HOTVAR⢠Warmarbeitsstahl - Uddeholm
HOTVAR⢠Warmarbeitsstahl - Uddeholm
HOTVAR⢠Warmarbeitsstahl - Uddeholm
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K E N N D A T E N V O N W E R K Z E U G S T Ä H L E N<br />
HOTVAR <br />
<strong>Warmarbeitsstahl</strong><br />
Überall, wo Werkzeuge hergestellt<br />
und verwendet werden
HOTVAR<br />
Allgemeines<br />
HOTVAR ist ein Cr-Mo-V-legierter Hochleistungswarmarbeitsstahl,<br />
der sich durch folgende Eigenschaften<br />
auszeichnet:<br />
• hoher Warmverschleißwiderstand<br />
• ausgezeichnete Eigenschaften bei hohen<br />
Temperaturen<br />
• hervorragende Beständigkeit gegen Warmrißbildung<br />
• sehr gute Anlaßbeständigkeit<br />
• erstklassige Wärmeleitfähigkeit.<br />
Richtanalyse C Si Mn Cr Mo V<br />
% 0,55 1,0 0,75 2,6 2,25 0,85<br />
Norm keine<br />
Lieferzustand weichgeglüht bis auf ca. 210 HB<br />
Farbkennzeichnung<br />
Rot/Braun<br />
VERBESSERTE WERKZEUGLEISTUNG<br />
HOTVAR ist ein spezieller <strong>Warmarbeitsstahl</strong>, der<br />
von <strong>Uddeholm</strong> entwickelt wurde, um optimale<br />
Leistungen bei Anwendungen bis zu 650°C Werkzeugtemperatur<br />
zu erreichen. Durch die ausgewogene<br />
Abstimmung der Legierungselemente besitzt<br />
HOTVAR eine hohe Warmverschleißfestigkeit sowie<br />
gute Eigenschaften bei hohen Temperaturen.<br />
Um die Eigenschaften von HOTVAR zu optimieren,<br />
werden modernste Produktionsverfahren angewandt.<br />
Anwendungsgebiete<br />
HOTVAR ist ein <strong>Warmarbeitsstahl</strong>, der sich besonders<br />
für Anwendungsgebiete eignet, bei denen<br />
Warmverschleiß sowie plastische Verformung die<br />
hauptsächlichen Ausfallursachen darstellen.<br />
Interessante Anwendungsbereiche und Werkzeuge:<br />
• Halbwarmschmieden, Gesenke und Stempel<br />
• Reckschmieden, Walzbacken<br />
• Taumelschmieden, Gesenke<br />
• Stauchschmieden, Klemmbacken<br />
• Vollautomatisches Warmformen, Matrizen<br />
• Axiales Ring-/Gesenkwalzen<br />
• Querwalzen, Walzsegmente<br />
• Warmbiegen, Biegesegmente<br />
• Warmkalibrieren<br />
• Zinkdruckgießen, Formeneinsätze<br />
• Aluminium-Rohrstrangpreßwerkzeuge<br />
Eigenschaften<br />
Sämtliche Proben stammen aus der Mitte eines<br />
Stabes (Ø 115 mm). Sie wurden bei 1050°C gehärtet,<br />
dann an der Luft abgeschreckt und bei 575°C<br />
zweimal je 2 Stunden angelassen. Die Härte betrug<br />
56 HRC.<br />
PHYSIKALISCHE DATEN<br />
Werte bei Raumtemperatur und erhöhten Temperaturen.<br />
Temperatur 20°C 400°C 600°C<br />
Dichte<br />
kg/m 3 7800 7700 7600<br />
Elastizitätsmodul<br />
MPa 210 000 180 000 140 000<br />
Wärmeausdehnungskoeffizient<br />
pro °C ab 20°C – 12,6 x 10 –6 13,2 x 10 –6<br />
Wärmeleitfähigkeit<br />
W/m °C 31 33 33<br />
MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN<br />
Ungefähre Zugfestigkeitswerte bei Raumtemperatur.<br />
Härte 54 HRC 56 HRC 58 HRC<br />
Zugfestigkeit<br />
Rm 2 100 MPa 2 200 MPa 2 300 MPa<br />
Streckgrenze<br />
Rp0,2 1 800 MPa 1 820 MPa 1 850 MPa<br />
Stempel für das Ringwalzen.<br />
Der empfohlene Härtegrad liegt bei 54–58 HRC.<br />
Um den Verschleißwiderstand zu erhöhen, können<br />
die Werkzeuge plasmanitriert oder nitrokarburiert<br />
werden.<br />
2
HOTVAR<br />
Warmfestigkeit<br />
Warmfestigkeit in Längsrichtung.<br />
Rm/Rp0,2/MPa<br />
2500<br />
Rm<br />
2000<br />
Z, A5%<br />
Einfluß der Haltezeit auf die Härte bei hohen Temperaturen<br />
Das Erweichen bei hohen Temperaturen und unterschiedlichen<br />
Haltezeiten ist in den nachfolgenden<br />
Diagrammen abgebildet. Die Proben wurden<br />
zunächst gehärtet und auf 54, 56 und 58 HRC angelassen.<br />
Härte, HRC<br />
60<br />
55<br />
1500<br />
Rp0,2<br />
50<br />
45<br />
1000<br />
100<br />
40<br />
35<br />
550°C<br />
500<br />
Z<br />
50<br />
30<br />
0 1 10 100<br />
Zeit, Stunden<br />
0<br />
0<br />
0 200 400 600 800°C<br />
Temperatur<br />
A 5<br />
Härte, HRC<br />
60<br />
55<br />
50<br />
600°C<br />
Einfluß der Prüftemperatur auf die Kerbschlagzähigkeit<br />
Charpy-V-Proben, Querrichtung<br />
Kerbschlagzähigkeit,<br />
20<br />
15<br />
45<br />
40<br />
35<br />
30<br />
60<br />
0 1 10 100<br />
Zeit, Stunden<br />
Härte, HRC<br />
10<br />
5<br />
0<br />
0 100 200 300 400 °C<br />
55<br />
50<br />
45<br />
40<br />
35<br />
650°C<br />
Prüftemperatur<br />
30<br />
0 1 10 100<br />
Zeit, Stunden<br />
3
HOTVAR<br />
Wärmebehandlung<br />
– allgemeine<br />
Empfehlungen<br />
WEICHGLÜHEN<br />
Schützen Sie den Stahl vor Oxydation und wärmen<br />
Sie ihn auf 820°C durch; um ihn dann im Ofen um<br />
10°C pro Stunde auf 600°C und anschließend an<br />
der Luft abkühlen zu lassen.<br />
SPANNUNGSARMGLÜHEN<br />
Nach der Grobzerspanung sollte das Werkzeug<br />
auf 650°C durchgewärmt werden; die Haltezeit beträgt<br />
zwei Stunden, dann langsam auf 350°C und<br />
anschließend an der Luft abkühlen.<br />
HÄRTEN<br />
Vorwärmtemperatur: erste Stufe: 480–600°C, zweite<br />
Stufe: 850°C.<br />
Austenitisierungstemperatur: 1050–1070°C, normalerweise<br />
1050°C, für die maximale Härte beträgt<br />
die Temperatur 1070°C.<br />
Ansprungshärte<br />
Temperatur Haltedauer* für Ø 25 mm<br />
°C Minuten Öl Luft<br />
1050 30 61 ±1 59 ±1<br />
1070 20 62 ±1 60 ±1<br />
* Haltedauer = Zeitspanne des Haltens auf Härtetemperatur,<br />
nachdem das Werkzeug vollständig durchgewärmt<br />
ist.<br />
Das Werkstück ist während des Härtens vor Entkohlung<br />
und Oxydation zu schützen.<br />
ABSCHRECKMITTEL<br />
• Bewegte Luft<br />
• Vakuum (schnelle Durchflutung und ausreichender<br />
Überdruck)<br />
• Salzbad oder Wirbelbett bei 450–550°C<br />
• Salzbad oder Wirbelbett bei 180–220°C<br />
• Warmes Öl, ca. 80°C.<br />
Anmerkung 1: Der Abschreckvorgang sollte bei<br />
50–70°C unterbrochen und das Werzeug dann sofort<br />
angelassen werden.<br />
Anmerkung 2: Im Werkzeug werden optimale<br />
Eigenschaften bei einer möglichst schroffen Abschreckung<br />
erzielt. Die Abschreckung soll jedoch<br />
nicht so schroff sein, daß sie zu einem übermäßigen<br />
Verzug oder zur Rißbildung führt.<br />
ZTU-Schaubild<br />
Austenitisierungstemperatur 1050°C, Haltezeit 30 Minuten.<br />
°C<br />
1100<br />
1000<br />
900<br />
800<br />
700<br />
600<br />
500<br />
400<br />
300<br />
M s<br />
200<br />
100<br />
Karbide<br />
Perlit<br />
Bainit<br />
Martensit<br />
M f<br />
1 2 3 4 5 6 7 8<br />
1 10 100 10001 10 000 100 000 Seconds Sekunden<br />
1 Minutes<br />
1 10 100 1000 Minuten<br />
1 10 100 Hours Stunden<br />
Luftabkühlung Air cooling of bars von<br />
0,2 0.2<br />
1,5 1.5<br />
10 90 600<br />
Ø mm<br />
0.0079<br />
0.059<br />
0.394 3.54 23.6 inch<br />
Stäben Ø mm<br />
9<br />
A c1<br />
= A890°C<br />
(1630°F) C1 = 890°C<br />
Ac<br />
C1s = 800°C<br />
= 800°C<br />
(1470°F)<br />
Abkühlungs-<br />
Härte T 800–500<br />
kurve HV 10 (S)<br />
1 772 1<br />
2 734 140<br />
3 715 280<br />
4 707 450<br />
5 690 630<br />
6 548 1390<br />
7 473 5215<br />
8 464 8360<br />
9 351 19400<br />
4
HOTVAR<br />
Härte, Korngröße und Restaustenit in Abhängigkeit<br />
von der Austenitisierungstemperatur.<br />
Proben Ø 25 mm.<br />
Korngröße<br />
ASTM<br />
Härte , HRC<br />
10 64<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
0<br />
ANLASSEN<br />
Die Anlaßtemperatur kann je nach gewünschter<br />
Härte dem Anlaßdiagramm entnommen werden.<br />
Das Werkzeug soll mindestens zweimal angelassen<br />
werden, und zwar mit zwischenzeitlichem<br />
Abkühlen auf Raumtemperatur. Die Mindesthaltezeit<br />
liegt bei zwei Stunden.<br />
Anlaßdiagramm<br />
Härte, HRC<br />
60<br />
58<br />
56<br />
54<br />
52<br />
50<br />
48<br />
46<br />
62<br />
60<br />
58<br />
56<br />
HRC Öl<br />
54<br />
0<br />
1050 1060 1070 1080°C<br />
Austenitisierungstemperatur<br />
1070°C<br />
1050°C<br />
Korngröße<br />
Restaustenit<br />
Restaustenit %<br />
HRC Luft<br />
44<br />
550 575 600 625°C<br />
Anlaßtemperatur 2 + 2 Stunden<br />
6<br />
4<br />
2<br />
MAßÄNDERUNGEN NACH DEM<br />
ABSCHRECKEN UND ANLASSEN<br />
Während des Härte- und Anlaßvorganges wird das<br />
Werkzeug sowohl thermischen als auch Umwandlungsspannungen<br />
ausgesetzt. Dies führt unweigerlich<br />
zu Maßänderungen und im schlimmsten Fall<br />
sogar zu Formänderungen.<br />
Daher wird empfohlen, vor dem Härten und Anlassen<br />
immer eine ausreichende Bearbeitungszugabe<br />
einzuplanen. Normalerweise wird das Werkzeug in<br />
Richtung der größten Abmessung kleiner und in<br />
der kleinsten Abmessung eventuell größer. Dies<br />
ist jedoch abhängig von der Werkzeuggröße, der<br />
Form und der Abkühlungsgeschwindigkeit nach<br />
dem Härten.<br />
Für HOTVAR wird eine Bearbeitungszugabe von<br />
0,4% empfohlen, bezogen auf Länge, Breite und<br />
Dicke.<br />
NITRIEREN UND NITROKARBURIEREN<br />
Durch Nitrieren und Nitrokarburieren entsteht<br />
eine harte Oberflächenschicht, die sehr verschleißfest<br />
ist. Die Nitrierschicht ist jedoch spröde<br />
und kann reißen oder abplatzen, wenn sie Schlagbeanspruchungen<br />
oder plötzlichen Temperaturwechseln<br />
ausgesetzt wird — je dicker die Schicht,<br />
desto größer das damit verbundene Risiko. Vor<br />
dem Nitrieren sollte das Werkzeug gehärtet und<br />
dann bei einer Temperatur, die mindestens 50°C<br />
über der Nitriertemperatur liegt, angelassen werden.<br />
Im allgemeinen wird das Plasmanitrieren bevorzugt,<br />
weil dabei das N 2 -Potential besser kontrolliert<br />
werden kann. Die Plasmanitrierung in einer<br />
75% Wasserstoff u. 25% Stickstoff Gasmischung bei<br />
480°C ergibt eine Oberflächenhärte von ca.<br />
1000 HV 0,2 .<br />
HOTVAR kann auch in einem Salzbad oder in Gas<br />
nitrokarburiert werden. Dadurch wird eine Oberflächenhärte<br />
von ca. 900 HV 0,2 erreicht.<br />
NITRIERTIEFE<br />
Zeit Tiefe<br />
Vorgang Stunden mm<br />
Plasmanitrierung bei 480°C 10 0,18<br />
30 0,27<br />
Nitrokarburierung<br />
– in Gas bei 580°C 2,5 0,20<br />
– im Salzbad bei 580°C 1 0,13<br />
Zweimal zweistündiges Anlassen bei 250°C führt<br />
zu einer Härte von 56–58 HRC.<br />
Hierbei ist zu beachten, daß HOTVAR eine größere<br />
Nitrierbarkeit aufweist als 1.2344. Die Nitrierzeiten<br />
bei HOTVAR sollten also kürzer sein als bei<br />
1.2344, da ansonsten eine zu große Nitriertiefe<br />
entstehen kann.<br />
5
HOTVAR<br />
Empfohlene<br />
Schnittdaten<br />
Die untenstehenden Zerspanbarkeitsdaten sind<br />
Richtwerte und müssen den jeweiligen örtlichen<br />
Voraussetzungen angepaßt werden.<br />
DREHEN<br />
Drehen mit Drehen mit<br />
Hartmetall<br />
Schnell-<br />
Schnitt-<br />
arbeitsstahl<br />
parameter Schruppen Schlichten Schlichten<br />
Schnittgeschwindigkeit<br />
(v c ) m/Min. 140–160 160–180 25<br />
Vorschub (f)<br />
mm/U 0,3–0,6 –0,3 –0,3<br />
Schnittiefe (a p )<br />
mm 2–6 –2 –2<br />
Bearbeitungsgruppe<br />
ISO P20–P30 P10 –<br />
beschichtetes beschichtetes<br />
Hartmetall Hartmetall<br />
oder Cermet<br />
BOHREN<br />
Spiralbohrer aus Schnellarbeitsstahl<br />
Bohrerdurch- Schnittgeschwindig- Vorschub (f)<br />
messer, Ø mm keit (v c ), m/Min mm/U<br />
–5 14* 0,08–0,20<br />
5–10 14* 0,20–0,30<br />
10–15 14* 0,30–0,35<br />
15–20 14* 0,35–0,40<br />
*) Für beschichtete Schnellarbeitsstähle v c ~20 m/Min.<br />
FRÄSEN<br />
Plan- und Eckfräsen<br />
Fräsen mit Fräsen mit<br />
Hartmetall<br />
Schnell-<br />
Schnitt-<br />
arbeitsstahl<br />
parameter Schruppen Schlichten Schlichten<br />
Schnittgeschwindigkeit<br />
(v c )<br />
m/Min. 140–180 180–220 80<br />
Vorschub (f z )<br />
mm/Zahn 0,2–0,4 0,1–0,2 –0,1<br />
Schnittiefe (a p<br />
)<br />
mm 2–5 –2 –2<br />
Bearbeitungsgruppe<br />
ISO P20–P40 P10 –<br />
beschichtetes beschichtetes<br />
Hartmetall Hartmetall<br />
oder Cermet<br />
Schaftfräsen<br />
Fräsertyp<br />
Fräser mit<br />
Schnitt- Vollhart- Wendeschneid- Schnellparameter<br />
metall platten arbeitsstahl<br />
Schnittgeschwindigkeit<br />
(v c )<br />
m/Min. 65 120–160 25 1)<br />
Vorschub (f z )<br />
mm/Zahn 0,03–0,2 2) 0,08–0,2 2) 0,05–0,35 2)<br />
Bearbeitungsgruppe<br />
ISO K10, P40 P20–P30 –<br />
1)<br />
Für beschichtete Schaftfräser aus Schnellarbeitsstahl<br />
v c ≈ 40 m/Min.<br />
2)<br />
Abhängig von der radialen Schnittiefe und dem Fräserdurchmesser<br />
Hartmetallbohrer<br />
Bohrertyp<br />
Kühlkanalbohrer<br />
mit<br />
Schnitt- Wende- Voll- Hartmetallparameter<br />
plattenbohrer hartmetall schneide 1)<br />
Schnittgeschwindigkeit<br />
(v c )<br />
m/Min. 160–200 65 55<br />
Vorschub (f)<br />
mm/U 0,05–0,25 2) 0,10–0,25 2) 0,15–0,25 2)<br />
1) Bohrer mit Kühlkanälen und einer angelöteten Hartmetallschneide<br />
2) Abhängig vom Bohrerdurchmesser<br />
SCHLEIFEN<br />
Allgemeine Schleifscheibenempfehlungen sind in<br />
der Tabelle zu finden. Weitere Informationen<br />
können der <strong>Uddeholm</strong>–Druckschrift ,,Schleifen von<br />
Werkzeugstahl” entnommen werden.<br />
Empfohlene Schleifscheiben<br />
Schleifverfahren Weichgeglüht Gehärtet<br />
Planschleifen A 46 HV A 46 GV<br />
Planschleifen A 24 GV A 36 GV<br />
(Segment)<br />
Rundschleifen A 46 LV A 60 JV<br />
Innenschleifen A 46 JV A 60 IV<br />
Profilschleifen A 100 LV A 120 JV<br />
6
HOTVAR<br />
Schweißen<br />
Beim Schweißen von Werkzeugstahl lassen sich<br />
gute Ergebnisse erzielen, wenn gründliche Vorbereitungen<br />
getroffen werden. Dies betrifft insbesondere<br />
die Wahl der erhöhten Arbeitstemperatur, die<br />
Vorbereitung der Schweißnaht, die Wahl des geeigneten<br />
Schweißzusatzwerkstoffes sowie des<br />
Schweißverfahrens.<br />
Funkenerosive<br />
Bearbeitung<br />
Wenn der Stahl im gehärteten und angelassenen<br />
Zustand funkenerosiv bearbeitet wird, sollte die<br />
weiße Schicht mechanisch — z.B. durch Schleifen<br />
— entfernt werden. Das Werkzeug sollte anschließend<br />
bei etwa 25°C unter der letzten<br />
Anlaßtemperatur spannungsarmgeglüht werden.<br />
Weitere Informationen finden Sie in unserer Broschüre<br />
,,Funkenerosive Bearbeitung von Werkzeugstählen”.<br />
Lichtbogenhand-<br />
Schweißmethode WIG schweißen<br />
Arbeitstemperatur 325–375°C 325–375°C<br />
Schweißzusatz- QRO 90<br />
werkstoff TIG-WELD QRO 90 WELD<br />
Härte nach<br />
dem Schweißen 50–55 HRC 50–55 HRC<br />
Wärmebehandlung nach dem Schweißen<br />
gehärteter Stahl Anlassen bei 20°C unter der ursprünglichen<br />
Anlaßtemperatur<br />
weichgeglühter Den Stahl vor Oxydation schützen<br />
Stahl<br />
und bei 820°C weichgeglühen. Dann<br />
im Ofen mit 10°C pro Stunde auf<br />
650°C abkühlen, anschließend an<br />
der Luft abkühlen.<br />
Weitere Informationen hierzu finden Sie in unserer<br />
<strong>Uddeholm</strong>-Broschüre „Schweißen von Werkzeugstählen”.<br />
Ausführlichere<br />
Information<br />
Bitte lassen Sie sich von Ihrer <strong>Uddeholm</strong>-Verkaufsstelle<br />
über die Auswahl, die Wärmebehandlung<br />
und die Liefermöglichkeiten von <strong>Uddeholm</strong>-<br />
Werkzeugstählen informieren und fordern Sie die<br />
Druckschrift ,,Stähle für Schneid- und Umformwerkzeuge”<br />
an.<br />
Die Angaben in dieser Broschüre basieren auf unserem gegenwärtigen<br />
Wissensstand und vermitteln nur allgemeine Informationen über<br />
unsere Produkte und deren Anwendungsmöglichkeiten. Sie können<br />
nicht als Garantie ausgelegt werden weder für die spezifischen Eigenschaften<br />
der beschriebenen Produkte noch für die Eignung für die als<br />
Beispiel genannten Anwendungsmöglichkeiten.<br />
7