DE2658813A1

DE2658813A1 - Stickstoff enthaltender schnellarbeitsstahl

Info

Publication number: DE2658813A1
Application number: DE19762658813
Authority: DE
Inventors: Hirofumi Fujimoto; Minoru Hirano; Katuhiko Honma; Masaru Ishii; Nobuyasu Kawai; Hiroshi Takigawa; Tsuneo Tatsuno; Toru Yukawa
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1975-12-29
Filing date: 1976-12-24
Publication date: 1977-06-30
Also published as: US4121930A; SE416141C; SE7614614L; JPS5281006A; DE2658813C2; JPS5754538B2; SE416141B

Description

Anmelder: KOBE STEEL, LTD., 3-18, 1-Chome, Wakinohama-Cho, Fukiai-ku, KOBE/Japan

Stickstoff enthaltender Schnellarbeitsstahl

Die Erfindung betrifft einen Stickstoff enthaltenden Schnellarbeitsstahl (Schnelldrehstahl), der nach dem Pulvermetallurgieverfahren hergestellt worden ist-

Es ist bekannt, daß die Eigenschaften von Schnellarbeitsstählen (Schnelldrehstählen), die Legierungseleniente, wie Cr, V und V, enthalten, dadurch verbessert werden können, daß man Stickstoff einarbeitet (vergleiche z. B. "Kobe Steel Technical Bulletin, E & D", Band 24, Fr. 3, Seiten 11-15, und japanische Offenlegungsschriften Nr. 78 606/74, 49 109/75 und 49 156/75)· Durch die Nitrierungsbehandlung wird ein Nitrid vom Typ MX oder MgX (worin M für ein Legierungselement und X für Kohlenstoff oder Stickstoff stehen) gebildet und dieses Nitrid ist stabiler als ein Carbid des Typs MC oder M^C. Dadurch wird der geeignete Abschrecktemperaturbereich verbreitert und die Kontrolle (Steuerung) der Wärmebehandlung kann erleichtert werden. Außerdem werden die Anlaßhärtungseigenschaften verbessert und es kann eine feinere Austenit-

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kristallstruktur mit besseren mechanischen Eigenschaften erhalten werden. Die Bearbeitbarkeit (Zerspanbarkeit) kann ebenfalls verbessert sein. Es wird angenommen, daß durch diese Effekte die Eigenschaften solcher Schnellarbeitsstähle (Schnelldrehstähle) durch Einarbeitung von Stickstoff verbessert werden können.

Die meisten der konventionellen Stickstoff enthaltenden Schnellarbeitsstähle wurden bisher nach dem Schmelzverfahren hergestellt. Wenn das Schmelzverfahren zur Herstellung von Stickstoff enthaltenden Schnellarbeitsstählen angewendet wird, müssen komplizierte Stufen, wie z. B. das Schmelzen des Stahls in einer Stickstoff-Eochdruckatmosphäre oder das Einbringen eines Nitrids in den geschmolzenen Stahl durchgeführt werden. Außerdem ist es unmöglich, nach dem Schmelzverfahren die Eigenschaften bis zu den gewünschten Werten zu verbessern, da die Menge des in den Stahl eingebrachten Stickstoffs gering ist und es schwierig ist, ein feines Carbonitrid zu bilden und es gleichmäßig innerhalb des Stahls zu verteilen.

Als Möglichkeit zur Überwindung der Nachteile oder Beschränkungen, die dem Schmelzverfahren anhaften, wurden vor kurzem Verfahren zur Herstellung von Stickstoff enthaltenden Schnellarbeitsstählen nach dem Pulvermetallurgieverfahren oder nach dem Pulverschmiedeverfahren vorgeschlagen. In diesen Verfahren wird durch Ausnutzung der Tatsache, daß das Pulver eine große spezifische Oberfläche aufweist, und der Tatsache, daß ein Pulversinterkörper eine poröse Struktur hat, eine beliebige Menge Stickstoff in den Stahl eingeführt auf einfache Weise, beispielsweise durch vorherige Zugabe von Stickstoff zu dem Ausgangspulver oder durch Einstellung der Erhitzungstemperatur, der Erhitzungsdauer oder des Stickstoffpartialdruckes in der Behandlungsatmosphäre in der Sinterungsstufe.

Es war zu erwarten, daß der Stickstoff "bei diesem Verfahren in den Stählen fein und gleichmäßig verteilt wird.

Bei den konventionellen, Stickstoff enthaltenden Schnellarbeitsstählen, die nach dem Pulvermetallurgieverfahren hergestellt worden sind, ist jedoch die Bearbeitbarkeit (Zerspanbarkeit) nicht so stark verbessert wie erwartet, sondern die Bearbeitbarkeit (Zerspanbarkeit) wird eher verschlechtert durch Einarbeitung von Stickstoff. Es wird daher häufig gesagt, dsß der Wert der Stickstoff enthaltenden Schnellarbeitsstähle, die nach dem Pulvermetallurgieverfahren hergestellt worden sind, fraglich ist. Darüber hinaus konnte bei einigen Stickstoff enthaltenden Schnellarbeitsstählen, die nach dem Pulvermetallurgieverfahren hergestellt worden sind, die vor kurzem Eingang in die praktische Verwendung gefunden haben, der Grund dafür, warum die Stähle eine gute Bearbeitbarkeit in Kombination mit einer guten Verschleißfestigkeit aufweisen, bisher nicht geklärt werden. Insbesondere die Beziehung zwischen den Mengen der Legierungselemente, die erforderlich sind, um den Stählen eine ausgezeichnete Bearbeitbarkeit (Zerspanbarkeit) zu erteilen, und der Menge an angereichertem Stickstoff ist bisher nicht geklärt. Daher sind die Arten der Stähle, auf welche die Stickstoffanreicherung zur Herstellung von Schnellarbeitsstählen nach dem Pulvermetallurgieverfahren anwendbar ist, sehr stark beschränkt. So ist beispielsweise im "Kobe Steel Technical Bulletin, R & D", Band 24-, Nr. 3, Seite 10, angegeben, daß dann, wenn Schnellarbeitsstählen vom Mo-Typ (JIS SKH 9 und modifiziertes JIS SKH 55) nach dem Pulvermetallurgieverfahren 0,4- bis 0,5 % Stickstoff zugesetzt wird, die Bearbeitbarkeit merklich verbessert wird. Nach einem solchen Verfahren kann in der Tat ein Effekt der Verbesserung der Bearbeitbarkeit erzielt werden. Die Zugabe einer derart großen Menge von Stickstoff zu

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Schnellarbeitsstählen, in denen die Gehalte an Legierungselementen standardisiert sind, führt Jedoch zu einer Störung des stöchiometrischen Gleichgewichtes zwischen den Legierungselementen in den Schnellarbeitsstählen. Deshalb bringt dieses Verfahren verschiedene Probleme mit sich. So wird beispielsweise der Rest-Austenitgehalt in der Abschreckungsstufe erhöht und es muß auch die Anzahl der Wiederholungen der Temperung erhöht werden. Dementsprechend wird auch die Größenänderung während der Wärmebehandlung verbessert (erhöht). Darüber hinaus wird die Zähigkeit verschlechtert und der Anwendungsbereich der Schneidwerkzeuge aus diesen Stählen ist stark beschränkt.

Ausgehend von dem oben erwähnten Vorteil des Pulvermetallurgieverfahrens, wonach eine beliebige Henge Stickstoff in den Stahl eingearbeitet werden kann und ein feines Carbonitrid gleichmäßig innerhalb des Stahls verteilt werden kann, wurden nun umfangreiche Forschungsarbeiten durchgeführt in dem Bestreben, verschiedene Eigenschaften von Schnellarbeitsstählen (Schnelldrehstählen), insbesondere die Bearbeitbarkeit (Zerspanbarkeit), zu verbessern durch Anreicherung des Stickstoffgehaltes in verschiedene Legierungskomponenten enthaltenden Schnellarbeitsstählen nach dem Pulvermetallurgieverfahren. Dabei wurde gefunden, daß zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit (Zerspanbarkeit) ohne Verschlechterung der Wärmebehandlungseigenschaften und der mechanischen Eigenschaften von Schnellarbeitsstählen ein spezifisches Verhältnis zwischen C, K und V als spezifischen Komponenten von Schnellarbeitsstählen eingehalten werden muß. Darauf beruht die vorliegende Erfindung.

Durch die vorliegende Erfindung werden die Probleme gelöst, die bei konventionellen, Stickstoff enthaltenden Schnell-

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arbeitsstählen, die nach dem Pulvermetallurgieverfahren hergestellt worden sind, auftreten. Hauptziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Stickstoff enthaltenden Schnellarbeitsstahl (Schnelldrehstahl) zu entwickeln, der nach dem Pulvermet allurgie.ver fahr en hergestellt worden ist, der eine verbesserte Bearbeitbarkeit (Zerspanbarkeit) aufweist ohne Beeinträchtigung der Wärmebehandlungseigenschaften und der Querbiegefestigkeit.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung werden die obengenannten Ziele und weitere Ziele erreicht mit einem Stickstoff enthaltenden Schnellarbeitsstahl (Schnelldrehstahl), der nach dem Pulvermetallurgieverfahren hergestellt worden ist, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er mindestens 0,40 % N, 1,6 bis 15 °/o V, C in einer Menge enthält,'die der Beziehung 0,5 + 0,2 V (%) < (C + N) < 0,8 + 0,2V (%) genügt^und der mindestens einen Vertreter aus der Gruppe bis au I5 % Cr, bis zu 10 % Mo, bis zu 20 % W und bis zu I5 % Co enthält.

Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegen·- Erfindung einen Stickstoff enthaltenden Schnellarbeitsstahl ..>ehnelldrehstahl), wie er vorstehend angegeben worden ist, dessen Stickstoffgehalt mindestens 0,45 % beträgt.

Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung einen Stickstoff enthaltenden Schnellarbeitsstahl (Schnelldrehstahl), wie er in den beiden vorausgehenden Absätzen angegeben worden ist, dessen V-Gehalt 2,5 bis 15 % beträgt.

Gemäß einem vierten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung einen Stickstoff enthaltenden Schnellarbeitsstahl (Schnelldrehstahl), wie er in den drei vorhergehenden Absätzen angegeben worden ist, der außerdem mindestens einen Vertreter aus

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der Gruppe bis zu 2 % Zr, bis zu 5 % ITb und bis zu 1 % B enthält.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm, welches die Beziehungen zwischen dem Stickstoffgehalt von Schnellarbeitsstählen und der Schneidestandzeit (cutting life time), der Größenänderung während der wärmebehandlung und der Biegefestigkeit erläutert;

Fig. 2 ein Diagramm, welches die Beziehungen zwischen dem Gehalt an (C + IjT) von Schnellarbeitsstählen und der Schneidestandzeit, der Größenänderung während der Wärmebehandlung und der Biegefestigkeit erläutert;

Fig. 3 ein Diagramm, welches die Beziehungen zwischen dem Gehalt an (C + N) von Schnellarbeitsstählen und der Schneidestandzeit, der Größenänderung während der Wärmebehandlung und der Biegefestigkeit erläutert; und

Fig. 4· ein Diagramm, welches die Beziehungen zwischen dem Gehalt an (C +N) von Schnellarbeitsstählen und der Schneidestandzeit, der Größenänderung während der Wärmebehandlung und der Biegefestigkeit erläutert.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand bevorzugter Ausführungsformen näher beschrieben» Nachfolgend wird insbesondere ein Stickstoff enthaltender Schnellarbeitsstahl (Schnelldreh stahl) gemäß der Erfindung, der nach dem Pulvermetallurgieverfahren hergestellt worden ist, unter Bezugnahme auf die

beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.

Ein typisches Beispiel für Stahlpulver, die bisher für die Herstellung yon Stickstoff enthaltenden Schnellarbeitsstählen nach dem Pulvermetallurgieverfahren verwendet wurden, ist ein Pulver eines Stahls entsprechend JIS SKH (mit 0,8 % C, 4,1 % Cr, 5,2 % Mo, 6,2 % V und 2,01 % V), das hier verwendet wurde, und in diesen Stahl wurde Stickstoff eingearbeitet und es wurden Schnellarbeitsstähle mit differierendem Stickstoffgehalt hergestellt. In diesen Schnellarbeitsstählen wurden die Einflüsse des Stickstoffgehaltes auf die Bearbeitbarkeit (Zerspanbarkeit), die Größenänderung während der Wärmebehandlung und die Querbiegefestigkeit untersucht, wobei die in der Fig. 1 dargestellten Ergebnisse erhalten wurden.

Wie aus den in Fig. 1 dargestellten Ergebnissen hervorgeht, ißt die Bearbeitbarkeit (Zerspanbarkeit deutlich besser, wenn der Stickstoffgehalt mindestens 0,40 % beträgt, und es wird ein maximaler Wert erhalten, wenn der Stickstoffgehalt etwa 0,5 % beträgt. Die Wärmebehandlungsbeanspruchung (-verformung) ist (sind) geringer und besser als in Stählen, die nach dem Schmelzverfahren hergestellt worden sind, wenn der Stickstoffgehalt weniger als 0,40 % beträgt, wenn jedoch der Stickstoffgehalt 0,40 % übersteigt, wird die Warmebehandlungsbeanspruchung (-verformung) bis zu einem Wert erhöht, der praktisch gleich der Größenänderung während der Wärmebehandlung bei Stählen ist, die nach dem Schmelzverfahren hergestellt worden sind. Außerdem wird eine bessere Biegefestigkeit erhalten, wenn der Stickstoffgehalt weniger als 0,40 % beträgt, die Biegefestigkeit wird jedoch deutlich schlechter, wenn der Stickstoffgehalt 0,40 % übersteigt. Insbesondere die Bearbeitbarkeit (Zerspanbarkeit) kann nicht verbessert werden, wenn der Stickstoffgehalt 0,40 % nicht übersteigt.

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Andererseits werden keine besseren Ergebnisse erhalten in bezug auf die Größenänderung während der Wärmebehandlung und die Biegefestigkeit, wenn der Stickstoffgehalt nicht weniger als 0,40 % beträgt. Daraus ergibt sich, kurz zusammengefaßt, daß ein Stickstoffgehalt, der eine bessere Bearbeitbarkeit (Zerspanbarkeit) ergibt, im Widerspruch steht zu einem Stickstoffgehalt, der bessere Wärmebehandlungseigenschaften und eine bessere Querbiegefestigkeit ergibt.

Kohlenstoff, der ein wesentliches Element eines Schnellarbeitsstahles darstellt, hat im allgemeinen Eigenschaften, die sehr ähnlich denjenigen von Stickstoff sind, der ein Zusatzelement darstellt, und jedes dieser Elemente hat eine sehr kleine Atomzahl von 6 oder 7 ^aA stellt ein Atom vom interstitiellen Typ dar, welches die Neigung hat, leicht eine Legierungsverbindung zu bilden. Daher scheint es in Schnellarbeitsstählen mit einem hohen Stickstoffgehalt vernünftig zu sein, den Stickstoffgehalt in Kombination mit dem Kohlenstoffgehalt einzustellen oder zu regulieren, wobei man sich beispielsweise eher auf solche Paktoren wie den (C + N)-Gehalt und das C/N-Verhältnis bezieht als den Stickstoffgehalt nur unabhängig von dem Kohlenstoffgehalt einzustellen oder zu regulieren· Darüber hinaus ist es erwünscht, den Stickstoffgehalt zu regulieren oder einzustellen nach gebührender Berücksichtigung der Gehalte an Elementen, die vom Fachmann als Elemente angesehen werden, die in der Lage sind, zusammen mit C und K in Schnellarbeitsstählen Carbide zu bilden, wie insbesondere Vanadin,

Im Hinblick auf die vorstehenden Ausführungen wurden, wie in den weiter unten folgenden Beispielen näher erläutert, Pulver von Stählen entsprechend JIS SKH 9 oder 10 hergestellt, die sich in ihrem Kohlenstoffgehalt voneinander unterschieden,

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und in diese Stahlpulver wurde Stickstoff in einer Menge eingearbeitet, die größer ist als 0,35 %■> wobei dieser Wert ein kritischer Gehalt ist, der für die Verbesserung der Bearbeitbarkeit erforderlich ist. Dann wurden Schnellarbeitsstähle aus diesen Pulvern nach dem Pulvermetallurgieverfahren hergestellt und sie wurden im Hinblick auf die Bearbeitbarkeit (Zerspanbarkeit), die Wärmebehandlungsbeanspruchung (-verformung) und die Querbiegefestigkeit geprüft, wobei die in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Ergebnisse erhalten wurden.

Die Fig. 2 erläutert die Ergebnisse, die mit Stählen entsprechend SKH 9 (V = 1,95 "bis 2,04 %) erhalten wurden. Aus der Fig. 2 ist zu ersehen, daß dann, wenn der (C + N)-Gehalt oberhalb 0,9 % liegt, die Bearbeitbarkeit deutlich verbessert wird und entweder die Größenveränderung während der Behandlung oder die Biegefestigkeit auf dem gewünschten Wert gehalten wird, wenn der (C + N)-Gehalt unterhalb 1,2 % liegt. In einem Stickstoff enthaltenden Schnellarbeitsstahl, der nach dem Pulvermetallurgieverfahren hergestellt worden ist, welcher JIS SEH 9 entspricht, liegt insbesondere ein geeigneter Bereich des (C + N)-Gehaltes zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit ohne Verschlechterung der warmebehandlungseigenschaften und der mechanischen Eigenschaften bei 0,9 bis 1,2 %.

Fig· 3 erläutert die Ergebnisse, die mit Stählen entsprechend SKH 10 (V = 4,45 bis 4,53 %) erhalten wurden. Aus der Fig. 3 ist zu ersehen, daß ein geeigneter Bereich für den (C + U)-Gehalt bei 1,4 bis 1,7 % liegt.

Die Fig. 4 erläutert die Ergebnisse, die mit Stählen mit einem erhöhten V-Gehalt, nämlich mit Stählen mit 4 % Cr 3,5 % Mo - 10 % W - 12 % Verhalten wurden. In diesem Falle liegt ein geeigneter Bereich für den (C + R)-Gehalt bei 2,9

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bis 3,2 %.

Wenn die vorstehend angegebenen experimentellen Ergebnisse, die mit verschiedenen Schnellarbeitsstählen, die nach dem Pulvermetallurgieverfahren hergestellt worden waren, erhalten wurden,zusammenfassend betrachtet werden, insbesondere im Hinblick auf den (C + N)-Gehalt und im Hinblick auf den V-Gehalt, so ist zu ersehen, daß zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit ohne Verschlechterung der warmebehandlungseigenschaften und der Querbiegefestigkeit die folgende Bedingung erfüllt sein muß:

0,5 + 0,2 V (%) < (C + N) < 0,8 + 0,2 V (%).

Venn der V-Gehalt 15 % übersteigt, wird in der Regel die Zähigkeit drastisch verschlechtert, weil ein Carbonitrid vom Vanadin-Typ vergröbert wird und in einem solchen Falle wird die obige Beziehung, die einen für die Verbesserung der Bearbeitbarkeit, der Vfärmebehandlungseigenschaften und der mechanischen Eigenschaften geeigneten Bereich des (C + N)-Gehaltes definiert, nicht erfüllt. Darüber hinaus werden dann, wenn der Vanadingehalt mehr als 15 % beträgt, die Schleifbarkeit und die Schmiedeeigenschaften drastisch verschlechtert, da ein Carbonitrid vom Vanadin-Typ vergröbert wird. Wenn der V-Gehalt unterhalb 1,6 % liegt, ist es sehr schwierig, mindestens 0,4 % N in Form eines Nitrids einzuarbeiten. Natürlich kann auch in einem solchen Falle eine N-Anreicherung dadurch erzielt werden, daß der Nitrierungsdruck höher als Atmosphärendruck gemacht wird. In einem solchen Falle werden jedoch Nitride von Cr, Fe und dergleichen gebildet, die zu einer merklichen Verschlechterung der Bearbeitbarkeit und Querbiegefestigkeit führen. Deshalb beträgt erfindungsgemäß die untere Grenze für den V-Gehalt 1,6 %. In Schnellarbeitsstählen wird eine höhere Verschleißfestigkeit erzielt, wenn die Menge

eines Carbonitrids vom MX-Typ V als Hauptlegierungselement, bei dem es sich um das härteste unter den Carbonitriden handelt, erhöht wird. Deshalb ist es erfindungsgemäß- zur Erhöhung (Verbesserung) des Effektes durch Zugabe von Ή bevorzugt, daß der V-Gehalt mindestens 2,5 % beträgt. Keine merkliche Verbesserung der Bearbeitbarkeit wird erzielt, wenn der Stickstoffgehalt unterhalb 0,40 % liegt. Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, daß der Stickstoffgehalt mindestens 0,45 % beträgt·

Wie aus den vorstehenden experimentellen Ergebnissen hervorgeht, wird die obengenannte Beziehung, nämlich ein geeigneter Bereich für den (C + ϊΟ-Gehalt in den verschiedenen Schnellarbeitsstählen, die sich hinsichtlich ihres Gehaltes an solchen Metallen, wie Cr, Mo, W und Co, voneinander unterscheiden, nicht verändert. Schnellarbeitsstählen werden im allgemeinen Cr bis zu einer Menge von 15 %i Mo in einer Menge bis zu 10 %, W in einer Menge bis zu 20 % und Co in einer Menge bis zu 15 % zugegeben. Außerdem können je nach Bedarf bis zu 2 % Zr, bis zu 5 % Nb und bis zu 1 % B zugegeben werden. Diese Zusatzelemente werden nachfolgend näher erläutert.

W ist ein Element, das wichtig ist, um den Schnellarbeitsetählen die erforderlichen Eigenschaften zu verleihen. Es verbindet sich mit C, N und Fe unter Bildung eines Nitrids vom Typ M^X und wird in dem Substrat gelöst zur Verbesserung der Anlaßhärtungseigenschaften und der Hochtemperaturhärte und dadurch zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit. Deshalb trägt W stark zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit (Zerspanbarkeit) bei. Wenn jedoch der W-Gehalt 20 % übersteigt, wird keine wesentliche Erhöhung dieser Effekte mehr erzielt. Deshalb wird erfindungsgemäß W in einer Menge bis zu 20 % eingearbeitet. In Schnellarbeitsstählen übt Mo ähnliche

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Effekte aus wie W, Mo unterscheidet sich jedoch von W dadurch, daß es das Wachstum des Kristallkorns hemmt und die Zähigkeit nicht stark vermindert. Venn der Mo-Gehalt 10 % übersteigt, werden jedoch diese Effekte praktisch nicht erzielt, sondern die Warmverformbarkeit (Warmbearbeitbarkeit) wird verschlechtert. Daher wird Ho in e.jjier Menge bis zu 10 % eingearbeitet. Cr ist in dem Substrat und in den Carbonitriden enthalten und übt Effekte in bezug auf die Verbesserung der Abschreckungseigenschaften und in bezug auf die Verbesserung der Anlaßhärtungseigenschaften und in bezug auf die Hochtemperaturhärte aus. Wenn jedoch der Cr-Gehalt 15 % übersteigt, nimmt der Eestaustenitgehalt drastisch zu. Daher wird Cr in einer Menge bis zu 15 % eingearbeitet. Wenn Co in Kombination mit W, Mo, V und dergleichen verwendet wird, dann hat es den Effekt der Verbesserung der Hochtemperaturhärte auf wirksame Weise und es stellt ein Zusatzelement dar, das wichtig ist für einen Werkzeugstahl für harte Schneidmaterialien. Wenn jedoch der Cr-Gehalt 15 % übersteigt, werden die Abschreckungseigenschaften und die Warmverformbarkeit (Warmverarbeitbarkeit) verschlechtert. Daher wird Cr in einer Menge von bis zu 15 % eingearbeitet. Unter den Verunreinigungen ist Al nicht bevorzugt. Der Grund dafür ist der, daß das Al in Form von AlK vorliegt und daß es die Effekte von Έ vermindert. Daher muß der Al-Gehalt auf weniger als 0,4 % vermindert werden.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.

Beispiel 1

Gaszerstäubte Stahlpulver entsprechend JIS SKH 9, die sich im Hinblick auf ihren Kohlenstoffgehalt voneinander unter-

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schieden, wurden in Flußstahl-Büchsen eingefüllt, einer Entgasungs- und Nitrierungsbehandlung unterworfen und dann druckverformt unter Verwendung einer heißen isostatischen Presse zur Herstellung von Stahlblöcken. Es wurden Produkte erhalten, indem man diese Blöcke einer Wärmebehandlung unterzog. Die Herstellungsbedingungen und die Tests zur Bestimmung der Bearbeitbarkeit, der Größenänderung während der Wärmebehandlung und der Querbiegefestigkeit v/erden nachfolgend näher erläutert. Zum Vergleich wurden Produkte hergestellt, indem man Stähle, die nach dem Schmelzverfahren hergestellt worden waren, einer Wärmebehandlung unterzog, und diese wurden auf entsprechende Weise getestet, wobei die nachfolgend angegebenen Ergebnisse erhalten wurden.

(1) Herstellungsbedingungen

(a) Chemische Zusammensetzung und Korngröße des Ausgangspulvers:

Es wurden die in der folgenden Tabelle I angegebenen Ausgangspulver verwendet.

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φ oq :ο

U bi.

B ta B φ

Ο)⁰ =
τ-Ο

IA CM O

CM

IA

τ-Ο

co

4*

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O O O O

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On IA T" CM CM KN

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Ol Φ Cl

-pro

8	O	ο	KN
CJN	m	LA	O
O*	ό	P
	O

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Cb) Nitrierungsbehandlung

Die Nitrierungsbehandlung wurde bei 115O⁰C 2 Stunden lang in einer Stickstoffatmosphäre durchgeführt. Der Atmosphärendruck wurde in geeigneter Weise kontrolliert (gesteuert), um den Stickstoffgehalt in dem Produkt einzustellen.

(c) Behandlung mit_einer warmen i§ostatischen_Presse

Die Behandlung wurde bei 1100⁰C 2 Stunden lang unter 2000 at durchgeführt.

(d) Wärmebehandlung

Härtung: 1200⁰C χ 3 Minuten (Ölabschreckung) Anlassen: 2 bis 4malige Wiederholung mit einem Erwärmungsschema von 560⁰C χ 1,5 Stunden

Im Falle der Vergleichsstähle, die nach dem Schmelzverfahren hergestellt worden waren, wurde die ölabschreckung 3 Minuten lang bei 1200⁰C durchgeführt und das Anlassen wurde zweimal wiederholt mit einem Erwärmungssehema von 560° C χ 1,5 Stunden.

(2) Testbedingungen

(a) Bearbeitbarkeitstest

Schneidgeschwindigkeit: 30 m/min Schneidtiefe: 1,5 mm Zuführungsgeschwindigkeit: 0,2 mm/Umdrehung Schneidöl: nicht verwendet Werkzeugform: 0°, 15°, 6°, 6°, 15°, 15°, 1,0

Bearbeitetes Material: JIS SCM 4 (abgeschreckt und angelassen)
H_B = 250 bis 270, 4- Schlitze

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(b ) Wärmebehandlungsbeans2ruchung_^-verformung)

Ein nicht-wärmebehandeltes Material mit einem Durchmesser von 80 mm und einer Höhe von 100 mm wurde als Probe verwendet und nach der Wärmebehandlung wurde die Größenänderung aus dem Kreis (maximaler Durchmesser minus minimaler Durchmesser) gemessen.

Eine 5 mm χ 10 mm χ 30 mm große Probe wurde dem statischen Biegetest unterworfen, bei dem der Abstand zwischen den Drehpunkten 20 mm betrug, und die Last wurde nur auf das Zentrum aufgelegt.

(3) Testergebnisse

Die Testergebnisse sind in der Fig. 2 dargestellt. Wie aus den in Fig. 2 dargestellten Ergebnissen hervorgeht, muß bei Stickstoff enthaltenden Schnellarbeitsstählen, die 2 % Vanadin enthalten und nach dem Pulvermetallurgieverfahren hergestellt worden sind, zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit ohne Verschlechterung der Wärmebehandlungseigenschaften und der Querbiegefestigkeit, der Stickstoffgehalt mindestens 0,4 %, vorzugsweise mindestens 0,45 % betragen und ein geeigneter (C + N)-Gehalt liegt innerhalb des Bereiches von 0,9 bis 1,2 %.

Wenn der Stickstoffgehalt unterhalb 0,4 % liegt, kann kein ausreichender Hltrierungseffekt erzielt werden, und wenn der (C + N)-Gehalt unterhalb 0,9 % liegt, ist die Menge der ausgeschiedenen Nitride gering und die Verschleißfestigkeit ist schlechter. Wenn der (C + N)-Gehalt 1,2 % übersteigt, nimmt der Restaustenitgehalt bei der Härtung zu und seine Menge wird instabil. Deshalb wird die Größenänderung während der

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Wärmebehandlung auffallend und die Biegefestigkeit nimmt ab.

Beispiel 2

Zerstäubte Stahlpulver entsprechend JIS SKB 10, die sich im Hinblick auf ihren Kohlenstoffgehalt voneinander unterschieden, wie in der folgenden Tabelle II angegeben, wurden als Ausgangspulver verv/endet und daraus wurden Stickstoff enthaltende Schnellarbeitsstähle nach dem pulvermetallurgischen Verfahren auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt. Die Bearbeitbarkeit, die Größenänderung während der wärmebehandlung und die Biegefestigkeit wurden getestet, wobei die in der Fig. $ dargestellten Ergebnisse erhalten wurden.

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C V CD

Tabelle II

Zusammensetzung (%)

Art des

Stahls C Si Mn P S Cr V Y Co 0 N Korngröße

^ν H nun """"^¹*"*⁰ &m*m^^m*m vm&^*^m^* ^m**ammmmm ^{ΒηΜΗηΒ1}" '■^¹™¹"""' ^■■■■"■"^"^" ""^¹™"* "^™™"™" ββ«β^βι*β·ββι·^ ™"·™"^""""" ■■^^■^■■■■•«p^teee^i^^eeie

£ E(1,2%C) 1,20 0,21 0,31 0,01 0,02 4,05 11,9 4,45 4,61 0,030 0,050 <0,60 mm σ> (28 mesh)

S F(O,9%C) 0,91 0,25 0,25 0,02 0,03 3,91 12,3 4,53 4,85 0,035 0,031

Zf G(O,6%C) 0,59 0,31 0,29 0,01 0,03 4,12 12,8 4,48 4,92 0,021 0,063 "

cn

co co

,20.

Wie aus den in der Fig. 3 dargestellten Ergebnissen hervorgeht, liegt ein wirksamer (C + N)-Gehalt für die Verbesserung der Bearbeitbarkeit ohne Verschlechterung der Wärmebehandlungseigenschaften und der Biegefestigkeit innerhalb des Bereiches von1,4 bis 1,7 %· Die Fig. 3 zeigt auch, daß selbst bei Stickstoff enthaltenden Schnellarbeitsstählen, die nach dem Pulvermetallurgieverfahren hergestellt worden sind, auch dann, wenn der (C + N)-Gehalt innerhalb des Bereiches von 1,4 bis 1,7 % liegt, wenn N in einer geringen Menge von nur etwa 0,3 % zugesetzt wird, keine wesentliche Verbesserung der Bearbeitbarkeit erzielt werden kann.

Beispiel 3

Gaszerstäubte Stahlpulver mit 12 % Vanadin, die sich im Hinblick auf ihren Kohlenstoffgehalt voneinander unterschieden, wie in der folgenden Tabelle III angegeben, wurden als Ausgangspulver verwendet und aus ihnen wurden Stickstoff enthaltende Schnellarbeitsstähle nach dem Pulvermetallurgieverfahren auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt. Die Bearbeitbarkeit, die Größenänderung während der Wärmebehandlung und die Biegefestigkeit wurden getestet, wobei die in der Fig. 4- dargestellten Ergebnisse erhalten wurden.

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Tabelle III Zusammensetzung (%>

Art des
! "* Stahls _C Si Mn _P _S Cr Mo V _V 0 N Korngröße

CO

S H(2,8%C) 2,81 0,28 0,30 0,01 0,02 4,05 3,51 10,5 12,1 0,035 0,15 <0,18 mm . σ> (80 mesh) χ»

S 1(2,5%C) 2,50 0,29 0,31 0,01 0,02 4,01 3,56 10,3 12,2 0,041 0,18

J(2,0%C) 2,01 0,29 0,30 0,01 0,02 4,04 3,61 9,8 12,3 0,030 0,18 "

ro Jl 00 CO

Wie aus den in der Fig. 4 dargestellten Ergebnissen hervorgeht, liegt ein wirksamer (C + DT)-Gehalt zur Verbesserung der Bearbeitbarkeit ohne Verschlechterung der Wärmebehandlungseigenschaften und der Biegefestigkeit innerhalb des Bereiches von 2,9 bis 3,2 %.

Wie aus der vorstehenden Erläuterung hervorgeht, können bei einem Stickstoff enthaltenden Schnellarbeitsstahl gemäß der Erfindung, der nach dem Pulvermetallurgieverfahren hergestellt worden ist, die Bearbeitbarkeit (Zerspanbarkeit), die warmebehandlungseigenschaften und die mechanischen Eigenschaften deutlich verbessert werden durch Einstellung und Kontrollieren des Kohlenstoffgehaltes, des Stickstoffgehaltes und des Vanadingehaltes, so daß die folgenden Bedingungen erfüllt sind:

N> 0,40 %, 1,6 % < V< 15 %, und 0,5 + 0,2 V (%) < (C + N) < 0,8 + 0,2 V (%).

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Stickstoff enthaltender Schnellarbeitsstahl (Schnelldrehstehl), der nach dem Pulvermetallurgieverfahren hergestellt worden ist, dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens 0,4-0 % N, 1,6 bis 15 % V, C in einer Menge, die der Beziehung 0,5 + 0,2 V (%) < (C + H) < 0,8 + 0,2 V (%) genügt, und mindestens einen Vertreter aus der Gruppe bis zu 15 % Cr, bis zu 10 % Mo, bis zu 20 % W und bis zu 15 % Co enthält.

2· Stahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sein IT-Gehalt mindestens 0,45 % beträgt.

3. Stahl nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sein Y-Gehalt 2,5 bis 15 % beträgt.

4. Stahl nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er außerdem mindestens einen Vertreter aus der Gruppe bis zu 2 % Zr, bis zu 5 % Nb und bis zu 1 % B enthält.

ORIGINAL INSPECTED

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