DE975792C

DE975792C - Warmarbeitswerkzeuge und Schneidwerkzeuge

Info

Publication number: DE975792C
Application number: DEK6249D
Authority: DE
Inventors: Hans Dr-Ing Habil Schrader
Original assignee: August Thyssen Huette AG
Current assignee: Thyssen AG
Priority date: 1944-07-11
Filing date: 1944-07-11
Publication date: 1962-09-13

Description

Es ist schon vorgeschlagen worden, wolfram- und molybdänhaltigen Schnellarbeitsstählen Aluminium zum Zwecke der Verbesserung der Nitrierfähigkeit zuzusetzen, wodurch bei gleicher Behandlung im Vergleich zu aluminiumfreien Schnellarbeitsstählen entsprechender Zusammensetzung die Schneidleistung im nitrierten Zustand gesteigert wird. Es sind ferner bereits chromreiche Schnellarbeitsstähle mit etwa I2^fl/o Chrom nitriert worden, ohne daß es jedoch gelungen wäre, hiermit an die Leistungsfähigkeit wolfram- und molybdänhaltiger Schnellarbeitsstähle heranzukommen. Nach einem anderen bekannten Vorschlag soll die Nitrierschicht gebräuchlicher Nitrierstähle für Schneidzwecke ausgenutzt werden.

Es hat sich nun überraschenderweise herausgestellt, daß es gelingt, bei Stählen, die weder Wolfram noch Molybdän enthalten, eine Nitrierschicht zu erzeugen, die in ihrer Schneidfähigkeit der Schnitthaltigkeit von Schnellarbeitsstählen der gebräuchlichen Zusammensetzung gleichkommt oder sogar deren Leistungsfähigkeit im nitrierten Zustand ziemlich nahekommt. Es handelt sich hierbei um Stahllegierungen, die neben Eisen und den üblichen Verunreinigungen 0,7 bis 1,5 °/o, insbesondere 0,8 bis 1,3% Kohlenstoff, 1 bis 6°/», insbesondere 3 bis 5% Chrom, 1 bis 6%, insbesondere 2,5 bis 4% Vanadin, 0,5 bis 2%, insbesondere 0,8 bis 1,2% Aluminium enthalten. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung können die Stahllegierungen neben Nickel in den durch Schrottverunreinigungen eingebrachten üblichen Gehalten zusätzlich 0,2 bis 0,90/0 Wolfram, 0,2 bis 0,9% Molybdän sowie 0,4 bis 1% Silizium, 0,1 bis 0,9% Mangan,

ο,ι bis 3% Titan, ο,ΐ bis ^Vo Tantal, o,i bis 3% Niob einzeln oder zu mehreren enthalten.

Stähle dieser Zusammensetzung haben an sich keine den üblichen Schnellarbeitsstählen gleichwertige Rotgluthärte und Schnitthaltigkeit, sind aber so anlaßbeständig, daß die für die Nitrierung erforderliche Erwärmung auf Temperaturen von 500 bis 550⁰ C ertragen wird, ohne daß die Härte unzulässig abfällt. Eine solche Anlaßbeständigkeit und hohe Kernhärte sind aber eine wesentliche Voraussetzung für die Haltbarkeit bei Schnittbeanspruchungen, da z. B. normale Chrom-Aluminium-Nitrierstähle nach der Nitrierung bei weitem nicht in der Lage sind, ähnliche Schnittleistungen aufzubringen. Die hohe Schnitthaltigkeit der gemäß der Erfindung zu verwendenden Legierungen wird nur in der harten Nitrierschicht erreicht. Die Erzeugung der Nitrierschicht erfolgt dabei in an sich bekannter Weise durch Badnitrierung in Zyanbädern oder durch kurzzeitige Gasnitrierung in Ammoniak. Nitrierte Schneidwerkzeuge aus solchen Stählen sind in erster Linie' da einsetzbar, wo bei schlichtender Zerspanung und überwiegend durch Reibung verursachtem Verschleiß die Schneidkanten des Schneidwerkzeuges hauptsächlich oberflächig beansprucht werden und kein allseitiges Nachschleifen erforderlich ist, wie dies beispielsweise bei Gewindefräsern, Schneideisen und zum Teil auch bei Bohrern der Fall ist. Falls jedoch ein solches Nachschleifen unumgänglich notwendig ist, kann die Nitrierschicht durch Wiederholung der Nitrierbehandlung nach dem Schleifen beliebig oft wiederhergestellt werden. Damit ist die Möglichkeit gegeben, bei allen Verwendungszwecken mit vorwiegend durch Reibung verursachtem Verschleiß, zum mindesten aber dort, wo sich eine Zyanidbehandlung der Werkzeuge bisher als brauchbar erwiesen hat, die wolfram- und molybdänhaltigen Schnellarbeitsstähle durch Stähle zu ersetzen, die die schwer beschaffbaren Metalle Wolfram und Molybdän entweder überhaupt nicht oder nur in ganz geringen Mengen enthalten. Die vielfach angestrebte, aber bisher noch nicht verwirklichte vollständige Einsparung dieser Legierungsmetalle bei Werkzeugen mit schnellarbeitsstahlartiger Leistungsfähigkeit ist somit zum mindesten für einen Teil der Verwendungsgebiete des Schnellarbeitsstahls gelungen, was zweifellos von großer technischer und wirtschaftlicher Bedeutung ist. Belegt wird diese Tatsache durch die in der Zahlentafel 1 angegebenen Versuchsergebnisse. Die chemische Zusammensetzung der untersuchten Stähle geht aus Zahlentafel 2 hervor.

Zahlentafel 1

Versuchsstahl

Behandlung Oberflächenhärte
Vickers (5 kg)

Kernhärte
Rockwell C

Standzeit in Minuten

bei Schnittbedingungen

a I b I c

A. normal gehärtet und angelassen

B. wie bei A., dann 1 Stunde badnitriert

C. wie bei A., dann 3 Stunden badnitriert

A. normal gehärtet und angelassen

B. wie bei A., dann 1 Stunde badnitriert

C. wie bei A., dann 3 Stunden badnitriert

A. normal gehärtet und angelassen

B. wie bei A., dann 1 Stunde badnitriert

C. wie bei A., dann 3 Stunden badnitriert

A. normal gehärtet und angelassen

B. wie bei A., dann 1 Stunde badnitriert

C. wie bei A., dann 3 Stunden badnitriert

A. normal gehärtet und angelassen

B. wie bei A., dann I Stunde badnitriert

C. wie bei A., dann 3 Stunden badnitriert

6 vergütet, dann 3 Stunden badnitriert vergütet, dann 24 Stunden gasnitriert

7 normal gehärtet, nach dem Härten

3 Stunden badnitriert

normal gehärtet

nach dem Härten 3 Stunden badnitriert

Unter Schnittbedingung a ist in der Zahlentafel 1 die Bearbeitung eines Stahls von einer Festigkeit VQn So· kg/mm² unter Anwendung einer Schnittgeschwindigkeit von 70 m/Min., eines Vorschubs von 0,1 mm/Umdrehung und einer Spantiefe von 0,5 mm, unter -Schnittbedingung b die Bearbeitung 840 bis 855

985 bis 1005

1016 bis 1027

840 bis 855

965 bis 975

1005 bis 1027

840 bis 855
1005 bis 1016
1039 bis 1058

855 bis 873

975 bis 985

1027

840 bis 855

965 bis 985

1027 bis 1039

1005 bis 1027
1095 bis 1120

910 bis 928
985 bis 1005

946
985

64 bis 65
64 bis 65
64 bis 65

64 bis 65

64 bis 65
64 bis 65
64 bis 65

64 bis 65
64 bis 65

64 bis 65

34 bis 35
34 bis 35

48 bis 50

65 bis 66
58 bis 60

₂25	3IO
27³⁰	I9⁵⁰
46«	34⁴⁵
j 40	j 50
22²⁰	_I450
38¹⁰	23ΟΟ
₂10	₂45
25⁴⁰	l6⁵⁰
₄₃40	27Ο5
36OO	34²⁵
55⁴"	₃₇4o
69^s5	49³O
29²⁰	29³⁰
49³O	29⁵⁰
66²⁰	4110
I2°°	710
_I3io	750
j 50	_χ50
17*0	II³⁰
4IO	2³³
I9IO	IS²³

c50

_3Iio

310

22⁰⁰

3S⁴⁰

28⁴⁵ ₄₅30

51²⁰ 62³O 90«

46°°

8735

II⁵⁰ IO³⁰

_O40 _I515

eines Stahls von einer Festigkeit von 100 kg/mm² unter Anwendung einer Schnittgeschwindigkeit von 55 m/Min., eines Vorschubs von 0,1 mm/Umdrehung und einer Spantiefe von 0,5 mm und unter Schnittbedingung c die Bearbeitung eines Stahls von einer Festigkeit von 100 kg/mm² unter

Anwendung einer Schnittgeschwindigkeit von 45 m/Min., eines Vorschubs von 0,23 mm/Umdrehung und einer Spantiefe von 1,0 mm zu verstehen.

Zahlentafel 2

Versuchsstahl	«/0 C	%Si	. VoCr	°/oV	"VoAl	VoW	VoMo
I	1,25		4,51	3,46	1,08
2	1,25		4,3O	3,45
3	0,83		4,35	2,96	1,18
4	0,94		3,92	2,91		2,50	2,40
5	0,95		3,58	2,88		1,59	2,45
6	0,32		1,28		1,06
7	0,97	1,36	0,99
8	2,02		11,8			0,65

Den Versuchen sind also zwei gemäß der Erfindung zu verwendende Chrom-Vanadin-Aluminium-Stähle (Versuchsstähle 1 und 3), ein entsprechender aluminiumfreier Stahl (Versuchsstahl 2), zwei gebräuchliche wolfram- und molybdänhaltige Schnellarbeitsstähle (Versuchsstähle 4 und 5), ein Nitrierstahl üblicher Zusammensetzung (Versuchsstahl 6), ein für Bohrer gebräuchlicher Chrom- Silizium-Stahl (Versuchsstahl 7) und ein hochchromhaltiger Werkzeugstahl (Versuchsstahl 8) zugrunde gelegt worden, wobei sowohl die Schnitthaltigkeit der Grundwerkstoffe als auch die der Nitrierschichten berücksichtigt worden ist.

Aus den Versuchsergebnissen geht hervor, daß die der Erfindung zugrunde liegenden Stähle (Versuchsstähle ι und 3) auch nach der — bei 550⁰ C durchgeführten — Badnitrierung eine große Kernhärte, nämlich eine solche von 64 bis 65 Rockwell C behalten. Nach der kurzen Badnitrierung von einer Stunde erscheint unter den vorliegenden Schnittbedingungen trotz erheblichen Schnittleistungsanstieges gegenüber dem Kernwerkstoff die Schnitthaltigkeit gegenüber dem Kernwerkstoff der Vergleichsstähle 4 und 5 noch unterlegen. Bei einer längeren Nitrierung von z. B. 3 Stunden wird aber bei Versuchsstahl 1 bereits eine Schnitthaltigkeit erzielt, die die des Grundwerkstoffs des heute üblichen Schnellarbeitsstahls (Versuchsstahl 5) übertrifft und sogar der des Grundwerkstoffs des Schnellarbeitsstahls mit dem höheren Wolframgehalt (Versuchsstahl 4) gleichkommt. Für diese Schnellarbeitsstähle ist eine einstündige Nitrierung üblich. Mit den erfindungsgemäß vorgeschlagenen Stählen (Versuchsstähle 1 und 3) wird die Schnittleistung der Nitrierschicht des in der üblichen Weise nitrierten heute gebräuchlichen Schnellarbeitsstahls (Versuchsstahl 5) so weit erreicht, daß nur eine geringe Differenz verbleibt. Der im Kohlenstoff- und Vanadingehalt gegenüber dem Versuchsstahl 1 etwas abgesenkte Versuchsstahl 3 sinkt in seinen Leistungszahlen geringfügig ab, wobei jedoch zu beachten ist, daß seine Schnitthaltigkeit im nitrierten Zustand doch sehr beacht-Hch ist. Der Versuchsstahl 2 zeigt, daß der Aluminiumzusatz bei den gemäß der Erfindung zu verwendenden Stählen von wesentlichem Einfluß ist, da seine Schnitthaltigkeit gegenüber den Vefsuchsstählen 1 und 3 erheblich zurückbleibt. Ebenso werden die Versuchsstähle 6 (Nitrierstahl), 7 (Chrom-Silizium-Stahl) und 8 (hochchromhaltiger Werkzeugstahl) von den erfmdungsgemäß vorgeschlagenen Stählen erheblich übertroffen, auch wenn bei ihnen eine Badnitrierung angewandt wird, die für diese Stähle mit einem Abfall der Kernfestigkeit verbunden ist.

Bei Warmarbeitswerkzeugen, z. B. Preßstempeln, Spritzgußformen, können ähnliche Verhältnisse hinsichtlich des Obernächenverschleißwiderstandes und der Unterstützung durch einen harten und hoch anlaßbeständigen Kern auftreten wie bei schneidenden Werkzeugen, weshalb auch für solche Werkzeuge die vorgeschlagenen Legierungen im nitrierten Zustand mit Erfolg zum Einsatz zu bringen sind und ähnliche Vorzüge entwickeln wie bei Schneidwerkzeugen. Hinzu kommt, daß sie wegen des geringen Legierungsgehaltes und fehlenden Wolframzusatzes weniger gegen Spannungsrisse empfindlich sind.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Warmarbeitswerkzeuge und Schneidwerkzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Stahllegierungen bestehen, die neben Eisen und den üblichen Verunreinigungen 0,7 bis 1,5%, insbesondere 0,8 bis 1,3⁰Zo Kohlenstoff, 1 bis 6%, insbesondere 3 bis 5% Chrom, 1 bis 6%, insbesondere 2,5 bis 4°/o Vanadin, 0,5 bis 2⁰/», insbesondere 0,8 bis i,2%Aluminium enthalten und nitriert sind.

2. Warmarbeitswerkzeuge und Schneidwerkzeuge nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahllegierungen neben Nickel in den durch Schrottverunreinigungen eingebrachten üblichen Gehalten noch 0,2 bis 0,9%> Wolfram, 0,2 bis 0,9% Molybdän sowie 0,4 bis 1 % Silizium, 0,1 bis 0,9% Mangan, 0,1 bis 3% Titan, 0,1 bis 3^β/ο Tantal, 0,1 bis 3 Vo Niob einzeln oder zu mehreren enthalten.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 728 391.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsche Patente Nr. 898 152, 900 466.