DE3628395C1 - Verwendung eines Stahls fuer Kunststofformen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines kostengünstigen martensitaushärtbaren Stahls als Werkstoff zur Herstellung von Kunststofformen. Der Stahl soll im lösungsgeglühten Zustand eine Zugfestigkeit von 900 bis 1100 N/mm² aufweisen und daher gut bearbeitbar sein. Durch eine einfache Auslagerungsbehandlung bei 400 bis 500°C sollen dann Zugfestigkeitswerte von mindestens 1200 N/mm² erreicht werden.

Für die Herstellung von Kunststofformen werden vorwiegend der Kunststofformenstahl 40 CrMnMo 7, Werkstoff-Nr. 1.2311, oder die schwefellegierte Variante 40 CrMnMoS 86, Werkstoff-Nr. 1.2312, verwendet. Diese Stähle werden vom Hersteller auf Zugfestigkeit von 900 bis 1100 N/mm² vergütet und in diesem Zustand zu Werkzeugen verarbeitet. Eine nachträgliche Wärmebehandlung der Werkzeuge würde zu unzulässigen Maßänderungen, Verzügen oder Oberflächenbeeinträchtigungen führen. Hieraus ergibt sich aber die Notwendigkeit, daß die Vergütungsfestigkeit auf 1100 bis 1200 N/mm² begrenzt bleibt, weil höhere Festigkeitswerte die Zerspanbarkeit erschweren würden.

Der aus der US-PS 33 92 064 bekannte martensitaushärtbare niedriggekohlte Stahl mit 3 bis 11% Mangan, 1,5 bis 2% Silicium, 0,6 bis 1,2% Titan und 0,4 bis 3,4% Molybdän erreicht ebenfalls nur Zugfestigkeitswerte nach einer Aushärtungsbehandlung von um 1100 N/mm². Die Verwendung des Stahls für Kunststofformen ist in dieser Schrift nicht angesprochen.

Die US-PS 26 83 677 offenbart einen ausscheidungshärtbaren niedriggekohlten Stahl, welcher eine Abschreckung nicht benötigt. Der Stahl enthält 0,5 bis 5% Aluminium und 0,2 bis 20% Nickel und Mangan. Bevorzugte Gehalte liegen zwischen 3 und 12% Nickel, 0,3 bis 3% Mangan und 0,5 bis 3% Aluminium. Über die Brauchbarkeit dieses bekannten Stahls für Kunststofformen ist der Schrift nichts zu entnehmen.

Aus der JP-OS 55-1 38 059 sind Stähle bekannt mit 0,9% C, 3% Si, 7 bis 40% Mn, 10% Zr, 5% V und weiteren Zusätzen an Nickel, Stickstoff, Molybdän, Kupfer, Wolfram, Kobalt, Bor, Titan, Niob, Zirkonium und Aluminium. Diese Stähle haben guten Widerstand gegen abrasive Beanspruchung und sind vorgesehen zum Zerkleinern von Gestein. Auch dieser Schrift ist ein Hinweis auf einen Stahl für Kunststofformen nicht zu entnehmen.

Aufgabe der Erfindung war daher, einen Stahl für Kunststofformen vorzuschlagen, der im Anlieferungszustand eine geringe Festigkeit und damit gute Zerspanbarkeit aufweist und der erst nach der Fertigstellung der Werkzeuge, durch eine einfache Wärmebehandlung, die zu keiner Maßänderung und Oberflächenveränderung führt, auf eine Zugfestigkeit von mindestens 1200 N/mm² gebracht werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß die Verwendung eines Stahls mit der Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 als Werkstoff zur Herstellung von Kunststofformen vorgeschlagen.

Die herkömmlichen martensitaushärtbaren Stähle mit 18% Nickel, 8% Cobalt, 5% Molybdän und bis zu 1,4% Titan, die im lösungsgeglühten Zustand eine Zugfestigkeit von rd. 1000 N/mm² aufweisen und auf Festigkeitswerte über 2000 N/mm² ausgehärtet werden können, kommen wegen ihres hohen Legierungsgehaltes und der damit verbundenen Kosten für die Herstellung von Kunststofformen nur begrenzt in Frage.

Bei dem erfindungsgemäß zu verwendenden Stahl handelt es sich um eine Eisenlegierung mit 8 bis 14% Mangan als Hauptkomponente. Mangangehalte von 8% führen bereits zu günstigen Eigenschaften, der optimale Mangangehalt liegt bei rd. 12%. Der Stahl ist ferner mit solchen Legierungselementen angereichert, die beim Erwärmen auf Temperatur oberhalb von 800°C im Austenit gelöst werden und auch nach dem Abschrecken auf Raumtemperatur im Martensit gelöst bleiben. Dabei handelt es sich um eine Kombination der Legierungselemente Co, Si, Ti und Al als Zwangskomponenten und Mo, W, Co und Ni als Wahlkomponenten.

Der Siliziumgehalt von mindestens 0,5% ist notwendig, um bereits bei realistischen Auslagerungsdauern von 10 bis 20 h ausreichend hohe Härtewerte zu erzielen, siehe Bild 2. Eine Verstärkung dieses Effektes ohne Beeinträchtigung der Zähigkeit wird durch den Zusatz von Nickel hervorgerufen, der in einer Größenordnung von 1 bis 2% liegen sollte, siehe Bild 3. Titan ist maßgeblich an der Bildung intermetallischer Phasen beteiligt und trägt daher wesentlich zur Steigerung der Härte bei, siehe Bild 4. Molybdän dient ebenso wie Titan zur Steigerung der Härte, wobei dadurch keine nennenswerte Beeinflussung der Zähigkeit eintritt. Aufgrund der Umwandlungshysterese zwischen Abkühlen und Erhitzen, siehe Bild 1, ist es möglich, diese gelösten Legierungselemente durch Auslagern bei Temperaturen um 500°C aus dem Martensit auszuscheiden. Die hierdurch entstehenden intermetallischen Phasen führen zu einem Anstieg der Härte. Dieser Vorgang wird als Martensitaushärtung bezeichnet.

Eine bevorzugte Zusammensetzung enthalten die Ansprüche 2 und 3.

Beispiel

Ein Stahl mit (in Masse-%):

0,008%Kohlenstoff 0,7%Silicium 12,0%Mangan 1,0%Molybdän 2,0%Nickel 0,1%Aluminium 1,0%Titan

Rest Eisen, einschließlich Verunreinigungen,

wurde unter betriebsüblichen Bedingungen erschmolzen und in Blöcke von 4 t abgegossen. Die Verformung, die mechanische Bearbeitung, Polierung und die Ätzung dieses Stahles bereitete keine Schwierigkeiten. Aus diesem Stahl hergestellte Kunststofformen wurden der praktischen Erprobung zugeführt und haben sich im Einsatz voll bewährt.

Claims (3)

1. Verwendung eines martensitaushärtbaren Stahles, bestehend aus (in Masse-%): 0,001 bis 0,1%Kohlenstoff 0,50 bis 2,0%Silicium 8,0 bis 14,0%Mangan 0,3 bis 5,0%Titan 0,001 bis 1,0%Aluminium 0 bis 2,0%Chrom 0 bis 3,0%Molybdän 0 bis 4,0%Nickel 0 bis 4,0%Wolfram 0 bis 5,0%KobaltRest Eisen, einschließlich herstellungsbedingter Verunreinigungen,als Werkstoff zur Herstellung von Kunststofformen.

2. Verwendung eines Stahles nach Anspruch 1, bestehend aus (in Masse-%): weniger als 0,05%Kohlenstoff 0,5 bis 1,5%Silicium 10,0 bis 14,0%Mangan 0,3 bis 1,5%Molybdän 0,3 bis 2,5%Nickel 0,3 bis 3,0%Titan 0,01 bis 0,4%AluminiumRest Eisen, einschließlicher herstellungsbedingter Verunreinigungen,für den Zweck nach Anspruch 1.

3. Verwendung eines Stahles nach Anspruch 1, bestehend aus (in Masse-%): 0,008%Kohlenstoff 0,7%Silicium 12,0%Mangan 1,0%Molybdän 2,0%Nickel 0,1%Aluminium 1,0%TitanRest Eisen, einschließlich herstellungsbedingter Verunreinigungen,für den Zweck nach Anspruch 1.