NL8002572A - Poeder-metallurgisch vanadium-bevattend sneldraaistaal van het wolfraamtype. - Google Patents

Description

4 793552/vdV/hh Λ.

Korte aanduiding: Poeder-metallurgisch vanadium-bevattend sneldraai- staal van het wolfraamtype.

De uitvinding heeft betrekking op een poeder-metallurgisch vervaardigd, vanadium-bevattend sneldraaistaal van het wolfraamtype dat bij hoge temperatuur gehard wordt.

Voor het snelfrezen, waarbij grote hardheid en slijtvast-5 heid bij hoge temperaturen vereist zijn, is het kobaltgehalte van het.staal gewoonlijk hoog en bedraagt in dit geval meer in het bijzonder 5 tot 12$. Voor de slijtvastheid wordt ook vanadium toegevoegd, meestal ongeveer 1 tot 5%. Vanadiumcarbide levert de gewenste slijt-vastheid, zelfs bij extreem hoge temperaturen, terwijl kobalt bij 10 deze extreem hoge temperaturen ook aanzienlijk tot de hardheid bijdraagt.

Kobalt, dat een naar verhouding duur legeringstoevoegsel is, is de laatste tijd meer dan vijfmaal duurder geworden waardoor de prijs yan sneldraaistaal met een hoog kobaltgehalte voor.hoge 15 temperaturen aanzienlijk gestegen is.

De uitvinding beoogt nu in de eerste plaats een poeder-metallurgisch vervaardigd sneldraaistaal te verschaffen dat geen, of naar verhouding weinig kobalt bevat en dat zich bij zeer hoge temperaturen onderscheidt door een hardheid en slijtvastheid die 20 gelijk is aan of beter is dan die van de bekende legeringen met de gebruikelijke hoeveelheden van bijvoorbeeld 5 tot 8% kobalt.

De uitvinding zal nu aan de hand van de voorbeelden en de »4 tekening nader worden toegelicht, In de tekening is: fig. 1 de hardheid bij hoge temperaturen van het staal 25 volgens de uitvinding vergeleken met die van een bekend 5 tot 8% kobalt-bevattend staal? fig. 2 een grafiek die de uitwerking van de verschillende wolfraamequivalenten op de hardheid toont; fig. 3 een grafiek die de invloed van het koolstofgehalte op de hardheid bij verschillende wolfraamequivalenten toont? en 800 2 5 72

V

* - 2 - fig. 4 een grafiek die de hardheid van een legering met een naar verhouding laag vanadiumgehalte (1$ V), maar met het wolfraamequivalent volgens de onderhavige uitvinding toontj*

Men heeft volgens de onderhavige uitvinding vdstgesteld 5 dat door verhoging van "het wolfraamequivalent" van ongeveer 1 tot 6% vanadium bevattend sneldraaistaal tot een hoger dan normaal niveau het mogelijk is ook bij hoge temperaturen een hardheid te verkrijgen die in den regel kenmerkend is voor overeenkomstige nominaal 5 tot 8% kobalt bevattende legeringen. De hardheid bij hoge 10 temperaturen van het staal volgens de uitvinding is in fig. 1 weergegeven, waarin de hardheid bij hoge temperaturen met die van een in de handel verkrijgbaar 5 tot8# kobaltbevattend zeer snel draaiend gereedschapstaal (CPM T15 resp. CPM M42) vergeleken wordt. De hard-heidmetingen bij hoge temperaturen werden uitgevoerd met een 15Rockwell-hardheidtester die voor het gebruik bij hoge temperaturen was aangepast.door toevoeging van een oven met.een inerte atmosfeer en van een verlengde, van een diamantpunt voorziene; kerver. De oven is op een dwarsslede geplaatst waarmee de hardheidsinkervingen op 20 het monster precies kunnen worden gelokaliseerd. Een uitwendige registrerende inrichting geeft de plaatsen van de eerdere kervingen op het monster op registraiiepapier aan om het overlappen van de verschillende inkervingen te vermijden. De proeftemperatuur wordt gemeten met een op het monsteroppervlak door puntlossen bevestigde 25 thermokoppel. De hardheid van het monster wordt bij kamertemperatuur met de verlengde kerver in het samenstelsel voor hoge temperatuur gemeten en met de geregistreerde hardheid van hetzelfde monster onder toepassing van een normale proefopstelling in een andere hardheid-meetinrichting vergeleken. Als de aflezingen op de beide proefinrich-30 tingen 0,5 HCR aangeven, wordt de oven ingeschakeld en het monster op de laagst aangegeven hoge temperatuur verhit. Het monster wordt bij deze temperatuur 15 minuten ondergedompeld en de hardheid vijfmaal gemeten, waarna men het monster op de volgende gewenste proef- 800 25 72 f - 3 - -i temperatuur verhit en de werkwijze herhaalt. Uit de verkregen in fig. 1 aangegeven gemiddelde HRC-aflezingen van het staal volgens de uitvinding en het in de handel verkrijgbare 5 tot 8% kobalt-bevattende staal blijkt dat alle drie staalsoorten bij hoge tempera-5 turen gewenst zijn, kan eventueel kobalt tot een maxiumum van 3% worden toegevoegd, Verder kan de sterkte verbeterd worden door toevoeging van koolstof aan de matrix tot een hoeveelheid die boven de met vanadium gecombineerde hoeveelheid ligt. Hoewel het gebruik van wolfram en/of molybdeen in sneldraaistaal bekend is, was hèt doel 10 daarvan de combinatie met de aanwezige koolstof onder vorming van carbiden van deze elementen. Aan de andere kant oefent kobalt op de legering invloed uit, in het bijzonder op de hardheid bij hoge '4 *4 *4 temperatuur, a.w.z. de hete of roodgloeiende hardheid, door middel van een daarvan afwijkend mechanisme. Hoewel zoals bekend zowel 15 wolfraam en/of molybdeen en kobalt in sneldraaistaal gebruikt worden, heeft men tot nu toe niet ingezien dat wolfraam en/of molybdeen door kobalt kunnen worden vervangen onder vorming van sneldraaistaal met roodgloeiende hardheid.

20 Volgens de uitvinding bedraagt de ruim genomen samenstel ling in gewichtsprocenten: koolstof minimaal 0,6 + 0,20 maal het percentage vanadium en maximaal 1,2 + 0,2 maal het percentage vanadium, mangaan maximaal 1,25, silicium maximaal 1/25, chroom 3 tot 5, wolfraamequivalent 22 tot 29, bij voorkeur 24 tot 27, vanadium onge- tot 25 veer 0,8 tot 6 en de rest/100% ijzer. De samenstelling waaraan de voorkeur wordt gegeven bedraagt in gew.fc koolstof minimaal 0,6 + 0,2 maal het percentage vanadium en maximaal 1,2 + 0,2 maal het percentage vanadium, mangaan mpximaal 1,25, silicium maximaal 1,25, chroom 3 tot 5, wolfraamequivalent 22 tot 29, bij voorkeur 24 tot 27, 30 vanadium 3 tot 6 en de rest ijzer. De legeringen volgens de uitvinding kunnen bij austenietvorming en driemaal ontlaten een hardheid bereiken van tenminste 67 R .-Bovendien kan koper tot een gehalte van c 3% en columbium tot 4% worden toegevoegd, waarbij het totaal van 800 25 72 't t - 4 - vanadium en columbium niet boven 6% stijgt. Als columbium dan de legering wordt toegevoegd, bedraagt de koolstofrestfaktor 0,13 maal het percentage columbium.

Als kenmerkendevoorbeeld en ter toelichting van de onder-5 havige uitvinding werden de in tabel A genoemde samenstellingen vervaardigd en op de in tabel A aangegeven wijze op hardheid onderzocht.

Hoewel het staal volgens de uitvinding na austenietvorming en driemaal aflaten bij 552°C een hardheid bereikt van tenminste 67R , spreekt het vanzelf dat ook andere warmtebehandelingen op het c 10 staal kunnen worden toegepast.

De uitdrukking "wolfraamequivalent" in de beschrijving heeft betrekking op het wolfraamgehalte plus tweemaal het molybdeen- * gehalte, waarbij de door wolfraam veroorzaakte werking door de helft van deze hoeveelheid molybdeen verdubbeld wordt. Het matrix-koolstof-15 gehalte is het percentage koolstof dat boven de hoeveelheid ligt die nodig is met vanadium en columbium en andere primaire carbidevormen-de elementen te reageren onder vorming van carbiden. Hiervoor moet de legering per procent vanadium ongeveer 0,2# koolstof bevatten, waar-, uit volgt dat het koolstofgehalte minimaal 0,6#C +0,2 maal het 20percentage vanadium en maximaal 1,2#C + 0,2 maal het percentage j vanadium bedraagt.

Zoals blijkt uit de gegevens in tabel A en fig. 2 van de tekening, die betrekking hebben op de bereikbare hardheid en de hard- * heid na twee uur blootstellen aan een temperatuur van 649°C en 25daarna opnieuw twee uren aan een temperatuur van 649°C, is de door de warmtebehandeling veroorzaakte hardheid van de legeringen volgens de uitvinding, nl. IL 36, IL42, IL43 en IL46 en IL 47, vergelijkbaar met of iets hoger dan die van de bekende nominaal 5% kobaltbevattende T15-legering. Om de invloed van het wolfraamequivalent op de hard-30heid te kunnen vaststellen, moeten-.de verschillen in het vanadium-gehalte boven het streefgehalte van 5% vanadium worden gekompenseedd^ terwijl bij de legeringen volgens de uitvinding met een hoog vanadium- 8.00 2 5 72 -5- \ * Γ * gopppppppppppp Ζ„Ε S' S’ 2, £

v *7 fy is. tv fv -bkb CO CO CO CO CO 3 3 O

« ^ O ui £ CO ND I— O N O' ÜI ψ> ω m" φ" ? rt- ? si 1 · r 3 en 1 H· π < f—i )—« ]—· I—· I—· I—· I—· t—· I—* I—· l·—1 l—* ^-1 h*

H 00 Oi CO CO CO ·>0 03 N N N ^ M ^ Ο] O

3 Moooo-P»s'JO'Oi-,enO-f^.enoj ς· ? (Q O OOOOOOOOOOOO ® Q. CO ^,^4k,Q^U-^NMMUU 3 H· μ. O UlfsjCJOOOOt-CJtnOMOl » '-i· §- l—i 000000000 ^ 000 0. ® ω COCOCOCOCOCOCOCOCjgNDfOCOCO Η· « ho üi!$i N3CJC0OOC0^WCnON>ül g o° ® \ ^ Jk |k 4k ^ +».. -f»·, ^ U W > 3

^ * >· » * » ^ ^ ^ "» * ·* *· W

3 ΟΙ— I—,l-,l-,l-4ISil-it-‘OCOQvOO O <+ μ. uiMJkNN^^H^COOOOK) Η Φ

i3 P

H·

S μ-μ-μ-μ-μ-Η'ΜΙ-'Η'Η'Ι— Η-Η-Η* <Q

P rowNi, roNaNocoH-'i-'H-'i— h-H-sa s: ^

M ' S ° s" 8 S S 8 S3 8 S 8 S U I fe S

po OOCOv'Jv'|OOOOCOCOCnl—'O 2

C ÜlÜlUlÜlW^^UjÜlHMUlliO

μ iovOCO'NjViviCOOMOO^'sJ^l-- H

® s

Cx m uuimuiüiuiüiuittüiuüiuiui r~ -+, OOCNVINJ^OOCO^NsONiCOO^ >

I—I OenONDOCOCO-^OJOOJO

Q

<+

(D

3 I i" l l I I I I I I I I I « 9 σ' Ό °

H· ND

VJ. μ.

en < < α 3

Ol l-'h-'t-'i— t— H'l— Η'ί-'Η-'Κ'Ι—Η'Η-· Q IOtQ

k*i 3 ^5 ^

o COÜiSSO'CO^SO'NCOOvOj·^ 2- 2! «O

O O00C0HJOOONDC0O*0C0C0·^. ^ ËT 3 φ" I—1 H*

r+ CL

' Φ NDH‘NDNDNDNDN)N3NDH-‘MNDl~,j~^ < ψ (JUONNUiOv-N^NOOM-tkW £D *

r·1 CD

OsH-'fOCOOJl·—‘N3C0OC01—'ΟΟΟί— 2 XI

O00O NJNDOO'>sJ-t:*“00H-,^00tn 2.5 Π* I1-· I— o* > 000000000000>00 Η· Φ « CONJ^DCOCOOIOOCON'Vl'OVJOjen 3 3-3* ^ ^ ^ ^ ^ *·· ^ ^ CQj. Q H* en oi en oi ui en en en *3h· ^ CL «t > (p <0

*-* X

OOOOOOOOOOOOOO NDO^TO

ndf-wt-O^oi-oh-h-coi-i-O

cn ui en en en en ui en en 2 _o+ =r

Φ O u 3 H

O.

3" enenoenenooenenenoen<nui ^ O 2 COCOOOOONDOOOJVJOCOOOVJ ND <> > j;· en en en en nd Ό

0+ c o H (D

800 2 5 72 - 6 - < gehalte het werkelijke koolstofgehalte met de faktor 0,2 (V-gehalte -5$) moet worden vermenigvuldigd. Tabel A toont de aangepaste kool-stofgegevens die voor de figuren 2 en 3 gebruikt zijn. De legeringen volgens de uitvinding die allen een hardheid bezitten die met de 5 5$ kobaltbevattende T15-legering vergelijkbaar is, zijn kobaltvrij met een wolfraamequivalent volgens de onderhavige uitvinding van 22 tot 29$. Deze legeringen bevatten^dus geen kobalt. Hierbij wordt er echter op gewezen dat de hardheid van de legeringen IL35 en IL39 met een wolfraamequivalent van 14,88$ resp. 17,88$ volgens fig. 2 10 geringer is dan die van de bovengenoemde binnen het kader der uitvinding vallende legeringen. Alle in de tekeningen voortkomende legeringen, met uitzondering van CPM T15, bezitten een gecorrigeerd koolstofequivalent van 1,6 tot 1,73$. Fig. 3, waarin het koolstof-equivalent ingesteld is op een vanadiumgehalte van 5$, toont 15overeenkomstige resultaten. Ook hier bezitten de legeringen, o.a.

IL42 en IL43 met een wolfraamequivalent binnen het kader der onderhavige uitvinding een hogere bereikbare en blijvende hardheid dan de legeringen IL35 en IL39 met een wolfraamequivalent van resp. ongeveer 15 en 18$, die buiten het kader der uitvinding vallen.

20 Hieruit volgt dus dat de invloed van het wolfraamequivalent op de mogelijke hardheid binnen het kader der uitvinding bij verschillende koolstofequivalentieniveaus tot uiting komt.

Uit de gegevens in tabeliB en fig. 4 blijkt dat de wolfraam-equivalent-limiet van 32 tot 29$ volgens de uitvinding, wat de* 25hardheidrententie betreft, zelfs bij het lagere vanadiumgehalte van ongeveer 0,8$, kritisch is. Meer in het bijzonder bedraagt bij de staalsoorten IL51 en IL52 het Vanadiumgehalte ongeveer 1$. Toch blijkt hieruit de invloed op de hardheidretentie na blootstelling aan hoge temperaturen bij een wolfraamequivalent dat binnen de 30 grenzen volgens de uitvinding ligt. Een wolfraamequivalent boven de door de uitvinding gestelde grenzen, nl. ongeveer 29$, draagt niet merkbaar lot hardheidretentie bij.

800 2 5 72 -7- , >+ QPPPPPPPPr zo£i[?S,if c scncnoioiüiüiuig-^ ,3 3 -- 2 (A Ό 00 "-J On O! ND Μ oo tQ 2· Ü.

at 1 1 V

3 ro 1 !o’ 1—· 1—· ]—· l·—· 1— 1—* !—’ 1—' 1—* ·—* _

_i. O

< ON3MN3HMHHHH

0 iocO^CJCOOOVJOONi 4 ? h· oooooooooo -,2 «5 ^ a (O N)N3MMHI-HMMU 3 μ·

10 ^CJ 'O'OO'COCOCOOON) M

•fa- §- 3 OOOOOOOOOO <0 U|«

5 L_i|_(_l— Ol— Ot-'H-'t-' COM

. ssJOnvOCOOOCCOCJOs> h· q n* ^ μ· οωωωωοωοωω 3 1 I. V* NCOOOOf-UiCtONN O <+ i-i 4^.00001-^+-0101+-^ H«o

η-* K

Ό ^ O h-OOOCOOCOOCdl- £· ο ι*'**'*·**"·^^*· 3 o ο+-+-ωοοοθΝ5ω ε ο ., Όθοοι+-ΌθοοιωοοΌ

o (Q

ο ΌΌΌΌί^^ΌΌΌΌ 2 K) ΜΜΟ'Όμ^ΟνϋιΜυι w 4? MOO!— t-aMMI— t-**— rj N3 -.--1- >

1—‘CöOOH-‘OOOMH-‘I—* < O

C OVICOOiOiOOOCOO PJ

H ~

§ CD

Q 1 I—- O I I I I I 1 I O

Hh - ·>, " μ- οι vi n c*s Ό «+ 3 VI I ' 1 I—· 1 I I I I I p

v v O

W v| O

Η- N3 Ol V—I.

rn Οι < < Ο H· {J! 1—·!— Η*Ι— 1— Ml— 1— 1-1- 2 ,A ,3 r-v O OfONirOH-l-'MH-'l-'M £.22 o viooovjoouioioi+- 2^£ϋ Q 3 1— Φ 1+ H* Φ Q.

N)N>N5N3COON)N)N3hO < Σ

OOlOlOGOOOOOlNlO Q I

r·* (D

h-covji—'OiOrocooco o 3

COVJVJISJMVJVCOVO 3C

π* H· t OOOOOOOOOO H- cr > vjvicocovivivjvjoo η·φμ ^ 3 w w

°> 01 ¾§ S

Q. <+ > φ Φ -— 1

OsÜiO'O'ÜiO'O'^W _

H-.VlOt-COOl-OO. Ol -CS

cji οι οι οι οι ai _ +-^^0

C Ό I

H 0+3-

Φ O Q

3 4 a.

3- Φ -1-N μ.

uiüimaiüiüioiuiüiui rp o > o.

00UlO>00ülUlO>UlHM + .•.ss. - - N3 Ό ui ai ui ai ai ai en c 0° +

800 25 72 S

- 8 - Λ en verhoogt de kosten van de legering. De aanwezigheid van vanadium binnen de volgens de uitvinding gestelde grenzen is vanzelfsprekend vereist om de legering de noodzakelijke slijtvastheid te verlenen.

Een ander element dat gelijksoortige harde carbiden vormt en de 5 legering volgens de uitvinding slijtvastheid kan verlenen is colum-bium. Het aan de legering volgens de uitvinding toegevoegde colum-bium kan het vanadium gedeeltelijk vervangen waardoor,zoals blijkt uit fig. 4, de bereikbare hardheid en de hardheidretentie bevorderd worden. De legeringen volgens de uitvinding kunnen nog verder ge-10 modificeerd worden door toevoeging van naar verhouding kleine hoeveelheden kobalt aan de samenstelling, om de eigenschappen met betrekking tot hardheid en hardheidretentie te verbeteren. De toevoeging van bijvoorbeeld 1% kobalt aan een legering met een wolfraam-equivalentie van 26,12$, nl. legering IL57, leidt na 2+2 uur verhit-15 ten op 649°C, zoals te zien is in fig- 4, tot een verhoging van de hardheidretentie met ongeveer 3 HCR-punten.

In verband met het hoge carbidegehalte van de legering volgens de uitvinding, moeten de carbiden klein, homogeen en gelijkmatig in de staalmatrix gedispergeerd zijn, om de legering de voor 20 snel frezen vereiste taaiheid te verlenen. Daarom wordt de legering volgens poeder-metalluxgi sche technieken bereid. Bij voorkeur vervaardigt men de legering volgens de bekende techniek, waarbij de gesmolten legering met gas verstoven wordt onder vorming van lege- rinasdeeltjes die snel afgeschrikt worden. Vervolgens verdicht men deeltjes 25 de/volgens een of ander bekende poeder-metallurgische methode, bijvoorbeeld door het isostatisch samenpersen.

800 2 5 72

Claims (6)

1. Poeder-metallurgisch vervaardigd, vanadium-bevattend sneidraaistaai van het wolfraamtype, in hoofdzaak samengesteld uit koolstof met een minimaal gehalte van 0r60 gew$ plus 0,20 maal het percentage vanadium plus 0,13 maal het percentage columbium en een 5 maximaal gehalte van 1,2 gev$ plus 0,2 maal het percentage vanadium plus 0,13 maal het percentage columbium, maximaal 1,25 gew# mangaan, maximaal 1,25 gev$ silicium, 3 tot 5 gew$ chroom en 0,8 tot 6 gew$ columbium met . . , vanadium plus/niet meer dan 4 gew/& columbium en de rest ijzer,gekenmerkt door een wolfraamequivalent van 22 tot 29 gev$ en een bereikbare 10 hardheid na austenietvorming en driemaal aflaten bij 552°C van tenminste 67 R . c

2. Sneidraaistaai volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het tot 3 gew# kobalt bevat.

3. Sneidraaistaai volgens conclusie 1, met het kenmerk, 15 dat het gehalte aan vanadium plus colombium 3 tot 6 gew% bedraagt.

4. Sneidraaistaai volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat gehalte aan kobalt tot 3 gew$ bedraagt.

5. Sneidraaistaai volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het wolfraamequivalent 24 tot 27 ge\t% en de bereikbare hardheid 2Q na austenietvorming en driemaal aflaten bij een temperatuur van O W 552. tenminste 67 R . bedraagt. ' , c

6. Sneidraaistaai volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat het gehalte aan kobalt tot 3 gew$ bedraagt. 800 25 72