[0001] Die Erfindung betrifft eine Schnellarbeitsstahllegierung, u.zw. eine solche, welche
die karbidbildenden Elemente Wolfram, Molybdän, Chrom, Vanadium und Niob aufweist.
[0002] Im Rahmen der Schnellarbeitsstähle besitzt die genormte Legierungszusammensetzung
S 6 - 5 - 2 (laut AISI als M2 bezeichnet) mit entsprechenden Gehalten an Wolfram,
Molybdän, Vanadin und Chrom hinsichtlich der Häufigkeit ihrer Anwendung die weitaus
größte Bedeutung. In den letzten Jahren wurden auch schon verschiedene Versuche unternommen,
das nicht zuletzt durch die Auffindung neuer ausgedehnter Lagerstätten in den Mittelpunkt
des Interesses auch als Karbidbildner gekommene Legierungselement Niob heranzuziehen,
um insbesondere einen gänzlichen oder teilweisen Ersatz für Vanadin als Karbidbildner
bei diesem Stahltyp zu ermöglichen. So wurde beispielsweise durch F. Heisterkamp (Metals
and Materials, Oct. 1978) auf Legierungsvarianten hingewiesen, die vom Basistyp durch
einen Gehalt von 2 bzw. 3 % Niob bei völligem Ersatz des Vanadins bzw. von je 1 %
bei teilweisem Ersatz dieses Legierungsbestandteiles abweichen und gute Eigenschaften
gezeigt haben. Weitere auf die teilweise Substitution von Wolfram und/oder Molybdän
durch Niobgehalte bis etwa 4 % gerichtete Arbeiten sind ebenfalls schon bekanntgeworden;
die Absenkung des Wolframgehaltes hatte allerdings eine wesentliche Herabsetzung der
Härtewerte zur Folge, weshalb dieser Weg einer Niob-Substitution als nicht zielführend
betrachtet werden mußte.
[0003] Es war somit eine unerwartete und bedeutsame Erkenntnis, daß es möglich ist, ohne
Härteeinbußen in Kauf nehmen zu müssen, einen wesentlichen Anteil des laut Basiszusammensetzung
vorgesehenen Wolframs einzusparen, wenn einem bestimmten, in relativ niedrigen engen
Grenzen gehaltenen Niobgehalt ein gewisser Vanadinanteil zugeordnet wird und auch
für die übrigen Legierungsbestandteile bestimmte Bereichsgrenzen eingehalten werden.
[0004] Das Kennzeichen der erfindungsgemäßen Schnellarbeitsstahllegierung besteht demnach
darin, daß sie aus 0,84 bis 1,05 Gew.-% C, max. 1,0 Gew.-% Si, max. 1,0 Gew.-% Mn,
3,6 bis 4,5 Gew.-% Cr, 4,6 bis 6,5 Gew.-% Mo, 2,0 bis 4,0 Gew.-% W, 0,5 bis 1,6 Gew.-%
V und 0,5 bis 1,5 Gew.-% Nb, Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen besteht,
wobei die Summe von Vanadium und Niob im Bereich von 1 bis 2,5 Gew.-% liegt.
[0005] Dabei ist gemäß weiteren Erfindungsmerkmalen vorgesehen, daß bei einem Wolframgehalt
von 2,0 bis 3,0 Gew.-% der Vanadingehalt 1,3 bis 1,6 Gew.-% und der Niobgehalt 0,8
bis 1,5 Gew.-% beträgt, wobei die Summe von Vanadium und Niob im Bereich von 1 bis
2,5 Gew.-% liegt bzw. daß bei einem Wolframgehalt von mehr als 3,0 bis 4,0 Gew.-%
der Vanadiumgehalt 0,5 bis 1,5 Gew.-% und der Niobgehalt 0,5 bis 1,0 Gew.-% beträgt,
wobei die Summe von Vanadium und Niob im Bereich von 1 bis 2,5 Gew.-% liegt.
[0006] Es wird auf diese Weise erreicht, daß bei einem Minimum des Aufwandes für die am
Legierungsaufbau beteiligten karbidbildenden Elemente ein maximales Ergebnis der damit
erzielbaren technologischen Auswirkungen sichergestellt wird.
[0007] Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
In der Tabelle 1 sind einer der Basiszusammensetzung für S 6 - 5 - 2 entsprechenden
Schnellarbeitsstahlzusammensetzung vier verschiedene erfindungsgemäße Legierungszusammensetzungen
gegenübergestellt. Außerdem sind die zur Karbidbildung rechnerisch erforderlichen
C-Gehalte, die Differenzen gegenüber dem tatsächlichen C-Gehalt sowie die Härtetemperaturen
für die einzelnen Stähle angeführt. Die Härtetemperatur wurde in der üblichen Weise
mit Hilfe der Ansprunghärtekurven und der Snyder-Graff-Kornzahl ausgewählt. Wie bei
Stahlanalysen üblich, ist bei der Zusammensetzung der aus Fe und den herstellungsbedingten
Verunreinigungen bestehende Restanteil nicht gesondert ausgewiesen.
Für die Untersuchung des Standzeitverhaltens wurden Seitenschlichtmesser (18 mm-Vierkant:
α = 5°, β = 74
0, γ = 11°) angefertigt, mit denen auf 1000 N/mm
2 vergütete 100 mm dikke Rundstäbe aus 90 MnV 8 bei einer Schnittgeschwindigkeit von
24 m/min, einer Spantiefe von 1,00 mm und einem Vorschub von 0,203 mm/U bearbeitet
wurden. Gemessen wurde die bis zum Reibverschleiß abgedrehte Spanlänge, wobei jeweils
die Ergebnisse von sechs Drehmeißeln eines Probentyps gemittelt wurden. Die Ergebnisse
sind in der Tabelle 2 veranschaulicht, wobei auch die jeweils angewandte Härtetemperatur
und die erzielten Härtewerte ersichtlich sind.
Wie sich daraus ergibt, sind die Leistungen der erfindungsgemäßen Schnellarbeitsstahlzusammensetzungen
denen des Basiswerkstoffes bei entsprechender Wahl der Härtetemperatur praktisch gleichwertig
oder sogar überlegen, was bei den damit erzielten Ersparnissen besonders ins Gewicht
fällt. Die praxisbezogene Gleichwertigkeit ergab sich auch beiden mit den Probenstählen
vorgenommenen Untersuchungen des Guß-und Glühgefüges sowie der Mengen- bzw. Größenverteilung
der Karbide.
Schnellarbeitsstahllegierung mit den karbidbildenden Elementen Wolfram, Molybdän,
Chrom, Vanadium und Niob, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 0,84 bis 1,05 Gew.-%
C, max. 1,0 Gew.-% Si, max. 1,0 Gew.-% Mn, 3,6 bis 4,5 Gew.-% Cr, 4,6 bis 6,5 Gew.-%
Mo, 2,0 bis 4,0 Gew.-% W, 0,5 bis 1,6 Gew.-% V und 0,5 bis 1,5 Gew.-% Nb, Rest Fe
und unvermeidliche Verunreinigungen mit der Maßgabe besteht, daß bei einem Wolframgehalt
von 2,0 bis 3,0 Gew.-% der Vanadingehalt 1,3 bis 1,6 Gew.-% und der Niobgehalt 0,8
bis 1,5 Gew.-% beträgt, bzw. daß bei einem Wolframgehalt von mehr als 3,0 bis 4,0
Gew.-% der Vanadiumgehalt 0,5 bis 1,5 Gew.-% und der Niobgehalt 0,5 bis 1,0 Gew.-%
beträgt, wobei jeweils die Summe von Vanadium und Niob im Bereich von 1 bis 2,5 Gew.-%
liegt.
