EP0411161A1 - Verfahren zur wärmebehandlung von schnellstahl - Google Patents

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EP0411161A1
EP0411161A1 EP19900904470 EP90904470A EP0411161A1 EP 0411161 A1 EP0411161 A1 EP 0411161A1 EP 19900904470 EP19900904470 EP 19900904470 EP 90904470 A EP90904470 A EP 90904470A EP 0411161 A1 EP0411161 A1 EP 0411161A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
temperature
tool
hardening
cooling
composition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19900904470
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alexandr Anatolievich Shmatov
Leonid Grigorievich Voroshnin
Vadim Adolfovich Kachalov
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NAUCHNO-PROIZVODSTVENNY KOOPERATIV "BELAGROTEKHNIKA"
Belarusian National Technical University BNTU
Original Assignee
NAUCHNO-PROIZVODSTVENNY KOOPERATIV "BELAGROTEKHNIKA"
Belarusian National Technical University BNTU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NAUCHNO-PROIZVODSTVENNY KOOPERATIV "BELAGROTEKHNIKA", Belarusian National Technical University BNTU filed Critical NAUCHNO-PROIZVODSTVENNY KOOPERATIV "BELAGROTEKHNIKA"
Publication of EP0411161A1 publication Critical patent/EP0411161A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/22—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for drills; for milling cutters; for machine cutting tools
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/34—Methods of heating
    • C21D1/44—Methods of heating in heat-treatment baths
    • C21D1/46—Salt baths
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/78—Combined heat-treatments not provided for above
    • C21D1/785—Thermocycling

Definitions

  • the present invention relates to metallurgy and relates in particular to methods for the heat treatment of high-speed steel, preferably for cutting tools and impact-resistant tools, which are preferably made from non-cast high-speed steel.
  • a method of heat treating ball bearing steel to increase fatigue strength in rolling (US, A, 4023988) is known which consists in heating the finished part to 982-1037 ° C, keeping it at that temperature, then 427-649 ° C precooled and held at this temperature until complete transformation from austenite to pearlite or bainite. Then the heating is carried out to a hardening temperature of 927 ° C, hardening by cooling and tempering at 149 to 204 ⁇ C.
  • a hardening temperature 927 ° C, hardening by cooling and tempering at 149 to 204 ⁇ C.
  • the above-mentioned method does not guarantee high operating properties of a tool made of high-speed steel due to a low hardening temperature and a small number of cycles (maximum two), which does not allow the solid solution to be alloyed with carbide-forming elements to the maximum, i.e. heat resistance, hardness, strength and others To increase the properties of high-speed steel.
  • the known method produces a fine-grained structure, an optimal distribution of the disperse carbides in the structure is achieved, and hard micro-cracks are prevented, which has a positive effect on the properties.
  • the fatigue strength upon contact is increased 2.5 to 3 times, the crushing limit by 30 to 35%, and the wear resistance of hypereutectic steel increases.
  • the heat treatment process mentioned is unsuitable for high-speed steel and leaves only low operating properties of the tool, such as wear resistance, strength, heat resistance and others. achieve. This is due to an insufficiently high degree of alloying of the solid solution with carbide-forming elements due to a low hardening temperature and a small number of cycles (only two).
  • a method for producing a die for aluminum pressing (JP, A, 61-250150) is known, which involves prehomogenization at a temperature of 1100 to 1300 ° C., rapid cooling in a hot medium and reheating to 800 to 900 ° C. Hardening and tempering includes.
  • the tool manufactured according to the above-mentioned method has high dimensional stability, high temperature resistance, toughness and heat resistance.
  • the operational properties of the tool made of high-speed steel are not improved due to the low degree of alloying of its solid solution by said heat treatment, which is due to a low hardening temperature and a low number of cycles (maximum two).
  • a method of heat treating cast high speed steel (SU, A, 1014938) which includes heating above the temperature of the polymorphic transformation, thermal cycling, hardening and tempering, the heating to the hardening temperature and the last heating to the upper temperature at Thermal cycling can be united.
  • the heating during thermal cycling is carried out to a temperature 20 to 50 ° below the melting temperature, which corresponds to the temperature of normal hardening, and the cooling to a temperature of at least 800 ° C. Then an additional cooling from the lower temperature of the thermal cycling to 700 C, the holding for 4 to 8 hours and the final cooling to room temperature are carried out.
  • the optimal number of cycles in thermal cycling is 5 to 7 cycles, depending on the structural inhomogeneity.
  • the upper and lower limits of thermal cycling lie in a narrow temperature interval between the temperature of the polymorphic (eutectic) transformation and the temperature of normal hardening, and therefore the possibility of a polymorphic transformation is excluded at all.
  • Thermal cycling is carried out at all heat treatment levels with constant values of the upper and lower temperature.
  • a disadvantage of this method is the low wear resistance of the non-cast tools made of (forged and annealed, powdery, etc.) high-speed steel. This is due to the fact that the process eliminates the eutectic carbide network, which is unique only to the cast high-speed steel, and for the tool made of forged and annealed or of powdery high-speed steel with a mechanically or otherwise comminuted carbide network Procedure not applicable. For this reason, the tool made of cast high-speed steel cannot be used for quick machining.
  • the invention has for its object to provide a method for the heat treatment of high-speed steel, in which the degree of alloying of the solid solution with carbide-forming elements is increased by the selection of the optimal heat treatment conditions, the size reduction of the structural elements (grains, carbides) and the phase hardening is brought about, whereby the impact strength, strength, hardness and, as a result, the service life of the tool during use and the work performance are increased.
  • the essence of the invention is that in a process for the heat treatment of high-speed steel, the thermal cycling through multiple heating and cooling, the hardening, in which the heating to the hardening temperature is combined with the last heating when the thermal cycling to temperatures above the temperature of the polymorphic transformation and tempering includes, according to the present invention, thermal cycling being performed in a temperature interval between the initial martensite transformation temperature and the melting temperature that is between 160 ° C and 1305 ° C.
  • the structural elements (grains, carbides) are crushed, the degree of alloying of the solid solution is increased, the phase hardening is brought about, which increases the impact strength, the strength and the heat resistance of high-speed steel and, as a result, extends the service life of the tool during use .
  • the selection of the temperature interval during thermal cycling is due to the fact that the phase transformations and other structural changes in the temperature interval mentioned are easily achieved, by means of which the properties of the high-speed steel are improved.
  • the upper temperature of the thermocyclic heating is limited by the melting temperature, because above this temperature there is a melting and a significant growth of the grain, as a result of which the mechanical properties of high-speed steel deteriorate greatly regardless of the number of thermal cycles.
  • the lower temperature of the thermocyclic cooling is limited by the initial temperature of the martensite transformation, because if it is cooled several times below this temperature, martensite transformations and other structural changes begin, which lead to a reduction in strength and toughness, in particular to the creation of a difficult-to-correct error under the name "naphthalene fracture" , hard micro cracks, etc to lead.
  • the initial temperature of the martensite transformations in turn depends on the heating to hardening temperature, the type of high-speed steel, the cooling rate and other factors.
  • the high-speed steel is first precooled to a temperature of 1000 to 1100 ° C. during the thermocyclic cooling.
  • precooling is carried out in air. This makes the cooling process easier and cheaper because no special protective atmosphere is required.
  • salt baths are used in thermal cycling above the temperature of the polymorphic (eutectic) conversion, into which carbonates and agents for their reduction are additionally introduced.
  • barium carbonate and potassium carbonate are used as carbonates, as a result of which the corrosion action of the molten salt on the tool to be treated is reduced to a greater extent.
  • the method according to the invention for the heat treatment of high-speed steel, preferably for cutting tools, is carried out as follows.
  • a tool made of high-speed steel is treated by thermal cycling, whereby it is successively transferred from salt baths for steel heating to salt baths for cooling. After cooling, the tool is returned to the same baths for heating and the process is repeated.
  • the temperature of the baths for thermocyclic heating and cooling is varied in the temperature interval between the melting temperature and the initial temperature of the martensite transformations.
  • the last heating during thermal cycling is combined with the heating to hardening temperature, whereby the tool is transferred from the bath for thermocyclic cooling directly into the bath for heating to hardening temperature.
  • the temperature of the last thermocyclic heating is varied in the temperature interval between the temperature of the polymorphic (eutectic) conversion and the melting temperature.
  • the hardening process is completed by holding at this hardening temperature and then cooling in the hardening medium.
  • the tool After hardening, the tool is tempered two or three times, the first tempering operation at 300 to 650 ° C for 0.5 to 60 minutes and the next tempering operations at 540 to 560 ° C for 1 to 1.5 hours depending on steel grade and tool size.
  • thermocyclic cooling the tool is pre-cooled in the air for 3 to 10 s to a temperature of 1000 to 1100 ° C.
  • thermal cycling is carried out in the salt baths, into which barium carbonate or potassium carbonate and agents for their reduction, calcium carbide or silicon carbide are additionally introduced.
  • the salt baths For thermal cycling below the temperature of the polymorphic conversion, any known salt and alkali melts or hot oil are used.
  • the number of salt baths depends on the selected temperatures of the thermocyclic heating and cooling as well as on the degree of automation of the heat treatment process. The holding time for multiple heating and cooling is based on the generally applicable standards.
  • Example 1 A tool, for example end mill made of high-speed steel P18 with a diameter of 8 mm, is placed in a salt bath with the temperature 850 ° C. and the composition No. 1, which contains 62% BaCl 2 + 18% NaCl + 10% K 2 Includes CO 2 + 10% Sic and warmed for 5 min. Then the tool is transferred to a bath with the composition No. 2, which contains 92% BaCl 2 + 3% BaC0 3 + 5% CaC 2 and has a temperature of 1305 C, which corresponds to the melting temperature of the high-speed steel to be treated and at the same time is the upper temperature limit of the thermal cycling. The tool is held at this temperature for 0.5 min, then cooled in the salt bath with composition No.
  • the second and subsequent cycles start with the transfer of the tool from the bath with the temperature 850 C and the composition No. 1 into the salt bath with the temperature 1305 ° C and the composition No. 2 and become with the cooling of the tool in the previous one Salt bath with the temperature 850 C and the composition No. 1 completed. Such cycles are repeated 4 times.
  • the fifth cycle of thermal cycling the tool is transferred from the bath with the temperature 850 ° C. and the composition No. 1 into a bath with the temperature 1270 ° C. and the composition No. 2 and heated to the hardening temperature. In this way, the heating to the hardening temperature and the last heating during thermal cycling are combined in this salt bath.
  • the hardening temperature 1270 ° C is higher than the temperature of the polymorphic (eutectic) transformation, which is 815 ° C for the mentioned steel.
  • the cooling is first carried out under isothermal holding for 10 minutes at 650 ° C in a bath with the composition No. 3, which contains 30% BaCl 2 + 20% Nacl + 50% CaCl 2 , and then performed in the air on the hall temperature.
  • a three-time tempering is carried out: the first tempering operation at 600 ° C. for 10 minutes, the second and the third at 560 ° C. for 1 hour each in the bath with composition No. 3.
  • Example 2 A tool is placed in a salt bath at 850 ° C and composition No. 1, which includes 66% BaCl 2 + 19% NaC1 + 9% K 2 CO 3 + 6% CaC 2 , and for 3 min warmed up. Then the tool is cooled in the oil, which is heated to a temperature of 160 ° C, which corresponds to the initial temperature of the martensite transformations and at the same time is the lower temperature limit of the thermal cycling. The tool is held at this temperature for 5 minutes, thus completing the first cycle of thermal cycling.
  • the second and subsequent cycles begin transfer of the tool from the heated to 160 ° C oil in the salt bath with temperature 850 C and the composition Nos. 1 and end with the cooling of the tool once again in a heated at 160 0 C oil .
  • the temperature is 850 ° C below the melting temperature (1305 ° C) and consequently below the upper temperature limit of the thermal cycling. Such cycles are repeated 5 times.
  • the sixth cycle of thermal cycling the tool is heated from the oil heated to 160 ° C into a bath with the temperature 1270 ° C and with the composition No. 2 based on 92% BaCl 2 + 4% BaC0 2 + 4 % CaC 2 transferred and heated to hardening temperature.
  • the hardening temperature 1270 ° C is higher than the temperature of the polymorphic (eutectic) transformation, which is 815 ° C for the mentioned steel.
  • the cooling is first carried out under isothermal holding for 15 min at 560 ° C in the bath with the composition No. 3, which is 30% BaCl 2 + 20% NaCl + 50% CaCl 2 includes, and then performed in air to the hall temperature.
  • a three-time tempering is carried out: the first tempering operation at 300 ° C. for 1 hour in an electric furnace, the second and the third at 560 ° C. for 1 hour each in the bath with composition No. 3.
  • a tool is placed in a salt bath at 800 ° C and composition # 1, which includes 78% BaCl 2 + 21.3% NaCl + 0.7% Na 2 B 4 O 7 , and heated for 5 minutes. Then the tool is transferred to a salt bath with the composition No. 2, which contains 90% BaCl 2 + 5% BaC0 3 + 5% SiC, and with the temperature 1100 ° C, which is below the melting temperature (1305 ° C) and consequently is below the upper temperature limit of the thermal cycling. The tool is held at this temperature for 2.5 minutes and then cooled in the salt bath with composition No. 1 to the temperature 800 ° C., which is above the initial temperature of the martensite transformations (160 ° C.) and consequently above the lower temperature limit of the thermal cycling .
  • the second and subsequent cycles begin with the transfer of the tool from the bath with the temperature 800 ° C and the composition No. 1 into the bath with the temperature 1100 ° C and the composition No. 2 and are with the cooling of the tool in the previous bath with the temperature 800 ° C and the composition No. 1 completed. Such cycles are repeated 7 times.
  • the eighth cycle of thermal cycling the tool is transferred from the bath with the temperature 800 ° C. and the composition No. 1 into the bath with the temperature 1100 ° C. and the composition No. 2 and heated to the hardening temperature. In this way, the heating to the hardening temperature and the last heating during thermal cycling are combined in this salt bath.
  • the hardening temperature 1100 ° C is higher than the temperature of the polymorphic (eutectic) transformation, which is 815 ° C for the mentioned steel.
  • the cooling is carried out with isothermal holding for 10 minutes at 560 ° C. in a salt bath with the composition No. 3 on the basis of 30% BaCl 2 + 20% NaCl + 50% CaCl 2 and then performed in air to the hall temperature.
  • a three-time tempering is carried out: the first tempering operation at 650 ° C. for 1 minute, the second and the third at 560 ° C. for 1 hour each in the bath with composition No. 3.
  • a tool is placed in a salt bath at 850 ° C and composition # 1 which includes 70% BaCl 2 + 20% NaCl + 7% K 2 CO 3 + 3% CaC 2 and heated for 4 minutes. Then the tool is transferred to a bath with the composition No. 2, which contains 93% BaCl 2 + 2% BaC0 3 + 5% SiC, and with the temperature 1270 ° C, which is below the melting temperature (1305 ° C) and consequently is below the upper temperature limit of the thermal cycling. The tool is held at this temperature for 2 minutes, then first in the air for 5 seconds Pre-cooled temperature of 1100 ° C and then transferred to a salt bath with the composition No.
  • the hardening temperature of 850 ° C is higher than the temperature of the polymorphic (eutectic) transformation, which is 815 ° C for the mentioned steel.
  • the oil is cooled to the hall temperature.
  • a three-time tempering is carried out: the first tempering operation at 350 ° C. for 1 hour in an electric furnace, the second and the third at 560 ° C. for 1 hour each in the bath with composition No. 3.
  • a tool is placed in a salt bath at 800 C and composition # 1, which includes 78% BaCl 2 + 21.3% NaCl + 0.7% Na 2 B 4 0 7 , and heated for 5 minutes. Then the tool is transferred to a bath with the composition No. 2 based on 30% BaCl 2 + 20% NaC1 + + 50% Ca Cl 2 and with the temperature 580 ° C, which is above the initial temperature of the martensite transformations (160 ° C) and consequently above the lower temperature limit of the thermal cycling. The tool is held at this temperature for 10 minutes, thus completing the first cycle of thermal cycling. The second and third cycles begin with the transfer of the tool from the bath at 560 ° C and with composition no. 2 to the salt bath at temperature 800 ° C and composition no.
  • the tool is transformed from the bath with the temperature 560 ° C. and the composition No. 2 into a bath with the composition No. 3 based on 94% BaCl 2 + 1% BaCO s + 5% CaC 2 and with the temperature transferred 1270 ° C, which is below the melting temperature (1305 ° C) and consequently below the upper temperature limit of the thermal cycling.
  • the tool is held at this temperature for 2.5 minutes, then first pre-cooled in air for 7 seconds to a temperature of 1100 ° C and then transferred to the salt bath at 800 ° C and composition no Is held for 5 min.
  • the fifth cycle begins with the transfer of the tool from the salt bath at 800 ° C and composition No. 1 to the salt bath at temperature 1270 ° C and composition No. 3 and is precooled in air and then cooled of the tool in the previous salt bath with the temperature 800 ° C and the composition No. 1 completed.
  • the cycles are repeated twice.
  • the sixth cycle of thermal cycling the tool is transferred from the bath with the temperature 800 ° C. and the composition No. 1 into a bath with the temperature 1305 ° C. and the composition No. 3 and heated to the hardening temperature. In this way, the heating to the hardening temperature and the last heating during thermal cycling are combined in this salt bath.
  • the hardening temperature 1305 ° C is higher than the temperature of the polymorphic (eutectic) transformation (815 ° C) and at the same time corresponds to the melting temperature of this steel.
  • the curing process is completed by holding the temperature at 560 ° C for 10 minutes and by pre-cooling in air to the hall temperature.
  • a three-time tempering is carried out at 560 ° C. for 1 hour in the bath with the composition No. 2.
  • a tool is placed in a salt bath at 850 ° C and composition # 1, which includes 62% BaCl 2 + + 18% NaCl + 10% K 2 COs + 10% CaC 2 , and heated for 5 minutes. Then the tool is transferred to a bath with the composition No. 2, which contains 93% BaCl 2 + 2% BaC0 3 + 5% SiC, and with the temperature 1320 ° C, which is above the melting temperature (1305 ° C) and consequently lies above the upper temperature limit of the thermal cycling. The tool is held at this temperature for 0.5 min, then first pre-cooled in air for 7 s and then in a salt bath with composition No.
  • the hardening temperature 1270 C is higher than the temperature of the polymorphic (eutectic) transformation, which is 815 ° C for the mentioned steel.
  • the cooling is carried out under isothermal holding for 15 minutes at 650 ° C. in the bath with the composition No. 3 and then in air to the hall temperature.
  • a three-time tempering is carried out at 560 ° C. for 1 hour each in the bath with the composition No. 3.
  • a tool is placed in a salt bath at 850 ° C and composition # 1, which includes 66% BaCl 2 + 19% NaCl + 10% K 2 CO 3 + 5% SiC, and heated for 3 minutes. Then the tool is transferred to a bath with the composition No. 2, which contains 95% BaCl 2 + 1% BaCO 3 + 4% SiC, and with the temperature 1270 ° C, which is below the melting temperature (1305 ° C) and consequently is below the upper temperature limit of the thermal cycling. The tool is held at this temperature for 2 min, then first cooled in air for 5 s to a temperature of 1100 ° C and then in oil which has the hall temperature which is below the initial temperature of the martensite transformations and consequently below the lower temperature limit of the thermal cycling lies.
  • the tool is held at this temperature for 5 minutes, thus completing the first cycle of thermal cycling.
  • the second and subsequent cycles begin with the transfer of the tool from the oil to the salt bath with the temperature 1270 ° C and the composition No. 2 and are completed with the cooling first in air and then in the oil to the hall temperature. These cycles are repeated 3 times.
  • the fourth cycle of thermal cycling the tool is transferred from the oil with the hall temperature into the bath with the temperature 1270 C and with the composition No. 2 and heated to the hardening temperature. In this way, the heating to the hardening temperature and the last heating during thermal cycling are combined in this salt bath.
  • the hardening temperature 1270 ° C is higher than the temperature of the polymorphic (eutectic) transformation, which is 815 ° C for the mentioned steel.
  • the cooling is first carried out in air for 5 seconds to a temperature of 1100 ° C. and then in oil to the hall temperature.
  • three times tempering is carried out at 560 ° for 1 hour each in the bath with composition no. 3, which includes 30% eaCl 2 + 20% NaCl + 50% CaCl 2 .
  • the method according to the invention makes it possible to increase its wear resistance by 10 to 40% under normal cutting conditions, by 20 to 70% during rapid cutting, and to increase the work output by increasing it of the feed from 42 mm / min to 52 mm / min by 24%.
  • the method according to the invention can be used in any machine tools, equipment manufacturing and radio-technical production facilities that are equipped with equipment for the heat treatment of high-speed steel.

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Abstract

Das Verfahren schließt ein: das Thermozyklieren durch mehrfache Erwärmung und Abkühlung, das im Temperaturintervall zwischen der Anfangstemperatur der Martensitumwandlung und der Schmelztemperatur durchgeführt wird, das zwischen 160° C und 1305° C liegt; bei der thermozyklischen Abkühlung wird der Stahl zuerst auf 1000 bis 1100° C vorgekühlt; das Härten durch die Abkühlung auf eine Temperatur, die höher als die Temperatur der polymorphen Umwandlung ist, wobei die Erwärmung auf Härtetemperatur mit der letzten Erwärmung beim Thermozyklieren vereingt wird; das Anlassen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Metallurgie und betrifft insbesondere Verfahren zur Wärmebehandlung von Schnellstahl, vorzugsweise für Schneidwerkzeuge und stoßbelastbare Werkzeuge, die vorzugsweise aus nichtgegossenem Schnellstahl hergestellt sind.
  • Es ist ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Kugellagerstahl zwecks Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit beim Rollen (US, A, 4023988) bekannt, welches darin besteht, daß das Fertigteil auf 982 bis 1037° C erwärmt, bei dieser Temperatur gehalten, dann auf 427 bis 649 ° C vorgekühlt und bei dieser Temperatur bis zu einer vollständigen Umwandlung von Austenit zu Perlit bzw. Bainit gehalten wird. Danach wird die Erwärmung auf Härtetemperatur von 927° C, das Härten durch Abkühlung und das Anlassen bei 149 bis 204` C durchgeführt. Im Ergebnis der Perlit- und Bainitumwandlung vor der Austenitbildung entstehen im Stahlgefüge bei der Erwärmung auf die Härtetemperatur dünne Karbidschichten an den Austenitkorngrenzen, die nach dem Härten erhalten bleiben und zu einer erhöhten Ermüdungsfestigkeit beim Rollen beitragen.
  • Durch das genannte Verfahren werden hohe Betriebseigenschaften eines Werkzeugs aus Schnellstahl infolge einer niedrigen Härtetemperatur und einer kleinen Zykluszahl (maximal zwei) nicht gewährleistet, was es nicht gestattet, die feste Lösung mit karbidbildenden Elementen maximal zu legieren, d.h., Hitzebeständigkeit, Härte, Festigkeit und andere Eigenschaften von Schnellstahl zu erhöhen.
  • Es ist ebenfalls ein Verfahren zur Wärmebehandlung von übereutektischem Stahl mit weniger als 10% Legierungselementen(US, A, 3922181) bekannt, welches eine Hochtemperaturaustenitisierung, das isothermische Härten unter Halten bei einer Temperatur von 480 bis 720° C bis zur vollständigen Austenit--Perlit-Umwandlung, eine wiederholte Erwärmung auf die Austenitisierungstemperatur unterhalb der Temperatur der vollständigen Lösung von Karbiden, das nachfolgende Härten durch Abkühlen und das Anlassen einschließt.
  • Durch das bekannte Verfahren wird ein feinkörniges Gefüge gewonnen, eine optimale Verteilung der dispersen Karbide im Gefüge erzielt, die Entstehung von Härtemikrorissen verhindert, wodurch die Eigenschaften positiv beeinflußt werden. Im Ergebnis wird die Ermüdungsfestigkeit beim Kontakt um ein 2,5 bis 3faches, die Quetschgrenze um 30 bis 35%, erhöht und die Verschleißfestigkeit von übereutektischem Stahl nimmt zu.
  • Jedoch ist das genannte Wärmebehandlungsverfahren für Schnellstahl ungeeignet und läßt nur niedrige Betriebseigenschaften des Werkzeugs, wie Verschleißfestigkeit, Festigkeit, Hitzebeständigkeit u.a. erzielen. Das ist durch einen ungenügend hohen Legierungsgrad der festen Lösung mit karbidbildenden Elementen infolge einer niedrigen Härtetemperatur und einer kleinen Zykluszahl (nur zwei) bedingt.
  • Es ist ein Verfahren zur Herstellung einer Matrize zum Aluminiumpressen (JP, A, 61-250150) bekannt, welches die Vorhomogenisierung bei einer Temperatur von 1100 bis 1300°C, eine schnelle Abkühlung im heißen Medium und eine Wiedererwärmung auf 800 bis 900 C, das Härten und das Anlassen einschließt.
  • Das nach dem genannten Verfahren hergestellte Werkzeug hat eine hohe Maßstabilität, Hochtemperaturfestigkeit, Zähigkeit und Hitzebeständigkeit. Jedoch werden die Betriebseigenschaften des Werkzeugs aus Schnellstahl infolge eines niedrigen Legierungsgrades seiner festen Lösung durch die genannte Wärmebehandlung nicht verbessert, der durch eine niedrige Härtetemperatur und eine geringe Zykluszahl (maximal zwei) bedingt ist.
  • Es ist ebenfalls ein Verfahren zur Wärmebehandlung von gegossenem Schnellstahl (SU, A, 1014938) bekannt, welches die Erwärmung oberhalb der Temperatur der polymorphen Umwandlung, Thermozyklieren, Härten und Anlassen einschließt, wobei die Erwärmung auf Härtetemperatur und die letzte Erwärmung auf die obere Temperatur beim Thermozyklieren vereint werden. Dabei wird die Erwärmung beim Thermozyklieren auf eine Temperatur um 20 bis 50° unterhalb der Schmelztemperatur, die der Temperatur der Normalhärtung entspricht, und die Abkühlung auf eine Temperatur von mindestens 800 C durchgeführt. Dann werden eine zusätzliche Abkühlung von der unteren Temperatur der Thermozyklierung auf 700 C, das Halten während 4 bis 8 Stunden und die endgültige Abkühlung auf Raumtemperatur vorgenommen.
  • Bei der Durchführung des genannten Verfahrens beträgt die optimale Zykluszahl beim Thermozyklieren 5 bis 7 Zyklen, wobei sie von der Gefügeinhomogenität abhängt. Dabei liegen die obere und die untere Grenze der Thermozyklierung in einem schmalen Temperaturintervall zwischen der Temperatur der polymorphen (eutektischen) Umwandlung und der Temperatur der Normalhärtung, und deswegen ist die Möglichkeit einer polymorphen Umwandlung überhaupt ausgeschlossen. Das Thermozyklieren wird auf allen Wärmebehandlungsstufen bei konstanten Werten der oberen und der unteren Temperatur durchgeführt.
  • Ein Nachteil dieses Verfahrens ist eine geringe Verschleißfestigkeit der nichtgegossenen Werkzeuge aus (geschmiedetem und geglühtem, pulverigem u.a.) Schnellstahl. Das ist dadurch bedingt, daß durch das Verfahren das eutektische Karbidnetz beseitigt wird, das nur dem gegossenen Schnellstahl eigen ist, und für das Werkzeug aus geschmiedetem und geglühtem bzw. aus pulverigem Schnellstahl mit bereits mechanisch bzw. auf eine andere Weise zerkleinertem Karbidnetz ist das bekannte Verfahren nicht anwendbar. Aus diesem Grund kann das aus gegossenem Schnellstahl hergestellte Werkzeug für die Schnellzerspanung nicht eingesetzt werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Schnellstahl zu schaffen, bei dem durch die Auswahl der optimalen Wärmebehandlungsbedingungen der Legierungsgrad der festen Lösung mit karbidbildenden Elementen vergrößert, die Zerkleinerung der Gefügeelemente (Körner, Karbide) und die Phasenverfestigung zustandegebracht wird, wodurch die Schlagzähigkeit, Festigkeit, Härte und im Endergebnis die Standzeit des Werkzeugs beim Einsatz sowie die Arbeitsleistung erhöht werden.
  • Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß in einem Verfahren zur Wärmebehandlung von Schnellstahl, das das Thermozyklieren durch mehrfache Erwärmung und Abkühlung, das Härten, bei dem die Erwärmung auf Härtetemperatur mit der letzten Erwärmung beim Thermozyklieren auf Temperaturen oberhalb der Temperatur der polymorphen Umwandlung vereint wird und das Anlassen einschließt, erfindungsgemäß das Thermozyklieren in einem Temperaturintervall zwischen der Anfangstemperatur der Martensitumwandlung und der Schmelztemperatur durchgeführt wird, das zwischen 160° C und 1305° C liegt.
  • Bei einer solchen Durchführung des Verfahrens werden die Gefügeelemente (Körner, Karbide) zerkleinert, der Legierungsgrad der festen Lösung erhöht, die Phasenverfestigung zustandegebracht, wodurch die Schlagzähigkeit, die Festigkeit und die Wärmebeständigkeit von Schnellstahl vergrößert und im Endergebnis die Standzeit des Werkzeuges beim Einsatz verlängert werden. Die Auswahl des Temperaturintervalls beim Thermozyklieren ist dadurch bedingt, daß die Phasenumwandlungen und andere Gefügeveränderungen im genannten Temperaturintervall leicht zustandekommen, durch die die Schnellstahleigenschaften verbessert werden. Die obere Temperatur der thermozyklischen Erwärmung ist durch die Schmelztemperatur begrenzt, weil oberhalb dieser Temperatur ein Abschmelzen und ein bedeutendes Wachstum des Korns erfolgt, wodurch sich die mechanischen Eigenschaften von Schnellstahl unabhängig von der Zahl der Thermozyklen stark verschlechtern. Die untere Temperatur der thermozyklischen Abkühlung ist durch die Anfangstemperatur der Martensitumwandlung begrenzt, weil bei mehrfacher Abkühlung unterhalb dieser Temperatur Martensitumwandlungen und andere Gefügeveränderungen beginnen, die zu einer Verringerung der Festigkeit und der Zähigkeit, insbesondere zur Entstehung eines schwer korrigierbaren Fehlers unter der Bezeichnung "Naphtalinbruch", zu Härtemikrorissen u.s.w. führen. Die Anfangstemperatur der Martensitumwandlungen hängt ihrerseits von der Erwärmung auf Härtetemperatur, der Schnellstahlsorte, der Abkühlgeschwindigkeit und von anderen Faktoren ab.
  • Es ist vorteilhaft, daß der Schnellstahl bei der thermozyklischen Abkühlung zuerst auf eine Temperatur von 1000 bis 1100° C vorgekühlt wird.
  • Dadurch wird eine vollständigere Phasenumwandlung, Diffusionsumverteilung der Legierungselemente und der Temperaturausgleich auf dem Werkzeugquerschnitt erzielt, wodurch seine Deformation verringert, die Schlagzähigkeit und die Wärmebeständigkeit erhöht und im Endergebnis die Standzeit des Werkzeugs beim Einsatz verlängert wird. Beim Vorkühlen auf eine Temperatur unterhalb 1000° C wird das Werkzeug in einen schwachplastischen Zustand überführt, wodurch entweder die Schlagzähigkeit abnimmt oder Härterisse entstehen. Wenn das Vorkühlen bei einer Temperatur oberhalb 1100" C durchgeführt wird, reicht die Zeit für eine vollständige Diffusionsumverteilung der Elemente sowie für den Temperaturausgleich auf dem Werkzeugquerschnitt nicht aus.
  • Es ist vorteilhaft, daß das Vorkühlen in Luft durchgeführt wird. Dadurch wird der Abkühlvorgang einfacher und billiger, weil keine spezielle Schutzatmosphäre erforderlich ist.
  • Es ist vorteilhaft, daß beim Thermozyklieren oberhalb der Temperatur der polymorphen (eutektischen) Umwandlung Salzbäder eingesetzt werden, in die Karbonate und Mittel zu deren Reduktion zusätzlich eingeführt werden.
  • Dadurch wird auf der Oberfläche von Schnellstahl eine Schicht mit erhöhter Härte und Verschleißfestigkeit erzeugt oder die Oxydation und Entkohlung, von Stahl herabgesetzt. Durch die Karbonate in Kombination mit den Mitteln zu deren Reduktion wird die Bildung eines Reduktionsmediums gefördert.
  • Es ist vorteilhaft, daß als Karbonate Bariumkarbonat und Kaliumkarbonat eingesetzt werden, durch die die Korrosionseinwirkung der Salzschmelze auf das zu behandelnde Werkzeug stärker verringert wird.
  • Es ist vorteilhaft, daß als Mittel zur Reduktion der Karbonate Kalzium- und Siliziumkarbide eingesetzt werden.
  • Dadurch wird die Oxydation und die Entkohlung der Werkzeugoberfläche verringert, weil die genannten Reduktionsmittel als zusätzliche Spender von Kohlenstoff in der Salzschmelze dienen, der an der Bildung der Reduktionsatmosphäre beteiligt ist.
  • Nachstehend wird die Erfindung an Hand der Beschreibung von konkreten Durchführungsbeispielen erläutert.
  • Das erfindungsgemaße Verfahren zur Wärmebehandlung von Schnellstahl, vorzugsweise für Schneidwerkzeuge, wird folgenderweise durchgeführt.
  • Ein Werkzeug aus Schnellstahl wird durch das Thermozyklieren behandelt, wobei es aus Salzbädern für die Stahlerwärmung in Salzbäder für die Abkühlung aufeinanderfolgend übertragen wird. Nach der Abkühlung wird das Werkzeug in die gleichen Bäder für die Erwärmung zurückgebracht und der Vorgang wird wiederholt. Die Temperatur der Bäder für die thermozyklische Erwärmung und Abkühlung wird im Temperaturintervall zwischen der Schmelztemperatur und der Anfangstemperatur der Martensitumwandlungen variiert.
  • Die letzte Erwärmung beim Thermozyklieren wird mit der Erwärmung auf Härtetemperatur vereint, wobei das Werkzeug aus dem Bad für die thermozyklische Abkühlung unmittelbar ins Bad für die Erwärmung auf Härtetemperatur übertragen wird. Dabei wird die Temperatur der letzten thermozyklischen Erwärmung im Temperaturintervall zwischen der Temperatur der polymorphen (eutektischen) Umwandlung und der Schmelztemperatur variiert. Mit dem Halten bei dieser Härtetemperatur und dem nachfolgenden Abkühlen im Härtemedium wird der Härtevorgang abgeschlossen.
  • Nach dem Härten wird das Werkzeug zwei- bzw. dreimal angelassen, wobei die erste Anlaßoperation bei 300 bis 650° C während 0,5 bis 60 min und die nächsten Anlaßoperationen bei 540 Bis 560° C während 1 bis 1,5 h in Abhängigkeit von der Stahlsorte und der Werkzeuggröße durchgeführt werden.
  • Bei der thermozyklischen Abkühlung wird das Werkzeug während 3 bis 10 s auf eine Temperatur von 1000 bis 1100° C in der Luft vorgekühlt.
  • Oberhalb der Temperatur der polymorphen Umwandlung wird das Thermozyklieren in den Salzbädern durchgeführt, in die Bariumkarbonat bzw. Kaliumkarbonat und Mittel zu deren Reduktion, Kalziumkarbid bzw. Siliziumkarbid zusätzlich eingeführt werden. Beim Thermozyklieren unterhalb der Temperatur der polymorphen Umwandlung werden beliebige bekannte Salz- und Alkalischmelzen bzw. Warmöl eingesetzt. Die Anzahl der Salzbäder hängt von den ausgewählten Temperaturen der thermozyklischen Erwärmung und Abkühlung sowie vom Automatisierungsgrad des Wärmebehandlungsvorganges ab. Die Haltedauer bei mehrfacher Erwärmung und Abkühlung richtet sich nach den allgemein geltenden Normen.
  • Beispiel 1. Ein Werkzeug, beispielsweise Schaftfräser aus Schnellstahl P18 mit einem Durchmesser von 8 mm, wird in ein Salzbad mit der Temperatur 850 ° C und der Zusammensetzung Nr. 1 eingebracht, die 62% BaCl2 + 18% NaCl + 10% K2CO2 +10% Sic einschließt, und während 5 min erwärmt. Dann wird das Werkzeug in ein Bad mit der Zusammensetzung Nr. 2 übertragen, die 92% BaCl2 + 3% BaC03 +5% CaC2 enthält und eins Temperatur von 1305 C hat, die der Schmelztemperatur des zu behandelnden Schnellstahls entspricht und gleichzeitig die obere Temperaturgrenze der Thermozyklierung ist. Das Werkzeug wird bei dieser Temperatur während 0,5 min gehalten, dann im Salzbad mit der Zusammensetzung Nr. 1 auf eine Temperatur von 850° C abgekühlt, die oberhalb der Anfangstemperatur der Martensitumwandlungen (160°C) und folglich oberhalb der unteren Temperaturgrenze der Thermozyklierung, liegt. Mit dem Halten bei dieser Temperatur während 15 min wird der erste Zyklus der Thermozyklierung abgeschlossen.
  • Der zweite und die nachfolgenden Zyklen beginnen mit der Übertragung des Werkzeuges aus dem Bad mit der Temperatur 850 C und der Zusammensetzung Nr. 1 in das Salzbad mit der Temperatur 1305°c und der Zusammensetzung Nr. 2 und werden mit der Abkühlung des Werkzeugs im vorigen Salzbad mit der Temperatur 850 C und der Zusammensetzung Nr. 1 abgeschlossen. Solche Zyklen werden 4mal wiederholt. Beim letzten, dem fünften Zyklus der Thermozyklierung wird das Werkzeug aus dem Bad mit der Temperatur 850° C und der Zusammensetzung Nr. 1 in ein Bad mit der Temperatur 1270° C und der Zusammensetzung Nr. 2 übertragen und auf Härtetemperatur erwärmt. Auf diese Weise wird in diesem Salzbad die Erwärmung auf Härtetemperatur und die letzte Erwärmung beim Thermozyklieren vereint. Die Härtetemperatur 1270° C ist höher als die Temperatur der polymorphen (eutektischen) Umwandlung, die für den genannten Stahl 815° C beträgt. Nach dem Halten bei der Härtetemperatur 1270° C während 2 min wird die Abkühlung zuerst unter isothermischem Halten während 10 min bei 650 C in einem Bad mit der Zusammensetzung Nr. 3,die 30% BaCl2 + 20% Nacl + 50% CaCl2 enthält, und dann in der Luft auf die Hallentemperatur durchgeführt. Nach dem Härten wird ein dreimaliges Anlassen durchgeführt: die erste Anlaßoperation bei 600° C während 10 min, die zweite und die dritte bei 560° C während je 1 h im Bad mit der Zusammensetzung Nr. 3.
  • Beispiel 2. Ein Werkzeug wird in ein Salzbad mit der Temperatur 850° C und der Zusammensetzung Nr. 1 eingebracht, die 66% BaCl2 + 19% NaC1 + 9% K2C03 + 6% CaC2 einschließt, und während 3 min erwärmt. Dann wird das Werkzeug im Öl abgekühlt, das auf eine Temperatur von 160°C erwärmt ist, die der Anfangstemperatur der Martensitumwandlungen entspricht und gleichzeitig die untere Temperaturgrenze der Thermozyklierung ist. Das Werkzeug wird bei dieser Temperatur während 5 min gehalten und damit wird der erste Zyklus der Thermozyklierung abgeschlossen.
  • Der zweite und die nachfolgenden Zyklen beginnen mit der Übertragung des Werkzeuges aus dem auf 160°C erwärmten Öl in das Salzbad mit der Temperatur 850 C und der Zusammensetzung Nr. 1 und werden mit dem Abkühlen des Werkzeuges wieder im auf 1600 C erwärmten Öl abgeschlossen. Dabei liegt die Temperatur 850°C unterhalb der Schmelztemperatur (1305°C) und folglich unterhalb der oberen Temperaturgrenze der Thermozyklierung. Solche Zyklen werden 5 mal wiederholt. Beim letzten, dem sechsten Zyklus der Thermozyklierung wird das Werkzeug aus dem auf 160°C erwärmten Öl in ein Bad mit der Temperatur 1270° C und mit der Zusammensetzung Nr. 2 auf der Basis von 92% BaCl2 + 4% BaC02 + 4% CaC2 übertragen und auf Härtetemperatur erwärmt. Auf diese Weise wird in diesem Salzbad die Erwärmung auf Härtetemperatur und die letzte Erwärmung beim Thermozyklieren vereint. Die Härtetemperatur 1270° C ist höher als die Temperatur der polymorphen (eutektischen) Umwandlung, die für den genannten Stahl 815°C beträgt. Nach dem Halten bei der Härtetemperatur 1270°C während 2,5 min wird die Abkühlung zuerst unter isothermischem Halten während 15 min bei 560° C im Bad mit der Zusammensetzung Nr. 3, die 30% BaCl2 + 20% NaCl + 50% CaCl2 einschließt, und dann in Luft auf die Hallentemperatur durchgeführt. Nach dem Härten wird ein dreimaliges Anlassen durchgeführt: die erste Anlaßoperation bei 300°C während 1 h in einem Elektroofen, die zweite und die dritte bei 560°C während je 1 h im Bad mit der Zusammensetzung Nr. 3.
    • Beispiel 3.
  • Ein Werkzeug wird in ein Salzbad mit der Temperatur 800°C und der Zusammensetzung Nr. 1 eingebracht, die 78% BaCl2 + 21,3% NaCl + 0,7% Na2B4O7 einschließt, und während 5 min erwärmt. Dann wird das Werkzeug in ein Salzbad mit der Zusammensetzung Nr. 2, die 90% BaCl2 +5% BaC03 + 5% SiC enthält, und mit der Temperatur 1100°C übertragen, die unterhalb der Schmelztemperatur (1305°C) und folglich unterhalb der oberen Temperaturgrenze der Thermozyklierung liegt. Das Werkzeug wird bei dieser Temperatur während 2,5 min gehalten und dann im Salzbad mit der Zusammensetzung Nr. 1 auf die Temperatur 800°C abgekühlt, die oberhalb der Anfangstemperatur der Martensitumwandlungen (160°C) und folglich oberhalb der unteren Temperaturgrenze der Thermozyklierung liegt. Mit dem Halten bei dieser Temperatur während 15 min wird der erste Zyklus der Thermozyklierung abgeschlosssen. Der zweite und die nachfolgenden Zyklen beginnen mit der Übertragung des Werkzeugs aus dem Bad mit der Temperatur 800°C und der Zusammensetzung Nr. 1 in das Bad mit der Temperatur 1100°C und der Zusammensetzung Nr. 2 und werden mit der Abkühlung des Werkzeugs im vorigen Bad mit der Temperatur 800°C und der Zusammensetzung Nr. 1 abgeschlossen. Solche Zyklen werden 7mal wiederholt. Beim letzten, dem achten Zyklus der Thermozyklierung wird das Werkzeug aus dem Bad mit der Temperatur 800°C und der Zusammensetzung Nr. 1 ins Bad mit der Temperatur 1100°C und der Zusammensetzung Nr. 2 übertragen und auf Härtetemperatur erwärmt. Auf diese Weise wird in diesem Salzbad die Erwärmung auf Härtetemperatur und die letzte Erwärmung beim Thermozyklieren vereint. Die Härtetemperatur 1100° C ist höher als die Temperatur der polymorphen (eutektischen) Umwandlung, die für den genannten Stahl 815°C beträgt. Nach dem Halten bei der Härtetemperatur 1100°C während 2,5 min wird die Abkühlung unter isothermischem Halten während 10 min bei 560°C im Salzbad mit der Zusammensetzung Nr. 3 auf der Basis von 30% BaCl2 + 20% NaCl + 50% CaCl2 und dann in Luft auf die Hallentemperatur durchgeführt. Nach dem Härten wird ein dreimaliges Anlassen durchgeführt: die erste Anlaßoperation bei 650°C während 1 min, die zweite und die dritte bei 560°C während je 1 h im Bad mit der Zusammensetzung Nr. 3.
    • Beispiel 4.
  • Ein Werkzeug wird in ein Salzbad mit der Temperatur 850°C und der Zusammensetzung Nr. 1 eingebracht, die 70% BaCl2 +20% NaCl + 7% K2C03 + 3% CaC2 einschließt, und während 4 min erwärmt. Dann wird das Werkzeug in ein Bad mit der Zusammensetzung Nr. 2, die 93% BaCl2 + 2% BaC03 + 5% SiC enthält, und mit der Temperatur 1270° C übertragen, die unterhalb der Schmelztemperatur (1305°C) und folglich unterhalb der oberen Temperaturgrenze der Thermozyklierung liegt. Das Werkzeug wird bei dieser Temperatur während 2 min gehalten, dann zuerst in der Luft während 5 s auf eine Temperatur von 1100°C vorgekühlt und danach in ein Salzbad mit der Zusammensetzung Nr. 3 auf der Basis von 30% BaCl2 + 20% NaCl + 50% CaCl2 und mit der Temperatur 650° C übertragen, die oberhalb der Anfangstemperatur der Martensitumwandiungen (160° C) und folglich oberhalb der unteren Temperaturgrenze der Thermozyklierung liegt. Mit dem Halten bei dieser Temperatur während 10 min wird der erste Zyklus der Thermozyklierung des Werkzeugs abgeschlossen. Der zweite und die nachfolgended Zyklen beginnen mit der Übertragung des Werkzeuges aus dem Salzbad mit der Temperatur 650°C und der Zusammensetzung Nr. 3 in das Salzbad mit der Temperatur 1270° C und der Zusammensetzung Nr. 2 und werden zuerst mit dem Vorkühlen und dann mit der Abkühlung des Werkzeugs im vorherigen Salzbad mit der Temperatur 650° C und der Zusammensetzung Nr. 3 abgeschlossen. Solche Zyklen werden 3mal wiederholt. Beim letzten, dem vierten Zyklus der Thermozyklierung wird das Werkzeug aus dem Bad mit der Temperatur 650 °C und der Zusammensetzung Nr. 3 ins Salzbad mit der Temperatur 850 °C und der Zusammensetzung Nr. 1 übertragen und auf Härtetemperatur erwärmt. Auf diese Weise wird in diesem Salzbad die Erwärmung auf Härtetemperatur und die letzte Erwärmung beim Thermozyklieren vereint. Die Härtetemperatur 850 °C ist höher als die Temperatur der polymorphen (eutektischen) Umwandlung, die für den genannten Stahl 815° C beträgt. Nach den Halten bei der Härtetemperatur 850° C während 3 min wird die Abkühlung in Öl auf die Hallentemperatur durchgeführt. Nach dem Härten wird ein dreimaliges Anlassen durchgeführt: die erste Anlaßoperation bei 350° C während 1 h in einem Elektroofen, die zweite und die dritte bei 560° C während je 1 h im Bad mit der Zusammensetzung Nr. 3.
    • Beispiel 5.
  • Ein Werkzeug wird in ein Salzbad mit der Temperatur 800 C und der Zusammensetzung Nr. 1 eingebracht, die 78% BaCl2 + 21,3% NaCl + 0,7% Na2B407 einschließt, und während 5 min erwarmt. Dann wird das Werkzeug in ein Bad mit der Zusammensetzung Nr. 2 auf der Basis von 30% BaCl2 + 20% NaC1 + + 50% Ca Cl2 und mit der Temperatur 580° C übertragen, die oberhalb der Anfangstemperatur der Martensitumwandlungen (160° C) und folglich oberhalb der unteren Temperaturgrenze der Thermozyklierung liegt. Das Werkzeug wird bei dieser Temperatur während 10 min gehalten, und damit wird der erste Zyklus der Thermozyklierung abgeschlossen. Der zweite und der dritte Zyklus beginnen mit der Übertragung des Werkzeugs aus dem Bad mit der Temperatur 560° C und mit der Zusammensetzung Nr. 2 in das Salzbad mit der Temperatur 800° C und der Zusammensetzung Nr. 1 und werden mit der Abkühlung im vorigen Bad mit der Temperatur 560° C und der Zusammensetzung Nr. 2 abgeschlossen. Solche Zyklen werden 3mal wiederholt. Beim vierten Zyklus wird das Werkzeug aus dem Bad mit der Temperatur 560 °C und der Zusammensetzung Nr. 2 in ein Bad mit der Zusammensetzung Nr. 3 auf der Basis von 94% BaCl2 + 1 % BaCOs + 5% CaC2 und mit der Temperatur 1270° C übertragen, die unterhalb der Schmelztemperatur (1305°C) und folglich unterhalb der oberen Temperaturgrenze der Thermozyklierung liegt. Das Werkzeug wird bei dieser Temperatur während 2,5 min gehalten, dann zuerst in Luft während 7 s auf eine Temperatur von 1100°C vorgekühlt und danach in das Salzbad mit der Temperatur 800° C und der Zusammensetzung Nr. 1 übertragen, wo es während 5 min gehalten wird. Der fünfte Zyklus beginnt mit der Übertragung des Werkzeuges aus dem Salzbad mit der Temperatur 800° C und der Zusammensetzung Nr. 1 ins Salzbad mit der Temperatur 1270° C und der Zusammensetzung Nr. 3 und wird mit dem Vorkühlen in Luft und dann mit der Abkühlung des Werkzeuges im vorigen Salzbad mit der Temperatur 800 °C und der Zusammensetzung Nr. 1 abgeschlossen. Die Zyklen werden 2mal wiederholt. Beim letzten, dem sechsten Zyklus der Thermozyklierung wird das Werkzeug aus dem Bad mit der Temperatur 800° C und der Zusammensetzung Nr. 1 in ein Bad mit der Temperatur 1305°C und der Zusammensetzung Nr. 3 übertragen und auf Härtetemperatur erwärmt. Auf diese Weise wird in diesem Salzbad die Erwärmung auf Härtetemperatur und die letzte Erwärmung beim Thermozyklieren vereint. Die Härtetemperatur 1305°C ist hoher als die Temperatur der polymorphen (eutektischen) Umwandlung (815°C) und entspricht gleichzeitig der Schmelztemperatur von diesem Stahl. Nach dem Halten bei der Härtetemperatur 1305°C während 0,5 min wird zuerst die Abkühlung in Luft auf eine Temperatur von 1000°C während 10 s und danach im Salzbad mit der Temperatur 560°C und der Zusammensetzung Nr. 2 durchgeführt. Mit dem Halten bei der Temperatur 560°C wahrend 10 min und mit dem Vorkühlen in Luft auf die Hallentemperatur wird der Härtungsvorgang abgeschlossen. Nach dem Härten wird ein dreimaliges Anlassen bei 560° C je 1 h im Bad mit der Zusammensetzung Nr. 2 durchgeführt.
    • Beispiel 6.
  • Ein Werkzeug wird in ein Salzbad mit der Temperatur 850° C und der Zusammensetzung Nr. 1 eingebracht, die 62% BaCl2 + + 18% NaCl + 10% K2COs + 10% CaC2 einschließt, und während 5 min erwärmt. Dann wird das Werkzeug in ein Bad mit der Zusammensetzung Nr. 2, die 93% BaCl2 + 2% BaC03 + 5% SiC enthält, und mit der Temperatur 1320° C übertragen, die oberhalb der Schmelztemperatur (1305°C) und folglich oberhalb der oberen Temperaturgrenze der Thermozyklierung liegt. Das Werkzeug wird bei dieser Temperatur während 0,5 min gehalten, danach zuerst in Luft während 7 s vorgekühlt und dann in ein Salzbad mit der Zusammensetzung Nr. 3 auf der Basis von 30% BaCl2 +20% NaC1 + 50% CaCl2 und mit der Temperatur 650° C übertragen, die oberhalb der Anfangstemperatur der Martensitumwandlungen (160° C) und folglich oberhalb der unteren Temperaturgrenze der Thermozyklierung liegt. Mit dem Halten bei dieser Temperatur während 10 min wird der erste Zyklus der Thermozyklierung des Werkzeugs abgeschlossen. Der zweite und die nachfolgenden Zyklen beginnen mit der Übertragung des Werkzeugs aus dem Salzbad mit der Temperatur 650°C und der Zusammensetzung Nr. 3 in das Salzbad mit der Temperatur 1320° C und der Zusammensetzung Nr. 2 und werden zuerst mit den Vorkühlen in Luft und dann mit der Abkühlung des Werkzeugs im vorigen Salzbad mit der Temperatur 6500 C und der Zusammensetzung Nr. 3 abgeschlossen. Solche Zyklen werden 4mal wiederholt. Beim letzten, dem fünften Zyklus der Thermozyklierung wird das Werkzeug aus dem Bad mit der Temperatur 650° C und der Zusammensetzung Nr. 3 in ein Bad mit der Temperatur 1270°C und der Zusammensetzung Nr. 2 übertragen und auf Härtetemperatur erwärmt. Auf diese Weise wird in diesem Salzbad die Erwärmung auf Härtetemperatur und die letzte Erwärmung beim Thermozyklieren vereint. Die Härtetemperatur 1270 C ist höher als die Temperatur der polymorphen (eutektischen) Umwandlung, die für den genannten Stahl 815° C beträgt. Nach dem Halten bei der Härtetemperatur 1270°C während 2 min wird die Abkühlung unter isothermischem Halten während 15 min bei 650°C im Bad mit der Zusammensetzung Nr. 3 und dann in Luft auf die Hallentemperatur durchgeführt. Nach dem Härten wird ein dreimaliges Anlassen bei 560 C während je 1 h im Bad mit der Zusammensetzung Nr. 3 durchgeführt.
    • Beispiel 7.
  • Ein Werkzeug wird in ein Salzbad mit der Temperatur 850°C und der Zusammensetzung Nr. 1 eingebracht, die 66% BaCl2 + 19% NaCl + 10% K2C03 + 5% SiC einschließt, und während 3 min erwärmt. Dann wird das Werkzeug in ein Bad mit der Zusammensetzung Nr. 2, die 95% BaCl2 + 1% BaCO3 + 4% SiC enthält, und mit der Temperatur 1270°C übertragen, die unterhalb der Schmelztemperatur (1305°C) und folglich unterhalb der oberen Temperaturgrenze der Thermozyklierung liegt. Das Werkzeug wird bei dieser Temperatur während 2 min gehalten, dann zuerst in Luft während 5 s auf eine Temperatur von 1100°C und danach in Öl abgekühlt, das die Hallentemperatur hat, die unterhalb der Anfangstemperatur der Martenisitumwandlungen und folglich unterhalb der unteren Temperaturgrenze der Thermozyklierung liegt. Das Werkzeug wird bei dieser Temperatur während 5 min gehalten und damit wird der erste Zyklus der Thermozyklierung abgeschlossen. Der zweite und die nachfolgenden Zyklen beginnen mit der Übertragung des Werkzeugs aus dem Öl ins Salzbad mit der Temperatur 1270°C und der Zusammensetzung Nr. 2 und werden mit der Abkühlung zuerst in Luft und dann im Öl bis auf die Hallentemperatur abgeschlossen. Diese Zyklen werden 3mal wiederholt. Beim letzten, dem vierten Zyklus der Thermozyklierung wird das Werkzeug aus dem Öl mit der Hallentemperatur in das Bad mit der Temperatur 1270 C und mit der Zusammensetzung Nr. 2 übertragen und auf Härtetemperatur erwärmt. Auf diese Weise wird in diesem Salzbad die Erwärmung auf Härtetemperatur und die letzte Erwärmung beim Thermozyklieren vereint. Die Härtetemperatur 1270°C ist höher als die Temperatur der polymorphen (eutektischen) Umwandlung, die für den genannten Stahl 815°C beträgt. Nach dem Halten bei der Härtetemperatur 1270°C während 2 min wird die Abkühlung zuerst in Luft während 5 s auf eine Temperatur von 1100°C und dann in Öl auf die Hallentemperatur durchgeführt. Nach dem Härten wird ein dreimaliges Anlassen bei 560° während je 1 h im Bad mit der Zusammensetzung Nr. 3 durchgeführt, die 30% eaCl2 + 20% NaCl + 50% CaCl2 einschließt.
  • Die Verschleißfestigkeit des erfindungsgemäß wärmebehandelten Werkzeuges wurde nach den Ergebnissen der Prüfung von Dreizahn-Schaftfräsern aus Stahl P18 (18% W) mit einem Durchmesser von 8 mm beim Gegenlauffräsen von Baustahl (0,45% C), Sorte 12050 (CSSR), mit einer Harte HV30 =180 auf einer Fräsmaschine vom Typ 676RU 4 mit Normwerten: Schnittgeschwindigkeit Vc = 33,4 m/min (1330 U/min) bei einem Vorschub fz = 0,010 mm/Zahn (42 mm/min), Schnittiefe aD = 2 mm, Fräsbreite af = 5 mm sowie unter Bedingungen einer Überschreitung der Normwerte: Schnittgeschwindigkeit Vc =41,6 m/min (1655 U/min) bei einem Vorschub fz = 0,010 mm/Zahn (52 mm/min), Schnittiefe ap = 2 mm, Fräsbreite af = 5 mm bestimmt. Dabei wurde die gewöhnliche Methodik zur experimentellen Bestimmung der Verschleißfestigkeit von Schneidwerkzeugen durch die Konstruktion einer Abhängigkeit zwischen dem Zahnkantenverschleiß und der Einsatzdauer des Fräsers angewandt. Bei einem (als Kriterium dienenden) Verschleißbetrag von 0,35 mm wurde die Einsatzdauer der geprüften Fräser verglichen. Die Standzeit wurde als Mittelwert aus der Prüfung von 3 bis 5 Fräsern ermittelt, die unter gleichen Bedingungen wärmebehandelt wurden.
  • Die Ergebnisse der Untersuchung der Verschleißfestigkeit der gemäß den angeführten Beispielen wärmebehandelten Fräser aus Schnellstahl sind in der Tabelle zusammengefaßt.
  • Die angeführten Daten zeugen davon, daß bei der traditionellen Wämebehandlung des Fräsers seine Einsatzdauer bis zum Abstumpfen mit zunehmender Schnittgeschwindigkeit abnimmt, während die Standzeit des Werkzeugs mit der Wärmebehandlung nach den erfindungsgemäßen Verfahren erhöht wird.
  • Aus der Analyse der Ergebnisse folgt, daß das erfindungsgemäße Verfahren im Vergleich zur traditionellen Wärmebehandlung von Schneidwerkzeugen aus Schnellstahl es gestattet, seine Verschleißfestigkeit bei normalen Zerspannungsbedingungen um 10 bis 40%, bei der Schnellzerspanung um 20 bis 70% zu erhöhen und die Arbeitsleistung durch eine Vergrößerung des Vorschubs von 42 mm/min auf 52 mm/min um 24% zu steigern.
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  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann in beliebigen Werkzeugmaschinen, Gerätebau- und radiotechnischen Produktionsstätten eingesetzt werden, die mit Ausrüstungen für die Wärmebehandlung von Schnellstahl ausgestattet sind.

Claims (6)

1. Verfahren zur Wärmebehandlung von Schnellstahl, das das Thermozyklieren durch mehrfache Erwärmung und Abkühlung, das Härten durch die Abkühlung von einer Temperatur oberhalb der Temperatur der polymorphen Umwandlung, bei dem die Erwärmung auf Härtetemperatur mit der letzten Erwärmung beim Thermozyklieren vereint wird, und das Anlassen einschließt, dadurch gekennzeichnet, daß das Thermozyklieren in einem Temperaturintervall zwischen der Anfangstemperatur der Martensitumwandlungen und der Schmelztemperatur durchgeführt wird, das zwischen 160° C und 1305° C liegt.
2. Verfahren zur Wärmebehandlung von Schnellstahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl bei der thermozyklischen Abkühlung zuerst auf eine Temperatur von 1000 bis 1100° C vorgekühlt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Vorkühlen in Luft durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der thermozyklischen Erwärmung und Abkühlung oberhalb der Temperatur der polymorphen Umwandlung Salzbäder eingesetzt werden, in die Karbonate und Mittel zu deren Reduktion zusätzlich eingeführt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Karbonate Barium- und Kaliumkarbonate eingesetzt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Reduktion der Karbonate Kalzium- und Siliziumkarbide eingesetzt werden.
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