DE2844961A1

DE2844961A1 - Niedrig-legierter hochgeschwindigkeitsstahl

Info

Publication number: DE2844961A1
Application number: DE19782844961
Authority: DE
Inventors: Bjoern Fredriksson; Bengt Wadell
Original assignee: Fagersta AB
Current assignee: Fagersta AB
Priority date: 1977-10-28
Filing date: 1978-10-16
Publication date: 1979-05-10
Also published as: ES474632A1; FR2407270A1; FR2407270B1; GB2006826A; JPS628503B2; AT386613B; SE7712190L; JPS54132419A; IN149321B; BR7807117A; ATA746678A; IT1099832B; IT7829125A0; GB2006826B; SE422598B

Description

28U961

Die vorliegende Erfindung betrifft einen niedrig legierten Ilochgeschwindigkeitsstahl, der für sowohl spanabhebende Bearbeitung alts auch Kaltbearbeitung vorgesehen ist.

Es ist ein von uns entwickelter Grundstahl für hohe Geschwindigkeiten vorbekannt, der bezüglich der Hauptlegicrungsbestandteile folgende Richtanalyse hat:

C Cr ' Mo V/ V 0,35% ^l\r,0% 5,0% 1,7Si 1,2#

Charakteristisch für einen solchen Stahl ist das sehr hohe Verhältnis von C zu V, das nämlich im Durchschnitt etwa 0,75 ist, gegenüber etwa 0,^5 für die Kochgeschwxndxgkeitss table SI." 2722 (AI3I M2) und SIS 27?>2 (AISI M7), was zu einer sehr harten martensitischen Matrix führt. Der Gehalt an Mo + W + V liegt bei nur etwa 8/5 gegenüber beispielsweise 13,5% für SIS 2722 (AISI M2) und 12,5# für SIS 2782 (AISI M7). Trotz des niedrigen Gehaltes an carbid-bildenden iixementen Mo, W und V hat dieser Hochgeschwindigkeitsstahl, aufgrund des hohen C/V-Verhältnisses, Leistungen gezeigt, die denen von SIo 2722 und STS 2782 und anderer ähnlicher Hochgeschwindigkeitsstähle gleichwertig oder besser als diese sind.

Me Leistung dieses bekannten Grundstahles für hohe Geschwindigkeiten würde noch verbessert werden können, wenn das C/V -Verhältnis erhöht werden könnte. Dies ist leider nicht möglich, da der Stahl dann durch Restaustenit und ungetemperten Martensit nach normaler Wärmebehandlung mit zweimaligem Anlassen beeinträchtigt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist zum einen die Erhöhung des durchschnittlichen C/V-Verhältnisses für den eingangs erwähnten Grundstahl für hohe Geschwindigkeiten, ohne daß sich irgendwelche negative Gefügebestandteile ergeben, und zum anderen eine starke Verbesserung der Leistung.

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Ein solcher Hochgeschwindigkeitsstahl nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß er folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent hat: 0,90 bis 1,05# C, 0,10 bis 1,00# Si₃ 2,0 bis h,5% Cr, 4,0 bis 6,0Si Mo, 1,0 bis 2,0$ W, 1,0 bis 2,0$ V₉ 1,0 bis G_%0% Co, vorzugsweise 2,0 bis *f,O?o Co, 0,02 bis 0,08?ö N und bis zu 0,060J& S, Rest Eisen und in Stahl gewöhnlich vorkommende geringere Zusätze und Gehalte an Verunreinigungen.

Die positive Wirkung von Kobalt, auf die Zerfallgeschwindigkeit des Restaustsnits in Höchgeschwindigkeitsstahl war bis vor kurzem unbekannt» In der Arbeit von Haufe "Schnellarbeitsstähle" von 1972 beispielsweise ist angegeben, daß Hochgeschwindigkeitsstahl mit Kobalt zur Umwandlung des Restaustenits mehr Anlaßvorglings verlangt als Hochgeschwindigkeitsstahl ohne Kobalt.

B. Fredriksson (Metal Progress 1977: Aug. Seite 50) untersuchte die Einwirkung von Kobalt in Gehalten von 5 bis 10 Gewichtsprozent für Hochgeschwindigkeitsstahl vom Typ SIS 2722 (4ISI M2) und wies die Fähigkeit von Kobalt nach, die Restaustenitumwandlung für diesen Hochgeschwindigkeitsstahltyp zu beschleunigen. Die vorliegende Erfindung legt klar, daß Kobaltgehalte von unter 5 Gewichtsprozent die Stabilität des Restaustenits für den eingangs erwähnten Grundstahl für hohe Geschwindigkeiten stark vermindern. Überraschend hat sich gezeigt, daß die V/irkung des Kobalts auf den Restaustenitzerfall in diesem niedrig legierten Hochgeschwindigkeitsstahl mit hohem C/V-Verhältnis um ein Vielfaches stärker als für Hochgeschviindigkeitsstahl vom Typ SIS 2722 (AISI M2) ist. Die Erfindung zeigt, daß die Kombination von hohem C/V-Verhältnis und Kobalt in dem eingangs erwähnten niedrig legierten Grundstahl für hohe Geschwindigkeiten außer einem einwandfreien Gefüge eine völlig überraschend gute Leistung von Werkzeugen ergibt, die sogar in gewissen Anwendungen gezeigt hat, daß sie die Leistung von hochlegiertem Hochgeschwindigkeitsstahl übertrifft.

Es ist allgemein bekannt, daß Kobaltzusätze in Hochgeschwindigkeitsstählen eine Verbesserung der Warmhärte, und damit erhöhte Werkzeug-

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leistung rait sich bringen. Die Wirkung von Kobaltzueätzen in diesem niedrig legierten Grundstahl für hohe Geschwindigkeiten ist jedoch überraschend viel stärker, als wenn ein entsprechender Zusatz zu einem höher legierten Hochgeschwindigkeitsstahl mit niedrigerem C/V-Verhältnis, beispielsweise SIS 2722 (AISI M2), SIS 2782 (AISI M7), AISI T1 oder AISI Q?7i gemacht wird. Das Diagramm 1 zeigt, wie Kobaltzusätze die Leistung für den Stahl gemäß der Erfindung, SIS 2722 (AISI M2), AISI T1 oder AISI 17 beeinflussen. Das C/V-Verhältnis für die letzteren Stähle ist 0,58 bis 0,^51 während das entsprechende Verhältnis für den Stahl gemäß der Erfindung so hoch wie etwa 0,80 ist.

Die Kurven 1 und 2 im Diagramm 1 stellen die Leistung für den Stahl gemäß der Erfindung in einer Drehbearbeitung (Kurve 1) und einer Bohrbearbeitung (Kurve 2) dar. Ausführliche Schnittdaten für diese Kurven sind im Beispiel 1 (Kurve 1) bzw. Beispiel k (Kurve 2) nachstehend angegeben. Kurve 3 zeigt die Einwirkung von Kobaltzusatz in Stahl AISl MJ:2 auf die Leistung bei Bohren (ausführliche Schnittdaten in Beispiel h-)· Kurve k ist einem Artikel von Houdremont und Schrader in Krupp Monats 13» 1932 entnommen und zeigt, wie die Leistung bei Drehen mit AISI T7 durch Kobaltzusätze beeinflußt wird. Die Kurven 3i&y7 zeigen, wie die Leistung von SIS 2722 (AISI M2) von Kobaltzusätzen beeinflußt wird. Die Schnittdaten für diese drei Kurven sind nachstehend angegeben:

Kurve 5

Kurve 6

Kurve 7

Bearbeitung Material

Werkzeug

Schneiddaten

Schneidflüssigkeit

Kriterium

Drehen - Drehen

SIS 25^1,ΗΒ=2^0 SIS 1672,HB=195

y =10°, <* =5°, *:=6o°,/l=o2, jri0...5 mm

2 2

axs=2.OxO.3mm /r axs=2.OxO.3mm /r

Einzahn fräs en

Kohlenstoffstahl C, HB=170

Diffendol

Bruch

Diffendol

Bruch

/I =0 , r = 0.5 mm

axs =1.OxO.1mm /r Diffendol

VB =0.7mm max

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Diagramm 1 zeigt, daß die Kombination von hohem C/V-Verhältnis und Kobalt gemäß der Erfindung eine so starke Leistungsverbesserung ergibt, daß sie nur mit einem bisher unbekannten Multiplikatoreffekt erklärt v/erden kann.

Nachstehend folgen einige Beispiele der Zusammensetzung eines Hochgeschwindigkeitsstahles gemäß der Erfindung in Gewichtsprozent sowie das jeweilige]. C/V-Verhältnis.

Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel 5 Beispiel 4 Beispiel 5

c ==)0.94	C = 0.97	C	= 0.95	C	= 0.98	C	= 1.00
Cr =4.1	Cr =3.8	Cr	= 3.6	Cr	= 4.0	Cr	= 3.9
Mo = 5.1	Mo = 5.0	Mo	= 4.8	Mo	= 4.8 ■	Mo	= 4.8
W = 1.8	W =1.6	W	= 1.7	W	= 1.5	W	= 1.6
V =1.20	V = 1.21	V	= 1.12	V	= 1.11	V	= 1.09
Co =2.6	Co =2.8	Co	= 2.8	Co	= 2.5	Co	= 3.9
Si = O.58	Si = O.56	Si·	= O.54	Si	= 0.58	Si	= 0.48
N = 0.048	N = 0.046	N	= 0.042	N	= 0.040	N	= 0.053
CA= O.78	cA= 0.80	C/V	= 0.84	CA	= 0.86	CA	= 0.92

Eest Eisen und gewöhnliche Verunreinigungen, beispielsweise Schwefel.

Der Hochgeschwindigkeitsstahl nach der Erfindung hat, wie bereits erwähnt, für gewisse Zwecke, beispielsweise Spiralbohrer, Leistungen aufgewiesen, die gleichgut oder sogar besser als die von hochlegierten Hochgeschwindigkeitsstählen sind. Nachstehend werden Beispiele der Ergebnisse von Leistungsprüfungen gegeben, wo der Hochgeschwindigkeitsstahl gemäß der Erfindung sowohl mit dem eingangs erwähnten Grundstahl für hohe Geschwindigkeiten als auch im Handel erhältlichen hochlegierten Hochgeschwindigkeitsstählen verglichen wurde* Der Hochgeschwindigkeitsstahl gemäß der Erfindung und der eingangs erwähnte Grundstahl für hohe Geschwindigkeiten wurden bei II60 C austeniti-siert, in Salz bei 55O C abgeschreckt und danach in öl auf Raumtemperatur gekühlt. Die Proben wurden schließlich 2 χ 1 h bei 565°G angelassen.

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Die in den. Beispielen angebenenen genornten Bezugsstähle wurden nach, normaler Praxis wärmebehandelt.

Beispiel 1: 3is>ri.rk*.isg des Kobaltgehaltes auf die Leistung von niedrig legiertem Grundstaiii für hohe Geschwindigkeiten gemäß der Erfindung.

Bearbeitung: Drehen

Material: SlS 25¹H, HB = 255

Werkzeug: ^ = 10°,<jk= 5° ,£- 60°, X= 0° und r = 0.5 nra Schneiddaten: a χ s = 2.0 χ 0.31 se, ν = 30 ni/rain Kriterium: Bruch
Schneidflüssigkeit: Diffendol

Die Ergebnisse von der Drehbearbeitungsprüfung wurden gegen den Kobaltgehalt in Diagrams 2 abgesetzt.

Beispiel 2i Leistung von Hochgeschwindigkeitsstahl gemäß der Erfindung verglichen mit SIS 2723 (AlSI M35).

Bearbeitung: Gewindeschneiden

Material: AISI k^O_t HSC = 2p-2o

Drehzahl: 5oO U/min

Kühlung: Sl-eaulsion

Lochabmessung: 3.5 x 20 ram (Tiefe)

Kriterium: Soleranz des Gewindes genäS Lehre

Die Resultate gehen aus nachstehender Tabelle hervor.

Werkzeugmaterial Relative Leistung Gewichtsprozent

% Mo + W + V + Co

Gemäß der Erfindung

mit 2.5$ Co 120 10.3

SIS 2723 (AISI M35) 100 18**»·

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Beispiel 3' Leistung von Hocligeschwindigkeitsstahl gemäß der Erfindung verglichen mit SIS 2723 (AISI M35)

Bearbeitung: Gewindeschneiden

Material: AISI H 11, HRC 44-45

Drehzahl: 100 U/min

Kühlung: Ölemulsion

Lochabmessung: 8.5 x 15 w& (Tiefe)

Kriterium: Toleranz des Gewindes gemäß Lehre

Die Ergebnisse gehen aus nachstehender Tabelle hervor.

Werkzeugmaterial Relative Leistung Gewichtsprozent

^/0 Mo + W + V + Co

Gemäß der'Erfindung

mit 2.5% Co 133 10.3

SIS 2723 (AISI M35) 100 18.4

Beispiel 4: Leistung von Hochgeschwindigkeitsstahl gemäß der Erfindung verglichen mit dem eingangs erwähnten Grundstahl für hohe Geschwindigkeiten, BS BT 42, AISI M3:2 und AISI 113:2 mit 8.5% Co.

Bearbeitung: Bohren

Material: SIS I88O, HB 235

Bohrerabmessung: 0 5·O χ 85 nun

Bohrgeschwindigkeit: 22.5 m/min

Vorschub: " O.O9I mm/U"

Lochtiefe (Sackloch): 10 ram (2 χ d)

Schneidflüssigkeit: Diffendol

Ktiterium: Völliger Verschleiß

Die Ergebnisse gehen aus nachstehender Tabelle hervor.

Werkzeugrnaterial Relative Leistung Gewichtsprozent

%_ Ko + W +■ V + Co

Eingangs erwähnter

Gruadetahl für hohe

Geschwindigkeiten 100 8.1

Gemäß der Erfindung

mit 2.4?i Co 202 10.2

B3 BT 42 197 ca. 23-5

AIGI M3:2 ■ 102 ca. 14·5

AI3I 113:2 mit 8.5% Co 167 ca. 23»O

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In den vorstehend gegebenen Leistungsbeispielen wurde die Summe der Gewichtsprozente an "o + W + V + Co mit aufgeführt, um zu zeigen, welch wichtiger 3eitrag der Hochgeschwindigkeitsstahl gemäß der Erfindung in dem Bestreben ist, den künftigen Verbrauch der teuren, an Vorkommen knappen Legierungsbestandteile in Hochgeschwindigkeitsstählen su senken.

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Claims

MERTENS & KEIL

PATENTANWÄLTE

6000 Frankfurt am Main

13. Oktober 1978 0 80 P 3^1

PAGERSTA AKTIEBOLAG

S-773 01 Pagersta

(Schweden)

Niedrig-legierter Hochgeschwindigkeitsstahl

Patentansprüche:

1. Niedrig-legierter Hochgeschwindigkeitsstahl, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent: 0,90 bis 1,05$ C, 0,10 bis 1,00# Si, 2,0 bis k,5% Cr, 4,0 bis 6,0$ Mo, 1,0 bis 2,0# W, 1,0 bis 2,0# V, 1,0 bis 6,0# Co, 0,02 bis 0,08# N und bis zu 0,060# S, Rest Eisen und in Stahl gewöhnlich vorkommende geringere Zusätze und Gehalte an Verunreinigungen.

2. Hochgeschwindigkeitsstahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Co zwischen 2,0 und k,0%_t vorzugsweise zwischen 2,0 und 3»°^ liegt.

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IMSPECTED

!VIERTENS & KEIL

PATENTANWÄLTE

-2-

3· Hochgeschwindigkeitsstahl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Si zwischen 0,^0 und 0,70% liegt.

k. Hochgeschwindigkeitsstahl nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an N zwischen 0,0*f und 0,07io liegt.

5· Hochgeschwindigkeitsstahl nach einem der Ansprüche 1 bis *t, dadurch gekennzeichnet, daß für den Gehalt an Mo, W, V und Go folgende Relation gilt: 9%- Mo + W + V + Co £ 12&.

6. Ilochgeschwindigkeitsstahl nach, einem der Ansprüche 1 bis 5i dadurch gekennzeichnet, daß das C/V-Verhältnis 0,70 bis 0,9^ ist.

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