DE2141786A1

DE2141786A1 - Verwendung von ledeburitischen chromstaehlen zur herstellung von umformwerkzeugen fuer die spanlose formgebung mit hoher druckbelastbarkeit und schneidenden kanten

Info

Publication number: DE2141786A1
Application number: DE2141786A
Authority: DE
Inventors: Julius Hanisch; Alfred Dipl Ing Schindler; Karl Dr Swoboda
Original assignee: Gebrueder Boehler and Co AG
Current assignee: Gebrueder Boehler and Co AG
Priority date: 1971-08-20
Filing date: 1971-08-20
Publication date: 1973-02-22
Also published as: BR7205666D0; ZA724227B; IT962146B; AU4362472A; GB1404952A; CH589722A5; AT321337B; FR2151279A5; NL7208940A; BE787726A

Description

K 1440

16. August 1971

Gebr. Böhler & Co. Aktiengesellschaft, Wien

Verwendung von ledeburitisehen Chromstählen zur Herstellung von Umformwerkzeugen für die spanlose Formgebung mit hoher Druckbelastbarkeit und schneidenden Kanten

Die vorliegende Erfindung befaßt eich mit Werkzeugen aus ledeburitischen Chromstählen, die hohen Druckbelastungen,

2 z.B. solchen zwischen 180 und 250 kp/mm ausgesetzt sind und die außerdem an ihren schneidenden Kanten besonders hoch durch Druck und Verschleiß beansprucht werden« Solche Werkzeuge sind vor allem die Umformwerkz@uge für die spanlose Formgebung, wie z.B. Schnittwerkzeug© für die Feiastanztechnik.

Die Lebensdauer solcher Werkzeuge wird üblicherweise dadurch begrenzt, daß Ausbröckelungen an den hochbeanspruchten Kanten erfolgen. TJm diese Erscheinungen in erträglichen Grenzen zu halten, wurde bisher versucht, die Anordnung grober Karbide im Bereich der schneidenden lauten nach Möglichkeit zu vermeiden. Diese Hauptforderung an die zeugwerkstoffe war bisher für die Stahlauswahl von dender Bedeutung. Sie hat in Extremfallen daam geführt, dad auf ledeburitische Chromstähle überhaupt verkiektet wurde und daß man trotz höherer Werkstoffkosten auf Se&nellarbeitsstähle überging, deren mittlere Karbidkorngröße vergleichsweise bedeutend kleiner ist.

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Untersuchungen und praktische Erfahrungen im Zusammenhang mit der Einführung des Elektroschlacke-Umsehmelzverfahrens zur Herstellung von hochwertigen Bau- und Werkzeugstählen nahen ergeben, daß durch dieses Verfahren eine Reihe erwünschter Stahleigenschaften erheblich verbessert werden können. Nach diesem Verfahren hergestellte Blöcke zeichnen sich im Vergleich zu den in üblicher Weiße erzeugten durch eine weitgehende Freiheit, von Blockseigerungen, durch eine Verminderung des Ausmaßes der Kristallseigerungen, durch weitgehende Freiheit von Innenfehlern, insbesondere von groben Schlaekeneinschlüssen und Schlackennestern sowie durch eine sehr gleichmäßige Verteilung kleiner Schiackeneinschlüsse aus. Die Dendritenachsen sind im wesentlichen in Richtung der Blockachse angeordnet; im Gegensatz zu üblichen Blöcken, bei denen sie normal zur Blockachse stehen» Hinzu kommt der Reinigungseffekt durch den Umschiaelzvorgang.

Aus allen diesen Gründen sind elektrosehlacke-umgeschmolzene Blöcke vergleichsweise besser warmverformbar und ergeben verbesserte Zähigkeitseigenschaften, vor allem in der Querrichtung und zwar sowohl im gegossenen Zustand als auch i» warmverformten und gegebenenfalls vergüteten Zustand, wodurch wieder die Bruehsicherheit der aus solchen Werkstoffen hergestellten Werkzeugen und Bauteilen erheblich, verbessert wird· Dies ist auch der wesentlichste Grund dafür, weshalb dieses Umschmelzverfahren für Werkseugwerkstoffe für die Herstellung von Kaltarbeitsw®rkaeugen bei hohen Druckbelaetungea empfohlen wird«

Bei der Herstellung von Werkzeugen aus ledeburitisehen Stählen, insbesondere aus ladeburitischen Chromstählen» wird jedoch manchmal die Erscheinung als Haehteil vermerkt» daß-, bei umgesckmolsenen Blöcken dia Abstände der Denctritenaeksen über d»n Blockquersciinitt awar wesentlich gleichmäßiger als üblich erzeugten Blöcken, im Bereich des Blockrandes aber

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relativ groß sind. Große Dendritenabstände haben jedoch "bei ledeburitischen Stählen die Ausbildung grober Karbide zur Folge, die bei Werkzeugen mit schneidenden Kanten gemäß den bisherigen Vorstellungen vermieden werden müssen.

Bei Rundblöcken mit 3U0 mm Durchmesser wurde z.B. festgestellt, daß die Abstände der Dendritenachsen vom Blockrand bis zur Blockmitte bei üblicher Herstellungsweise auf das 14-fache, nach Elektroschlacke-Umschmelzen hingegen nur auf das 4-fache zunehmen. Im Bereich der Randzone betrugen aber die Dendritenabstände der umgeschmolzenen Blöcke vergleichsweise das 2,5-fache. Dementsprechend ist auch die Ausbildung der Primärkarbide in der Randzone vergleichsweise sehr grob.

Bei der Herstellung von Werkzeugen mit hochbeanspruchten, schneidenden Kanten entfällt daher die bei üblichen Blöcken bestehende Möglichkeit, diese Kanten in Werkstoffbereiche mit gleichmäßig verteilten, feinkörnigen Karbiden zu verlegen.

Aus diesem Grunde wurde bisher das ^lektroschlacke-Umschmelzverfahren zur Herstellung von ledeburitischen Chromstählen für hochbeanspruchte Umformwerkzeuge mit schneidenden Kanten für ungeeignet gehalten. Die Anwesenheit unvermeidbarer grober Karbide im Kantenbereich müßte allen bisherigen Erfahrungen zufolge zu vorzeitigen Kantenausbrüchen und damit zu unerträglich geringen Werkzeugstandzeiten führen.

Versuche und praktische Erfahrungen haben jedoch im Gegensatz zu diesen Vorstellungen gezeigt, daß für die Kantenausbrüche die Anwesenheit grober Karbide nur dann als Ursache in Betracht kommt, wenn gleichzeitig die Zähigkeit der Matrix unzureichend ist. Bei ausreichender Zähigkeit derselben tritt durch grobe Karbide nicht eine Verminderung, sondern überraschenderweise eine erhebliche Verbesserung der erzielbaren Standzeiten ein.

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Selbstverständlich sind dieser Wirkung nach, oben hin Grenzen gesetzt. Wenn z.B. die Größe der Einzelkarbide oder die Gesamtmenge der Karbide Ausmaße erreicht, bei denen die Zähigkeit der Matrix nicht mehr zur Wirkung kommen kann, sind die erfindungsgemäß aufgezeigten Möglichkeiten zweifellos erschöpft.

Bs ist daher wesentlich, für die erfindungsgemäß zur Verwendung kommenden Stähle die höchstens zulässige Grenze für den Kohlenstoffgehalt festzulegen, weil mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt nicht nur die sich ausbildende Karbidmenge, sondern auch die Größe der Einzelkarbide zunimmt.

Nach den bisher vorliegenden Ergebnissen kann der maximal zulässige Kohlenstoffgehalt mit 3,5 % angegeben werden. Dieser Kohlenstoffgehalt stellt gleichzeitig auch jene obere Grenze dar, bis zu der solche Stähle nach Elektroschlacke-Umschmelzen noch einwandfrei warmverformbar sind. Die dabei auftretende Gesamtkarbidmenge liegt je nach dem Behandlungszustand zwischen 25 und 30 ToI.-%.

Bei der Warmverformung von in üblicher Weise hergestellten Blöcken liegt die mögliche obere Kohlenstoffgrenze um 1,0 bis 1,3 % niedriger, wobei sich Gesamtkarbidmengen bis zu etwa 18 VoI·-$ ergeben.

ist Die noch zulässige Größe der Einzelkarbide/bei sonst gleicher spezifischer Beanspruchung von der Werkzeuggröße stark abhängig, wobei große Werkzeuge weniger empfindlich als kleine Werkzeuge sind.

Unter vergleichbaren Bedingungen kann bei gleich hohen Kohlenstoffgehalten durch das Umschmelzen die Standzeit der Werk= zeuge mindestens verdoppelt, durch Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes, wodurch der Verschleißwiderstand erhöht wird, noch erheblich weiter gesteigert werden. Dies trifft vor allem für Schnittwerkzeuge für die Feinstanztechnik zu.

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Gegenstand der Erfindung ist daher die Verwendung von ledeburitischen Chromstählen, die durch Elektroschlacke-Umschmelzen hergestellt und einerWarmformgebung unterzogen wurden, zur Herstellung von Umformwerkzeugen für die spanlose formgebung mit hoher Druckbelastbarkeit und schneidenden Kanten, insbesondere zur Herstellung von Schnittwerkzeugen für die Peinstanztechnik. Die erfindungsgemäß zur Verwendung kommenden Stähle bestehen aus

1,7 bis 3,5 $> vorzugsweise 2,6 bis 3,2 ^ Kohlenstoff,

11,0 bis 15 ^aß> Chrom und gegebenenfalls

bis 5 %, vorzugsweise bis 3,5 °A Wolfram,

bis 2,0 ^ Molybdän,

bis 1,5 7° Vanadin,

bis 1,5 7> Silizium,

bis 1,0 fo Mangan,

einzeln oder zu mehreren, sowie aus Bisen und unvermeidbaren Verunreinigungen als Rest.

Die Wirkung der gegebenenfalls in Betracht kommenden Legierungszusätze auf die Stahleigenschaften ist grundsätzlich bekannt. Erwähnt sei, daß durch Wolfram die Härtbarkeit und die Verschleißfestigkeit, durch Molybdän vor allem die Warmfestigkeit und durch Vanadin die Anlaßbeständigkeit bei den in Betracht gezogenen Gehalten verbessert werden.

Ausführungsbeispiele:

1) Zur Herstellung kompliziert geformter Kipphebel aus 1,2 mm dicken Stahlblechen mit 0,17 % C, 0,3 i> Si, 1,1 % Mn und 1,0 % Cr durch Feinstanzen sind z.B. Matrizen erforderlich, deren für die Wärmebehandlung wesentliche Abmessungen 260 χ 155 χ 19 mm betragen. Solche Matrizen werden Iriufig aus einem ledeburitisehen Chromstahl mit etwa 2 y> C, 0,2 % Si, 0,3 % Mn und 12 $ Cr hergestellt

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und durch. Härten und Anlassen aui" eine Arbeitshärte von 62 - 63 HRC gebracht. Me komplizierte Form der am Schnittvorgang beteiligten Kanten dieser Matrizen hat zur Folge, daß schon durch Kantenausbrüche in nur geringem Ausmaß die Qualität der gestanzten Teile unzureichend wird.

Es wurde daher versucht, als Werkzeugwerkstoff den gleichen Stahl, jedoch nach Elektroschlacke-Umschmelzen zu verwenden und die Arbeitshärte der Matrizen geringfügig auf 63 - 64 HRC zu erhöhen. Durch diese Maßnahmen können den bisherigen Ergebnissen zufolge die Standzeiten der Werkzeuge mit Sicherheit verdoppelt werden.

Die etwq,s höhere Arbeitshärte bei in üblicher Weise erschmolzenen Stählen würde eine verstärkte Neigung zu Kantenausbrüchen zur Folge haben.

2) Bei der Herstellung von Türschloßteilen aus 8 mm dicken Blechen aus einem unlegierten Stahl mit 0,15 # C, 0,2 fi Si und 0,£ Jo Mn durch Feinstanzen kommen Stempel mit z.B. 36 mm Durchmesser zur "Verwendung, die aus einem ledeburitischen Chromstahl mit 1,7 % C, 0,3 % Si, 0,3 f> Mn, 11,5 $> Cr, 0,6 fo Mo, 0,1 % V und 0,5 $ W hergestellt und durch Härten und Anlassen auf eine Arbeitshärte von 60 - 62 HRC gebracht werden.

Wegen der geringeren Gefahr von Kantenausbrüchen durch die erfindungsgemäße Verwendung von elektroschlackeumgeschmolzenem Material können solche Stempel aus einem Stahl mit erhöhtem . Kohlenstoffgehalt und etwas erhöhter Arbeitshärte Verwendung finden. Im vorliegenden Falle wurden mit Stempeln aus einem elektroschlackeumgeschmolzenen. Stahl mit 2,05 % C, 0,3 ^σΑ Si, 0,3 % Mn, 12,0 £ Cr, 0,5 $ Mo, 0,5 # V und 1,1 # W und mit einer Arbeitshärte von 62 - 63 HRC vergleichsweise 2,5-fache Standzeiten erzielt.

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3) Für Schnittmatrizen, mit 310 mm Durchmesser und 32 mm Dicke zur Verarbeitung von 0,65 mm dicken Iransformatorenblechen wird ein ledeburitischer Chromstahl verwendet, der 2,1 >a C, 0,4 % Si, 0,3 i» Mn, 11,5 # Cr, 0,2 # V und 0,7 % W enthält. Die ^-rbeitshärte dieser Matrizen "beträgt 62 HRC. i-iit Hilfe des Elektroschlacke-Umsehmelzverfahrens ist es möglich, für diese Werkzeuge einen erheblich höher gekohlten, im übrigen aber niedriger legierten Stahl zu verwenden. Zum Vergleich wurde ein Stahl mit 2,9 % C, 0,2 fo Si, 0,3 % Mn und 12 $> Cr herangezogen. Die daraus hergestellten Schnittmatrizen wurden durch Härten und Anlassen auf eine Arbeitshärte von 63 - 65 HRC gebracht. Vergleichsversuche haben ergeben, daß dieser niedriger legierte Stahl mit dem vergleichsweise höheren Kohlenstoffgehalt, der nur nach Elektroschlacke-Umschmelzen warmverformbar ist, die 2,5-fache Standzeit von Nachschliff zu Machschliff ergibt.

Die zur verarbeitenden Transformatorenbleche enthielten 0,08 % C, 3,6 i» Si und 0,15 i» Mn neben Eisen und unvermeidbaren Stahlbegleitern als Rest.

4) Zum Stanzen von Dosendeckeln aus 0,2 mm dicken verzinkten Blechen aus einem unlegierten Kohlenstoffstahl mit etwa 0,1 ^C werden Schnittringe mit z.B. 115 mm Innendurchmesser und 167 mm Außendurchmesser verwendet, deren Höhe 28,5 mm beträgt. Diese Schnittringe haben eine Arbeitshärte von 61 HRC und werden aus einem Stahl mit 2,0 $ C, 0,2 ^c/o Si, 0,3 °/o Mn und 12,0 % Cr hergestellt.

Wesentliche Verbesserungen der Leistung dieser Werkzeuge sind ersielbar, wenn ein elektroschlacke-umgesehmolzener Stahl mit 2,9 $> C, 0,2 $ Si, 0,3 f Mn und 12,0 # Cr verwendet wird, der außerdem eine Steigerung der Arbeitshärte auf 64 HRC gestattet.

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Das Ausmaß der Verbesserung kommt in vorliegendem Falle durch eine Erhöhung der Schnittzahl von 450 000 auf 1,5 Mio von Nachschliff zu Nachschliff zum Ausdruck.

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Claims

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Patentanspruch

Verwendung von ledeburitisehen Chromstählen mit

1,7 bis 3,5 %, vorzugsweise 2,6 bis 3,2 % Kohlenstoff,

11,0 bis 15 % Chrom und gegebenenfalls

bis 5 %i vorzugsweise bis 3,5 % Wolfram,

bis 2,0 ?6 Molybdän,

bis 1,5 ^ Vanadin,

bis 1,5 £ Silizium,

bis 1,0 i» Mangan,

einzeln oder zu mehreren Rest Eisen und unvermeidbare Stahlbegleiter, die durch Elektroschlacke-Umschmelzen hergestellt und einer Warmformgebung unterzogen wurden, zur Herstellung von Umformwerkzeugen für die spanlose Formgebung mit hoher Druckbelastbarkeit und schneidenden Kanten, insbesondere zur Herstellung von Schnittwerkzeugen für die Peinstanztechnik.

Gebr.BÖhler&C Aktiengesellschaft Patentbüro

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