AT208088B - Hochverschleißfester gesinterter Werkstoff auf Aluminiumoxyd-Schwermetallkarbid-Grundlage und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

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   Hochverschleissfester gesinterter Werkstoff auf   Aluminiumoxyd-Schwermetallkarbid-Grundlage   und Verfahren zu seiner Herstellung 
Die Erfindung betrifft einen   hochverschleissfesten   Werkstoff aus Aluminiumoxyd mit Schwermetallkarbidzusätzen, insbesondere für die Zerspanung und ein Verfahren zu dessen Herstellung. 



   Mit der Erfindung der Hartmetalle war es gelungen, Metallkarbide der IV., V. und VI. Gruppe des periodischen Systems, die sich durch hohe Härte auszeichnen, für die   Zerspanungstechnik   erfolgreich einzusetzen. Es war naheliegend, auch nichtmetallische Hartstoffe auf ihre Eignung als Schneidwerkstoffe zu untersuchen. 



   Insbesondere   Aluminiumoxyd     (AIz 03)'das   als Korund schon lange als Schleifmittel technisch verwendet wurde, schien wegen seiner hohen Härte, Schmelztemperatur und Verschleissfestigkeit als Schneidwerkstoff geeignet. 



   Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt. Schneidwerkstoffe auf   A1z Os-Grundlage   zu entwickeln, die in der Folge auch zu brauchbaren Ergebnissen geführt haben. Diese oxydkeramischen Schneidwerkstoffe enthielten neben   AlOg vorzugswelse   Zusätze bis zu 1% an Metallsalzen, wie   z. B. Mg Fz   
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 ;.Der Vorteil dieser oxydkeramischen Schneidwerkstoffe liegt in der hohen Härte und Verschleissfestigkeit sowie in der höheren Warmbiegefestigkeit gegenüber den gebräuchlichen Hartmetallsorten. So zeigt die Warmbiegefestigkeit der oxydkeramischen Schneidwerkstoffe bis zu Temperaturen von 10000 C keine Änderung, während die Biegefestigkeit von Sinterhartmetallen bereits bei Temperaturen um 6000 C abfällt. 



   Ein weiterer Vorteil der oxydkeramischen Schneidwerkstoffe besteht offensichtlich darin, dass infolge der   geringenWärmeleitfähigkeit   ein Maximum der bei dem Zerspanungsvorgang entstehenden Wärme in den Span geleitet wird, während nur ein Minimum über den Schneidwerkstoff in das Werkzeug abgeleitet wird. Dadurch wird die plastische Verformung bei der Spanbildung günstig beeinflusst. 



   Des weiteren entfällt bzw. wird stark herabgesetzt die von der Zerspanung mit Hartmetall her bekannte Kolkbildung, weil die Verschweissung und Diffusion zwischen ablaufendem Span und Schneidwerkstoff sehr gering ist. Schliesslich entfällt der Einfluss der Oxydation, der sich auch beim Zerspanungsvorgang mit Hartmetallen ungünstig auf die Verschleiss bildung des Werkzeuges auswirkt. 



   Diesen Vorteilen stehen jedoch auch wesentliche Nachteile gegenüber, die insbesondere bei einem Vergleich mit Hartmetallwerkzeugen die Verwendung von Keramikschneiden nicht empfehlenswert erscheinen lassen. Die Zähigkeit aller bisherbekannten oxydkeramischen Schneidwerkstoffe ist gegenüber Hartmetall sehr gering. So beträgt die Biegebruchfestigkeit imDurchschnitt weniger als   30 kg/mmS.   Diese geringe Zähigkeit erlaubt auch nur den Einsatz für   leichte Schnittbedingungen. Die geringe Wärmeleit-   fähigkeit bedingt nur eine begrenzte Wärmewechselbeständigkeit, die sich insbesondere beim Schleifen ungünstig auswirkt und das Auftreten von Spannungsrissen und Ausbrüchen begünstigt. 



   Eir weiterer Nachteil besteht darin, dass diese oxydkeramischen Schneidwerkstoffe nur unter oxydierender Atmosphäre gesintert werden können. In Anbetracht der hohen Sintertemperatur von 17500 C und mehr entstehen aber dadurch bei der produktionsmässigen Herstellung erhebliche Schwierigkeiten, die ihren Niederschlag in hohen Herstellungskosten finden. 

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   Zur Vermeidung dieser Nachteile ist man dazu übergegangen, den herkömmlichen oxydkeramischen Schneid werkstoffen Metalle in Mengen bis zu 40% hinzuzufügen. Man hat hienüt das Gebiet der Metall-   oxyd-Metallverbundkörper,   d. h., der sogenannten"Cermets", betreten. Es sind die verschiedensten metallischen. Zusätze für diesen Zweck verwendet worden. so z. B. Metalle der Eisengruppe, aber auch Schwermetalle wie Wolfram und Molybdän. Auf diese Weise gelang es, die Wärmeleitfähigkeit der oxydkeramischen Schneidwerkstoffe beträchtlich zu erhöhen, allerdings unter Beeinträchtigung der Gesamthärte dieser Verbundkörper. Die Sinteratmosphäre muss bei derartigen Cermets reduzierender Art sein, wodurch sich eine bessere   ofentechnische Beherrschung des Sintervorganges bei höheren Temperaturen   ergibt. 



   Sehr vorteilhaft hat sich Molybdän als metallische Zusatzkomponente erwiesen. In diesem Falle ist es zweckmässig, die Sinterung in einer CO-haltigen   Atmosphäre durchzuführel, da sich hiedurch   ein ver -   schleissfesterer   Metalloxyd-Metallverbundkörper ergibt. Eine derartige Arbeitsweise hat aber den Nachteil, dass sich in einer solchen   Schutzatmosphäre   aus CO schlecht kontrollierbare Vorgänge abspielen, die die Bildung von Metall-Kohlenstoff-Verbindungen zum mindesten an der Oberfläche der Formstücke her-   vorrufen.   



   In neuerer Zeit hat man deshalb versucht, einen Metalloxyd-Metallkarbid-Verbundkörper als   Schneidwerkstoff   zu entwickeln. Neben Aluminiumoxyd als oxydische Grundkomponente enthält ein der- artiger   Verbundkörper   bis zu   70h   an   Schwermetallkarbiden   als weitere Komponente. Besonders vorteilhaft hat sich ein Zusatz von 40 bis 50 Gew.-% an Molybdänkarbid   (MoC) erwiesen.   Ein solcher Verbundkör- per besitzt nicht nur den Vorteil einer höheren Verschleissfestigkeit, sondern gestattet auch eine Sinterung unter reduzierender Atmosphäre, wie meist in der Hartmetalltechnik üblich, durchzuführen. 



   Es wurde nun überraschenderweise gefunden, dass eine weitere Verbesserung der Schneidfähigkeit der
Metalloxyd-Metallkarbid-Verbundkörper dadurch zu erreichen ist, wenn der Werkstoff aus mehreren Kar- biden der Metalle der IV., V. und VI. Gruppe des periodischen Systems, Rest Aluminiumoxyd, besteht und der Karbidanteil in Form von Mischkristallen vorliegt. Unter den vielen   Möglichkeiten.   die sich be- züglich der Art und Zusammensetzung der Mischkristalle ergeben, hat sich die Verwendung eines Wolf- ram-Molybdän-Mischkarbides als besonders geeignet vor allem dann erwiesen, wenn bei der Herstellung des Mischkarbides auf die Erzielung einer besonders grossen Feinkörnigkeit geachtet wird. Es resultiert daraus auch ein sehr feinkörniges Gefüge des gesinterten Endproduktes, welches neben geringer Porosität eine sehr gute Zähigkeit aufweist.

   Die Verwendung von Mischkarbiden, wie z. B. des oben beschriebenen   WC-M02C-Mischkristalles,   hat ausserdem noch den Vorteil, dass die Metalloxyd-Metallkarbid-Presslinge eine sehr gute Sinterfreudigkeit zeigen und dass die Schwindung beim Sintern in ziemlich engen Toleran- zen zu beherrschen ist. Ferner hat sich   ergeben, dass   die optimale Sintertemperatur, die zur Erzielung besonders hochwertiger Produkte führt, nicht in so engen Grenzen eingehalten zu werden braucht, wie dies bei den bisher bekannten oxydkeramischen Schneidwerkstoffen der Fall ist. 



   Zur Verbesserung der Sinterfähigkeit des erfindungsgemässen MetalIoxyd-Metallkarbid-Verbundstoffes können   demselbenbeimAufbereitungsprozess   sinterfördernde bzw. diffusionserleichternde Zusätze an Metallen oder Metall-Legierungen der Eisengruppe zugesetzt werden. 



   EinMetalloxyd-Metallkarbid-Verbundstoff nach der Erfindung wird nach folgendem Verfahren hergestellt :
Bei der Herstellung des Verbundwerkstoffes wird   vonAluminiumoxyd (ALO.)   äusserster Feinkörnigkeit und Reinheit ausgegangen, das nach einem Mahlvo : gang durch einen Kalzinierungsprozess in die   M-Modi-   fikation überführt wird. Die Herstellung der Karbid-Mischkristalle erfolgt in der aus der Pulvermetallurgie bekannten Weise und muss verfahrenstechnisch auf die chemischen und insbesondere auf die physikalischen Eigenarten der zur Verwendung kommenden Karbide abgestimmt werden. Um eine vollkommene Mischkristallphase ohne Einzelkarbidkomponenten zu erhalten, ist von Mischungsverhältnissen auszugehen, in deren Bereich eine vollkommene Löslichkeit auftritt.

   Die karburierte und in Form von Mischkristallen vorliegende Karbidlegierung wird längere Zeit in Vibratormühlen mit Hartmetallkugeln nass gemahlen und anschliessend getrocknet und gesiebt. Bei dem Mahlvorgang können sinterfördernde Zusätze von Metallen oder Metall-Legierungen der Eisengruppe zugesetzt werden. Ein Teil dieser Metallzusätze   kal1P   auch schon vor derKarburierung beigegeben werden, da hiedurch die Mischkristallbildung erleichtert wird. Die Karbidlegierung wird nun mit dem aufbereiteten Aluminiumoxyd gemischt, was zweckmässig in Trommelmühlen mit Hilfe von Porzellankugeln und unter Anfeuchten mit Methylalkohol geschieht. Das Pressen des feingemahlenen und getrockneten Gemisches erfolgt unter Verwendung von press erleichternden Substanzen wie Glykol, Kautschuklösungen und dergleichen auf hydraulischen Pressen.

   Die gepressten Formkörper können nun vorgesintert und in diesem Zustand einer weiteren Formgebung unterzogen werden. Die Vorsinterung ist zweckmässig, aber nicht unbedingt notwendig. Die Fertigsinterung wird im mit 

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 Wasserstoff durchspülten   Kohlerohr-Widerstandsofen   vorgenommen. Die Presslinge werden dabei zweckmässig in Edelkorund eingebettet. 
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<tb> Deri <SEP> A] <SEP> 2O3
<tb> 405 <SEP> WC-Mo. <SEP> C <SEP> Mischkristalle.
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   Zur Herstellung der Karbidmischkristalle wird ein Gemisch von Molybdän und   Wolframmetallpulver   und Kohlenstoff im stöchiometrischen Verhältnis so angesetzt, dass bei der Karburierung entstehen : 
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<tb> 47 <SEP> Gew.-% <SEP> Mo2 <SEP> C
<tb> 53""WC
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<tb> 1500-16090C <SEP> unter <SEP> Wasserstoff. <SEP> BeiHärte <SEP> RA-93
<tb> Biegebruchfestigkeit <SEP> = <SEP> 40-45 <SEP> kg/nur.
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Claims (1)

1. <Desc/Clms Page number 4> des feingemahlenen Gemisches der Komponenten, dadurch gekennzeichnet, dass die Karbid-Komponente dem Pulvergemisch in Form von Mischkristallen zugesetzt wird.

   5. Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffes nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekermzeich- net, dass die Presslinge bei der Sinterung in ein pulverförmiges, hochschmelzendes Metalloxyd. vorzugsweise Al2 ou-Pulvers (Edelkorund eingebettet sind.