DE4137240A1 - Verwendung von afp-staehlen fuer die herstellung von werkzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von AFP-Stählen, das sind ausscheidungshärtbare ferritisch-perlitische Stähle, für die Herstellung von insbesondere großformatigen Werkzeugen. Unter dem Begriff "Werkzeuge" werden solche für die spanlose Formgebung, wie Gesenke, Druckgieß- und Strangpreßwerkzeuge sowie Kunststofformen, Abkantwerkzeuge und dergleichen, einschließlich ihrer Teile, aber auch einschließlich von Teilen für Werkzeuge, wie Formenrahmen, Werkzeughalter und dergleichen verstanden.

Mit "großformatig" sind Abmessungen bis 1000·1000 mm im Querschnitt gemeint.

An solche Werkzeuge werden eine Reihe von Anforderungen gestellt:

• 1. Gute Zerspanbarkeit zur spanenden Formgebung der Werkzeuge,
• 2. Festigkeiten bis 1100 N/mm² möglichst gleichmäßig über den gesamten Querschnitt,
• 3. gute Polierbarkeit und Narbätzbarkeit, insbesondere für Kunststofformen, bei denen es auf eine seigerungsfreie und zeilenfreie Prägeoberfläche ankommt, wie sie z. B. bei der Herstellung von genarbten Kunststoffolien verlangt wird.

Für diesen Verwendungszweck wurden bisher ausschließlich Vergütungsstähle eingesetzt, also Stähle, die nach der Herstellung der Werkzeuge gehärtet und angelassen werden müssen, um die geforderte Vergütungsfestigkeit zu erreichen. Beispiele hierfür sind die genormten Stähle Nr. 1.2312 (40 CrMnMoS 8 6) und 1.2311. Diese Stähle konnten jedoch die gestellten Anforderungen nicht in dem gewünschten Umfang voll gewährleisten.

Insbesondere treten bei großen Stabquerschnitten folgende Probleme auf:

• - Die geforderte Vergütungsfestigkeit wird nicht über den gesamten Querschnitt erzielt,
• - durch die schroffe Abkühlung von der Austenitisierungstemperatur beim Härten treten in den Stäben Spannungen auf, die durch Verzug zu Maßänderungen oder zu Rissen führen,
• - durch den zur Verbesserung der Zerspanbarkeit erforderlichen verhältnismäßig hohen Schwefelgehalt bis 0,10% wird die Querzähigkeit erheblich reduziert und die Polierbarkeit und Narbätzbarkeit beeinträchtigt,
• - beim Abguß von großen Blöcken von über 50 t entstehen bei der Erstarrung der Stahlschmelze örtliche Entmischungen der Legierungselemente Kohlenstoff, Chrom, Schwefel, Mangan und Molybdän, die sich bei der Verformung zu Seigerungen in Zeilen erstrecken und aufgrund ihrer Anordnung, ihrer vom Grund­ werkstoff abweichenden Zusammensetzung und Gefügeausbildung ungünstige Auswirkungen auf die Homogenität des Stahls, seine Polierfähigkeit, Zerspanbarkeit und Narbätzbarkeit haben. Die bei der Härtung auftretenden Spannungen werden dadurch verstärkt und erhöhen das Ausfallrisiko durch Spannungsrisse.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe werden erfindungsgemäß AFP-Stähle mit der in den Ansprüchen angegebenen Zusammensetzung vorgeschlagen. Solche Stähle sind bereits bekannt für Automobilbauteile und Gesenkschmiedebauteile (DE 37 19 569 C2), für Bauteile, die wie Gaswechselventile von Verbrennungsmotoren, erhöhten Temperaturen bis 560°C ausgesetzt sind (DE 40 17 973 A1 und DE 40 14 072 A1). Von diesen Stählen war jedoch nicht bekannt, ob sie den eingangs genannten Forderungskatalog, insbesondere bei großformatigen Werkzeugen, erfüllen.

Gegenüber den bisher bekannten Vergütungsstählen haben die erfindungsgemäß zur Verwendung vorgeschlagenen AFP-Stähle eine Reihe von Vorteilen:

• 1. Zur Erreichung der hohen Festigkeiten ist eine Vergütung nicht erforderlich; damit entfällt auch die schroffe Abkühlung nach dem Austenitisieren beim Härten und demgemäß entfällt die Riß- und Verzugsgefahr als Folge der erwähnten schroffen Abkühlung;
• 2. ein hoher Schwefelgehalt erübrigt sich, weil das ferritisch- perlitische Gefüge bereits gute Zerspanbarkeit aufweist;
• 3. eine gleichmäßige Härte über den Querschnitt durch Ausscheidungshärtung während der Abkühlung aus der Warmformgebungshitze (BY-Zustand) kann erzielt werden;
• 4. Härteunterschiede zwischen geseigerten und seigerungsfreien Bereichen entfallen wegen des einheitlichen Gefügeaufbaus oder sind deutlich geringer als bei vergüteten Stählen;
• 5. das ferritisch-perlitische ausscheidungsgehärtete Gefüge besitzt eine gute Polierbarkeit und Narbätzbarkeit.

Die Herstellung von Werkzeugen aus den erfindungsgemäß dafür vorgeschlagenen AFP-Stählen erfolgt durch Schmieden oder Walzen der Gußblöcke im Temperaturbereich von 1200-900°C mit einer Endverformungstemperatur von 1000°C auf Stab- oder Rundabmessungen. Nach der Warmformgebung wird gesteuert abgekühlt (BY-Zustand). Aus dem Halbzeug werden dann die Werkzeuge durch spanende Formgebung gefertigt.

Claims (4)

1. Verwendung eines ausscheidungshärtenden ferritisch-perlitischen (AFP-) Stahls, bestehend aus
0,20 bis 0,60% Kohlenstoff,
0,20 bis 0,95% Silizium,
0,50 bis 1,80% Mangan,
0,008 bis 0,20% Schwefel,
0,004 bis 0,04% Stickstoff,
0,01 bis 0,05% Titan und/oder
0,05 bis 0,20% Vanadium und/oder Niob
Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen
als Werkstoff für insbesondere großformatige Werkzeuge für die spanlose Formgebung.

2. Verwendung eines Stahls der Zusammensetzung nach Anspruch 1, der zusätzlich bis 0,70% Chrom und/oder bis 0,10% Aluminium enthält für den Zweck nach Anspruch 1.

3. Verwendung eines Stahls nach Anspruch 1, der aus
0,42 bis 0,47% C,
0,50 bis 0,80% Si,
1,30 bis 1,60% Mn,
0,035% P,
0,020 bis 0,035% S,
0,1 bis 0,15% V,
Rest Eisen mit erschmelzungsbebedingten Verunreinigungen
besteht, für den Zweck nach Anspruch 1.

4. Verwendung eines Stahls nach einem der Ansprüche 1 bis 3, der durch Schmieden oder Walzen im Temperaturbereich von 1200 bis 900°C, mit einer Endverformungstemperatur von 1000°C auf Stab- oder Rund­ abmessungen verformt und nach der Warmformgebung gesteuert abgekühlt wird, für Werkzeuge, die über den Querschnitt eine gleichmäßige Zugfestigkeit von 850 bis 1100 N/mm² erfordern.