EP0733719B1 - Eisenbasislegierung zur Verwendung bei erhöhter Temperatur - Google Patents

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EP0733719B1
EP0733719B1 EP96890050A EP96890050A EP0733719B1 EP 0733719 B1 EP0733719 B1 EP 0733719B1 EP 96890050 A EP96890050 A EP 96890050A EP 96890050 A EP96890050 A EP 96890050A EP 0733719 B1 EP0733719 B1 EP 0733719B1
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EP
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iron
weight
max
alloy
aluminium
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Hubert Dipl. Ing. Lenger
Herbert Ing. Schweiger
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Voestalpine Boehler Edelstahl GmbH
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Boehler Edelstahl GmbH
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/22—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/24—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with vanadium

Definitions

  • the invention relates to an iron-based alloy for use with increased Temperature, especially hot working steel for tools for non-cutting Hot forming of metals and alloys, for example iron, copper or Aluminum alloys containing at least the elements carbon, silicon, Manganese, chromium, molybdenum and / or tungsten, vanadium, aluminum, if appropriate Sulfur as well as manufacturing-related steel components and impurities.
  • metals and alloys for example iron, copper or Aluminum alloys containing at least the elements carbon, silicon, Manganese, chromium, molybdenum and / or tungsten, vanadium, aluminum, if appropriate Sulfur as well as manufacturing-related steel components and impurities.
  • the invention relates to a tool, in particular for non-cutting Hot forming of metals and alloys.
  • Hot working steels are characterized by the fact that they are made from them Tools with the appropriate thermal tempering also for Working temperatures from 400 ° C to 500 ° C an essentially equally high hardness as at room temperature.
  • the high warm hardness or that when starting of the hardened material is formed by the secondary hardness Alloy elements chromium, molybdenum as well as tungsten and in particular vanadium and possibly also reached niobium.
  • Warning steel such as an iron-based alloy according to DIN Material no. 1.2343 or according to AISI Type H 11 are regarding the Composition, manufacture and the required thermal Remuneration parameters for highest achievable hardness, strength and Toughness values at operating temperatures up to approx. 500 ° C are known to the person skilled in the art.
  • the invention is based on the object of an iron-based alloy Use at elevated temperature, especially a hot-work steel for Tools for non-cutting hot forming of metals and alloys, indicate which or which higher in comparison with known alloys Permits working temperatures and has improved material properties.
  • Temperature of over 500 ° C increases the working hardness, the fire crack resistance improved and the material toughness increased.
  • a tool, in particular for a chipless hot forming of Metals and alloys which can be used at operating temperatures of over 500 ° C favorable mechanical parameters, improved performance properties and has an increased lifespan.
  • Nickel and nitrogen are of particular importance.
  • Nickel over 0.35% by weight probably deteriorates the temperability of the material a stabilization of the remaining austenite.
  • a nitrogen concentration greater than 0.015% by weight causes the formation of aluminum nitride, which has grain boundaries accumulated a disproportionate decrease in the toughness values of the material can cause.
  • the material has the following elements in% by weight: carbon 0.30 to 0.50 Silicon (Si) 0.75 to 1.60 manganese 0.30 to 0.80 chrome 3.20 to 6.50 Molybdenum (Mo) 0 to 1.65 Tungsten (W) 0 to 3.00 (Mon + W / 2) 0.95 to 1.65 Vanadium 0.25 to 1.20 Aluminum (Al) 0.75 to 1.60 (Al + Si) 1.60 to 2.60 niobium 0 to 0.15 titanium 0 to 0.15 nickel max 0.35 nitrogen max 0.015 Remainder iron and accompanying elements.
  • the iron-based alloy for use at elevated temperature particularly preferably has contents of essentially the following elements in% by weight: carbon 0.35 to 0.40 Silicon (Si) 0.90 to 1.20 manganese 0.35 to 0.55 chrome 4.50 to 5.50 Molybdenum (Mo) 0.75 to 1.50 Tungsten (W) 0 to 1.50 (Mon + W / 2) 1.20 to 1.50 Vanadium 0.30 to 0.60 Aluminum (Al) 0.80 to 1.25 (Al + Si) 1.85 to 2.40 niobium 0.03 to 0.1 titanium 0 to 0.09 nickel max 0.18 nitrogen max 0.009 oxygen max. 0.006 as an accompanying element
  • a Niobium content in the range of 0.03 to 0.1% by weight not only results in fine grain of the material with its beneficial effects but also supports the Formation of the secondary hardness hump when tempering the hardened material and its shift to higher temperatures. Titanium concentrations up to 0.09 % By weight promotes fine-grainedness, higher contents reduce one Hardness assumption of the alloy. Oxygen contents higher than preferably 0.006% by weight act adversely affect the mechanical high temperature properties and deteriorate in particular a polishability of the material.
  • Iron based alloy for use at elevated temperature Sulfur in the range of in wt .-% 0.05 to 0.16 advantageous for an improved mechanical processing of the same.
  • the total concentration of the important ferrite-forming elements in the material has a decisive influence on the formation of the structure of the tempering structure and thus on the performance properties of the part. If, as in a preferred embodiment of the invention, the total content of Cr, Mo, Si and Al of the alloy has values between 7.6 and 8.8% by weight, an extremely safe, largely process-insensitive conversion behavior with a particularly fine microstructure achieved when hardening and tempering the material.
  • the further aim of the invention is achieved in a tool of the type mentioned at the outset if it has a chemical composition of the material according to one of Claims 1 to 4 and a material hardness of at least 53, preferably at least 54, HRC, a tensile strength of at least 1195, preferably of at least 1200, N / mm 2 , a 0.2% Yield strength of at least 1060, preferably of 1070, N / mm 2 , has an elongation and contraction of at least 18.5 or 60%, preferably of at least 20 or 66%, at a temperature of 500 ° C to 550 ° C .
  • the alloy according to the invention is thermally tempered to at least values marked above will be an optimal property level of the Hot work tool reached. This affects not only the mechanical values at high working temperature but also less warm wear, increased creep rupture strength, reduced fire crack sensitivity and less For example, the forging blank tends to stick to the die. Although exact scientific data is still missing, the hot-work steel is likely to be provided high aluminum content in high temperature operation an oxide layer form on the work surfaces, which in association with other alloy elements has high adhesion and abrasion resistance and the tendency to stick to Workpiece reduced.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Eisenbasislegierung zur Verwendung bei erhöhter Temperatur, insbesondere Warmarbeitsstahl für Werkzeuge zur spanlosen Warmformgebung von Metallen und Legierungen, zum Beispiel Eisen,- Kupfer- oder Aluminiumlegierungen enthaltend zumindest die Elemente Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Chrom, Molybdän und/oder Wolfram, Vanadin, Aluminium, gegebenenfalls Schwefel sowie herstellungsbedingte Stahlbegleiter und Verunreinigungen.
Weiters betrifft die Erfindung ein Werkzeug , insbesondere zur spanlosen Warmverformung von Metallen und Legierungen.
Eisenbasislegierungen, die bei erhöhter Temperatur verwendbar sind, insbesondere Warmarbeitsstähle, zeichnen sich dadurch aus, daß die daraus gefertigten Werkzeuge nach entsprechender thermischer Vergütung auch bei Arbeitstemperaturen von 400 °C bis 500 °C eine im wesentlichen gleich hohe Härte wie bei Raumtemperatur aufweisen. Die hohe Warmhärte bzw. die beim Anlassen des gehärteten Werkstoffes gebildete Sekundärhärte wird durch die Legierungselemente Chrom, Molybdän sowie Wolfram und insbesondere Vanadin und gegebenenfalls auch Niob erreicht.
Es ist bekannt, daß beim Erwärmen einer Eisenbasislegierung bzw. eines Warmarbeitsstahls diese bzw. dieser in das Gammagebiet mit kubisch flächenzentrierter Atomstruktur umwandelt. Das kubisch flächenzentrierte Atomgitter ermöglicht eine vermehrte feste Lösung von Kohlenstoff bei Bildung von Gamma-Mischkristallen, so daß durch Diffusion die in der Legierung bzw. im Stahl vorliegenden Karbide aufgelöst werden und/oder eine größere Menge von Kohlenstoff homogen verteilt in Lösung geht. Erfolgt nun eine Abkühlung des Werkstoffes und ein Rückumwandeln von dessen Atomstruktur in ein raumzentriertes bzw. Alpha- Gitter mit geringer Löslichkeit bzw. Einlagerungsmöglichkeit für Kohlenstoffatome, so bilden sich bei niedrigen Abkühlgeschwindigkeiten wieder Metallkarbide oder es ist bei hohen Abkühlraten die verfügbare Zeitspanne für eine Atom- bzw. Kohlenstoffdiffusion nicht ausreichend für eine Karbidbildung, so daß das Gitter durch Kohlenstoffatome mit kleinem Atomvolumen verzerrt, in eine Alpha- Konfiguration diffusionslos unter Bildung von harter Martensitstruktur umklappt, wobei kubisch flächenzentrierte Restbereiche, sogenannte Restaustenitteile erhalten bleiben. Ein derartig vorliegendes Material ist vielfach spröde und weist auf Grund des Restaustenitgehaltes gegebenenfalls geringe bzw. steigerbare Härte auf.
Durch ein vorzugsweise mehrmaliges Anlassen des gehärteten Werkstoffes erfolgen einerseits eine Umwandlung von weichem Restaustenit in harten Martensit, andererseits , auf Grund der erhöhten Anlaßtemperatur, eine Diffusion von Kohlenstoffatomen und dadurch eine Bildung von feinen, die Gitterversetzungen blockierenden, vielfach submikroskopischen, homogen mit hoher Dichte verteilten Karbidausscheidungen. Diese von der chemischen Zusammensetzung der Legierung abhängenden Vorgänge, die bei Temperaturen von 400°C bis ca. 500 °C ablaufen, sind der Fachwelt hinreichend bekannt. Es wird dadurch bei verbesserter Materialzähigkeit eine Erhöhung der Härte bzw. ein sogenannter Sekundärhärtebuckel beim Anlassen des gehärteten Materials bewirkt.
Um weitgehend isotrope Eigenschaften eines Werkzeugstahlteiles zu erreichen, wurde gemäß US-A- 4 729 872 vorgeschlagen, den Schwefelgehalt und den Sauerstoffgehalt der Legierung unter 0,005 Gew.-% bzw. unter 0,003 Gew.-% einzustellen. In einem weiten Bereich der Zusammensetzung des Werkstoffes sind dadurch Verhältniswerte der Materialzähigkeit quer und längs zur Verformungsrichtung von größer als 0,7 erreichbar.
Wamarbeitsstähle, wie zum Beispiel eine Eisenbasislegierung gemäß DIN Werkstoff Nr. 1.2343 oder gemäß AISI Type H 11 sind bezüglich der Zusammensetzung, Herstellung und der erforderlichen thermischen Vergütungsparameter für höchste erreichbare Härte,- Festigkeits- und Zähigkeitswerte bei Einsatztemperaturen bis ca. 500 °C dem Fachmann bekannt.
Bei hohen Beanspruchungen der Warmarbeitswerkzeuge können jedoch oftmals die durch eine thermische Vergütung einstellbaren Gebrauchseigenschaften des Materials nicht ausreichen und hohen Werkzeugverschleiß oder Bruch desselben verursachen. Auch kann eine erreichbare hohe Warmzähigkeit des Werkstoffes vielfach nicht mit hoher Sicherheit in allen Vergütungsfällen leicht eingestellt werden.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Eisenbasislegierung zur Verwendung bei erhöhter Temperatur, insbesondere einen Warmarbeitsstahl für Werkzeuge zur spanlosen Warmformgebung von Metallen und Legierungen, anzugeben, welche bzw. welcher im Vergleich mit bekannten Legierungen höhere Arbeitstemperaturen zuläßt und verbesserte Materialeigenschaften aufweist. Insbesondere sollen beim Gebrauch der daraus gebildeten Werkzeuge bei einer Temperatur von über 500 °C die Arbeitshärte erhöht, die Brandrißbeständigkeit verbessert sowie die Werkstoffzähigkeit angehoben werden. Weiters ist es Ziel der Erfindung, ein Werkzeug, insbesondere für eine spanlose Warmformgebung von Metallen und Legierungen, zu schaffen, welches bei Einsatztemperaturen von über 500°C günstige mechanische Kennwerte, verbesserte Gebrauchseigenschaften sowie eine erhöhte Lebensdauer besitzt.
Diese Aufgabe wird bei einer Eisenbasislegierung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß diese Gehalte im wesentlichen folgender Elemente in Gew.-%
Kohlenstoff 0,30 bis 0,50
Silizium (Si) 0,40 bis 1,60
Mangan 0,30 bis 0,80
Schwefel 0 bis 0,16
Chrom (Cr) 3,20 bis 6,50
Molybdän (Mo) 0 bis 2,00
Wolfram (W) 0 bis 3,00
(Mo+W/2) 0,95 bis 2,00
Vanadin 0,25 bis 1,20
Aluminium (Al) 0,75 bis 1,60
(Al+Si) 1,20 bis 2,60
Niob 0 bis 0,20
Titan 0 bis 0,15
Nickel max 0,35
Stickstoff max 0,015
Sauerstoff max 0,006
sowie einen Summengehalt (Cr+Mo+Si+Al) 4,4 bis 11,1
Rest Eisen und Begleitelemente aufweist.
Es hat sich volkommen überraschend gezeigt, daß offensichtlich durch die synergetische Wirkung aller Elemente, insbesondere in Verbindung mit den beiden stark ferritbildenden Elementen Silizium und Aluminium, das Eigenschaftsniveau des Warmarbeitswerkstoffes wesentlich angehoben und/oder zu höheren Einsatztemperaturen verschoben werden kann. Wichtig dabei ist, daß der Nickelgehalt und insbesondere der Stickstoffgehalt der austenitisierenden Wirkung dieser Elemente wegen einen niedrigen Grenzwert nicht überschreiten.
Die Ursachen für die Verbesserungen bzw. Erhöhungen der Anlaßbeständigkeit, der Brandrißbeständigkeit, der Arbeitshärte und Warmzähigkeit sowie der Zeitbrucheinschnürung, der Zeitbruch- und Kriechdehnung bei höheren Temperaturen der erfindungsgemäßen Legierung sind wissenschaftlich noch nicht vollkommen geklärt. Es kann jedoch angenommen werden, daß eine Gitterverzerrung und die Ausscheidungskinetik der Karbide bei einer Umwandlung der Legierung von einem kubisch flächenzentrierten in ein kubisch raumzentriertes Kristallgitter und beim Anlassen nach einem Härten vorteilhaft geändert ist.
Dem Fachmann ist bekannt, daß durch steigende Aluminiumgehalte die Löslichkeit für Kohlenstoff in Gamma-Mischkristall vermindert ist, woraus auf eine schlechtere Vergütbarkeit des Werkstoffes geschlossen werden könnte. Infolge der Abschnürung des Gammagebietes mußte weiters auch befürchtet werden, daß durch Silizium und zusätzlich Aluminium im Stahl Ferritreste bei der Wärmebehandlung im Gefüge verbleiben bzw. keine vollständige Umwandlung mehr erfolgt und dadurch eine geringere erreichbare Werkstoffhärte verursacht wird. Entgegen dieser Fachmeinung wurde gefunden, daß die geänderte Ausscheidungskinetik offenbar eine feine, homogen dichte Karbidkonfiguration bewirkt und eine Ausbildung von Karbidnetzen und Komgrenzenbelegungen durch Karbide behindert, dadurch höhere Zähigkeitswerte des Werkstoffes erreichen läßt sowie die Anlaßtemperatur zu höheren Werten verschiebt. Dabei ist wichtig, daß bei einem Siliziumgehalt von mindestens 0,40, vorzugsweise von 0,75 bis 1,60, Gew.-% ein Aluminiumgehalt von 0,75 bis 1,6 Gew.-% gegeben ist und die Summenkonzentration obiger Elemente im Werkstoff einen Wert innerhalb des Bereiches von 1,20 bis 2,60 Gew.-% aufweist. Summenwerte (Al + Si) unter 1,20 Gew.-% emiedrigen sprunghaft das Eigenschaftsniveau des Werkstoffes bei hohen Temperaturen und höhere Gehalte an Aluminium und Silizium über 2,6 Gew.-% führen zu Versprödungserscheinungen und niedrigen mechanischen Werten.
Von besonderer Bedeutung sind niedrige Nickel- und Stickstoffgehalte. Nickel über 0,35 Gew.-% verschlechtert die Vergütbarkeit des Werkstoffes wahrscheinlich durch eine Stabilisation des Restaustenites. Eine Stickstoffkonzentration von größer als 0,015 Gew.-% bewirkt eine Bildung von Aluminiumnitrid, welches an Komgrenzen angelagert ein überproportionales Absinken der Zähigkeitswerte des Materiales hervorrufen kann.
Eine Anhebung des durchschnittlichen Eigenschaftsniveaus von Werkzeugen kann durch ein Einengen der Konzentrationen von Si, Mo, Mo+W/2, (Al+Si) sowie Nb in der Legierung erreicht werden. Demzufolge besitzt der Werkstoff Gehalte folgender Elemente in Gew.-%:
Kohlenstoff 0,30 bis 0,50
Silizium (Si) 0,75 bis 1,60
Mangan 0,30 bis 0,80
Chrom 3,20 bis 6,50
Molybdän (Mo) 0 bis 1,65
Wolfram (W) 0 bis 3,00
(Mo+W/2) 0,95 bis 1,65
Vanadin 0,25 bis 1,20
Aluminium (Al) 0,75 bis 1,60
(Al+Si) 1,60 bis 2,60
Niob 0 bis 0,15
Titan 0 bis 0,15
Nickel max 0,35
Stickstoff max 0,015
Rest Eisen und Begleitelemente.
Besonders bevorzugt weist die Eisenbasislegierung zur Verwendung bei erhöhter Temperatur Gehalte im wesentlichen folgender Elemente in Gew.-% auf:
Kohlenstoff 0,35 bis 0,40
Silizium (Si) 0,90 bis 1,20
Mangan 0,35 bis 0,55
Chrom 4,50 bis 5,50
Molybdän (Mo) 0,75 bis 1,50
Wolfram (W) 0 bis 1,50
(Mo+W/2) 1,20 bis 1,50
Vanadin 0,30 bis 0,60
Aluminium (Al) 0,80 bis 1,25
(Al + Si) 1,85 bis 2,40
Niob 0,03 bis 0,1
Titan 0 bis 0,09
Nickel max 0,18
Stickstoff max 0,009
Sauerstoff max 0,006 als Begleitelement
Bei obiger Zusammensetzung in engen Grenzen wird ein besonders hohes Eigenschaftsniveau bei einer Verwendung eines vergüteten Werkzeuges im Temperaturbereich von 450 °C bis 570 °C und darüber hinaus erreicht. Ein Niobgehalt im Bereich von 0,03 bis 0,1 Gew.-% bewirkt nicht nur eine Feinkörnigkeit des Materials mit dessen vorteilhaften Auswirkungen sondern unterstützt auch die Bildung des Sekundärhärtebuckels beim Anlassen des gehärteten Werkstoffes und dessen Verschiebung zu höheren Temperaturen. Titankonzentrationen bis 0,09 Gew.-% fördern eine Feinkömigkeit , höhere Gehalte vermindern eine Härteannahme der Legierung. Höhere Sauerstoffgehalte als vorzugsweise 0,006 Gew.-% wirken sich ungünstig auf die mechanischen Hochtemperatureigenschaften aus und verschlechtern insbesondere eine Polierbarkeit des Materials.
Weiters ist, wie sich gezeigt hat, bei der erfindungsgemäßen Ausbildung der Eisenbasislegierung zur Verwendung bei erhöhter Temperatur ein Gehalt an Schwefel im Bereich von in Gew.-% 0,05 bis 0,16 vorteilhaft für eine verbesserte mechanische Bearbeitung derselben.
Höchste Kerbschlagzähigkeitswerte auch bei hohen Anwendungstemperaturen der Eisenbasislegierung werden erreicht, wenn weiters, wie in günstiger Weise vorgesehen werden kann, eine geringe Phosphorkonzentration im Stahl von höchstens 0,01 Gew.-% als Begleitelement eingestellt wird.
Im Zuge der Entwicklungsarbeiten hat es sich überraschend gezeigt, daß die Summenkonzentration der wichtigen ferritbildenden Elemente im Werkstoff einen entscheidenden Einfluß auf die Ausbildung der Struktur des Vergütungsgefüges und damit auf die Gebrauchseigenschaften des Teiles besitzt. Wenn nämlich, wie gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, der Summengehalt an Cr, Mo, Si und Al der Legierung Werte zwischen 7,6 und 8,8 Gew.-% aufweist, wird ein äußerst sicheres, verfahrensmäßig weitgehend unempfindliches Umwandlungsverhalten mit einer besonders feinen Gefügeausbildung beim Härten und Anlassen des Werkstoffes erreicht.
Das weitere Ziel der Erfindung wird bei einem Werkzeug der eingangs genannten Art erreicht, wenn dieses eine chemische Zusammensetzung des Werkstoffes gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 aufweist und eine Materialhärte von mindestens 53, vorzugsweise von mindestens 54, HRC, eine Zugfestigkeit von mindestens 1195, vorzugsweise von mindestens 1200, N/mm2, eine 0,2 %
Dehngrenze von mindestens 1060, vorzugsweise von 1070, N/mm2, eine Dehnung und Einschnürung von mindestens 18,5 bzw. 60 %, vorzugsweise von mindestens 20 bzw. 66 %, bei einer Temperatur von 500°C bis 550°C, besitzt.
Bei einer thermischen Vergütung der erfindungsgemäßen Legierung auf mindestens oben gekennzeichnete Werte wird ein optimales Eigenschaftsniveau des Warmarbeitswerkzeuges erreicht. Dies betrifft nicht nur die mechanischen Werte bei hoher Arbeitstemperatur sondern auch einen geringeren Warmverschleiß, erhöhte Zeitstandsfestigkeit, verminderte Brandrißempfindlichkeit und geringere Klebeneigung zum Beispiel des Schmiederohlings am Gesenk. Obwohl exakte wissenschaftliche Daten noch fehlen, dürfte der Warmarbeitsstahl durch einen vorgesehenen hohen Aluminiumgehalt im Hochtemperaturbetrieb eine Oxidschicht an den Arbeitsflächen bilden, welche im Verein mit anderen Legierungselementen eine hohe Haftung und Abriebfestigkeit besitzt und die Klebeneigung am Werkstück vermindert.
Als weiters vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn die Arbeitsflächen zumindest teilweise mit erhöhter Härte ausgebildet sind. Dafür hat sich als besonders günstig eine Nitrierschicht mit hoher Härte herausgestellt, weil einerseits ein erhöhter Aluminiumgehalt des Werkstoffes eine Aufnahme von Stickstoff bzw. eine Nitrierschichtbildung fördert und eine Hartschicht auf besonders einfache Weise gebildet werden kann, andererseits die Schicht mit erhöhter Härte ein vergrößertes Volumen aufweist und dadurch im arbeitsflächennahen Bereich des Werkzeuges Druckspannungen erzeugt und eine Rißbildungsneigung wesentlich vermindert werden. Der Stickstoff der Luft bewirkt beim Werkzeug mit hoher Arbeitstemperatur auf Grund des Aluminiumgehaltes des Werkstoffes wahrscheinlich eine weitere Aufstickung der Oberfläche, so daß auch bei einem gegebenenfalls geringen Abrieb im praktischen Einsatz die Dicke der Hartschicht weitgehend erhalten bleibt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen vergleichend näher erläutert.
Es wurden jeweils durch Elektroschlacke-Umschmelzen Blöcke mit einer Zusammensetzung gemäß Tabelle 1 gefertigt, wonach aus diesen Blöcken durch Schmieden mit 6-facher Verformung Proben hergestellt wurden. Die Proben wurden thermisch vergütet bzw. gehärtet und mehrfach angelassen und erbrachten die in den Tabellen 2.1 bis 2.6 dargestellten Ergebnisse. Dabei ist anzumerken, daß die Ergebnisse betreffend die Temperatur, die Wechselbeständigkeit, den Warmverschleiß, die Zähigkeit und das Nitrierverhalten der zum Stand der Technik zählenden Legierung A und zwar der Legierung entsprechend DIN Werkstoff Nr. 1.2343 mit 100 % bezeichnet wurden und Abweichungen von diesem Wert durch kleinere oder größere Prozentzahlen relativ dazu gekennzeichnet sind. Die Warmhärtewerte erfindungsgemäßer Eisenbasislegierungen bei Temperaturen zwischen 475°C und 575°C lagen durchwegs um mindestens 9 % höher als diejenigen der Vergleichslegierung ( W.Nr. 1.2343). Bei der Legierung A ( Stand der Technik) wurden beispielsweise die maximalen Härtewerte bei 475 °C erreicht, wogegen bei der erfindungsgemäßen Legierung D bis zu einer höheren Temperatur von 575°C größere Werkstoffhärten vorlagen. Die Kurve (Fig. 1) zeigt deutlich die Anhebung der Härtewerte beim Einsatz der erfindungsgemäßen Legierung.
Figure 00090001
Figure 00100001
Figure 00100002
Figure 00110001
Figure 00110002
Figure 00120001
Figure 00120002

Claims (9)

  1. Eisenbasislegierung zur Verwendung bei erhöhter Temperatur, insbesondere Warmarbeitsstahl für Werkzeuge zur spanlosen Warmformgebung von Metallen und Legierungen, zum Beispiel Eisen, Kupfer- oder Aluminiumlegierungen, enthaltend zumindest die Elemente Kohlenstoff, Silizium, Mangan, Chrom, Molybdän und/oder Wolfram, Vanadin, Aluminium, gegebenenfalls Schwefel, sowie herstellungsbedingte Stahlbegleiter und Verunreinigungen, gekennzeichnet durch Gehalte folgender Elemente in Gew.-%: Kohlenstoff 0,30 bis 0,50 Silizium (Si) 0,40 bis 1,60 Mangan 0,30 bis 0,80 Schwefel 0 bis 0,16 Chrom (Cr) 3,20 bis 6,50 Molybdän (Mo) 0 bis 2,00 Wolfram (W) 0 bis 3,00 (Mo +W/2) 0,95 bis 2,00 Vanadin 0,25 bis 1,20 Aluminium (Al) 0,75 bis 1,60 (Al+Si) 1,20 bis 2,60 Niob 0 bis 0,20 Titan 0 bis 0,15 Nickel max 0,35 Stickstoff max 0,015 sowie einen Summengehalt (Cr+Mo+Si+Al) 4,4 bis 11,1
    Rest Eisen und Begleitelemente.
  2. Eisenbasislegierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Gehalte folgender Elemente in Gew.-%: Kohlenstoff 0,30 bis 0,50 Silizium (Si) 0,75 bis 1,60 Mangan 0,30 bis 0,80 Chrom 3,20 bis 6,50 Molybdän (Mo) 0 bis 1,65 Wolfram (W) 0 bis 3,00 (Mo +W/2) 0,95 bis 1,65 Vanadin 0,25 bis 1,20 Aluminium (Al) 0,75 bis 1,60 (Al+Si) 1,60 bis 2,60 Niob 0 bis 0,15 Titan 0 bis 0,15 Nickel max 0,35 Stickstoff max 0,015
    Rest Eisen und Begleitelemente.
  3. Eisenbasislegierung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Gehalte folgender Elemente in Gew.-%: Kohlenstoff 0,35 bis 0,40 Silizium (Si) 0,90 bis 1,20 Mangan 0,35 bis 0,55 Chrom 4,50 bis 5,50 Molybdän (Mo) 0,75 bis 1,50 Wolfram (W) 0 bis 1,50 /Mo + W/2 1,20 bis 1,50 Vanadin 0,30 bis 0,60 Aluminium (Al) 0,80 bis 1,25 (Al + Si) 1,85 bis 2,40 Niob 0,03 bis 0,1 Titan 0 bis 0,09 Nickel max 0,18 Stickstoff max 0,009 Sauerstoff max 0,006 als Begleitelement
  4. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Gehalt an Schwefel in Gew.-% von 0,05 bis 0,16.
  5. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Gehalt an Phosphor als Begleitelement von höchstens 0,01 Gew.-%.
  6. Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Summengehalt an Cr+Mo+Si+Al in Gew.-% von 7,6 bis 8,8.
  7. Werkzeug, insbesondere für eine spanlose Warmformgebung von Metallen und Legierungen, zum Beispiel Eisen-, Kupfer- oder Aluminiumlegierungen, gekennzeichnet durch eine chemische Zusammensetzung des Werkstoffes gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 und eine durch eine Wärmebehandlung eingestellte Materialhärte von mindestens 53, vorzugsweise von mindestens 54, HRC, eine Zugfestigkeit von mindestens 1195, vorzugsweise von mindestens 1200 N/mm2, eine 0,2% Dehngrenze von mindestens 1060, vorzugsweise von 1070, N/mm2, eine Dehnung und Einschnürung von mindestens 18,5 bzw. 60 %, vorzugsweise von mindestens 20 bzw. 66 %, bei einer Temperatur von 500 °C bis 550 °C.
  8. Werkzeug nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch Arbeitsflächen mit zumindest teilweise weiters erhöhter Härte.
  9. Werkzeug nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch Arbeitsflächen, die zumindest teilweise eine Nitrierschicht mit hoher Härte aufweisen.
EP96890050A 1995-03-23 1996-03-19 Eisenbasislegierung zur Verwendung bei erhöhter Temperatur Expired - Lifetime EP0733719B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AT0051695A AT403058B (de) 1995-03-23 1995-03-23 Eisenbasislegierung zur verwendung bei erhöhter temperatur und werkzeug aus dieser legierung
AT516/95 1995-03-23

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0733719A1 EP0733719A1 (de) 1996-09-25
EP0733719B1 true EP0733719B1 (de) 1999-03-03

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ID=3492683

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