Martensitaushärtbarer Stahl

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen martensitaushärtenden Stahl, insbesondere für Kunststofformen, folgender Zusammensetzung:

0,001 bis 0,1% Kohlenstoff

0,50 bis 2,0% Silizium

8,0 bis 14,0% Mangan

0,3 bis 5,0% Titan

0,001 bis 1,0% Aluminium

0 bis 2,0% Chrom

0 bis 3,0% Molybdän

0 bis 4,0% Nickel

0 bis 4,0% Wolfram

0 bis 5,0% Cobalt

Rest Eisen, einschliesslich herstellungsbedingter Verunreinigungen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen kostengünstigen martensitaushärtbaren Stahl, insbesondere für die Herstellung von Kunststoffformen. Der Stahl soll im lösungsgeglühten Zustand eine Festigkeit von 900 bis 1100 N/mm² aufweisen und daher gut bearbeitbar sein. Durch eine einfache Auslagerungsbehandlung bei 400 bis 500 °C sollen dann Zugfestigkeitswerte von mindestens 1200 N/mm² erreicht werden.

[0002] Für die Herstellung von Kunststofformen werden vorwiegend der Kunststofformenstahl 40 CrMnMo 7, Werkstoff-Nr. 1.2311 oder die schwefellegierte Variante 40 CrMnMoS 86, Werkstoff-Nr. 1.2312 verwendet. Diese Stähle werden vom Hersteller auf Zugfestigkeitswerte von 900 bis 1100 N/mm² vergütet und in diesem Zustand zu Werkzeugen verarbeitet. Eine nachträgliche Wärmebehandlung der Werkzeuge würde zu unzulässigen Maßänderungen, Verzügen oder Oberflächenbeeinträchtigungen führen. Hieraus ergibt sich aber die Notwendigkeit, daß die Vergütungsfestigkeit auf 1100 bis 1200 N/mm² begrenzt bleibt, weil höhere Festigkeitswerte die Zerspanbarkeit erschweren würden.

[0003] Aufgabe der Erfindung war es daher, einen Stahl vorzuschlagen, der im Anlieferungszustand eine geringe Festigkeit und damit gute Zerspanbarkeit aufweist und der erst nach der Fertigstellung der Werkzeuge, durch eine einfache Wärmebehandlung, die zu keiner Maß- änderung und Oberflächenveränderung führt, auf eine Festigkeit von mindestens 1200 N/mm² gebracht werden kann.

[0004] Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Stahl mit der Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen.

[0005] Die herkömmlichen martensitaushärtbaren Stähle mit 18 % Nickel, 8 % Cobalt, 5 % Molybdän und bis zu 1,4 % Titan, die im lösungsgeglühten Zustand eine Zugfestigkeit von rd. 1000 N/mm² aufweisen und auf Festigkeitswerte über 2000 N/mm² ausgehärtet werden können, kommen wegen ihres hohen Legierungsgehaltes und der damit verbundenen Kosten für die Herstellung von Kunststofformen nur begrenzt infrage.

[0006] Bei dem erfindungsgemäßen Stahl handelt es sich um eine Eisenlegierung mit 8 bis 14 % Mangan als Hauptkomponente. Mangangehalte von 8 % führen bereits zu günstigen Eigenschaften, der optimale Mangangehalt liegt bei rd. 12 %. Der Stahl ist ferner mit solchen Legierungselementen angereichert, die beim Erwärmen auf Temperaturen oberhalb von 800 °C im Austenit gelöst werden und auch nach dem Abschrecken auf Raumtemperatur im Martensit gelöst bleiben. Dabei handelt es sich um eine Kombination der Legierungselemente C,, Si, Ti und Al als Zwangskomponenten und Mo, W, Co und Ni als Wahlkomponenten.

[0007] Der Siliziumgehalt von mindestens 0,5 % ist notwendig, um bereits bei realistischen Auslagerungsdauern von 10 bis 20 h ausreichend hohe Härtewerte zu erzielen, siehe Bild 2. Eine Verstärkung dieses Effektes ohne Beeinträchtigung der Zähigkeit wird durch den Zusatz von Nickel hervorgerufen, der in einer Größenordnung von 1 bis 2 % liegen sollte, siehe Bild 3. Titan ist maßgeblich an der Bildung intermetallischer Phasen beteiligt und trägt daher wesentlich zur Steigerung der Härte bei, siehe Bild 4. Molybdän dient ebenso wie Titan zur Steigerung der Härte, wobei dadurch keine nennenswerte Beeinflussung der Zähigkeit eintritt. Aufgrund der Umwandlungshysterese zwischen Abkühlen und Erhitzen, siehe Bild 1, ist es möglich, diese gelösten Legierungselemente durch Auslagern bei Temperaturen um 500 °C aus dem Martensit auszuscheiden. Die hierdurch entstehenden intermetallischen Phasen führen zu einem Anstieg der Härte. Dieser Vorgang wird als Martensitaushärtung bezeichnet.

[0008] Eine bevorzugte Zusammensetzung enthalten die Ansprüche 2 und 3.

[0009] Beispiel:

[0010] Ein Stahl mit (in Masse-%):

wurde unter betriebsüblichen Bedingungen erschmolzen und in Blöcke von 4 t abgegossen. Die Verformung, die mechanische Bearbeitung, Polierung und die Ätzung dieses Stahles bereitete keine Schwierigkeiten. Aus diesem Stahl hergestellte Kunststofformen wurden der praktischen Erprobung zugeführt und haben sich im Einsatz voll bewährt.

Ansprüche

1. Martensitaushärtbarer Stahl mit folgender Zusammensetzung (in Masse-%):

Rest Eisen, einschließlich herstellungsbedingter Verunreinigungen.

2. Stahl nach Anspruch 1 der Zusammensetzung (in Masse-%):

Rest Eisen einschließlich herstellungsbedingter Verunreinigungen.

3. Stahl nach Anspruch 2 mit

4. Verwendung eines Stahls der Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 als Werkstoff für Kunststofformen.

Zeichnung