Stahl, insbesondere für Werkzeuge zur Warmformgebung

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Stahl, insbesondere iür Werkzeuge zur Warmformgebung von Metallen and Legierungen, z.B. Aluminium-und Kupferlegieungen, welcher aus in Gew.-%

Kohlenstoff 0,2 bis 0,45 vorzugsweise 0,35 bis 0,45

Molybdän + Wolfram 2,5 bis 3,0 vorzugsweise 2,5 pis 2,7

Mangan 1,6 bis 2,0 vorzugsweise 1,7 bis 1,8

Silizium 0,2 bis 1,2 vorzugsweise 0,55 bis 0,7

Vanadium 0,6 bis 1,0 vorzugsweise 0,8 bis 0,95

Chrom 2,2 bis 3,0 vorzugsweise 2,4 bis 2,7

Niob 0,0 bis 0,5 vorzugsweise 0,2 bis 0,3

Bor 0,0 bis 0,01 vorzugsweise 0,002 bis 0,009 Aluminium 0,0 bis 0,2

Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen besteht.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Stahl, insbesondere für Werkzeuge zur Warmformgebung von Metallen und Legierungen.

[0002] Warmarbeitsstähle werden für die Herstellung von Schmiedegesenken, Matrizen, Patrizen, Preßstempel und dgl. verwendet. Wesentlich für derartige Warmarbeitsstähle ist, daß sie auch bei höheren Arbeitstemperaturen, beispielsweise 650° C noch eine entsprechende Härte aufweisen, und diese Härte selbst bei Halten auf dieser Temperatur lange Zeit gehalten werden kann. Weiters ist von besonders hohem Interesse, daß die Härte des Werkzeuges nicht nur an der Oberfläche desselben gegeben ist, sondem auch im gesamten Querschnitt in etwa dieselbe Härte herrscht. Auch soll das Kriechverhalten bei erhöhten Temperaturen gering sein, damit hohe Standzeiten derartiger Werkzeuge erreicht werden können. Eine Erhöhung der Standzeiten von Werkzeugen bedingt nicht nur einen geringeren Stückverbrauch pro Zeiteinheit, sondern ermöglicht darüber hinaus noch, Rüstzeiten, welche durch den Austausch der Werkzeuge bedingt sind, zu minimieren.

[0003] Weiters ist es von besonderem Interesse einen Warmarbeitsstahl zur Verfügung zu haben, der die eingangs genannten Eigenschaften aufweist, und trotzdem einen relativen geringen Gehalt an leicht verfügbaren Legierungselementen aufweist.

[0004] Aus der DE-A1 30 41 565 wird ein Stahl folgender Zusammensetzung in Gew: % bekannt

[0005] Kohlenstoff 0,39, Silizium 0,33, Mangan 1,56, Phosphor 0,008, Schwefel 0,008, Chrom 2,5, Nickel 0,004, Molybdän 2,1, Vanadium 1,19 und Bor 0,05.

[0006] Ein derartiger Stahl hat sich durchaus für die Herstellung von Warmarbeitswerkzeugen bewährt.

[0007] Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, einen Stahl, insbesondere für Werkzeuge zur Warmverformung von Metallen zu schaffen, welcher eine höhere Standzeit auch bei höheren Temperaturen der Werkzeuge als bisher gewährleistet. Hiebei ist es somit wesentlich, daß die Eigenschaftskombination aus Anlaßbeständigkeit auch bei höheren Temperaturen, Zeitbruchdehnung und Zeitbrucheinschnürung bei höheren Temperaturen und zumindest Kriechdehnung bei höheren Temperaturen optimiert wird.

[0008] Es hat sich nun vollständig überraschend gezeigt, daß gemäß der vorliegenden Erfindung ein Stahl folgender Zusammensetzung dieses erwünschte Eigenschaftsniveau erbringt, welcher aus in Gew: %:

Kohlenstoff 0,2 bis 0,45 vorzugsweise 0,35 bis 0,45

Molybdän + Woifram 2,5 bis 3,0 vorzugsweise 2,5 bis 2,7

Mangan 1,6 bis 2,0 vorzugsweise 1,7 bis 1,8

Silizium 0,2 bis 1,2 vorzugsweise 0,55 bis 0,7

Vanadium 0,6 bis 1,0 vorzugsweise 0,8 bis 0,95

Chrom 2,2 bis 3,0 vorzugsweise 2,4 bis 2,7

Niob 0,0 bis 0,5 vorzugsweise 0,2 bis 0,3

Bor 0,0 bis 0,01 vorzugsweise 0,002 bis 0,009

Aluminium 0,0 bis 0,2

Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen besteht.

[0009] Dieses erwünschte Eigenschaftsniveau kann offensichtlich nur durch die synergistische Wirkung im wesentlichen aller angeführten Elemente erreicht werden. So ist es beispielsweise bekannt, daß die Elemente Mangan, Silizium und Chrom zwar eine güstige gleichmäßige Härteverteilung über den Querschnitt des Werkstückes erlauben, jedoch kann damit nicht die Verbesserung der Kriechdehnung erklärt werden. Vanadium beispielsweise bedingt eine besonders günstige Bindung des Kohlenstoffgehaltes und weist daher einen Einfluß auf die Härtbarkeit und Anlaßbeständigkeit auf, jedoch wäre beispielsweise kein direkter Einfluß auf die Zeitbrucheinschnürung zu erwarten.

[0010] Im folgenden wird die Erfindung anhand der Beispiele näher erläutert.

[0011] Es wurden jeweils durch Elektroschlackeumschmelzen Blöcke mit der Zusammensetzung gemäß Tabelle 1 gefertigt, wobei aus diesen Blöcken durch Schmieden mit 4-facher Verformung Proben gefertigt wurden. Es wurde jeweils an drei. Proben das Langzeitanlaßverhalten für die Temperatur 650°C, und zwar nach 2, 5, 10 und 15 Stunden bestimmt, wobei die Proben vor dem Langzeitanlassen auf 1060°C erhitzt, 30 Minuten auf dieser Temperatur gehalten und anschließend in Öl abgeschreckt wurden. Die entsprechenden Werte sind der Tabelle 2 zu entnehmen.

[0012] Ebenfalls an jeweils drei Proben wurden die Zeitbruchdehnung in % und die Zeitbrucheinschnürung in % gemäß DIN 50145 geprüft, und die entsprechenden Werte sind der Tabelle 3 zu entnehmen. Die Härtung der Proben erfolgte -wie oben angeführt -wobei die Versuche bei 750°C durchgeführt wurden.

[0013] Das Härteprofil im Querschnitt der Proben ( 25 ^x 25 mm und Höhe 20 mm) ist bei Raumtemperatur bestimmt, wobei die Härte jeweils an der Oberfläche, 25 %, 50 % und 75 % unterhalb derselben bestimmt und wiedergegeben in Tabelle 4 wurden.

[0014] Jeweils vier Proben wurden bei 650°C und einer Belastung von 250 N/mm² bis zum Bruch belastet gemäß DIN 50119. In der Tabelle 5 sind die Stunden bis zum Bruch wiedergegeben.

[0015] Den Versuchsergebnissen ist somit zu entnehmen, daß die erfindungsgemäßen Stähle B und C gemäß Tabelle 1 bei guten Langzeitanlaufverhalten, sehr guten Werten in der Zeitbruchdehnung und den Zeitdehnwerten den Vergleichsstählen A, D, E und F wesentlich überlegen sind.

Ansprüche

Stahl, insbesondere für Werkzeuge zur Warmformgebung von Metallen und Legierungen, z.B. Aluminium-und Kupferlegierungen, welcheraus in Gew.-%

Kohlenstoff 0,2 bis 0,45 vorzugsweise 0,35 bis 0,45

Molybdän + Wolfram 2,5 bis 3,0 vorzugsweise 2,5 bis 2,7

Mangan 1,6 bis 2,0 vorzugsweise 1,7 bis 1,8

Silizium 0,2 bis 1,2 vorzugsweise 0,55 bis 0,7

Vanadium 0,6 bis 1,0 vorzugsweise 0,8 bis 0,95

Chrom 2,2 bis 3,0 vorzugsweise 2,4 bis 2,7

Niob 0,0 bis 0,5 vorzugsweise 0,2 bis 0,3

Bor 0,0 bis 0,01 vorzugsweise 0,002 bis 0,009

Aluminium 0,0 bis 0,2

Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen besteht.