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Verfahren zur Erhöhung der Endhärte beim Herstellen von Schneidwerkzeugen
aus korrosionsbeständigem Bandstahl Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung
der Endhürte beim Herstellen von Schneidwerkzeugen aus korrosionsbeständigem Bandstahl
von einer Dicke bis zu 0,5 mm. Korrosionsbeständige Stähle mit verhältnismäßig
hohem Chromgehalt weisen meistens nur einen Kohlenstoffgehalt bis zu etwa o,5 oder
0,6% auf. Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird jedoch von einer an sich ebenfalls
bekannten verhältnismäßig kohlenstoffreichen Stahllegierung der Zusammensetzung
o,9 bis i,25 % Kohlenstoff, 13 bis i 5 % Chrom, Rest Eisen, gegebenenfalls mit geringen
Verunreinigungen an Sc'hwefe'l, Phosphor und Stickstoff sowie Gehalten an Mangan,
Silicium, Molybdän, Wolfram, Antimon, Kobalt, Nickel, Aluminium und Titan in der
Summe bis zu 5% ausgegangen.
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Es ist bereits bekannt, daß bei Stahllegierungen mit 12 bis 14% Chrom
und 0,5 biss i % Kohlenstoff bei Steigerung der Ablöschtemperatur z. B. auf iioo°
und entsprechender Auflösung der Chromkarbide die Martensitumwanälung unter Raumtemperatur
absinkt und steigender Chrom- und Kohlenstoffgehalt im Aus,tenit die Martensitumwandlung
zu tieferen Temperaturen verschiebt.
Ferner sind Härteversuche unter
Anwendung einer Tiefkühlung bei Werkzeugen aus Stählen mit etwa i "/o Kohlenstoff
und etwa 5 % Chrom beschrieben worden, bei denen Härtungstemperaturen von etwa 90o
bis f ooo° mit anschließender Ab-
schreckung in Luft und mehrfacher nachfolgender
Tiefkühlung bei -75° angewandt wurden, worauf in einem Temperaturbereich von etwa
95 bis 50o° angelassen wurde. Es war jedoch unmöglich, eine genaue Regel anzugeben,
und es wurde nur allgemein festgestellt, daß je höher der Kohlenstoff= und, Legierungsgehalt
und je höher die Härtetemperatur war, desto größer die Tendenz zur Beibehaltung
des Austenitzustandes war. Die Umwandlung des Rest-Austenites in Martensit wurde
vor allem durch Anlassen unter verschiedenen Bedingungen versucht, aber hierbei
mußten 'häufig so hohe Temperaturen angewandt werden; daß die Härte des Martensits
verlorenging und eine Umwandlung des Austeni.ts in den weicheren Bainit auftrat.
Empfohlen wurde als Ergebnis dieser Versuche ein wiederholtes Anlassen in siedendem
Wasser mit einer Tiefkühlung auf etwa -75°.
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Ferner ist es bekannt, bei .der Herstellung von Messerschmiedewaren
aus nichtrostendem Stahl dien Klingenrohling von einer Temperatur zwischen ifoo
und i2oo° abzuschrecken, im auste:nitischen Zustand auf Fertigmaß zu bearbeiten
und zur Steigerung der Schneidhaltigkeit in einer die Martensitbildung fördernden
Kältemischung von beispielsweise -5o bis -70° zu `härten. Wesentlich ist hierbei
die Möglichkeit, den im austenitischen Zustand, also relativ weichen Zustand, befindlichen
Rohling, z. B. Messer, Scherenschenkel od. dgl., mechanisch bearbeiten und prägen
zu können. Durch dieses Anhalten dies Stahles auf Raumtemperatur wird jedoch der
austenitische Zustand stabilisiert, und da außerdem der offenbar nicht besonders
kohlen.stoffrei,che Chromstahl zuvor ungewöhnlich hoch erhitzt wurde, ist sein Auisten.itanteil
auch nach der Tiefkühlung relativ hoch. Die Umwandlung in Martensit während der
in beträchtlichem zeitlichem Abstand folgenden Tiefkühlung ist nur begrenzt, und
die fertigen Messerschmiedwaren besitzen nur eine Härte von etwa 60o bis 65o Viclcers.
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Die Erfindung hat demgegenüber ein Härteverfahren für Bandstahl der
obenerwähnten Zusammensetzung zum Gegenstand, das in ununterbrochenem, kontinuierlich
verlaufendem Arbeitsgang durchgeführt wird, und es beruht auf der Erkenntnis, daß
das Abschrecken von einer Erhitz.ungstemperatur aus zu erfolgen hat, die unter Berücksichtigung
der praktisch unmittelbar anschließenden Tiefkühlung um einen bestimmten Betrag
höher liegen muß, als wenn derselbe Stahl von o,9 bis i,25 % Kohlenstoff, 13 bis
15 % Chrom, Rest Eisen und gegebenenfalls den erwähnten geringen Verunreinigungen
ohne Anwendung einer Tiefkühlung durch normale Abschreckung auf möglichst hohe Härte
gebracht werden soll. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung erfolgt das Abschrecken
von einer Temperatur aus, die mit i oho bis i 12o° C um 2o bis 50° C höher liegt
als die entsprechenden normalen Abschrecktemperaturen zwischen 1025 und 107o° C.
Vorzugsweise wird dieses Verfahren so durchgeführt, daß das Stahlband nach dem Erhitzen
auf die Abschrecktemperatur und vor der Tiefkühlung durch Kühlelemente auf Raumtemperatur
vorgekühlt wird. Dies ,hat den Vorteil, daß für den Hauptteil der Temperatursenkung
beim Abschrecken ein billiges Kühlmittel, wie Wasser, verwendet werden kann, der
Verbrauch an dem teuren Kältemittel, z. B. festem Kohlendioxyd, also auf diie Tiefkühlung
selbst beschränkt bleibt. An die Vorkühlung auf Raumtemperatur schließt sich jedoch
ohne Unterbrechung die erwähnte Tiefkühlung auf unter -25°, vorzugsweise unter -50
bis zu -8o° C.
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Durch die Erfindung werden die bisher bestehenden erheblichen Schwierigkeiten
überwunden, in der industriellen Erzeugung sehr dünner Schneidwerkzeuge, wie Rasierklingen,
aus korrosionsbeständigen Stählen mit o,9 bis 1,25 % Kohlenstoff und 13 bis i5o/o
Chrom Schneidkanten zu erhalten, die in ihrer-Güte denjenigen entsprechen, wie sie
bei Verwendung von gewöhnlichem Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt in .der Massenerzeugung
erzielbar sind. Gemäß dier Erfindung ist es möglich, diesen korrosionsbeständigen
Bandstählen die gewünschte Härte -ohne nachteilige Zunahme der Sprödigkeit zu verleihen
und feinere und dauerhaftere Schneidklingen bei Rasierklingen und ähnlichen Sohneidwerkzeugen
mit derart feinen Schneidkanten zu erzielen als nach den bisher angewandten Methoden.
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Wenn bisher korrosionsbeständige Stähle mit annähernd i % Kohlenstoff
und 14% Chromgehalt für Rasierklingen durch Erhitzen auf die normale Absehrecktemperaturen
zwischen 1025 und 107o° C während des fortlaufenden Durchganges durch den Erhitzungsofen
und Kühlung auf Raumtemperatur während des Durchganges .durch Kühlblöcke gehärtet
wurden, betrug die größte erreichte Härte 770, gewöhnlich jedoch nur
750 Vickerseinheiten. Gemäß der Erfindung kann aber demselben Stahl ohne
Schwierigkeit eine Härte von mehr als 80o Vickerseinheiten verliehen werden.
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Die anfängliche Erhitzung kann in irgendeinem passenden Ofen durchgeführt
und der Ofen in Übereinstimmung mit dem zu behandelnden Gegenstand. gewählt werden.
Wenn nötig, kann der Stahl in einer Schutzatmosphäre von Ammoniak oder einem anderen
bekannten Schutzgemisch erhitzt werden, das in der Lage ist, dem Stahl seine glänzende
Oberfläche zu erhalten.
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Die Temperatur, auf welche der Stahl gemäß der vorliegenden Erfindung
gebracht werden soll, hängt natürlich unter anderem von der besonderen Zusammensetzung
des Stahles innerhalb der vorerwähnten Grenzen ab und liegt zwischen io6o und li2o°
C: Eine Zusammensetzung von korrosionsbeständigem Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt,
die für die Erzeugung von Rasierklingen und Geräten mit ebenso feinen Schneidkänten
geeignet ist, enthält 0,9o- bis 1,25°/o Kohlenstoff,
13 bis 15'1o
Chrom, ungefähr ',25% Silicium und o,5o bis i,io% Mangan. Vorzugsweise soll mit
Temperaturen zwischen logo und ii2o° C gearbeitet werden.
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Wenn der Stahl während des fortlaufenden Durchganges durch den Ofen
auf die angemessene Temperatur erhitzt ist, ist es zweckmäßig, ihn vorerst in Öl,
zwischen wassergekühlten Metallblöcken oder in Luft auf Raumtemperatur abzukühlen,
dann wird unmittelbar anschließend die Tiefkühlung bewirkt, zweckmäßig durch Eintauchen
des Stahles in eine Flüssigkeit mit niedrigem Gefrierpunkt, deren Temperatur mittels
festen Koh.lendioxydes oder durch eine Kühlanlage vermindert wurde. Der Stahl braucht
nur so lange auf der niedrigen Temperatur gehalten zu werden, bis das ganze behandelte
Stahlband mit Sicherheit die niedrige Temperatur angenommen hat. Diese bewirkt eine
Zunahme der Härte, doch wird die größte erreichbare Härte erst erzielt, nachdem
die abschließende Erhöhung der Temperatur genügend, lange zur Einwirkung gekommen
ist.
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In der dritten Stufe .ist bekanntlich die Zeitdauer, während welcher
die Temperatur aufrechterhalten werden muß, wesentlich, da die Härte ihr Maximum
je nach der gewählten Temperatur in verschieden langen Zeiten erreicht.
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Es ist klar, daß bei der Bestimmung der Härte von relativ dünnem Metall
durch den Vickers-Härteprüfer besondere Vorsichtsmaßnahmen beobachtet werden müssen,
sowohl wegen der geringen Dicke des. Stahles als auch wegen anderer Faktoren, welche
die Prüfungsergebnisse beträchtlich beeinflussen können. Alle Hinweise auf die Härte
beziehen sich auf Härten, die durch die Vickersmet'hode bei einer niedrigen Last
von iooo g für Prüfstücke von weniger als o,1 mm Dicke und von 2ooo g bei Dicken
von o, i bis o,5 mm bestimmt werden. Die Eindrücke werden direkt auf der Oberfläche
des Streifens nach vorsichtigem Schleifen und. Polieren angebracht. Die Diagonalmessungen
werden unter Verwendung des Vic'kers-Armstrong-Okularschraubenmikrometers, wie dies
in »Die Härte von Metallen und deren Messung« von H. O'Neill, London, 1934, S.257,
beschrieben ist, mit einem Ölimmersionsobjekt von ungefähr 2 mm Brennweite vorgenommen
und die Versuche gemäß dem in einer Abhandlung von E. Börje B o r g s m a n in der
Zeitschrift » Jernkontorets Annaler«, 1945, Bd. 129, Nr. 1o, S. 577 ff., beschriebenen
Verfahren durchgeführt. Ferner ist es klar, daß bei jeder Bezugnahme auf einen Härtewert,
der einer bestimmten Härtungstemperatur entspricht, wenn nicht anders angegeben,
der Durchschnittshärtewert gemeint ist, der an einer ausreichenden Anzahl von Probestücken
bestimmt wurde, um die zwischen den einzelnen Probestücken derselben Stahlsorte
bestehenden unvermeidlichen Abweichungen auszuschalten. So ist es z. B. notwendig,
den Mittelwert von fünfzig oder mehr Einzelversuchen zu bestimmen.
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Allgemein konnte festgestellt werden, daß bei einem Stahl, der gemäß
.dem Verfahren nach der Erfindung behandelt wird, die Zunahme der Härte von einer
Zunahme der Korrosionsbeständigkeit begleitet ist.
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Im nachstehenden soll der Erfindungsgegenstand an Hand eines Beispieles
näher erläutert werden. Beispiel Das. Material besteht aus kalt gewalztem, korrosionsbeständigem
Bandstahl von
0,13 bi# o,5 mm Dicke mit einer Normalhärtungstemperatur von
1o75° C und neben Eisen und den üblichen Verunreinigungen folgender Zusammensetzung:
| Kohlenstoff . .. .. .. . ungefähr 1,o '/o |
| Silicium . . . . . . . . . . . ungefähr 0,25% |
| Mangan . .......... . ungefähr 1,o '/o |
| Chrom ............. ungefähr 14,0 0/0 |
Nachdem das Stahlband in üblicher Weise perforiert worden ist, wird es während des
Durchganges durch den Ofen auf eine Temperatur von 1100' C erhitzt. Der Ofen enthält
zweckmäßig eine entsprechende Schutzatmosphäre, z. B. von Ammoniak, die das Stahlband
befähigt, seine glänzende Oberfläche zu bewahren. Wenn das Stahlband aus dem Ofen
(herauskommt, wird es zwischen wassergekühlten Blöcken hindurchgeführt, welche zum
Ab'kü'hlen des Bandes auf Raumtemperatur dienen. Das Band wird dann durch denaturierten
Spiritus geführt, dessen Temperatur mittels festen Kohlendioxyds auf eine Temperatur
von -65 bis -75 ° C erniedrigt wurde.
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Das Stahlband wird dann 1 Stunde lang in einem Luftofen einer leichten
Wiedererhitzung auf eine Temperatur von ungefähr 11o° C ausgesetzt, um die gewünschte
Härte zu erhalten. Ein auf diesem Wege erzeugtes Band. hat eine Härte von 82o Vickerseinheiten
oder ungefähr So Vickerseinheiten mehr als ein Stahl, der nach den bekannten Methoden
der Erhitzung auf normale Härtungstemperatur und nachheriger Kühlung auf Raumtemperatur
erhalten wird. Nach diesem Wiedererwärmungsvorgang werden die Stahlbänder geschichtet,
und zwar in Spulenform gewickelt, wobei es sich empfiehlt, eine Anzahl solcher Spulen
gleichzeitig zu erwärmen. Danach werden die Streifen in üblicher Weise geätzt, geschliffen
und gehont oder geschliffen, gehont und abgezogen und getrennt.