DE10109634C1

DE10109634C1 - Hartmetallkörper mit Wolframcarbid in Form von Platelets für Erd- oder Bodenbearbeitungswerkzeuge

Info

Publication number: DE10109634C1
Application number: DE10109634A
Authority: DE
Inventors: Igor Koniachine
Original assignee: Boart Longyear GmbH and Co KG Hartmetallwerkzeugfabrik; Boart Longyear GmbH and Co KG
Current assignee: Boart Longyear GmbH and Co KG
Priority date: 2001-03-01
Filing date: 2001-03-01
Publication date: 2002-10-10
Anticipated expiration: 2021-03-02

Abstract

Es wird ein Hartmetallkörper mit Wolframcarbid in Form von Platelets (plättchenförmige WC-Kristalle) zur Herstellung von Erd- oder Bodenbearbeitungs- bzw. Bergbauwerkzeugen zum Schneiden von z. B. Steinen oder Beton, zum Schlagbohren von Gestein und für dgl. Bearbeitungen beschrieben. Zur Erzielung einer verbesserten Kombination von Bruchzähigkeit und Härte umfaßt das Hartmetall zumindest 10 Vol.-% an WC-Platelets, die ein Verhältnis der maximalen Länge zur minimalen Länge in einer Querschnittsstruktur des Hartmetalls von 2,5 oder mehr und eine maximale Abmessung von 5 mum oder mehr aufweisen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Hartmetallkörper mit WC in Form von Platelets (plättchenförmige WC-Kristalle) zur Herstellung von Erd- oder Bodenbearbeitungs- bzw. Bergbau werkzeugen zum Schneiden von z. B. Steinen oder Beton, zum Schlagbohren von Gestein und für dgl. Bearbeitungen.

Bruchzähigkeit, Härte, Verschleißfestigkeit und andere me chanische Eigenschaften herkömmlicher Hartmetallkörper auf WC-Basis mit isodimensionalen WC-Körnern können in einem großen Bereich durch Veränderung des Bindemittelgehalts, der WC-Korngröße usw. verändert werden. Wird jedoch die Härte des Hartmetalls verbessert, so wird in der Regel gleichzeitig seine Bruchzähigkeit verringert und umge kehrt. Die bei Bergbauwerkzeugen verwendeten Hartmetall körper insbesondere arbeiten unter sehr rauhen Bedingun gen, bei hohen Schlagbelastungen, Wärmeschocks, intensiver Abriebbeaufschlagung im harten Gestein usw., so daß die Möglichkeit, gleichzeitig sowohl die Bruchzähigkeit als auch die Härte zu verbessern, unter dem Gesichtspunkt der Erzielung einer besseren Leistung von vitalem Interesse ist.

Eine Möglichkeit, wie eine solche Verbesserung erreicht werden kann, besteht darin, die Form der WC-Körner von ei ner isodimensionalen zu einer anisodimensionalen Form zu verändern, d. h. wenn das Hartmetall WC-Körner in Form von Platelets aufweist, deren Basisebene die (0001)-Fläche des WC-Kristallgitters ist. Aus der Literatur ist bekannt (T. Takahashi und E. Freise "Phylosoph. Mag., 1965 Band 11, Nr. 115, Seiten 1-8), daß die Härte der (0001)- und (1101)-Ebenen des WC-Kristalls sehr unterschiedlich ist und entsprechend HV 2100 und HV 1060 gleichkommt. Ist da her WC in der Hartmetallmikrostruktur in Form solcher Pla telets vorhanden, so ist die Gesamtoberfläche der Kri stallebenen mit der größten Härte deutlich höher, und als Ergebnis ist auch die Härte des Hartmetalls als ganzes hö her. Andererseits wurde gefunden, daß plateletförmige WC- Einkristalle das Hartmetall im Sinne einer Unterdrückung der Rißfortpflanzung verstärken. Im Ergebnis können sowohl die Härte als auch die Bruchzähigkeit durch die Verwendung eines Hartmetalls verbessert werden, das WC-Kristalle in Form von Platelets enthält.

In der US-PS 5 993 506 werden Hartmetalle mit WC- Kristallen in Form von Platelets für die Metallbearbeitung beschrieben. Die dort beschriebenen Hartmetalle sind ver hältnismäßig feinkörnig (das gröbste Korn hat eine durch schnittliche WC-Partikelgröße von 3,2 µm), was typisch ist für Hartmetalle zur Metallbearbeitung. Es erfolgen keine Angaben über die Notwendigkeit des Vorhandenseins großer WC-Platelets in der Hartmetallmikrostruktur.

In dem Abstract zur JP 08199285A werden Hartmetalle mit WC-Platelets beschrieben, bei dem eine Eigenschaftsverbes serung durch ein vorgegebenes Verhältnis der Ausrichtungen der Kristallstrukturen innerhalb des Wolframcarbids er reicht werden soll. Dazu soll das Verhältnis der maximalen Intensitäten bei Röntgenstrahlbeugung von zwei Ebenen p (001)/p 101) zu zwei weiteren Ebenen h (001)/h (101) sein. Innerhalb des Kristallgitters sind dabei die beiden p- Ebenen parallel zueinander ausgerichtet. Die beiden eben falls zueinander parallel ausgerichteten h-Ebenen stehen senkrecht auf den p-Ebenen. Die Biegebruchfestigkeit in derartig strukturierten Hartmetallen liegen bei etwa 2100 MPa bis 2300 MPa. Dies ist noch verbesserungsbedürftig.

Inzwischen zeichnen sich Hartmetalle mit grober oder ul tragrober Körnung, die WC-Körner von 5 µm oder mehr (vor zugsweise mehr als 10 µm) enthalten, durch eine verbesser te Leistung aus und werden als Bauteile bei Bergbauwerk zeugen eingesetzt (US-PS 4 859 543). Das Vorhandensein solcher grober WC-Körner, die eine bessere Bruchzähigkeit des Hartmetalls gewährleisten, erscheint wesentlich für Hartmetalle, die bei Bergbauwerkzeugen verwendet werden, welche unter Bedingungen höchster mechanischer und thermi scher Schockbeanspruchung arbeiten. Jedoch wird die Ver besserung in der Bruchzähigkeit auf Kosten der Härte er reicht, die bei ultragrob gekörnten Hartmetallen deutlich niedriger ist als bei den Sorten mit feiner oder mittlerer Körnung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Hartmetallkörper mit WC in Form von Platelets zu schaffen, die eine verbes serte Kombination von Bruchzähigkeit und Härte aufweisen.

Die vorliegende Erfindung sieht hierzu ein Hartmetall vor, das die Mikrostrukturmerkmale der beiden oben erwähnten bekannten Ausführungen vereint, um die optimale Kombinati on zwischen Härte und Bruchzähigkeit zu erzielen, wie sie für bei der Herstellung von Gesteinsbearbeitungswerkzeu gen, insbesondere Bergbauwerkzeugen, verwendete Hartmetal le günstig ist. Das Hartmetall umfaßt demgemäß zumindest 10 Vol.% an WC-Platelets, die ein Verhältnis der maximalen Länge zur minimalen Länge in einer Querschnittsstruktur des Hartmetalls von 2,5 oder mehr und eine maximale Abmes sung von 5 µm oder mehr aufweisen. WC-Platelets dieser Größe führen zu einer Verstärkung der für die Herstellung von insbesondere Bergbauwerkzeugen verwendeten Hartmetalle und führen damit zu einer Erhöhung der Bruchzähigkeit. Gleichzeitig zeigt sich, daß die Härte derartiger Hartme talle deutlich größer ist im Vergleich zu herkömmlichen Hartmetallen mit ultragrober Körnung.

Beispiel

Es wurden zwei Arten von WC-Co-Hartmetallen mit 9,5 Gew.% Co zur schneidenden Bearbeitung weichen Gesteins vergli chen:

A) Herkömmliches ultragrobkörniges Hartmetall mit nur isodimensionalen WC-Körnern mit einer mittleren Korn größe von 20 µm;
B) Hartmetall nach der Erfindung mit 50 Vol.% an WC- Platelets mit einem Verhältnis der maximalen Länge zur minimalen Länge in einer Querschnittsstruktur von 3 zu 5 und der größten Abmessung von 10 bis 15 µm.

Die Härtewerte der oben erwähnten Hartmetalle betrugen entsprechend HV₁₀ = 1000 und HV₁₀ = 1190, während die nach der Palmquist-Methode gemessenen Werte der Bruchzähigkeit entsprechend 25,0 und 26,0 Mpa m^1/2 betrugen. Somit sind sowohl die Härte als auch die Bruchzähigkeit des Hartme talls nach der Erfindung deutlich höher als bei dem her kömmlichen Hartmetall.

Claims

1. Hartmetallkörper mit Wolframcarbid in Form von Plate lets, bestehend aus 4 bis 40 Vol.% einer Binderphase aus zumindest einem der aus der Gruppe von Co, Ni, Fe und Cr ausgewählten Eisengruppenmetalle als Hauptkomponente und im Ausgleich einer Hartstoffphase mit Wolframcarbid, das gekennzeichnet ist durch Spitzenstärken bei einer (0001)- Fläche und einer (1101)-Fläche in der Röntgenstrahlbeugung unter Verwendung von K-Strahlen mit Cu als Target, darge stellt durch h(0001) bzw. h(1101), wobei das Wolframcarbid das Verhältnis von h(0001)/h(1101) gleich oder mehr als 0,5 erfüllt, und 20 Vol.% oder weniger an Carbiden, Carbo nitriden oder Nitriden zumindest eines aus der Gruppe von Ti, V, Cr, Nb, Mo, Hf und Ta ausgewählten Metalles und 10 Vol.% oder weniger zumindest eines aus der Gruppe von B, A1, Si, P, Mn, Ru und Cu ausgewählten chemischen Elements, zueinander festen Lösungen von diesen und unvermeidbaren Verunreinigungen, wobei das Wolframcarbid 10 Vol.% oder mehr WC-Körner in Form von Platelets mit einer größten Ab messung von 5 µm oder mehr aufweist.

2. Hartmetallkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das Wolframcarbid eine Durchschnittsgröße von mehr als 0,5 µm aufweist.

3. Hartmetallkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß zumindest 50% der WC-Platelets derart ausgerichtet sind, daß ihre (0001)-Kristallflächen paral lel zueinander verlaufen.

4. Hartmetallkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß die WC-Körner in Form von Plate lets ein Verhältnis der größten Länge zur kleinsten Länge in einer Querschnittsstruktur des Hartmetalls von 2,5 oder mehr auf der Basis des gesamten Wolframcarbids aufweisen.