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Stähle für Warrnwerkzeuge Zur Herstellung von Warmwerkzeugen, die
infolge Einwirkung heißer Werkstücke bei höheren Temperaturen arbeiten und daher
hohe Anlaßbeständigkeit besitzen sollen, z. B. Warmgesenken, Walzdornen, Spritzgußmatrizen,
Maschinenteilen, wurden bisher vorzugsweise Chrom-Wolfram-Stähle mit etwa Z bis
3 °/o Chrom und 4 bis 15 °/p Wolfram verwendet, die auch geringe Zusätze von Nickel,
Molybdän oder Vanadin aufweisen können und sich von den Schnelldrehstählen durch
einen niedrigeren Kohlenstoffgehalt von etwa 0,25 bis 0,35 Oi!o unterscheiden.
Ein bekannter Stahl dieser Art mit etwa 0,28 0 /o Kohlenstoff, 2,7 °/o Chrom,
8,5 % Wolfram und o,2 °/o Vanadin ergibt bei einer Anlaßtemperatur von 45o° C etwa
165 kg/mm2, bei 55o° C etwa 155 kg/mm2 und bei 6oo° C etwa 145 kg/mm2 Festigkeit.
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Für Maschinenteile, die bei erhöhter Temperatur arbeiten und starken
Temperaturschwankungen ausgesetzt sind, wurden auch schon Stähle empfohlen, die
bis zu 0,3 °/o Kohlenstoff, mehr als etwa 2,10 °/o Chrom sowie als weiteres
Element, das eine Erhöhung der Streckgrenze hervorruft und das Auftreten der Anlaßsprödigkeit
verhindert, über o,Z5 °,.'a Molybdän oder 0,3 °/o Wolfram enthalten und zur
Weitererhöhung
der Streckgrenze bis zu 0,4% Vanadin, sowie zur
Verbesserung anderer Eigenschaften noch bis zu 2 0/0 Nickel aufweisen können.
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Auch war es bekannt, zur Herstellung von Ventilen für Verbrennungsmotoren,
Schmiedegesenken, Gußformen und sonstigen Warmarbeitsgegenständen Stähle mit 2 bis
7 % Wolfram oder Molybdän, vorzugsweise Wolfram, 0,2 bis 5 % Kobalt, 2 bis 8 0/0
Chrom und 0,2 bis 1,5 % Kohlenstoff zu verwenden.
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Ferner wurde vorgeschlagen, Gegenstände die in einem strömenden Medium
arbeiten, z. B. Schiffspropeller, Schaufeln für Dampf- oder Wasserturbinen, aus
einem Stahl mit o,1 bis o,5 % Kohlenstoff und 3 bis 2o % Chrom, der außerdem noch
bis zu 20 /o Nickel und bis zu 1 % Molybdän, Vanadin oder Wolfram, einzeln oder
gemischt, enthalten kann, herzustellen und sie gegen Verschleißbeanspruchungen,
wie Erosion, Sandschliff, Kavitation, mit einer gehärteten Oberflächenschicht zu
versehen. Diesem Vorschlag war jedoch über eine vorteilhafte Verwendbarkeit solcher
Stähle für Warmwerkzeuge nichts zu entnehmen, zumal für diese Werkzeuge eine Oberflächenhärtung
wegen der Gefahr der Rißbildung und Absplitterung der Randzonen nicht in Betracht
kommt.
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Schließlich wurden zur Herstellung von Warmwerkzeugen auch schon Mangan-Chrom-Stähle
mit 1,5 bis 3 % Mangan und 1 bis 4 % Chrom vorgeschlagen, die gegebenenfalls auch
bis zu 1% Molybdän, Wolfram und Vanadin, einzeln oder gemeinsam, enthalten können.
Die Anlaßbeständigkeit eines solchen Stahles mit 0,36 % Kohlenstoff, 0,23 % Silicium,
1,4 % Mangan, 1,85 % Chrom und o,16 % Molybdän beträgt jedoch bei einer Anlaßtemperatur
von 450° C nur etwa 14o kg/mm2 und bei einer solchen von 550° C nur etwa 120 kg/mm2.
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Die Erfindung bezweckt nun, für auf übliche Art hergestellte Warmwerkzeuge,
welche der Einwirkung heißer Werkstücke ausgesetzt sind, Stähle zu schaffen, die
keines der devisenbelastenden Elemente Wolfram, Molybdän oder Kobalt aufweisen und
besteht darin, daß hierzu Stähle verwendet werden, die 0,3 bis 1,2 % Kohlenstoff,
3 bis 14 % Chrom und o,5 bis 2 % Vanadin, Rest Eisen mit den üblichen Verunreinigungen
enthalten.
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Es-hat sich nämlich wider Erwarten gezeigt, daß die Anlaßbeständigkeit
dieser Chrom-Vanadin-Stähle jene des vorerwähnten Chrom-Wolfram-Stahles bei Anlaßtemperaturen
zwischen 45o bis 55o° C nicht nur erreicht, sondern sie sogar erheblich übertrifft
und selbst bei einer Anlaßtemperatur von 60o° C noch über 12o bis 15o kg/mm2 beträgt.
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Die Anlaßbeständigkeit einiger der erfindungsgemäß zu verwendenden
Chrom-Vanadin-Stähle geht im Vergleich zum vorangeführten Chrom-Wolfram-Stahl aus
folgenden Beispielen hervor:
| Stahl C Cr W V |
| Nr. 0/0 0,0 O',o 01,0 |
| 1 0,28 2,70 8,5O 0,20 |
| 2 0,40 3,71 - 0,65 |
| 3 0,47 9,89 - 0,64 |
| 4 0,53 3,51 - 0,84 |
| 5 0,57 6,30 - o,84 |
| 6 0,70 3,20 - 1,35 |
| 7 0,71 fo,o6 - 1,53 |
| 8 1,o1 3,33 - 2,14 |
| 9 0,96 10,52 - 1,98 |
| Stahl Härte- Festigkeit kg 'mm2 bei einer Anlaß- |
| Nr. tempe- temperatur von |
| ratur 450'-C 500' C 55o° C : 60o° C |
| 1 lfoo° C 165 160 155 145 |
| 2 1000° C 165 165 135 125 |
| 3 1020° C 180 180 145 125 |
| 4 1020° C 165 165 165 15o |
| 5 1020° C 195 185 165 125 |
| 6 1020° C 185 185 170 145 |
| 7 1070° C 200 200 165 125 |
| 8 950° C 185 180 165 135 |
| 9 1070° C 210 21o 175 130 |
Nun war es zwar an sich bekannt, daß die Anlaßbeständigkeit von Stählen durch Zusatz
von Vanadin erhöht werden kann. Eine so hohe Anlaßbeständigkeit war aber bei den
gemäß der Erfindung zu verwendenden wolfram-, molybdän- und kobaltfreien Chrom-Vanadin-Stählen
nicht zu erwarten, zumal die bekannten Warmarbeitsstähle nur bis zu
0,5)/,
Vanadin enthalten. So wird z. B. die Festigkeit eines bekannten Warmarbeitsstahles
mit etwa 0,45 0/0 Kohlenstoff, etwa 2,5 0;?, Chrom und etwa 0,40/, Vanadin von den
gemäß der Erfindung zu verwendenden Stählen bei einer Anlaßtemperatur von 4o0° C
bereits um 12 kg/mm2 und bei einer Anlaßtemperatur von 60o° C sogar um 44 kg/mm2
übertroffen.
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Sämtliche erfindungsgemäß zu verwendenden Stähle sind leicht schmiedbar
und im geglühten Zustand gut bearbeitbar. Um eine Verarmung der Grundmasse an Kohlenstoff
zu vermeiden erscheint es zweckmäßig, mit steigendem Vanadingehalt auch den Kohlenstoffgehalt
innerhalb der angegebenen Grenzen zu erhöhen.