DE2753475A1 - Stahl-verbund-material - Google Patents
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Description
P 316-125
2753A75
Uddeholms Aktiebolag, S-683 05 Hagfors (Schweden)
Stahl-Vcrbund-Material
809825/0683
Die Erfindung betrifft ein Stahl-Verbund-Material aus
zwei metallisch verbundenen Stahlkomponenten mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen. Die Erfindung
betrifft ferner ein Werkzeug aus diesem Material. Beispiele solcher Werkzeuge sind Sägeblätter, Messer aller
Art, Fräser, Drehstähle und Walzen von Walzwerken. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Stahllegierung für
Werkzeuge, in welchen das Material für den Arbeitsbereich eine der beiden Stahlkomponenten bildet und aus einem
Hochleistungs-Werkzeugstahl oder einem anderen hochlegierten Werkzeugstahl besteht mit einer Kohlenstoffaktivität
und einer Härte und einem Verschleißwiderstand in derselben Größenordnung wie diejenigen Vierte von Hochleistungswerkzeugstahl,
während die zweite Komponente des zusammengesetzten Stahlmaterials das Trägermaterial des Weitaeuges
bildet.
Die Komponente, die den Arbeitsteil, d.h. den eigentlichen Schneidteil des Materials bzw. des Werkzeugs bildet, besteht
zweckmäßigerweise aus einem Hochgeschwindigkeits- bzw. Iiochleistungswerkzeugstahl, beispielsweise
SIS 14 27 22 (Schwedische Norm). Der Hochleistungswerkzeugstahl kann nach konventionellen Methoden hergestellt
sein. Zweckmäßigerweise wird der Hochleistungswerkzeugstahl jedoch nach dem ASEA-STORA-Verfahren hergestellt.
Solche Hochleistungsstähle, die eine genormte oder nicht-genormte chemische Zusammensetzung haben
können, sind als ASP-Stähle bekannt. Das ASEA-STORA-Verfahren ist in der Zeitschrift "Iron and Steel, Special
Issue", Seiten 49-52 und in "Jernkontorets Annaler", 156,
(1972), Seiten 84-90 beschrieben.
Die Komponenten können durch Gießen, Schweißen, Warmwalzen oder anderen üblichen Verfahren verbunden werden. Vorzugs-
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woise werden sie nach einer Methode verbunden, die in der
schwedischen Patentanmeldung Nr. 5151/72 und in dem kanadischen
Patent Hr. 970 661 beschrieben ist. Nach dieser Methode wird eine erste Elektrode aus einer ersten Komponente aus
einem Werkzeugstahl gebildet, der den Arbeitsbereich des
fertigen Werkzeugs bilden soll. Dann werden zwei planparallele Platten aus dem zweiten Stahlniaterial, das das
Trägermaterial des fertigen Werkzeuges bilden soll, unter Bildung eines schmalen Zwischenraums zwischen ihnen angeordnet.
Der Raum zwischen den Platten wird am Boden und an den Seiten geschlossen. Dann werden aus dem ersten Material
durch elektrisches Schmelzen der Elektroden Tropfen gebildet, die in den Raum zwischen den Platten eingebracht werden.
Die Tropfen läßt man fest werden, wodurch ein Gußteil gebildet wird, das die beiden Platten verbindet und das einen
Barren aus drei parallelen Platten bildet. Der Barren wird heiß und kalt bearbeitet zur Bildung eines Rohlings der gewünschten
Form und Dicke. Danach wird der Rohling längs der Mitte des mittleren Teiles, der aus dem Stahlmaterial besteht,
das den Arbeitsbereich des fertigen Werkzeugs bilden soll, geschlitzt bzw. getrennt.
Das Trägermaterial des Werkzeuges soll im wesentlichen folgende Eigenschaften haben.
Das Trägermaterial soll eine geeignete Festigkeit aufweisen, auch nachdem es einer Wärmebehandlung ausgesetzt war, so daß
das Schneidelement bzw. die Arbeitskomponente des zusammengesetzten Stahlwerkzeuges optimale Eigenschaften hat. Eine
zu hohe Festigkeit kann dazu führen, daß das Trägermaterial nicht ausreichend fähig ist, die Ausbreitung von Rissen zu
stoppen, die vom Arbeitselement ausgehen. Andererseits kann eine zu niedrige Festigkeit zu einer Verformung des
Trägermaterials führen. Falls das Werkzeug die Zähne einer
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Bügelsäge oder einer Metallsäge bildet, kann dies dazu führen, daß der Schnitt nicht geradlinig erfolgt, sondern
abgelenkt wird. Ein geeignetes Trägermaterial für das Messer bzw. die Zähne einer Bügelsäge, bei dem die Zähne
selbst aus einem Hochleistungswerkzeugstahl sind, sollte zweckmäßigerweise den folgenden Anforderungen genügen,
auch wenn die Zähne nach einer Erwärmung auf 122O°C durch Abschrecken und zweimaliges Anlassen auf 56O°C
über die Dauer 1 Stunde gehärtet worden sind.
Das Trägermaterial sollte somit zweckmäßigerweise folgende
Werte aufweisen:
R 0,2 (v 0,2) - 1,3 KN/mm2
Rn, (σ B) - 1,5 KN/mm2
A1 ^
10
- 20%
wobei die Bezeichnungen der internationalen Norm entsprechen.
Die chemische Zusammensetzung des Trägermaterials sollte so gewählt oder an die des Hochleistungsstahles oder des
entsprechenden Werkzeugstahles angepaßt v/erden, daß eine möglichst schmale von Kohlenstoff beeinflußte Zone im
Verbindungsbereich zwischen den beiden Komponenten erreicht wird. Wenn der Kohlenstoffgehalt des Hochleistungsstahles
erhöht wird infolge einer Diffusion von Kohlenstoff aus dem Trägermaterial, kann die Festigkeit des
Hochleistungswerkzeugstahles beeinträchtigt werden. Eine Kohlenstoffdiffusion wird durch lange Behandlungen
bei hohen Temperaturen beeinflußt, wie z.B. dann, wenn ein Rohling nach der schwedischen Patentanmeldung 5151/72
bzw. dem kanadischen Patent 970 661 hergestellt wird, die langzeitige Wärmebehandlungen sowie Warmwalzen bei
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etwa 110O0C umfassen, ebenso das Aushärten von Sägeblättern
bei einer Temperatur von etwa 122O°C.
Das Trägermaterial sollte ferner möglichst koine oder
möglichst wenig Schlackeneinßchlüsse aufweisen, um seinen
Viiderstand gegen Ermüdung und Rißbildung zu verbessern. Es sollte ferner gut verschweißbar mit der V7erkzeugstahlkomponente
sein.
Ein Hauptziel der Erfindung ist daher ein Stahl-Verbund-Material, das die oben genannten Anforderungen erfüllt.
Dies kann erfindungsgemäß erreicht werden durch eine
erste Komponente aus einem Hochleistungsstahl oder einem anderen hochlegierten Werkzeugstahl mit einer Kohlenstoffaktivität
und einer Härte und einem Verschleißwiderstand in derselben Größenordnung wie Hochleistungswerkzeugstahl,
während die zweite Komponente des zusammengesetzten Stahlmaterials im wesentlichen besteht aus
0,30 - 0,60 Gewichtsprozent Kohlenstoff
0,40 - 1,00 " Silizium
0,40 - 1,00 " Mangan
2,5 - 4,0 " Chrom
0,50 - 1,50 " Molybdän
0,20 - 0,45 " Vanadium
Rest Eisen und normale Verunreinigungen.
Eine bevorzugte Zusammensetzung des Trägermaterials besteht im wesentlichen aus
0,40 - 0.45 Gewichtsprozent Kohlenstoff
0,50 - 0,90 " Silizium
0,50 - 1,00 " Mangan
3,0 - 3,5 " Chrom
0,60 - 1,10 " Molybdän
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0,25 - 0,30 Gewichtsprozent Vanadium
maximal 0,5 " Nickel
Rest Eisen und normale Verunreinigungen.
Eine beispielsweise Ausfuhrungsform der Erfindung wird
unter Bezugnahme auf durchgeführte Versuche und anhand der Zeichnung erläutert, in der
Fig. 1 ein zusammengesetztes Stahlmaterial nach der Erfindung zeigt.
Fig. 2 zeigt im Schnitt ein Sägeblatt einer Bügelsäge aus dem zusammengesetzten Stahlmaterial der Erfindung.
Fig. 3 zeigt in Form eines Mikrofotos die Struktur eines Teils des zusammengesetzten Stahlmaterials nach dem
Härten und Anlassen, wobei dieses Material nicht gemäß der Erfindung zusammengesetzt ist.
Fig. 4 zeigt in Form eines Mikrofotos die Struktur eines Teils eines zusammengesetzten Stahlmaterials gemäß
der Erfindung nach dem Härten und Anlassen.
In Fig. 1 ist das zusammengesetzte Stahlmaterial im allgemeinen mit 1 bezeichnet. Ein Hochleistungswerkzeugstahl ist
mit 2 und ein Trägermaterial mit einer Zusammensetzung nach
der Erfindung ist mit 3 bezeichnet. Die metallische Verbindung zwischen den beiden Komponenten ist mit 4 bezeichnet.
Fig. 2 zeigt im Schnitt ein Sägeblatt 1', das aus dem Rohling nach Fig. 2 hergestellt worden ist. Die Zähne 21 des Sägeblattes
bestehen aus dem Hochleistungswerkzeugstahl und das Trägermaterial ist mit 3* bezeichnet.
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Versuche
Es wurden Versuchsmaterialien hergestellt indem elektrisch Ilochleistungswerkzeugstahl-Elektroden zwischen zwei Stahlplatten
geschmolzen wurden, wie oben erläutert und wie im Detail in der schwedischen Patentanmeldung 5151/72 bzw.
dem kanadischen Patent 970 661 beschrieben ist, um zusammengesetzte Barren aus drei parallelen Teilen zu bilden. Die
Barren hatten eine Größe von 15 · 15 cm und sie wurden auf einen Durchmesser von 30 mm warmgewalzt. Danach wurden sie
wärmebehandelt durch Vorwärmen auf 55O°C und 85O°C, worauf
sie auf drei verschiedene Temperaturen, nämlich 1180°C, 12000C und 122O°C erwärmt und gehärtet wurden. Danach
wurden die Probestücke zweimal bei 56O°C 1 Stunde lang angelassen.
Bei allen untersuchten Probestücken bestand der Hochleistungswerkzeugstahl
aus SIS 14 27 22 (nach schwedischer Norm) und er hatte die nominelle chemische Zusammensetzung in Gewichtsprozent
wie folgt:
0,85 S |
0,25 \ |
0,3 \ |
4 \ |
5 ί |
6,5 \ |
1,9 \ |
h C |
i Si |
I Mn |
i Cr |
I MO |
I W |
ι ν |
Rest Eisen und normale Verunreinigungen.
In einem Fall bestand das Trägermaterial oder Stützmaterial aus unlegiertem Kohlenstoffstahl mit 0,6% Kohlenstoff.
Fig. 3 zeigt die Struktur dieses zusammengesetzten Materials nach dem Härten aus 122O°C, sowie einem zweimaligen Anlassen
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bei 56O°C über eine Zeitdauer von 1 Stunde. In Fig. 3 ist
der Hochleistungswerkzeugstahl mit 2a und der unlegierte Kohlenstoffstahl mit 3a bezeichnet. Die Verbindung zwischen
den Komponenten ist mit 4a bezeichnet. Aus dem Mikrofoto
ergibt sich, daß der Kohlenstoffgehalt des Trägermaterials 3a reduziert wurde und daß der Ilochleistungsstahl 2a dementsprechend
aufgekohlt wurde. Das Material im Bereich der Verbindung 4a ist beträchtlich beeinflußt worden.
In einem zweiten Fall hatte das Trägermaterial folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent, 0,42 C; 0,72 Si;
0,70 Mn; 0,006 S; 3,24 Cr; 0,001 Ni; 0,81 Mo; 0,02 W; 0,28 V; 0,001 Cu; 0,031 Al, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen.
Fig. 4 zeigt ein Mikrofoto eines zusammengesetzten Stahles, der dieses Trägermaterial 3b enthält.
Der Hochleistungswerkzeugstahl 2b war derselbe, nämlich SIS 14 27 22, wie in dem vorherigen Beispiel nach Fig. 3.
Auch die Wärmebehandlung war dieselbe. Im vorliegenden Fall wurde jedoch keine Diffusion von Kohlenstoff zwischen
den beiden Komponenten beobachtet. Deshalb ist auch das Material im Bereich der Verbindung 4b zwischen den Komponenten
gleichmäßig und im wesentlichen nicht beeinflußt, d.h. die beiden Komponenten sind gut aneinander angepaßt.
Die mechanischen Eigenschaften des Trägermaterials nach der Erfindung wurden ebenfalls festgestellt, es ergaben sich
folgende Durchschnittswerte:
Härtung | Rm 2 | RP | 0 | ,2 | A1O | Z |
Temperatur 0C | KN/mnr | KN | /mi | 2 | % | % |
1180 | 1,77 | 1, | 44 | 8 | 24 | |
1200 | 1,77 | 1, | 46 | 7 | 22 | |
1220 | 1,77 | 1, | 47 | 8 | 21 |
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Leerse
ite
Claims (3)
1. Stahl-Verbund-Material aus zwei metallisch verbundenen
Stahlkomponenten mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen, dadurch gekennzeichnet ,
daß die erste Komponente ein Hochleistungswerkzeugstahl oder ein anderer hochlegierter Werkzeugstahl ist mit
einer Kohlenstoffaktivität, einer Härte und einem Verschleißwiderstand
in derselben Größenordnung wie Hochleistungswerkzeugstahl, und daß die zweite Komponente
ein Stahl ist, der im wesentlichen besteht aus 0,30 - 0,60 Gewichtsprozent Kohlenstoff
O,40 - 1,OO " Silizium
O,40 - 1,OO " Mangan
2,5 - 4,0 " Chrom
0,50 - 1,50 " Molybdän
0,20 - 0,45 " Vanadium
Rest Eisen und normale Verunreinigungen.
2. Stahl-Verbund-Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die zweite Komponente im
wesentlichen besteht aus
0,40 - 0,45 Gewichtsprozent Kohlenstoff
0,50 - 0,90 " Silizium
0,50 - 1,00 " Mangan
3,0 - 3,5 " Chrom
0,60 - 1,10 " Molybdän
0,25 - 0,30 H Vanadium
maximal 0,5 " Nickel
Rest Eisen und normale Verunreinigungen.
3. Stahlwerkzeug, dadurch gekennzeichnet , daß es aus einem Stahl-Verbund-Material nach einem der Ansprüche
1 oder 2 besteht.
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ORIGINAL INSPECTED
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