.27 | 0.01 | 0.03 | 4.11 | 4.97 | 6.15 | 2.04 | 0.035 | 0.018 |
| C | 0.49 0.25 | 0.24 | ||||||||
| D | 0.32 0.31 | 0.32 | NitrierungN- | N-Gehalt | (C + | N I-Gehalt | Bern | erkungen | ||
| Tabelle | I (Fortsetzung) | behandlung | (M | Cn) | ||||||
| Art des | Stahls Korngröße | A-I | 0.34 | 1.25 | ||||||
| A-2 | 0.55 | 1.46 | ||||||||
| A | <0,18 mm | B-I | 0.49 | 1.19 | ||||||
| B-2 | 0.72 | 1.42 | *) | |||||||
| B | <0.18 mm | C-I | 0.42 | 0.91 | *) | |||||
| C-2 | <\63 | 1.12 | *) | |||||||
| C | <0.18 mm | C-3 | 0.86 | 1.35 | ||||||
| D-I | 0.41 | 0.73 | ||||||||
| D-2 | 0.50 | 0.82 | ||||||||
| D | <0.18mm | D-3 | 0.77 | 1.09 | *) | |||||
| D-4 | 0.98 | 1.30 | ||||||||
Fußnote:
*) Erfindungsgemäße Probe.
(b) Nitrierungsbehandhing
Die Nitrierungsbehandiung wurde bei iiSirC 2
Stunden lang in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt Der Atmosphärendruck wurde in geeigneter
Weise kontrolliert, um den Stickstoffgehalt in dem Produkt einzustellen.
(c) Behandlung mit einer warmen isostatischen
Presse
Presse
Die Behandlung wurde bei 1000C 2 Stunden lang
unter 2000 at durchgeführt.
(d) Wärmebehandlung
Härtung:
1200°C, 3 Minuten (ölabschreckung)
Anlassen:
2- bis 4malige Wiederholung mit einem Erwärmungsschema von 560" C. 1.5 Stunden
Im Falle der Vegleichästähle, die nach dem Schmelzverfahren
hergestellt worden waren, wurde die Ölabschreckung 3 Minuten lang bei 1200" C durchgeführt
und das Anlassen wurde zweimal wiederholt mit einem Erwärmungsschema von 5600C, 1,5 Stunden.
(2) Testbedingungen
(a) Schneidestandzeit-Test
(a) Schneidestandzeit-Test
Schneidegeschwindigkeit:
30 m/min
Schneidtiefe:
Schneidtiefe:
1,5 mm
Zuführungsgeschwindigkeit:
Zuführungsgeschwindigkeit:
0,2 mm/Umdrehung
Schneidöl:
Schneidöl:
nicht verwendet
Werkzeugform:
Werkzeugform:
0°,150,6°,6M5M5M,0
Bearbeitetes Material:
Bearbeitetes Material:
IIS SCM 4 (abgeschreckt und angelassen)
HB = 250 bis 270,4 Schlitze
HB = 250 bis 270,4 Schlitze
(b) Dimensionsänderung während der
Wärmebehandlung
Wärmebehandlung
Ein nicht-wärmebehandeltes Material mit einem Durchmesser von 80 mm und einer Höhe von 100 mm
wurde als Probe verwendet und nach der Wärmebehandlung wurde die Diniensionsänderung des Kreises
(maximaler Durchmesser minus minimaler Durchmesser) gemessen.
(o) Querbiegefestigkeit
Eine 5 mm χ 10 mm χ 30 mm große Probe wurde dem statischen Biegetest unterworfen, bei dem der Abstand
zwischen den Drehpunkten 20 mm betrug, und die Last wurde nur auf das Zentrum aufgelegt.
(3) Testergebnisse
Die Testergebnisse sind in der F i g. 2 dargestellt. Wie
aus den in F i g. 2 dargestellten Ergebnissen hervorgeht, muß bei Stickstoff enthaltenden Schnelldrehstählen, die
2% Vanadin enthalten und nach dem Pulvermetallurgieverfahren hergestellt worden sind, zur Verbesserung
der Schneidestandzeit ohne Verschlechterung der Dimensionsänderung während der Wärmebehandlung
und der Querbiegefestigkeit, der Stickstoffgehalt mindestens 0,4%, vorzugsweise mindestens 0,45%,
:n betragen und ein geeigneter (C + N)-Gehalt liegt innerhalb des Bereiches von 0,9 bis 1,2%.
Wenn der Stickstoffgehalt unter 0,4% liegt, kann kein ausreichender Nitrierungseffekt erzielt werden, und
wenn der (C + N)-Gehall unter 0,9% liegt, ist die Menge
r> der ausgeschiedenen Nitride gering und die Verschleißfestigkeit
ist schlechter. Wenn der (C + N)-Gehalt 1,2% übersteigt, nimmt der Restaustenitgehalt bei der
Härtung zu und seine Menge wird instabil. Deshalb wird die Dimensionsänderung während der Wärmebehand-
jr> lung auffallend und die Biegefestigkeit nimmt ab.
Zerstäubte Stahlpulver entsprechend JIS SKH 10, die
sich in ihrem Kohlenstoffgehalt voneinander unterschiej-j den, wie in der folgenden Tabelle II angegeben, wurden
als Ausgangspulver verwendet und daraus wurden Stickstoff enthaltende Schnelldrehstähle nach dem
Pulvermetallurgie-Verfahren auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt. Die Schneidestandzeit, die
Dimensionsänderung während der Wärmebehandlung und die Biegefestigkeit wurden getestet, wobei die in
der F i g. 3 dargestellten Ergebnisse erhalten wurden.
Ar! rles Zusammensetzung ("■>)
Stahls
Stahls
C Si Mn
Korngröße
Co
| E | 1.20 | 0.21 | 0.31 | 0.01 | 0.02 | 4.05 | 11.9 | 4.45 | 4.61 | 0.030 | 0,050 | <0.60 mm |
| F | 0.91 | 0.25 | 0,25 | 0.02 | 0.03 | 3.91 | 12.3 | 4.53 | 4.85 | 0.035 | 0.031 | <0.60 mm |
| G | 0.59 | 0.31 | 0.29 | 0.01 | 0,03 | 4,12 | 12.8 | 4.48 | 4.92 | 0.021 | 0,063 | <0,60 mm |
Wie aus den in der F i g. 3 dargestellten Ergebnissen hervorgeht, liegt ein geeigneter (C-t-N)-Gehalt für die
Verbesserung der Schneidestandzeit ohne Verschlechterung der Dimensionsänderung während der Wärmebehandlung
und der Biegefestigkeit innerhalb des Bereiches von 1,4 bis 1,7%. Die Fig.3 zeigt auch, daß
selbst bei Stickstoff enthaltenden Schnelldrehstählen, die nach dem Pulvermetellurgieverfahren hergestellt
worden sind, auch dann, wenn der (C+N)-Gehalt
innerhalb des Bereiches von 1,4 bis 1,7% liegt, wenn N in
einer geringen Menge von nur etwa 03% rügesetzt
wird, keine wesentliche Verbesserung der Schneidestandzeit
erzielt werden kann.
Gaszerstäubte Stahlpulver mit 12% Vanadin, die sich in ihrem Kohlenstoffgehalt voneinander unterschieden,
wie in der folgenden Tabelle III angegeben, wurden als Ausgangspulver verwendet und aus ihnen wurden
Stickstoff enthaltende Schne'Jdrehstähle nach dem Pulvermetallurgieverfahren auf die gleiche Weise wie in
Beispiel 1 hergestellt Die Schneidestandzeit, die Dimensionsänderung wilhrend der Wärmebehsndhing
und die Biegefestigkeit ^rarsten getestet, wobei die in
der F i g. 4 dargestellten Ergebnisse erhalten wurden.
| III | II | 0,28 | 0,30 | Ι· | S | 26 58 | 81 | 3 | W | .5 | ν | .1 | 12 | (1 | N | Korngröße | |
| Tabelle | 0,29 | 0.31 | 0.01 | 0.02 | 10 | ,3 | 12 | .2 | 0.035 | Ο.ι 5 | <0,18 mm | ||||||
| Art lies Stahls |
Zusammensetzung (%) C Si Mn |
0,29 | 0,30 | 0,01 | 0,02 | Cr | Mn | 10 | ,8 | 12 | ,3 | 0,041 | 0,18 | <0.18 mm | |||
| Il | 2.81 | 0,01 | 0,02 | 4.05 | 3,51 | 9 | 12 | 0.030 | 0.18 | <O,I8 mm | |||||||
| I | 2,50 | 4.01 | 3.56 | ||||||||||||||
| J | 2,01 | 4.04 | 3,61 | ||||||||||||||
Wie aus den in der Fig. 4 dargestellten Ergebnissen
hervorgeht, liegt ein geeigneter (C + N)-Gehalt zur Verbesserung der Schneidesianzeit ohne Verschlechterung
der Dimensionsänderung während der Wärmebehandlung und der Biegefestigkeit innerhalb des
Bereiches von 2,9 bis 3,2%.
Wie aus der vorstehenden Erläuterung hervorgeht, können bei einem Stickstoff enthaltenden Schnelldrehstahi
gemäß der Erfindung, der nach dem Puivermeiailurgieverfahren
hergestellt worden ist, die Schneidestandzeit, die Dimensionsänderung während der Wärmebehandlung
und die mechanischen Eigenschaften deutlich verbessert werden durch Abstimmen des
Kohlenstoffgehaltes, des Stickstoffgehaltes und des Vanadingehaltes aufeinander, so daß die folgenden
Bedingungen erfüllt sind:
N > 0,40%,
0,5 + 0,2V(%)<(C + N)<0,8 + 0,2
4 Blatt
Claims (4)
- Patentansprüche:t. Nach dem Pulvermetallurgieverfahren hergestellter, Stickstoff enthaltender Schnelldrehstahl, der Stickstoff, Vanadin, mindestens ein Element aus der Gruppe Chrom, Molybdän, Wolfram und Kobalt sowie Silicium und Mangan in üblichen Mengen und Kohlenstoff sowie als Rest Eisen mit üblichen Verunreinigungen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß erStickstoff in einer Menge von mindestens 0,40%,
Vanadin in einer Menge von 1,6 bis 15%,
mindestens eines der Elemente Chrom, Molybdän, Wolfram und Kobalt in einer Menge von bis zu 15% Chrom, bis zu 10% Molybdän, bis zu 20% Wolfram und/oder bis zu 15% Kobalt sowie
Kohlenstoff in einer solchen Menge enthält, daß sein Gehalt der Beziehung genügt:0,5+tU V(%)<(C + N)<0,8 + 0,2 V(%). - 2. Schnelldrehstahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sein Stickstoffgehalt mindestens 0,45% beträgt.
- 3. Schnelldrehstahl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sein Vanadiumgehalt 2,5 bis 15% beträgt.
- 4. Schnelldrehstahl nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er außerdem mindestens einen Vertreter aus der Gruppe bis zu so 2% Zirkon;'im, bis zu 5% Niob und bis zu 1 % Bor enthält.
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