Legierter Werkzeugstahl mit grosser Verschleissfestigkeit

Abstract

 Die Erfindung löst das Problem der Bearbeitung eines legierten Werkzeugstahles, dessen Verschleißfestigkeit und Schleifbarkeit in dem breiten Bereich reguliert werden kann.
Der erfindungsgemäße Stahl, der 0,4 4,5 Gew% Kohlenstoff, 0 - 2 Gew% Mangan, 0 - 2,5 Gew% Silizium, 0 - 6 Gew% Chrom, 0 - 7 Gew% Wolfram, 0 - 4 Gew% Molybdän, 0 - 10 Gew% Kobalt sowie Vanadium enthält und den Rest das Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen bilden, ist dadurch gekennzeichnet, daß er 1 - 21 Gew% Vanadium, 0 - 16 Gew% Titan, 0 - 4 Gew% Niob sowie 0,01 - 2 Gew% Stickstoff enthält.

Beschreibung

[0001] Der Erfindungsgegenstand ist ein legierter Werkzeugstahl mit großer Verschleißfestigkeit zur Anwendung bei der Herstellung von Werkzeugen, die einem besonders starken Verschleiß ausgesetzt sind.

[0002] Werkzeuge, die unter Bedingungen eines intensiven Verschleißes arbeiten müssen, werden aus Hartmetall.oder aus Stählen der Ledeburitischen Klasse, wie Schnellarbeitsstähle sowie Hochchromstähle, die gleichzeitig einen großen Kohlenstoffgehalt enthalten, hergestellt.

[0003] Der wesentliche Nachteil des Hartmetalles sind die hohen Herstellungskosten, die geringe Zähigkeit sowie die Schwierigkeiten, die mit der Herstellung von Werkzeugen mit größeren Abmessungen verbunden sind.

[0004] Die Stähle der Ledeburitischen Klasse besitzen eine geringe Nachgiebigkeit zur Warmverformung und eine große Neigung zur Streifenseigerung von Carbiden, was die Zähigkeit nach plastischer Verformung und Nachwärmebehandlung reduziert.

[0005] Bekannt ist aus dem polnischen Patent Nr. 125 293 ein Schnellarbeitsstahl, der 0,6 - 1,3 Gew% Kohlenstoff, bis 0,5 Gew% Mangan, bis 0,03 Gew% Phosphor, bis 0,03 Gew% Schwefel, 3,0 - 5,0 Gew% Chrom, 0 - 18,0 Gew% Wolfram und 0 - 9,0 Gew% Molybdän enthält, wobei die gegenseitige Abhängigkeit von Wolfram und Molybdän mit der Formel 7 ≤ W + 1,9 Mo ≤18, bis 0,4 %, 1,0 - 3,0 % Vanadin, 0,5 - 3,0 % Silizium und 0,03 - 0,30 % Stickstoff ausgedrückt ist und der Rest aus dem Eisen und den unvermeidlichen Verunreinigungen besteht.

[0006] Darüber hinaus ist aus der DE-PS 2 758 330 ein Schnellarbeitsstahl bekannt, der 0,07 - 1,7 Gew% Kohlenstoff, 0,01 - 0,08 Gew% Stickstoff, 0,02 - 1,5 Gew% Bor, 0,01 - 1,5 Gew% Silizium, 0,01 - 1,0 Gew% Mangan, 5,0 - 15,0 Gew% Kobalt, 3,0 - 7,0 Gew% Chrom, 13,0 - 20,0 Gew% Molybdän, 0 - 10,0 Gew% Wolfram, 0 - 5,0 Gew% Vanadin, 0,02 - 2,0 Gew% Niob und/oder Tantal sowie Eisen in der Ergänzung bis 100 % enthält.

[0007] Bekannt ist auch aus der DE-PS 3 144 476 ein Schnellarbeitsstahl, der in seiner Zusammensetzung Kohlenstoff in einer Menge von 0,08 - 2,0 Gew%, Silizium in einer Menge von 0,5 - 3,0 Gew%, Aluminium in einer Menge von 0,5 - 3,0 Gew%, Chrom in einer Menge von 0,5 - 10,0 Gew%, Molybdän in einer Menge von 0,5 - 10,0 Gew%, Wolfram in einer Menge von 0,5 - 20,0 Gew%, Vanadin in einer Menge von 0,5 - 6,0 Gew%, Kobalt in einer Menge von 0 - 10 Gew% sowie Eisen in der Ergänzung bis 100 % enthält.

[0008] Ziel der Erfindung ist es, einen legierten Werkzeugstahl zu finden, der mit fast vollständiger Beschränkung des Entstehens von eutektischen Gemischen des Ledeburittypes die Möglichkeit bietet, in einem breiten Bereich seine Verschleißfestigkeit und Schleifbarkeit zu regulieren.

[0009] Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß ein Stahl 0,4 - 4,5 Gew% Kohlenstoff, 0 - 2,0 Gew% Mangan, 0 - 2,5 Gew% Silizium, 0 - 6,0 Gew% Chrom, 0 - 7,0 Gew% Wolfram, 0 - 4,0 Gew% Molybdän, 0 - 10,0 Gew% Kobalt, Vanadin, Niob sowie Stickstoff enthält und den Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen bilden, 1 - 21 Gew% Vanadin, 0 - 16,0 Gew% Titan, 0 - 4,0 Gew% Niob sowie 0,01 - 2,0 Gew% Stickstoff enthält.

[0010] Der erfindungsgemäße Stahl enthält in seiner Struktur nach dem Abgießen primäre Carbide des MC-Types und Carbonitride des MX-Types mit regulären Formen, die keine Eutektika des Ledeburittyps bilden, in einer Menge von 6-50 Volumenprozent, und maximal 2 Volumenprozent der ledeburitischen Eutektika.

[0011] Durch die Änderung der Volumenteile und der Phasenzusammensetzung der Carbide und Carbonitride kann man in dem breiten Bereich die Verschleißfestigkeit und Schleifbarkeit regulieren.

[0012] Der erfindungsgemäße Stahl eignet sich zum Zerspanen sowie zur Herstellung von Werkzeugen zur Kalt- und Warmverformung.

Beispiel 1

[0013] Der Werkzeugstahl enthält:

- 0,5 Gewichtsprozent Titan

- 1,43 Gewichtsprozent Kohlenstoff

- 3,7 Gewichtsprozent Chrom

- 6,15 Gewichtsprozent Wolfram

- 6,4 Gewichtsprozent Vanadin

- 0,24 Gewichtsprozent Stickstoff

- 0,3 Gewichtsprozent Niob.

[0014] Den Rest bildet das Eisen und die unvermeidlichen Verunreinigungen.

[0015] Nach Abgießen treten im Gefüge dieses Stahles reguläre, gleichmäßig angeordnete primäre Vanadincarbonitride auf, deren Nachgiebigkeit zur Warmverformung gut ist. Nach dem Härten vom 1513 K beträgt die Härte 960 HV,und nach dem Anlassen beträgt 2 Stunden lang die Härte 865 HV bei 830 K.

[0016] In dem Stahlgefüge nach Härten sind 12 Volumenprozent von ungelösten, primären Vanadin-Carbonitrate vorhanden. Der Stahl hat bedeutend größere Verschleißfestigkeit als der Schnellarbeitsstahl SW18, bei fast derselben Schleifbarkeit.

Beispiel II

[0017] Der Werkzeugstahl enthält:

Nach Abgießen gibt es in dem Gefüge dieses Stahles ca. 8,5 Volumenprozent primäre Carbide des MC-Types. Die Anordnung dieser Carbide nach plastischer Verformung/Warmverformung war sehr regelmäßig.

[0018] Die Härte nach dem Weichglühen beträgt 227 HV. Die Charakteristiken des Härtens und Anlassens dieses Stahles ermöglichen seine Anwendung sowohl in der Kaltbearbeitung als auch in der Warmbearbeitung. Falls man den Stahl zum Kaltbearbeiten verwendet und die erforderliche Härte 58 - 60 HRC beträgt, wird er von 1173 K in dem Wasser gehärtet und bei 473 K angelassen. Die Wärmebehandlung gewährleistet die notwendige Rotgluthärte bei der Warmbearbeitung in dem Bereich von 873 - 923 K, die nach dem Härten von 1553 K in Öl und Anlassen bei 843 K besteht.

[0019] Der Stahl mit der obengenannten chemischen Zusammensetzung wurde eingesetzt für Schneidlaschen von Bimetallmessern zum Papierschneiden anstatt des bis jetzt angewandten Stahles mit der mittleren chemischen Grundzusammensetzung: 1,20 % C, 0,50 % Cr, 1,2 % W, 0,15 % V. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Stahles ermöglicht eine Arbeitszeitverlängerung dieser Messer ohne Abstumpfen von 4 bis 8 Stunden, wobei gleichzeitig die Zahl der Nachschleifmöglichkeit dieser Messer ungefähr um 80 % vergrößert wird.

Ansprüche

Legierter Werkzeugzahl mit großer Verschleißfestigkeit, der 0,4 - 4,5 Gew% Kohlenstoff, 0 - 2 Gew% Mangan, 0 - 2,5 Gew% Silizium, 0 - 6 Gew% Chrom, 0 - 7 Gew% Wolfram, 0 - 4 Gew% Molybdän, 0 - 10 Gew% Kobalt, Vanadium, Niob sowie Stickstoff enthält und den Rest das Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen bilden, dadurch gekennzeichnet , daß er 1 - 21 Gew% Vanadium, 0 - 16 Gew% Titan, 0 - 4 Gew% Niob sowie 0,01 - 2 Gew% Stickstoff enthält.