DE2753475C2

DE2753475C2 - Stahlverbundmaterial

Info

Publication number: DE2753475C2
Application number: DE2753475A
Authority: DE
Inventors: Olof Hedemora Franzen; Ulf I'Etang la ville Hallström; Bengt-Aake Söderfors Petersson
Original assignee: Uddeholms AB
Current assignee: KLOSTER SPEEDSTEEL SOEDERFORS SE AB
Priority date: 1976-12-17
Filing date: 1977-12-01
Publication date: 1986-11-13
Also published as: SE7614267L; AT376705B; FR2374159B1; GB1547520A; US4232096A; JPS53102215A; SE419101B; DE2753475A1; ATA901377A; FR2374159A1

Description

030 bis 0,60% Kohlenstoff,

0,40 bis 1.00% Silizium,

0,40 bis \,00% Mangan,

2,5 bis 4,0% Chrom,

0,50 bis 130% Molybdän,

0,20 bis 0,45% Vanadium,

Rest Eisen und normale Verunreinigungen

besteht.

2. Stahl-Verbund-Material nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Komponente aus

0,40 bis C,45% Kohlenstoff,
0,50 bis 0,90% Silir.um,
0,50 bis 1,00% Mangin.
3.0 bis 3.5% Chrom.
0.60 bis 1,10% Molybdän.
\j,i.j uib u,ju"/o ν aiiauiuiii,

maximal 0,5% Nickel,

Rest Eisen und normale Verunreinigungen

besteht.

3. Verwendung eines Stahl-Verbund-Materials nach Anspruch 1 oder 2 als Werkstoff zur Hersteilung von Stahlwerkzeugen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Stahl-Verbund-Material aus zwei metallisch verbundenen Stahlkomponenten mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen sowie auf eine Verwendung dieses Verbund-Materials.

Derartige Stahl-Verbund-Materialien sind bereits bekannt (CA-PS 9 70 661). Dabei wird für den Arbeitsbereich eines Werkzeugs eine erste Elektrode aus einer ersten Komponente aus Werkzeugstahl gebildet. Aus der zweiten Stahlkomponente werden zwei planparallele Platten unter Bildung eines schmalen Zwischenraums hergestellt, welche als Trägermaterial für das fertige Werkzeug dienen. Nachdem der Raum zwischen den Platten am Boden und an den Seiten geschlossen ist, werden aus der ersten Komponente durch elektrisches Schmelzen der Elektroden Tropfen gebildet und in den Zwischenraum zwischen den Platten eingetropft. Nach dem Erhärten dieses »Gußteiles« aus der zweiten Komponente wird ein die beiden Platten verbindender Barren gebildet und zur Bildung eines Rohlings gewünschter Form und Dicke warm und kalt bearbeitet. Hierauf wird der Rohling längs der Mitte des mittleren Teils, der den Arbeitsbereich des fertigen Werkzeugs bilden soll, getrennt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Stahl-Verbund-Material zu schaffen, das sich durch möglichst optimale Eigenschaften hinsichtlich der Festigkeit auch nach einer Wärmebehandlung auszeichnet Darüber hinaus sollte im Verbindungsbereich zwischen den beiden Komponenten nur eine möglichst schmale

ίο von Kohlenstoff beeinflußte Zone vorhanden sein, damit die Festigkeitseigenschaften nicht beeinträchtigt werden. Schließlich sollte das Verbund-Material, insbesondere das Trägermaterial, möglichst wenig Schlakkeneinschlüsse aufweisen, damit ein hoher Widerstand gegen Ermüdung und Rißbildung erzielbar ist Schließlich wird auch eine gute Schweißbarkeit mit Werkzeugstahlkomponenten gewünscht

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet und in Unteransprüchen sind weitere Ausbildungen derselben beansprucht. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das erfindungsgemäße Stahl-Verbund-Material als Werkstoff zur Herstellung von Stahlwerkzeugen ve· wendet wird.

So eignet sich das erfindungsgemäße Material vor allem für die Herstellung von Sägeblättern, Messer aller Arten, Fräser, Drehstähle und Waizen vun Walzwerken. Hochleistungswerkzeugstähle und andere hochle gierte Werkzeugstähle, welche für die erste Komponente verwendet werden, sind an sich bereits bekannt. So kann ein Hochleis,tungswerkzeugstahl der schwedischen Norm SIS 14 27 22 verwendet werden. Solche ASP-Stähle sind bereit= bekannt (Iron and Steel, Special Issue, Seiten 49 -52).
Darüber hinaus sind auch schon legierte Edelstahle mit folgender Zusammensetzung bekannt (Stahl-Eisen-Lüie, 1975, Seuen 182—ϊ87): 0,29 bis 0,36% C, bis /u 0,5% Si, bis zu 0,7% Mn, 2,8 bis 3.2% Cr, 0,8 bis 1,2% Mo. 0,25 bis 035% V bekannt als Chrom-Molybdän-Vanadin-Stahl 1.7765; und der entsprechende Stahl 1.8523 mit 0,35 bis 0,42% C, 0.15 bis 0.4% Si, 0,4 bis 0,7% Mn. 3 bis 3.5% Cr, 0.8 bis 1,1% Mo und 0,1¹J bis 0,25% V.

Die erfindungsgemäße Kombination der Anwendung eines speziellen Zusammensetzungsbereichs des Stahls als zweite Komponente mit dem Hochleistungswerk zeugstahl der ersten Komponente löst die oben genannte Aufgabe. So behält das Trägermaterial ;iuch nach einer Wärmebehandlung eine ausreichende, aber ;iuch nicht eine zu hohe Festigkeit, ohne daß Risse entstehen und ohne daß sich das Trägermaterial verformt, was sich beispielsweise bei einer Säge höchst nachteilig dadurch ergeben würde, daß der Schnitt nicht mehr gradlinig erfolgt, sondern abgelenkt wird. Diese guten Dauer Standseigenschaften werden auch dann erzielt, wenn die Zähne der Säge auf beispielsweise 1220⁰C erwärmt, abgeschreckt und zweimal auf 560⁰C angelassen sowie über die Dauer einer Stunde gehärtet wurden.

Das Trägermaterial sollte vorzugsweise folgende Werte aufweisen:

R_p 0,2 (σ 0,2) Rm (ob)
)

Z (ψ)

>13KN/mm²
>l,5KN/mm²
>6%
>20%

wobei die Bezeichnungen der internationalen Norm entsprechen.

Eine beispielsweise Ausführungsform der lirfinclung

wird unter Bezugnahme auf durchgeführte Versuche und anhand der Zeichnung erläutert, in der

F i g. 1 ein zusammengesetztes Stahlmaterial nach der Erfindung zeigt

F i g. 2 zeigt im Schnitt ein Sägeblatt einer Bügelsäge aus dem zusammengesetzten Stahlmaterial der Erfindung.

F i g. 3 zeigt in Form eines Mikrofotos die Struktur eines Teils des zusammengesetzten Stahlmaterials nach dem Härten und Anlassen, wobei dieses Material nicht gemäß der Erfindung zusammengesetzt ist

F i g. 4 zeigt in Form eines Mikrofotos die Struktur eines Teils eines zusammengesetzten Stahlmaterials gemäß der Erfindung nach dem Härten und Anlassen.

In Fig. 1 ist das zusammengesetzte Stahimaterial im allgemeinen mit 1 bezeichnet Ein Hochleistungswerkzeugstah; ist mit 2 und ein Trägermaterial mit einer Zusammensetzung nach der Erfindung ist mit 3 bezeichnet. Die metallische Verbindung zwischen den beiden Komponenten ist mit 4 bezeichnet.

Fig. 2 zeigt im Schnitt ein Sägeblatt Γ, da', aus dem Rohling nach F i g. 2 hergestellt worden ist. Die Zähne 2' des Sägeblattes bestehen aus dem Hochleistungswerkzeugstahl und das Trägermaterial ist mit 3' bezeichnet

Versuche

worden.

In eineiii zweiten Fall hatte das Trägermaterial folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent, 0,42 C; 0,72 Si; 0,70 Mn; 0,006 S: 3.24 Cr; 0,00! Ni; 0,81 Mo; 0,02 W: 0,28 V; 0,001 Cu; 0,031 AL Rest Eisen und übliche Verunreinigungen. F i g. 4 zeigt ein Mikrofoto eines zusammengesetzten Stahles, der dieses Trägermaterial 3b enthält. Der Hochleistungswerkzeugstahl 2b war derselbe, nämlich SIS 14 27 22, wie in dem vorherigen

ίο Beispiel nach F i g. 3. Auch die Wärmebehandlung war dieselbe. Im vorliegenden Fall wurde jedoch keine Diffusion von Kohlenstoff zwischen den beiden Komponenten beobachtet. Deshalb ist auch das Material im Bereich der Verbindung 46 zwischen den Komponenten gleichmäßig und im wesentlichen nicht beeinflußt, d. h. die beiden Komponenten sind gut aneinander angepaßt Die mechanischen Eigenschaften des Trägermaterial nach der Erfindung wurden ebenfalls festgestellt, es ergaben sich iolgende Durchschnittswerte:

20

25

Es wurden Versuchsmaterialien hergestellt indem elektrisch Hochleistungswerkzeugstahl-Elektroden zwischen zwei Stahlplatten geschmolzen wurden, wie oben erläutert und wie im Detail in der schwedischen Patentanmeldung 5 151/72 bzw. dem kanadischen Patent 9 70 661 beschrieben ist um zusammengesetzte Barren aus drei parallelen Teilen zu bilden. Die Barren hatten eine Größe von 15 · 15 cm und sie wurden auf einen Durchmesser von 30 mm warmgewalzt. Danach wurden sie wärmebehandelt durch Vorwärmen auf 550⁰C und 850⁰C, worauf sie auf drei verschiedenen Temperature i, nämlich 1180⁰C. 1200⁰C und 1220°C erwärmt und gehärtet wurden. Danach wurden die Probestücke zweimal bei 560" C 1 Stunde lang angelassen.

Bei allen untersuchten Probestücken bestand der Hochleistungswerkzeugstahl aus SIS 14 27 22 (nach schwedischer Norm) und er hatte die nominelle chemische Zusammensetzung in Gewichtsprozent wie folgt:

50

55

60

0.85%	C
0.25%	Si
0.3%	Mn
4%	Cr
5%	Mo
6,5%	W
1.9%	V

Rest Eisen und normale Verunreinigungen.

In einem Fall bestand das Trägermaterial oder Stützmaterial aus unlegiertem Kohlenstoffstahl mit 0,6% Kohlenstoff. F i g. 3 zeigt die Struktur dieses ;:usammengesetzten Materials nachdem Härten aus 1220⁰C,sowie einem zweimaligen Anlassen bei 56O⁰C über eine Zeitdauer von 1 Stunde. In Fig.3 ist der Hochleistungswerkzeugstahl mit 2a und der unlegierte Kohlenstoffstahl mit 3a bezeichnet. Die Verbindung zwischen den Komponenten ist mit 4a bezeichnet. Aus dem Mikrofoto ergibt sich, daß der Kohlenstoffgehalt des Trägermaterials 3a reduziert wurde uftd daß der Hochleistungsstahl 2a dementsprechend aufgekohlt wurde. Das Material im Bereich der Verbindung 4a ist beträchtlich beeinflußt

Härtung	RpO,2	1,44	A₁₀	Z
Temperatur,	°C KN/mm² KN/mm²	1,46	%	%
1180	1,77	1,47	8	24
1200	1,77	Hierzu 1 Blatt Zeichnungen	7	22
1220	1,77	8	21

Claims

Patentansprüche:

1. Stahl-Verbund-Material aus zwei metallisch verbundenen Stahlkomponenten mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen, dadurch gekennzeichnet,

— daß die erste Komponente ein Hochleistungswerkzeugstahl oder ein anderer hochlegierter Werkzeugstahl ist mit einer Kohlenstoffaktivität, einer Härte und einem Verschleißwiderstand in derselben Größenordnung wie Hochleistungswerkzeugstahl,

— und daß die zweite Komponente ein an sich bekannter Stahl ist, der aus