DE4419996C2 - Werkzeugschneiden, insbesondere von technischen Messern, mit einer verschleißfesten Verbundschicht und ein Verfahren zur Herstellung der Werkzeugschneiden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Werkzeugschneiden, insbesondere von technischen Mes­ sern, mit einer verschleißfesten Verbundschicht und ein Verfahren zur Herstellung der Werkzeugschneiden, sowie deren Verwendung.

Das Verschleißverhalten von abrasiv beanspruchten Werkzeugschneiden verbes­ sert sich mit steigendem Karbidgehalt im Verbundwerkstoff. Neben Wolfram-, Molybdän-, Chrom- u. a. Sonderkarbiden führt auch Vanadinkarbid zu einer er­ höhten Abrasionsfestigkeit des Verbundwerkstoffes. In fachmännischen Kreisen wird angegeben, daß Vanadinkarbid in Kobaltbasiswerkstoff trotz der höchsten Härte von alle Sonderkarbiden (2900 HV) das ungünstigste Verhalten gegen Ab­ rasivität aufweist. Im Abschlußbericht zum Forschungsvorhaben AIF-Nr. 8234 "Standzeiterhöhung von Bauteilen durch Plasma-Pulver-Auftragsschweißen mit neuartigen Hartstoff-Hartlegierung-Verbundpulver", Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, November 1992, Seite 90, Bild 48, ist aufge­ zeigt, daß Vanadinkarbid das schlechteste Verschleißverhalten auftraggeschweiß­ ter Verbundpulver mit Kobaltbasiswerkstoff bei 5, 15 und 20 Volumen% Karbid­ anteil besitzt. Diese getroffene Aussage steht im Widerspruch zur Härte des Va­ nadinkarbides, welche über der der anderen Sonderkarbide liegt. Aus der EP 0275475 B1 ist ein für Kaltverformungsarbeiten bestimmter Werkzeugstahl mit sehr hoher Schlag- und Abnutzungsfestigkeit bekannt. Er wird pulver­ metallurgisch durch Konsolidierung von Metallpulver zu einer dichten Struktur hergestellt. Dieser Werkzeugstahl weist folgende chemische Zusammensetzung in Gewichtssprozent auf: 1-2,5% C, 0,1-2% Si, max. 0,3% N, 0,1-2% Mn, 6,5-11% Cr, max. 4% Mo, max. 1% W und 3-7% V, wobei bis zur Hälfte der Vanadiummenge durch die 1,5fache Niobmenge ersetzt sein kann und worin das V/C-Verhältnis zwischen 2,5 und 3,7 betragen soll und der Rest Eisen und übrige Verunreinigungen ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, Werkzeugschneiden, insbesondere von technischen Messern, mit einer verschleißfesten Verbundschicht und ein Verfahren zur Her­ stellung von Werkzeugschneiden zu entwickeln, sowie deren Verwendung anzugeben.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Verbundschicht aus 10 Vol.-% bis 80 Vol.-% Vanadinkarbid besteht, und daß die restlichen 20 Vol.-% bis 90 Vol.-% Matrix bestehen aus (in Gew.-%):
0,4 bis 0,9% Kohlenstoff,
0,4 bis 1,0% Silizium,
0,3 bis 0,8% Mangan,
2,8 bis 8,0% Chrom,
0 bis 5,0% Molybdän,
0 bis 15,0% Kobalt und
Eisen mit herstellungsbedingten Verunreinigungen als Rest.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist es vorteilhaft, für die hochverschleißfeste Verbundschicht eine chemische Zusammensetzung von Metallpulver zu verwen­ den, wie sie bei Werkzeugstahl für Kaltumformarbeiten bekannt ist. Durch die erfindungsgemäße Lösung ist es möglich, die Verschleißfestigkeit von Verbund­ schichten bei Werkzeugschneiden der Verschleißfestigkeit von Hartmetallschnei­ den anzupassen.

Zweckmäßig ist es, daß die Matrix der Verschleißschicht eine Korngröße von 1 bis 20 µm aufweist. Weiterhin ist vorteilhaft, daß die Karbide eine Korngröße von kleiner 30 µm besitzen. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der Werkstoff für die Verschleiß-Schicht der Schneiden auf eine Stahl-Trägerschicht mittels Plasmaauftragsschweißen aufgebracht. Besondere Anwendung findet das Zweipulver-Plasmaauftragsschweißen für die Verschleiß-Schicht-Herstellung. Ei­ ne Härtesteigerung läßt sich dadurch erreichen, daß die Werkzeugschneiden zweimal bei 540°C angelassen werden. Vorteilhaft ist die Verwendung nach ei­ nem der Ansprüche 1 bis 3, insbesondere erhalten nach Anspruch 4 bis 6, für Pa­ piermesser.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläu­ tert.

Zur Herstellung der Beschichtung wird das Pulver-Plasmaauftragsschweißen be­ nutzt. Es wird das Zweipulververfahren angewendet. Dazu werden höchstlegiertes Stahlpulver und Vanadinkarbidpulver jeweils getrennt und gleichzeitig in den Wirkbereich eines Plasmastrahles eingeführt. Die hochfeste Verbundschicht wird mit dem Plasmaauftragsschweißen auf die Schneide eines Papiermessers in einer Dicke von drei Millimeter aufgebracht. Zur weiteren Härtesteigerung der hochfe­ sten Stahlmatrix wird das beschichtete Papierschneidmesser zweimal bei 540°C angelassen. Nachfolgend wird das beschichtete Papiermesser durch Schleifen fer­ tiggestellt. Die erfindungsgemäße Verbundschicht neigt in ihrer Verschleißfestig­ keit zu den Hartmetallen. Die chemische Zusammensetzung der verschleißfesten Verbundschicht der Werkzeugschneiden kann beispielsweise folgende sein:
1. Die verschleißfeste Verbundschicht besteht aus 24 Vol.-% Vanadinkarbid und die restlichen 76 Vol.-% Matrix bestehen aus (in Gew.-%):
0,6% Kohlenstoff
0,9% Silizium
0,7% Mangan
5,5% Chrom
1,3% Molybdän
0,0% Kobalt und
91,0% Eisen mit herstellungsbedingten Verunreinigungen. Die Matrix der Ver­ schleißschicht weist eine Korngröße von 10 bis 15 µm auf, die der Karbide kleiner 10 µm.
2. Die verschleißfeste Verbundschicht besteht aus 35 Vol.-% Vanadinkarbid und die restlichen 65 Vol.-% Matrix bestehen aus (in Gew.-%):
0,5% Kohlenstoff
0,8% Silizium
0,7% Mangan
3,5% Chrom
0,8% Molybdän
10,0% Kobalt und
83,7% Eisen mit herstellungsbedingten Verunreinigungen. Die Matrix der Ver­ schleißschicht weist eine Korngröße von 5 bis 12 µm auf, die der Karbide klei­ ner 10 µm.
3. Die verschleißfeste Verbundschicht besteht aus 70 Vol.-% Vanadinkarbid und die restlichen 30 Vol.-% Matrix bestehen aus (in Gew.-%):
0,7% Kohlenstoff
0,8% Silizium
0,7% Mangan
6,0% Chrom
3,5% Kobalt
0,0% Molybdän und
88,3% Eisen mit herstellungsbedingten Verunreinigungen. Die Matrix der Ver­ schleißschicht weist eine Korngröße von 5 bis 10 µm auf, die der Karbide klei­ ner 30 µm.

Claims (8)

1. Werkzeugschneiden, insbesondere von technischen Messern, mit einer ver­ schleißfesten Verbundschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbund­ schicht aus 10 Vol.-% bis 80 Vol.-% Vanadinkarbid besteht, und daß die restlichen 20 Vol.-% bis 90 Vol.-% Matrix bestehen aus (in Gew.-%):

0,4 bis 0,9% Kohlenstoff,
0,4 bis 1,0% Silizium,
0,3 bis 0,8% Mangan,
2,8 bis 8,0% Chrom,
0 bis 5,0% Molybdän,
0 bis 15% Kobalt und
Eisen mit herstellungsbedingten Verunreinigungen als Rest.

2. Werkzeugschneiden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrix der Verschleißschicht eine Korngröße von 1 bis 20 µm aufweist.

3. Werkzeugschneiden nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Karbide eine Korngröße von kleiner 30 µm aufweisen.

4. Verfahren zur Herstellung von Werkzeugschneiden nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff für die Verschleiß-Schicht der Schneiden auf eine Stahl-Trägerschicht mittels Plasma-Auftragsschweißen aufgebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschleißschicht mittels Zweipulver-Plasmaauftragsschweißen aufgebracht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Werk­ zeugschneiden zweimal bei 540°C angelassen werden.

7. Verwendung der Werkzeugschneiden nach einem der Ansprüche 1 bis 3, insbesondere erhalten nach Anspruch 4 bis 6, für Papiermesser.