DE2722972A1

DE2722972A1 - Stickstoff enthaltender pulvermetallurgie-werkzeugstahl

Info

Publication number: DE2722972A1
Application number: DE19772722972
Authority: DE
Inventors: Hirofumi Fujimoto; Katuhiko Honma; Nobuyasu Kawai; Hiroshi Takigawa
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1976-05-21
Filing date: 1977-05-20
Publication date: 1977-11-24
Also published as: DE2722972C2; US4140527A; GB1583878A; JPS5754540B2; SE439022B; SE7705816L; JPS52141406A

Description

Anmelder: Kobe Steel, Ltd.

3-18, 1-Chome, Wakinohama-cho, Pukiai-ku Kobe / Japan

Stickstoff enthaltender Pulvermetallurgie-Werkzeugstahl

Die Erfindung betrifft einen Werkzeugstahl, sie betrifft insbesondere einen Stickstoff enthaltenden Pulvermetallurgie-Stahl (nachfolgend als "PM-Stahl" bezeichnet), dessen Gehalte an C, N und V in geeigneter Weise aufeinander abgestimmt sind.

Es ist bekannt, daß die Eigenschaften von Legierungselemente, wie Cr, W und V, enthaltenden Werkzeugstählen verbessert werden können durch Einarbeitung von Stickstoff in die Stähle (vgl. z.B. "Kobe Steel Technical Bulletin", R & D, Band 24, Nr. 3, Seiten 11 bis 15, und die japanische Offenlegungsschriften Nr. 78 606/74, 49 109/75 und 49 156/75), und diese Stähle werden in großem Umfange als Einsnannmaterialien, beispielsweise als Präge- bzw. Ziehmaterialien.und als Schneidwerkzeugmaterialien verwendet, weil sie eine gute Verschleißfestigkeit und eine gute Wärmebeständigkeit aufweisen. Durch eine Nitrierbehandlung wird ein Nitrid des Typs MX oder MgX (worin M für ein Legierungselement und X für Kohlenstoff oder Stickstoff stehen) gebildet und dieses Nitrid ist beständiger als ein Carbid des Typs MC oder MgC. Dementsprechend wird der geeignete Abschreckungstemperaturbereich verbreitert und ν

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die Kontrolle der Wärmebehandlung kann dadurch erleichtert werden. Außerdem werden die Anlaßhärtungseigenschaften verbessert und es kann eine feine austenitische Kristallstruktur erzielt werden zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften. Ferner kann die Be-bzw. Verarbeitbarkeit verbessert werden.

Nach der Japanischen Patentpublikation Nr. 19 77VW trägt die Zugabe von 0,05 bis 0,35 % N zu einem Matrizenstahl für die Verwendung bei hoher Temperatur zu einer Erhöhung der Festigkeit gegen Erweichung bei hoher Temperat\ir bei, sie unterdrückt die Verfettung*)der Korngrenzen und außerdem trägt sie zur Unterdrückung einer übermäßigen Bildung von 6-Ferrit bei.

Die meisten konventionellen, Stickstoff enthaltenden Werkzeugstähle wurden bisher unter Anwendung des Schmelzverfahrens hergestellt. Wenn das Schmelzverfahren auf die Herstellung von Stickstoff enthaltenden 7/erkzeugstählen angewendet wird, müssen komplizierte Stufen durchgeführt werden, beispielsweise muß der Stahl in einer Hochdruck-Stickstoffatmosphäre aufgeschmolzen werden, oder es muß ein Nitrid in den geschmolzenen Stahl eingearbeitet werden. Da die Menge an in dem Stahl enthaltenem Stickstoff gering ist und da es schwierig ist, ein feines Carbonitrid zu bilden und es gleichmäßig innerhalb des Stahls zu verteilen, ist es ferner bei dem Schmelzverfahren unmöglich, die Eigenschaften bis auf die gewünschten Werte zu verbessern.

Als ein Weg zur Überwindung der Nachteile oder Beschränkungen, die bei dem Schmelzverfahren auftreten, wurden kürzlich Verfahren zur Herstellung von Stickstoff enthaltenden Werkzeugstählen nach dem Pulvermetallurgieverfahren oder nach dem Puiyerschmiedeverfahren vorgeschlagen. Bei diesen Verfahren kann durch Ausnutzung der Tatsache, daß dna Pulver eine große

*(fatting)

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spezifische Oberfläche (Oberflachengröße/Volumen) hat, und der Tatsache, daß ein Pulversinterkörper eine poröse Struktur aufweist, auf einfache Weise, beispielsweise durch vorherige Zugabe von Stickstoff zu dem Ausgangspulver oder durch Einstellung der Erhitzungstemperatur, der Erhitzungszeit oder des Stickstoffpartialdruckes in der Behandlungsatmosphäre in der Sinterstufe, eine beliebige Menge Stickstoff in den Stahl eingeführt werden. Es war anzunehmen, daß der Stickstoff bei diesen Verfahren innerhalb der Stähle fein und gleichmäßig verteilt wird.

Bei den konventionellen, Stickstoff enthaltenden PM-Stählen wird die Ver- bzw. Bearbeitbarkeit jedoch nicht so stark verbessert, wie zu erwarten gewesen wäre, wie aus der japanischen Patentpublikation Nr. 37 810/1972 hervorgeht. N stellt kein vorteilhaftes Element für die Stabilisierung des Restaustenits dar, wenn der Stahl als Vorstoß (gauge) verwendet werden soll (vgl. z.B. die japanisdie Patentpublikation Nr. 9900/1972). Die Be- bzw. Verarbeitbarkeit wird eher verschlechtert durch Einarbeitung von Stickstoff in die Stähle. Es wird daher hä\ifig die Meinung vertreten, daß der Wert der Stickstoff enthaltenden Schnellarbeitsstähle (Schnelldrehstähle), die nach dem Pulvermetallurgieverfahren hergestellt worden sind, fraglich ist. Dennoch haben einige Stickstoff enthaltende Schnellarbeits-PM-Stähle, die seit kurzem in der Praxis verwendet werden, eine gute Be- bzw. Verarbeitbarkeit in Kombination mit einer guten Verschleißfestigkeit gezeigt. Der Grund dafür ist bisher noch nicht bekannt. Insbesondere besteht keine Klarheit über die Beziehung zwischen den Mengen der Legierungselemente, die dem Stahl eine ausgezeichnete Be- bzw. Verarbeitbarkeit verleihen, und der Menge der Stickstoffanreicherung. Deshalb unterliegen die Arten der Stähle, die mit Stickstoff angereichert sind, für die Herstellung von Schneilarbeits-PM-Stählen und die verwendbar sind, drastischen Beschränkungen.

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So ist beispielsweise im "Kobe Steel Technical Bulletin", R+D, Band 24, Nr. 3, Seite 10, angegeben, daß dann, wenn Schnellarbeits-PM-Stählen vom Mo-Typ (JIS SKH 9 und modifizierter JIS SKH 55) 0,4 bis 0,5 % N zugesetzt wird, die Be- bzw. Verarbeitbarkeit deutlich verbessert wird.

Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die N-Zugabe sehr vorteilhaft ist für ein feines und gleichmäßiges Carbid wurden nun Forschungsarbeiten durchgeführt mit dem Ziel, verschiedene Eigenschaften, die für einen V/erkzeugstahl erforderlich sin·I, insbesondere die Verschleißfestigkeit und die Schlagfestigkait bzw. die Schlagzähigkeit, im Hinblick auf verschiedene Stahlzusammensetzungen zu verbessern. Nach umfangreichen Untersuchungen wurde schließlich der erfindungsgemäße Werkzeugstahl gefunden.

Ziel der Erfindung ist es, die bei den konventionellen Stickstoff enthaltenden HI-Werkzeugstählen auftretenden Probleme zu lösen. Hauptziel der Erfindung ist es, Stickstoff enthaltende PM-Werkzeugstähle mit einer ausgezeichneten Verschleißfestigkeit und ausgezeichneten Schlageigenschaften bzw. einer ausgezeichneten Kerbschlagzähigkeit anzugeben. Diese und andere Ziele der Erfindung können durch die erfindungsgemäßen Merkmale erreicht werden, die nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen dem Stickstoffgehalt und den Eigenschaften von etwa 0,5 % C enthaltenden JIS SKH 9-Stählen zeigt;

Fig. 2 ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen dem (C+N)-Gehalt'und den Eigenschaften von 0,1 bis 0,7 % C enthaltenden JlS SKH 9-Stählen zeigt;

709847/117Π

Fig. 3 ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen dem (C+N)-Gehalt und den Eigenschaften von 0,3 bis 0,9 % C enthaltenden Stählen zeigt;

Fig. 4- ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen dem (C+N)-Gehalt und den Eigenschaften von 1,7 bis 2,5 % C enthaltenden Stählen zeigt;

Fig. 5 ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen dem

(C+N)-Gehalt und den Eigenschaften von 0,2 bis 0,9 % C enthaltenden Stählen zeigt;

Fig. 6a eine Photographie, welche die MikroStruktur des nach dem Pulvermetallurgieverfahren hergestellten Stahl⁰ zeigt; und

Fig. 6b eine Photographie, welche die MikroStruktur des nach dem Schmelzverfahren hergestellten Stahls zeigt.

Schnellarbeitsstähle (Schnelldrehstähle) sind charakterisiert durch ihre ausgezeichnete Verschleißfestigkeit und ihre ausgezeichnete Wärmebeständigkeit, weil sie große Mengen an Mo, W und V enthalten, die mehr als Fe carbidbildende Elemente darstellen. Außerdem weisen sie verhältnismäßig gute Schlageigenschaften (Kerbschlagzähigkeit) auf, so daß sie üblicherweise in erster Linie als Schneidwerkzeuge verwendet werden·

Vom Standpunkt der Gesamteigenschaften der Stähle, wie z.B. der Verschleißfestigkeit, der Wärmebeständigkeit, der Druckbeständigkeit und der Schlageigenschaften aus betrachtet sind die Schnellarbeitsstähle den Werkzeugmaterialien, wie z.B. Tieftemperatur- und Hochtemperatur-Schneidwerkzeugen,überlegen

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und sie werden als Arbeitswerkzeuge für den Tieftemperatur-UEd den Hochtemperaturbetrieb zusätzlich zu Schneidwerkzeugen verwendet.

In diesem Falle ist es jedoch wichtig, wie die Schlageigenschaften (Kerbschlagzähigkeitseigenschaften) verbessert werden können, ohne die Verschleißfestigkeit zu beeinträchtigen. Zu diesem Zweck wird häufig eine Wärmebehandlung, wie z.B. eine Tieftemperaturhärtung, angewendet. Andererseits ist die Unterdrückung des C-Gehaltes vorteilhaft für die Verbesserung der Schlageigenschaften vom Standpunkt der Zusammensetzung aus betrachtet, dadurch wird jedoch die Verschleißfestigkeit in nachteiliger Weise beeinflußt.

Es wurden daher die nachfolgend beschriebenen Versuche durchgeführt, um Werkzeugstähle zu entwickeln, die sowohl eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit als auch ausgezeichnete Schlap;-eigenschaften aufweisen.

Zu diesem Zweck wurde ein typisches Beispiel für ein Stahlpulver entsprechend JIS SEI 9 (mit 0,5 % C, 4,3 % Cr, 5,1 % Mo, 6,0 % W und 2,0 % V) verwendet. Diesem Stahl wurde Stickstoff einverleibt und es wurden Schnellarbeitsstähle (Schnelldrehstähle) mit verschiedenem Stickstoffgehalt hergestellt. Bei diesen Schnellarbeitsstählen wurde der Einfluß des Stickstoffgehaltes auf die Verschleißfestigkeit und die Schlageigenschaften untersucht und dabei wurden die in der Fig. Ί dargestellten Ergebnisse erhalten.

Wie aus den in der Fig. 1 dargestellten Ergebnissen hervorgeht, wird die Verschleißfestigkeit deutlich verbessert, wenn der Stickstoffgehalt mindestens 0,40 % beträgt, und die Kerbschlagzähigkeit ist gut, wenn der N-Gehalt weniger als 0,40 % beträgt, sie wird jedoch offenbar schlechter, wenn der N-Geha3t

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mehr als 0,40 % beträgt.

Kohlenstoff, der ein wesentliches Element von Schnellarbeitßstählen darstellt, hat im allgemeinen Eigenschaften, die denjenigen des Stickstoffs, der ein Zusatzelement (Wahlkomponente) darstellt, sehr ähneln. Jedes dieser Elemente hat eine sehr kleine Atomzahl von 6 oder 7 und ist ein Atom vom interstitiellen Typ, das die Neigung hat, leicht eine Legierungsverbindung zu bilden. Es schien daher ziemlich vernünftig zu sein, den Stickstoffgehalt in Kombination mit dem Kohlenstoffgehalt einzustellen oder zu regulieren, beispielsweise unter Bezugnahme auf solche Faktoren, wie z.B. den (C+N)-Gehalt oder das C/N-Verhältnis, unabhängig von dem C-Gehalt. Darüber hinaus ist es erwünscht, den Stickstoffgehalt unter gebührender Berücksichtigung der Gehalte an Elementen, die dem Fachmanne bekannt sind als Elemente, die zusammen mit C und N in Schnellarbeit sstählen Carbide bilden können, wie insbesondere V, zu regulieren oder einzustellen,

Im Hinblick auf die vorstehenden Angaben wurden, wie in den weiter unten folgenden Beispielen erläutert, Stahlpulver entsprechend JIS SKH 9 oder 10 hergestellt, die sich im Hinblick auf ihren Kohlenstoffgehalt voneinander unterschieden, und in diese Stahlpulver wurde Stickstoff in einer Menge von mindestens 0,40 % eingearbeitet, die für die Verbesserung der Verschleißfestigkeit der Stähle erforderlich war. Dann wurden Schnellarbeitsstähle aus diesen Pulvern nach dem Pulvermetallurgieverfahren hergestellt und sie wurden im Hinblick auf die Verschleißfestigkeit und die Schlageigenschaften (Kerbschlagzähigkeit) getestet und die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in den Fig. 2 bis 5 dargestellt.

Die Fig. 2 erläutert die bei Stählen entsprechend JIS SKH 9» die 1,95 bis 2,04 % V enthalten, erhaltenen Ergebnisse. Aus der

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Fig. 2 ist zu ersehen, daß dann, wenn der (C+N)-Gehalt mehr als 0,6 % beträgt, die Verschleißfestigkeit deutlich verbessert wird. Andererseits sind die Schlageigenschaften (die Kerbschlagzähigkeit) gut, wenn der (C+N)-Gehalt weniger als 0,9 % beträgt. Bei einem Stickstoff enthaltenden Schnellarbeit s-FM-Stahl, der JIS SKH 9 entspricht, liegt der (C+N)-Gehalt, der geeignet ist für die Verbesserung der Verschleißfestigkeit, ohne die Schlageigenschaften (die Kerbschlagzähigkeit) zu beeinträchtigen, bei 0,6 bis 0,9 %.

Die Fig. 3 erläutert die Ergebnisse, die bei Stählen entsprechend JIS SKH 10, die 4,45 "bis 4,53 % V enthalten, erhalten werden. Aus der Fig. 3 ist zu ersehen, daß ein geeigneter Bereich für den (C+N)-Gehalt bei 1,1 bis 1,4 % liegt.

Die Fig. 4 erläutert die Ergebnisse, die bei den Stählen raib einem erhöhten V-Gehalt, nämlich bei 4 % Gr - 3,5 % Mo - 10 % V/ 12 % V - Stählen^erhalten werden. In diesem Falle liegt ein geeigneter Bereich für den (C+N)-Gehalt bei 2,6 bis 2,9 %.

Die Fig. 5 erläutert ferner die Ergebnisse, die bei Stählen entsprechend AISI A7, die 4,78 bis 4,83 % V enthalten und in einem Kaltbearbeitungswerkzeug verwendet werden, erhalten werden. In diesem Falle liegt ein geeigneter Bereich für den (C+N)-Gehalt bei 1,15 bis 1,45 %.

Wenn die vorstehend angegebenen, mit verschiedenen Schnellarbeit s-PM-Stählen erhaltenen experimentellen Ergebnisse insgesamt hauptsächlich im Hinblick auf die (C+N)- und V-Gehalte betrachtet werden, so geht daraus hervor, daß zur Verbesserung der Schlageigenschaften (Kerbschlagzähigkeit) ohne gleichzeitige Beeinträchtigung der Verschleißfestigkeit die folgende Bedingung erfüllt sein muß:

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0,2 + 0,2 V(%) ^ (C + N) ^C 0,5 + 0,2 V (%)

Bei dieser Bedingung nimmt dann, wenn der V-Gehalt 15 % übersteigt, die Zähigkeit im allgemeinen drastisch ab, weil ein Carbonitrid vom Vanadin-Typ vergröbert wird,und in einem solchen Falle ist die oben angegebene Beziehung, die einen geeigneten Bereich für den (C+N)-Gehalt angibt, der für die Be- bzw. Verarbeitbarkeit, die Wärmebehandlungseigenschaften und die mechanischen Eigenschaften geeignet ist, nicht erfüllt.

Wenn jedoch der Vanadingehalt mehr als 15 % beträgt, werden die Schleifbarkeit und die Schmiedeeigenschaften sehr stark verschlechtert, weil ein Carbonitrid vom Vanadin-Typ vergröbert wird. Wenn der Vanadingehalt weniger als 1,6 % betriu '..■, wird es in der Praxis schwierig, Stickstoff in einer Menge von mehr als 0,4 % anzureichern. Deshalb muß der Vanadingehal~ mindestens 1,6 % betragen. Es wird keine wesentliche Verbesserung in bezug auf die Be- bzw. Verarbeitbarkeit erzielt, wenn der Stickstoffgehalt weniger als 0,40 % beträgt. Erfindungsgemäß sollte der Stickstoffgehalt vorzugsweise mindestens 0,45 % betragen.

Wie aus den obigen Versuchsergebnissen hervorgeht, ändert sich die oben erwähnte Beziehung, nämlich ein geeigneter Bereich für den (C+N)-Gehalt, bei verschiedenen Schnellarbeitsstählen, die sich in ihrem Gehalt an solchen Metallen, wie Cr, Mo, W und Co unterscheiden, nicht.

*' Zu den erfindungsgemäßen HJ-V/er k zeugstähl en gehören Werkzeugstähle, die als Legierungswerkzeugstähle bezeichnet werden, die verhältnismäßig geringe Mengen an Cr, Mo, W, Si, Mn und Ni mit geeigneten Mengen an N, C und V enthalten, und dazu gehören die Werkzeugstähle von einem anderen Typ, die als

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Schnellarbeitsstähle (Schnelldrehstähle) bezeichnet werden, die hohe Mengen an diesen Legierungselementen enthalten, und dazu gehören auch die Werkzeugstähle, die mittlere Mengen an diesen Elementen enthalten. Im allgemenen wird in Werkzeugstählen das Cr in einer Menge von bis zu 15 % zugegeben, Mo wird in einer Menge von bis zu 10 % zugegeben, W wird in einer Menge von bis zu 20 % zugegeben und Co wird in einer Menge von bis zu 15 % zugegeben. Außerdem können je nach Bedarf bis zu 5 % Ni, bis zu 1 % Mn und bis zu 1 % Si zugegeben werden. Ferner können auch bis zu 2 % Zr, bis zu 5 % Nb,und bis zu 1 % B zugegeben werden.

Die oben erwähnten Werkzeugstähle werden in großem Umfange verwendet als Metallformen, wie z.B. als Preßwerkzeug, als Abgratungsdüse, als Ziehdüse und als Einspannvorrichtungen, wie z.B. als Meißel, Stempel (Locher) und Vorstoß (gauge).

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

Beispiel 1

Gasverdüste Sbahlpuhrer entsprechend JIS SKH 9, die sich in bezug auf ihren Kohlenstoffgehalt voneinander unterschieden, wurden in Flußstahl-Dosen eingefüllt, Entgasungs- und Nitrierbehandlungen unterworfen und dann unter Verwendung einer isostatischen Warmpresse formgepreßt zur Durchführung einer Wärmebehandlung. Die Herstellungsbedingungen und die zur Bestimmung

»der Verschleißfestigkeit und der Schlageigenschaften (Kerbschlagzähigkeit) angewendeten Tests werden nachfolgend näher erläutert.

2 ·2 Hers^e^lungsbedingungen

a) Chemische Zusammensetzung und Korngröße des Ausgangspulve'-M.

Die verwendeten Ausgangspulver sind in der folgenden Tabelle

I angegeben. * ' 709847/1179

b) Nitrierbehandlung

Die Nitrierbehandlung wurde 2 Stunden lang in einer Stickstoff atmosphäre bei 1150⁰C durchgeführt. Der Druck der Atmosphäre wurde in geeigneter Weise kontrolliert, um den Stickstoffgehalt in dem Stahlprodukt einzustellen.

c) Isostatische WarmPressenbehandlung Es wurde 2 Stunden tung durchgeführt.

Es wurde 2 Stunden lang unter 2000 atm bei 1100°C eine Här-

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Tabelle I

Art des verwende ten Stahls	Zusammensetzung ^	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ko	6.12	V	0	N	Korngröße
A (0.7*C)	0.70	0.29	0.27	0.01	0.03	4.30	5.01	6.06	1.95	0.010	0.021
B (o.5Sic)	0.49	, 0.25	0.24	0.01	0.04	• 4.35	5.12	6.15	2.00	0.030	0.015	^0,17 mm (<8θ mesh )
C (•O.3J6C) I*	0.32	0.31	0.32	0.01	0.03	4.11	4.97	6.08	2.04	0.035	0.018	CO,17 mm ; £80 mesh )
D (0.1#C)	0.11	0.32	0.29	0.01	0.02	4.05	4.91	2.01	0.040	0.017	<0,17 mm j «80 mesh ) i
	<v>, .·; ^ . «SO mech ) ;

d) Wärmebehandlung

Es wurde 5 Minuten lang bei 1150⁰C eine Härtung durchgeführt

(ölabscheckung)

Die Temperung wurde 2 bis 4 mal wiederholt unter Anwendung einer 1,5-stündigen Wärmebehandlung bei 450 bis 55O⁰C bis

zur Erzielung einer Härte von HRC 59 bis 60.

2.2 T ejst be dingungen

a) Verschleißfestigkeitstest Belastung: 4,5 kg Reibungslänge: 550 m Reibxmgsgeschwindigkeit: 2,5 m/Üek.

aufzubringendes Material: JIS SCM 4 (Q.T.), H_ß 300 Schmiermittel: keines

b) Schlagtest

R-Kerbe-10 mm -Sharpy-Test

3· Ο Te_stergebnis£3e_

Die Testergebnisse sind in der Fi^. 2 angegeben. Wie aus den in der Fig. 2 dargestellten Ergebnissen hervorgeht, muß bei den Stickstoff enthaltenden Schnellarbeits-PM-Stählen, die 2 % V enthalten, zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit ohne Beeinträchtigung der Schlageigenschaften (Kerbschlagzähigkeit) der Stickstoffgehalt mindestens 0,4 % betragen und ein geeigneter (C+N)-Gehalt beträgt 0,6 bis 0,9 %· Wenn der Stickstoffgehalt weniger als 0,4 % beträgt, ist der Nitriereffekt nicht ausreichend. Wenr/der (C+N)-Gehalt weniger als 0,6 % *~ beträgt, tritt nur eine geringe Nitritausscheidung auf und die Verschleißfestigkeit des Stahls wird beeinträchtigt, während dann, wenn er mehr als 0,9 % beträgt, die Kerbschlagzähigkeit drastisch abnimmt.

Mit einem Stickstoff enthaltenden Schneilarbeits-Hi-Stahl, wie er in Fig. 2 dargestellt ist, der 0,3 % C und 0,4 % N enthielt,

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wurde mit einem Schneidwerkzeug aus diesem Stahl ein intermittierender Schneidetest durchgeführt.

Werkzeughärte: HRC 64 Werkzeugform: 0°, 15°, 6°, 6°, 15°, 10 R Schnexdegeschwindigkeit: 25 m/Min.

Schneidetiefe: 1,5mm Zuführungsgeschwindigkeit: 0,2 mm/Umdrehung bearbeitetes Material: JIS SCM 4 (Q.T.) H_ß 250 - 270

Die Schneideeigenschaften dieses Werkzeuges waren, wie bestätigt wurde, äquivalent zu denjenigen eines Schneidwerkzeuges, das aus einem durch Schmelzen hergestellten JIS SKH 9-Schnellarbeitsstahl bestand.

Beispiel 2

Verdüste Stahlpulver entsprechend JIS SKH 10, die sich in bezurc auf ihren Kohlenstoffgehalt voneinander unterschieden, wie in der folgenden Tabelle II angegeben, wurden als Ausgangspulver verwendet und daraus wurden Stickstoff enthaltende Schnellarbeits-PM-Stähle auf die in Beispiel 1 an^e^ebene Weise hergestellt. Die Verschleißfestigkeit und die Kerbschlagzähigkeit wurden bestimmt und die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der Fig. 3 dargestellt. ^uie aus den in der Fig. 3 dargestellten Ergebnissen hervorgeht, liegt ein (C+N)-Gehalt, der auf wirksame Weise die Verschleißfestigkeit verbessert, ohne die Kerbschlagzähigkeit zu verschlechtern, bei 1,1 bis 1,4 %. Wenn jedoch der (C+N)-Gehalt innerhalb des Bereiches von 1,1 bis 1,4 % liegt, wenn der N-Gehalt etwa 0,3 % beträgt, dann ist die Verbesserung in bezug auf die Verschleißfestigkeit unzureichend, wie in Fig. 3 dargestellt.

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Beispiel 3

Mit einem Gas verdüste Stahlpulver, die etwa 12 % V enthielten und sich in bezug auf ihren Kohlenstoffgehalt wie in der Tabelle III angegeben voneinander unterschieden, wurden als Ausgangspulver verwendet und daraus wurden Stickstoff enthaltende Schnellarbeits-FM-Stähle auf die in Beispiel 1 angegebene Weise hergestellt. Die Verschleißfestigkeit und die Kerbschlagzähigkeit wurden bestimmt und die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der Fig. 4 dargestellt.

709847/117

Tabelle III

σ co

CU -4

A.rt des verwen deten Stahls	Zusammensetzung (2)	C	Si	Mn	P	S	Cr	Ho	W	V	0	N	Korngröße
H (2.52c) I (2.0^C) J (1.72C)	2.50 2.01 1.69	0.29 0.29 0.35	0.31 0.30 0.30	0.01 0.01 0.02	0.02 0.02 0.03	4.01 4.04 4.09	3.56 3.61 3.75	10.3 9.8 10.4	12.2 12.3 11.8	0.041 0.030 0.050	0.18 ( 0.18 ( 0.15	<--0,17 mm ^80 mesh ) CO,Ί7 mm <^80 wesh ) <C,^7 mn (<80 mesh )

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Wie aus den in der Fig. 4 dargestellten Ergebnissen hervorgeht, liegt ein geeigneter (C+N)-Gehalt, der auf wirksame Weise die Verschleißfestigkeit verbessert, ohne die Kerbschlagzähigkeit zu verschlechtern, bei 2,6 bin 2,9 %»

Beispiel 4

Durch ein Gas verdüste Stahlpulver entsprechend AISI A 7» wie in der Tabelle IV angegeben, wurden als Ausgangspulver verwendet und daraus wurden Stickstoff enthaltende Schnellarbeit s-FM-Stahle auf die in Beispiel 1 angegebene Weise hergestellt. Die Verschleißfestigkeit und die Kerbschlagzähigkeit wurden bestimmt und die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der Fig. 5 dargestellt.

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Aus den in der Fig. 5 dargestellten Ergebnissen geht hervor, daß ein (C+N)-Gehalt, der auf wirksame V/eise die Verschleißfestigkeit verbessert, ohne die Kerbschlagzähigkeit zu verschlechtern, bei 1,15 bis 1,4-5 % liegt.

Beispiel 5

Zwei Stahlsorten entsprechend JIS SKH 9» die eine verhältnismäßig geringe Menge Stickstoff enthielten und nach dem Pulvermetallurgieverfahren bzw. nach dem Schraelzverfahren (Schmelz— + Schmiedeverfahren) hergestellt worden waren, wurden in ber.ug auf die Verschleißfestigkeit und die Schlageigenschaften (Kerbschlagzähigkeit) getestet. Die chemische Zusammensetzung dieser Stähle ist in der folgenden Tabelle V angegeben.

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(U	£; ς (D (U C
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Die Testergebnisse sind in der folgenden Tabelle VI angegeben.

Tabelle VI

verwendete Stähle

N O

relative Verschleißmenge Kerbschlagzähigkeit (nmr/mkg) (mkg/m. )

2,2 χ 10 2,1 χ 10

-3 -3

5,5 4,2

Als Ergebnis wurde erhalten, daß die Kerbschlagzähigkeit des Hi-Stahls (N) verbessert war, weil die Mikrostruktur des FM-Stahls gleichmäßig und fein war im Vergleich zu der Mikrostruktur des geschmolzenen Stahls (O), wie aus den ^ig. 6a und 6b ersichtlich.

Beispiel 6

Durch ein Gas verdüste Stahlpulver entsprechend JIS SKH 10, die 1,5 % C und 0,4 % N enthielten, wurden nach Beispiel 1 getestet. Die chemische Zusammensetzung ist in der folgenden Tabelle VII angegeben und die erhaltenen Testergebnisse sind in der folgenden Tabelle VIII angegeben.

Tabelle VII

verwendete Stahl

(P) N haltender PM-Stahl JIS SKH 10

Zusammensetzung (%) P

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Tabelle VIII

verwendeter relative Verschleißmenge Kerbschlagzahigkeit ^Stahl (mmVmkg) (mkg/cm²)

P 2,3 x 10"⁴ 0,53

Wie aus der vorstehenden Tabelle VIII hervorgeht, waren der Verschleiß und die Kerbschlagzahigkeit die gleichen wie diejenigen der 1,7 % (C+N) enthaltenden Stähle gemäß Fig. 3· Es sei darauf hingewiesen, daß die Stähle N, 0 und P außerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung liegen und nur zum Vergleich mit den erfindungsgemäßen Stählen angegeben sind.

Wie aus den vorstehenden Erläuterungen ohne weiteres hervorgeht, wird in dem erfindungsgemäßen, Stickstoff enthaltenden PM-Werkzeugstahl eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit und ausgezeichnete Kerbschlagzahigkeit (Schlageigenschaften) erzielt durch Einstellung und Kontrolle des Gehaltes an G, N und V, so daß die folgenden Bedingungen erfüllt sind:

N £ 0,40 %, vorzugsweise N ^ 0,4-5 %, 1,6 = V ^ 15 % und 0,2 + 0,2 V (%), < (C + N)<0,5 + 0,2 V (%)

Außerdem kann der erfindungsgemäße Stahl mindestens ein Element enthalten, das ausgewählt wird aus der Gruppe: bis zu 15 % Cr, bis zu 10 % Mo, bis zu 20 % W und bis zu 15 % Co.

Ferner können in den erfindungsgemäßen Stahl je nach Bedarf bis zu 3 % Ni, bis zu 1 % Mn und bis zu 1 % Si eingearbeitet werden. Der erfindungsgemäße S-^ahl kann außerdem bis zu 2 % Zr, bis zu 5 % Nb und bis zu 1 % B enthalten.

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Claims

Patentansprüche

1. Stickstoff enthaltender Pulvermetallurgie-Werkzeugstahl, dadurch gekennzeichnet , daß er enthält:

mindestens 0,40 % N, 1,6 bis 15 % V, C in einer Menge, die der Beziehung genügt:

0,2 + 0,2 V(%) ^(C ₊ NK 0,5 + 0,2 V(%) mindestens ein Element, ausgewählt aus der Gruppe: bis zu 15 % Cr, bis zu 10 % Mo, bis zu 20 % W und bis zu 15 % Co, und als Rest Eisen.

2. Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens 0,45 % N enthält.

3. Stahl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er außerdem mindestens ein Element enthält, das ausgewählt wird aus der Gruppe: bis zu 3 % Ni, bis zu 1 % Mn und bis zu 1 % Si.

4. Stahl nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß er außerdem mindestens ein Element enthält, das ausgewählt wird aus der Gruppe: bis zu 2 % Zr, bis zu 5 % Nb und bis zu 1 % B.

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ORIGINAL INSPECTED