DE898316C

DE898316C - Warmarbeitswerkzeuge

Info

Publication number: DE898316C
Application number: DEB5427D
Authority: DE
Original assignee: Gebrueder Boehler and Co AG
Current assignee: Gebrueder Boehler and Co AG
Priority date: 1938-12-07
Filing date: 1938-12-07
Publication date: 1953-11-30

Description

Warmarbeitswerkzeuge Warmarbeitswerkzeuge müssen der Schlagwirkung oder großem Druck widerstehen und gleichzeitig gegen die Erwärmung von heißem Metall möglichst unempfindlich sein. Diesen Anforderungen konnte mit keiner der bisher zur Herstellung von Warmarbeitswerkzeugen verwendeten Stahllegierungen genügend entsprochen werden, wie sich aus dem häufig vorkommenden vorzeitigen Unbrauchbarwerden dieser Werkzeuge ergibt. Dieses Unbrauchbarwerden der Werkzeuge kann infolge verschiedener Ursachen eintreten, von denen die mechanische Abnutzung, der insbesondere die Kanten der Werkzeuge ausgesetzt sind, das Sprengen des Werkzeuges und die Bildung von Brandrissen die wichtigsten sind. Für Warmarbeitswerkzeuge verwendete man bisher hochlegierte Stähle mit hoher Warmfestigkeit, die bekanntlich mit dem Gehalt an Legierungsmetallen im allgemeinen zunimmt. Mit dieser Zunahme der Warmfestigkeit ist aber auch gleichzeitig eine Verstärkung der Neigung zu Brandrissen verbunden.
Auch niedriglegierte Chromstähle mit einem Zusatz von Molybdän bzw. Wolfram und gegebenenfalls von Nickel und Vanadin wurden schon für Warmarbeitswerkzeuge vorgeschlagen, die aber hinsichtlich der Anlaßbeständigkeit nicht voll entsprachen. Dies gilt auch für die bekannten Warmarbeitsstähle, die ihrer möglichen Zusammensetzung nach sowohl als niedrigals auch hochlegiert bezeichnet werden können und bei denen etwa vorhandene, aus dem Ausgangsmaterial herrührende Spuren von Titan, Tantal, Niob, Uran, Bor, Zirkon, Kupfer und Aluminium als zulässig angesehen wurden, ohne ihnen irgendeinen Einfluß auf die Eigenschaften der Stähle zuzuschreiben.
Nach der Erfindung werden nun Stahllegierungen als Werkstoff für Warmarbeitswerkzeuge, insbesondere für Gesenke, Matrizen, Preßstempel, Spritzkokillen, Preßdorne, vor allem für wassergekühlte Preßdorne bei horizontalen Pressen, verwendet, die zufolge ihrer besonderen Zusammensetzung trotz hoher Warmfestigkeit nicht nur außerordentlich widerstandsfähig gegen Brandrisse sind und auch der mechanischen Abnutzung einen hervorragenden Widerstand entgegensetzen, sondern auch eine wesentlich bessere Anlaßbeständigkeit besitzen.
Die für den erfindungsgemäßen Verwendungszweck als besonders geeignet befundenen Stahllegierungen enthalten in erster Linie 0,1o bis 0,7o % Kohlenstoff, 1 bis 6 % Chrom und o,2 bis 6 % Niob, das teilweise oder ganz durch die 1,5- bis 2,5fache Menge Tantal ersetzt sein kann, sowie gegebenenfalls einen weiteren Zusatz von o,2 bis 40/, Wolfram oder o,2 bis 60/0 Molybdän oder o,1 bis 3 % Vanadin, die auch zu mehreren in einer zweckmäßig 1o % nicht übersteigenden Gesamtmenge vorhanden sein können. Durch einen Zusatz von Kobalt im Ausmaße von 0,5 bis 15 % kann eine weitere Gütesteigerung der erfindungsgemäß zur Anwendung gelangenden Stahllegierungen erzielt werden.
Bei sehr großen Werkzeugen empfiehlt es sich, den nach obigen Angaben zusammengesetzten Stahllegierungen noch einen Nickelzusatz bis höchstens 4 0/0 und/oder einen Manganzusatz von o,5 bis 3 % und/oder einen Kupferzusatz bis 2 % zu geben. Liegt die Arbeitstemperatur des Werkzeuges sehr hoch, so erweisen sich ein bis auf 2 0% erhöhter Siliziümgehalt und/oder ein bis zu 3 % betragender Aluminiumgehalt als günstig.
Als vorteilhaftes Ausführungsbeispiel sei eine Stahllegierung angeführt, die 0,42 % Kohlenstoff, o,45 0/0 Silizium, 0,32 % Mangan, 2,65 % Chrom, 2,2o 0/0 Molybdän, 0,95 % Wolfram, 0,31% Vanadin, 0,54 0/0 Nickel, 2,85 % Kobalt und 3,22 % Niob enthält.
Aus diesem Stahl hergestellte Einsatzbüchsen von Metallstrangpressen zeigten bei ihrer Verwendung eine wesentliche Überlegenheit gegenüber Einsatzbüchsen aus dem hierfür bisher allgemein verwendeten bekannten hochlegierten Chrom-Wolfram-Kobalt-Stahl, indem sie im Durchschnitt eine um 50 % größere Anzahl von Pressungen aushielten, obwohl der Gesamtaufwand an Legierungsmetallen bei den erfindungsgemäß zur Anwendung gelangenden Stahllegierungen nur etwa 6o 0/0 des Legierungsaufwandes des hochlegierten Vergleichstahles betragen hat.
Diese vorzüglichen Eigenschaften, insbesondere die geringe Neigung zu Brandrissen, werden bei der erfindungsgemäß zu verwendenden Zusammensetzung durch das Zusammenwirken von Niob mit Chrom und gegebenenfalls auch mit Molybdän und Wolfram erreicht. Außerhalb der beanspruchten Bereiche und Kombinationen gelegene Stahlzusammensetzungen zeigten diese geringe Neigung zu Brandrissen nicht. Die wesentlich bessere Anlaßbeständigkeit der erfindungsgemäß zur Anwendung gelangenden niob-oder tantalhaltigen Stahllegierungen gegenüber einer sonst gleich zusammengesetzten Stahllegierung ohne Niob- oder Tantalzusatz geht aus Vergleichsversuchen hervor, deren Ergebnisse in den Zeichnungen kurvenmäßig vergleichsweise dargestellt sind.
Die Ergebnisse beziehen sich auf einen niobhaltigen Stahl (Stahl I) mit der Zusammensetzung , /o Kohlenstoff, 0,3 % Silizium, 0,5 0/,ö 3 % Chrom, 0,5 % Wolfram, 1,7 % ybdän, 0,7 % Vanadin und 1,1% Niob und auf einen niobfreien Stahl sonst gleicher Zusammensetzung (Stahl II).
In Abb. 1 ist die Härte nach einstündigem Anlassen bei verschiedenen Temperaturen nach einer Härtung beider Stähle von looo° in Öl dargestellt. Man sieht, daß Stahl I wesentlich anlaßbeständiger ist.
In Abb. 2 sind die Anlaßkurven dieser Stähle nach Härtung von 115ö° in Öl wieder einander gegenübergestellt. Hier tritt sehr klar die höhere Anlaßbeständigkeit des Stahles I zu Tage.
In Abb. 3 sind die Härten der Stähle einander gegenübergestellt in Abhängigkeit von der Härtetemperatur. Ferner sind die Grenzen eingetragen, bei denen eine Kornvergröberung, die zu einer Versprödung des Stahles führen würde, eintritt. Man sieht, daß der niobhaltige Stahl I bei sonst gleicher Zusammensetzung selbst bei Härtetemperaturen von 120o° keine 60o Brinell übersteigende Härte erhält; dagegen erreicht Stahl II Härten von bis zu 65o Brinelleinheiten. Da aber bei Überschreitung einer Härte von 60o Brinelleinheiten eine große Neigung zur Rißbildung besteht, müssen so hohe Härtetemperaturen, die Härten über 60o Brinelleinheiten ergeben, vermieden werden. Weiter muß die -zulässige Härtetemperatur unter der Temperatur der beginnenden Kornvergröberung liegen. Unter Berücksichtigung dieser Tatsachen ergibt sich für Stahl I eine höchstzulässige Temperatur von 1175° und für Stahl II eine solche von 1o75°.
In Abb. 4 sind die Anlaßkurven beider Stähle einander gegenübergestellt, wobei beide Stähle bei der höchstzulässigen Temperatur gehärtet werden. Die starke Überlegenheit des niobhaltigen Stahles ist klar erkennbar.
Um die Überlegenheit noch deutlicher ersichtlich zu machen, ist der Unterschied der Härten beider Stähle bei gleichen Anlaßtemperaturen in Abb. 5 kurvenmäßig dargestellt. Man sieht aus dieser Abbildung, daß besonders bei Anlaßtemperaturen von 60o° die Anlaßbeständigkeit des niobhaltigen Stahles wesentlich über der des niobfreien Stahles liegt.
Die erfindungsgemäß zu verwendenden Stahllegierungen sind aus Temperaturen von goo bis 125o° in Öl oder Preßluft beschleunigt abzukühlen und sodann bei Temperaturen zwischen 300 und 75o° zu glühen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Die Verwendung eines Stahles mit 0,1o bis 0,70 0/0 Kohlenstoff, z bis 6 % Chrom, o,2 bis 6 0/0 Niob, Rest Eisen und Verunreinigungen als Werkstoff für Warmarbeitswerkzeuge.
2. Die Verwendung eines Stahles der Zusammensetzung gemäß Anspruch i, in welchem jedoch das Niob teilweise oder ganz durch die 1,5- bis 2,5fache Menge an Tantal ersetzt ist, für den Zweck nach Anspruch i.
3. Die Verwendung eines Stahles der Zusammensetzung gemäß Anspruch i oder 2, der jedoch noch einzeln oder zu mehreren o,2 bis 4 °/a Wolfram, o,2 bis 6 °/o Molybdän, o,i bis 3 °/a Vanadin, 0,5 bis 15 °/o Kobalt, bis 4 °/o Nickel, 0,5 bis 3 °/o Mangan, bis 2 °/a Kupfer, o,5 bis 2 °/o Silizium, o,oi bis 3 °/o Aluminium enthält, für den Zweck nach Anspruch i.
4. Die Verwendung eines Stahles der Zusammensetzung gemäß Anspruch 3, in welchem jedoch der Gesamtgehalt an Wolfram, Molybdän und Vanadin io 0/a nicht übersteigt, für den Zweck nach Anspruch i. Angezogene Druckschriften Deutsche Patentschrift Nr. 570 231; französische Patentschrift Nr. 816 596; österreichische Patentschriften Nr. 144 000, 134 828.