CN112118927B - 烧结接合的复合体的生产方法 - Google Patents

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Abstract

由硬质金属制成的烧结接合的复合体(3)的制造方法，其中：‑将至少两个硬质金属坯件(1、2)烧结接合成复合体(3)，所述至少两个硬质金属坯件在粘结剂含量和/或硬质材料相的晶粒尺寸方面彼此不同；‑将所述至少两个硬质金属坯件(1、2)在烧结接合之前相对彼此布置成使得所述至少两个硬质金属坯件(1，2)中的具有较低粘结剂含量和/或较小晶粒尺寸的第一硬质金属坯件(1)至少局部地位于所述至少两个硬质金属坯件(1、2)中的第二硬质金属坯件(2)的开口(9)或空腔(10)内，其中‑所述至少两个硬质金属坯件(1、2)在烧结接合前彼此有间隙地布置，并且‑在烧结接合过程中，产生所述至少两个硬质金属坯件(1、2)的粘结剂的液相，并将其保持直到由于粘结剂的扩散使所述至少两个硬质金属坯件(1、2)中的第一硬质金属坯件(1)由于粘结剂扩散而增加体积并且所述至少两个硬质金属坯件(1、2)中的第二硬质金属坯件(2)由于扩散的粘结剂导致体积减小而收缩，所述增加和收缩的程度使得所述至少两个硬质金属坯件(1、2)在烧结接合后无间隙地以材料锁合方式彼此连接。

Description

烧结接合的复合体的生产方法
技术领域
本发明涉及一种具有权利要求1的前序部分的特征的由硬质金属制成的烧结接合的复合体的制造方法，以及一种具有权利要求10的前序部分的特征的由至少两个硬质金属坯件制成的烧结接合的切削工具坯件或烧结接合的切削工具。
背景技术
在本公开文本中，硬质金属被理解为是指由粉末冶金生产的颗粒复合材料，其由硬质材料相(例如碳化钨，简称“WC”)和粘结金属(例如钴，Co，有时也称为“粘结剂”)组成。粘结金属可以在必要时被掺杂，例如以便限制硬质材料相的晶粒生长。
在本公开文本中，烧结接合被理解为是指通过液相烧结来接合至少两个硬质金属坯件。在所述至少两个硬质金属坯件中，关于至少一种硬质金属坯件方面适用：它可以以生坯的形式存在，可以以预烧结的方式(未烧结至全理论密度)存在，或者特别优选地可以以烧结完成的方式(烧结至全理论密度)存在。硬质金属坯件(它们是具有由硬质金属制成的主体的坯件)被用于生产各种不同的构件或工具：
用于生产切削工具的硬质金属坯件已大规模生产，尤其还具有位于内部的冷却通道(IK)。在此，这些通道的定位在几何方面受限的自由度的情况下进行。在此，由于生产路线还大多使用单一的硬质金属类型，由该硬质金属类型形成硬质金属主体的所有区域。但是，对工具的在使用及其使用寿命方面的不断提高的要求需要局部不同的材料特性，例如硬度或韧性。例如，较晚形成的切削刃区域中较高的耐磨性(高硬度)和较晚形成的柄部区域中较高的韧性。
现在，在烧结接合工艺中烧结在一起的硬质金属构件属于现有技术。在这里可以将不同的硬质金属类型相组合，以便在所形成的主体的各个区域中使用具有不同性能的硬质金属，和/或通过组合多个主体实现用常规生产方法所不能呈现的几何特征。
烧结接合已应用于某些硬质金属工具、切削工具坯件或切削工具。这样做是出于以下原因：
·材料效率
·几何自由度(例如在工具内部冷却的情况下)。
一般性的方法从US 6908688 B1中得知。
在现有技术中，对于在烧结接合过程中可靠且能承受高机械负荷的连接来说，关键的是在整个热处理期间两个待连接的主体沿着整个接合面进行面接触。因此，在一般性的现有技术中，硬质金属坯件的表面在接合面的区域内应以无间隙接触的方式被准备。这种准备费力且成本高。
发明内容
本发明的任务是提供一种避免上述问题的一般性方法和一般性切削工具坯件或切削工具。
该任务通过具有权利要求1的特征的方法以及具有权利要求10的特征的烧结接合的切削工具坯件或烧结接合的切削工具来解决。在从属权利要求中限定了本发明的有利的实施形式。
由于第一硬质金属坯件的粘结剂含量相对于第二硬质金属坯件较低和/或由于第一硬质金属坯件的晶粒尺寸相对于第二硬质金属坯件较小，发生从第二硬质金属坯件至第一硬质金属坯件的粘结剂迁移。这导致第二硬质金属坯件的体积减小而第一硬质金属坯件的体积增加。
因为规定：至少两个硬质金属坯件在烧结接合之前彼此有间隙地布置，并且在烧结接合过程中产生所述至少两个硬质金属坯件的粘结剂的液相，并保持直到由于粘结剂的扩散而使所述至少两个硬质金属坯件中的第一硬质金属坯件由于粘结剂迁移而增加体积并且所述至少两个硬质金属坯件中的第二硬质金属坯件由于扩散的粘结剂引起的体积减小而收缩，增加和收缩的程度使得所述至少两个硬质金属坯件在烧结接合后无间隙地以材料锁合方式彼此连接，所以接合面不必具有高的几何精度。另外，简化了第一硬质金属坯件在第二硬质金属坯件的开口或空腔中的放置，因为第一硬质金属坯件可以基本上没有力地被引入。根据本发明的方法的一个特别的优点在于，由于第一硬质金属坯件的膨胀和第二硬质金属坯件的收缩，在引入过程中留存的间隙总归消失了并且因此位置正确的引入并不重要。优选地，在先前的接合面的整个表面上存在材料锁合的连接。
如果所述至少两个硬质金属坯件中的第一硬质金属坯件具有较低的粘结剂含量(与晶粒大小无关)，则由于较低的粘结剂含量，该第一硬质金属坯件具有比第二硬质金属坯件小的热膨胀系数。因此，当加热时，第一硬质金属坯件的膨胀程度小于第二硬质金属坯件。
常见硬质金属的热膨胀系数在5-7·10-6K-1的范围内。碳化钨的热膨胀系数为5.2·10-6K-1，显著低于钴(12.4·10-6K-1)。
硬质金属的热膨胀系数与粘结剂金属(例如钴)的含量大致根据混合规则成比例，据此，粘结剂金属含量低的硬质金属的热膨胀系数低于粘结剂金属含量较高的硬质金属的热膨胀系数(参见硬质金属工作者手册(Hartmetall für den Praktiker)；WolfgangSchedler,VDI出版社，1988年)。
由于第一硬质金属坯件的粘结剂含量相对于第二硬质金属坯件较低和/或由于第一硬质金属坯件的晶粒尺寸相对于第二硬质金属坯件较小，发生从第二硬质金属坯件至第一硬质金属坯件的粘结剂迁移。在两个硬质金属坯件尽管存在间隙但在烧结接合开始时已经接触的位置首先开始粘结剂迁移。粘结剂迁移导致第一硬质金属坯件的膨胀和第二硬质金属坯件的收缩。优选地，在先前的接合面的整个表面上形成材料锁合的连接。由于液相的存在，接合过程是无应力的。接合区中的可能的缺陷(即其中例如由于芯和/或套的弯曲而没有发生间隙的完全润湿或桥接的位置)可以由此被消除。
在通过根据本发明的方法来生产的切削工具坯件或切削工具的情况下，第一硬质金属坯件形成第一(内部)区域，而第二硬质金属坯件形成第二(外部)区域。
由于具有较低粘结剂含量的第一硬质金属坯件的热膨胀系数低于具有较高粘结剂含量的第二硬质金属坯件的热膨胀系数，第二硬质金属坯件具有比第一硬质金属坯件更强的收缩趋势。在完成的切削工具坯件或切削工具中，这导致在外部区域(套)中留有拉应力，由于存在着的力平衡，所述拉应力将压应力施加到芯(先前的第一硬质金属坯件)和接合区上。由此来实现特别稳定的连接。
从第二硬质金属坯件至第一硬质金属坯件的粘结剂迁移开始于这两个硬质金属坯件尽管存在间隙但在烧结接合开始时已经接触的位置。
所述至少两个硬质金属坯件的有间隙的布置可以使得在所述至少两个硬质金属坯件之间尽管存在至少一个线接触区或面接触区，但是在所述至少两个硬质金属坯件之间至少局部地留有间隙。接触区中的接触可以直接存在于所述至少两个硬质金属坯件之间，或者通过在所述至少两个硬质金属坯件之间布置箔或膜(例如为了改善润湿或定位，以便例如避免各个组成部分的滑动)而间接地进行。
线接触区或面接触区可以例如简单地在利用所述至少两个硬质金属坯件的自重的情况下通过所述至少两个硬质金属坯件的横置放置而产生。替选地，可以在所述至少两个硬质金属坯件之间(例如通过用重物加重或通过夹紧装置)施加额外的按压力。
如果间隙具有约1μm至约200μm的间隙量，则第一和第二硬质金属坯件在没有力影响下的贴靠接合或交错接合是可能的。换句话说，可以规定：位于内部的第一硬质金属坯件不必在烧结接合之前被压入位于外部的第二硬质金属坯件的为其所设置的配合(Passung)中，而是可以以一定的间隙被推入到该第二硬质金属坯件中。
优选地规定：所述至少两个硬质金属坯件在烧结接合之前被烧结完成，即被烧结至全密度。
可以规定：所述至少两个硬质金属坯件具有不同的粘结剂掺杂，即对钴的添加物，诸如Mo2C、TiC、TaC、碳化钒。借此，可以在所述至少两个硬质金属坯件的生产期间在烧结接合之前对晶粒生长进行影响。尤其由不同的粘结剂掺杂导致的不同晶粒尺寸会由于润湿性的不同(晶粒尺寸越小，毛细作用越大并且借此粘结剂迁移越大)而在紧接着的烧结接合过程中影响粘结剂的扩散程度。
在一个优选的实施例中规定：所述至少两个硬质金属坯件中的第一硬质金属坯件和所述至少两个硬质金属坯件中的第二硬质金属坯件沿着共同的纵轴布置。因此可以生产用于切削工具或切削工具坯件的旋转对称的复合体，该旋转对称的复合体局部具有不同的材料特性，而且仍具有在这两个硬质金属坯件之间的材料锁合和形状锁合的连接。
可以规定：所述至少两个硬质金属坯件在烧结接合之前在轴向上彼此布置成使得所述至少两个硬质金属坯件中的其中一个硬质金属坯件沿轴向观察局部位于所述至少两个硬质金属坯件中的另一个硬质金属坯件的前方，由此可以在烧结接合之前在这两个硬质金属坯件之间形成轴向间隙。该布置既可以沿着至少一个硬质金属坯件的纵轴或朝着至少一个硬质金属坯件的纵轴的方向平行地进行或者也可以与至少一个硬质金属坯件的纵轴横向地进行。因此，除了径向的材料锁合之外，还可以实现轴向的材料锁合。以这种方式，第一硬质金属坯件可以例如用作封闭件或塞子，其不是径向而是轴向地被附接，以便至少部分地封闭第二硬质金属坯件中的开口。
也可以规定：硬质金属坯件之间发生轴向和径向的材料锁合。
必要时，也需要的是在烧结接合过程中不仅填充第一和第二硬质金属坯件之间的径向间隙，而且填充以间隙形式的轴向间距。因此，即使在硬质金属坯件彼此轴向对齐的情况下或在制造该硬质金属坯件的轴向接合面的情况下也不一定需要高精度，这简化了复合体的生产。
替选地，可以规定：所述至少两个硬质金属坯件中的第一硬质金属坯件完全位于所述至少两个硬质金属坯件中的第二硬质金属坯件的开口或空腔内。
可以规定：第一和第二硬质金属坯件中的粘结剂含量按重量计在3重量％至20重量％之间的范围内变动。因此，在第一和第二硬质金属坯件之间的粘结剂含量不同的情况下，粘结剂含量的差异最大为17重量％。两个硬质金属坯件之间的粘结剂含量的最小差异为1重量％，特别优选至少2重量％。
可以规定：第二硬质金属坯件的外径以及因此复合体或切削工具及其烧结接合的坯件的外径在2mm至30mm之间的范围内。在烧结接合的复合体的内部可以设置至少一个冷却通道，该至少一个冷却通道具有0.03mm至5mm的直径。
优选地，该至少一个冷却通道是扭转的(verdrallt)，即它遵循螺旋曲线。如果由作为主题的硬质金属坯件制成的工具，比如钻孔工具，具有螺旋槽，则位于内部的冷却通道优选沿螺旋槽延伸。
为此，位于内部的冷却通道应具有与螺旋槽相同的斜率，否则冷却通道可能会在研磨过程中暴露出来。
出于实际原因，位于内部的冷却通道的扭转角大多与硬质金属坯件的外径有关。
通道的实际螺距是通道与纵轴的径向距离的函数。通常通过在挤出过程中施加扭转来引入扭转。该制造路线关于可实现的扭转对于外径设置了一定的限制。在较大外径的情况下，相比于较小外径只能实现较小的扭转。
该至少一个冷却通道相对于第一硬质金属坯件的纵轴延伸的扭转角例如在15°到60°之间，相对于第一硬质金属坯件的外径而言。这在第一硬质金属坯件的外径为0.7mm至40mm的的情况下是可能的。
替选地，可以使用如下那个轴向偏移来描述扭转角，该至少一个冷却通道通过该轴向偏移完成旋转一周。这样的表示例如是以毫米为单位的螺距来进行，其指的是冷却通道旋转360°的轴向延伸。
第一硬质金属坯件例如以挤压工艺的形式生产，其中在挤压期间附带形成该至少一个冷却通道。
在具有至少0.7mm的外径的用于微型钻头的挤压硬质金属坯件的情况下，根据上述扭转角得到至少2.5mm的螺距。在此，该至少一个冷却通道的直径为至少0.03mm。
在例如直径最高达约30mm的较大的挤压硬质金属坯件的情况下，螺距最大为400mm。在此，冷却通道的直径最高可达5mm。在硬质金属坯件的较大外径(>15mm)的情况下，冷却通道的直径通常在1.5mm至3mm之间。
具有至少两个由硬质金属制成的区域——所述至少两个区域在其机械性能、优选硬度和/或抗弯强度和/或韧性方面彼此不同——的根据本发明的切削工具坯件或根据本发明的切削工具的特征在于，所述至少两个由硬质金属制成的区域至少局部地彼此布置成使所述至少两个由硬质金属制成的区域中的第一区域至少局部地位于所述至少两个由硬质金属制成的区域中的第二区域内，并且在所述至少两个由硬质金属制成的区域之间就粘结剂含量而言存在具有从第一区域向第二区域的升高走向的过渡区域，并且就硬度而言存在具有朝着第二区域的方向减小的硬度走向的过渡区域。
规定一种特别优选的切削工具坯件或特别优选的切削工具，该切削工具坯件或该切削工具具有至少一个内部的、优选扭转的冷却通道。
特别优选地规定：第一区域具有比第二区域更高的硬度。这可以例如通过较低的粘结剂含量和/或较小的晶粒尺寸来实现。成品切削工具中的内部较硬区域可以是具有切削刃或切削区域的那个区域。如果设置至少一个冷却通道，则该至少一个冷却通道优选地同样布置在内部区域中。
其中成品切削工具中的内部较硬区域是具有切削刃或切削区域的那个区域的实施例具有以下特殊优点：
如果外部区域和在内部区域与外部区域之间的接合区基本上被完全去除、例如通过研磨基本上被完全去除，则承载切削刃或切削区域的区域基本上没有接合区。除了较高的硬度，这附加地对于承载切削刃或切割区域的区域的机械性能来说有利。
在另一种优选的情况下——其中成品切削工具中的内部区域的粘结剂含量低于外部区域，附加地实现了具有较高粘结剂含量的形成柄的外部区域具有高的韧性和良好的阻尼特性。此外，通过根据本发明的方法在不同粘结剂含量的情况下被施加到接合区上的固有压应力导致外部区域和内部区域之间的特别可靠的连接。
在本发明的一个实施例中可以规定：在烧结接合的切削工具上形成工具研磨，使得沿着第一区域(硬质芯)中的纵截面并沿着第二区域(韧性套)中的邻接的纵截面形成容屑槽或切削刃。在这样的实施例中，前方的(受力更重的)切削刃也由较硬的芯形成；更靠后的切削刃(其形成埋头孔区域)由韧性更高的套形成。
特别是在直径较小的切削工具坯件或切削工具的情况下，在测量时为了改善粘结剂含量和/或硬度分布的空间分辨率而可能需要规定长度相对于线性走向而言增大的测量路径(例如螺旋走向)，以便一方面在各个测量点之间具有足够的距离，从而隔离由于测量而引起的压缩作用，而另一方面具有足够的测量点以实现所希望的空间分辨率。
对粘结剂含量的测量可以例如通过化学分析方法、如X射线荧光分析或能量色散X射线光谱法(EDX)来进行。
对硬度的测量可以例如通过根据ISO 3878的维氏(Vickers)硬度测量来进行，例如在HV1至HV30的范围内。
本发明的一个优选的实施例涉及一种切削工具坯件，该切削工具坯件优选地用于钻头或铣刀，特别优选地用于具有至少一个内部冷却通道的切削工具，该内部冷却通道可以构造为直的或扭转的。另一优选的实施例涉及这种切削工具，即进一步被加工的坯件。
本发明能特别有利地被用于生产配备有至少一个内部的扭转的冷却通道的切削工具坯件或切削工具。这种扭转的冷却通道通常是借助于挤出工艺来生产的。现有技术的缺点在于：由于通过挤压生产，因此难以产生强的扭转或换句话说大的扭转角，这是因为被挤压的材料的变形能力有限。在本发明中，可以单独地制造坯件的应具有至少一个内部的扭转的冷却通道并且具有比成品坯件更小的外径的那个部分(第一硬质金属坯件)。由于具有该至少一个冷却通道的第一硬质金属坯件的直径较小，可以以简化的方式进行硬质金属坯件、切削工具坯件或成品切削工具的扭转或螺距的产生。在分别烧结坯件的套筒形部分(第二硬质金属坯件)和坯件的具有该至少一个冷却通道的杆状部分(第一硬质金属坯件)之后，可以用根据本发明的方法将两个构件结合成复合体，其中第一区域具有该至少一个冷却通道，并且沿径向观察至少局部地位于第二区域内。
优选地，可以规定：第一硬质金属坯件(关于该方法)或第一区域(关于该切削工具坯件或该切削工具)的外径大于等于0.4mm至20mm，优选0.7mm至10mm，和/或第一硬质金属坯件(关于该方法)或第二区域(关于该切削工具坯件或该切削工具)的外径在2mm至35mm的范围内。进一步优选的是针对具有第一硬质金属坯件的在0.4mm至3mm之间的外径的小型钻头或微型钻头的应用。
可以特别容易地生产具有至少一个内部冷却通道的强烈扭转并兼具承载切削几何形状的那个区域的小直径的切削工具坯件或切削工具。
附图说明
依据附图来讨论本发明的实施例。其中：
图1示出至少两个硬质金属坯件，它们在烧结接合前在径向上彼此有间隙地布置，
图2示出烧结后的至少两个硬质金属坯件，
图3a、b示出根据本发明的烧结接合的复合体的第一实施例，
图4a、b示出根据本发明的烧结接合的复合体的第二实施例，
图5a、b示出根据本发明的烧结接合的复合体的第三实施例，
图6a、b示出根据本发明的烧结接合的复合体的第四实施例，
图7a、b示出根据本发明的烧结接合的复合体的第五实施例，
图8示出扩散过程的示意图，
图9示出根据本发明的方法的示意图，
图10示出根据上图的方法得到的复合体，
图11a示出具有示意性布置的测量点的复合体的实施例的示意图，
图11b示出根据本发明的复合体的测量值和测量点，
图12a示出具有示意性布置的测量点的复合体的实施例的另一示意图；
图12b示出根据本发明的复合体的测量值，
图13a、b示出至少一个冷却通道的扭转角，
图14a-c示出根据本发明的切削工具的生产步骤，并且
图15a、b示出另一种根据本发明的切削工具的生产步骤。
具体实施方式
图1涉及根据本发明的用于制造由硬质金属制成的复合体3的方法，该方法使用至少两个硬质金属坯件1、2，所述金属坯件在粘结剂含量和/或硬质材料相的晶粒尺寸方面彼此不同。
所述至少两个硬质金属坯件1、2在烧结接合之前在径向上彼此布置成使得所述至少两个硬质金属坯件1、2中的具有较低粘结剂含量和/或较小晶粒尺寸的第一硬质金属坯件1沿径向观察至少局部地位于所述至少两个硬质金属坯件1、2中的第二硬质金属坯件2的开口9或空腔10内。在图1中可以看出：所述至少两个硬质金属坯件1、2彼此有径向间隙地布置，确切地说使得在所述至少两个硬质金属坯件1、2之间存在至少一个线接触区或面接触区，但是在所述至少两个硬质金属坯件1、2之间至少局部地留有间隙6。
在烧结接合过程中，产生所述至少两个硬质金属坯件1、2的粘结剂的液相，并将其保持直到由于粘结剂的扩散而使所述至少两个硬质金属坯件1、2中的第一硬质金属坯件1膨胀并且所述至少两个硬质金属坯件1、2中的第二硬质金属坯件2收缩，膨胀和收缩的程度使得所述至少两个硬质金属坯件1、2在烧结接合后无间隙地以材料锁合方式彼此连接(参见图2)。
图3a至图7a分别以经过包含复合体3的纵轴LA的平面的剖视图示出了根据本发明的复合体3的实施例，所述复合体为用于切削工具7的坯件的形式(参见图10)。图3b至图7b示出相应的透视图，其中为了更清晰起见，省去了本身被掩盖并因此不可见的线的虚线表示。
图3a、b的第一实施例示出了复合体3，其中所述至少两个硬质金属坯件1、2中的第一硬质金属坯件1完全位于所述至少两个硬质金属坯体1、2中的第二硬质金属坯件2的开口9或空腔10内。
图4a、b至7a、b的第二至第五实施例分别示出复合体3，其中所述至少两个硬质金属坯件1、2在烧结接合之前沿着纵轴LA彼此轴向布置成使得所述至少两个硬质金属坯件1、2中的其中一个硬质金属坯件1、2沿轴向观察局部地位于所述至少两个硬质金属坯件1、2中的另一个硬质金属坯件1、2的前方。
在图4a、b的第二实施例中，设置用于冷却液的沿着纵轴LA延伸的直的冷却通道8。在此，第一硬质金属坯件1局部地从第二硬质金属坯件2突出。与所示的不同，第一硬质金属坯件1也可以与第二硬质金属坯件2齐平地终止(图3a)，或者也可以沉没在该第二硬质金属坯件中。
在图5a、b的第三实施例中，设置用于冷却液的两个沿着纵轴LA延伸的螺旋冷却通道8。在此，在图5a、b中，第一硬质金属坯件1局部地从第二硬质金属坯件2突出。但是也可以规定：第一硬质金属坯件1与第二硬质金属坯件2齐平地终止。
在图6a、b的第四实施例中，设置用于冷却液的沿着纵轴LA延伸的直的冷却通道8，两个冷却通道8从该直的冷却通道横向于纵轴LA分叉并通向冷却剂的排出口11。与所示的不同，第一硬质金属坯件1例如也可能会不沿着第二硬质金属坯件2的纵轴LA延伸，而是在一个区域内可以与其平行地延伸或者也可以以一角度相对其倾斜地延伸。因此，第一硬质金属坯件1例如也可能会布置在至少一个布置在复合体3侧面的排出口11中，并且因此例如仅用作密封塞或用作排出喷嘴、节流阀等。
在图7a、b的第五实施例中，在第二硬质金属坯件2中(烧结接合前)或在第二区域4中(烧结接合后)设置台阶12，该台阶构成用于第一硬质金属坯件1(烧结接合前)或第一区域5(烧结接合后)的轴向止挡件。当然，在其它实施例中也可能会设置这种止挡件。
图8旨在示意性地表示扩散过程，该扩散过程导致粘结剂颗粒13从第一硬质金属坯件1中较高粘结剂浓度/较高粘结剂含量的区域扩散到第二硬质金属坯件2中较低粘结剂浓度的区域中。通过粘结剂含量(Co含量)的这种均衡，在扩散过程中也产生体积流和/或质量流。
图9中示出根据本发明的方法的各个步骤：
首先，在步骤14中，制造两个硬质金属坯件1、2，例如通过压制过程和紧接着的烧结过程来制造两个硬质金属坯件1、2。紧接着，为了更高的精度，必要时在步骤15中在一个或两个硬质金属坯件1、2上进行研磨过程。还可以规定：所述两个硬质金属坯件1、2中的至少一个是通过腐蚀工艺来被制造，其中烧结接合所需的关于几何形状和/或接合面的精度直接通过腐蚀工艺来产生。在此，可以省略或仅部分地进行诸如研磨或珩磨那样的后处理步骤。在步骤16中，将这两个硬质金属坯件在有径向间隙的情况下彼此排列或对齐，并以这种布置共同在步骤17中被烧结接合。这样产生的复合体3可以在步骤18中进一步加工，例如加工成切削工具坯件或切削工具7(见图10)，其中由第二硬质金属坯件2形成柄并且由第一硬质金属坯件1形成切削刃11。在烧结接合过程中使用例如1100℃至1600℃的温度。步骤17中的烧结可以在压力下进行，其中0巴至1000巴之间的压力是可行的。在此，粘结剂的晶粒尺寸在约0.4μm-约5μm之间，基于重量的粘结剂含量在3重量％至20重量％之间。
图11a示出具有不同粘结剂含量的两个硬质金属坯件1、2。在此，第一硬质金属坯件1的粘结剂含量为约6重量％，第二硬质金属坯件2的粘结剂含量为约10重量％。各个测量点MP示例性且示意性地表示硬质金属坯件1、2的粘结剂含量、硬度或韧性，这在图11b中更详细地说明。
图11b以图表示出沿着横坐标(x轴)的来自图11a的测量点MP的不同测量值。在此，x轴上的数字不是直接表示径向距离，而是表示测量点的数量。另外，在表的左侧沿着纵坐标(y轴)给出在1560至1720范围内的维氏硬度(HV)。相比之下，在右侧沿着纵坐标(y轴)示出材料的断裂韧性(Klc)。在此，该值在9.5至11.0[MPa*m0.5]的范围内。
在右边可以看到粘结剂含量为6重量％的第一(内部)区域5，在左边可以看到粘结剂含量为10重量％的第二(外部)区域4。粘结剂(在本实施例中为碳化钨)的颗粒大小小于1μm。
以三角形形式表示的测量点显示的是维氏硬度(HV)，以圆的形式表示的测量点显示的是断裂韧性(Klc)。因此，从该图表和测量结果能得知：第一区域5和第二区域4之间在硬度和断裂韧性方面存在差异，这是由于粘结剂含量不同所致。
图12a同样示意性地示出在第一区域5中具有不同粘结剂含量的另一实施例。在这种情况下，该粘结剂含量为7.5重量％。因此，获得了不同的硬度值和韧性值，这些不同的硬度值和韧性值可以从与图11b中的图表类似的图12b中的图表得知。
第一硬质金属坯件1例如以挤压工艺的形式来被制造，其中在挤压期间附带形成至少一个冷却通道8。
图13a示出第一硬质金属坯件1，在其上引入了扭转角α。扭转角α通过第一硬质金属坯件1的外径dr上相对于纵轴LA的扭转的螺距来被规定。扭转角α在15°和60°之间。在本图示中，可以看到在第一硬质金属坯件1的外周上的肋条，这些肋条是由挤压产生的，其中第一硬质金属坯件1的外径dr在这些肋条之间的区域处确定。冷却通道8的直径用dk表示。
图13b示出了螺距S，其由至少一个冷却通道8的扭转所得到。因此，螺距S由至少一个扭转的冷却通道8在绕纵轴LA每完整旋转360°的情况下沿着纵轴LA的轴向偏移所得到。因此，根据扭转角α，在具有至少0.7mm的外径dr的用于微型钻头的挤压硬质金属坯件1的情况下，得到至少2.5mm的螺距S。在此，该至少一个冷却通道8的直径dk为至少0.03mm。
在较大的被挤压的第一硬质金属坯件1的情况下，其具有例如最大为约30mm的直径，螺距S最大为353mm。在此，冷却通道的直径dk在2mm至5mm之间。
图14a示出根据本发明的方法来制造的切削工具坯件，该切削工具坯件具有内部的第一区域和外部的第二区域5、4，其中第一区域5具有比第二区域4更大的硬度(并且具有更低的粘结剂含量，因此也具有更低的热膨胀系数)。
在图14b和14c中示出处理步骤的结果，其中例如通过研磨来在根据图14a的切削工具坯件的轴向端部的区域中已将外部区域4以及内部与外部区域5、4之间的接合区基本完全去除，从而承载切削刃或切削区域19的区域基本上没有接合区。在切削工具7的该实施例中，切削区域19仅仅布置在内部区域5上。具有更佳阻尼特性的更有韧性的套(外部区域4)形成柄区段。
图15a和15b中所示的实施例与图14a-c中的那个实施例的不同之处仅在于，这里至少一个切削刃延伸到套上的圆锥形部分上(外部区域4)，该圆锥形部分因此可以用作埋头孔。
附图标记列表：
1 第一硬质金属坯件
2 第二硬质金属坯件
3 复合体
4 第一区域
5 第二区域
6 间隙
7 切削工具坯件或切削工具
8 冷却通道
9 开口
10 空腔
11 排出口
12 台阶
13 粘结剂颗粒
14 根据本发明的方法的步骤
15 根据本发明的方法的步骤
16 根据本发明的方法的步骤
17 根据本发明的方法的步骤
18 根据本发明的方法的步骤
19 切削区域
LA 纵轴
α 扭转角
S 螺距
dr 坯件直径
dk 冷却通道直径

Claims (17)

1.一种由硬质金属制成的烧结接合的复合体(3)的制造方法，其中：
-将在粘结剂含量和/或硬质材料相的晶粒尺寸方面彼此不同的至少两个硬质金属坯件(1、2)烧结接合成复合体(3)，
-将所述至少两个硬质金属坯件(1、2)在烧结接合之前彼此布置成使得所述至少两个硬质金属坯件(1、2)中的具有较低粘结剂含量和/或较小晶粒尺寸的第一硬质金属坯件(1)至少局部地位于所述至少两个硬质金属坯件(1、2)中的第二硬质金属坯件(2)的开口(9)或空腔(10)内，
其特征在于
-所述至少两个硬质金属坯件(1、2)在烧结接合之前彼此有间隙地布置，并且
-在烧结接合过程中，产生所述至少两个硬质金属坯件(1、2)的粘结剂的液相，并将其保持直到由于所述粘结剂的扩散而使所述至少两个硬质金属坯件(1、2)中的所述第一硬质金属坯件(1)由于所述粘结剂的扩散而增加体积并且所述至少两个硬质金属坯件(1、2)中的所述第二硬质金属坯件(2)由于扩散的所述粘结剂导致体积减小而收缩，所述增加和收缩的程度使得所述至少两个硬质金属坯件(1、2)在烧结接合后无间隙地以材料锁合方式彼此连接,由于液相的存在，接合过程是无应力的,并且接合区中的可能的缺陷能够由此被消除。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少两个硬质金属坯件(1、2)中的所述第一硬质金属坯件(1)插入所述至少两个硬质金属坯件(1、2)中的所述第二硬质金属坯件(2)的所述开口(9)或所述空腔(10)内，使得尽管在所述至少两个硬质金属坯件(1、2)之间存在至少一个线接触区或面接触区，但是在所述至少两个硬质金属坯件(1、2)之间至少局部地留有间隙(6)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述间隙(6)具有1μm至200μm的间隙量。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述至少两个硬质金属坯件(1、2)在烧结接合之前被烧结完成。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述至少两个硬质金属坯件(1、2)中的至少一个硬质金属坯件中粘结剂含量的重量百分比在3重量％至20重量％之间选择，其中所述第一硬质金属坯件(1)和所述第二硬质金属坯件(2)之间的粘结剂含量的最大差异选择为17重量％，并且粘结剂含量的最小差异选择为1重量％。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一硬质金属坯件(1)和所述第二硬质金属坯件(2)之间的粘结剂含量之差至少为2重量％且最大为17重量％。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述至少两个硬质金属坯件(1、2)具有不同的粘结剂掺杂。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述至少两个硬质金属坯件(1、2)中的所述第一硬质金属坯件(1)和所述至少两个硬质金属坯件(1、2)中的所述第二硬质金属坯件(2)沿着共同的纵轴(LA)布置。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述至少两个硬质金属坯件(1、2)中的所述第一硬质金属坯件(1)完全处在所述至少两个硬质金属坯件(1、2)中的所述第二硬质金属坯件(2)的所述开口(9)或所述空腔(10)内。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其中在烧结接合所述至少两个硬质金属坯件(1、2)之前，通过珩磨或研磨对所述至少两个硬质金属坯件(1、2)中的一个或多个硬质金属坯件的接合面进行加工。
11.一种利用根据权利要求1至10中的任一项所述的方法来制造的烧结接合的切削工具坯件或烧结接合的切削工具(7)，所述烧结接合的切削工具坯件或烧结接合的切削工具具有至少两个由硬质金属制成的区域(4、5)，所述区域在其硬度和/或抗弯强度和/或韧性方面彼此不同，其特征在于，所述至少两个由硬质金属制成的区域(4、5)至少局部地彼此布置成使得所述至少两个由硬质金属制成的区域(4、5)中的第一区域(5)至少局部地位于所述至少两个由硬质金属制成的区域(4、5)中的第二区域(4)内，并且在所述至少两个由硬质金属制成的区域(4、5)之间就粘结剂含量而言存在具有从所述第一区域(5)向所述第二区域(4)的升高走向的过渡区域，并且就硬度而言存在具有沿第二区域(4)的方向减小的硬度分布的过渡区域，其中所述第一区域(5)具有比所述第二区域(4)更大的硬度，并且所述第一区域(5)从所述第二区域(4)局部地突出，设置至少一个内部的冷却通道。
12.根据权利要求11所述的切削工具坯件或切削工具，其中设置至少一个内部的扭转的冷却通道(8)。
13.根据权利要求11或12所述的切削工具坯件或切削工具，其中以沿着至少一个扭转的冷却通道(8)的轴向偏移为形式的螺距在绕纵轴(LA)每完整旋转360°的情况下为至少2mm至最大250mm。
14.根据权利要求11或12所述的切削工具坯件或切削工具，其特征在于，所述第一区域(5)的外径在0.4mm至20mm范围内，和/或所述第二区域(4)的外径在2mm至35mm范围内。
15.根据权利要求14所述的切削工具坯件或切削工具，其特征在于，所述第一区域(5)的外径在0.7mm至10mm范围内。
16.根据权利要求11或12所述的切削工具坯件或切削工具，其特征在于，所述第二区域(4)的外径与所述第二区域(4)的内径之比最大为十倍。
17.根据权利要求11或12所述的切削工具坯件或切削工具，其特征在于，所述切削工具坯件或切削工具(7)的外径最大为40mm，并且所述至少一个冷却通道(8)的扭转角(α)在15°至60°之间。
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