DE10117657B4 - Complex boride cermet body and use of this body - Google Patents

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Abstract

Manganfreier Komplex-Borid-Cermet-Körper mit einer Hartstoffphase aus mindestens einer kristallinen Phase und einer Binderphase, deren Anteil im Körper bis zu 30 Massen% beträgt, wobei eine kristalline Phase eine Borid-Hartstoffphase ist, die eine Struktur Me1-Me2-B2 hat in der Me1 = Mo oder MoW und Me2 = Fe, Ni oder Co ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der Borid-Hartstoffphase
a) mindestens 5 at% bis maximal 50 at% des Metalles Me1 durch ein oder mehrere Metalle der Gruppe Cr und/oder V
und
b) bis zu 50 at% des Metalles Me2 durch mindestens ein weiteres, von Me2 verschiedenes Metall aus der Gruppe Fe, Co, Ni, Cr und V ersetzt worden sind
und dass die Binderphase aus mindestens einer kristallinen Phase besteht und mindestens zwei der Elemente Fe, Ni, Co, Cr, Mo, W, Zr oder V enthält.Manganese-free complex boride cermet body having a hard material phase comprising at least one crystalline phase and a binder phase, the proportion of which in the body is up to 30% by mass, a crystalline phase being a boride hard material phase having a structure Me 1 -Me 2 - B 2 has Me 1 = Mo or MoW and Me 2 = Fe, Ni or Co,
characterized,
that in the boride hard material phase
a) at least 5 at% to at most 50 at% of the metal Me 1 by one or more metals of the group Cr and / or V
and
b) up to 50 at% of the metal Me 2 has been replaced by at least one other metal other than Me 2 from the group consisting of Fe, Co, Ni, Cr and V.
and that the binder phase consists of at least one crystalline phase and contains at least two of the elements Fe, Ni, Co, Cr, Mo, W, Zr or V.

Description

Die Erfindung betrifft einen manganfreien Komplex-Borid-Cermet-Körper mit einer Hartstoffphase aus mindestens einer kristallinen Phase und einer Binderphase, deren Anteil im Körper bis zu 30 Massen% beträgt, wobei eine kristalline Borid-Hartstoffphase, eine Struktur Me1-Me2-B2 hat, in der Me1 = Mo oder MoW und Me2 = Fe, Ni oder Co ist.The invention relates to a manganese-free complex boride cermet body having a hard material phase comprising at least one crystalline phase and a binder phase, the proportion of which in the body is up to 30% by mass, where a crystalline boride hard material phase, a structure Me 1 -Me 2 - B 2 has Me 1 = Mo or MoW and Me 2 = Fe, Ni or Co.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zerspanenden Bearbeitung eines metallischen Werkstückes und schließlich eine Verwendung des Komplex-Borid-Cermet-Körpers.The invention relates to a method for machining a metal workpiece and finally to a use of the complex boride cermet body.

Die US 3,999,952 behandelt eine gesinterte Borid-Legierung, die Eisen enthält. Die Hartstoffphase soll im wesentlichen aus Eisenborid oder einem multiplen Borid bestehen, das Eisen enthält. Ein Teil des Eisenborids kann durch ein Nicht-Eisen-Borid oder multiple Boride ersetzt werden. Die Metallphase setzt sich zusammen aus wenigstens einem Metall der Gruppe Cu, Co, Ni, Fe, Cr, Mo, W, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta oder Legierungen hieraus. Als boridformende Elemente werden für die Hartstoffphase Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ti, Zr, Hf, Mn, Co, Ni und Si angegeben, zusätzlich Cr, Mo, Ti, Zr als multiple Boridbildende Elemente. Als Sinterprodukt wird jedoch lediglich ein Körper angegeben, der Fe2B, TiB2 und kleine Mengen von Fe enthält.The US 3,999,952 treats a sintered boride alloy containing iron. The hard material phase should consist essentially of iron boride or a multiple boride containing iron. Part of the iron boride can be replaced by a non-iron boride or multiple borides. The metal phase is composed of at least one metal of the group Cu, Co, Ni, Fe, Cr, Mo, W, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta or alloys thereof. As the boride-forming elements, Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ti, Zr, Hf, Mn, Co, Ni and Si are given for the hard phase, in addition Cr, Mo, Ti, Zr as multiple boride-forming elements. However, as a sintered product, only a body containing Fe 2 B, TiB 2 and small amounts of Fe is indicated.

Die DE 42 03 443 A1 betrifft eine wärmebeständige gesinterte Hartmetalllegierung, die 35 bis 95 Gewichts% eines komplexen Borids vom WCoB-Typ in einer Matrix aus einer Legierung mit Kobalt als Grundmetall enthält.The DE 42 03 443 A1 relates to a heat-resistant sintered cemented carbide alloy containing 35 to 95% by weight of a WCoB-type complex boride in a matrix of an alloy with cobalt as a base metal.

Es ist beispielsweise aus der EP 0 918 097 A1 bekannt, daß Cermets mit einer Hartstoffphase, die im wesentlichen aus Mo2NiB2 und einer auf Nickel basierenden Binderphase bestehen, verbesserte Korrosionsbeständigkeiten und größere Verschleißfestigkeiten sowie eine hohe Zähigkeit, Härte und Bruchbeständigkeit aufweisen.It is for example from the EP 0 918 097 A1 It is known that cermets having a hard phase consisting essentially of Mo 2 NiB 2 and a nickel-based binder phase have improved corrosion resistance and wear resistance as well as high toughness, hardness and breakage resistance.

Daneben werden in der vorgenannten Druckschrift auch noch Körper der eingangs genannten Art erwähnt, die eine aus Mo2FeB2-Hartstoffphase und einer auf Fe- oder Ni-basierenden Binderphase bestehen.In addition, in the aforementioned document also body of the aforementioned type are mentioned, which consist of a Mo 2 FeB 2 -Hartstoffphase and a Fe or Ni-based binder phase.

Zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften wird in der EP 0 918 097 A1 ein Sinterkörper vorgeschlagen, der eine Hartstoffphase, die im wesentlichen 35% bis 95% an Mo2NiB2 aufweist und eine auf Nickel basierende Binderphase mit 0,1% bis 8% Mn.To improve the mechanical properties is used in the EP 0 918 097 A1 proposed a sintered body comprising a hard material phase having substantially 35% to 95% of Mo 2 NiB 2 and a nickel-based binder phase containing 0.1% to 8% Mn.

Aus dem Stand der Technik sind ebenfalls Komplex-Borid-Cermet-Körper bekannt, deren Hartstoffphase WFeB, WCoB, W2FeB2, W2CoB2 oder W2NiB2 enthalten.Complex boride cermet bodies are also known from the prior art whose hard material phase contains WFeB, WCoB, W 2 FeB 2 , W 2 CoB 2 or W 2 NiB 2 .

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den eingangs genannten Komplex-Borid-Cermet-Körper im Hinblick auf spezifische Anwendungen, wie beispielsweise Zerspanungsoperationen zu verbessern, wobei im wesentlichen thermochemische und thermomechanische Wechselwirkungen sowie Adhäsions- und Diffusionsreaktionen bei hohen Temperaturen und unter Belastung vermieden werden sollen.It is an object of the present invention to improve the above-mentioned complex boride cermet body with respect to specific applications, such as machining operations, wherein substantially thermochemical and thermomechanical interactions and adhesion and diffusion reactions should be avoided at high temperatures and under load ,

Ebenso ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, optimale Verwendungsabstimmungen des Komplex-Borid-Cermet-Körpers anzugeben.Likewise, it is an object of the present invention to specify optimal use tuning of the complex boride cermet body.

Die vorstehende Aufgabe wird durch den Komplex-Borid-Cermet-Körper nach Anspruch 1 sowie durch das Verfahren nach Anspruch 18 bzw. die Verwendung nach Anspruch 20 gelöst. Die jeweils hierauf rückbezogenen Unteransprüche betreffen Weiterentwicklungen der Erfindung. Zu der vorliegenden Erfindung zählen Cermets, deren Hartstoffphasen auf den Systemen Mo-Me-B2 oder MoW-Me-B2 aufbauen, wobei Me aus zwei der Metalle Nickel, Chrom, Vanadium, Kobalt oder Eisen besteht. Die Erfindung betrifft solche Komplex-Boride, bei denen sowohl das erste wie das zweite Metall durch ein weiteres Metall, das auch dasselbe sein kann, ersetzt werden. So ergeben sich beispielsweise Komplex-Boride der Art (Mo,Cr)2(Ni,Cr)B2. Ein solches Vielstoffsystem läßt sich insbesondere durch eine gezielte Steuerung des Sinterprozesses sowie durch Wahl der Ausgangs-Pulvermischung einstellen.The above object is achieved by the complex boride cermet body of claim 1 and by the method of claim 18 and the use of claim 20, respectively. The respective subordinate claims relate to further developments of the invention. The present invention includes cermets whose hard material phases are based on the systems Mo-Me-B 2 or MoW-Me-B 2 , wherein Me consists of two of the metals nickel, chromium, vanadium, cobalt or iron. The invention relates to such complex borides in which both the first and the second metal are replaced by another metal, which may also be the same. For example, complex borides of the type (Mo, Cr) 2 (Ni, Cr) B 2 are obtained . Such a multi-fuel system can be adjusted in particular by targeted control of the sintering process and by selecting the starting powder mixture.

Entsprechendes gilt auch hinsichtlich der Binderzusammensetzung, die im Hinblick auf den Verwendungszweck, wie z. B. den Einsatz des Borid-Körpers als Zerspanungswerkzeug, eingestellt werden kann, sowohl im Hinblick auf eine verringerte Diffusions- und/oder Adhäsionsneigung, indem in die Binderphase weitere Metalle aus der Gruppe Fe, Ni, Co, Cr, V, Mo, Zr und/oder W eingelagert werden. Die Binderphase kann hierbei aus sehr vielen Komponenten aufgebaut sein. Je nach Anzahl der im Binder vorhandenen Elemente kann die Binderphase aus einer oder auch aus mehreren unterschiedlichen ein- oder mehrkomponentigen kristallinen Phasen bestehen, beispielsweise aus in der Kobaltphase gelöstem Cr und gleichzeitig aus einem in der Chromphase gelöstem Co. In der Binderphase können auch intermetallische Phasen enthalten sein.The same applies with regard to the binder composition, with regard to the intended use, such. B. the use of the boride body as a cutting tool can be adjusted, both in terms of a reduced diffusion and / or adhesion tendency by adding other metals from the group Fe, Ni, Co, Cr, V, Mo, Zr in the binder phase and / or W are stored. The binder phase can be composed of many components. Depending on the number of elements in the binder For example, the binder phase may consist of one or more different one-component or multi-component crystalline phases, for example Cr dissolved in the cobalt phase and at the same time a Co. dissolved in the chromium phase. Intermetallic phases may also be present in the binder phase.

Bei der Herstellung der Komplex-Borid-Cermet-Körper auf pulvermetallurgischem Wege kann die Ausgangspulvermischung bis zu 10 Massen% Ti, Hf, Nb oder Ta enthalten, die teilweise in der Hartstoffphase und der Binderphase gelöst sind.In preparing the complex boride cermet bodies by powder metallurgy, the starting powder mixture may contain up to 10 mass% of Ti, Hf, Nb or Ta partially dissolved in the hard phase and the binder phase.

Die Beigabe von bis zu 1 Massen% Kohlenstoff dient dazu, die Gefahr der Bildung einer Oxidhaut auf den Ausgangspulver-Partikeln zu minimieren.The addition of up to 1% by mass of carbon serves to minimize the risk of the formation of an oxide skin on the starting powder particles.

Zusätze von bis zu 2 Massen% Seltenerd-Oxiden und/oder bis zu 2 Massen% von Oxiden der Übergangsmetalle dienen dazu, die Binderphase zu stärken und Adhäsions- und Diffusionsinteraktionen weiter zu minimieren. Zusätze von Hartsiliciden in einer Menge bis 10 Massen% werden zur Kornverfeinerung sowie zur Erzielung einer homogenen Kornverteilung sowie zur Vergrößerung der Härte des Cermets eingesetzt. Die Ausgangspulvermischung kann entweder amorphes und/oder kristallines Bor sowie Metallpulver oder binäre Boride und Metallpulver oder Mischungen aus den vorgenannten Stoffen enthalten. Ebenso ist es möglich, in der Ausgangspulvermischung zu einem geringen Anteil Hartstoffe, wie binäre oder tertiäre Metall-Boride einzusetzen, um hiermit eine Kornverfeinerung zu erzielen. Weitere Zusatzstoffe können Molybdän, Chromnitride oder Chromhydride sein, die zur Stabilisierung der Binderphase oder als Präkursoren dienen, die sich während des Sinterns ganz oder teilweise zersetzen und die in die Borid-Hartstoffphase und/oder die Binderphase einzulagernden zusätzlichen Metalle liefern.Additions of up to 2 mass% of rare earth oxides and / or up to 2 mass% of oxides of the transition metals serve to strengthen the binder phase and further minimize adhesion and diffusion interactions. Additions of hard silicides in an amount up to 10% by mass are used for grain refinement and for achieving a homogeneous particle size distribution and for increasing the hardness of the cermet. The starting powder mixture may contain either amorphous and / or crystalline boron as well as metal powder or binary borides and metal powders or mixtures of the abovementioned substances. Likewise, it is possible to use in the starting powder mixture to a small extent hard materials, such as binary or tertiary metal borides, to achieve hereby a grain refinement. Further additives may be molybdenum, chromium nitrides or chromium hydrides, which serve to stabilize the binder phase or as precursors, which decompose completely or partially during sintering and provide the additional metals to be incorporated into the boride hard material phase and / or the binder phase.

Das Aufheizen des vorgepreßten Grünlinges sowie das Sintern werden vorzugsweise zur Vermeidung unerwünschter Reaktionen im Vakuum oder unter einer Schutzgasatmosphäre durchgeführt. Allerdings läßt sich zur Beeinflussung der oberflächennahen Schichten des Sinterkörpers auch gezielt eine reaktive Atmosphäre einsetzen, die beispielsweise aus Bor, Stickstoff und Kohlenstoff bestehen kann und mittels der eine Oberflächenmodifikation in situ oder im Rahmen einer Wärmenachbehandlung erreicht wird.The heating of the pre-pressed green compact and the sintering are preferably carried out to avoid unwanted reactions in vacuo or under a protective gas atmosphere. However, for influencing the near-surface layers of the sintered body, it is also possible to use a reactive atmosphere in a targeted manner, which can consist, for example, of boron, nitrogen and carbon and by means of which a surface modification is achieved in situ or as part of a heat post-treatment.

Eine entweder in derselben Ofenatmosphäre beim Abkühlen des Sinterkörpers oder in einem separaten Arbeitsgang durchgeführte Temperung, beispielsweise bei 800°C, kann zur Kornverfeinerung des Sinterkörpers eingesetzt werden. Diese Temperung kann entweder bei konstanter Temperatur oder durch deutlich verlangsamte Abkühlgeschwindigkeiten vorgenommen werden.An annealing performed either in the same furnace atmosphere during cooling of the sintered body or in a separate operation, for example at 800 ° C., can be used for grain refinement of the sintered body. This annealing can be carried out either at a constant temperature or by significantly slowed down cooling rates.

Bei der Sinterung oder der abschließenden Wärmebehandlung (Tempern) können sich auch intermetallische Phasen bilden, die z. B. aus W und Ni oder Mo und Fe bestehen.In the sintering or the final heat treatment (annealing) and intermetallic phases can form, the z. B. from W and Ni or Mo and Fe.

Eine besondere Bedeutung besitzt der Komplex-Borid-Cermet-Körper hinsichtlich seiner optimierbaren Schneideigenschaften. Wie bereits erwähnt, besteht bei Zerspanungsarbeiten eines metallischen Werkstückes die Gefahr einer Interaktion der in der Werkstück-Legierung enthaltenen Metalle mit den Metallen der Binderphase des Cermet-Schneideinsatzes. Um diese Interaktionen zu minimieren, wird vorzugsweise in der Binderphase des Komplex-Borid-Cermet-Körpers mindestens eines der Metalle gelöst, das auch als Legierungsbestandteil im Werkstück enthalten ist und das im wesentlichen für die zu vermeidenden Adhäsions- und Diffusionsneigungen verantwortlich ist. In Sonderfällen läßt sich die Zusammensetzung der Binderphase im wesentlichen der Zusammensetzung des Werkstückes anpassen, so daß beispielsweise der Cermet-Schneideinsatz für die Bearbeitung eines Fe-18Cr-8Ni-Edelstahl Cr und Ni in der Binderphase in entsprechenden Mengen enthält. Die hiermit verfolgte Zielsetzung besteht darin, zwischen dem Werkstück und dem verwendeten Schneideinsatz eine minimale Aktivitätsdifferenz bzw. eine minimale Diffusionsneigung zu schaffen.Of particular importance is the complex boride cermet body in terms of its optimizable cutting properties. As already mentioned, when cutting a metallic workpiece, there is a risk of an interaction between the metals contained in the workpiece alloy and the metals of the binder phase of the cermet cutting insert. In order to minimize these interactions, preferably at least one of the metals is dissolved in the binder phase of the complex boride cermet body, which is also present as an alloying constituent in the workpiece and which is essentially responsible for the adhesion and diffusion tendencies to be avoided. In special cases, the composition of the binder phase can be substantially adapted to the composition of the workpiece, so that, for example, the cermet cutting insert for processing a Fe-18Cr-8Ni stainless steel contains Cr and Ni in the binder phase in appropriate amounts. The objective pursued here is to create a minimal difference in activity or a minimum tendency to diffusion between the workpiece and the cutting insert used.

Neben der Auswahl der pulverförmigen Ausgangsstoffe und deren Ausgangskörnung kann durch Abstimmung einer Verfahrensführung beim Aufheizen und beim Sintern ein maßgeblicher Einfluß auf den herzustellenden Cermetkörper genommen werden. Je nach Zusammensetzung der Cermets bzw. der Ausgangsmischung konnten folgende Abhängigkeiten aufgefunden werden. Bei einem Cermet mit einer Hartstoffphase des Typs (Mo,Cr)2(Fe,Cr,Ni)B2 und einer Binderphase aus Fe, Ni und Cr finden Festphasenreaktionen zwischen etwa 700 bis 1050°C statt. Oberhalb von ca. 1180°C stellte sich ein erhöhtes Kornwachstum ein; ab ca. 1250°C kam es zu unerwünschten Blasen- und Rißbildungen, weshalb eine Sintertemperatur bei 1200°C gewählt worden ist. In der Aufheizphase und ggf. bis kurz vor Erreichen der Sintertemperatur kommt es ab ca. 800°C zu einer CO-N2-Entgasung. Bei einer Aufheizgeschwindigkeit von 10°C/min ist der vorgepreßte Pulverkörper zunächst auf 1000°C erwärmt worden. Hiernach sind unterschiedliche Haltezeiten von beispielsweise 30 min und 90 min eingestellt worden, bei denen die Temperatur von 1000°C beibehalten worden ist. Nach dieser Haltezeit, die vorzugsweise zwischen 60 min und 180 min liegen sollte, wird der Körper auf die Sintertemperatur (hier 1200°C) mit einer Geschwindigkeit von 10°C/min aufgeheizt. Die Sintertemperatur ist 20 min gehalten worden, wonach zumindest bis zu einer Temperatur von 800°C eine Abkühlgeschwindigkeit von 10°C/min gewählt worden ist. Es ist herausgefunden worden, daß die Verlängerung der Haltezeit während der Aufheizphase zu einer deutlichen Kornverfeinerung des Cermet-Sinterkörpers führt. Haltezeiten sollten erfindungsgemäß zwischen 800°C bis zu einer Temperatur unterhalb der flüssigen Phase, vorzugsweise unterhalb von 1050°C gewählt werden. Der Temperaturwert, bei dem während der Aufheizphase der Körper eine Zeit lang gehalten wird, kann auch in Abhängigkeit der gewählten, Kornfeinheit der Ausgangspulvermischung niedriger (d. h. bei feineren Pulvern) bzw. höher (d. h. bei gröberen Körnungen der Ausgangspulver) gewählt werden.In addition to the selection of the powdered starting materials and their Ausgangskörörnung can be taken by tuning a process control during heating and sintering a significant influence on the manufactured cermet body. Depending on the composition of the cermets or the starting mixture, the following dependencies could be found. In a cermet with a hard material phase of the type (Mo, Cr) 2 (Fe, Cr, Ni) B 2 and a binder phase of Fe, Ni and Cr, solid phase reactions take place between about 700 to 1050 ° C. Above about 1180 ° C, increased grain growth occurred; from about 1250 ° C there were unwanted bubbles and cracks, which is why a sintering temperature at 1200 ° C has been selected. In the heating phase and possibly until shortly before reaching the sintering temperature, it comes from about 800 ° C to a CO-N 2 degassing. At a heating rate of 10 ° C / min, the pre-pressed powder body was first heated to 1000 ° C. Thereafter, different holding times have been set, for example, 30 minutes and 90 minutes, in which the temperature of 1000 ° C has been maintained. After this Holding time, which should preferably be between 60 min and 180 min, the body is heated to the sintering temperature (here 1200 ° C) at a rate of 10 ° C / min. The sintering temperature has been maintained for 20 minutes, after which a cooling rate of 10 ° C./min has been selected, at least up to a temperature of 800 ° C. It has been found that the extension of the holding time during the heating phase leads to a significant grain refinement of the cermet sintered body. Holding times should be chosen according to the invention between 800 ° C to a temperature below the liquid phase, preferably below 1050 ° C. The temperature value at which the body is kept for a while during the heating phase can also be chosen lower (ie for finer powders) or higher (ie for coarser grains of the starting powders), depending on the selected grain fineness of the starting powder mixture.

Weiterhin können in der Hartstoffphase, welche aus einer oder mehreren kristallinen Phasen des Typs (Mo,Cr)2(Ni,Cr)B2 bestehen kann, bis zu 50% des Mo durch W ersetzt werden, so daß eine Hartstoffphase mit einer Zusammensetzung (Mo,W,Cr)2(Ni,Cr)B2 resultiert. Dabei können auch mehrere strukturell unterschiedliche kristallinen Phasen, z. B. eine orthorhombische Phase (Mo,W,Cr)2NiB2, welche also weniger Cr und eine tetragonale Phase (Mo,W,Cr)2(Ni,Cr)B2, welche mehr Cr enthält, ausgebildet werden. Die Härte eines solchen Körpers liegt bei 1350 HV30.Furthermore, in the hard material phase, which may consist of one or more crystalline phases of the type (Mo, Cr) 2 (Ni, Cr) B 2 , up to 50% of the Mo may be replaced by W, so that a hard material phase having a composition ( Mo, W, Cr) 2 (Ni, Cr) B 2 results. In this case, a plurality of structurally different crystalline phases, for. Example, an orthorhombic phase (Mo, W, Cr) 2 NiB 2 , which thus less Cr and a tetragonal phase (Mo, W, Cr) 2 (Ni, Cr) B 2 , which contains more Cr, are formed. The hardness of such a body is 1350 HV30.

Die Härte sowie das Gefüge (Kornfeinheit) eines Mo2NiB2-Cermets mit einer Binderphase auf Ni-Basis ließ sich durch folgende Maßnahmen beeinflussen:
Bei Verwendung von vorgesintertem Mo2NiB2-Pulver erhielt man ein dichteres Gefüge des fertiggesinterten Körpers. Zugaben in der Ausgangsmischung von jeweils pulverförmigem Cr, Cr2N, TiB2, MoSi2 oder Y2O3 führten ebenfalls zu unterschiedlichen Sinterergebnissen.The hardness and microstructure (grain fineness) of a Mo 2 NiB 2 cermet with a Ni-based binder phase could be influenced by the following measures:
Using pre-sintered Mo 2 NiB 2 powder gave a denser structure of the finished sintered body. Additions in the starting mixture of powdery Cr, Cr 2 N, TiB 2 , MoSi 2 or Y 2 O 3 also led to different sintering results.

Entsprechendes ergab sich, wenn in einem Cermet des Grundtyps Mo2FeB2 mit Fe-Binder jeweils in der Ausgangsmischung weitere Metall- oder Metallverbindungspulver hinzugegeben werden. Dies waren z. B. jeweils 10 Massen% Cr und Ni oder 16 Massen% Cr und 4 Massen% Ni oder 16 Massen% Cr2N, 4 Massen% Ni sowie anteiliges MoB-Pulver oder eine anteilige Mischung aus Mo-Pulver und B-Pulver.The same was true when in a cermet of the basic type Mo 2 FeB 2 with Fe binder in each case in the starting mixture further metal or metal compound powders are added. These were z. B. each 10 mass% Cr and Ni or 16 mass% Cr and 4 mass% Ni or 16 mass% Cr 2 N, 4 mass% Ni and proportionate MoB powder or a proportionate mixture of Mo powder and B powder.

Die Erfindung wird des weiteren anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.The invention will be further explained by means of embodiments.

Beispiel 1a:Example 1a:

Feinkörnige Pulver aus MoB, B, Ni, Cr und Fe mit bis zu 1 Massen% Graphitpulver werden in Cyclohexan gemahlen, getrocknet, vorgepreßt und bei 1200°C fertiggesintert. Bei der Abkühlung des Sinterkörpers bildeten sich intermetallische Phasen in der Binderphase. Die Hartstoffphase hatte eine Zusammensetzung dergestalt (Mo0.9Cr0.1)2(Ni0.1Fe0.6Cr0.3)B2. Die Zusammensetzung der Hartstoffphase und der Binderphase und die Aufteilung der jeweiligen Metalle war folgende: Element Hartstoffphase Binderphase Mo 36.0 1 Ni 1.9 33 Cr 8.6 5 Fe 13.1 55 B 40,2 1 (Alle vorstehenden Angaben in at%, wobei Abweichungen der Gesamtzusammensetzung (zu 100%) aus Meßfehlern sowie aus vorhandenen, nicht aufgeführten weiteren Stoffen resultieren).Fine-grained powders of MoB, B, Ni, Cr and Fe with up to 1% by mass of graphite powder are ground in cyclohexane, dried, pre-pressed and finally sintered at 1200 ° C. Upon cooling of the sintered body, intermetallic phases formed in the binder phase. The hard material phase had a composition such as (Mo 0.9 Cr 0.1 ) 2 (Ni 0.1 Fe 0.6 Cr 0.3 ) B 2 . The composition of the hard material phase and the binder phase and the distribution of the respective metals was as follows: element Hard phase binder phase Not a word 36.0 1 Ni 1.9 33 Cr 8.6 5 Fe 13.1 55 B 40.2 1 (All the above data in at%, with deviations of the total composition (100%) resulting from measurement errors and from existing, unlisted further substances).

Beispiel 1b:Example 1b:

In einer Modifizierung des Beispieles 1a ist Chromnitridpulver anstelle von Chrompulver in der Ausgangsmischung verwendet worden. Unter gezielter Stickstoff-Entgasung wurde die Porosität des Sinterkörpers reduziert. Die Cr-Verteilung im Cermet-Körper konnte so im Vergleich zum Beispiel 1a verbessert (homogenisiert) und die Korngröße verringert werden.In a modification of Example 1a, chromium nitride powder was used instead of chromium powder in the starting mixture. Under targeted nitrogen degassing, the porosity of the sintered body was reduced. The Cr distribution in the cermet body could thus be improved (homogenized) and the grain size reduced in comparison to example 1a.

Beiden Sinterkörper nach Beispielen 1a und 1b zeigten in Kontakt-Reaktionsversuchen mit speziellen Stählen bei 1000°C im Vergleich zu WC-Co-Hartmetallen deutlich geringere Adhäsions- und Diffusionsneigungen.Both sintered bodies according to Examples 1a and 1b showed significantly lower adhesion and diffusion tendencies in contact reaction tests with special steels at 1000 ° C. in comparison with WC-Co hard metals.

Beispiel 2:Example 2:

Eine Mischung aus MoB, Mo, Ni, Cr und Kohlenstoff wurde auf pulvermetallurgischem Wege entsprechend den vorgenannten Beispielen behandelt und bei 1200°C fertiggesintert. Hierbei entstanden zwei Komplex-Borid-Phasen, von denen eine eine orthorhombische und die andere eine tetragonale Struktur besaßen.A mixture of MoB, Mo, Ni, Cr and carbon was treated by powder metallurgy according to the above examples and finish sintered at 1200 ° C. This resulted in two complex boride phases, one of which had one orthorhombic and the other a tetragonal structure.

Die Härte des Sinterkörpers betrug 1370 HV30. Der Körper hatte folgende Zusammensetzung: Element Hartstoffphase 1 orthorhomisch Hartstoffphase 2 tetragonal Binderphase Mo 37.7 38.4 6 Ni 20.4 7.9 75 Cr 2.0 12.0 15 B 39.8 41.2 - The hardness of the sintered body was 1370 HV30. The body had the following composition: element Hard material phase 1 orthorhomic Hard material phase 2 tetragonal binder phase Not a word 37.7 38.4 6 Ni 20.4 7.9 75 Cr 2.0 12.0 15 B 39.8 41.2 -

Beispiel 3:Example 3:

Eine Mischung W, Mo, Ni, Cr, B und C ist nach Vorbehandlung beim 1200°C gesintert worden. Hierbei entstanden zwei Hartstoffphasen des Typs (W,Mo,Cr)2(Cr,Ni)B2 mit unterschiedlicher Kristallstruktur (orthorhombisch und tetragonal), wobei die tetragonale Phase auf der ersten Metall-Position (W,Mo,Cr) einen geeringeren Anteil an Cr aufwies. Die Binderphase enthielt Ni, Cr, Mo und W. Der Sinterkörper hatte eine Härte 1300 HV30.A mixture of W, Mo, Ni, Cr, B and C was sintered at 1200 ° C after pretreatment. This resulted in two hard material phases of the type (W, Mo, Cr) 2 (Cr, Ni) B 2 with different crystal structure (orthorhombic and tetragonal), wherein the tetragonal phase at the first metal position (W, Mo, Cr) a geeringeren share had Cr. The binder phase contained Ni, Cr, Mo and W. The sintered body had a hardness of 1300 HV30.

Claims (20)

Manganfreier Komplex-Borid-Cermet-Körper mit einer Hartstoffphase aus mindestens einer kristallinen Phase und einer Binderphase, deren Anteil im Körper bis zu 30 Massen% beträgt, wobei eine kristalline Phase eine Borid-Hartstoffphase ist, die eine Struktur Me1-Me2-B2 hat in der Me1 = Mo oder MoW und Me2 = Fe, Ni oder Co ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Borid-Hartstoffphase a) mindestens 5 at% bis maximal 50 at% des Metalles Me1 durch ein oder mehrere Metalle der Gruppe Cr und/oder V und b) bis zu 50 at% des Metalles Me2 durch mindestens ein weiteres, von Me2 verschiedenes Metall aus der Gruppe Fe, Co, Ni, Cr und V ersetzt worden sind und dass die Binderphase aus mindestens einer kristallinen Phase besteht und mindestens zwei der Elemente Fe, Ni, Co, Cr, Mo, W, Zr oder V enthält.Manganese-free complex boride cermet body having a hard material phase comprising at least one crystalline phase and a binder phase, the proportion of which in the body is up to 30% by mass, a crystalline phase being a boride hard material phase having a structure Me 1 -Me 2 - B 2 has in Me 1 = Mo or MoW and Me 2 = Fe, Ni or Co, characterized in that in the boride hard material phase a) at least 5 at% to at most 50 at% of the metal Me 1 by one or more Metals of the group Cr and / or V and b) up to 50 at% of the metal Me 2 have been replaced by at least one other metal other than Me 2 from the group consisting of Fe, Co, Ni, Cr and V and that the binder phase consists of at least one crystalline phase and contains at least two of the elements Fe, Ni, Co, Cr, Mo, W, Zr or V. Komplex-Borid-Cermet-Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Me1 zu maximal 20 at%, vorzugsweise zu maximal 10 at% substituiert ist.Complex boride cermet body according to claim 1, characterized in that the metal Me 1 is substituted to a maximum of 20 at%, preferably to a maximum of 10 at%. Komplex-Borid-Cermet-Körper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall Me2 zu maximal 20 at%, substituiert ist.Complex boride cermet body according to claim 1 or 2, characterized in that the metal Me 2 is substituted to a maximum of 20 at%. Komplex-Borid-Cermet-Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Binderphase aus mehreren unterschiedlichen ein- oder mehrkomponentigen kristallinen Phasen besteht und/oder in der Binderphase maximal 10 at% W und/oder Mo gelöst sind.Complex boride cermet body according to one of claims 1 to 3, characterized in that the binder phase consists of several different mono- or multicomponent crystalline phases and / or in the binder phase at most 10 at% W and / or Mo are dissolved. Komplex-Borid-Cermet-Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffphase zwei komplexe Borid-Phasen aufweist, die unterschiedliche Strukturen besitzen.Complex boride cermet body according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the hard material phase has two complex boride phases which have different structures. Komplex-Borid-Cermet-Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffphase eine Zusammensetzung Me1 2Me2B2 aufweist, bei der Me1 = Mo, W, Cr, V oder eine Mischung hieraus und Me2 = Fe, Ni, Co, Cr, V oder eine Mischung hieraus sind und die Binderphase mindestens eines der vorgenannten Me1- oder Me2-Metalle aufweist. Complex boride cermet body according to one of claims 1 to 5, characterized in that the hard material phase has a composition Me 1 2 Me 2 B 2 , in which Me 1 = Mo, W, Cr, V or a mixture thereof and Me 2 = Fe, Ni, Co, Cr, V or a mixture thereof and the binder phase has at least one of the aforementioned Me 1 - or Me 2 metals. Komplex-Borid-Cermet-Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper auf pulvermetallurgischem Weg durch Mischen, Mahlen, Verpressen der Mischung zu einem Grünling und abschließendem Reaktionssintern hergestellt worden ist, wobei in der Pulverausgangsmischung die für die Hartstoffphase und die Binderphase notwendigen Metallpulver und Bor oder Bor-Verbindungen enthalten sind.Complex boride cermet body according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the body has been produced by powder metallurgy by mixing, milling, compressing the mixture into a green compact and final reaction sintering, wherein in the powder starting mixture those for the hard material phase and the binder phase necessary metal powder and boron or boron compounds are included. Komplex-Borid-Cermet-Körper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper auf pulvermetallurgischem Weg durch Mischen, Mahlen, Verpressen der Mischung zu einem Grünling und abschließendes Sintern hergestellt worden ist, wobei in der Pulverausgangsmischung zusätzlich bis zu 10 Massen% Ti, Zr, Hf, Ta und/oder Nb enthalten sind.Complex boride cermet body according to claim 7, characterized in that the body has been produced by powder metallurgy by mixing, milling, compressing the mixture into a green body and finally sintering, wherein in the powder starting mixture additionally up to 10% by mass of Ti, Zr, Hf, Ta and / or Nb are included. Komplex-Borid-Cermet-Körper nach einen der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Metalle Mo, W, Ti, Cr, Hf, V, Ta und/oder Nb sowohl in der Hartstoffphase als auch in der Binderphase gelöst sind.Complex boride cermet body according to one of claims 1 to 8, characterized in that at least one of the metals Mo, W, Ti, Cr, Hf, V, Ta and / or Nb are dissolved both in the hard material phase and in the binder phase , Komplex-Borid-Cermet-Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Borid-Hartstoffphase und/oder in der Binderphase bis zu 1 Massen% Kohlenstoff, Stickstoff und/oder Sauerstoff gelöst sind.Complex boride cermet body according to one of claims 1 to 9, characterized in that up to 1% by mass of carbon, nitrogen and / or oxygen are dissolved in the boride hard material phase and / or in the binder phase. Komplex-Borid-Cermet-Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu 2 Massen% Oxide der Seltenerd-Metalle (Lanthanoide), vorzugsweise Y2O3 und/oder bis zu 2 Massen% Oxide der Übergangsmetalle, vorzugsweise ZrO2, und/oder bis zu 2 Massen% Oxide der Hauptgruppenelemente des Periodensystemes, vorzugsweise Al2O3, enthalten sind.Complex boride cermet body according to one of Claims 1 to 10, characterized in that up to 2% by mass of oxides of the rare earth metals (lanthanides), preferably Y 2 O 3 and / or up to 2% by mass of oxides of the transition metals, preferably ZrO 2 , and / or up to 2% by mass of oxides of the main group elements of the Periodic Table, preferably Al 2 O 3 , are included. Komplex-Borid-Cermet-Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß bis zu 10 Massen% Metallsilicide, vorzugsweise MoSi2 in der Ausgangsmischung enthalten sind, aus der der Körper hergestellt wird.Complex boride cermet body according to one of Claims 1 to 11, characterized in that up to 10% by mass of metal silicides, preferably MoSi 2, are present in the starting mixture from which the body is produced. Komplex-Borid-Cermet-Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in der Pulverausgangsmischung, aus der der Körper hergestellt wird, entweder a) amorphes und/oder kristallines Bor mit Metallpulvern oder b) binäre Metallboride mit Metallpulvern gemischt oder c) Mischungen aus Zusammensetzungen nach a) und b) enthalten sind.Complex boride cermet body according to any one of claims 1 to 12, characterized in that in the powder starting mixture from which the body is produced, either a) amorphous and / or crystalline boron with metal powders or b) binary metal borides mixed with metal powders or c) mixtures of compositions according to a) and b) are contained. Komplex-Borid-Cermet-Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch intermetallische Phasen aus den Metallen Cr, Mo, W, Fe, Co, Ni, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, die während des Reaktionssinterns oder beim Abkühlen oder Tempern des Sinterkörpers entstanden sind.A complex boride cermet body according to any one of claims 1 to 13, characterized by intermetallic phases of the metals Cr, Mo, W, Fe, Co, Ni, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, during the reaction sintering or incurred during cooling or annealing of the sintered body. Komplex Borid-Cermet-Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß in der Pulverausgangsmischung zum Teil Metallhydride oder -nitride, vorzugsweise Chromnitrid oder Chromhydrid enthalten sind.Complex boride cermet body according to any one of claims 1 to 14, characterized in that the powder starting mixture contains in part metal hydrides or nitrides, preferably chromium nitride or chromium hydride. Komplex-Borid-Cermet-Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hartstoffphase Kern-Rand-Strukturen (core-rim-Strukturen) enthalten sind, bei denen die Hartstoff-Kristallite der strukturellen Zusammensetzung (Me1,Me2)2(Me2,Me3)B2 eine Randzone mit einem höheren Me1-Gehalt als dem Me1-Gehalt im Kern aufweisen.Complex boride cermet body according to one of Claims 1 to 15, characterized in that the hard material phase contains core-rim structures in which the hard material crystallites have the structural composition (Me 1 , Me 2 ) 2 (Me 2 , Me 3 ) B 2 have an edge zone with a higher Me 1 content than the Me 1 content in the core. Komplex-Borid-Cermet-Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 16, gekennzeichnet durch eine aus Hartstoffen bestehende Beschichtung aus Boriden, Carbiden, Nitriden, Carbonitriden der Elemente der IVa- bis VIa-Gruppe des Periodensystemes und/oder Oxiden, vorzugsweise Al2O3 und/oder ZrO2.Complex boride cermet body according to one of claims 1 to 16, characterized by a coating consisting of hard materials of borides, carbides, nitrides, carbonitrides of the elements of the IVa to VIa group of the Periodic Table and / or oxides, preferably Al 2 O. 3 and / or ZrO 2 . Verfahren zur zerspanenden Bearbeitung eines metallischen Werkstückes, dadurch gekennzeichnet, dass ein Komplex-Borid-Cermet-Körper nach einem der Ansprüche 1 bis 17, verwendet wird, wobei in der Binderphase des Komplex-Borid-Cermet-Körpers mindestens eines der Metalle gelöst ist, das auch als Legierungsbestandteil im Werkstück enthalten ist.A method of machining a metal workpiece, characterized in that a complex boride cermet body according to any one of claims 1 to 17, is used, wherein in the binder phase of the complex boride cermet body at least one of the metals is dissolved, which is also included as an alloying component in the workpiece. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung der Binderphase im wesentlichen der Zusammensetzung des Werkstückes entspricht, wobei die prozentualen Gehalte der in dem Werkstück enthaltenen Metalle vorzugsweise um nicht mehr als 50 Massen% unter- oder überschritten werden.A method according to claim 18, characterized in that the composition of the binder phase substantially corresponds to the composition of the workpiece, wherein the percentage contents of the metals contained in the workpiece are preferably not exceeded or exceeded by more than 50 mass%. Verwendung des Komplex-Borid-Cermet-Körpers nach einem der Ansprüche 1 bis 17 als Preßwerkzeug oder Hochtemperaturbelastetes Anlagenteil. Use of the complex boride cermet body according to one of claims 1 to 17 as a pressing tool or high-temperature loaded part of the installation.
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