CH650485A5

CH650485A5 - Schneidplatte fuer die spanabhebende bearbeitung.

Info

Publication number: CH650485A5
Application number: CH4383/80A
Authority: CH
Inventors: Ulf Dr Dworak; Hans Dr Olapinski
Original assignee: Feldmuehle Ag
Priority date: 1979-06-08
Filing date: 1980-06-06
Publication date: 1985-07-31
Also published as: IT8012550A0; IT1133425B; DE2923213A1; GB2054418A; FR2544711A1; SE8004098L; FR2544711B1; DE2923213C3; US4331048A; GB2054418B; JPS565374A; JPS596274B2; DE2923213B2; SE444930B

Description

Die Erfindung betrifft eine Schneidplatte für die spanabhebende Bearbeitung von Werkstücken, wie Wellen und Achsen aus Metall, insbesondere aus Einsatz- und Vergütungsstählen, — bevorzugt für den Einsatz bei Schnittgeschwindigkeiten > 500:m/min — bestehend aus bei hoher Temperatur gesintertem Aluminiumoxid mit Zusätzen von Zirkonoxid.

Bei der spanabhebenden Bearbeitung haben sich Schneidplatten auf der Basis von gesintertem Aluminiumoxid in den letzten Jahrzehnten in hervorragender Weise bewährt und einen immer stärker zunehmenden Anteil in der Palette der Schneidwerkstoffe gesichert, insbesondere bei Bearbeitungsvorgängen mit hohen Schnittgeschwindigkeiten und dadurch bedingt hohen Temperaturen. Trotz der hohen Härte und Verschleissfestigkeit von Schneidplatten aus Aluminiumoxid ist man jedoch bemüht, diesen Werkstoff weiter zu verbessern, da ihm eine gewisse Sprödigkeit eigen ist, auf Grund deren das Standvermögen der schneidenden Kanten der Schneidplatte nicht voll befriedigt.

Es sind deshalb bereits eine ganze Reihe von Vorschlägen gemacht worden, die verhältnismässig spröden Schneidplatten auf der Basis von Aluminiumoxid durch Zusätze duktiler zu machen, d.h. ihre Bruchfestigkeit zu erhöhen. Solche Zusätze können einmal in Metallen bestehen und führen dann zu den sogenannten Cermets. Sehr bewährt haben sich auch Zusätze von Metallcarbiden, -nitriden und -boriden, wie beispielsweise Titancarbid, durch die insbesondere die Verschleissfestigkeit erhöht wird.

Ein älterer eigener, in der DE-AS 2 307 654 gemachter Vorschlag der Patentinhaberin schlägt als Schneidplattenwerkstoff Zirkonoxid vor — und zwar ein teilstabilisiertes Zirkonoxid mit einem kubischen Phasenanteil von 75-95% . In der DE-OS 2 741 295 ist diese Anregung erneut aufgegriffen und dahingehend abgewandelt worden, dass in eine Matrix aus a-Aluminiumoxid 0,5 bis 35 Gew.-% solchen teilstabilisierten Zirkonoxids eingelagert werden. Dadurch hat sich die Formstabilität solcher Schneidplatten bereits ver-grössern lassen. Durch den verhältnismässig hohen Stabilisatorgehalt von 4 Gew.-% Calciumoxid wird aber die Warmfestigkeit dieser Schneidplatten so stark herabgesetzt, dass ihre Leistung bei hohen Schnittgeschwindigkeiten sogar unter der einer reinen Aluminiumoxidkeramik liegt.

Die Problematik, die hinsichtlich dieser mit Zusätzen versehenen Aluminiumoxid-Schneidkeramik besteht, liegt generell darin, dass bei zu geringen Mengen an Zusätzen der erwünschte Effekt, beispielsweise die Sprödigkeit zu verhindern, zu gering ist, bei grösseren Zusatzmengen die Temperaturbelastbarkeit, wie sie durch hohe Schnittgeschwindigkeiten gegeben ist, wieder zurückgeht.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diesen Teufelskreis zu durchbrechen und eine Schneidplatte zu schaffen, deren Leistung deutlich erhöht ist, d.h. die eine höhere Standmenge ermöglicht, also eine grössere Stückzahl pro Schneidplatte und Zeiteinheit. Ganz besonders tritt diese Notwendigkeit bei der Bearbeitung von Stahlteilen insbesondere aus Einsatz- und Vergütungsstählen wie Wellen, Achsen u.ä. zu bearbeitenden Werkstücken auf.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Schneidplatte für die spanabhebende Bearbeitung, die aus bei hohen Temperaturen gesintertem Aluminiumoxid mit Zusätzen von Zirkonoxid besteht, indem erfindungsgemäss bei dieser Schneidplatte nachfolgende Merkmale kombiniert sind:

a) die stoffliche Zusammensetzung aus

70 -90 Gew.-% Aluminiumoxid,

10 -30 Gew.-% Zirkonoxid,

0,1- 0,5 Gew.-% Magnesiumoxid,

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wobei sonstige oxidische Verunreinigungen weniger als

0,6 Gew.-% ausmachen und sich alle Anteile auf 100 Gew.-% ergänzen b) eine Porosität von weniger als 2 %

c) eine mittlere Korngrösse < 1,7 {Am d) eine Bruchzähigkeit Klc bei Raumtemperatur von mindestens 190 N/mm3/2 und von mindestens 140 N/mm3/2 bei 1000°C, gemessen an aus Schneidplatten herausgeschnittenen prismatischen Stäbchen von 2,5 mm Breite, 3,5 mm Höhe und 12 mm Länge, versehen mit einem Sägeschnitt von 120 [im Breite, 0,8 ±0,1 Tiefe und einem Kerbradius zwischen 50 und 60 [im.

Sinterkörper mit einer Matrix aus den unterschiedlichsten Materialien, darunter auch Aluminiumoxid und eingelagerten Teilchen aus unstabilisiertem Zirkonoxid, sind an sich bekannt, beispielsweise aus der DE-OS 2 549 652, und dort für Gasturbinenelemente vorgeschlagen worden, bei denen es auf hohe Temperaturwechselbeständigkeit ankommt. Es war aber gänzlich überraschend, dass durch das Zusammenwirken aller beanspruchten Merkmale bei einer Schneidplatte Eigenschaften erhalten werden, die insbesondere in der Bearbeitung von Stahl eine wesentlich höhere Leistung ermöglichen als alle bisher bekannten Schneidplatten und dies ganz besonders bei hohen Schnittgeschwindigkeiten, d.h. solchen von 500 m/min und mehr. Dies war insbesondere deshalb überraschend, weil bei Schneidplatten gänzlich anders geartete Beanspruchungen vorliegen als beispielsweise bei Gasturbinen und bei Schneidplatten insbesondere hoher Verschleiss sowie Kantenbelastung auftreten und Wechselwirkungen zum bearbeiteten Werkstoff, die im allgemeinen durch erhebliche Zusätze duktilisierender Werkstoffe negativ beeinflusst werden.

Es lässt sich z. Zt. im einzelnen noch nicht feststellen, welchem dieser Merkmale die grössere Bedeutung zukommt. Von ganz erheblichem Einfluss ist, dass die einzelnen stofflichen Bestandteile jeweils in sehr reiner Form vorliegen und der Gehalt an Magnesiumoxid einen bestimmten Wert nicht überschreitet. Die geringen Mengen von 0,1-0,5 Gew.-% Magnesiumoxid reichen aus, um in bekannter Weise ein ungezügeltes Kornwachstum zu verhindern. Andererseits liegt durch die geringe Menge an Magnesiumoxid und die ganz geringen Mengen sonstiger oxidischer Verunreinigungen das dem Aluminiumoxid zugefügte Zirkonoxid im Ausgangsmaterial in seiner monoklinen Form vor. Beim Sintervorgang wandelt es sich in die tetragonale Phase um, die als solche beim Abkühlen an sich reversibel in die mono-kline zurückverwandelt wird. Von erheblichem Einfluss ist wahrscheinlich die Tatsache, dass durch die verhältnismässig geringe mittlere Korngrösse von weniger als 1,7 [im, bevorzugt sogar weniger als 0,5 [im, die Umwandlung in die monokline Phase zurückgehalten wird und dadurch latent Spannungen in das Kristallgefüge eingebaut werden, die geeignet sind, einen grossen Teil der Kräfte, die bei der spanabhebenden Bearbeitung auftreten, abzufangen.

Ganz wesentliche Bedeutung für die erhöhte Sshneid-leistung und insbesondere die Kantenfestigkeit der Schneidplatte nach der Erfindung kommt dem Merkmal einer geringen Porosität von weniger als 2% zu, vorzugsweise ist diese sogar kleiner als 1,0%. Dabei kann durch, geeignete Massnahmen dafür gesorgt werden, dass diese Poren als solche möglichst klein sind, vorzugsweise im Medianwert < 2 [im.

Weiter von ganz entscheidendem Einfluss ist die Bruchzähigkeit KI(. von mindestens 190 N/mm3/2 bei Raumtemperatur und vor allem die Tatsache, dass bei 1000°C, also Temperaturen, die bei der spanabhebenden Bearbeitung unter hohen Schnittgeschwindigkeiten leicht auftreten, die Bruchzähigkeit Kî(, noch immer mindestens 140 N/mm3/2

beträgt. Vorzugsweise liegt die Bruchzähigkeit Kïc bei Raumtemperatur sogar bei mehr als 200 N/mm3/2 und bei 1000°C mindestens bei 150 N/mm3/2.

Die erforderliche geringe Porosität der Schneidplatte 5 nach der Erfindung geht Hand in Hand mit einer hohen Dichte des Materials, die in der Regel mindestens ca. 98% der theoretischen Dichte ausmacht. Bei einem bevorzugten Anteil von 13 bis 17 Gew.-% an Zirkonoxid beträgt die Dichte vorzugsweise mindestens 4,1 bei einer in üblicher io Weise gesinterten Schneidplatte.

Der hohe Kl0-Wert garantiert, dass beim Schneidvorgang und den dabei auftretenden hohen Kantenbelastungen auf die Schneidplatte kein Ausbrechen von Körnern aus dem Kristallverbund erfolgt und dadurch eine höhere Standzeit 15 des Werkzeuges gegeben ist bzw. damit Materialien bei hohen Geschwindigkeiten bearbeitet werden können, die bisher der konventionellen Schneidkeramik nicht wirtschaftlich verfügbar waren.

Es war vollkommen überraschend, dass mit dem verhält-20 nismässig hohen Anteilen an Zirkonoxid, das an sich die Temperaturbelastbarkeit erniedrigt, höhere Standmengen erreicht werden, wenn in der beanspruchten Weise alle Merkmale kombiniert sind und dadurch ein Korngefüge erreicht ist, das gegenüber allen bisher bekannten Schneid-25 platten optimale Eigenschaftskombinationen aufweist. Von ganz besonderer Bedeutung ist dabei der dichte und feste Kornverbund, der so gut ist, dass selbst bei Überbelastungen nicht mehr ganze Ecken der Schneidplatte wegbrechen und damit zur Unbrauchbarkeit der Schneidplatte führen.

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Um diese ganz besondere und bisher nicht für möglich gehaltene Eigenschaftskombination zu erzielen, die verantwortlich ist für die wesentlich höhere spezifische Belastbarkeit der Schneidkanten, ist das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemässen Schneidplatte von ganz besonderer Bedeutung.

Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass 70-90 Gew.-% Aluminiumoxid mit einem Al203-Gehalt von mindestens 99% und einer mittleren Korngrösse 40 eines Median wertes <1,0 [im,

10-30 Gew.-% Zirkonoxid mit einem Gehalt an ZrOa + Hf02 von mindestens 99 % und einer mittleren Korngrösse eines Median wertes <1,0 [im und 0,1-0,5 Gew.-% reines Magnesiumoxid,

45 wobei die oxidischen Verunreinigungen dieses Ausgangspulvergemisches insgesamt weniger als 0,6 Gew.-% betragen und sich alle Anteile auf 100 Gew.-% ergänzen, unter Zusatz von Presshilfsmitteln innig miteinander vermischt werden, aus dem Gemisch Schneidplatten der ge-50 wünschten geometrischen Form gepresst und bei Temperaturen von 1500 bis 1600°C für eine Zeitdauer von mindestens 3 Stunden gesintert werden. Vorzugsweise wird der Formkörper bei einer Sintertemperatur zwischen 1520 und 1560°C für eine Zeitdauer von 6 bis 10 Stunden gesintert. 55 Ganz allgemein besteht eine Abhängigkeit zwischen der Sinterzeit und der Sintertemperatur dahingehend, dass bei tieferen Sintertemperaturen längere Sinterzeiten gewählt werden können, bei höheren Temperaturen dagegen kürzere Sinterzeiten. Unterhalb 1500°C Sintertemperatur weist der 6o Formkörper im allgemeinen aber nicht mehr die erforderliche hohe Dichte und die erforderliche geringe Porosität auf. Oberhalb von 1600°C dagegen nimmt das Kornwachstum merklich zu, die Korngrösse im fertigen Sinterprodukt steigt in der mittleren Korngrösse auf über 1,7 [im, der 65 homogene Aufbau im Kristallgefüge geht zurück, und damit verschlechtern sich die Eigenschaften der Schneidplatte, insbesondere bei den angestrebten hohen Schnittgeschwindigkeiten, beträchtlich.

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Auf die Notwendigkeit der Verwendung sehr reiner Ausgangsmaterialien war bereits weiter oben hingewiesen worden. Besonders günstige Ergebnisse, insbesondere hinsichtlich der Standzeit der Schneidplatten, werden erhalten, wenn die Reinheit sowohl des verwendeten Aluminiumoxids als auch des Zirkonoxids noch höher liegt und der Al203-Ge-halt bzw. Zr02-Gehalt sogar den Wert von 99,9% überschreiten. Hinsichtlich des Zr02-Gehaltes ist freilich darauf hinzuweisen, dass von diesem eventuelle Anteile an Hafniumoxid mit umfasst werden. Bekanntlich sind beide Elemente und deren Verbindungen in ihren Eigenschaften so eng verwandt, dass sie in der Natur zusammen vorkommen und nur schwer voneinander zu trennen sind. Der Hafniumoxidanteil, der bis zu 2% betragen kann, wird deshalb üblicherweise nicht abgetrennt. Die Angaben 99 Gew.-% und 99,9 Gew.-% ZrOa beziehen sich deshalb auf ZrO, + HfOa zusammen.

Dabei ist ganz wesentlich — und hier unterscheidet sich der Anmeldegegenstand von bisher vorbekannten Schneidplatten auf der Basis von Aluminiumoxid u. Zirkonoxid —, dass die sonstigen oxidischen Verunreinigungen wie Si02, Calciumoxid u.ä. in dem Ausgangspulvergemisch weniger als 0,6 Gew.-% ausmachen, bevorzgut liegen sie sogar noch eine Zehnerpotenz unter diesem Wert. Um das zu gewährleisten, muss natürlich auch das als Kornwachstumshemmer zugesetzte Magnesiumoxid sehr rein sein. Vorteilhafterweise wird ein Aluminiumoxidpulver eingesetzt, dem bereits bei der Herstellung die erforderliche Menge an reinem Magnesiumoxid beigegeben worden ist.

Von ganz wesentlichem Einfluss ist natürlich auch die Ausgangsgrösse der pulverförmigen Ausgangsmaterialien. Um zu dem sehr feinen und gleichmässigen Gefügeaufbau zu kommen, liegt der Medianwert des Aluminiumoxids und des Zirkonoxids unter 1,0 um, beim Zirkonoxid bevorzugt sogar unter 0,5 [im. Unter Medianwert wird dabei folgendes verstanden:

Die TeilchengrössenVerteilung wird üblicherweise in einer Summenverteilung in der Weise dargestellt, dass die Grös-senparameter gegen die prozentuale Häufigkeit bis auf 100% aufgetragen werden. Entsprechende Summenverteilungskurven werden üblicherweise dadurch in vereinfachter Form gekennzeichnet, dass der Medianwert angegeben wird. Der Medianwert ist definiert als der Schnittpunkt der Summenkurve mit der 50%-Linie der Häufigkeitsfunktion und bezeichnet damit die durchschnittliche Grösse (Teilchengrösse oder Porengrösse), bei der 50% grösser und 50% kleiner als diese sind.

Das Verpressen des Ausgangspulvergemisches erfolgt zweckmässig bei einem Pressdruck von mindestens 6000 N/cm2, bevorzugt bei einem solchen von 12000 bis 16000 N /cm2. Auch hier besteht eine gewisse Gesetzmässigkeit dahingehend, dass bei niederem Pressdruck etwas höhere Sintertemperaturen gewählt werden können, bei höherem Pressdruck etwas niedrigere Sintertemperaturen.

Als Presshilfsmittel sind die verschiedensten Stoffe geeignet. Bewährt haben sich insbesondere Polyvinylalkohole, die zweckmässig in l%iger Lösung angewendet werden. Die Pressfeuchte des Ausgangspulvers liegt bei ca. 4 Gew.-%.

Von erheblichem Einfluss auf die Güte der Schneidplatte, insbesondere ihre hohe Dichte und geringe Porosität, sind auch die Aufheiz- und Abkühlrate, d.h. die Zeit, in der der gepresste Grünling auf die angegebene Sintertemperatur aufgeheizt wird und die Zeit, in der er wieder auf Raumtemperatur heruntergekühlt wird. Vorzugsweise beträgt diese Aufheiz- und Abkühlrate ca. 200°C pro Stunde.

Zweckmässig werden die Schneidplatten nach der Erfindung in oxidierender Atmosphäre gebrannt, und darin liegt gegenüber den vorbekannten Schneidplatten mit zugesetzten

Carbiden bzw. Nitriden ein ganz erheblicher Vorteil. Durch den Gehalt an Carbiden und Nitriden können diese Schneidplatten lediglich in reduzierender bzw. inerter Atmosphäre oder in Vakuum gesintert werden, was natürlich einen viel grösseren apparativen Aufwand erfordert und diese Schneidplatten sehr teuer macht. Selbstverständlich lassen sich aber die Schneidplatten gemäss dem Anmeldegegenstand auch nach anderen Verfahren sintern, beispielsweise im Heiss-pressverfahren. In diesem Fall sind die Sinterzeiten wesentlich kürzer und die Temperaturen im Schnitt um ca. 100°C höher.

Wie bereits mehrfach ausgeführt, ist ein ganz wesentliches Merkmal der Schneidplatten der Erfindung der hohe Klc-Wert, insbesondere der bei 1000°C, d.h. bei den bei hohen Schnittgeschwindigkeiten auftretenden hohen Temperaturen. In der graphischen Darstellung sind die Klc-Werte einer Zr02- und TiC-haltigen Al2Os-Sinterkeramik gemäss DE-OS 2 741 295 (Kurve 1) gegenübergestellt einer solchen nach der Erfindung (Kurve 2). Dabei zeigt sich deutlich,

dass die Kl0-Werte bei Raumtemperatur weitgehend übereinstimmen, mit steigenden Temperaturen aber die des Standes der Technik sehr viel rascher sinken als die des Anmeldegegenstandes.

Nachfolgend wird die Bestimmung des Klc-Wertes (kritischer Spannungsintensitätsfaktor), der ein Mass für die Bruchzähigkeit ist, erläutert:

Probenabmessungen:

Es werden prismatische Stäbchen der Breite B = 2,5 mm, der Höhe W = 3,5 mm und der Länge L = 12 mm aus Schneidplatten zurechtgeschnitten. Anschliessend wird mit einer diamantbesetzten Kupferscheibe ein risssimulierender Sägeschnitt mit einer Breite d = 120 [im und einer Tiefe a = 0,8 ±0,1 mm über die Breite B bei L/2 angebracht. Der Kerbradius beträgt zwischen 50 und 60 [im. Versuchsdurchführung:

Die gekerbte Probe wird in einem Dreipunkt-Biegeversuch bis zum Bruch belastet. Sie ist dabei über einen Abstand S = 11 mm auf der Breite hochkant aufgelegt und wird mit der Prüflast an der dem Sägeschnitt gegenüberliegenden Seite beaufschlagt. Die Durchbiegungsgeschwindigkeit an der Stelle des grössten Biegemoments beträgt 0,25 mm/min.

Der Bruchwiderstandswert Klc wird nach der Beziehung

KlL.-Wert = <7bB . ]/üT7y ermittelt. Hierin bedeuten

3 SFb

O'hB =

2 BW2

die auf den Querschnitt (W . B) bezogene Biegebruchfestigkeit und y eine tabellierte Konstante, die nur vom a/W-Ver-hältnis abhängt, FB ist die Bruchlast.

Die Probenabmessungen und die Versuchsdurchführung sind in Anlehnung an die ASTM-Vorschrift E 399-72 für Standard-Testmethoden zur Bestimmung des Bruch Widerstandes an metallischen Werkstoffen festgelegt worden. Keramische Werkstoffe verhalten sich hinsichtlich der Einstellung des vorausgesetzten ebenen Dehnungszustandes und der Ausbildung plastischer Zonen unkritisch. Die Simulation von scharfen Rissen durch feine Sägeschnitte stellt eine gebräuchliche Erleichterung bei Klc-Wert-Messungen an keramischen Werkstoffen dar (siehe T.R. Wishaw et al., Eng. Fract.

Mech. 1 (1968) 191; R. F. Pabst, Dissertation, Stuttgart 1972, R. L. Bertolotti, 2. Amer. Ceram. Soc. 56 (1973) 107).

Die Herstellung einer Schneidplatte nach der Erfindung wird nachfolgend an einem Beispiel beschrieben:

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42 kg A1203 mit einem MgO-Gehalt von 0,2 Gew.-% werden mit 7,5 kg unstabilisiertem ZrOa in destilliertem Wasser dispergiert und zum Erreichen einer homogenen Durchmischung 30 min in einer Kugelschwingmühle gemahlen. Nach der Mahlung wird unter Zusatz von von 1% Polyvinylalkohol die Suspension 10 min mit 500 U/min intensiv gerührt und über ein 40 [xm/Sieb abgesiebt. Die gesiebte Suspension wird in einem Sprühtrockner getrocknet und granuliert. Das granulierte und damit rieselfähige Pulver wird auf automatischen Pulverpressen bei einem Pressdruck von 12000 N/cm2 zu Schneidplatten der gewünschten geometrischen Form gepresst mit einer Gründichte von 2,52 g/ cm3. Nach diesem Formgebungsvorgang werden die Formkörper bei 1550°C und einer Haltezeit von 8 Stunden gesintert. Die Aufheiz- und Abkühlrate beträgt 200°/h.

Nach dem Sintern werden die Schneidplatten durch Bearbeitung mit Diamant-Schleifscheiben auf ihre endgültige Schneidplattengeometrie, entsprechend den Normvorschriften SNG, geschliffen und gefasst.

Die Schneidplatte gemäss diesem Beispiel weist nachfolgende Eigenschaften auf:

Eine Dichte von 4,17 g/cm3 eine Porosität von 0,5%

eine mittlere Korngrösse mit einem Medianwert von 1,45 (xm, eine Härte nach Vickers von 19700 N/mm2 eine Biegebruchfestigkeit von 580 N/mm2 eine Bruchzähigkeit von 201 N/mm3/2 bei Raumtemperatur und eine Bruchzähigkeit von 150 N/mm3/2 bei 1000°C.

Sämtliche Korngrössenangaben in dieser Beschreibung sind bestimmt nach der Methode von Synder-Graff.

Eine solche Schneidplatte hält eine wesentlich höhere spezifische Belastung der Schneidecken aus. Die Prüfung 5 der Schneideckenbelastbarkei erfolgt im sogenannten Vorschubtest.

Dieser besteht darin, dass bei vorgegebener Schnittiefe a ■— in diesem Fall von 3 mm — und unter bestimmtem Anstellwinkel io — in diesem Fall = 85° — und bei einer bestimmtem Schneidplattengeometrie

— in diesem Fall Typ SNGN 120816 T (0,2 X 20°)

— der Vorschubwert so lange gesteigert wird, bis die Schneidplatte gerade noch ohne Bruch eine Eingriffszeit

15 von 10 min übersteht bei einer Schnittgeschwindigkeit von 500 m/min.

Bei den obengenannten Testbedingungen ergab sich für die Schneidplatte gemäss dem Beispiel ein Vorschubwert 20 von 0,70 mm/Umdrehung.

Ein so hoher Vorschubwert bedeutet gegenüber vorbekannten Schneidplatten auf Basis von Al2Os allein oder auf Basis von Zr02- und TiC-haltiger Schneidkeramik gemäss DE-OS 2 741 295 in der Praxis eine ganz erhebliche Steige-25 rung der mit einer Schneidplatte zu bearbeitenden Werkstücke. So hat sich gegenüber einer Al2Os und gegenüber einer Al203-Zr02-TiC-Keramik die Stückzahl auf das 6fache steigern lassen — ermittelt am Beispiel einer Hinterachswelle aus 41 Cr4V90.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Schneidplatte für die spanabhebende Bearbeitung von Werkstücken, wie Wellen und Achsen aus Metall, bestehend aus bei hoher Temperatur gesintertem Aluminiumoxid mit Zusätzen von Zirkonoxid, gekennzeichnet durch die Kombination nachfolgender Merkmale:

a) die stoffliche Zusammensetzung aus 70 -90 Gew.-% Aluminiumoxid,

10 -30 Gew.-% Zirkonoxid,

0,1- 0,5 Gew.-% Magnesiumoxid,

wobei sonstige oxidische Verunreinigungen weniger als 0,6 Gew.-% ausmachen und sich alle Anteile auf 100 Gew.-% ergänzen b) eine Porosität von weniger als 2%

c) eine mittlere Korngrösse <1,7 [im d) eine Bruchzähigkeit Klc bei Raumtemperatur von mindestens 190 N/mm3/2 und von mindestens 140 N/mm3/2 bei 1000°C, gemessen an aus Schneidplatten herausgeschnittenen prismatischen Stäbchen von 2,5 mm Breite, 3,5 mm Höhe und 12 mm Länge, versehen mit einem Sägeschnitt von 120 [im Breite, 0,8 ±0,1 Tiefe und einem Kerbradius zwischen 50 und 60 p.m.
2. Schneidplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Korngrösse zwischen 1,4 und 1,6 [im liegt und 90% aller Körner in diesem Grössenbereich liegen.
3. Schneidplatte nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bruchzähigkeit Kl0 bei Raumtemperatur mindestens 200 N/mm3/2, bei 1000°C mindestens 150 N/mm3/2 beträgt.
4. Schneidplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem bevorzugten Anteil von 13 bis 17 Gew.-% Zirkonoxid die Dichte mindestens 4,1 g/cm3 beträgt.
5. Verfahren zum Herstellen einer Schneidplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass

70-90 Gew.-% Aluminiumoxid mit einem Al2Os-Gehalt von mindestens 99% und einer mittleren Korngrösse eines Medianwertes < 1,0 [im

10-30 Gew.-% Zirkonoxid mit einem Gehalt an ZrOa + HfOa von mindestens 99% und einer mittleren Korngrösse eines Medianwertes < 1,0 [xm und 0,1 bis 0,5 Gew.-% reinem Magnesiumoxid wobei die oxidischen Verunreinigungen dieses Ausgangspulvergemisches insgesamt weniger als 0,6 Gew.-% betragen und sich alle Anteile auf 100 Gew.-% ergänzen,

unter Zusatz von Presshilfsmitteln innig miteinander vermischt werden, aus dem Gemisch Schneidplatten der gewünschten geometrischen Form gepresst und bei Temperaturen von 1500 bis 1600°C für eine Zeitdauer von mindestens 3 Stunden gesintert werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Formkörper bei einer Sintertemperatur von 1520 bis 1560°C für eine Zeitdauer von 6 bis 10 Stunden gesintert werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheizrate auf die Sintertemperatur und die Abkühlrate nach erfolgter Sinterung auf Raumtemperatur bei ca. 200°/Stunde liegt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in oxidierender Atmosphäre gesintert wird.
9. Verwendung einer Schneidplatte nach Anspruch 1 für die spanabhebende Bearbeitung von Werkstücken aus Einsatz- und Vergütungsstählen bei Schnittgeschwindigkeiten

> 500 m/min.