SE430795B - Snabbstal - Google Patents

Description

15 25 40 7813204-0 2 direkt såsom vid sintring eller trycksintring och gjutning såväl som beläggning genom päsvetsning, påsprutning eller doppning. Hän- visningen till senare specíalförfaranden antyder, hur förband av olika material kan ge inbesparingar av legeringselement. Vid fram- ställning av verktyg är det tillräckligt enligt allmän åsikt med ett grundmaterial av olegerat eller legerat konstuktionsstâl med en hâllfasthet av 800 N/mmz. Enligt undersökningar som nedan kommer att redogöras för har mikrolegerade, perlitiska stål såsom materialet 49MnSiNb 5 med en hårdhet av ca 248 HV 10 visat sig tillräckligt som grundmaterial.

Snabbstål utmärker sig genom hög anlöpningsbeständíghet och hög varmhållfasthet såväl som genom hög slitsäkerhet.Kromhalten hos snabbstålet ligger i genomsnitt vid 4 %. Denna kromhalt i samband med kol garanterar en ferritfri, restaustenitfattig, martensitisk struktur med en tillräcklig hårdhet och seghet. Varm- hårdheten höjes genom en i blandkristallen skeende finfördelad utskiljning av specialkarbider av elementen volfram, molybden och vanadin. De vid stelningen av smältan och de i fast till- stånd bildade karbiderna inbäddade i den martensitiska grund- massan, ger den stora slitsäkerheten. Ett särskilt utpräglat inflytande på slitförhållandena tillskrives den förhållandevis hårda vanadinen. ' 7 Uppfinningen har till ändamål att förlänga livslängden hos verktyg av snabbstäl, särskilt vid varminsatser genom förhöjning av anlöpningsbeständigheten. Vidare eftersträvas en förenkling av slipningen av verktyg av snabbstål vid samtidig förbättring av förslitningsförhållandena vid verktyget. Slutligen göres fram- ställningen av stålet billigare genom motsvarande val av råmate- rial, dvs. insats i möjligaste mån prisvärda legeringselement.

För lösning av detta problem föreslås enligt uppfinningen ett högslitstarkt stål med hög varmhållfasthet och anlöpnings- beständighet för kall- och varmbearbetningsverktyg såväl som för slítdelar med den i kravet 1 angivna sammansättningen.

Ett stål med den krav 2 angivna sammansättningen föredrages.

Stålet enligt uppfinningen är särskilt ägnat för framställ- ning av halvprodukter och delar genom gjuttekniska förfaranden inberäknat stränggjutning såväl som genom pulvermetallurgiska förfaranden inberäknat trycksintring med möjligheten av tillsats av hårdämnen såsom exempelvis Fe3Moz, CoMo, Feswz CoW, TiC, WC, TaC TiN som utgångspulver. 10 15 20 30 LI! (11 40 7815204-0 UI Enligt uppfinningen föreslås även en beläggning av delar av konstruktionsstål och verktygsstål med en mantel av stålet enligt uppfinningen. Den pålagda manteln tjänar som slitskydd underkastas vanligen inte en värmebehandling. Eftersträvas dock genom använd- ningen en motsvarande bestämd hårdhets- och seghetskombination, så kan stålet enligt uppfinningen värmebehandlas. En föredragen värmebehandling består av en glödning en eller flera gånger i temperaturområdet mellan 500 och 830°C.

Ehuru det är känt, att man kan ersätta en del av volframet med molybden i snabbstålen, är de volframfria snabbstålen enligt uppfinningen ovanliga. Det har visat sig, att vid avstàenae från god varmbearbetbarhet och vid föredragande av gjut-, svetsnings- och sintringsförfaranden ger det fullständiga utbytet av volfram med molybden värdefulla egenskapstillskott. Uppenbara fördelar av utbytet är: en minskning av specifika vikten hos legeringen vid konstant atomprocenthalt såväl som jämförelsevis ringa kost- nader för rámaterialet i sig själv för samma massprocenthalt, dvs. ungefär för fördubblad atomprocenthalt.

Den mekaniska bearbetningen av det härdade såväl som det i gjutet tillstånd eller i sintrat tillstånd befintliga snabbstâlet, eventuellt genom slipning, underlättas väsentligt, om jämte ut- bytet av volfram med molybden i karbiden MÖC även företagas en ersättning av förhållandevis hård Vanadinkarbid MC genom mo- lybdenkarbid av typen MÖC och MZC. Vanadinkarbid visar sig på grund av sin hårdhet har stor slitstyrka gentemot vanlig slípme- del. I tabell 1 visas hârdhetsvärden av hårdämnen i slipmedel jämfört med de hos karbider i snabbstål.

Vid spånavskiljande insats av snabbstålet väntades trots be- gränsningen av specialkarbiderna till molybdenkarbid inga väsent- liga avbräck i förslitningsförhållandena, om hårdheten hos molyb- denkarbiden och den martensitiska stålgrundmassan i verktyget överträffar hârdheten hos strukturbeståndsdelarna i arbetsstycket.

Då en sådan förutsättning i användningen ofta uppfylles, antages vidare, att för skärhållbarheten jämte varmhållfastheten hos stål- grundmassan är det mera mängden och fördelningen än arten av spe- cialkarbíder som är ansvariga, så länge inte strukturupplösning och reaktion av hos verktyget med materialet i arbetsstycket blir ,av dominerande inflytande. Denna presentation tar hänsyn till att man önskar inställa i snabbstålet en i möjligaste mån stor mängd finfördelad molybdenkarbíd. Vanadin som legeringselement bibehàlles 10 15 40 7813204-o 4 i en halt, som i möjligaste mån inte leder till någon speciell bildning av vanadinkarbid.

Vid snabbstål med molybdenhalter av ca 13 % uppträder under anlöpningen i temperaturområdet av 500-700°C jämte karbídutskilj- ningen dessutom utskiljning av en intermetallisk fas av typen Fe5Mo2. Det högsta värdet på härdheten som man önskar uppnå vid förändrad anlöpníngstemperatur ligger vid specialkarbider vid 500°C och för íntermetalliska faser vid 600°C. Genom överlagring av utskiljningshärdningarna över specíalkarbider och intermetal- líska faser och genom användningstemperaturen förskutna läget för tillhörande högsta värdet av hårdheten uppnåddes en gentemot van- liga snabbstâl - ligt förbättrad anlöpningsbeständighet (fig. 1) som också har be- för jämförelse togs stålet S 10-4-3-10 - väsent- tydelse för förhållandet temperatur- livslängd. Den för höjning av anlöpningsbeständigheten i möjligaste mån högst.antagna molyb- denhalten begränsades vid de i gjutet tillstånd undersökta stålen genom de redan från ca 20 % Mo redan vid stelningen av smältan utskilda intermetalliska faserna Fe3Mo2 (figr 2) som utskiljs i 'grova plattor, som i denna form framkallar en stark försprödníng av materialet. Legeringstillstillsatser av kobolt för undvíkande av ferrítbildning och förhöjning av anlöpningsbeständigheten av martensíten förstärker tendensen till bildning av intermetalliska faser och begränsades därför till 15 % Co.

Kiselhalten skall anpassas tillfframställningsförfarandet Kisel förbättrar upp till en halt av 1,5 % utan nämnvärt intrång på anlöpningsbeständígheten flyt- och vätningsförhållandena hos 'smältan oxídbildníngen på svetsgodset, försämrar emellertid på samma sätt som mangan och vanadin sintringsaktiviteten hos okaps- lade råa presskroppar av pressat pulver. ' Låg svavelhalt är särskilt väsentligt vid gjutstrukturer för goda seghetsegenskaper. Det för den önskade härdheten nödvän- diga kolet visade sig oväntat som delvis ersättningsbart med bor. Vid ett sådant utbyte höjdes hårdheten oberoende av anlöp- ningstemperaturen genom tillsats av J % bor ca 4,5 HRC. Borhalter över 1,5 % verkade starkt försprödande och undveks därför. För att' vid anlöpningen inte göra intrång på härdningen genom kolutskílj- ning var en kolhalt erforderlig, som minst uppgick till halva värdet av den stökiometriska kolhalten under hänsynstagande till de karbidbildande legeringselementena 1 stål. Den stökiometriska kolhalten framgår av nedanstående: 10 15 20 25 30 p7a1s2o4-o = o,o6 - % cr + 0,206 - % v + o,o6s - % M0 + 0,129 - % Nb + 0,066 - a Ta Halterna av de delvis utbytbara elementen kol, bor och även kväve later sig sammanfattas till en effektiv kolhalt genom föl- jande: % Ceff = % C + 0,86 ' % N + 1,11 ~ % B För att erhålla den högsta möjlig hårdheten vid anlöpning är en effektiv kolhalt större än 1,3 %, företrädesvis större än 1,4 % erforderlig. Förhållandet mellan effektiv och stökiometrisk kolhalt skall av seghetsskäl inte väsentlig överskrida ett värde av 1,1.

Bortillsatsen gör i den gjutna strukturen karbideutektikum grövre och förkortar dentTítlängden_(fig. 4). Oväntat var därför att temperatur-1ivslängd-svarvförsöken gav gynnsamma livslängdsförhållanden hos borhaltiga stål i jämförelse med bor- fria stål (fig. 5). Som livslängd räknades skärtiden från bör- jan av försöket till inträdandet av blankbromsning. En ytterligare förbättring av lívslängdsförhållandena erhölls genom smärre till- satser av tantal eller niob och kväve (fig. 5). Den med molybden- halten tilltagande anlöpningsbeständigheten påverkar särskilt livslängden vid förhållandevis hög skärhastighet.

För de i flg.6 visade exemplen 1, 2 och 3 av det i lege- ringshalter avstämda stålet är livslängden T beroende av skär- hastigheten v genom sambandet T0,057 m =s1,g;Tímín;vi-ïíï V . däremot beskrives T - v - kurvan hos jämförelsestålet S 10-4-3-10, materialnummer 3207.0, genom sambandet To,o99 = m 35,5 ; T i min; v i -ïñïf V. där T i minuter v i meter per minut. Tillhörande förlopp hos livslängdskurvan i fig. 6 förtydligar överlägsenheten hos det patentsökta stålet gentemot det kommersiella stålet, vbO-utslít- ningssiffran vid svarvning av material av 30 CrNiMo 8 är ungefär 1,5 m/min större än vid det vanliga verktyget av S 10-4-3-10.

Exempel 4 visar i fig-7 en variant av det beskrivna stålet med förhållandevis litet beroende mellan livslängd och skärhastig- het. T-v-kurvan är tillräcklig för sambandet 10 .15 25 35 7813204-0 0,17S.= m min V - T T i min; v i 49,92; Vid värmebehandlingen av det patentsökta stålet är att obser- vera att mjukglödnings- och härdningsbehandlingen i allmänhet är överflödiga. En anlöpningsglödning inom temperaturområdet för ut- skiljningshärdning åstatkmmær reàæi. den önskade hårdheten utöver hårdheten i gjutet- eller svetsat tillstànd av ca 60-65 HRC. Exem- pel 5 av stålet enligt uppfinningen befattar sig med sammanhanget mellan anlöpníngstemperatur, hårdhet och livslängd vid kontinuer- lig skärning. Av fig. 8 framgår att med tilltagande anlöpnings- temperatur över från 540°C faller hårdhet och livslängd. Den största hårdheten efter anlöpníngen vid S40° är samordnad med den längsta livslängden. En jämförbar lång livslängd uppnâddes oväntat endast vid det icke anlöpta provet,som under försöket undergick en själv- anlöpningseffekt genom uppvärmning av eggen. Ansvarig för livs- längden torde varmhårdheten vara, som avtager vid fortskridande anlöpningsförlopp. 7 Autogen påsvetsning av snabbstål med hög molybdenhalt åstad- kommer en förhöjning av kolhalten av ca 0,1 %. _ _ Fysikaliska egenskaper såsom täthet och värmeutvidgnings- koefficient uppmättes vid stålvarianterna enligt exempel 1-4 i gjutet och vid jämförelsestålet S 1G-4-3-10 i glödgat till- stånd. Erhållna värden har sammanställts i tabell 2. Stålet med hög molybdenhalt uppvisar trots sin höga legeringshalt en lägre täthet än jämförelsestålet. Beträffande värmeutvidgningen uppnår -däremot jämförelsestålet den mindre utvidgningskoefficienten.,Vid uppvärmning följde austenitomvandling av det anförda stålet mellan 800 och 900°C. Man observerar för jämförelse att början av den allotropafiï/y'-omvandlingen hos stålet med hög molybdenhalt för- sköts ca 30-40°C till högre temperatur. Utan jämförelse mer be- tydande på grund av sin storleksordníng av 100°C är skillnaden solidus- och likvidustemperaturerna mellan det stål som har molyb- denhalt och jämförelsestålet. Den förhållandevis låga solidus- temperaturen av ca 1100-l150°C kommer särskilt gjutningen och beläggningen med mantel till godo, förhindrar dock härdningsbe- handling pä vanligt sätt. Det har redan omnämnts, att en enda an- löpningsbehandling är tillräcklig för att inställa den nödvändiga hårdheten.

Provning av rostbeständigheten skedde vid stål-exempel 4 7815204-0 (sammansättning se fíg, 7). Gjutna prover visade vid 60°§ i destíllerat vatten ingen rostbildning. 7813204-0 8 Tabell 1 Jämförelse av vickershårdheten hos hârdämnén 1Hårdämnen 1 vickers- karbider 1 vickers- slípmedel hårdhet snäbbstål hårdhet Korund 1800 M6C_(Mo-karbid) 1100 Kiselkarbíd 2600 MZC (Mo-karbid 1500 MC (V~karbíd) 2800 7813204-0 ON... EN. MON. OON. ONE OO .ämäOe8.w=ON>v.....

ONN. ä.. O... O... Om.. Oo NRENOOOæäOOSOO Oë O... OS OS ONO OO Û< OOO ONN Nå .NN .ON oo .u< .OSNEQOEON Lwwcfluflmšao ON. OJ. OJ. OJ. NJ. uoOON - ON ñN. NJ. OJ.. .f Os; uoOO. - ON ON. O... OJ. ...i NJ. uoOOO - ON Nä. _ NJ. m... OJ. N... uoOOm - ON NN... OJ. ...i OJ. OJ. uoOOO - ON N... än. O... OJ. O... QOOON - ON N... v. Nå. ä... Of OJ. UQOON - ON QO. O.N. ñN. O.N. ..N. UQOO. - ON Nå .bo Om.. OOOBEOOOV. vwmcÉuvçpøwëm> .UNO OO... OO... OO... å... 7.5 :N .QUNO .ONOBNVEOE OTTTO. w HBF-N .S53 _ .393 NOOPON .OOSONEOOÉO N .Oeâvæåfiw N EÉBSåONw N .ässsàfiw . .Omeesåflpm Ocfimïfi.

N Zoe...

Claims (1)

7815204~Û I0 Patentkrav

1. Högslitsäkert, rostbeständígt stål med hög varmhållfast- het och anlöpningsbeständíghet för kall- øch varmbearbetníngsverk- tyg såväl som för slítdelar k ä n n e t e c k n.a t därav, att det består av: 0,7 - ,1,7 1 C 0,01 - 0,08 % N 0,02 - 1,5 1 B 0,01 - 1,5 % Si 0,01 - 1,0 % Mn 5,0 - 15,0 % Co 3,0 7,0 1 Cr 13,0 - 20,0 % Mo 0 - 10,0 % W 0 - 5,0 % V 0,02 - 2,0 % Nb och/eller Ta rest Fe Z. Stål enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av: 0,9 - 1,6 1 C 0,01 - 0,08 1 N 0,02 - 0,5 1 B 0,01 - 1,4 1 si 0,01 - 0,5 1 Mn 10,0 - 14,0 1 co 3,0 -" 7,0 1 cr 15,0 - 19,0 1 M6 0,5 - 1,5 1 v 0,05 - 1,0 1 Nb och/eller Ta L rest Fe _ med förhållandet att sambandet 1,3 < Ceff < 1,1 - C N > 2 uppfyllas, varvid 1 cstö = 0,06 - 1 cr + 0,206 - 1 v + 0,065 - 1 M6 + 0,129 - 1 Nb + 0,066 - 1 Ta och = 1 c + 0,06 - 1 N + 1,11 - 1 B