DD203750A1

DD203750A1 - HARDMETAL CUTTING PLATE FOR HEAVY-DUTY STAIRS

Info

Publication number: DD203750A1
Application number: DD23730882A
Authority: DD
Inventors: Elke Schoeneburg; Klaus Voigt
Original assignee: Immelborn Hartmetallwerk
Priority date: 1982-02-10
Filing date: 1982-02-10
Publication date: 1983-11-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hartmetallschneidplatte aus einer WC-Co-Legierung fuer die spanende Bearbeitung schwerspanbarer Staehle, wie rost-, saeure- und hitzebestaendiger Staehle mit hohem Nickel- und Chromgehalt. Es ist das Ziel der Erfindung, das Verschleiszverhalten von Hartmetallschneidplatten aus WC-Co-Legierungen bei der spanenden Bearbeitung von schwerspanbaren Staehlen zu verbessern. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Hartmetallschneidplatten die Diffusion von versproedend wirkenden Stahlbestandteilen, insbesondere von Eisen und Chrom in die Oberflaechenzone der Hartmetallschneidplatte zu verhindern, um damit auch der waehrend des Zerspanungsvorganges auftretenden Bildung von Aufbauschneiden entgegen zu wirken. Diese Aufgabe wird erfindungsgemaesz dadurch geloest, dasz die Hartmetallschneidplatte mit einer Diffusionsbarriere aus in die Co-Bindemetallphase eindiffundiertem Nickel versehen ist. Es ist zweckmaeszig, die Herstellung der Diffusionsbarriere in Hartmetallschneidplatten nach einem thermischen Gluehbehandlungsverfahren herzustellen, bei dem die in Nickelpulver eingepackten Hartmetallschneidplatten in einer H&ind2!-Atmosphaere mit einer Temperatur zwischen 1000 und 1200 Grad C bei einer Haltezeit von 1,5 bis 3 Stunden diffusionsbehandelt werden.The invention relates to a hard metal cutting plate of a WC-Co alloy for the machining of schwerspanbarer steels, such as stainless, acid and heat-resistant steels with high nickel and chromium content. It is the object of the invention to improve the wear behavior of cemented carbide inserts made of WC-Co alloys in the machining of heavy-duty steels. The invention has for its object to prevent in hard metal cutting the diffusion of versproedend acting steel components, in particular of iron and chromium in the surface zone of the carbide cutting plate, so as to counteract also occurring during the cutting process formation of built-up edges. This object is achieved according to the invention by providing the hard metal cutting plate with a diffusion barrier of nickel diffused into the Co binder metal phase. It is expedient to produce the diffusion barrier in hard metal cutting plates by a thermal heat treatment method in which the cemented carbide cutting plates wrapped in nickel powder are diffusion-treated in a H & sub2 2 atmosphere having a temperature between 1000 and 1200 degrees C with a holding time of 1.5 to 3 hours ,

Description

HartmetallschneidOlatte für schwerspanbare StähleCarbide cutting disc for heavy-duty steels

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Hartmetallschneidplatte aus einer vTG-Cc—-Legierung für die spanende Bearbeitung schwer spanbarer Stähle, wie rost-, säur-e- und hitzebeständig er Stähle mit hohem Nickel- und Chromgehalt.The invention relates to a hard metal cutting plate made of a vTG-Cc - alloy for the machining of hard-to-cut steels, such as stainless, acid-e and heat-resistant steels with high nickel and chromium content.

Charakteristik der bekannten technischen LösunsrenCharacteristic of the known technical solutions

¹O ^x ¹ O ^x

Der Einsatz von Hartmetallschneidplatten für die spanende Bearbeitung von rost-, säure- und hitzebeständigen Stählen ist infolge des starken 7erschleißes an den Schneidkanten der Hartmetallformstücke mit vielen Problemen verbunden. Die Yerschleißvorgänge weichen infolge des hohen Hickel- und Chromgehaltes der rost-, säure- und hitzebeständigen Stahllegierungen völlig von denen der übrigen Stähle ab. Beim Drehen und Fräsen mit den bekannten handelsüblichen Hartmatallscrten entstehen durch die werkstoffbedingten speziellen Verschleißvorgänge Aufbauschneiden und Ausbrüche an den Schneidkanten, was ein vorzeitiges Standzeitende desThe use of carbide inserts for the machining of stainless, acid and heat resistant steels is associated with many problems due to the severe erosion at the cutting edges of the hard metal fittings. The Yerschleißvorgänge differ due to the high hickel and chromium content of the rust, acid and heat resistant steel alloys completely from those of the other steels. When turning and milling with the well-known standard Hartmatallscrten caused by the material-related special wear processes built-up cutting and breakouts on the cutting edges, resulting in premature end of life of

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Schneidstoffes zur Folge hat. Es ist bekannt, daß die ¥ersohleißvorgänge, die bei der Zerspanung rost-, säure- und hitzebeständiger Stähle auftreten, überwiegend auf Diffusion smechanismen zwischen den Eisenbestandteilen in Stahl und den WC-Cο-Anteilen im'Hartmetall beruhen (Dissertation, Gase, Gisela, TH Karl-Marx-Stadt 1975):Cutting material has the consequence. It is known that the erosion processes that occur in the machining of stainless, acid and heat-resistant steels are based predominantly on diffusion mechanisms between the iron constituents in steel and the WC-Co fractions in hard metal (dissertation, gases, Gisela, TH Karl Marx City 1975):

,Fe-Co-Einlagerung, Fe-Co-storage

Diffusion Pe (Stahl) **- HartmetallDiffusion Pe (steel) ** - tungsten carbide

Darüber hinaus diffundieren die Hickelanteile vom Stahl in das Hartmetall:In addition, the hickel shares diffuse from the steel into the carbide:

ITi (Stahl) ϋ±ϋί±£=Η^ Hartmetall —*> Hi-So-IIi schkr ist allITi (steel) ϋ ± ϋί ± £ = Η ^ carbide -> Hi-So-IIi schkr is all

Zur Minimierung dieser Verschleißvorgänge ist es naheliegend, solche Hartmetallegierungen einzusetzen, die Diffusion sinhib it or en, ζ. Β. TiC, TaC (als Legierungsbestandteil oder als Oberflächenschicht) enthalten. Der Zusatz solcher diffusionshemmender Hart stoffe, wie z. B. TiC und TaC in der Legierung oder als Oberflächenschicht hat den Nachteil, daß eine Verschweißung zwischen Span und Schneidstoff infolge schlechter Wärmeabfuhr begünstigt wird. Wegen der schlechten Wärmeabfuhr solcher Hartmetallegierungen, die Hartstoffe niedriger Wärmeleitfähigkeit enthalten, bilden sich bei den hohen Zerspanungstemperaturen Aufbauschneiden, die zu vorzeitigen Kantenausbrüchen führen. Gelangen Hartmetalle zum Einsatz, z. B. WC-Cο-Hartmetall, die eine relativ gute Wärmeleitfähigkeit besitzen, entstehen bei den hohen Zerspanungstemperaturen Ausbröckelungen durch den IColkversohleiß. Mit den bekannten herkömmlichen Hartmetalllegierunsen einschließlich beschichteter ist es somit nichtTo minimize these wear processes, it is obvious to use such hardmetal alloys, the diffusion sinhib it or en, ζ. Β. TiC, TaC (as an alloying ingredient or as a surface layer). The addition of such diffusion-inhibiting Hart materials, such. B. TiC and TaC in the alloy or as a surface layer has the disadvantage that a welding between chip and cutting material is favored due to poor heat dissipation. Due to the poor heat dissipation of such hardmetal alloys, which contain hard materials of low thermal conductivity, built-up edges form at the high cutting temperatures, which lead to premature edge breakouts. Get hard metals used, eg. As WC-CO-carbide, which have a relatively good thermal conductivity, caused by the IColkversohleiß at the high cutting temperatures chipping. It is therefore not with the known conventional carbide alloy spinners including coated

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möglich, den bei den honen Zerspanungstemperaturen auftretenden Diffusionsprozeß von vornherein zu verhindern, ohne die Wärmeabfuhr zu verschlechtern·possible to prevent the diffusion process occurring at the hone machining temperatures from the outset without impairing the heat dissipation ·

Ziel der ErfindungObject of the invention

Es ist das Ziel der Erfindung, das 7erschleißverhalten von Hartmetallschneidplatten aus WC-Co-Legierungen bei der spanenden Bearbeitung von schwerspanbaren Stählen zu verbessern.It is the object of the invention to improve the wear behavior of WC-Co alloy cemented carbide inserts in the machining of heavy duty steels.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Hartmetallschneidplatten aus WC-Co-Legierungen die Diffusion von versprödend wirkenden Stahlbestandteilen, insbesondere von Eisen und Chrom in die Oberflächenzone der Hartmetallschneidplatte zu verhindern, um damit auch der während des Zerspanungsvorganges auftretenden Bildung von Aufbauschneiden entgegen zu wirken, ohne dabei die Wärmeleitfähigkeit der WC-Co-Legierung bzw. die physikalischen Legierungseigenschaften zu verändern.The invention has for its object to prevent hard-metal cutting plates made of WC-Co alloys, the diffusion of embrittling steel components, in particular of iron and chromium in the surface zone of the carbide cutting plate, so as to counteract also occurring during the cutting process formation of built-up edges, without changing the thermal conductivity of the WC-Co alloy or the physical properties of the alloy.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Hartmetallschneidplatte für die Bearbeitung schwerspanbarer Stähle mit einer Diffusionsbarriere aus in die Co-Bindemetallphase eindiffundiertem I-Iickel versehen ist. Obwohl eine Diffusionsbarriere aus Nickel im oberflächennahen Bereich der Hartmetallschneidplatte bereits eine erhebliche Verbesserung des Verschleißverhaltens bringt, wird eine optimale Verbesserung dadurch erreicht, daß sich die Diffusionsbarriere aus riickel in der Co-Bindemetallpliase über den gesamten-. Querschnitt der Hartmetallschneidplatte erstreckt.This object is achieved in that the carbide cutting plate for machining schwerspanbarer steels is provided with a diffusion barrier diffused into the Co-binder metal phase I-Iickel. Although a diffusion barrier of nickel in the near-surface region of the carbide cutting plate already brings a significant improvement in the wear behavior, an optimal improvement is achieved in that the diffusion barrier of riickel in the co-binder metal over the entire. Cross section of the carbide cutting plate extends.

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Es ist zweckmäßig, die Herstellung der Diffusionsbarriere in Hartmetallschneidplatten nach einem thermischen Glühbehandlungsverfahren herzustellen, bei dem die in Uickelpulver eingepackten Hartmetallschneidplatten in einer Hp-Atmosphäre mit einer Temperatur zwischen 1000 und 1200 ⁰G bei einer Haltezeit von 1,5 bis 3 Stunden diffusionsbehandelt werden· Bei der Anwendung dieses Verfahrens der Diffusion sbehandluiig kann dem Nickelpulver AIpO-, zugesetzt werden, damit eine Agglomeration vermieden wird.It is expedient to prepare the preparation of the diffusion barrier in carbide cutting inserts after a thermal Glühbehandlungsverfahren, wherein the wrapped in Uickelpulver hard-metal cutting plates are diffusion treated in a Hp-atmosphere with a temperature of 1000-1200 ⁰ G for a holding time of 1.5 to 3 hours · In the application of this method of diffusion sbehandluiig can be added to the nickel powder AIpO-, so as to avoid agglomeration.

Die erfindungsgemäße Errichtung der Diffusionsbarriere soll vorzugsweise bei Schneidplatten aus WG-Co-Hartmetallegierungen angewendet werden, die frei von Hart stoffen mit geringer Wärmeleitfähigkeit, wie 2. B. TiG, TaC sind und deren Bindemetallphase keine versprödend wirkende Zusätze aufweist. Durch die Diffusionsbehandlung der Schneidplatten mit nickel, wird Hickel in den Kobaltbinder eingebaut und eine gezielte Besetzung der freien Gitterstellen im Kobaltgitter erreicht, so daß die bei der Spanung hochlegierter Stähle einsetzende Diffusion bestimmter Stahlanteile, wie Chrom, ITi und Eisen in die Hartmetallegierung durch die errichtete Diffusionsbarriere blockiert wird. Die Wärmeleitfähigkeit und die Zähigkeit der Hartmetallegierung werden durch ilickeleinbau nicht herabgesetzt. Dadurch wird eine höhere Verschleißfestigkeit der Hartmetallegierung bei der Spanung rost-, säure- und hitzebeständiger Stähle bewirkt, wodurch eine Erhöhung der Standzeit solcher Hartmetallschneidplatten bis zu 50 % erreicht wird.The inventive construction of the diffusion barrier should preferably be applied to inserts of WG-Co-hard alloys that are free of hard materials with low thermal conductivity, such as 2. TiG, TaC and their binder metal phase has no embrittling acting additives. Due to the diffusion treatment of the cutting inserts with nickel, Hickel is incorporated into the cobalt binder and a targeted occupation of the free grid points in the cobalt lattice achieved, so that the onset of the cutting high-alloy steels diffusion of certain steel components, such as chromium, ITi and iron in the hard metal alloy by the erected Diffusion barrier is blocked. The thermal conductivity and the toughness of the hard metal alloy are not reduced by ilickeleinbau. As a result, a higher wear resistance of the hard metal alloy in the machining of stainless, acid and heat-resistant steels is effected, whereby an increase in the service life of such carbide cutting plates is achieved up to 50 % .

Diese vorteilhaften Eigenschaften der mit der erfindungsgemäßen Diffusionsbarriere versehenen Schneidplatten sind auf die vollkommen gleichmäßige Verteilung eines sehr geringen ITickelanteiles in der Kobaltbindemetallphase zurückzuführen. Größere ITickelanteile in der C ο -Bind eine tal !phase diirch die bekannte Zumisehung in Pulverform vor dem Pressen und Sintern der Formkörper würden die Zähigkeit der Hartsietallegierung verringern und Schneidenausbrüche an der Schneidplatte aur PοIge haben.These advantageous properties of the cutting plates provided with the diffusion barrier according to the invention are due to the completely uniform distribution of a very small proportion of ITickel in the cobalt binder metal phase. Larger amounts of nickel in the C o -Bind a tal! Phase diirch the known admixture in powder form prior to pressing and sintering of the moldings would reduce the toughness of the hard-seated alloy and have cut-out on the cutting plate.

Au sführung sb e i sp i e1S e t e i e i e 1

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment.

Es wurden Eartmetal!wendeschneidplatten der Anwendungsgruppe K 20 mit einer Zusammensetzung von 94 % WC und β % Co unter folgenden Yerfahrensbedingungen einer Diffusionsbehandlung mit Hickel unterzogen:Eartmetal inserts of application group K 20, having a composition of 94 % WC and β % Co, were subjected to a hickel diffusion treatment under the following conditions:

- Einpacken der Wendeschneidplatten in reines !Tickelpulver in Kohle schiffchen- wrapping the indexable inserts in pure! Tickelpulver in coal boats

- Einbringen in einen auf 1100 ⁰C aufgeheizten Kohlerohrofen unter Hp-Atmosphäre- Incorporation in a heated to 1100 ⁰ C coal tube furnace under Hp atmosphere

- Die Einwirkungszeit der Diffusionstemperatur von 1100 ⁰C hat etwa 2 Stunden betragen. Anschließend wurde langsam abgekühlt.- The exposure time of the diffusion temperature of 1100 ⁰ C has been about 2 hours. It was then cooled slowly.

Gefügeuntersuchungen an diffusionsbehandelten Wendeschneidplatten zeigten eine gleichmäßige sehr feine Einlagerung von ITickel in der liobaltbindemetallphase über den gesamten Querschnitt der Wendeschneidplatte verteilt. Die mit der erfindungsgemäßen Diffusionsbarriere versehenen Wendeschneidplatten wurden zum Überdrehen eines Stahlknüppels der Stahlsorte Z 8 Gr Έ1 Uo Ti 18.11 mit einer Festigkeit von 65 kp/mm unter folgenden Spanungsbedingungen eingesetzt:Microstructural investigations on diffusion-treated indexable inserts showed a uniform very fine incorporation of ITickel in the Liobaltbindemetallphase distributed over the entire cross section of the indexable insert. The indexable inserts provided with the diffusion barrier according to the invention were used to overdrive a steel billet of the steel grade Z 8 Gr1 Uo Ti 18.11 with a strength of 65 kgf / mm under the following stress conditions:

Schnittgeschwindigkeit ν = 80 m/min Vorschub s = 0,2 mm/UCutting speed ν = 80 m / min feed rate s = 0.2 mm / rev

Schnittiefe a = 2 mmDepth of cut a = 2 mm

Es ergaben sich Standzeiten von etwa 30 min bis zu einem Preiflächenverschleiß von 0,3 mm. Bei Hartmetallv/endeschneidplatten der gleichen Sintercharge ohne Diffusionsbarriere trat unter denselben Spanungsbedingungen der F'reiflächenverschleiß von 0,3 mm bereits nach 50 min Standzeit auf. Während bei denLongevities of about 30 minutes resulted in a wear of 0,3 mm. In the case of tungsten carbide inserts of the same sinter batch without diffusion barrier, the surface wear of 0.3 mm occurred after only 50 minutes under the same stress conditions. While at the

Π UΠ U

Wendeschneidplatten mit erfindungsgemäßer Diffusionsbarriere keine Sohneidkantenausbrüche auftraten, vairde die Standzeit der unbehandelten Wendeschneidplatten durch Schneidkantenausbrüche als SOlse der Ausbildung von Aufbauschneiden beendet_o Indexable inserts with inventive diffusion barrier no Sohneidkantenausbrüche occurred vairde the life of the untreated inserts by cutting edge outbreaks ended as SOlse the formation of built-up edges _o

Claims

Experience sail sprue 32

1β WC-Co alloy hard metal cutting plate for machining heavy-duty steels, characterized in that the hard metal cutting plate is provided with a diffusion barrier of diffused nickel in the Co binder metal phase.

2. Hard metal cutting plate of WC-Co alloys according to item 1, characterized in ₅ that the diffusion barrier of ITickel in the Co-binder phase over the entire cross-section of the extending Hartnetallsclineidplatte "

3. A process for producing a diffusion barrier in Eartinetallschneidplatten according to item 1, characterized in that the wrapped in ITickel powder Eartmetallschneidplatten in a Hp atmosphere with a temperature between 1000 and 1200 ° C at a
are diffusion-treated ·

1000 and 1200 C with a holding time of 1.5 to 3 hours

4. The method according to item 3, characterized in that the hickel powder contains an addition of AIpO-, *