DE2757639A1

DE2757639A1 - High speed tool steel - has improved wear resistance and a higher carbon, chromium, molybdenum and silicon content

Info

Publication number: DE2757639A1
Application number: DE19772757639
Authority: DE
Inventors: Otto Hoffmann; Eckart Dipl Ing Lohmann-Voss
Original assignee: LOHMANN FRIEDR GmbH
Current assignee: LOHMANN FRIEDR GmbH
Priority date: 1977-12-23
Filing date: 1977-12-23
Publication date: 1979-06-28
Also published as: DE2757639B2

Abstract

The steel has the compsn. (wt.%) 1.02-1.10 C, max. 0.50 Si, max. 0.4 Mn, 4.5-5.0 Co, 4.0-4.5 Cr, 4.7-5.2 Mo, 1.8-2.1 V, 6.0-6.7 W, balance Fe and the usual impurities. The lower limit of C, Cr, V and Si are pref. raised by 0.02%, 0.2%, 0.1% and 0.3% resp. The steel in cast condition is hot deformed, heat treated hardened and annealed. It may be produced by powder metallurgy. The steel is economical and has good toughness and improved wear resistance. Used as high speed tool steel for cutting austenitic and heat resisting alloys and for the production of rectangular or circular saw blades, and miling cutters.

Description

Bezeichnung. SchnellarbeitsstahlDescription. High speed steel

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schnellarbeitsstahl sowie auf seine Herstellung, Vergütung und Verwendung.The invention relates to a high speed steel as well as its manufacture, remuneration and use.

Es sind die verschiedensten Schnellarbeitsstähle bekannt, wobei man diese entsprechend zweier bedeutender Entwicklungsstufen ln Vanadin- und Kobaltstähle einteilen kann.A wide variety of high-speed steels are known, whereby one these correspond to two important development stages in vanadium and cobalt steels can divide.

Während die Vanadinstähle einen erhöhten Vanadingehalt aufweisen und aufgrund der dadurch bedingten guten Verschleißeigenschaften bei hohen Schneidleistungen zur Herstellung hochwertiger Drehwerkzeuge infrage kommen, werden Kobaltstähle infolge ihrer hohen Warmhärte zur Bearbeitung härterer oder austenitischer Werkstoffe und für schwere Hobel- und Schrupparbeiten verwandt.While the vanadium steels have an increased vanadium content and due to the resulting good wear properties at high cutting capacities for the production of high-quality turning tools come into question, cobalt steels as a result their high hot hardness for machining harder or austenitic materials and used for heavy planing and roughing work.

Die Erkenntnis der Austauschbarkeit von Wolfram durch Molybdän führte zur Entwicklung wirtschaftlicherer wolframarmer oder wolframfreler Vanadin-Molybdän-Stähle, wobei der Kohlenstoffgehalt der Höhe des Vanadingehaltes anzupassen war.The realization of the interchangeability of tungsten with molybdenum resulted to develop more economical low-tungsten or low-tungsten vanadium-molybdenum steels, whereby the carbon content had to be adjusted to the level of the vanadium content.

Schließlich sind moderne Stahlsorten vom Grundtyp S 6-5-2 (z. B. D NO 5) oder S 6-5-2-5 (z. B. E NO 5 Co 5) bekannt, die gegenüber früheren Stahl sorten eine Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes von im Mittel o,o6 bzw. 0,1 % auf o,88 bzw. o,93 % aufweisen. Unter Berücksichtigung der Summe der Karbid bildenden Legierungsbestandteile entsprechen derartige Kohlenstoffgehalte dem Verlauf der Kohlenstoffsättigungslinie.After all, modern steel grades of the basic type S 6-5-2 (e.g. D NO 5) or S 6-5-2-5 (e.g. E NO 5 Co 5), which are different from earlier types of steel an increase in the carbon content from an average of 0.06 or 0.1% to 0.88 or o.93%. Taking into account the sum of the alloy components that form carbide such carbon contents correspond to the course of the carbon saturation line.

Obwohl eine erhöhte Legierung mit Kohlenstoff zu einer höheren Anlaßbeständigkeit und Warmhärte führt, ist eine Steigerung des Kohlenstoffgehaltes insofern problematisch, als es zu vermeiden gilt, daß bei den üblichen Härtetemperaturen im Gefüge ein Delta-Ferrit auftritt. Desweiteran verringert sich mit zunehmender Härte die Zähigkeit wie auch de: Restaustenitgehalt bedeutend zunimmt und sich insofern ein hoher Ausschuß in der Weiterverformung einstellt.Although an increased alloy with carbon leads to a higher resistance to tempering and hot hardness leads, an increase in the carbon content is problematic, than it is important to avoid that at the usual hardening temperatures in the structure a delta ferrite occurs. Furthermore, with increasing hardness, the toughness also decreases de: The residual austenite content increases significantly and, in this respect, there is a high level of rejects in the further deformation adjusts.

Aus diesen Gründen haben sich u, a. die in den Vereinigten Staaten entwickelten neuen Stahl der M 4o Reihe zur Bearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe wie austenitischer und hochwarmfester Stähle, die z. B. in der Raumfahrt- und Reaktortechnik verwendet werden, in Europa nicht durchgesetzt.For these reasons, inter alia those in the United States developed new steel of the M 4o series for machining difficult-to-machine materials such as austenitic and high-temperature steels, which z. B. in space and reactor technology are not enforced in Europe.

Es liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schnellstahllegierung zu schaffen, die als solche selbst wie auch das aus ihr später herzustellende Werkzeug wirtschaftlich herzustellen ist sowie gute ZAhigkeitseigenschaften und eine hohe Leistung in der Bearbeitung von schwer zerspanbaren Werkstoffen besitzt.It is therefore the object of the invention to provide a high-speed steel alloy to create the as such itself as well as the tool to be made from it later is economical to manufacture as well as good toughness properties and a high Performance in the machining of difficult-to-machine materials.

Zur Lösung dieser Aufgabe enthält gemäß der Erfindung eine Schnellstahllegierung Gewichtsanteil von 1,o2 bis l,lo % C maximal o,5o % Si maximal 0,4 % Mn 4,50 bis 5,oo % Co 4,oo bis 4,50 % Cr 4,7o bis 5,20 % Mo 1,80 bis 2,10 % V 6,oo bis 6,70 % W Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen.To solve this problem, according to the invention, contains a high-speed steel alloy Weight fraction of 1.02 to 1.0% C maximum 0.5o% Si maximum 0.4% Mn 4.50 to 5, oo% Co 4, oo to 4.50% Cr 4.7o to 5.20% Mo 1.80 to 2.10% V 6, oo to 6.70 % W remainder iron and production-related impurities.

Gegenüber dem bekannten Schnellarbeitsstahl EMo 5 Co 5 (W.-Nr. 1.3243) besitzt die erfindungsgemäße Schnellstahllegierung einen erhöhten Kohlenstoff-, Chrom-und Vanadingehalt. Seine besonderen Eigenschaften sind eine gegenüber dem Schnellarbeitsstahl E Mo 5 Co 5 erreichbare erhöhte Sekundärhärte bei gleichzeitig guten Schleifbarkeits-und Zähigkeitseigenschaften, die z. B. bei einer erzielbaren Arbeitshärte von 66 - 67 Rc denen einer Stahlqualität von DMo 5 (W.-Nr. 1. 3343) mit einer Arbeitshärte von 63 - 65 Rc nicht nachstehen. Desweiteren besitzt die erfindungsgemäße Stahllegierung einen erhöhten Verschleißwiderstand, so daß diese bei noch wirtschaftlichen Legierungskosten bei der Zerspanung besonders schwer zerspanbarer Stoffe gegenüber der Stahlqualität DMo 5 eine wesentlich erhöhte Leistung erbringt.Compared to the well-known high-speed steel EMo 5 Co 5 (material no.1.3243) the high-speed steel alloy according to the invention has an increased carbon, Chromium and vanadium content. Its special properties are one compared to that High-speed steel E Mo 5 Co 5 achievable increased secondary hardness at the same time good grindability and toughness properties, e.g. B. at an achievable Working hardness of 66 - 67 Rc that of a steel quality of DMo 5 (material no. 1. 3343) with a working hardness of 63 - 65 Rc are not inferior. Furthermore, the Steel alloy according to the invention an increased wear resistance, so that this while the alloy costs are still economical, they are particularly difficult to machine Substances compared to the steel quality DMo 5 provides a significantly higher performance.

Es hat sich gezeigt, daß diese mit der erfindungsgemäßen Stahllegierung erzielbaren besseren Leistungen konstant bleiben und ohne besondere Maßnahmen bei der Wärmebehandlung immer wieder erreichbar sind.It has been shown that this with the steel alloy according to the invention achievable better performance remain constant and without special measures heat treatment can be achieved again and again.

Eins besonders optimale Abstimmung solcher sich an sich gegenseitig ausschließender Eigenschaften wie hohe Anlaßbeständigkeit, Warmhärte, Verschleißwiderstand, Schleifbarkeit und Zähigkeit wird dann erreicht, wenn bei der erfindungsgemäßen Stahl legierung die untere Analysengrenze für Kohlenstoff um o,o2 % , die für Chrom um 0,2 %, für Vanadin um o,l % und die für Silizium auf o,3 % erhöht wird. Abweichungen in eine oder mehreren der Legierungsgehalte wirken sich dabei negativ auf eine oder mehrere der genannten Eigenschaften aus.One particularly optimal coordination of these with each other exclusive properties such as high tempering resistance, hot hardness, wear resistance, Grindability and toughness are achieved when the invention Steel alloy the lower limit of analysis for carbon by o, o2% that for chromium by 0.2%, for vanadium by 0.1% and that for silicon to 0.3%. Deviations in one or more of the alloy contents have a negative effect on one or several of the properties mentioned.

Eine hohe Sekundärhärte bei relativ geringen Härtetemperaturen wird dabei aufgrund des höheren beim Austenitisieren in Lösung gehenden Kohlenstoff- und Vanadingehaltes erreicht, der zu einer härteren Grundnasse und zu einer Legierung mit hoher Warmhärte, Anlaßbeständigkeit und damit verbundenen hohen 8chneidleistung fahrt. Der erhöhte Chromgehalt bewirkt eine verbessert Härtbarkeit.A high secondary hardness at relatively low hardening temperatures is due to the higher carbon content going into solution during austenitizing and vanadium content, which results in a harder base and an alloy with high hot hardness, resistance to tempering and the associated high cutting performance journey. The increased chromium content improves hardenability.

Im festen Rustand führt der erhöhte Vanadin- und C-Gohalt zur Bildung nicht löslicher harter Karbide, die den Verschleißwiderstand und damit die Leistung des Stahls bei der Bearbeitung von schwer zerspanbaren austenitischen und hochwarmfasten Stählen erhöhen. Da der Anteil nicht in Lösung gehender Kohlenstoffteile gering bleibt und die Härtung bei geringeren Temperaturen durchgeftihrt wird, treten keine Versprödungen auf, wie auch keine Delta-Ferrite im Gefüge eingelagert werden0 Der Siliziumzusatz verhindert ein Auftreten des wegen seiner hohen Härte beim Schleifen zu Schwierigkeiten führenden Primärkarbides M2C, so daß trotz des hohen Verschleißwiderstandes eine gute Schleifbarkeit der erfindungsgemäßen Stahllegierung gegeben ist. The increased vanadium and carbon content leads to formation in the solid rustand insoluble hard carbides that increase wear resistance and thus performance of steel when machining austenitic and high-temperature fasting that are difficult to machine Increase steels. Since the proportion of carbon particles that do not go into solution is low remains and the curing is carried out at lower temperatures, none occur Embrittlement, as well as no delta ferrites are stored in the structure0 Of the Addition of silicon prevents occurrence of the because of its high hardness during grinding Primary carbide M2C leading to difficulties, so that despite the high wear resistance a good grindability of the steel alloy according to the invention is given.

Als Schleifmittel können somit Korund und Siliziumkarbid verwendet werden.Corundum and silicon carbide can thus be used as abrasives will.

Eine relativ hohe Zähigkeit des Stahles, d. h. die Eigenschaft, Spannungen plastisch ohne Bruch abzubauen, wird dadurch erreicht, daß ein hoher Anteil der Legierungselemente beim Austenitisieren in Lösung geht, wie auch dadurch, daß aufgrund des erhöhten Kohlenstoffgehaltes und des damit verbundenen geringeren Schmelzpunktes die Härtung bei gegenüber der Stahlqualität DMo 5 bzw. EMo 5 Co 5 geringeren Temperaturen durchgeführt werden kann. Der beim Härten anfallende Restaustenitgehalt ist dabei geringer, wobei ein höheres Härtemaximum erreichbar ist.A relatively high toughness of the steel, i.e. H. the property of tensions to break down plastically without breaking is achieved by the fact that a high proportion of Alloying elements when austenitizing goes into solution, as well as the fact that due the increased carbon content and the associated lower melting point Hardening at lower temperatures compared to steel quality DMo 5 or EMo 5 Co 5 can be carried out. The retained austenite content that occurs during hardening is included lower, whereby a higher hardness maximum can be achieved.

Ein weiterer Vorteil der geringeren Härtetemperatur besteht darin, daß es bei geeigneter Wahl der Abkühlgeschwindigkeit beim Abschrecken des Stahls nur zu einer relativ geringen Karbidausscheidung an den Austenitkorngrenzen kommt.Another advantage of the lower hardening temperature is that that with a suitable choice of the cooling rate when quenching the steel only a relatively small amount of carbide is precipitated at the austenite grain boundaries.

Bei der Warmbehandlung des gegossenen erfindungsgemäßen Schnellarbeitsstahls wird vorzugsweise die Warmformgebung in einem Temperaturbereich von 11000 C bis 9oo0 C, die Weichglühung in einem Temperaturbereich von 8ovo0 C bis 8500 C,die Erwärmung in einem Temperaturbereich von 1170° C bis 12100 C mit anschließender Härtung in öl oder Abschreckung im Yeeläsewind bzw. in einem Warmbad und ein 3-faches Anlassen in einem Temperaturbereich von 550 - 5800C vorgenommen.During the heat treatment of the cast high-speed steel according to the invention is preferably the hot forming in a temperature range from 11000 C to 9oo0 C, the soft annealing in a temperature range of 8ovo0 C to 8500 C, the heating in a temperature range from 1170 ° C to 12100 C with subsequent hardening in oil or quenching in the Yeeläsewind or in a warm bath and a 3-fold tempering made in a temperature range of 550 - 5800C.

Wie das in Fig. 1 wiedergegebene Anlaßschaubild für die erfindungsgemäße Stahllegierung zeigt, erfolgt somit das Anlassen, oberhalb des SekundArh.rtemaximums, also in einem Bereich, in dem bekanntlich di Zähigkeit des Stahls wieder zunimmt. Je nach erforderlicher Gebrauchshärte kann somit durch Wahl einer geeigneten Anlaßtemperatur auf die Zähigkeit eingewirkt werden. In Fig. 1 ist dabei das Anlaßschaubild fUr eine Schnellstahllegierung nach Anspruch 2 im Vergleich zu den Anlaßschaubildern der Stähle DMo 5 - W.Nr. 1.3343 und EMo 5 Co 5 W. Nr. 1.3243 wiedergegeben, wobei deutlich die erfindungsgemäß erzielbare höhere Sekundärhärte zu erkennen ist.As the given in Fig. 1 cause diagram for the invention Steel alloy shows, the tempering thus takes place above the secondary hardness maximum, In other words, in an area in which, as is well known, the toughness of steel is increasing again. Depending on the required hardness in use, a suitable tempering temperature can thus be selected to act on the toughness. In Fig. 1 is the cause diagram for a high-speed steel alloy according to claim 2 compared to the tempering diagrams of steels DMo 5 - W.Nr. 1.3343 and EMo 5 Co 5 W. No. 1.3243, where the higher secondary hardness achievable according to the invention can be clearly seen.

Die Wahl einer gegenüber dem Schnellarbeitsstahl EMo 5 Co 5 um ca. 40°C geringeren Härtetemperatur wird aufgrund der geringeren Schmelztemperatur der erfindungsgemäßen Legierung ermöglicht. Da der Gehalt des Restaustenits sich somit beim Härten verringert, liegt beim späteren Anlassen nur noch ein geringerer Restaustenitgehalt vor, so daß dann die Umwandlung des Restaustenits in Martensit schneller erfolgen kann. Die niedrigere Härtetemperatur bewirkt zudem ein verbessertes Verzugsverhalten bei der Härtung.The choice of an approx. 40 ° C lower hardening temperature is due to the lower melting temperature of the Alloy according to the invention allows. Since the content of the retained austenite is thus reduced during hardening, there is only a lower residual austenite content during subsequent tempering before, so that the transformation of the retained austenite into martensite then take place more quickly can. The lower hardening temperature also results in improved warpage behavior in hardening.

Da der erfindungsgemäße Schnellarbeitsstahl mit erhöhtem C- und Cr-Gehalt somit nach geeigneter Wärmebehandlung und Einstellung auf eine Arbeitshärte von 66 - 67 Rc eine große Zähigkeit besitzt, eignet er sich insbesonders für feinschneidige und dünnwandige Werkzeuge, die, da keine Bruchgefahr besteht, trotz hoher Härte, höchste Standzeiten erbringen. Er wird daher mit Vorteil zur Bearbeitung von schwer zerspanbaren Werkstoffen und zur Herstellung von Langsägen, Kreissäge und Fräsern benutzt.Since the high-speed steel according to the invention with increased C and Cr content thus after suitable heat treatment and adjustment to a working hardness of 66 - 67 Rc has great toughness, it is particularly suitable for fine-edged and thin-walled tools, which, since there is no risk of breakage, despite their high hardness, achieve the highest service life. It therefore becomes advantageous for machining heavy machinable materials and for the production of longitudinal saws, circular saws and milling cutters used.

Aufgrund der bei einer pulvermetallurgischen Stahlherstellung erreichbaren besonders gleichmäßigen Karbidverteilung und feinen Ausbildung der Karbidkörner wird vorzugsweise ein derartiges Verfahren zur Erzeugung der Schnellstahllegierung mit den erfindungsgemäßen Legierungsbestandteilen verwandt. So weist ein derartig hergestellter Stahl eine noch verbesserte Schleifbarkeit auf. - -- -Die pulvermetallurgische Herstellung des Stahls kann dabei durch Herstellung eines fertig legierten Pulvers durch Gas- oder Wasserverdüsung aus der offenen Stahlschmelze erfolgen und durch ein anschließendes Kapseln, kaltes Isostatpressen, Vorwärmen und Strangpressen oder durch heißes Isostatpressen, wobei unmittelbar das Stahlhalbzeug oder Vorblöcke erzeugt werden, die dann über konventionelle Warmverformung auf die gewünschten Endabmessungen gebracht werden. Weiterhin sind Verfahren möglich, bei denen Formstücke bzw. bis auf das Schleifmaß vorgefertigte Teile unmittelbar aus dem durch Gas- oder Wasserverdüsung gewonnenen fertig legierten Pulver durch Matrizenpressen und Sintern hergestellt werden.Due to the achievable in a powder metallurgical steel production Particularly even carbide distribution and fine formation of the carbide grains is preferably such a method for producing the high-speed steel alloy related to the alloy components according to the invention. So has one such manufactured Steel has an even better grindability. - - The powder metallurgical production of the steel can be done by manufacturing a ready-alloyed powder by gas or water atomization from the open molten steel and by a subsequent capsule, cold isostatic pressing, preheating and extrusion or by hot isostatic pressing, the semi-finished steel product directly or blooms are produced, which are then applied to the desired final dimensions are brought. Furthermore, procedures are possible at which fittings or parts that are prefabricated up to the grinding dimension the ready-alloyed powder obtained by gas or water atomization through die pressing and sintering.

Claims

P a t e n t a n 5 p r ü c h e 1. High-speed steel alloy, thereby g It is not shown that they are 1.02 to 1.19% C maximum 0.50% Si maximum 0.4 % Mn 4.50 to 5.00% Co, 4.00 to 4.50% Cr, 4.70 to 5.20% Mo 1.80 to 2.10% V 6, oo to 6.70% W (parts by weight) remainder iron and production-related impurities contains.

2. High-speed steel alloy according to claim 1, characterized in that g ek e n n z e i c h n e t that the lower analysis limit for C by o, o2% for Cr by o, 2% for V is increased by 0.1% for Si to 0.3%.

3. A method for the heat treatment of a high-speed steel according to claim 1 or 2, indicated that the cast steel is in the area is subjected to hot forming from 900 - 11000 C.

4. Method for the heat treatment of a high speed steel according to a one or more of claims 1 to 3, characterized in that the cast steel in the range of 800 - 8500 C is subjected to a soft anneal.

5. Method for the heat treatment of a high speed steel according to a one or more of claims 1 to 4, characterized in that the Cast steel is heated in the range of 1170 - 12100 C and a hardening process in oil, in a blower wind or in a hot bath.

6. Method for the heat treatment of a high-speed steel according to a or several of claims 1 to 5, characterized in that the Type of steel in the range of 550 - 5800 C subjected to a 3-fold tempering will.

7. Use of a high speed steel after one or more of claims 1 - 6, which has a working hardness of 66 - 67 Rc for production of tools for the machining of difficult-to-machine materials, in particular austenitic or high-temperature steels (e.g. 10 CrNiMoTi 18 lo or nickel-based alloys).

8. high-speed steel alloy according to claim 1 or 2, characterized g e k e n Note that it is produced using powder metallurgical methods.

9. High-speed steel alloy according to one or more of the claims 1 - 8, noting that to improve their machinability about 0.25% sulfur is added.