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Stahllegierung für durch Walzen oder ähnliche Verarbeitungsverfahren
hergestellte korrosionsbeständige, gehärtete Schneidwerkzeuge Vorliegende Erfindung
betrifft die Verwendung einer zu martensitischem Gefüge härtbaren Stahllegierung
als Werkstoff für durch Walzen oder ähnliche Verarbeitungsverfahren hergestellte
korrosionsbeständige, gehärtete Schneidwerkzeuge. Die Erfindung verfolgt den Zweck,
eine für diese Gegenstände geeignete Stahllegierung zu schaffen; die beträchtlich
niedrigere Härtungstemperaturen zum Erzielen der optimalen Härte aufweist, als die
für den vorgenannten Zweck bisher verwendeten reinen Chromstähle.
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Die nach der Erfindung zu verwendende Stahllegierung besteht aus o,6o
bis 2,50 °% Kohlenstoff,, 8 bis 22 % Chrom, o;o5 bis' 0,25 °/o. Stickstoff,
o,2o bis 6 °/a Molybdän und 6o bis go °/o Eisen und Verunreinigungen.
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Die Erfindung umfaßt nicht die Verwendung einer solchen @ Stahllegierung
zur Herstellung von Gußwaren, sondern nur als Werkstoff für durch Warmwalzen und
vorzugsweise auch durch Kaltwalzen und ähnliche Verarbeitungsverfahren hergestellte
korrosionsbeständige, gehärtete Schneidwerk zeuge, die in gehärtetem Zustande verwendet
werden sollen. Gußwaren können wegen ihrer inhomogenen Struktur ünd verhältnismäßig
großen Korngröße nicht für feinere Schneidwerkzeuge, wie z. B. Rasierklingen, verwendet
werden.
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Die zu martensitischem Gefüge härtbaren, rostbeständigen Chromstähle
sind im allgemeinen auf einer Legierungsgrundlage aufgebaut, deren Zusammensetzung
etwa innerhalb der folgenden Grenzen liegt: Kohlenstoff 0,20 bis 2,5o °/o, Chrom
ß bis 22 °/" Eisen höchstens etwa go °/o.
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Der für verschiedene Verwendungsgebiete zweckmäßigste Kohlenstoffgehalt
wird im großen und ganzen durch die angestrebte maximale Härtungshärte und durch
die gewünschten Eigenschaften der Schneide des
Werkzeuges bestimmt.
Wird eine hohe Schärfe und große Lebensdauer der Schneide verlangt, so soll der
Kohlenstoffgehalt mindestens 0,6o bis 0,70 0% betragen. Um den Stahl in kaltem
Zustande durch Kaltwalzen oder Kaltziehen bearbeiten zu können, soll der Kohlenstoffgehalt
1,35 bis i,40 0% nicht übersteigen. Der zweckdienlichste Chromgehalt liegt in der
Regel zwischen 13 und 18 ' Die charakteristischen Härtüngseigenschaften eines Stahles
dieser bekannten Art sollen" als Beispiel an einem Stahl der folgenden Zusammensetzung
angegeben werden: Kohlenstoff 1,23°/0, Mangan o,430/0, Silizium o,070/0, Chrom 13,.a.0/0,
Stickstoff 0,021 0%.
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Aus diesem Stahl wurden Prüfplatten mit den Abmessungen 4 X
30 X 25 mm nach Erhitzung während 5 Minuten im Salzha.de bei verschiedenen
Temperaturen in Ü1 gehärtet. Die Härte dieser Probestücke wurde in einer Vickers-Härteprüfungsmaschine
mit einer Belastung von 30 kg bestimmt. Die Abhängigkeit der Härte von der
Härtungstemperatur geht aus der Kurve i des Diagramms auf der beigefügten Zeichnung
hervor. Optimale Härte wird in diesem Falle bei Härtung von ioso° ab erzielt. Aus
der Form der Kurve geht hervor, daß die optimale Härte nur innerhalb eines sehr
beschränkten Temperaturbereiches erzielt werden kann. Die maximale erreichbare Härtungshärte
eines Chromstahles dieser Art liegt nicht unwesentlich unter derjenigen Härte, die
beim Härten eines unlegierten Stahles mit entsprechendem Kohlenstoffgehalt erzielt
wird. Aus diesem Grunde ist es in der Regel von großer Bedeutung, daß beim Härten
eines solchen Chromstahles die maximal mögliche Härte wirklich erreicht wird. Die
zu diesem Zwecke notwendige Härtungstemperatur, in diesem Beispiel 1050', ist in
vielen Fällen unbequem hoch. Die meisten in der Industrie verwendeten elektrischen
Härtungsäfen haben Widerstandskörper aus Chromnickel oder einer ähnlichen Legierung,
die mit Rücksicht auf die erforderliche Lebensdauer, besonders für größere Üfen,
kaum bei höheren Temperaturen als etwa iooo° verwendet werden können. Es ist daher
in der Praxis nicht möglich, einen einfachen Chromstahl dieser Art in einem solchen
Ofen zur vollen Härte zu härten.
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Umfangreiche Versuche mit verschiedenen Legierungszusätzen haben nun
gezeigt, daß die Härtungstemperatur zur Erzielung der maximalen Härte gesenkt werden
kann durch eine Erhöhung des Stickstoffgehaltes auf o,os bis 0,25 0%, also
auf einen Wert, der den als unbeabsichtigte Verunreinigung für gewöhnlich vorkommenden
Gehalt dieses Stoffes beträchtlich übersteigt; dieser übliche Gehalt liegt, wie
es sich bei einer großen Anzahl von . Untersuchungen herausgestellt hat, gewöhn
lieh zwischen o,oio bis o,o2o% und beträgt nur ausnahmsweise etwa o,0300/0. Als
Beispiel eines Stahles mit höherem Stickstoffgehalt als gewöhnlich sei ein Stahl
der folgenden Zusammensetzung erwähnt: Kohlenstofi o,960/0, Mangan o,480/0, Silizium
o,160%0, Chrom 13,30/0, Stickstoff 0,15.a.0[0.
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Die Abhängigkeit der Härte von der Här-" tungstemperatur für diesen
Stahl, unter denselben Bedingungen wie im ersten Beispiel; geht aus der Kurve 2
des beigefügten Diagramms hervor. Die Härtungstemperatur für optimale Härte ist
in diesem Falle 1025o, also 25° niedriger .als für den Chromstahl, ohne besonderen
Stickstoffzusatz gemäß dem ersten Beispiel, dessen Stahl bei Härtung von i025° eine
Härte erhält, welche die optimale Härte um etwa So Einheiten untersteigt.
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Weitere Versuche auf denselben Wegen haben zu vorliegender Erfindung
geführt und gezeigt, daß bei gewalzten oder durch -ähnliche Verfahren verarbeiteten
Stählen mit o,6 bis 2,5 % Kohlenstoff, 8 bis 22 % Chrom, Rest Eisen und Verunreinigungen
eine noch wesentlichere Herabsetzung der Härtungstemperatur für optimale Härte durch
Verbindung des Stickstoffzusatzes von o,os bis o,25 0/0 mit einem Zusatz von 0,2
bis 6 0/0 Molvbdän und/oder Wolfram erzielt werden kann. Als Beispiel sei ein Stahl
der folgenden Zusammensetzung erwähnt: Kohlenstoff 1,o9 0/0, Mangan 0,52010,- Silizium
0,240b, Chrom 13,1 0,10, Molybdän 1,o1 0/0, Stickstoff o,136 0/0.
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Gemäß der Kurve 3 des Diagramms erhält man in diesem Falle optimale
Härte beim Härten von etwa g75°, also eine etwa 75° niedrigere Härtungstemperatur
als für den einfachen Chromstahl gemäß Kurve i, der bei Härtung von 97S° eine Härte
erhält, welche die optimale um etwa 21o Einheiten untersteigt.
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Daß diese durch die Erfindung erreichte große Wirkung tatsächlich
auf den gleichzeitigen Gehalt von Stickstoff und Molybdän -zurückzuführen ist, geht
aus der Kurve 4 hervor, welche sich auf einen Stahl mit Molybdänzusatz allein bezieht.
Die Zusammensetzung war in diesem Falle: Kohlenstoff i,o 0/0, Mangan o,620/" Silizium
0,3i 0/0, Chrom 12,9 0/0, Mo@lybdän 1,57 0/0, Stickstoff 0,027 0%.
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Die Härtungstemperatur für optimale Härte ist praktisch dieselbe wie
für den einfachen Chromstahl gemäß Kurve i.
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Der praktische Vorteil eines Stickstoff-Molybdän-Legierungszusatzes
gemäß der vorliegenden Erfindung liegt auf der Hand, da die Härtungstemperatur zur
Erzielung der maximalen Härte dadurch auf einen solchen Wert herabgesetzt wird,
daß elektrische Erhitzungsöfen
gewöhnlicher Bauart für das Härten
verwendet werden können. Die Rostbeständigkeit des Stahles wird durch einen solchenLegierungszusatz
nicht verschlechtert. Die Verarbeitbarkeit des Stahles in warmem oder kaltem Zustande
scheint auch nicht schlechter zu werden.
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Eine zur Herstellungvon:gehärteten, feineren Schneidwerkzeugen, wie
Rasierklingen und chirurgische Instrumente, besonders geeignete Stahllegierungen
gemäß der vorliegenden. Erfindung enthält: Kohlenstoff 0,70 bis 1,40 °/o,
Chrom io bis 18 %, Stickstoff o,075 bis 0,201/0. Molybdän und/oder Wolfram
o,2o bis' q. °/o.
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Der Chromgehalt eines Stahles gemäß Erfindung zu verwendenden Art
beträgt am besten 13 bis 17 °%, kann aber in gewissen Fällen innerhalb der
oben angegebenen Grenzen größer oder kleiner sein.
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Was den Mangangehalt anbetrifft, sei erwähnt, daß derselbe bei Stahl
nach der vorliegenden Erfindung niedriger als o,65 % sein soll, da hierdurch bei
der hier vorliegenden Legierung eine größere optimale Härtungshärte erzielt werden
kann als bei höherem Mangangehalt.
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Für besondere Verwendungsgebiete kann es wünschenswert sein, die mechanischen
und anderen Eigenschaften der Legierung etwas zu ändern durch Zusatz von weiteren
Legierungselementen. Der nach der Erfindung zu verwendende Stahl kann somit
0,05 bis 5 °/o .eines oder mehrerer der folgenden Legierungsstoffe enthalten:
Aluminium, Arsen, Beryllium, Bür, Kobalt, Kupfer,- Niob, Antimon, Selen, Zinn, Tantalf
Titan, Uran, Vanadin, Zirkon. 11
Aluminium, Titan, Vanadin und Zirkon führen
durch ihre Desoxydatio:nswirkung und daraus folgende feinere Gußstruktur eine bessere
Verarbeitbarkeit der Legierung in der Wärme herbei. Arsen, Selen oder Zinn b@e wirkt
eine bessere Bcarbeitbarkeit beim Schleifen von Schneiden, und Kupfer oder Antimon
bewirkt eine erhöhte Korrosionsbeständigkeit. Durch Zusatz von Beryllium und Bor
kann eine etwas höhere Härtungshärte erreicht werden, und durch Kobalt, Titan, Vanadin,
Niob, Tantal und Uran wird eine Änderung der Zusammensetzung und Härte des Überschußkarbids
herbeigeführt.