AT221820B

AT221820B - Verfahren zur Herstellung oxydkeramischer Verbundwerkstoffe, insbesondere zur Bestückung von Zerspanungswerkzeugen

Info

Publication number: AT221820B
Application number: AT475358A
Authority: AT
Inventors: Curt Dr Ing Agte; Rudolf Ing Kohlermann; Walter Ing Duebel
Original assignee: Immelborn Hartmetallwerk
Priority date: 1958-07-04
Filing date: 1958-07-04
Publication date: 1962-06-25

Description

Verfahren zur Herstellung oxydkeramj scher Verbundwerkstoffe, insbesondere zur Bestückung von Zerspanungswerkzeugen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von oxydkeramischen Verbundwerkstoffen, insbe- sondere zur Bestückung von Zerspanungswerkzeugen, bestehend aus einem Gemisch aus 40-90% ALO, Rest ein oder mehrere Metallkarbide und gegebenenfalls Metalle, wobei der karbidische Anteil zum Teil durch Boride und/oder Nitride ersetzt sein kann. Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Verbundwerkstoffe zeichnen sich insbesondere durch eine relativ hohe Biegebruchfestigkeit, gute Warmeleitfähigkeit und gute Temperaturwechselfestigkeit aus.

In neuerer Zeit kommt den oxydkeramischen Verbundwerkstoffen in dem Bestreben, insbesondere die Zerspanungstechnik im Hinblick auf die Anwendung höherer Schnittgeschwindigkeiten und die Erreichung grösserer Standzeiten weiter zu entwickeln, grössere Bedeutung zu. Es sind auch schon eine Reihe von oxydkeramischen Werkzeugstoffen unterschiedlicher Zusammensetzung bekannt, die sich für Zerspanungszwecke eignen. So sind beispielsweise oxydkeramische Werkzeugstoffe bekanntgeworden, die entweder ganz aus Aluminium - Oxyd bestehen oder die zu 85% und mehr aus Aluminium-Oxyd als Grundkomponente beste-
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Körner verkittet. Es sind oxydische Zusätze bekannt, die mit dem Grundoxyd Mischoxyde bilden, wie beispielsweise rrO . welchesin Verbindung mit ALO,"Sinterrubin"ergibt.

Weiter ist bekannt, der Grundkomponente ALO Magnesiumfluorid zuzusetzen, welches bei der Sinterung ebenfalls eine Glasphase bildet. Es wurde auch schon vorgeschlagen, der oxydischen Grundkomponente zur Erhöhung der Zähigkeit und Wärmeleitfähigkeit und zur Verringerung der Porosität metallische Zusätze beizugeben, wobei diesen Zusätzen die Funktion eines Bindemittels 7wischen den harten Oxydteilchen zukommen soll. Diese Art von oxydkeramischen Verbundwerkstoffen ist im angelsächsischen Sprachgebrauch unter der Bezeichnung "Cermets" bekanntgeworden.

Nachteilig an diesen Verbundwerkstoffen ist, dass sie als Werkzeugstoff nur unter solchen Zerspanungsbedingungen, im besonderen Schnittgeschwindigkeiten, eingesetzt werden können, wie sie bei den modernen Sinterhartmetallsorten üblich sind, da die durch den Metallzusatz verbesserte Zähigkeit mit einer Verringerung der Verschleissfestigkeit, gemessen an den Eigenschaften der reinen oxydkeramischen Werkstoffe, verbunden ist. Um diesen Nachteil zu beseitigen, wurde auch schon vorgeschlagen, der aus Alto, bestehenden oxydischen Grundkomponente Metallkarbide von Metallen der 4., 5. und 6. Gruppe des periodischen Systems einzeln oder gemischt zuzugeben, u. zw. im allgemeinen in Mengen, die gewichtsmässig 50% und volumenmässig 25% nicht wesentlich überschreiten.

Ein weiterer Vorschlag geht dahin, den Karbidanteil durch andere harte Verbindungen, wie Boride und/oder Nitride ganz oder teilweise zu ersetzen.

Derartige oxydkeramische Verbundwerkstoffe, die unter dem Begriff"Oxyd-Karbid-Keramik"bekanntge- worden sind, haben sich schon gut als Werkzeugstoff in der Zerspanungsindustrie beim praktischen Gebrauch bewährt, insbesondere deshalb, weil die Oxyd-Karbid-Keramik gegenüber den reinen oxydkeramischen Werkzeugstoffen einerseits und den Cermets anderseits eine bessere Verschleissfestigkeit bei gleichzeitiger Erhöhung der Zähigkeit, verbunden mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit aufweist. Schliesslich wurde auch schon vorgeschlagen, der oxydischen Grundkomponente ein Gemisch aus Metallkarbiden und

Metallen zuzusetzen, um die Eigenschaften oxydkeramischer Verbundwerkstoffe zu verbessern.

Allen bisher bekanntgewordenen oxydkeramischen Verbundwerkstoffen ist aber gemeinsam nachteilig, dass die Zähigkeit bzw. Biegebruchfestigkeit relativ gering ist, was insbesondere bei der Verwendung derartiger Verbundwerkstoffe als Werkzeugstoffe in der Zerspanungsindustrie störend empfunden wird. Auf Grund der i relativ geringen Zähigkeit ist es nicht möglich, die hohe Verschleissfestigkeit der oxydkeramischen Verbundwerkstoffe in grösserem Umfange der Technik nutzbar zu machen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Zähigkeit bzw. Biegebruchfestigkeit von oxydkeramischen Verbundwerkstoffen ohne nachteilige Beeinflussung der Verschleissfestigkeit zu verbessern. Es wurde überraschenderweise gefunden, dass es möglich ist, die Aufgabe zu lösen, wenn bei der Herstellung eines oxydkeramischen Verbundwerkstoffes, bestehend aus einem Gemisch aus 40 bis 90% A03'Rest ein oder mehrere Metallkarbide und gegebenenfalls Metalle, wobei der karbidische Anteil zum Teil durch Boride und/oder Nitride ersetzt sein kann, ein Verfahren benutzt wird, bei dem ein Teil, vorzugsweise 1 - 35% des karbidischen Anteiles durch ein oder mehrere, bei den erforderlichen bzw.

angewandten Sintertemperaturen karbidbildende Metalle mit Schmelzpunkten, die über dem Schmelzpunkt von AI 0, liegen, ersetzt wird und wenn dieser Metallanteil während der Sinterung im Formling zumindest teilweise in Karbidform übergeführt wird. Freier Kohlenstoff darf im Endprodukt jedoch nicht vorhanden sein. Es liegt auch im Sinne der Erfindung, den Metallanteil ganz oder teilweise in Oxydform, beispielsweise als MoO in das Ausgangspulvergemisch einzubringen.

Es hat sich gezeigt, dass es möglich ist, eine Karburierung des Metallanteiles im Formling schon dadurch zu erreichen, dass die Sinterung des Formlings in einer kohlenden Gasatmosphäre vorgenommen wird. Zum Zwecke einer besseren Steuerung des Karburierungseffektes während der Sinterung besteht ein weiterer Erfindungsgedanke darin, dass dem Pulvergemisch in feinstverteilter Form Kohlenstoffzugegeben wird, u. zw. in solchen Mengen, dass der Metallanteil während der Sinterung ganz oder teilweise in Karbidform überführt werden kann.

Es scheint sicher zu sein, dass die verbesserten Eigenschaften der erfindungsgemässen oxydkeramischen Verbundwerkstoffe darauf zurückgeführt werden können, dass die während der Sinterung stattfindende Karburierung des Metallanteiles, wobei das Karbid gewissermassen im statu nascendi entsteht, die Oberflächenreaktionen zwischen den oxydischen und karbidischen Härteträgern begünstigt, wodurch eine katalytische Wirkung auf den Sintervorgang nicht ausgeschlossen erscheint.

Die Herstellung eines oxydkeramischen Verbundwerkstoffes nach dem erfindnngsgemässen Verfahren wird an Hand eines Beispieles erläutert : 65% feinkörniges reines Aluminiumoxyd, welches durch einen Glühprozess in die Alpha-Modifikation gebracht wurde, wird mit 32% NbC-TaC innig gemischt. Diesem Gemenge werden 3% feinkörniges Wolframpulver zugesetzt. Das Pulvergemisch wird in Kugelmühlen gemahlen und über 900 Maschen abgesiebt.

Als presserleichternder Zusatz wird die Mischung mit Glykol angefeuchtet. Das Pressen der Formlinge wird mit einem Druck von 2 t/cm'vorgenommen. Die Sinterung erfolgt in einem Kohlerohrkurzschlussofen unter Wasserstoffschutzgas bei 18500C. Nach einem weiteren Beispiel wird der Pulvermischung gemäss dem
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artigen Mischung erfolgt in einer inerten Atmosphäre, beispielsweise im Vakuum.

Die nach der Erfindung hergestellten oxydkeramischen Verbundwerkstoffe zeichnen sich durch eine erhöhte Biegebruchfestigkeit und eine sehr gute Verschleissfestigkeit, verbunden mit einer guten Wärmeleitfähigkeit und Temperaturwechselfestigkeit aus.

Erfindungsgemässe Verbundwerkstoffe besitzen eine Biegebruchfestigkeit von 50 bis 60 kg/mm. Bei der Zerspanung des Werkstoffes C 60 mit einer Zugfestigkeit von 85 kg/mnf ist bei Anwendung einer Schnittgeschwindigkeit von 400 m/min, einer Spantiefe von 2 mm und eines Vorschubes von 0, 2 mm/U nach 4 Minuten Drehzeit der Freiflächenverschleiss kleiner als 0,1 mm.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Herstellung oxydkeramischer Verbundwerkstoffe, insbesondere zur Bestückung von Zerspanungswerkzeugen, die aus einem Gemisch aus 40-90% AI O, Rest ein oder mehrere Metallkarbide und gegebenenfalls Metalle bestehen, wobei der karbidische Anteil zum Teil durch Boride und/oder Nitride ersetzt sein kann, dadurch gekennzeichnet, dass im Ausgangspulvergemisch ein Teil, vorzugsweise 1 - 35%, des im fertigen Sinterling vorzusehenden karbidischen Anteiles durch ein oder mehrere, bei der erforderlichen bzw.

angewandten Sintertemperatur karbidbildende Metalle mit Schmelzpunkten, die über <Desc/Clms Page number 3> dem Schmelzpunkt von AI0 liegen, ersetzt wird, und dass dieser Metallanteil während der Sinterung im Formling ganz oder teilweise in sein Karbid übergeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sinterung in bekannter Weise in einer kohlenden Wasserstoffatmosphäre vorgenommen wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Ausgangspulverge- EMI3.1 ge zugesetzt wird, so dass im fertigen Sinterling die Anwesenheit freien Kohlenstoffes ausgeschlossen ist.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallanteil in Form von Oxyden zugesetzt wird.