DE900466C

DE900466C - Zyanierte Schneidwerkzeuge

Info

Publication number: DE900466C
Application number: DEK6251D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Habil Hans Schrader
Original assignee: Stahlwerke Bochum AG
Current assignee: Stahlwerke Bochum AG
Priority date: 1943-02-14
Filing date: 1943-02-14
Publication date: 1953-12-28

Description

Zyanierte Schneidwerkzeuge Es ist bekannt, zur Erhöhung der Oberflächenhärte von Schnellstahlwerkzeugen in zyanhaltigen Salzbädern eine Behandlung vorzunehmen, die eine dünne Nitrierschicht erzeugt. Infolge der dadurch bedingten erhöhten Oberflächenhärten haben solche Werkzeuge erhöhten Verschleißwiderstand und insbesondere bei schlichtenden Beanspruchungen wesentlich verbesserte Standzeiten. Diese als Zyanierung bezeichnete Behandlung wird im allgemeinen bei Temperaturen von 500 bis 6oo° C vorgenommen und kann entweder bei der Anlaßbehandlung, nach dem Anlassen oder auch nach dem Schleifen zur Anwendung kommen. Vereinzelt wird auch ein Abschrecken in einem zyanierten Salzbad ausgeübt. Eine solche Behandlung liefert aber nicht immer zuverlässige Ergebnisse. Es hat ferner nicht an Versuchen gefehlt, die Wirkung dieser Zyanierungsbehandlung durch die Zusammensetzung der Salzbäder zu regeln. Während ursprünglich nur natriumzyanid- und kaliumzyanidhaltige Bäder zur Anwendung kamen, ist später erkannt worden, daß ein Zyanitgehalt schon in kürzeren Behandlungszeiten eine einwandfreie Verstickungsschicht mit hoher Oberflächenhärte und allmählichem Übergang zur Kernhärte liefert. Dementsprechend werden neuerdings die für die Schnellstahlzyanierung vorgesehenen Salze mit einem Zyanatgehalt hergestellt. Es ist aber bisher noch nicht versucht worden, durch geeignete Legierungszusätze zum Schnellstahl selbst den Ablauf des Verstickungsvorganges im Zyanbad zu beeinflussen. Von solchen Legierungszusätzen muß verlangt werden, daß sie die Schnittleistung der Grundlegierung nicht wesentlich beeinträchtigen. Nun ist für Nitrierstähle, bei denen eine Oberflächenhärtung durch Glühen in Ammoniak erfolgt, bekannt, daß ein Aluminiumzusatz den Verstickungsvorgang unterstützt und erhöhte Oberflächenhärten ergibt. Hiervon ist auch bereits bei aus Schnellarbeitsstahl bestehenden Werkzeugen zum Kaltziehen von Metallen Gebrauch gemacht worden. Bei Schneidwerkzeugen wird aber durch Nitrieren in Ammoniakgas infolge übermäßiger Stickstoffanreicherung an der Oberfläche keine Verbesserung, sondern eine Verschlechterung der Schneidleistung bewirkt. Es ist auch nicht bekannt, daß Aluminiumzusätze in brauchbaren Beträgen dem Schnellstahl zulegiert werden können, ohne dessen Schneidleistung nennenswert zu schädigen. Ferner ist nicht bekannt, daß solche Zusätze zu den in Rede stehenden hochlegierten Stählen in-der Lage sind, den Verstickungsvorgang bei der Zyanierungsbehandlung so zu beschleunigen, daß bei gleichen Behandlungszeiten erhöhte Oberflächenhärten erhalten werden. Ein Aluminiumzusatz ist wohl bereits bei durch Ausscheidungshärtung vergütbaren Schneidlegierungen vorgeschlagen worden, die sich bis heute aber wegen ihrer hohen Sprödigkeit kaum eingeführt haben. Ein solcher Legierungszusatz ist ferner vorgeschlagen worden für hochchromhaltige Legierungen, die für Ventilteile von Verbrennungsmaschinen geeignet sein sollen, und hat hier den Zweck einer Erhöhung der Zunderbeständigkeit. Bei diesen Legierungen ist nebenbei auch auf die Brauchbarkeit in Schneidwerkzeugen hingewiesen, obwohl solche Stähle nicht annähernd die Leistung der üblichen Schnellarbeitsstähle erreichen. Schließlich ist auch schon für Schnellstahllegierungen neben den Hauptlegierungsbestandteilen als weiterer Legierungszusatz und Verunreinigung das Aluminium aufgezählt worden. Es handelt sich hier aber nicht um einen absichtlichen Zusatz. Für Schnellstähle, die im schmelzflüssigen Zustand mit Stickstoff gesättigt werden sollen, ist ebenfalls ein Gehalt von 0,o6 0/0 Aluminium erwähnt worden, wobei aber das Aluminium in diesen Beträgen einer Desoxydation gedient hat und die Stickstoffaufnahme bei Glühbehandlung nicht nennenswert beeinflussen kann.

Es hat sich nun gezeigt, daß sowohl Wolfram- als auch Molybdänschnellarbeitsstähle mit Gehalten bis zu 1,5 0/0 Aluminium legiert werden können, ohne daß die Schnittleistung bei normalen Beanspruchungsbedingungen verschlechtert wird. Belegt wird diese Tatsache durch die nachfolgenden Versuchsergebnisse der Zahlentafel i. Die angegebenen Standzeiten gelten für eine Schruppbeanspruchung unter Bearbeitung von vergütetem Chrom-Nickel-Stahl von ioo kg/qmm Festigkeit mit einem Vorschub von 1,4 mm, einer Spantiefe von 5 mm und einer Schnittgeschwindigkeit von 14 m/Minuten.

Zahlentafel i
Versuchs- C Cr W V Mo _Aj Standzeit
stahl °@o °@o % °% % % Minuten.
1 0,77 4,30 9,20 1,54 0,47 0,00 391P
2 0,81 4,34 9,80 1,65 0,49 0,05 4015
3 0,94 4,30 9,60 1,63 0,48 0,93 - 4125
4 0,75 419 920 1,77 0,59 2,24 910
5 0,97 3,85 2,69 3,00 2,34 0,00 4905
6 0,96 3,85 2,57 311 2,30 i,06 - 4620
7 0,94 4,07 2,87 3,00 2,34 2,25 430

Wie ersichtlich, wird die Schnittleistung-der-in der Zahlentafel i angeführten Schnellstahllegierungen durch Zusätze von etwa 10/0 Aluminium nicht verändert; erst bei Zusätzen von etwa 21)/() Aluminium zu den Legierungen erfolgt ein starker Leistungsrückgang.

Werden diese Stähle der üblichen Zyanierungsbehandlung unterzogen, so sind im Vergleich zu aluminiumfreien Stählen höhere Oberflächenhärten sowie bei gleichen Behandlungszeiten bessere Schnittleistungen zu erzielen, wie dies durch die nachstehenden= Versuchsergebnisse der Zahlentafel 2 nachgewiesen wird. Die hierbei angegebenen Standzeiten gelten in diesem Fall für eine Schlichtbeanspruchung, wobei vergifteter Chrom-Nickel-Stahl von ioo kg/qmm Festigkeit mit einem Vorschub von 0,23 mm, einer Spantiefe von i,o mm bei einer Schnittgeschwindigkeit von 50 und 55 m/Minuten bearbeitet wurde. Die Meißel aus den Versuchsstählen wurden im Zyanbad bei 54o bis 55o° C bis zu io Stunden angelassen.

Zahlentafel 2

Standzeit

Behand- Ein- Oberflächen- in Minuten

Ver- Jungs- dring- hie Vickers bei Schniti-

suchs- Bauer im tiefe k geschwindig-

stahl Zyanbad Belastung) keit von

50 55

Stunden mm m@NÜn. m@Min.

i 0 0,000 874 3925 410

1 o,oio 966 bis 986 4240 915

2 0,030 986 bis ioo6 4935- i445

5 o,065 1072 7910 2335

10 o,o8o 1072 bis 1095 - -

2 0 0,000 857 bis 874 3840 315

1 o,oio 966 bis 986 4250 820

2 0,025 ioo6 bis 1027 5110 143o

5 o,o6o i049 bis 1072 8230 2210

io 0,075 1072 bis 1095 - -

3 0 0,000 874 3920 355

1 0,015 ioo6 4730 1150

2 0,030 ioo6 bis 1027 5945 2210

5 0,070 1171 bis 1197 9420 4400

io 0,085 1225 bis 1253 - -

5 0 0,000 857 bis 874 315) 245

1 0,020 966 3420 700

2 0,040 ioo6 4315 1235

5 o,o6o 1072 6620 2350

io o,ogo 1072 - -

6 0 0,000 857 bis 874 3240 210

1 0,020 986 bis ioo6 3640 710

2 0,040. 1072 4820 1625

5 . 0,o65 1171 7925 2940

io 0,095 12i9

Der Zahlentafel 2 ist zu entnehmen, daß auch für schlichtende Beanspruchung die Schnittleistung eines Schnellstahles mit etwa 10/0 Aluminiumzusatz gegenüber der eines alunüniumfreien Stahles unverändert bleibt. Ferner bestätigen die Versuchsergebnisse die Tatsache, daß durch die Zyanierung die Oberflächenhärte zu steigern ist. Bei den kürzeren Anlaßzeiten ist die Wirkung des Aluminiumzusatzes in bezug auf die Erhöhung der Oberflächenhärte meßbar nicht festzustellen. Der Grund hierfür wird darin zu suchen sein, daß die dünnen Schichten sich bei der Härteprüfung eindrücken. Dagegen ist bei den längeren Behandlungszeiten die größere Steigerung der Oberflächenhärte der aluminiumhaltigen Stähle gegenüber den aluminiumfreien Stählen deutlich erkennbar. Die Schnittleistung der Stähle mit etwa i o/, Al ist bei allen Behandlungszeiten merklich besser als die der aluminiumfreien Stähle oder der Stähle mit dem sehr geringen Zusatz von 0,05"/o Aluminium. Diese Verbesserung in der Schnittleistung vergrößert sich mit der Behandlungsdauer.

Durch einen Aluminiumzusatz von etwa 0,4 bis 1:,50/, zum Schnellstahl ist somit die Möglichkeit gegeben, einen Schnellstahl zu schaffen, der sich bei normalen Verwendungszwecken in gleicher Weise einsetzen läßt wie die gebräuchlichen Schnellstähle. Besonders bemerkenswert ist bei diesen aluminiumhaltigen Schnellstählen die Tatsache, daß die Oberflächenhärte und die Schnittleistung solcher Stähle bei längeren Zyanierungsbehandlungen überraschend hohe Werte erreichen. Außerdem bildet sich die Möglichkeit einer Abkürzung der langwierigen Zyanierungsbehandlung. Zyanierte Schneidwerkzeuge aus solchen Stahllegierungen haben aus diesen Gründen u. a. besonders günstige Haltbarkeit. Es ist deshalb vorteilhaft, zyanierte Schneidwerkzeuge aus Stahllegierungen herzustellen, die etwa o,5 bis 1,5 °/° Kohlenstoff, 0,5 bis 12 °/° Chrom, i bis 22 °/° Wolfram, o bis 1o °/° Molybdän, 0,5 bis 5 °/° Vanadium, 0,4 bis 1,5%, insbesondere o,7 bis 1,2% Aluminium und als Rest -Eisen mit oder ohne übliche Verunreinigungen enthalten. Eine Verbesserung der Eigenschaften dieser Legierungen läßt sich noch dadurch erreichen, ds;ß man ihnen bis zu etwa 3 °/° Titan, Tantal, Niob, Uran, Nickel, Mangan, einzeln oder zu mehreren, und gegebenenfalls bis zu etwa 2o °/° Kobalt zusetzt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Zyanierte Schneidwerkzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Schnellarbeitsstählen hergestellt sind, die 0,4 bis 1,5 °/°, insbesondere o,7 bis 1,20/, Aluminium enthalten.
2. Schneidwerkzeuge nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Schnellarbeitsstählen hergestellt sind, die etwa 0,5 bis 1,50/, Kohlenstoff, 0,5 bis 120/, Chrom, i bis 2,201, Wolfram, o bis 1o °/° Molybdän, 0,5 bis 5 °/° Vanadin, 0,4 bis 1,5 °/°, insbesondere 0,7 bis 1,2 °/° Aluminium, Rest Eisen mit oder ohne übliche Verunreinigungen enthalten.
3. Zyanierte Schneidwerkzeuge nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stähle zusätzlich noch bis zu etwa 3 °/° Titan, Tantal, Niob, Uran, Nickel, Mangan, einzeln oder zu mehreren, enthalten.
4. Zyanierte Schneidwerkzeuge nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stähle noch bis zu etwa 2o °/° Kobalt enthalten.