WO1997048829A1 - Pm-warmarbeitsstahl und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

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WO1997048829A1
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Definitions

  • powder-metallurgically produced steels have properties which, with an identical chemical composition, are superior to the properties of melt-metallurgically produced steels.
  • steels manufactured using powder metallurgy are distinguished by the fact that they have the same structural state in all dimensional ranges over their entire cross section. The mechanical properties are therefore essentially the same over the entire cross section.
  • the above-mentioned powder-metallurgically produced hot work steel has a satisfactory hardness, but because of its inadequate hot hardness, temper resistance and its tendency to show temperature change cracks, it is not suitable for highly stressed hot work tools, such as for press mandrels, press dies and block receptacles for the metal pipe and Extrusion, not also for hot extrusion tools, tools for hollow body manufacture, tools for the screw, nut, rivet and bolt products, die casting tools, molding dies, die inserts and hot shear blades. In short, the stability of the steel in question cannot be satisfactory in the case of highly stressed hot work tools.
  • the invention is therefore based on the object of providing a hot-work steel produced by powder metallurgy which, in addition to having sufficient toughness, has a high hot hardness and in particular good resistance to the occurrence of temperature change cracks.
  • an object of the invention is to be seen in creating a hot-work steel produced by powder metallurgy, which has a particular suitability for use in extrusion, there in particular for press mandrels, press dies and block receptacles, and also for use in forging presses and die casting molds , especially in the case of large dimensions, is suitable.
  • the invention is also based on the object of specifying a method for producing an improved hot-work steel produced by powder metallurgy.
  • the invention relates to the use of the powder metallurgically produced hot-work steel as a material for the production of press mandrels, press dies and block receptacles for the extrusion as well as for the production of forging presses and die-casting molds.
  • the raw material is precious scrap and ferro alloys.
  • cobalt contents are provided according to the invention.
  • the melting of the starting alloys preferably takes place in the induction furnace.
  • induction heat and precise temperature control are used until the slag content is correct.
  • the mixture is then sprayed under a protective gas atmosphere (preferably high-purity nitrogen).
  • a protective gas atmosphere preferably high-purity nitrogen.
  • the APM-Calidus system has proven to be particularly suitable for this, since it helps to avoid inclusions in the powder produced.
  • the alloy powder obtained is poured into capsules which are designed in such a way that the end product obtains its intended shape with the greatest possible material yield. Accordingly, capsules are used according to the invention, which should at least largely give the product to be manufactured the desired shape.
  • the capsules are shaken in order to achieve the greatest possible filling density.
  • the capsules thus filled are then pumped air-free and then sealed gas-tight.
  • the capsule pretreated is cold isostatically pressed at a pressure of about 3.5 kbar in order to improve the thermal conductivity of the batch of powder contained in the capsule.
  • Such a cold pressing is not necessary for the production of the hot-work steel according to the invention, since the powder batch as a result of the shaking already has such a high filling density that the desired thermal conductivity properties are given in the powder batch.
  • the above be ⁇ signed capsules are heated in a 'pre-heating furnace without excess pressure on the temperature of the hot isostatic pressing (HIP temperature) and then transported into the H thoroughlypreßstrom.
  • HIP temperature hot isostatic pressing
  • the thermal conductivity of the powder batch is only low, a steep temperature gradient arises in the powder batch at the beginning of the preheating treatment, which leads to segregations of oxygen, sulfur and carbon. These segregations are of considerable magnitude, which can be demonstrated by deep etching or chemical analysis. Furthermore, the steep temperature gradient leads to a certain carbide growth.
  • the capsules are not preheated and, as already mentioned, there is also no cold pressing.
  • the capsules are heated with simultaneous pressurization.
  • pressure is applied at about 200 bar using compressed argon.
  • the heating is then carried out in the HIP system, the pressure of the compressors supplying the compressed argon being kept essentially constant.
  • the pressure increases continuously without the pressure of the argon compressors having to be increased.
  • the powder batch is compacted under pressure at a relatively low temperature before oxygen, sulfur and carbon transport occurs. Consequently, the hot-work steel according to the invention is free from segregation.
  • the HIP temperature is 1000 to 1230 ° C, a temperature of 1150 ° C being preferred.
  • the HIP pressure is 0.8 to 3.5 kbar, although a HIP pressure of 1 kbar has currently proven to be extremely advantageous. At pressures of less than 0.8 kbar, there is no adequate compression of the material and, in particular, the risk that gas inclusions are retained in residual pores. HIP pressures of more than 3.5 kbar are O
  • the holding time at the desired HIP temperature and at the desired HIP pressure is at least 3 hours. This time period applies to small dimensions to be manufactured. Larger dimensions to be produced require longer compression times. Conventional processes usually work with a holding time of just one hour. Since the filled capsules are simultaneously exposed to high temperatures and high pressures in the method according to the invention, a homogeneous material of high density is achieved as a result.
  • the hot-work steel produced in a conventional manner by powder metallurgy requires final forging or rolling treatments.
  • the hot work steel composed according to the invention and manufactured according to the invention is used in the hipped state, i.e. in the state in which it has been freed from the capsule after pressing.
  • round material according to the invention with diameters of less than 60 mm and flat material with a cross-sectional ratio is flat rolled or forged.
  • the hot working steel produced by powder metallurgy according to the invention has the following composition (in% by weight):
  • Chromium 2.40 - 4.25
  • Molybdenum 2.50 - 4.40
  • Vanadium 0.20-0.95
  • a degree of purity K 1 ⁇ 10 ⁇ m is preferred.
  • the hot forming temperature is 900 to 1100 ° C
  • the soft annealing temperature is 750 to 800 ° C
  • the stress relieving temperature is 600 to 650 ° C
  • the hardening temperature is 1000 to 1070 ° C.
  • Oil in a warm bath 500 to 550 ° C.
  • the hardness HB is a maximum of 229.
  • the Rockwell hardness amounts to 52 to 56 HRC.
  • the PM hot-work steel according to the invention has the surprisingly good values compiled below at elevated temperatures (guide values).
  • the resistance of the material according to the invention to the occurrence of cracks as a result of repeated changes in temperature was determined in the usual way in the laboratory.
  • the material is cyclically heated to a test temperature and cooled again in an emulsion.
  • the cracks that have occurred are then counted over a predetermined measuring length.
  • the fire crack number determined in this way allows statements to be made about the behavior of the investigated material in comparison with the behavior of a comparison material.
  • Fig. 1 shows the results of such fire crack number determinations, which
  • the comparison materials are identified with their material numbers "steel key". These comparative materials are steels produced by melt metallurgy. For the hot-work steel according to the invention, the most favorable results for all test conditions a) to c), i.e. the lowest fire crack numbers.
  • the cobalt-containing comparative steel with the material number 1.2365 + Co has significantly higher fire crack numbers under all three test conditions a) to c). For test condition a), the values determined on the comparison material 1.2365 + Co are even almost 100% higher.
  • the excellent heat resistance values of the material according to the invention are compared graphically in FIG. 2 with the values determined on the specified comparison materials.
  • the material according to the invention has excellent necking results.
  • the comparison material which also contains cobalt and has the material number 1.2365 + Co, has proven to be clearly inferior in terms of toughness.

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Abstract

Ein pulvermetallurgisch hergestellter Warmarbeitsstahl besteht aus (in Gew.-%): 0,25 - 0,45 Kohlenstoff, 2,40 - 4,25 Chrom, 2,50 - 4,40 Molybdän, 0,20 - 0,95 Vanadium, 2,10 - 3,90 Kobalt, 0,10 - 0,80 Silicium, 0,15 - 0,65 Mangan, Rest Eisen und gegebenenfalls herstellungsbedingte Verunreinigungen. Die aus der obengenannten Zusammensetzung bestehende Pulvercharge wird gleichzeitig hohen Verdichtungsdrücken und hohen Verdichtungstemperaturen in einer Heißisostatpresse ausgesetzt.

Description

PM-Warmarbeitsstahl und Verfahren zu dessen Herstellung
Stand der Technik
Es ist seit langem bekannt, daß pulvermetallurgisch herge¬ stellte Stähle Eigenschaften besitzen, welche bei identischer chemischer Zusammensetzung den Eigenschaften von schmelzme¬ tallurgisch hergestellten Stählen überlegen sind. Insbesondere zeichnen sich pulvermetallurgisch hergestellte Stähle dadurch aus, daß sie in allen Abmessungsbereichen über ihren gesamten Querschnitt den gleichen Gefügezustand aufweisen. Mithin sind auch die mechanischen Eigenschaften über den gesamten Quer¬ schnitt im wesentlichen gleich.
Es ist auch bereits bekannt, den Warmarbeitsstahl X40CrMoV51 pulvermetallurgisch durch heißisostatisches Pressen herzustel¬ len. Diesbezüglich ist dem Archiv für das Eisenhüttenwesen 55 (1984) , Seiten 169 - 176 zu entnehmen, daß der genannte War¬ marbeitsstahl Kohlenstoff von 0,37 - 0,41 %, Silicium von 1,0 - 1,07 %, Mangan von 0,38 - 0,42 %, Chrom von 5,3 - 5,5 %, Mo¬ lybdän von 1,37 - 1,41 %, Vanadium von 1,0 - 1,27 sowie ver¬ nachlässigbare Stickstoff-, Sauerstoff-, Schwefel- und Phos¬ phorgehalte aufweist.
Ein durch Stickstoffverdüsung aus der Schmelze hergestelltes Pulver der oben angegebenen Zusammensetzung wird in Stahlkap¬ seln verdichtet, welche vor Verschluß auf einen Unterdruck von weniger als 10 —4 mbar evakuiert werden. Das Verdichten erfolgt bei Temperaturen von 1075 - 1225 °C.
Der vorstehend genannte pulvermetallurgisch hergestellte Warm¬ arbeitsstahl verfügt zwar über eine befriedigende Härte, ist aber wegen seiner unzureichenden Warmhärte, Anlaßbeständigkeit und seiner Neigung zum Auftreten von Temperaturwechselrissen nicht für hochbeanspruchte Warmarbeitswerkzeuge geeignet, wie für Preßdorne, Preßmatrizen und Blockaufnehmer für das Metall¬ rohr- und Strangpressen, ferner nicht für Warmfließpreßwerk- zeuge, Werkzeuge für die Hohlkörperfertigung, Werkzeuge für die Schrauben-, Muttern-, Nieten- und Bolzenerzeugnisse, Druckgießwerkzeuge, Formteilpreßgesenke, Gesenkeinsätze und Warmscherenmesser. Kurz gesagt, kann die Standfestigkeit des in Rede stehenden Stahls bei hochbeanspruchten Warmarbeits- werkzeugen nicht befriedigen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen pul¬ vermetallurgisch hergestellten Warmarbeitsstahl zu schaffen, welcher neben einer ausreichenden Zähigkeit eine hohe Warmhär¬ te und insbesondere eine gute Beständigkeit gegen das Auftre¬ ten von Temperaturwechselrissen aufweist. Insbesondere ist ein Ziel der Erfindung darin zu sehen, einen pulvermetallurgisch hergestellten Warmarbeitsstahl zu schaffen, welcher über eine besondere Eignung zur Verwendung beim Strangpressen, dort ins¬ besondere für Preßdorne, Preßmatrizen und Blockaufnehmer ver¬ fügt und auch zur Verwendung bei Schmiedepressen und Druckgu߬ formen, insbesondere im Falle großer Abmessungen, geeignet ist.
Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines verbesserten pulvermetallurgisch herge¬ stellten Warmarbeitsstahles anzugeben.
Hinsichtlich des zu schaffenden Stahles wird diese Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Hinsichtlich des zu schaffenden Verfahrens wird diese Aufgabe durch den Gegen¬ stand des Anspruchs 5 gelöst.
Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung des pulvermetall¬ urgisch hergestellten Warmarbeitsstahles als Werkstoff zur Herstellung von Preßdornen, Preßmatrizen und Blockaufnehmern für das Strangpressen sowie zur Herstellung von Schmiedepres¬ sen und Druckgußformen.
Der mit Hilfe der Erfindung erzielbare technische Fortschritt ergibt sich in erster Linie dadurch, daß als Folge der erfin¬ dungsgemäßen kobalthaltigen Zusammensetzung, synergistisch verstärkt durch die erfindungsgemäße spezielle Verdichtung, ein pulvermetallurgisch hergestellter Warmarbeitsstahl zur Verfügung gestellt wird, welcher im wesentlichen ebenso gute Warmzähigkeitseigenschaften aufweist wie ein bekannter kobalt¬ freier Warmarbeitsstahl, aber zusätzlich über hohe Warmhärte-, Anlaß- und Warmbrandrißbeständigkeitswerte verfügt.
In der Fachwelt bestehen lebhafte Bedenken gegen das Einbezie¬ hen von Kobalt in einen Warmarbeitsstahl. Insbesondere herrscht in der Fachwelt die Vorstellung, daß sich durch Zule¬ gieren von Kobalt keinesfalls die Zähigkeitseigenschaften, insbesondere die Warmzähigkeitseigenschaften, eines pulverme- tallurgisch hergestellten Warmarbeitsstahles erhalten oder gar verbessern lassen.
Bevorzugte Ausführungsformen und weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Sowohl bei der herkömmlichen pulvermetallurgischen Herstellung als auch bei der erfindungsgemäßen Herstellung wird als Roh¬ stoff von Edelschrott und Ferrolegierungen ausgegangen. Wäh¬ rend der Stand der Technik jedoch Kobalt in pulvermetallur¬ gisch hergestellten Warmarbeitsstählen vermeidet, sind erfin¬ dungsgemäß Kobaltgehalte vorgesehen. Sowohl nach dem Stand der Technik als auch nach der Erfindung findet das Erschmelzen der Ausgangslegierungen vorzugsweise im Induktionsofen statt.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Stähle wird Induktions¬ wärme und eine genaue Temperaturführung benutzt, bis der Schlackengehalt stimmt. Anschließend wird unter einer Schutz¬ gasatmosphäre (vorzugsweise hochreiner Stickstoff) verdüst. Hierzu hat sich das APM-Calidus-System als besonders geeignet herausgestellt, da mit seiner Hilfe Einschlüsse im hergestell¬ ten Pulver vermieden werden.
Im Stand der Technik sind Bemühungen bekanntgeworden, einen hohen Reinheitsgrad der Schmelze dadurch zu erreichen, daß man die Schmelze durch einen Schlackendeckel mit Hilfe von Elek¬ troden erwärmt. Beim herkömmlichen Verfahren wird die Schmelze direkt in die zu verdichtende Kapsel verdüst, was die Gefahr von unerwünsch¬ ten Einschlüssen vergrößert.
Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Stahles wird das ge¬ wonnene legierte Pulver in Kapseln eingefüllt, welche so ge¬ staltet sind, daß das Endprodukt seine beabsichtigte Form bei größtmöglicher Materialausbeute erhält. Mithin werden erfin¬ dungsgemäß Kapseln verwendet, die dem herzustellenden Produkt die gewünschte Form zumindest weitgehend geben sollen.
Nach dem Befüllen werden die Kapseln gerüttelt, um eine größt¬ mögliche Fülldichte zu erzielen. Anschließend werden die so gefüllten Kapseln luftleer gepumpt und danach gasdicht ver¬ schlossen.
Beim herkömmlichen Verfahren wird, wie bereits erwähnt, direkt in Kapseln verdüst, welche sodann gasdicht verschweißt werden. Der Stand der Technik kennt im Grunde nur eine einzige Stan¬ dard-Kapselgröße mit einem Durchmesser von 465 mm und einer Länge von 1600 mm.
Beim herkömmlichen Verfahren wird die, wie vorstehend erwähnt, vorbehandelte Kapsel bei einem Druck von etwa 3,5 kbar kalt- isostatisch gepreßt, um auf diese Weise die Wärmeleitfähigkeit der in der Kapsel enthaltenen Pulvercharge zu verbessern.
Für die Herstellung des erfindungsgemäßen Warmarbeitsstahls ist ein derartiges Kaltpressen nicht erforderlich, da die Pul¬ vercharge als Folge des Rütteins schon eine so hohe Fülldichte aufweist, daß die gewünschten Wärmeleitfähigkeitseigenschaften in der Pulvercharge gegeben sind.
Beim herkömmlichen Verfahren werden die wie vorstehend be¬ schriebenen Kapseln in einem'Vorwärmofen ohne Überdruck auf die Temperatur des isostatischen Heißpressens (HIP-Temperatur) erwärmt und sodann in die Heißpreßanlage transportiert. Da auch nach dem herkömmlichen Kaltpressen die Wärmeleitfähigkeit der Pulvercharge nur niedrig ist, entsteht zu Beginn der Vor¬ wärmbehandlung ein steiler Temperaturgradient in der Pul¬ vercharge, welcher zu Seigerungen von Sauerstoff, Schwefel und Kohlenstoff führt. Diese Seigerungen haben ein beträchtliches Ausmaß, was sich durch Tiefätzungen oder chemische Analyse nachweisen läßt. Ferner führt der steile Temperaturgradient zu einem gewissen Carbidwachstum.
Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Warmarbeitsstähle erfolgt kein Vorwärmen der Kapseln und - wie bereits erwähnt - auch kein Kaltpressen.
Bei der erfindungsgemäßen Herstellung werden die Kapseln unter gleichzeitiger Druckbeaufschlagung aufgeheizt. Insbesondere erfolgt in einem ersten Schritt eine Druckbeaufschlagung mit etwa 200 bar mit Hilfe von komprimiertem Argon. Anschließend erfolgt das Aufheizen in der HIP-Anlage, wobei der Druck der das komprimierte Argon liefernden Kompressoren im wesentlichen konstant gehalten wird. Mit steigernder Temperatur wächst der Druck fortlaufend an, ohne daß der Druck der Argonkompressoren gesteigert werden müßte. Das Verdichten der Pulvercharge er¬ folgt unter Druck bei relativ niedriger Temperatur, noch bevor Sauerstoff-, Schwefel- und Kohlenstofftransport eintritt. Folglich ist der erfindungsgemäße Warmarbeitsstahl frei von Seigerungen.
Ist der vorgesehene HIP-Druck erreicht, so wird durch geeigne¬ te Regel- und Steuerungsmaßnahmen eine weitere Druck- und Tem¬ peratursteigerung verhindert.
Die HIP-Temperatur beträgt 1000 bis 1230 °C, wobei eine Tempe¬ ratur von 1150 °C bevorzugt ist. Der HIP-Druck beträgt 0,8 bis 3,5 kbar, wobei sich derzeit ein HIP-Druck von 1 kbar als äu¬ ßerst vorteilhaft erwiesen hat. Bei Drücken von weniger als 0,8 kbar ergibt sich keine hinreichende Verdichtung des Mate¬ rials und insbesondere das Risiko, daß Gaseinschlüsse in Rest¬ poren erhalten bleiben. HIP-Drücke von mehr als 3,5 kbar sind o
mit modernen HIP-Anlagen möglich, führen aber nicht zu einer den Aufwand rechtfertigenden Qualitätssteigerung.
Bei der erfindungsgemäßen Stahlherstellung beträgt die Halte¬ zeit auf der angestrebten HIP-Temperatur und bei dem ange¬ strebten HIP-Druck mindestens 3 h. Diese Zeitdauer gilt für kleine zu fertigende Abmessungen. Größere zu fertigende Abmes¬ sungen brauchen längere Verdichtungsdauern. Konventionelle Verfahren arbeiten in der Regel mit Haltezeiten von lediglich einer einzigen Stunde. Da beim erfindungsgemäßen Verfahren die gefüllten Kapseln gleichzeitig hohen Temperaturen und hohen Drücken ausgesetzt werden, wird als Ergebnis ein homogenes Ma¬ terial hoher Dichte erzielt.
Der auf herkömmliche Weise pulvermetallurgisch hergestellte Warmarbeitsstahl erfordert abschließende Schmiede- oder Walz¬ behandlungen. Solche Verarbeitungsmaßnahmen, die in der Wärme durchgeführt werden, führen zu einem unerwünschten Carbid¬ wachstum und zudem zu einer unerwünschten Abrundung der Carbi¬ de.
Im Gegensatz zum Stand der Technik wird der erfindungsgemäß zusammengesetzte und der erfindungsgemäß hergestellte Warmar¬ beitsstahl im gehipten Zustand verwendet, d.h. in dem Zustand, in welchem er nach dem Verpressen aus der Kapsel befreit wor¬ den ist. Aus wirtschaftlichen Gründen wird jedoch erfindungs¬ gemäßes Rundmaterial mit Durchmessern von weniger als 60 mm und Flachmaterial mit einem Querschnittsverhältnis flach ge¬ walzt oder geschmiedet.
Was die Qualitätskontrolle angeht, so sei erwähnt, daß beim konventionellen Verfahren eine Kontrolle, beispielsweise auf Einschlüsse, erst nach Entnehmen der Pulvercharge aus der ver¬ formten Kapsel erfolgt. Demgegenüber wird das erfindungsgemäße Stahlmaterial schon im Pulverzustand einer kritischen Quali¬ tätskontrolle unterzogen. Der erfindungsgemäße pulvermetallurgisch hergestellte Warmar¬ beitsstahl hat die folgende Zusammensetzung (in Gew.-%):
Kohlenstoff: 0,25 - 0,45
Chrom: 2,40 - 4,25
Molybdän: 2,50 - 4,40
Vanadium: 0,20 - 0,95
Kobalt: 2,10 - 3,90
Silicium: 0,10 - 0,80
Mangan: 0,15 - 0,65
Rest Eisen und gegebenenfalls herstellungsbedingte Verunreini¬ gungen. Ein Reinheitsgrad K 1 < 10 μm ist bevorzugt.
Für den erfindungsgemäßen Stahl beträgt die Warmformge- bungstemperatur 900 bis 1100°C, beträgt die Weichglühtempera¬ tur 750 bis 800 °C, beträgt die Spannungsarmglühtemperatur 600 bis 650 °C und die Härtetemperatur 1000 bis 1070 °C. Als Här¬ temittel wird vorzugsweise Öl im Warmbad (500 bis 550 °C) ver¬ wendet. Nach dem Weichglühen beträgt die Härte HB maximal 229. Nach dem Härten beläuft sich die Rockwell-Härte auf 52 bis 56 HRC.
Der erfindungsgemäße PM-Warmarbeitsstahl verfügt über die im folgenden zusammengestellten überraschend guten Werte bei er¬ höhten Temperaturen (Richtwerte) .
1. Warmfestigkeit
Figure imgf000009_0001
2 . Warmhärte
Figure imgf000010_0001
3. Härte (HRc) nach dem Anlassen bei verschiedenen Temperatu¬ ren
Figure imgf000010_0002
4. Widerstand gegen Ermüden durch Temperaturwechsel
Die Beständigkeit des erfindungsgemäßen Werkstoffes gegen das Auftreten von Rissen als Folge von vielfach wiederholten Tem¬ peraturwechseln wurde auf übliche Weise im Labor bestimmt. Da¬ bei wird der Werkstoff zyklisch auf eine Prüftemperatur er¬ wärmt und in einer Emulsion wieder abgekühlt. Anschließend werden auf einer vorgegebenen Meßlänge die aufgetretenen Risse gezählt. Die auf diese Weise ermittelte Brandrißzahl gestattet Aussagen über das Verhalten des untersuchten Werkstoffes im Vergleich mit dem Verhalten eines Vergleichswerkstoffes.
Fig. 1 zeigt die Ergebnisse von solchen Brandrißzahl- Ermittlungen, welche
3 a) bei einer Prüftemperatur von 700 °C und 10 -Temperaturwech¬ seln, 4 b) bei einer Prüftemperatur von 700 °C und 10 -Temperaturwech¬ seln und
c) bei einer Prüftemperatur von 750 °C bei 10 -Temperaturwech¬ seln
am erfindungsgemäßen Werkstoff sowie an sechs Vergleichswerk¬ stoffen ermittelt wurden. Die untersuchten Werkstoffe besaßen nach dem Anlassen eine Festigkeit von 47 HRc.
Die Vergleichswerkstoffe sind mit ihren Werkstoffnummern "Stahlschlüssel" bezeichnet. Es handelt es sich bei diesen Vergleichswerkstoffen um schmelzmetallurgisch hergestellte Stähle. Für den erfindungsgemäßen Warmarbeitsstahl ergeben sich für alle Prüfbedingungen a) bis c) die günstigsten, d.h. die niedrigsten Brandrißzahlen. Der kobalthaltige Vergleichs¬ stahl mit der Werkstoffnummer 1.2365+Co weist bei allen drei Prüfbedingungen a) bis c) deutlich höhere Brandrißzahlen auf. Für die Prüfbedingung a) liegen die am Vergleichswerkstoff 1.2365+Co ermittelten Werte sogar um nahezu 100 % höher.
5. Warmzähigkeit
Die ausgezeichneten Warmzahigkeitswerte des erfindungsgemäßen Werkstoffes sind in Fig. 2 graphisch den an den angegebenen Vergleichwerkstoffen ermittelten Werten gegenübergestellt. Im untersuchten Temperaturbereich von etwa 600 bis etwa 800 °C verfügt der erfindungsgemäße Werkstoff über ausgezeichnete Einschnürungsergebnisse. Der gleichfalls kobalthaltige Ver¬ gleichswerkstoff mit der Werkstoffnummer 1.2365+Co erweist sich hinsichtlich Warmzähigkeit als deutlich unterlegen.

Claims

Patentansprüche
1. Pulvermetallurgisch hergestellter Warmarbeitsstahl, be^ stehend aus (in Gew.-%) :
Kohlenstoff : 0,25 — 0,45
Chrom: 2,40 - 4,25
Molybdän: 2,50 - 4,40
Vanadium: 0,20 - 0,95
Kobalt: 2,10 - 3,90
Silicium: 0,10 - 0,80
Mangan: 0,15 - 0,65
Rest Eisen und gegebenenfalls herstellungsbedingte Verun reinigunger 1.
PM-Warmarbeitsstahl nach Anspruch l, gekennzeichnet durch einen Reinheitsgrad Kl von weniger als 10 μm.
PM-Warmarbeitsstahl nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, her¬ stellbar durch die folgenden Schritte:
- Herstellen einer Stahlschmelze mit der angestrebten chemischen Zusammensetzung,
- Verdüsen der Schmelze unter einer hochreinen Stick¬ stoffatmosphäre,
- Einfüllen des gewonnenen Pulvers in Kapseln, welche so gestaltet sind, daß das Endprodukt seine beabsichtigte Form bei größtmöglicher Materialausbeute erhält,
- Rütteln der gefüllten Kapseln zwecks Erreichens einer höchstmöglichen Fülldichte,
- Evakuieren der gefüllten Kapseln und gasdichtes Ver¬ schließen derselben,
- Einbringen der Kapseln in eine Heißisostatpresse und gleichzeitiges Beaufschlagen der Kapseln mit Druck und Temperatur bis zum Erreichen eines Druckes von 0,8 bis 3,5 kbar und einer Temperatur von 1 000 bis 1230 °C und
- Halten von Druck und Temperatur für einen Zeitraum von wenigstens 3 h.
4. PM-Warmarbeitsstahl nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich¬ net, daß die Pulvercharge in der Heißisostatpresse mit einem Druck von 1 kbar beaufschlagt worden ist.
5. Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung eines Warmarbeitsstahles, umfassend die folgenden Schritte:
- Herstellen einer Stahlschmelze mit
0,25 bis 0,45 % Kohlenstoff, 2,40 bis 4,25 % Chrom, 2,50 bis 4,40 % Molybdän, 0,20 bis 0,95 % Vanadium, 2,10 bis 3,90 % Kobalt, 0,10 bis 0,80 % Silicium, 0,15 bis 0,65 % Mangan, Rest Eisen und unvermeid¬ liche Begleitelemente,
- Verdüsen der Schmelze unter einer hochreinen Stick¬ stoffatmosphäre,
- Einfüllen des gewonnenen Pulvers in Kapseln, welche so gestaltet sind, daß das Endprodukt seine beabsichtigte Form bei größtmöglicher Materialausbeute erhält,
- Rütteln der gefüllten Kapseln zwecks Erreichens einer höchstmöglichen Fülldichte,
- Evakuieren der gefüllten Kapseln und gasdichtes Ver¬ schließen derselben,
- Einbringen der Kapseln in eine Heißisostatpresse und Aufheizen der Kapseln unter gleichzeitiger Druckbeauf¬ schlagung auf eine Temperatur von 1000 bis 1230 °C und einen Druck von 0,8 bis 3,5 kbar, vorteilhafterweise
1 kbar, und - Halten der Charge auf der gewählten Temperatur und dem gewählten Druck für einen Zeitraum von wenigstens 3 h.
6. Verwendung eines Stahles nach wenigstens einem der An¬ sprüche 1 bis 4 bzw. hergestellt gemäß Anspruch 5 zur Herstellung von Preßdornen, Preßmatrizen und Blockaufneh¬ mern für das Strangpressen, wie auch zur Herstellung von Schmiedepressen und Druckgußformen.
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