BÖHLER TOOL STEELSFOR THE PRESSURE DIE CASTING INDUSTRY –

TECHNICAL DETAILS

BÖHLER WERKZEUGSTÄHLEFÜR DIE DRUCKGIESSINDUSTRIE –

TECHNISCHE DETAILS

BÖHLER WARMARBEITSSTÄHLEBÖHLER HOT WORK TOOL STEELS

Für einen problemlosen Produktionsablaufund eine wirtschaftliche Fertigung ist dieHaltbarkeit der Werkzeuge von entschei-dendem Interesse.

BÖHLER hat schon vor vielen Jahren einProduktionsverfahren für Warmarbeitsstäh-le entwickelt, das eine Verbesserung derHomogenität dieser Stähle garantiert undunter der Markenbezeichnung ISODISC imMarkt eingeführt wurde.

Die konsequente Weiterentwicklung hat zudrei Ausführungsgüten von Warmarbeits-stahl mit hervorragenden Zähigkeitseigen-schaften und Werkzeugleistungen geführt,die unter den Bezeichnungen ISODISC,ISOBLOC und VMR höhere Lebensdauerder Werkzeuge für den Anwender erbringen.

Mit den Warmarbeitsstahlgüten

erfüllen wir selbstverständlich in hervorra-gender Weise die Anforderungen der inter-nationalen und nationalen Werkzeugstahl –Regelwerke, wie beispielsweise

EURONORM 96,ISO 4957,UNI 2955,ASTM A681,DIN 17350,BS 4659 undAF NOR NFA 35-590.

Diese Sonderwarmarbeitsstahlgüten, dieauf modernste Erzeugungseinrichtungenerschmolzen, verformt und wärmebehan-delt werden, weisen eine gleichmäßighochstehende Stahlgüte auf, die sogar diestrengen Forderungen der DGM-Techn.Lieferbedingungen für Strangpresswerk-zeuge und des VDG – Merkblattes M82 –Formenbaustähle vom FachausschußDruckguß im VDG übertrifft und denstrengsten, heute einzuhaltenden, europäi-schen und amerikanischen Firmenstan-dards gerecht wird.

Smooth production cycles and an econo-mically efficient manufacturing process arehinged to a large extent on the service lifeof the tools employed.

Many years ago, BÖHLER developed aprocess for the production of hot worktool steels guaranteeing improved materialhomogeneity. These steels were introdu-ced into the market under the trade nameISODISC.

Consistent further research & develop-ment has led to three different hot worktool steel grades offering excellent tough-ness properties and tool life. They are cal-led ISODISC, ISOBLOC and VMR andgrant the user improved tool performance.

Our hot work tool steel grades

of course fully meet the requirements spe-cified in international and national tool steelstandards such as

EURONORM 96,ISO 4957,UNI 2955,ASTM A681,DIN 17350,BS 4659 andAF NOR NFA 35-590.

These special hot work tool steel grades,which are melted, formed and heat treatedusing state-of-the-art production facilities,exhibit a consistently high quality standardexceeding even the stringent requirementsof DGM’s technical terms & conditions ofsupply for extrusion tools and the speci-fications of the VDG-Merkblatt M82 formould steels issued by VDG’s pressuredie casting committee, and fulfilling themost exacting European and Americancompany standards applicable today.

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BESONDERS NIEDRIGE GEHALTE AN BEGLEITELEMENTENPARTICULARLY LOW TRACE ELEMENT CONTENT

Charakteristische Merkmale und Kenn-größen, die ISODISC, ISOBLOC und VMRvom herkömmlichen Warmarbeitsstahlunterscheiden.

Rund- und Quadratabmessungen imDimensionsbereich von 172 bis 452mm, Vergütefestigkeitsbereich 1400 –1600 N/mm2, Ausgleichsgerade von109 unterschiedlichen Schmelzen.

Querproben

Characteristic features and values distin-guishing ISODISC, ISOBLOC and VMRfrom conventional hot work tool steels.

Round and square cross sections inthe size range from 172 to 452 mm,hardness after hardening and tempe-ring: 1400 – 1600 N/mm2 , fitted linecalculated on the basis of 109 diffe-rent melts.

Transverse Specimens

Conventional steelBegleitelemente / Trace elements

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HOHER REINHEITSGRADLOW INCLUSION LEVEL

Nichtmetallische Einschlüsse beeinträchti-gen durch ihre Kerbwirkung die Zähigkeit.Durch die angewendeten Sondermaßnah-men bei der Erschmelzung von ISODISC,ISOBLOC und VMR werden die nichtmetalli-schen Einschlüsse weitestgehendabgeschieden. Die im Stahl verbleibendenEinschlüsse sind sehr klein und gleichmäßigverteilt, die Zähigkeit wird verbessert.

Non-metallic inclusions impair the steel’stoughness owing to their notch effect. Thespecial melting measures employed forISODISC, ISOBLOC and VMR allow non-metallic inclusions to be virtually elimina-ted. The unavoidable inclusions remainingin the steel are of extremely small size anduniform distribution, which improves thesteel toughness.

Einschlußtyp / Type of inclusion

A dünn/dick, thin/heavy max. 2/1,5 max. 1/– max. 1/–

B dünn/dick, thin/heavy max. 2,5/1,5 max. 1,5/– max. 1/1

C dünn/dick, thin/heavy max. 2/1,5 max. –/– max. –/–

D dünn/dick, thin/heavy max. 2/1,5 max. 1,5/1 max.1/0,5

0,5

1

1,5

2

2,5

3

4

5

Inclusion level of ,and

(Evaluation to ASTM E45, Plate I – r, ”Micro-scopic examination for non-metallic inclusions”)

Reinheitsgrad von ,und

(Beurteilung nach ASTM E45, Plate I – r, „Mikro-skopische Prüfung auf nichtmetallische Einschlüsse”)

A B C D(Sulfide Type) (Alumina Type) (Silicate Type) (Globular Oxide Type)

Thin Series Heavy Series Thin Series Heavy Series Thin Series Heavy Series Thin Series Heavy Series

4

Eine unserer Ausgangskontrollen ist dieHeißätzungsprüfung. ISOBLOC, ISODISCund VMR liegen in jedem Fall innerhalb derumrandeten Felder.

Bildreihe zur Beurteilung von Makroätzproben

Ätzung in 50 % HCI, 50 % H2O, bei 70°C,Ätzungsdauer 20 – 30 Minuten.

As part of our quality control, a macro-etch test is carried out. ISOBLOC, ISODISCand VMR materials fall within the limitsshown on the diagram in every case.

Reference chart for the evaluation of macroetch specimens

Etching in 50 % HCI, 50 % H2O, at 70°C,etching time 20 – 30 minutes.

Freigabegrenzen(Grenzbilder lt. Bildreihe):

Acceptance standards (permissibility limits as per the reference chart):

01 02 03 04 05 06 07 08 09

Stufe

/Cat

egor

y

Art/Type

MAKRO-SEIGERUNGENMACROSEGREGATION LEVEL

BÖHLER Marke / Grade

21 22 23 24 25 – – – –

21 22 23 24 25 – – – –

41,5 32,5 33,5 34,5 35,5 – 27,5 – –

BÖHLER W400/W403

BÖHLER W300/W303

BÖHLER W300/W303

Comparison of ,and

Vergleich von ,und

1

2

3

4

5

6

5

GLÜHGEFÜGE NACH VDEh / NADCAMICROSTRUCTURE ACCORDING TO VDEh / NADCA

Niedrige Härte im weichgeglühten Zustand –beste Bearbeitbarkeit

Low hardness in the as-annealed condition –optimum machinability

Güte / Quality entsprechend DINund / and production route acc.. to DIN

BÖHLER Marke /BÖHLER grade

max. 205 HB max. 205 HB

max. 205 HB max. 205 HB

max. 205 HB max. 205 HB

max. 205 HB –

max. 205 HB –

BÖHLER W300

BÖHLER W302

BÖHLER W303

BÖHLER W400

BÖHLER W403

6

VDEh

NADCA

MIKROSEIGERUNGEN NACH VDEh / NADCAMICROSEGREGATION ACCORDING TO VDEh / NADCA

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VDEh

NADCA

Bei der Stahlherstellung kommt eswährend der Erstarrung der Schmelze imBlock zu nicht vermeidbaren Entmischun-gen der Legierungselemente, den sogenannten Seigerungen. Im Korngrößen-maßstab heißen sie Mikroseigerungenoder Kristallseigerungen, im BlockmaßstabMakro- oder Blockseigerungen. DieseInhomogenitäten beeinflussen vor allemdie Querzähigkeitseigenschaften negativ.Durch Messen der Konzentrationsunter-schiede der Legierungselemente mit Hilfeder Elektronenstrahlmikrosonde ist esmöglich, den Erfolg der Sondermaßnah-men bei der ISODISC, ISOBLOC undVMR-Technologie im Hinblick auf Mikro-seigerungen nach zuweisen.

Vergleich des Konzentrationsverlaufes vonChrom und Molybdän sowie des Gefüges

Warmarbeitsstahl BÖHLER W302 (WNr. 1.2344), Zustand gehärtet

During solidification of an ingot, the steelproduction process involves unavoidablealloying element segregations. On a grain-size scale this is known as microsegre-gations or crystal segregations, on theingot scale they are called macrosegre-gations or ingot segregations. Theseinhomogeneities exert a negative effect onthe transverse toughness properties,above all.The positive effects of the productiontechnology employed for ISODISC,ISOBLOC and VMR grades on microse-gregation are shown most effectively usingthe electron beam microprobe method tomeasure the difference in concentration ofalloying elements.

Comparison of the chromium and molybdenumconcentrations and of the microstructure

Hot work tool steel BÖHLER W302 (WNr. 1.2344), as-hardened condition

Konventionell / Conventional production process/

HOHE MIKROHOMOGENITÄT (GERINGE MIKROSEIGERUNGEN)HIGH MICROHOMOGENEITY (LOW MICROSEGREGATION LEVEL)

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BÖHLER W302 (WNr. 1.2344),Querproben, Härte 45 ± 1 HRC

BÖHLER W302 (WNr. 1.2344),transverse specimens, hardness 45 ± 1 HRC

50

40

30

20

10

0

Seigerungsgrad / Segregation level

Bruc

hein

schn

ürun

g, in

% /

Redu

ctio

n of

are

a af

ter f

ract

ure,

in %

1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8

% Mo Max% Mo Max

ABHÄNGIGKEIT DER BRUCHEINSCHNÜRUNG VON DER KRISTALLSEIGERUNG DES MOLYBDÄNSREDUCTION OF AREA AFTER FRACTURE AS A FUNCTION OF THE MOLYBDENUM MICRO SEGREGATION LEVEL

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Die Entmischung der Legierungselementeim Blockmaßstab sind die Makro- oderBlockseigerungen. Bei konventionellerStahlherstel lung lassen sich die Ausschei-dung und Anhäufung primärer Karbide imZentrum des Blockes nicht vermeiden.Diese Karbide sind nach der Verformungdes Blockes zeilig angeordnet. Die Karbid-zeilen beeinflussen empfindlich die Quer-zähigkeit des Materials.In unserer Spitzenausführung ISOBLOCsind die Blockseigerungen durch die Ver-fahrensweise beim Umschmelzen vollstän-dig beseitigt.Die Schlagzähigkeitswerte im Kern vonBlöcken oder Stäben aus ISOBLOC errei-chen dadurch die Werte des Randberei-ches. ISOBLOC ist nach dem heutigenStand der Technik hinsichtlich seinerHomogenität nicht zu übertreffen.In der Lieferausführung ISODISC sinddiese Blockseigerungen zwar auffallendverringert, und die Querzähigkeit im Kernist deshalb auch gegenüber konventionel-ler Erzeugung deutlich besser, jedoch sindnoch Abweichungen zwischen Rand undKern vorhanden, wie die Ergebnisse vonSchlagzähigkeitsuntersuchungen erken-nen lassen.

Vergleich der BlockseigerungenBÖHLER W302 (WNr. 1.2344)

The alloying element segregations on amacroscopic scale are called macrosegregations or ingot segregations. Inconventional steel manufacturing proces-ses the precipitation and accumulation ofprimary carbides in the ingot core can notbe avoided. After ingot reduction, the carbides exhibita banded structure. These carbide bandstend to considerably impair the transversetoughness of the material. In our grade ISOBLOC, a special remel-ting process fully eliminates any ingotsegregations. The impact strength values in the core ofingots or bars therefore reach the samelevel as those measured in the surface zone.With today’s state-of-the-art technology,ISOBLOC cannot be outperformed interms of homogeneity.The ISODISC grade features a conspi-cuously low ingot segregation level andthus exhibits transverse toughness pro-perties in the core that are considerablyhigher than those of conventionally pro-duced materials. Hower, in ISODISC thereare still differences between core and sur-face zone, as is demonstrated by theresults obtained in impact toughness tests.

Ingot segregation level comparison,BÖHLER W302 (WNr. 1.2344)

Heißätzscheiben Ø 200 mm / Macroetch specimens, Ø 200 mm

HOHE MAKROGÜTE (GERINGE MAKRO- ODER BLOCKSEIGERUNG)HIGH MACRO QUALITY (LOW MACRO OR INGOT SEGREGATION LEVEL)

/ Konventionell / Conventional

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Vergleich der Wärmeleitfähigkeit von BÖHLER W400 und1.2343 ESU

Comparison of the thermal conductivity of BÖHLER W400 and1.2343 ESU

TWärmeleitfähigkeit / Thermal conductivity

t

B

A

A B<

Zeit t / Log time t

Härte

HV

/ Har

dnes

s HV

A

B

EINFLUSS DER WÄRMELEITFÄHIGKEIT AUF DIETHERMISCHE BELASTUNG EINES WERKSTOFFESINFLUENCE OF THE THERMAL CONDUCTIVITY ON THE THERMAL LOADING OF A MATERIAL

Wär

mel

eitfä

higk

eit b

ei 5

00°

C (W

/m.K

) /Th

erm

al c

ondu

ctiv

ity a

t 500

° C

(W/m

.K)

1.2343 ESU50-52HRc

35

30

25

20

15

10

5

0

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Eine höhere Wärmeleitfähigkeit bedeutet,dass Temperaturen an der Oberflächeschneller abgebaut werden. Das bedeuteteine niedrigere thermische Belastung unddamit einen verzögerten Härteabfall desWerkzeugs (Anlassbeständigkeit).

A higher thermal conductivity means thattemperature peaks on the material surfaceare removed more quickly. This means alower thermal load at the surface andtherefore a slower loss of hardness(temper resistance).

Effektive thermische Belastung an Werkstoff A > als an Werkstoff B

Effective thermal load on material A higher thanmaterial B

HÖCHSTE ZÄHIGKEITSUPREME TOUGHNESS

Dynamische Zähigkeitsmerkmale

Die dynamische Schlagzähigkeit wird vonder Strangpress- und Druckgießindustrie alswesentliches Prüfkriterium für die Güte vonWarmarbeitsstählen herangezogen. WieAuswertungen an einer größeren Zahl vonProduktionslosen zeigen, haben die GütenISOBLOC, ISODISC und VMR gegenüberkonventionellem Material wesentlich höhereund gleichmäßigere Schlagzähigkeitswerte.

Vergleich der Schlagzähigkeit an Warmarbeits-stahl BÖHLER W300 verschiedener Erzeu-gungsverfahren (Mittelwerte Dicke bis 300 mm)

Probenform 7 x 10 x 55 mm (ungekerbte Flachprobe), Proben gehärtetauf 45 ± 1 HRC

Dynamic toughness properties

In the extrusion and diecasting industries,dynamic impact toughness is one of themajor criteria for judging the quality of hotwork tool steels. Evaluations carried outon a relatively large number of productionbatches have yielded much higher andmore uniform impact toughness values forISOBLOC, ISODISC and VMR than forconventionally produced materials.

Comparison of the impact toughness ofBÖHLER W300 manufactured by differentproduction routes (mean thickness up to 300 mm)

Spezimen size 7 x 10 x 55 mm(unnotched flat specimen), specimens hardened to 45 ± 1 HRC

Mindestwerte* für die Schlagzähigkeit (Querproben**)

(Ungekerbte Flachprobe 7 x 10 x 55 mm,gehärtet auf 45 ± 1 HRC, Durchführungder Erprobung nach DIN 50115)

Mimimum values* for impact toughness (transverse specimens**)

(Unnotched flat specimen 7 x 10 x 55 mm,hardened to 45 ± 1 HRC, test performedacc. to DIN 50115)

* Die Mindestwerte sind Mittelwerte aus einem Probensatz.** Die Mindestwerte für Längsproben liegen 20 % höher.

* The minimum values are the mean values obtained from one set of specimens.

** The minimum values for longitudinal specimens are 20% higher.

Sample 7 x 10 x 55 mm (unnotched)Hardened and tempered: 45 +/- 1HRC

500

400

300

200

100

0

Schl

agar

beit

in J

oule

/cm

2 / Im

pact

ene

rgy

in J

oule

/cm

2

Rand / Surface Zentrum / Centre

konv

. / c

onv.

konv

. / c

onv.

min. 200 J min. 225 J min. 350 J

Werte gelten für unser gesamtes Lagerprogramm / Values applicable to our entire stock range

Gültig für den gesamten Querschnitt inklusive Kernzone / Applicable to the entire cross section including the core zone

Gültig für die Prüfzone Rand bis 1/2 Radius / Applicable to the test zone, surface to mid-radius

Gültig für den gesamten Querschnitt inklusive Kernzone / Applicable to the entire cross section including the core zone

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VERBESSERTE BRANDRISSBESTÄNDIGKEITIMPROVED RESISTANCE TO HEAT CHECKING

Probenahme Zentrumsbereich300 mm

Probe: 40 x 20 x 10 mm, geschliffen

Vergütefestigkeit: 1600 N/mm2

Temperatur-Intervall: 620 °C / 45 s380°C / 12 s

„G”analog Korngrößen Kennzahl nachEURONORM 103

Specimen location: centre300 mm

Specimen: 40 x 20 x 10 mm, ground

Hardened-and-tempered strength:1600 N/mm2

Temperature interval: 620°C / 45 s380°C / 12 s

“G”analogous to the grain size indexacc. to EURONORM 103

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Anzahl der Temperaturwechsel / Number of cycles

Netz

wer

kske

nnza

hl, „

G“ n

ach

EURO

NORM

103

/Cr

ack

netw

ork

„G“

acc.

to E

URON

ORM

103

10 20 100 500 1000 2000

Ausgangsgefüge /Starting microstructure

1.2343konventionelle Erzeugung /conventionally manufactured

Brandrißausbildung in Abhängigkeit vonder Anzahl der Temperaturwechsel.

Heat checking as a function of the numberof thermal cycles.

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HÖHERE STANDMENGENPROLONGED SERVICE TIMES

1.2343ESU

250000

200000

150000

100000

50000

01.2343

konv. / conv.

Schu

ss /

N° o

f sho

ts

Deckelform / Cover

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BÖHLER EDELSTAHL GMBH & CO KGMARIAZELLER STRASSE 25POSTFACH 96A-8605 KAPFENBERG/AUSTRIAPHONE: (03862) 20-71 81FAX: (03862) 20-75 76E-MAIL: publicrelations@bohler-edelstahl.atwww.bohler-edelstahl.at

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"The data contained in this brochure shall not be binding and shall, in case of a contract conclusion, not be regarded as warranted.These data shall merely constitute average values that become binding only if explicitly specified in a contract concluded with us. Themanufacture of our products does not involve the use of substances detrimental to health or to the ozone layer."