K ENNDATEN VON WERKZEUGSTÄHLEN VANADIS 23 SuperClean Hochleistungs PM Stahl für Kaltarbeitswerkzeuge Überall, wo Werkzeuge hergestellt und verwendet werden
Titelseite: Halterung aus rostfreiem Stahl. Die Matrize wurde aus VANADIS 23 hergestellt und der Stempel aus VANADIS 4. Die Angaben in dieser Broschüre basieren auf unserem gegenwärtigen Wissensstand und vermitteln nur allgemeine Informationen über unsere Produkte und deren Anwendungsmöglichkeiten. Sie können nicht als Garantie ausgelegt werden weder für die spezifischen Eigenschaften der beschriebenen Produkte noch für die Eignung für die als Beispiele genannten Anwendungsmöglichkeiten. 2
Ausschlaggebende Werkzeugstahleigenschaften für HOHE WERKZEUGLEISTUNG Korrekte Härte für die Anwendung Hoher Verschleißwiderstand Hohe Zähigkeit, um einen vorzeitigen Ausfall durch Ausbröckelungen/Rißbildung zu vermeiden. Hoher Verschleißwiderstand ist oft mit geringer Zähigkeit gekoppelt und umgekehrt. Für eine optimale Leistung des Werkzeugs sind jedoch in vielen Fällen sowohl hoher Verschleißwiderstand als auch hohe Zähigkeit ausschlaggebend. VANADIS 23 ist ein Hochleistungs PM Schnellarbeitsstahl, der eine sehr gute Kombination von Verschleißwiderstand und Zähigkeit bietet. WERKZEUGHERSTELLUNG Zerspanbarkeit Wärmebehandlung Schleifbarkeit Maßbeständigkeit bei der Wärmebehandlung Oberflächenbehandlung. Die Herstellung eines Werkzeuges aus hochlegierten Werkzeugstählen erweist sich oft als problematischer bezüglich der Zerspanbarkeit und der Wärmebehandlung als die Herstellung eines Werkzeuges aus niedriger legierten Stahlsorten. Das erhöht natürlich die Herstellungskosten. Da VANADIS 23 jedoch pulvermetallurgisch hergestellt wird, ist die konventionelle Bearbeitung dieses Stahls leichter als bei ähnlichen schmelzmetallurgisch hergestellten Kaltarbeitsstählen. Verglichen mit schmelzmetallurgisch hergestellten hochlegierten Werkzeugstählen ist die Maßbeständigkeit von VANADIS 23 beim Härten wesentlich besser. Dies, gekoppelt mit einer hohen Härte, guten Zähigkeit und hohen Anlaßtemperatur, macht VANADIS 23 zu einem sehr geeigneten Stahl für Oberflächenbeschichtungen, besonders für PVD. Verwendungsbereiche VANADIS 23 ist besonders geeignet für das Schneiden und Umformen dünnerer Materialien, bei denen gemischte (abrasiv adhäsiv) Verschleißbedingungen herrschen und bei denen das Risiko einer plastischen Verformung der Aktivflächen des Werkzeuges hoch ist, z.b. beim Schneiden von Stählen mit mittleren und hohen Kohlenstoffgehalten beim Schneiden härterer Werkstückstoffe wie gehärteter oder kaltgewalzter Bandstähle bei Teilen von Kunststoff-Formen, die dem abrasiven Verschleiß ausgesetzt werden. Allgemeines VANADIS 23 ist ein Cr-Mo-V-legierter Stahl, charakterisiert durch: hohen Verschleißwiderstand (abrasives Profil) hohe Druckfestigkeit sehr gute Durchhärtungseigenschaften hohe Zähigkeit sehr gute Maßbeständigkeit bei der Härtung sehr gute Anlaßbeständigkeit. Richt- C Cr Mo W V analyse % 1,28 4,2 5, 6,4 3,1 Norm (AISI M3:2 / W.-Nr. 1.3344 / SS 2725) Lieferzustand Weichgeglüht auf ca. 26 HB Farbkennzeichnung Violett Werkzeugteile für die Emballagenindustrie. 3
Eigenschaften PHYSIKALISCHE EIGENSCHAFTEN Gehärtet und angelassen. Temperatur 2 C 4 C 6 C Dichte kg/m 3 798 787 785 Elastizitätsmodul MPa 23 25 184 Wärmeausdehnungskoeffizient pro C ab 2 C 12,1 x 1-6 12,7 x 1-6 Wärmeleitfähigkeit W/m C 24 28 27 Spezifische Wärme J/kg C 42 51 6 SCHLAGZÄHIGKEIT Ungefähre Schlagzähigkeitswerte (bei Raumtemperatur) für verschiedene Härtewerte. Probengröße: 7 x 1 x 55 mm, ungekerbt, angelassen: 3 x 1 Stunde bei 56 C. Längsproben. Schlagzähigkeit (J) 6 4 2 54 56 58 6 62 64 66 68 Härte HRC BIEGEFESTIGKEIT UND DURCHBIEGUNG Biegeversuch mit Vierpunkt-Auflage. Probengröße: 5 mm Ø. Biegegeschwindigkeit: 5 mm/min. Austenitisierungstemperatur: 99 118 C, 3 x 1 h angelassen bei 56 C. Spannung MPa 6 5 Biegebruchfestigkeit Durchbiegung mm 6 5 4 3 2 Biegestreckgrenze Gesamtdurchbiegung 4 3 2 1 1 56 58 6 62 64 66 Härte HRC Stempel, hergestellt von LN s Mekaniska Verkstads AB in Schweden. Für diese Anwendung ist VANADIS 23 genau der richtige Stahl. 4
Wärmebehandlung WEICHGLÜHEN Den Stahl vor Oxidation schützen und auf 85 9 C durchwärmen. Dann im Ofen um ca. 1 C/Stunde bis auf 7 C und anschließend an der Luft abkühlen. SPANNUNGSARMGLÜHEN Nach der Grobzerspanung sollte das Werkzeug auf 6 7 C durchgewärmt und 2 Stunden auf dieser Temperatur gehalten werden. Dann langsam auf 5 C im Ofen und anschließend an der Luft abkühlen. HÄRTEN Vorwärmtemperatur: 45 5 C und 85 9 C. Austenitisierungstemperatur: 15 118 C, je nach gewünschter Endhärte s. nachfolgendes Diagramm. Empfohlene Haltedauer Haltedauer* Min. 15 1 5 1 15 11 115 C Austenitisierungstemperatur * ) Haltedauer = Zeitspanne des Haltens auf Austenitisierungstemperatur, beginnend mit dem Erreichen der Solltemperatur im Kern bis zur Einleitung des Abschreckvorgangs. Während des Austenitisierens muß das Werkzeug vor Entkohlung und Oxidation geschützt werden. Endhärte HRC 66 64 62 6 58 56 98 1 12 14 16 18 11 112 114 116 118 Austenitisierungstemperatur C Gesamttauchdauer im Salzbad nach einem zweimaligen Vorwärmen bei 45 C und 85 C. Dauer Min. 4 3 2 1 1 C 15 C 11 C 118 C 2 4 6 8 1 12 14 Wandstärke mm Härte nach verschiedenen Austenitisierungstemperaturen, wenn 3x mit je 1 Std. Haltedauer bei 56 C angelassen wurde (±1 HRC). HRC C 58 12 6 16 62 11 64 114 66 118 Gestanzte Platte. 5
Isothermisches ZTU-Schaubild. Austenitisierungstemperatur: 18 C. Haltedauer: 3 Minuten. C 11 1 Austenitisierungstemperatur Austenitizing temperature 1 18 C Haltedauer Holding time 3 3 Min. min. 9 AA C1f = 89 C 8 A C1s = 815 C Temp. Zeit Härte 7 C Stunde HV 1 6 Pearlite Perlit 775 16,9 276 75 2,5 363 5 725 2,2 37 7 4,5 38 65 7,7 37 4 6 17,7 813 4% 3 4 23, 97 Bainite 99% 375 23,3 97 2 35 2,1 649 3 2,7 613 1 25 22,5 665 Martensite 2 25,8 77 1 1 1 1 1 1 1 Sekunden Seconds 1 1 1 1 1 Minutes Minuten 1 1 1 Stunden,2 1,5 1 9 6 Luftabkühlung von Stäben Ø mm ZTU-Schaubild für kontinuierliche Abkühlung. Austenitisierungstemperatur: 18 C. Haltedauer: 3 Minuten. C 11 1 9 8 7 6 5 4 3 2 1 M s Karbide Martensit Pearlit Perlit Bainit 1 2 3 4 5 6 7 Austenitisierungstemperatur 18 C Haltedauer 3 Min. 1 1 1 1 1 1 Sekunden 1 1 1 1 Minuten A C1f = 89 C A C1s = 815 C 1 1 1 Stunden,2 1,5 1 9 6 Luftabkühlung von Stäben, Ø mm Härte T 8 5 Kurve HV 1 (Sek.) 1 97 1 2 894 1 3 894 14 4 858 313 5 83 141 6 673 285 7 53 5211 6
ABSCHRECKEN Vakuumanlage (Gas mit hoher Geschwindigkeit und 2 5 bar Überdruck) Warmbad oder Wirbelbett bei ca. 55 C Gebläseluft/Gas. Anm. 1: Das Abschrecken soll bis auf eine Temperatur von 5 C im Werkzeug fortgesetzt werden. Das Werkzeug soll sofort angelassen werden, wenn eine Temperatur von 5 C erreicht wird. Anm. 2: Für Anwendungen, wo maximale Zähigkeit verlangt wird, sollte im Warmbad oder in einem Vakuumofen mit genügend Gasüberdruck abgeschreckt werden. ANLASSEN Für Kaltarbeitsanwendungen sollte immer bei 56 C angelassen werden, ganz gleich, welche Austenitisierungstemperatur benutzt wurde. Dreimal anlassen mit jeweils einer Stunde Haltedauer. Das Werkzeug sollte zwischen den Anlaßstufen bis auf Raumtemperatur abgekühlt werden. Nach diesem Anlaßzyklus beträgt der Restaustenitgehalt weniger als 1%. HOCHTEMPERATUREIGENSCHAFTEN Veränderung der Härte in Abhängigkeit von der Haltedauer bei verschiedenen Arbeitstemperaturen Austenitisierungstemperatur: 15 113 C. Anlassen: 3 x 1 h bei 56 C. Härte HRC 65 6 55 5 45 4 35 65 C,1 1 1 1 Zeit: Stunden Warmhärte Austenitisierungstemperatur: 118 C. Anlassen: 3 x 1 h bei 56 C. 6 C Austenitisierungstemperatur: 113 C 18 C... 15 C MAßÄNDERUNGEN Maßänderungen nach dem Härten und Anlassen. Wärmebehandlung: Austenitisieren zwischen 15 113 C und 3 x 1 h bei 56 C anlassen. Probengrößen: 8 x 8 x 8 mm und 1 x 1 x 25 mm. Maßänderungen: Zunahme in der Länge, Breite und Dicke: +,3% +,13%. Härte HV1 1 8 6 4 Haltedauer 1 Min. TIEFTEMPERATURBEHANDLUNG Teile, von denen eine maximale Maßstabilität verlangt wird, können folgendermaßen tieftemperaturbehandelt werden: Unmittelbar nach dem Abschrecken sollte das Teil auf 7 bis 8 C tiefgekühlt werden Haltedauer 1 3 Stunden und anschließend angelassen und gealtert werden. Die Tieftemperaturbehandlung steigert die Härte um ~1 HRC. Bei komplizierteren Teilen ist diese Behandlung wegen der Rißgefahr nach Möglichkeit zu vermeiden. 2 2 4 6 8 C Halterung aus rostfreiem Stahl. Die Matrize wurde aus VANADIS 23 hergestellt und der Stempel aus VANADIS 4. 7
Oberflächenbehandlungen Kaltarbeitswerkzeugstähle werden manchmal oberflächenbehandelt, damit die Reibung verringert und der Verschleißwiderstand erhöht wird. Die häufigsten Oberflächenbehandlungen sind Nitrieren und Beschichten mit verschleißfesten Schichten aus Titankarbid und Titannitrid (CVD, PVD). VANADIS 23 ist besonders für Beschichtungen mit Titankarbid und Titannitrid geeignet. Die gleichmäßige Karbidverteilung in VANADIS 23 führt zu einer besonders guten Haftung dieser Schichten; außerdem wird der Streubereich der Maßänderungen nach dem Härten und Anlassen geringer. Diese Vorteile, gekoppelt mit der hohen Festigkeit und Zähigkeit, bedeuten, daß VANADIS 23 ein ideales Substrat für hochverschleißfeste Oberflächenschichten ist. PVD PVD (Physikalisches Bedampfungsverfahren/ Physical vapour deposition) ermöglicht die Herstellung verschleißfester Schichten bei relativ niedrigen Temperaturen (2 5 C). Da VANADIS 23 immer im Hochtemperaturbereich (bei 56 C) angelassen wird, gibt es während einer PVD- Beschichtung keine Gefahr von Maßänderungen. CVD CVD (Chemisches Abscheidungsverfahren/ Chemical vapour deposition) ermöglicht die Her-stellung von verschleißfesten Oberschichten bei Temperaturen von ca. 1 C. Es wird empfohlen, die Werkzeuge nach der Beschichtung im Vakuumofen zu härten und anzulassen. NITRIEREN Ein kurzzeitiges Eintauchen in ein spezielles Salzbad (Nitrokarburierbad) wird empfohlen, um eine dünne, harte Randschicht von 2 2 µm zu erzielen. Diese Schicht verringert die Reibung an den Mantelflächen von Stempeln und hat außerdem weitere Vorteile. Nitriertiefe µm 4 3 VANADIS 23 2 1 5 1 15 Min. Nitriertiefe nach einem Nitrokarburieren bei 57 C PVD-beschichtete VANADIS 23 Werkzeuge für das Kaltumformen von Rohren. 8
Empfohlene Zerspanbarkeitsdaten Die untenstehenden Zerspanbarkeitsdaten sind Richtwerte und müssen den jeweiligen örtlichen Voraussetzungen angepaßt werden. DREHEN Drehen mit Drehen mit Hartmetall Schnell- Schnitt- arbeitsstahl parameter Schruppen Schlichten Schlichten Schnittgeschwindigkeit (v c ) m/min 12 15 15 17 15 Vorschub (f) mm/u,2,4,5,2,5,3 Schnittiefe (a p ) mm 2 4,5 2,5 3 ISO-Bearbeitungsgruppe P1 P2* P1* * Ein beschichtetes Hartmetall wird empfohlen, z.b. Sandvik Coromant 415 oder SECO TP1. BOHREN Spiralbohrer aus Schnellarbeitsstahl Bohrerdurch- Schnittgeschwindig- Vorschub (f) messer, Ø mm keit (v c ), m/min mm/u 5 8 14*,5,15 5 1 8 14*,15,25 1 15 8 14*,25,35 15 2 8 14*,35,4 * Für TiCN-beschichtete Bohrer aus Schnellarbeitsstahl v c ~25 3 m/min. Hartmetallbohrer Bohrertyp Kühlkanalbohrer mit Schnitt- Wende- Voll- Hartmetallparameter plattenbohrer hartmetall schneide 1) Schnittgeschwindigkeit (v c ) m/min. 11 13 4 35 Vorschub (f) mm/u,8,14 2),1,15 2),1,2 2) 1) Bohrer mit Kühlkanälen und einer angelöteten Hartmetallschneide. 2) Abhängig von Bohrerdurchmesser. FRÄSEN Plan- und Eckfräsen Fräsen mit Fräsen mit Hartmetall Schnell- Schnitt- arbeitsstahl parameter Schruppen Schlichten Schlichten Schnittgeschwindigkeit (v c ) m/min 1 13 13 16 12 Vorschub (f z ) mm/zahn,2,3,1,2,1 Schnittiefe (a p ) mm 2 4 1 2 1 2 ISO-Bearbeitungsgruppe K15* K15* * Ein beschichtetes Hartmetall wird empfohlen, z.b. Sandvik Coromant GC 315 oder SECO T15M. Schaftfräsen Fräsertyp Fräser mit Wende- Schnitt- Vollhart- schneid- Schnellparameter metall platten arbeitsstahl Schnittgeschwindigkeit (v c ) m/min 45 55 11 14 12 1) Vorschub (f z ) mm/zahn,1,2 2),6,2 2),1,3 2) ISO-Bearbei- K2 P25 tungsgruppe beschichtetes Hartmetall 1) Für TiCN-beschichtete Schaftfräser aus Schnellarbeitsstahl v c ~2 25 m/min. 2) Abhängig von radialer Schnittiefe und vom Fräserdurchmesser. SCHLEIFEN Allgemeine Schleifscheibenempfehlungen sind in der folgenden Tabelle zu finden. Weitere Informationen können der Uddeholm Druckschrift,,Schleifen von Werkzeugstahl entnommen werden. Schleifscheibenauswahl Schleifverfahren Weichgeglüht Gehärtet Flachschleifen, gerade Schleifscheiben A 46 HV B151 R75 B3 1) 3SG 46 HVS 2) A 46 GV Flachschleifen, Segmentschleifscheiben A 24 GV 3SG 36 HVS 2) A 36 HV Außenrundschleifen A 6 JV B126 R75 B3 1) 3SG 6 KVS 2) A 6 IV Innenschleifen A 46 JV B126 R75 B3 1) 3SG 6 JVS 2) A 6 HV Profilschleifen A 1 LV B17 R1 V 1) 5SG 8 KVS 2) A 12 JV 1) Für diese Anwendungen sollten, wenn möglich, CBN- Scheiben verwendet werden. 2) Schleifscheibe der Firma Norton Co. 9
Funkenerosive Bearbeitung Wenn der Stahl im gehärteten und angelassenen Zustand funkenerosiv bearbeitet wird, sollte die Bearbeitung mit einem Schlichtvorgang (d.h. niedriger Strom, hohe Frequenz) beendet werden. Für eine optimale Werkzeugleistung sollten die funkenerosiv bearbeiteten Flächen geschliffen/ poliert werden. Anschließend sollte das Werkzeug nochmals bei 535 C angelassen werden. Weitere Information Bitte lassen Sie sich von Ihrer Uddeholm-Verkaufsstelle über die Auswahl, die Wärmebehandlung, die Anwendung und die Liefermöglichkeiten von Uddeholm-Werkzeugstählen informieren. Relativer Vergleich der Kaltarbeitsstähle von Uddeholm MATERIALEIGENSCHAFTEN UND WIDERSTAND GEGEN AUSFALLMECHANISMEN Uddeholm Marke W.-Nr. Härte/ Widerstand gegen plastische Verformung Zerspanbarkeit Schleifbarkeit Maßbeständigkeit Abrasiver Verschleiß Widerstand gegen Adhäsiver Ermüdungsrisse Verschleiß Ausbruche Totalbruch CALMAX SVERKER 21 VANADIS 4 VANADIS 6 VANADIS 1 VANADIS 23 VANADIS 3 VANADIS 6 Spec. 1.2379 Spec. PM Spec. PM Spec. PM 1.3344 PM ~1.327 PM ~1.3241 PM AISI M2 1.3343 1