CH692201A5 - Kobalt-Bindemetall-Legierung für Hartmetall-Werkzeuge, sowie Hartmetall-Werkzeuge mit dieser Legierung - Google Patents

Description

  



  Die Erfindung betrifft eine Kobalt-Bindemetall-Legierung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Hartmetall-Werkzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 4. 



  Die Vorteile des Hartmetallsystems Wolfram-Karbid und Kobalt bestehen wie an sich bekannt, im Folgenden:
 - Kobalt benetzt die Wolfram-Karbidphase vollständig.
 - Kobalt wird im Wolfram-Karbid praktisch nicht gelöst.
 - Kobalt weist eine temperaturabhängige Löslichkeit für Wolfram-Karbid auf.
 - Durch kleine Mengen gelöstem Wolfram im Kobalt wird dessen kubisch raumzentrierte Kobaltphase stabilisiert. 



  Mit der US-PS 3 451 791 ist eine Kobalt-Bindemetall-Legierung für ein Wolfram-Karbidsystem für Schneidwerkzeuge, für Schneid- oder Formbearbeitungsvorrichtungen für sehr harte Materialien beschrieben. Der beanspruchte Werkzeugkörper besteht aus Wolfram-Karbid mit 1 bis 30 Gew.-% einer säurebeständigen Kobalt-Legierung, die Kobalt und 8 bis 33 Gew.-% Wolfram bezogen auf den Kobalt Gewichtsanteilen 100 Gew.-%, enthält. Als Verwendungen für das beschriebene Material sind Stahlschneidevorrichtungen, Drahtziehwerkzeuge, Bohrwerkzeuge und Poliermittel für Stahl angegeben. Der übermässige Eintrag von Wolfram in die Kobaltphase führt zwangsläufig zu einer Verminderung der Zähigkeit der Kobalt-Bindemetall-Legierung. 



  In der DE-PS 4 000 223 wird deshalb vorgeschlagen, der Kobaltlegierung definierte Mengen an Vanadium- und Chromverbindungen - wie Karbide, Nitride, Oxide oder Hydride - zuzufügen, um die Menge an gelöstem Wolfram in der Kobaltphase zu vermindern. Dadurch bedingt erhöht sich der Aufwand zur Herstellung der Kobalt-Basislegierung. 



  In der EP-PS 62 311 ist eine Chrom-Nickel-Kobalt-Basislegierung mit einem Zusatz von 0,1-3% Aluminium beschrieben. Oberhalb von 3% Aluminium-Anteil tritt Materialsprödigkeit infolge von Ausfällung von Nickel-Aluminium-Zwischenmetall-Verbindungen auf. Dieses Material ist für Heiss-Bearbeitungs-Maschinen, wie Heiss-Rollen-Einrichtungen und Heissschmiede-Werkzeuge, bestimmt und hat ein entsprechendes Hoch-Temperatur-Verhalten. 



  In der DD-PS 208 174 ist ein Verfahren zur Verschleissfestigkeitssteigerung von Hartmetall-Schneidekörpern für die spanende und spanlose Werkstückbearbeitung mit Chrom-Karbid beschrieben, wobei dem aus Chrom-Karbid bestehenden, pulverförmigen Diffusionsmittel ein Zusatz von 20 bis 50% pulverförmiges Aluminiumoxid (Al2O3) zugemischt wird. Die Diffusionsbehandlung erfolgte unter inerter Atmosphäre bei 1200 DEG C. Die behandelten Hartmetallschneidplatten sollen eine, auf über den ganzen Querschnitt verteilte, Diffusionsphase aus Chrom-Karbid aufweisen. Eine Kobalt-Bindemetall-Legierung mit Aluminiumgehalt wurde dabei nicht verwendet. Verwendbar sind diese bekannten Schneidkörper für Holz- und Faserwerkstoffe, wie z.B. Hartfaserplatten. 



  Gemäss der EP-PS 275 909 der Patentanmelderin werden beim Schneiden von Folien mit abrasiven Schichten, z.B. mit Metallpigment oder -oxiden (Eisenoxid, Chromdioxid) beschichtete Magnetbänder, die Schneidkanten der Messerelemente sehr stark abgeschliffen, was bei fortgesetztem Schneidgang zu immer schlechterer Schneidqualität führt. Durch Nachschleifen der ausgebauten Messerelemente werden die Schneidkanten wieder geschärft, was jedoch einen erheblichen Aufwand und ein Stillstehen der Schneidvorrichtung erfordert. 



  Darin beschriebene konstruktive Verbesserungen der Schneidevorrichtungen haben zwar zu verlängerten Standzeiten der Messerelemente geführt. Die Messer unterliegen während ihres Einsatzes jedoch auch einem Korrosions-Angriff. Daher ist es noch notwendig, auch in dieser Hinsicht Schneidmaterial-Verbesserungen zu finden. 



  Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, die Korrosions-Eigenschaften und die Gesamtlebensdauer der Hartmetall-Materialien, insbesondere für Schneidwerkzeuge für Metallpigment- oder -oxidschichten von magnetischen Aufzeichnungsträgern, zu verbessern. 



  Die Aufgabe wird mit einer Kobalt-Bindemetall-Legierung des Patentanspruchs 1 und mit dem Hartmetallschneidwerkzeug aus Metall-Karbid des Patentanspruchs 4 gelöst. 



  Es hat sich erwiesen, dass mit den erfindungsgemässen Hartmetall-Legierungen die Korrosionsbeständigkeit um mehr als den Faktor 2 und die Gesamtlebensdauer um mehr als den Faktor 2 heraufgesetzt werden konnten, was die hohen Kosten der Messer-Materialien mehr als halbiert. 



  Nach der DD-PS 267 063 wird durch den Aluminiumzusatz zwar die Härte und die Wärme- und Korrosionsbeständigkeit von Wolfram-Karbid-Hartmetalllegierungen verbessert, nicht aber deren Verschleissverhalten bei der Bearbeitung nichtmetallischer, stark abrasiv wirkender Werkstoffe. 



  Die Erfindung wird durch ein nachfolgendes Beispiel näher erläutert. 



  Hartmetalle auf Basis Wolfram-Karbid-Kobalt werden prinzipiell wie im Folgenden beschrieben hergestellt. Das Wolfram-Karbid wird durch Karburierung von Wolfram-Puder nach Mischen mit Russ unter Wasserstoff bei ca. 1350 bis ca. 1700 DEG C erhalten, wobei die Reinheit des Wasserstoffs und die Temperatur die wesentlichsten Einflussgrössen für die Teilchengrösse und deren Verteilung im Verfahrensprodukt sind. Der Kohlenstoffgehalt des Wolfram-Karbids wird etwa um 6 Gew.-% gehalten. 



  Die fertige Legierung eines Hartmetall-Werkzeuges wird aus dem evtl. vorgebildeten Wolfram-Karbid plus evtl. anderen Metall-Karbiden, aus feinteiligem Kobalt-, Wolfram- und Aluminiumpulver oder einem Gemisch davon und dann später notwendigen Presshilfsmitteln und unter Zugabe einer organischen Flüssigkeit, z.B. Äthanol, gemahlen. Beim Mahlen z.B. in Kugelmühlen oder anderen geeigneten Mühlen werden die Ausgangsstoffe weiterhin zerkleinert, sodass eine möglichst gleichmässige Verteilung des Kobalts und des Aluminiums zwischen den Karbidteilchen resultiert. Im späteren Sinterprozess ist eine ungenügende Verteilung, obwohl das Kobalt zwischen die Karbidteilchen einzudringen vermag, nicht mehr völlig heilbar.

   Das in der Mahlflüssigkeit enthaltene Teilchengemisch wird anschliessend getrocknet und als Ergebnis wird ein riesel- und pressfähiges Granulat mit einer Teilchengrösse von etwa 0,1 bis etwa 0,3 mm erhalten. 



  Formteile wie Schneidwerkzeuge usw. werden durch Pressen in Formen unter Berücksichtigung des Schwundmasses beim Sintern unter hohem Druck von bis zu 400 MPa (Mega Pascal 0 N/mm<2>) gepresst, und zwar über direkte oder indirekte Formgebung, Letzteres über Vorsintern. Das Sintern beginnt bei steigender Temperatur bis ca. 600 DEG C mit dem Austreiben des Presshilfsmittels unter inerter Atmosphäre und wird bei etwa 1350 bis 1500 DEG C fortgesetzt bis zum Fertig-Sinter-Produkt. Der Sintervorgang wird kontrolliert und gesteuert, wobei Temperatur, Wechsel von Inertgas auf Vakuum und die Ofen-Atmosphäre laufend kontrolliert werden. 



  Das Aluminium kann als Aluminium-Pigment oder als Aluminium-Stickstoff-Pigment vor der Herstellung der Legierung vorliegen. 



  Es hat sich herausgestellt, dass bei der Kobalt-Bindemetall-Legierung der Anteil von Aluminium, bezogen auf einen Gewichtsanteil von 100% Kobalt, zwischen etwa 1 bis etwa 10 Gew.-%, insbesondere aber im Bereich von etwa 4 bis 8 Gew.-% liegen sollte. Der Wolframgewichtsanteil sollte ebenfalls im Bereich von etwa 1 bis etwa 10 Gew.-% liegen und vorzugsweise ebenfalls etwa 4 bis 8 Gew.-%, ebenfalls bezogen auf den Gewichtsanteil von 100 Gew.-% Kobalt, betragen. 



  Beim fertigen Material des Hartmetall-Werkzeugs nach der Erfindung sollte der Anteil der Bindemetall-Legierung, bezogen auf 100 Gew.-% Wolfram-Karbid etwa 2 bis etwa 12 Gew.-% betragen, wovon etwa 1 bis etwa 10 Gew.-% Aluminium, bezogen auf 100 Gew.-% Kobalt, enthalten sein sollen. 



  Besonders vorteilhafte Kobalt-Bindemetall-Legierungen wurden erhalten mit einem Wolfram-Anteil von etwa 1 bis etwa 10 Gew.-% bei einem Aluminium-Anteil von etwa 4 bis etwa 8 Gew.-%, bezogen auf den Gewichtsanteil von 100 Gew.-% Kobalt. 



  Das Hartmetallwerkzeug weist je nach Zusammensetzung im Rahmen der beanspruchten prozentualen Gewichtsanteile der Einzelkomponenten Werte der Vickers-Mikrohärte zwischen 13 und 18 GPa (Giga-Pascal) und Werte des Elastizitätsmoduls zwischen 550 und 670 GPa auf. 



  Mit Hartmetall-Messern aus vorstehendem Material (etwa 5 Gew.-% Wolfram und etwa 6 Gew.-% Aluminium) wurden in Magnetband-Schneideanlagen, insbesondere für mit Chromdioxid beschichtete Magnetbänder, eine um den Faktor 2 bis 3 verbesserte Korrosionsbeständigkeit und eine um wenigstens den Faktor 2 verlängerte Werkzeug-Lebensdauer erreicht, sodass der Bedarf an den kostenträchtigen Werkzeugen auf mehr als die Hälfte herabgesetzt werden konnte, bei gleicher Schneidqualität.

Claims (6)

1. Kobalt-Bindemetall-Legierung für Hartmetall-Werkzeuge, insbesondere für Schneidwerkzeuge für magnetische Aufzeichnungsträger mit Metall- oder Metalloxidschichten, wobei die Legierung aus Kobalt und Wolfram und einem Anteil von Aluminium besteht, dadurch gekennzeichnet, dass 1 bis 10 Gew.-% Aluminium, bezogen auf den Gewichtsanteil von 100 Gew.-% Kobalt, legiert ist.

2. Kobalt-Bindemetall-Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierung bei einem Wolfram-Anteil von 1 bis 10 Gew.-% einen Aluminium-Anteil von 4 bis 8 Gew.-%, bezogen auf den Gewichtsanteil von 100 Gew.-% Kobalt, besitzt.

3. Kobalt-Bindemetall-Legierung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zugesetzte Aluminium aus metallischem Aluminium-Pigment oder aus Aluminium-Stickstoff-Pigment besteht.

4.

Hartmetall-Werkzeug, insbesondere Schneidwerkzeug für magnetische Aufzeichnungsträger mit Metall- oder Metalloxidschichten, aus Metall-Karbid auf Basis von Wolfram-Karbid, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Bindemetall-Legierung gemäss Anspruch 1 aufweist und der Anteil der Bindemetall-Legierung 2 bis 12 Gew.-%, bezogen auf den Gewichtsanteil von 100 Gew.-% Wolfram-Karbid, beträgt.

5. Hartmetall-Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Bindemetall-Legierung 5 bis 10 Gew.-%, bezogen auf den Gewichtsanteil von 100 Gew.-% Wolfram-Karbid, beträgt.

6. Hartmetall-Werkzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemetall-Legierung bei einem Wolfram-Anteil von 1 bis 10 Gew.-% einen Aluminium-Anteil von 4 bis 8 Gew.-%, bezogen auf den Gewichtsanteil von 100 Gew.-% Kobalt der Bindemetall-Legierung, aufweist.