DE2630266A1

DE2630266A1 - Sinterstahllegierung

Info

Publication number: DE2630266A1
Application number: DE19762630266
Authority: DE
Inventors: Fritz Frehn
Original assignee: Thyssen Edelstahlwerke AG
Current assignee: Thyssen Stahl AG
Priority date: 1976-07-06
Filing date: 1976-07-06
Publication date: 1978-01-12
Also published as: GB1536251A; FR2357654A1; SE7707521L; DE2630266C3; IT1079731B; DE2630266B2; JPS536207A; US4180401A

Description

Thyssen Edelstahlwerke 2..D O U 2 6 Q

Aktiengesellschaft ?

Oberschlesienstr. 16
Krefeld

Sinterstahllegierung.

Die Erfindung betrifft eine Sinterstahllegierung für Werkzeuge und Verschleißteile.

Aufgabe ist die Auffindung einer Legierung, deren Einsatz als Werkstoff für Warmarbeitswerkzeuge bessere Erfolge bringt als bisherige Werkstoffe, die aber auch für Werkzeuge zur Kaltarbeit Verwendung finden kann und sich durch eine möglichst einfache Wärmebehandlung auszeichnet. Hoher Widerstand gegen Warmverschleiß soll aber das besondere Kennzeichen der Legierung sein. Da alle auf schmelzmetallurgischem Wege hergestellten Werkstoffe, vornehmlich Stähle, keine Leistungsverbesserung bringen, kommt im vorliegenden Fall nur die Pulvermetallurgie als Herstellungsverfahren in Betracht.

Aus den DT-PSen 1 257 440 und 1 558 477 sind Sinterstahllegierungen mit 27 bis 35 % TiC und einer Matrixlegierung aus

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<0, 03 % C 3 bis 7 % Mo 12 bis 26 %Ni 5 bis 11 % Co O, 15 bis 2,4% Ti O, 05 bis O, 6 % Al O, 02 % B Rest Fe

wobei 50 % des Ni-Gehaltes durch Cr ersetzt werden kann, bekannt.

Aus den DT-PSen 1 298 293 und 2 061 485 sind folgende Legierungen bekannt:

20 bis 80 Vol-% TiC und Rest, nämlich 20 bis 80 Vol-% Stahl mit

10 bis	36	5	Gew-%	Rest Fe	mit	Gew-% Il	Ni
0, 2 bis	9	25	Il	oder ]	20 10	Il	Ti
bis	10	M	12 bis	10	Il	Al, Summe Ti + Al nicht über 9 %
bis	Il	4 bis	5	Il	C
bis	Il	3 bis	5	Il	Mo
bis	5	C
0, 5 bis	<0, 02 %	Rest mindestens
bis		Cr) ηο Cr mVht iihri- 1 "ϊ °/_Λ
...p \ ο ^ i-Ni mum uut:j. J.O jo
Co
Mo
Ti
Al

50 % Fe.

Versuche haben nun ergeben, daß die gewollten Verbesserungen der Warmhärte und Wärmeleitung nickelmartensitischer Legierungen

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durch Erhöhung des Molybdängehalts über einen Wert von 10 %, wie er bei den vorerwähnten bekannten Legierungen maximal vorgesehen ist, überraschenderweise keine Versprödung bringt, sondern im Gegenteil sogar eine Verbesserung der Zähigkeit bei gleichzeitiger Härtesteigerung zu verzeichnen ist. Möglicherweise ist dieser nicht erwartete Effekt auf die Teillöslichkeit des TiC im Mo zurückzuführen.

Bei einem TiC-Gehalt von 12 bis 60 Gew-% ist die Matrix von 40 bis 88 Gew-% Stahl der erfindungsgemäßen Legierung wie folgt zusammengesetzt:

0 bis 0,10 Gew-% C

12	bis 25	Il	Mo
8	bis 26	Il	Ni
10	bis 20	Il	Co
0,2	bis 2	Il	Tx-
0	bis 1,0	It	Al
O	bis 2,0	Il	Mn
0	bis 2,0	It	Cu
0	bis 0, 08	Il	B
	Rest Fe

Das TiC kann bis 50 % durch TaC, ZrC, CrC, VC, NbC, WC, TiN einzeln oder zu mehreren ersetzt werden. Bevorzugte Zusammensetzungen sind:

20 bis 35 Gew-% TiC und

65 bis 80 " Stahl mit

13 bis 16 Gew-% Ni

14 bis 17 " Mo

15 bis 18 " Co 0 bis 0, 6 " Ti 0 bis 0, 6 " Cu 0 bis 0, 02 " B 0 bis 0, 05 " C.

Rest Fe

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Nach einem Lösungsglühen bei 840 C erreichen diese Legierungen trotz des hohen Mo-Gehaltes eine Härte von 50 bis 52 HRC und sind einwandfrei zu bearbeiten. Eine anschließende Auslagerung von 6 bis 8 h bei 480°C ergibt die überraschend hohen Härtewerte von 65 bis 70 HRC, die bisher durch keine auszulagernde Legierungen auf der Basis Nickelmartensit erreicht wurden (siehe beiliegende Anlaßkurven).

Der Al-Gehalt liegt in den genannten bevorzugten Legierungen nach der Erfindung bei 0 %, weil eine starke Versprödung durch steigenden Al-Zusatz festgestellt wurde. Al kann bis 1 % zur Erhöhung der Wärmeleitung nützlich sein. Diese Legierungen sollten aber nur bei weniger auf Zähigkeit beanspruchten Teilen Verwendung finden.

Ein Mn-Zusatz, der offenbar bei solchen Legierungen bisher nicht für nützlich erachtet wurde, ist dann vorzusehen, wenn die Legierung u.a. auf Erosion beansprucht wird. Ein Mn-Zusatz bis 2 % härtet die Matrix des an sich weichen plättchenförmigen Nickelmartensits, ohne die Bearbeitbarkeit wesentlich zu erschweren, und verhindert damit die typischen Auswaschungen bei Erosionsverschleiß.

Ti in einer Menge von mindestens 0, 2 % ist erforderlich, um die Aushärtung der Legierung zu ermöglichen. Die Erhöhung des Titangehalts über 2,0% bringt eine Versprödung, welche die charakteristischen Verwendungszwecke der neuen Legierungen negativ beeinflussen würde.

Ein Ni-Gehalt unter 8 % würde die Nickelmartensitbildung einengen, ein Gehalt über 26 % Ni wäre unwirtschaftlich.

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Kobalt bei Zusatz von mindestens 10 % verhindert weitgehend die Löslichkeit des Molybdäns im Mischkristall, so daß es zu den zur Härtesteigerung notwendigen intermetallischen Ausscheidungen, vor allem Fe₃Mo₁ zur Verfugung steht. Ein Co-Gehalt über 20 % zeigte keinen positiveren Einfluß auf die Gesamtlegierung.

Der Borzusatz dient zur Sintererleichterung (Desoxidation) und sollte 0, 08 % nicht übersteigen, da spröde Borverbindungen in den Korngrenzen entstehen.

Ein Cu-Zusatz bis 2 % dient einer zusätzlichen Härtesteigerung aufgrund von Ausscheidungen, erzeugt aber auch einen zusätzlichen Schmiereffekt bei Werkzeugen aus Legierungen gemäß der Erfindung für die gesamte Umformtechnik und bei Verschleißteilen,

An Vorteilen gegenüber bekannten Legierungen sind zu nennen:

- Härtesteigerung von 480 C bis oberhalb 600 C bei gleicher Glühhärte von 50 HRC.

	bisherige Legierungen	Legierungen gemäß Erfindung
480°C	62 HRC	67 HRC
500°C	62 HRC	66 HRC
520°C	61 HRC	66 HRC
540°C	61 HRC	65 HRC
560°C	60 HRC	65 HRC
580°C	59 HRC	63 HRC
600°C	57 HRC	61 HRC

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- Erhöhung der Biegebruchfestigkeit

bisherige Legierungen Legierungen nach Erfindung

1200 bis 1600 N/mm² 2000 bis 2400 N/mm²

- bessere Wärmeleitfähigkeit

- Nitrierung durch eines der bekannten Verfahren bringt höhere

und gleichmäßigere Oberflächenhärten bei ebenfalls höherer Grundhärte. Die Grundhärte bei erhöhter Nitriertemperatur fällt weniger ab, da Anlaßkurve erheblich höher liegt,

- der Einsatz dieser Legierungen als Warmarbeits werkzeuge, wo Temperaturen oberhalb 650 C an der Berührungsfläche zwischen warmem Werkstoff (1000 C) und Werkzeugen auftreten, kann die Verwendung im lösungsgeglühten Zustand erfordern. Auch in diesem Fall wirkt sich die bessere Wärmeleitung der Legierungen gemäß der Erfindung positiv auf die Standzeit des Werkzeuges und Beständigkeit gegen Warmrisse aus,

- Ein besonderer Vorzug der erfindungsgemäßen Legierung ist, daß sie für Umformwerkzeuge bei höheren Temperaturen auch im lösungsgeglühten Zustand eingesetzt werden kann. Dies aufgrund der hohen Glühhärte und des Karbidanteils, der bei Stählen dieser Gruppe gänzlich fehlt. Der Vorteil liegt weiterhin darin, daß die nickelmartensitische Legierung bei der Erwärmung keine Umwandlung erfährt. Damit entfallen die starken Volumenänderungen, die frühzeitig zu Warmrissen führen. Die nach der Erwärmung der Werkzeuge folgende Abkühlung kann nur bescheidene Ausscheidungen intermetallischer Verbindungen bewirken, die neben Härtesteigerung eine zu vernachlässigende Volumenverkleinerung verursachen. Erwärmung und Abkühlung spielen sich

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in so kurzen Zeiträumen ab, daß man weder vom ordnungsgemäßen Lösungsglühen noch von einer exakten Auslagerung sprechen kann.

Die erfindungsgemäße Legierung ist vor allem geeignet für alle Werkzeuge und Verschleißteile, die außergewöhnlich hohe Biegekräfte bei hohem Verschleißwiderstand aushalten müssen, z.B. langen Schneid- und Biege stempeln, Rotorwellen, Spindeln für Schleifwerkezuge und Ventile, wo zusätzlich der hohe Dämpf ungswert der neuen Legierungen positiv wirkt,

die hohe Bruchfestigkeit aufweisen müssen wie für den Einsatz als Druckplatten aller Art,

zur Verarbeitung von Kunststoffen aller Art, insbesondere solchen mit verschleißenden Füllstoffen,

die bei Temperaturen über 500 C ausreichende Warmhärte besitzen müssen.

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40 Leerseite

Claims

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Ansprüche

Sinterstahllegierung für Werkzeuge und Verschleißteile bestehend aus 12 bis 60 Gew.% Titankarbid und
40 bis 88 Gew.% Stahl mit

O bis 0,10 C }ew .% c 12 bis 25 Il Mo 8 bis 26 Il Ni 10 bis 20 Il Co 0,2 bis 2 Il Ti 0 bis 1,0 ti Al 0 bis 2,0 Il Mn 0 bis 2,0 Il Cu 0 bis 0,08 M B Rest Fe.

2, Legierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

20 bis 35 Gew.% Titankarbid und
65 bis 80 Gew.% Stahl mit

13 0 bis 16 Gew. % 6 Il Ni 14 bis 17 6 Il Mo 15 bis 18 02 Il Co 0,2 bis 0, 05 Il Ti 0 bis 0, Rest It Cu 0 bis 0, It B bis 0, C Pe.

3. Legierung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Titankarbid bis zu 50 % durch TaC, ZrC, CrC, VC, NbC, WC, TiN einzeln oder zu mehreren ersetzt ist.

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OBiGINAL IHSPECTED

4. Legierung nach einem, der Ansprüche 1 bis 3, die nach einem Lösungsglühen bei etwa 840⁰C 6 bis 8 Stunden bei etwa 48O°C ausgelagert ist zur Verwendung für Werkzeuge und Verschleißteile, die eine Härte von über 65 bis 70 HRC erfordern.

5. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn-

2 zeichnet, daß die Biegebruchfestigkeit über 2000 N/mm Hegt.

6. Verwendung einer Legierung nach einem der Ansprüche

1 bis 4 für den Zweck nach Anspruch 5, insbesondere für lange Schneid- und Biegestempel, Rotorwellen, Spindeln für Schneidwerkzeuge und Ventile und Teile, die einen hohen Dämpfungswert der Legierung erfordern.

7. Verwendung einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 als Werkstoff für Druckplatten aller Art.

8. Verwendung einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 als Werkstoff für Werkzeuge und Verschleißteile zur Verarbeitung von Kunststoffen aller Art, insbesondere solchen mit verschleißenden Füllstoffen.

9. Verwendung einer Legierung nach einem der Ansprüche

1 bis 4 für Werkzeuge und Verschleißteile, die bei Temperaturen über 500°C ausreichende Warmhärte besitzen müssen.

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