DD237680A1

DD237680A1 - Bindemetallegierung fuer titancarbid- und titancarbonitrid-sinterhartmetalle

Info

Publication number: DD237680A1
Application number: DD27004684A
Authority: DD
Inventors: Bernhard Rieger; Joerg Heinrich; Winfried Maeder; Elke Schoeneburg; Marlies Schowanek
Original assignee: Immelborn Hartmetallwerk
Priority date: 1984-11-29
Filing date: 1984-11-29
Publication date: 1986-07-23
Also published as: DE3528308A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bindemetallegierung mit Nickel als Hauptbestandteil fuer Titancarbid/Molybdaencarbid- und Titancarbid/Molybdaencarbonitrid-Sinterhartmetalle, insbesondere zur Herstellung von Schneideinsaetzen fuer die Zerspanung. Es ist das Ziel der Erfindung, eine Bindemtallegierung fuer Titancarbid/Molybdaencarbid- und Titancarbonitrid/Molybdaencarbid-Sinterhartmetalle zur Herstellung von Schneideinsaetzen zu entwickeln, die zu einer Erhoehung des Verschleisswiderstandes, der Schneidhaltigkeit und des Standzeitverhaltens fuehrt, wodurch eine Senkung der Werkzeugkosten in der spangebenden Bearbeitung eintreten soll. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Bindemetallegierung mit Nickel als Hauptbestandteil in ihren physikalischen Einflussgroessen auf Haerte und Biegebruchfestigkeit der genannten Sinterhartmetalle und insbesondere deren Waermeleitfaehigkeit zu verbessern. Erfindungsgemaess wird diese Aufgabe dadurch geloest, dass die Bindemetallegierung aus den Legierungselementen 20 bis 40 Vol.-% Cu, 0,4 bis 9 Vol.-% Mo, Rest Nickel zusammengesetzt ist.

Description

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, eine Bindemetallegierung für Titancarbid/Molybdäncarbid- und Titancarbonitrid/Molybdäncarbid-Sinterhartmetalle zur Herstellung von Schneideinsätzen zu entwickeln, die zu einer Erhöhung des Verschleißwiderstandes, der Schneidhaltigkeit und des Standzeitverhaltens führt, wodurch eine Senkung der Werkzeugkosten in der spangebenden Bearbeitung eintreten soll.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Bindemetallegierung mit Nickel als Hauptbestandteil in ihren physikalischen Einflußgrößen auf Härte und Biegebruchfestigkeit von Titancarbid/Molybdäncarbid- und Titancarbonitrid/ Molybdäncarbid-Sinterhartmetallen und insbesondere deren Wärmeleitfähigkeit zu verbessern. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Bindemetallegierung aus den Legierungselementen

20-40Voi.-%Cu 0,4-9Vol.-% Mo Rest Nickel

zusammengesetzt ist.

Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn in der Bindemetallegierung das Verhältnis der prozentualen Anteile von Nickel und Kupfer im Bereich zwischen 4,0 und 1,5 liegt.

Zur weiteren Variierung der physikalischen Eigenschaften der Bindemetallegierung kann diese bis zu 6VoI.-% Titanmetall enthalten.

Die Herstellung der Titancarbid/Molybdäncarbid- bzw. Titancarbonitrid/Molybdäncarbid-Hartmetalle mit der erfindungsgemäßen Bindemetallegierung erfolgt auf pulvermetallurgischem Wege durch Mischen von pulverförmigen Legierungselementen der Bindemetallegierung mit den Hartstoffcarbiden beim Mahlvorgang, dessen Intensität und Dauer eine gleichmäßige Verteilung der Bindemetallegierung gewährleistet. Gesintert wird das Sinterhartmetall unter den für Nickelbinder allgemein üblichen Bedingungen. Untersuchungen fertiggesinterter Schneidplatten ausTitancarbid/Molybdäncarbid.und Titancarbonitrid/Molybdäncarbid mit dieser Bindemetallegierung haben ergeben, daß die Bindemetallkomponentein sehr gleichmäßiger Verteilung vorliegt, was auf die ausgezeichnete Benetzungsfähigkeit der Hartstoffmischkristalle durch die · Bindemetallegierung zurückzuführen ist. Besonders deutlich verbessert ist die Wärmeleitfähigkeit der mit dieser Bindemetallegierung hergestellten Titancarbid/Molybdäncarbid- und Titancarbonitrid/Molybdäncarbid-Sinterhartmetalle gegenüber solchen Sinterhartmetallen mit den bekannten Bindemetallegierungen.

Durchgeführte Zerspanungsversuche haben die Überlegenheit der mit der erfindungsgemäßen Bindemetallegierung gebundenen TiC-Basishartmetalle gegenüber den bekannten Legierungen dieses Typs bewiesen. Für die Verbesserung des Verschleißverhaltens ist neben der Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit bei TiC-Basis-Sinterhartmetallen auch gleichzeitig die erzielte Homogenisierung der Bindemetallegierung maßgebend. Es hat sich auch gezeigt, daß die erfindungsgemäße Bindemetallegierung bei entsprechend höheren Anteilen inTiC-oderTiCN-Sinterhartmetallen sehrgut für Formkörper geeignet ist, die tribologischen Beanspruchungen unterliegen.

Ausführungsbeispiele

Die Wirkung der erfindungsgemäßen Bindemetallegierung soll nachstehend an einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.

Es werden Sinterhartmetalle E1 bis E4 mit einer titanhaltigen Carbid- oder Carbonitridhartstoffphase des Typs B1 mit der erfindungsgemäßen Bindemetallegierung Sinterhartmetallen V1 bis 4 des gleichen Typs B1, aber ohne Kupfer im Bindemetall gegenübergestellt. Die Legierungszusammensetzungen der dem Vergleich unterzogenen Sinterhartmetalle mit Angabe von Härte und Biegebruchfestigkeit sind in der beiliegenden Tabelle 1 zusammengefaßt.

Es wurden folgende Versuchsergebnisse erzielt:

Beispiel 1

Bei der Zerspanung von normalgeglühtem Stahl der Sorte C60 (Schnittbedingungen: Schnittgeschwindigkeit = 200 m/min; Vorschub = 0,3 mm/U; Schnittiefe = 2 mm) wurde ein mittlerer Freiflächenverschleiß von 0,5 mm nachfolgenden Schnittzeiten erreicht:

LegierungV1: 60min

Legierung E1: 90 min Dies entspricht einer Verbesserung des Verschleißverhaltens von 50%.

Beispiel 2:

Bei der Zerspanung von normalgeglühtem Stahl der Sorte C60 (Schnittbedingungen: Schnittgeschwindigkeit = 200m/min; Vorschub = 0,4mm/U; Schnittiefe = 2 mm) wurde ein mittlerer Freiflächenverschleiß von 0,5 mm nachfolgenden Schnittzeiten erreicht:

Legierung V1 = 10min

Legierung E1 = 20min Dies entspricht einer Verbesserung des Verschleißverhaltens von 100%

Beispiel 3:

Bei der Zerspanung eines Stahls der Sorte 37 MnSi5 (Schnittbedingungen: Schnittgeschwindigkeit = 160 m/min; Vorschub = 0,4mm/U; Schnittiefe = 2 mm) wurde nach 30 min Schnittdauer folgender mittlerer Freiflächenverschleiß ermittelt.

Legierung V2 = 0,25mm

Legierung E2 = 0,15mm Dies entspricht einer Verbesserung des Verschleißverhaltens von ca. 70%.

Beispiel 4:

Bei der Zerspanung eines Stahl der Sorte 34CrMo4 (Schnittbedingungen: Schnittgeschwindigkeit = 160m/min; Vorschub = 0,4mm/U;Schnittiefe = 2 mm) wurde nach 30 min Schnittdauerfolgender mittlerer Freiflächenverschleiß ermittelt:

Legierung V2 = 0,26mm

Legierung E2 = 0,15mm. Dies entspricht einer Verbesserung des Verschleißverhaltens von ca. 70%.

Beispiel 5:

Bei der Zerspanung eines normalgeglühten Stahls der Sorte C45 (Schnittbedingungen: Schnittgeschwindigkeit = 200m/min; Vorschub = 0,4mm/U; Schnittiefe = 2 mm) wurde nach 30 min Schnittdauer folgender mittlerer Freiflächenverschleiß ermittelt:

Legierung V3 = 0,55mm Legierung E3 = 0,54mm

Dieses Beispiel zeigt, daß bei Verwendung des erfindungsgemäßen Bindemetalls der Volumenanteil des Binders erhöht werden kann, ohne daß die Verschleißfestigkeit verschlechtert wird.

Beispiel 6

Bei der Zerspanung eines Stahles der Sorte 40CrMoV4 (Schnittbedingungen: Schnittgeschwindigkeit = 120 m/min; Vorschub = 0,4mm/U; Schnittiefe = 2mm) wurde nach 30min Schnittdauer folgender mittlerer Freiflächenverschleiß ermittelt:

Legierung V4 = 0,42 mm

Legierung E4 = 0,23mm Dies entspricht einer Verbesserung des Verschleißverhaltens von ca. 80%.

Beispiel 7:

Bei der Zerspanung eines Stahles der Sorte 40CrMoV4 (Schnittbedingungen: Schnittgeschwindigkeit = 160m/min; Vorschub = 0,4mm/U; Schnittiefe = 2mm) wurde nach 30min Schnittdauer folgender mittlerer Freiflächenverschleiß ermittelt:

Legierung V4 = 0,60 mm

Legierung E4 = 0,33mm Dies entspricht einer Verbesserung des Verschleißverhaltens von ca. 80%.

Tabelle

Legierung	Hartstofftyp	Hartstoffanteil (Vol.-%)	Binderanteil (Vol.-%)	Binderzusammensetzung Ni Cu Mo	O	0,9	Härte HRA	Biegefestig keit (MPa)
V1	(TiMo)C	93,5	6,5	99,1	39,6	0,9 -	91,8	980
E1	(TiMo)C	93,5	6,5	59,5	O	0,9	92,8	980
V2	(TiMo)(CN)	93,5	6,5	99,1	39,6	0,9	91,6	980
E2	(TiMo)(CN)	93,5	6,5	59,5	O	1,5	92,2	1000
V3	(TiMo)C	86,6	13,4	98,5	32,7	1,5	90,0	1 450
E3	(TiMo)C	83,4	16,6	65,8	O	1,5	89,9	1650
V4	(TiMo)(CN)	86,6	13,4	98,5	32,7	1,5	90,0	1510
E4	(TiMo)(CN)	86,6	13,4	65,8	90,8	1530

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Bindemetallegierung mit Nickel als Hauptbestandteil fürTitancarbid/Molybdäncarbid- und Titancarbonitrid/ Molybdäncarbid-Sinterhartmetalle, insbesondere zur Herstellung von Schneideinsätzen für Zerspanungswerkzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus den Legierungselementen

20bis40Vol.-%Cu
0,4bis9Vol.-%Mo
Rest Nickel "

zusammengesetzt ist.
2. Bindemetallegierung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der prozentualen Anteile von Nickel zu Kupfer im Bereich zwischen 4,0 und 1,5 liegt.
3. Bindemetallegierung nach den Punkten 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie bis zu 6Vol.-% Titanmetall enthält.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Bindemetallegierurtg mit Nickel als Hauptbestandteil fürTitancarbid/Molybdäncarbid- und Titancarbonitrid/Molybdäncarbid-Sinterhartmetalle, insbesondere zur Herstellung von Schneideinsätzen für die Zerspanung.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die bekannten Titancarbid/Molybdäncarbid-Sinterhartmetalle haben Bindemetallegierungen aus Nickel oder Nickellegierungen mit Chrom oder Eisen. Diese Sinterhartmetalle weisen gegenüber den Wolframcarbid-Cobalt-Hartmetallen eine höhere Härte, aber eine wesentlich niedrigere Biegebruchfestigkeit und viel geringere Wärmeleitzahlen auf, was beim Zerspanungsvorgang sehr hohe Schneidentemperaturen zur Folge hat. Diese nachteiligen Eigenschaften beeinträchtigen das Standzeit- und Verschleißverhalten von Schneidplatten aus TiC- und TiCN-Basis-Hartmetallen. Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, die Zähigkeit dieser Hartmetalle zu erhöhen und deren Wärmeleitfähigkeit zu verbessern. Das ist grundsätzlich in zwei Richtungen möglich, wobei die eine in der Kombination des Titancarbides mit anderen Schwermetallcarbiden besteht. Obwohl diese Hartstoffkombinationen nicht Gegenstand der nachstehend beschriebenen Erfindung sind, wird davon ausgegangen, daß sich als Zusatzcarbide die Carbide des Molybdäns MoC und M02C am besten bewährt haben und als Titancarbid/Molybdäncarbid bzw. Titancarbonitrid/Molybdäncarbid-Legierungen die aussichtsreichsten und leistungsfähigsten wolframcarbidfreien Hartmetalle ergeben.

Durch diese Mischkristallkomponente es ist zwar gelungen, die Zähigkeit der TiC- bzw. TiCN-Hartmetalle zu erhöhen aber nicht deren Wärmeleitfähigkeit zu verbessern, was bis jetzt einer weitgehenden Ablösung der Wolframcarbid-Basis-Hartmetalle entgegensteht. Der weltweit immer schwieriger werdende Abbau wolf ramhaltiger Erze macht aber einen Ersatz durch das in der Erdkruste ausreichend vorhandene Titan sehr dringlich. Der zweite Weg zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit der TiC-bzw. TiCN-Hartmetalle besteht nun darin, neue Bindemetallegierungen zu entwickeln, die eine bessere Wärmeleitfähigkeit aufweisen und möglichst auch die Festigkeitswerte, insbesondere die Schneidhaltigkeit von Schneidkanten an Schneidplatten verbessern sollen. Der naheliegenden Erhöhung des Nickelgehaltes bzw. des Anteiles der Bindemetallegierung sind wegen der damit verbundenen Abnahme der Verschleißfestigkeit Grenzen gesetzt.

Es wurde deshalb in der DE-OS 2619292 von dem bei Titancarbidwerkzeugen bestehenden Problem der Deformation der Schneidkante infolge des Wärmestaus wegen ungenügend schneller Wegführung der Spanungswärme aus dem Schneidenbereich ausgegangen und die Lösung dieses Problems in einer Bindemetallegierung auf Nickelbasis mit Zusätzen von Molybdän und Aluminium gesehen. Die Neigung zur Warmverformung der Schneidkanten von Titancarbidwerkzeugen kann aber durch diese Legierungszusätze nicht verhindert werden, weil der Zusatz von Al zur Nickelbasis die thermische Leitfähigkeit des Binders nur unwesentlich verändert.

Nach der DD-PS 131182 wird deshalb anstelle von Aluminium dem Legierungsbestandteil Nickel/Molybdän ein Zusatz von Niob beigegeben. Dieser Zusatz von Niob verbessert zwar die Stabilität der Eigenschaften der bekannten TiC-Mo2C-Ni-Hartmetalle, aber die bei der Verwendung von Nickel-Molybdän-Bindern auftretenden Schwierigkeiten werden nicht beseitigt. In der AT-PS 341794 werden die Schwierigkeiten, die beim Legieren des Nickelbinders mit Molybdän auch bei TiCN-Basis-Hartmetallen auftreten, zum Anlaß für weitere Untersuchungen der Bindemetallegierung genommen. Die zur Erzielung dichter Körper notwendigen, ungewöhnlich hohen Sintertemperaturen von bis zu 1600°C sowie Sinterzeiten bis zu 9 Stunden werden auf die schlechte Benetzbarkeit durch das Bindemetall zurückgeführt. Es wird die Verwendung eines Bindemetalles aus Elementen der Eisengruppe und Metallen derVla-Gruppedes PSE vorgeschlagen. Das Eisenmetall im Bindemetall soll bis zu 40% Eisen enthalten und der Rest aus Metallen der Gruppe Cobalt und Nickel bestehen, dem 0,2-8 Gew.-% Titan und zwischen 0,2 und 4Gew.-% Aluminium zugesetzt werden können. Erfahrungsgemäß ergeben Bindemetallegierungen auf Eisenbasis bei TiC und TiCN-Hartmetallen härtere aber sehr spröde Hartmetalle, die stark zu Schneidkantenausbrüchen neigen. In der DE-PS 21 29789 wird die Verwendung einer Hartmetallegierung auf WC- oder TiC-Basis speziell für die Preßmatrizen eines Werkzeuges zum Pressen von Ferritpulver in einem Magnetfeld vorgeschlagen, die zu 5-20VoI.% eine unmagnetische Komponente in der Form einer unmagnetischen Nickellegierung aus Nickel mit bis zu 30Vol.-% eines oder mehrerer der Metalle Kupfer, Eisen, Cobalt, Mangan, Rhenium, Osmium, Iridium, Platin, Indium, Ruthenium, Palladium enthält. Außerdem sollen noch bis zu 10%Schwermetälle der Hartstoffbasis zugesetzt werden. Obwohl diese Hartmetallegierung kein Sinterhartmetall für Zerspanungszwecke ist, ergibt sich in diesem Zusammenhang ein Hinweis auf einen Zusatz von Kupfer zu Bindemetallegierungen. Solche Kupferzusätze zu den bekannten Bindemetallegierungen sind unter den gegebenen Legierungselementen ohne spezifisch günstige Wirkung auf Härte und Biegefestigkeit des Hartmetalles.