HIGH SPEED STEEL ALLOY

Abstract: 1. A high speed steel alloy with the carbide forming elements tungsten, molybdenum, chromium, vanadium, and niobium, characterised in that it contains 0.84 to 1.05 wt. % C, max. 1.0 wt. % Si, max. 1.0 wt. % Mn, 3.6 to 4.5 wt. % Cr, 4.6 to 6.5% wt. % Mo, 2.0 to 4.0 wt. % W, 0.5 to 1.6 wt. % V, and 0.5 to 1.5 wt. % Nb, the remainder being Fe and unavoidable impurities, provided that with a tungsten content of 2.0 to 3.0 wt. % the vanadium content is 1.3 to 1.6 wt. % and the niobium content is 0.8 to 1.5 wt. %, and that with a tungsten content of from more than 3.0 to 4.0 wt. % the vanadium content is 0.5 to 1.5 wt. % and the niobium content is 0.5 to 1.0 wt. %, the total content of vanadium and niobium being in the range of 1 to 2.5 wt. % in each case.

Description: Schnellarbeitsstahllegierung Die Erfindung betrifft eine Schnellarbeitsstahllegierung, u.zw. eine solche, welche die karbidbildenden Elemente Wolfram, Molybdän, Chrom, Vanadium und Niob aufweist. Im Rahmen der Schnellarbeitsstähle besitzt die genormte Legierungszusammensetzung S 6 - 5 - 2 (laut AISI als M2 bezeichnet) mit entsprechenden Gehalten an Wolfram, Molybdän, Vanadin und Chrom hinsichtlich der Häufigkeit ihrer Anwendung die weitaus grösste Bedeutung. In den letzten Jahren wurden auch schon verschiedene Versuche unternommen, das nicht zuletzt durch die Auffindung neuer ausgedehnter Lagerstätten in den Mittelpunkt des Interesses auch als Karbidbildner gekommene Legierungselement Niob heranzuziehen, um insbesondere einen gänzlichen oder teilweisen Ersatz für Vanadin als Karbidbildner bei diesem Stahltyp zu ermöglichen. So wurde beispielsweise durch F. Heisterkamp (Metals and Materials, Oct. 1978) auf Legierungsvarianten hingewiesen, die vom Basistyp durch einen Gehalt von 2 bzw. 3 % Niob bei völligem Ersatz des Vanadins bzw. von je 1 % bei teilweisem Ersatz dieses Legierungsbestandteiles abweichen und gute Eigenschaften gezeigt haben. Weitere auf die teilweise Substitution von Wolfram und/oder Molybdän durch Niobgehalte bis etwa 4 % gerichtete Arbeiten sind ebenfalls schon bekanntgeworden; die Absenkung des Wolframgehaltes hatte allerdings eine wesentliche Herabsetzung der Härtewerte zur Folge, weshalb dieser Weg einer Niob-Substitution als nicht ziel führend betrachtet werden musste. Es war somit eine unerwartete und bedeutsame Erkenntnis, dass es möglich ist, ohne Härteeinbussen in Kauf nehmen zu müssen, einen wesentlichen Anteil des laut Basiszusammen setzung vorgesehenen Wolframs einzusparen, wenn einem bestimmten, in relativ niedrigen engen Grenzen gehaltenen Niobgehalt ein gewisser Vanadinanteil zugeordnet wird und auch für die übrigen Legierungsbestandteile bestimmte Bereichsgrenzen eingehalten werden. Das Kennzeichen der erfindungsgemässen Schnellarbeitsstahllegierung besteht demnach darin, dass sie aus 0,84 bis 1,05 Gew.-S C, max. 1,0 Gew.-% Si, max. 1,0 Gew.-% Mn, 3,6 bis 4,5 Gew.-% Cr, 4,6 bis 6,5 Gew.-% Mo, 2,0 bis 4,0 Gew.-% W, 0,5 bis 1,6 Gew.-% V und 0,5 bis 1,5 Gew.-% Nb, Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen besteht, wobei die Summe von Vanadium und Niob im Bereich von 1 bis 2,5 Gew.-% liegt. Dabei ist gemäss weiteren Erfindungsmerkmalen vorgesehen, dass bei einem Wolframgehalt von 2,0 bis 3,0 Gew.-% der Va nadingehalt 1,3 bis 1,6 Gew.-% und der Niobgehalt 0,8 bis 1,5 Gew.-% beträgt, wobei die Summe von Vanadium und Niob im Bereich von 1 bis 2,5 Gew.-% liegt bzw. dass bei einem Wolframgehalt von mehr als 3,0 bis 4,0 Gew.-% der Vanadiumgehalt 0,5 bis 1,5 Gew.-% und der Niobgehalt 0,5 bis 1,0 Gew.-% beträgt, wobei die Summe von Vanadium und Niob im Bereich von 1 bis 2,5 Gew.-% liegt. Es wird auf diese Weise erreicht, dass bei einem Minimum des Aufwandes für die am Legierungsaufbau beteiligten karbidbildenden Elemente ein maximales Ergebnis der damit erzielbaren technologischen Auswirkungen sichergestellt wird. Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Tabelle 1 sind einer der Basiszusammensetzung für S 6 - 5 - 2 entsprechenden Schnellarbeitsstahlzusammensetzung vier verschiedene erfindungsgemässe Legierungszusammensetzungen gegenübergestellt. Ausser dem sind die zur Karbidbildung rechnerisch erforderlichen C-Gehalte, die Differenzen gegenüber dem tatsächlichen C-Gehalt sowie die Härtetemperaturen für die einzelnen Stähle angeführt. Die Härtetemperatur wurde in der üblichen Weise mit Hilfe der Ansprunghärtekurven und der Snyder-Graff Kornzahl ausgewählt. Wie bei Stahlanalysen üblich, ist bei der Zusammensetzung der aus Fe und den herstellungsbedingten Verunreinigungen bestehende Restanteil nicht gesondert ausgewiesen. TABELLE 1 EMI4.1 <SEP> chem. <SEP> Zusammensetzung <SEP> (Gew.-%) <SEP> C <SEP> errechnet <SEP> Härtetemper. <tb> Bezeichnung <SEP> C <SEP> Cr <SEP> Mo <SEP> W <SEP> V <SEP> Nb <SEP> mit <SEP> Cr <SEP> # <SEP> C <SEP> <SEP> C <tb> S <SEP> 6-5-2 <SEP> 0,94 <SEP> 4,25 <SEP> 4,88 <SEP> 6,80 <SEP> 1,84 <SEP> - <SEP> 1,16 <SEP> - <SEP> 0,22 <SEP> 1220 <tb> Probe <SEP> 1 <SEP> 1,02 <SEP> 3,82 <SEP> 4,99 <SEP> 3,36 <SEP> 1,48 <SEP> 0,93 <SEP> 1,15 <SEP> + <SEP> 0,05 <SEP> 1170 <tb> probe <SEP> 2 <SEP> 0,94 <SEP> 3,87 <SEP> 6,25 <SEP> 3,45 <SEP> 0,55 <SEP> 0,54 <SEP> 0,89 <SEP> + <SEP> 0,05 <SEP> 1200 <tb> probe <SEP> 3 <SEP> 1,03 <SEP> 3,61 <SEP> 4,87 <SEP> 2,24 <SEP> 1,43 <SEP> 0,94 <SEP> 0,99 <SEP> + <SEP> 0,04 <SEP> 1200 <tb> probe <SEP> 4 <SEP> 0,96 <SEP> 3,63 <SEP> 5,31 <SEP> 3,24 <SEP> 1,48 <SEP> 0,52 <SEP> 1,01 <SEP> + <SEP> 0,05 <SEP> 1200 <tb> Für die Untersuchung des Standzeitverhaltens wurden Seitenschlichtmesser (18 mm-Vierkant: : &alpha; = 5 , ss = 74 , # = 11 ) angefertigt, mit denen auf 100 N/mmê vergütete 100 mm dikke Rundstäbe aus 90 MnV 8 bei einer Schnittgeschwindigkeit von 24 m/min, einer Spantiefe von 1,00 mm und einem Vorschub von 0,203 mm/U bearbeitet wurden. Gemessen wurde die bis zum Reibverschleiss abgedrehte Spanlänge, wobei jeweils die Ergebnisse von sechs Drehmeisseln eines Probentyps gemittelt wurden. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 veranschaulicht, wobei auch die jeweils angewandte Härtetemperatur und die erzielten Härtewerte ersichtlich sind. TABELLE 2 EMI6.1 <SEP> Mittelwert <tb> <SEP> Härte <SEP> Härte <SEP> Spanlänge <SEP> der <SEP> einzelnen <SEP> Versuche <SEP> + <SEP> Streuung <tb> Bezeichnung <SEP> tempera- <SEP> (HRc) <SEP> ( <SEP> m <SEP> ) <SEP> ( <SEP> m <SEP> ) <tb> <SEP> tur <SEP> C <tb> S <SEP> 6-5-2 <SEP> 1220 <SEP> 66.0 <SEP> 368,4 <SEP> 402,2 <SEP> 398,9 <SEP> 460,2 <SEP> 416,5 <SEP> 429,3 <SEP> 412,7 <SEP> # <SEP> 29,8 <tb> Probe <SEP> 1 <SEP> 1170 <SEP> 65.0 <SEP> 340,6 <SEP> 379,2 <SEP> 403,5 <SEP> 437,4 <SEP> 419,3 <SEP> 395,6 <SEP> 396,1 <SEP> # <SEP> 31,3 <tb> Probe <SEP> 2 <SEP> 1230 <SEP> 66.0 <SEP> 448,5 <SEP> 433,5 <SEP> 364,3 <SEP> 416,2 <SEP> 387,3 <SEP> 417,2 <SEP> 411,3 <SEP> # <SEP> 29,0 <tb> probe <SEP> 3 <SEP> 1200 <SEP> 65.0 <SEP> 422,5 <SEP> 367,8 <SEP> 405,3 <SEP> 484,2 <SEP> 443,5 <SEP> 409,6 <SEP> 422,3 <SEP> # <SEP> 36,2 <tb> Probe <SEP> 4 <SEP> 1220 <SEP> 65.0 <SEP> 406,5 <SEP> 448,2 <SEP> 363,8 <SEP> 482,9 <SEP> 416,7 <SEP> 424,8 <SEP> 423,8 <SEP> # <SEP> 37,5 <tb> Wie sich daraus ergibt, sind die Leistungen der erfindungsgemässen Schnellarbeitsstahlzusammensetzungen denen des Basiswerkstoffes bei entsprechender Wahl der Härtetemperatur praktisch gleichwertig oder sogar überlegen, was bei den damit erzielten Ersparnissen besonders ins Gewicht fällt. Die praxisbezogene Gleichwertigkeit ergab sich auch bei den mit den Probenstählen vorgenommenen Untersuchungen des Gussund Glühgefüges sowie der Mengen- bzw. Grössenverteilung der Karbide.

Claims: Patentanspruch: Schnellarbeitsstahllegierung mit den karbidbildenden Elementen Wolfram, Molybdän, Chrom, Vanadium und Niob, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus 0,84 bis 1,05 Gew.-% C, max. 1,0 Gew.-% Si, max. 1,0 Gew.-% Mn, 3,6 bis 4,5 Gew.-% Cr, 4,6 bis 6,5 Gew.-% Mo, 2,0 bis 4,0 Gew.-% W;0,5 bis 1,6 Gew.-% V und 0,5 bis 1,5 Gew.-% Nb, Rest Fe und unvermeidliche Verunreinigungen mit der Massgabe besteht, dass bei einem Wolframgehalt von 2,0 bis 3,0 Gew.-% der Vanadingehalt 1,3 bis 1,6 Gew.-% und der Niobgehalt 0,8 bis 1,5 Gew.-% beträgt, bzw. dass bei einem Wolframgehalt von mehr als 3,0 bis 4,0 Gew.-% der Vanadiumgehalt 0,5 bis 1,5 Gew.-% und der Niobgehalt 0,5 bis 1,0 Gew.-% beträgt, wobei jeweils die Summe von Vanadium und Niob im Bereich von 1 bis 2,5 Gew.-X liegt.

Inventors: FISCHMEISTER, HELLMUT, DR., KARAGOZ, SADI, DR., PUBER, JOSEF, DIPL.-ING., Karagöz, Sadi, Dr., Püber, Josef, Dipl.-Ing.
Applicants: VEREINIGTE EDELSTAHLWERKE AKTIENGESELLSCHAFT (VEW)
Application year: 1983
Main classification: C22C38
IPC codes: C22C38