SE452124B

SE452124B - Emne till verktygsmatris av kompoundstal och sett att framstella dylikt

Info

Publication number: SE452124B
Application number: SE8403261A
Authority: SE
Inventors: P Billgren
Original assignee: Kloster Speedsteel Ab
Priority date: 1984-06-19
Filing date: 1984-06-19
Publication date: 1987-11-16
Also published as: US4748088A; ATE55075T1; DE3578954D1; EP0165520A2; EP0165520B1; SE8403261D0; JPS6164806A; EP0165520A3; SE8403261L; JPH0557323B2

Description

452 124- 10 15 20 25 30 35 Uppfinningen bygger på den egenskapen hos snabbstål att de under anlöpning efter härdning får en väsentligt mycket större, bestående volymökning än mer låglegerade stål såsom kolstål, lågkolhaltiga verktygsstål, konstruktionsstål och varmarbetsstål. Volymförstoringen orsakas av omvandlingen från restaustenit till martensit. Medan rest- austenithalten i snabbstål efter härdning normalt är omkring 20-30 Z, så har man i andra stål av nämnda slag betydligt lägre restaustenit- halt efter sama värmebehandling, normalt max 10 Z. På grund av austenitens ytcentrerade struktur och högre täthet än martensitens icke kubiska struktur, så resulterar restaustenitomvandlingen till martensit normalt i en volymökning vid anlöpning, som vid snabbstål uppgår till ca Ö,5 Z (volymökningen varierar med legeringssamman- sättning och med värmebehandlingen, främst härdningstemperaturen).

Enligt uppfinningen förhindras volymökníngen genom att snabbståls- kärnan "stängs in" i den omgivande ringen, som utövar ett mottryck på kärnan. Mer bestämt åstadkomer man enligt uppfinningen denna effekt genom att man fyller snabbstålspulver i ett tjockväggigt rör (rörets ytterdiameter är normalt åtminstone dubbelt så stor som rörets inner- diameter), vilket rör består av annat stål än snabbstål, att röret tillsluts och utsätts för varmisostatisk kompaktering, så att snabb- stålspulvret kompakteras till fullständig täthet och bildar en kompakt kärna i röret, så att man erhåller ett kompoundmaterial, att röret kapas i ett flertal skivor eller längder, och att kompoundmaterialet före eller efter kapningen härdas och anlöps, varvid snabbstålskärnan' vid anlöpning skulle få en större volymökning än den omgivande ringen, om den finge fritt expandera. Eftersom expansionen förhindras av ringen, uppstår den önskade tryckspänningen i kärnan. Ämnet enligt uppfinningen består sålunda av en kärna, som i sin tur består av ett till fullständig täthet kompakterat pulversnabhstål och en omgivande ring bestående av en stållegering, vars restaustenit- omvandling och därmed volymförstoring vid anlöpning efter härdning är obefintlig eller åtminstone mycket mindre än restaustenitomvandlingen i snabbstålet efter samma värmebehandling, vilket ämne utsatts för härdning och anlöpning resulterande i en tryckspänning i kärnan på grund av att kärnans expansion förhindras av ringen. 10 15 20 25 30 35 452 124 Ytterligare syften och fördelar med samt kännetecken på uppfinningen kommer att framgå av de efterföljande patentkraven samt av följande beskrivning av några valda utföringsformer. Härvid kommer att hänvisas till figuren som visar ett ämne enligt uppfinningen.

BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMEL Ett ämne enligt uppfinningen består av ett kompounderat material med en kärna 1 av ett höglegerat pulverstål (snabbstål) och ett (vanligen) låglegerat material i den omgivande ringen 2. Bland tänkbara snabb- stål kan exempelvis väljas de snabbstål som är kända under handels- namnen ASP®, exempelvis ASP®23. Ringen består istället av ett kol- stål, ett låglegerat verktygsstål, ett konstruktionsstål eller ett varmarbetsstål innehållande max ca 15 Z legeringsämnen. Eventuellt kan den omgivande ringen istället bestå av ett austenitiskt stål, som inte heller undergår någon volymförändring på grund av värmebehand- lingen, eftersom dess struktur hela tiden är austenitísk.

Några tänkbara legeringskombinationer ges i nedanstående tabell.

Material C Si Mn Cr Mo V W Kärnan: _ Asrwzs 1.27 4.2 5.0 3.1 6.4 -Ringen: STRUCTO 890 0.40 0.25 0.80 1.0 0.30 H 11 0.35 1.00 0.30 5.00 1.50 0.40 K 326 0.43 0.60 0.60 3.2 0.7 0.3 Tillverkningen av ämnena går till på följande sätt. Ett snabbståls- pulver fylls i ett rör, som skall bilda ytterring i de färdiga ämnena. Rörets innerdiameter är ungefär 1/3 av dess ytterdiameter.

Eventuellt sträcks ett smalt rör genom ytterröret. Det eventuella innerröret är tunnväggigt och har en inre diameter av ca 3 mm.

Ytterröret försluts i båda ändarna, lämpligen genom fastsvetsning 10 15 20 25 30 452 124 av gavlar. Det eventuella innerröret anordnas koaxiellt och sträcker sig genom de båda gavlarna. Den sålunda bildade kapseln utsätts därefter för varmisostatisk kompaktering på i och för sig känt sätt, så att vtterröret pressas samman och kompakterar snabbstålspulvret till fullständig täthet. Efter svalning mjukglödgas röret med inne- håll samt kapas upp i skivor eller önskade längder. Skivorna svarvas utvändigt och förses eventuellt med ett centralt borrhål 3 i det fall något centralt rör ej har anordnats. Syftet med detta centrala borrhål eller centrala rör är att förbereda ämet för trådgnistbearbetning i samband med verktygets tillverkning. Skivan värmebehandlas därefter genom upphettning till 1000-130000, lämpligen 1120-122000, följd av luftsvalning och anlöpning till 500-60000. Slutligen planslipas det sålunda framställda ämnet, vars kärna har satts under önskad för- spänning genom härdnings~ och anlöpningsbehandlingen. Genom härd- ningen får kärnan en restaustenithalt av 10-50 Z, företrädesvis 20-30 Z, medan restaustenithalten i den omgivande ringen är avsevärt lägre, dvs max ca 10 Z. Vid efterföljande anlöpning omvandlas rest- austeniten till martensit, vilket vid fri expansion skulle ge en volymökning av 0,5 %, men som på grund av den yttre ringen istället medför en tryckspänning i kärnan. I det fall ringen alternativt består av ett austenitiskt material, bibehålls den austenitiska strukturen utan volymförändring.

Claims

10 l5 20 25 30 35 452 124 PATENTKRAV

1. Ämne till verktygsmatris (dyna) av kompoundstål med en kärna av snabbstål och en omgivande ring av ett artskilt stål, vilken ring åstadkommer en förspänning i kärnan, k ä n n e t e c k n a t av att kärnan består av ett till fullständig täthet kompakterat pulversnabb- stål, som genom kompakteringen förenats med ringen så att ring och kärna bildar ett av två artskilda stål sammansatt kompoundstål, att ringen består av en stållegering, vars restaustenitomvandling till martensit och därmed volymförstoring vid anlöpning efter härdning är obefintlig eller väsentligt mindre än restaustenitomvandlingen i snabbstålet efter samma värmebehandling, och att det sammansatta kompoundstålämnet utsatts för härdning och anlöpning resulterande i en tryckspänning i kärnan på grund av att kärnans volymökning förhindras av den omgivande ringen.

2. Ämne enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att stålet i kärnan har martensitisk struktur, varvid martensiten till 10-50 %, före- trädesvis 20-30 %, består av vid anlöpning omvandlad restaustenit.

3. Ämne enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att ytterringen består av kolstål, lågkolhaltigt verktygsstål, konstruktionsstål eller varmarbetsstål innehållande en total halt av max 15 % legeringsämnen och med en struktur innehållande max ca 10 % martensit i form av vid anlöpning omvandlad restaustenit.

4. Ämne enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att ytterringen består av ett rostfritt, austenitískt stål.

5. Sätt att framställa ämnen till verktygsmatriser (dynor), k ä n n e- t e c k n a t av att man fyller snabbstålspulver i ett tjockväggigt rör, vilket rör består av annat stål än snabbstål, att röret tillsluts och utsätts för varmisostatisk kompaktering, så att snabbstålspulvret kompakteras till fullständig täthet och bildar en kompakt kärna i röret, så att man erhåller ett kompoundmaterial, dvs ett sammansatt material i vilket den kompakta snabbstålskärnan och röret är förbundna med varandra, att röret kapas i ett flertal skivor eller längder, och 452 124p 10 15 20 25 30 35 att kompoundmaterialet före eller efter kapningen härdas och anlöps, varvid snabbstålskärnan får en större restaustenitomvandling till martensit än den omgivande ringen, varigenom en tryckspänning uppstår i kärnan.

6. Sätt enligt krav 5, k ä n n e t e c k.n a t av att röret har en ytterdiameter som är åtminstone dubbelt så stor som rörets inner- diameter.

7. Sätt enligt krav 5 eller 6, k ä n n e t e c k n a t av att man för röret väljer en stållegering vars restaustenitomvandling till marten- sit och därmed volymförstoring vid anlöpning efter härdníng är obefintlig eller åtminstone mycket mindre än restaustenitomvandlingen i snabbstålet vid samma värmebehandling.

8. Sätt enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av att man för röret väljer ett kolstål, ett lågkclhaltigt verktygsstål, ett konstruktione- stål eller ett varmarbetsstål innehållande en total halt av max 15 % legeringsämnen.

9. Sätt enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av att man för röret väljer ett austenitiskt stål.

10. Sätt enligt något av kraven 5-9, k ä n n e t e c k n a t av att ämnet härdas från en temperatur mellan 1000 och 1300°C, lämpligen från en temperatur mellan 1120 och 1220“C, resulterande i en restaustenit- halt i kärnan uppgående till mellan 10 och 50 volym-%, företrädesvis till mellan 20 och 30 volym-°, och anlöps vid 500-600°C, så att rest- austeníten omvandlas till martensit.