DE102015121336A1 - Hartmetallgegenstand und Anwendungen davon - Google Patents

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Pankaj B. Trivedi
Pankaj Kumar Mehrotra
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Abstract

Unter einem Gesichtspunkt werden hierin gesinterte Hartmetallgegenstände beschrieben, welche in einigen Ausführungsformen verbesserten Widerstand gegenüber Verschleiß und thermischer Ermüdung vorweisen. Ferner können hierin beschriebene gesinterte Hartmetallgegenstände Variationen im Kohlenstoffgehalt ohne Bildung unerwünschter Phasen, einschließlich eta-Phase und/oder freiem Graphit (Porosität vom C-Typ), tolerieren. Solche Toleranz kann Herstellung und Verwendung von Carbidsorten vereinfachen, in denen der Kohlenstoffgehalt nicht strikt kontrolliert wird. Ein hierin beschriebener gesinterter Hartmetallkörper umfasst eine Hartpartikelphase, einschließlich Wolframcarbid, und eine metallische Bindephase, die mindestens eines von Cobalt, Nickel und Eisen und einen oder mehrere Legierungszusätze umfasst, wobei der das gesinterte Hartmetall eine magnetische Sättigung (MS) im Bereich von 0 % bis 73 % und keine eta-Phase aufweist.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft gesinterte Hartmetallgegenstände und insbesondere auf gesinterte Hartmetallgegenstände mit geringer magnetischer Sättigung und ohne eta-Phase.
  • HINTERGRUND
  • Gesinterte Hartmetallgegenstände wurden sowohl im beschichteten als auch unbeschichteten Zustand für verschiedene Werkzeuganwendungen, wie Schneidwerkzeuge und Verschleißteile, verwendet. Den Widerstand gesinterten Hartmetalls gegenüber Verschleiß und anderen Fehlerzuständen, einschließlich thermischer Ermüdung, Bruch und Zerspanung, zu erhöhen, bleibt ein Bereich intensiver Forschung und Entwicklung. Zu diesem Zweck wurden der Entwicklung verschleißfester Refraktärbeschichtungen für Schneidwerkzeuge signifikante Ressourcen zugewiesen. Beispielsweise wurden TiC, TiCN, TiOCN, TiN und Al2O3 durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) und durch physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) auf Hartmetalle aufgetragen.
  • Obendrein wurden Eigenschaften der zugrundeliegenden Hartmetallsubstrate untersucht. Schneidwerkzeughersteller haben Änderungen der Zusammensetzung von Hartmetallkörpern und die resultierenden Auswirkungen auf die Eigenschaften von Hartmetallen untersucht, einschließlich aber nicht beschränkt auf Härte, Verschleißfestigkeit, Widerstand gegenüber thermischer Deformation, Zähigkeit und Dichte. Verbesserung von einer Eigenschaft des Hartmetalls resultiert jedoch oft in damit einhergehender Verschlechterung einer anderen Eigenschaft des Hartmetalls. Beispielsweise kann ein erhöhter Deformationswiderstand des Hartmetalls in einer verringerten Zähigkeit und thermischer Leitfähigkeit resultieren. Nichtsdestotrotz sind Verbesserungen der Hartmetallkörper nötig, um den sich entwickelnden Ansprüchen von Metallverarbeitungsanwendungen zu genügen, und ein ausgewogenes Gleichgewicht zwischen miteinander konkurrierenden Eigenschaften ist erforderlich, wenn Änderungen in der Zusammensetzung von Hartmetallkörpern in Bestrebungen, Schneidwerkzeuge mit verbesserter Leistungsfähigkeit bereitzustellen, vorgenommen werden.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Unter einem Gesichtspunkt werden hierin gesinterte Hartmetallgegenstände beschrieben, welche in einigen Ausführungsformen verbesserten Widerstand gegenüber Verschleiß und thermischer Ermüdung vorweisen. Ferner können hierin beschriebene gesinterte Hartmetallgegenstände Variationen im Kohlenstoffgehalt ohne Bildung unerwünschter Phasen tolerieren, einschließlich eta-Phase und/oder freiem Graphit (Porosität vom C-Typ). Solche Toleranz kann Herstellung und Verwendung von Hartmetallsorten erleichtern, in denen der Kohlenstoffgehalt nicht strikt kontrolliert wird. Ein hierin beschriebener gesinterter Hartmetallgegenstand umfasst eine Hartpartikelphase, einschließlich Wolframcarbid, und eine metallische Bindephase, die mindestens eines von Cobalt, Nickel und Eisen und einen oder mehrere Legierungszusätze umfasst, wobei der gesinterte Hartmetallgegenstand eine magnetische Sättigung (MS) im Bereich von 0 % bis 73 % und keine eta-Phase aufweist. Hierin wiedergegebene MS-Werte basieren auf der magnetischen Komponente oder den magnetischen Komponenten der metallischen Bindephase. Der Legierungszusatz kann ein oder mehrere metallische Elemente, nichtmetallische Elemente oder Mischungen davon umfassen. In einigen Ausführungsformen ist der Hartmetallgegenstand Kohlenstoff-arm. Beispielsweise kann der Kohlenstoffgehalt des gesinterten Hartmetallgegenstands 82 % bis 99,5 % des stöchiometrischen Kohlenstoffgehalts des gesinterten Hartmetallgegenstands ausmachen.
  • Unter einem anderen Gesichtspunkt werden hierin Verfahren zum Herstellen von gesinterten Hartmetallgegenständen beschrieben. In manchen Ausführungsformen umfasst ein hierin beschriebenes Verfahren das Bereitstellen einer Kohlenstoff-arme Pulversorte, einschließlich einer Wolframcarbidphase und einer metallischen Bindephase, die mindestens eines von Cobalt, Nickel und Eisen umfasst. Ein Legierungszusatz wird der metallischen Bindephase der Pulversorte bereitgestellt, und die Pulversorte wird zu einem Grünling verfestigt. Der Grünling wird gesintert, um einen gesinterten Hartmetallgegenstand bereitzustellen, der eine MS von 0 % bis 74 % und keine eta-Phase aufweist. Ferner kann der Kohlenstoffgehalt der Pulversorte von 82 % bis 99,5 % des stoichiometrischen Kohlenstoffgehalts der Pulversorte reichen.
  • Diese und andere Ausführungsformen werden in der folgenden ausführlichen Beschreibung näher beschrieben.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 veranschaulicht die Variation der MS mit dem Kohlenstoffgehalt des gesinterten Hartmetalls unter Einsatz metallischen Bindemittels mit Legierungszusätzen gemäß einigen hierin beschriebenen Ausführungsformen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Hierin beschriebene Ausführungsformen werden anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung und Beispiele und deren vorherigen und folgenden Beschreibungen leichter verständlich. Hierin beschriebene Elemente, Vorrichtungen und Verfahren sind jedoch nicht auf die speziellen Ausführungsformen beschränkt, die in der ausführlichen Beschreibung und in den Beispielen vorgestellt werden. Es sollte klar sein, dass diese Ausführungsformen lediglich die Prinzipien der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Zahlreiche Modifikationen und Anpassungen sind Fachleuten ohne weiteres offensichtlich, ohne vom Grundgedanken und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
  • Unter einem Gesichtspunkt hierin werden gesinterte Hartmetallgegenstände beschrieben, welche in einigen Ausführungsformen verbesserten Widerstand gegenüber Verschleiß und thermischer Ermüdung vorweisen. Ein hierin beschriebener gesinterter Hartmetallgegenstand umfasst eine Hartpartikelphase, einschließlich Wolframcarbid, und eine metallische Bindephase, die mindestens eines von Cobalt, Nickel und Eisen und einen oder mehrere Legierungszusätze umfasst, wobei der gesinterte Hartmetallgegenstand eine MS im Bereich von 0 % bis 73 % und keine eta-Phase aufweist.
  • Hinsichtlich spezifischer Komponenten kann die Hartpartikelphase in beliebiger Menge, die nicht im Widerspruch zu den Zielen der vorliegenden Erfindung steht, in dem gesinterten Hartmetallgegenstand vorliegen. In einigen Ausführungsformen liegt die Hartpartikelphase beispielsweise in einer Menge von mindestens 70 Gewichtsprozent oder mindestens 80 Gewichtsprozent des gesinterten Hartmetallgegenstands vor. Die Hartpartikelphase kann auch in einer aus Tabelle I ausgewählten Menge vorliegen. Tabelle I – Hartpartikelphasengehalt
    Gew.-% Gesinterter Hartmetallgegenstand
    70–98
    80–98
    85–96
    88–95
    89–98
    90–97
  • Wie hierin beschrieben schließt die Hartpartikelphase Wolframcarbid ein. In einigen Ausführungsformen wird die Hartpartikelphase ausschließlich durch Wolframcarbid gebildet. Alternativ kann die Hartpartikelphase ferner Carbid, Nitrid und/oder Carbonitrid von einem oder mehreren Metallen, ausgewählt aus den Gruppen IVB, VB und VIB des Periodensystems, einschließen. Beispielsweise umfasst die Hartpartikelphase in einigen Ausführungsformen zusätzlich zu Wolframcarbid mindestens eines von Tantalcarbid, Niobcarbid, Vanadiumcarbid, Chromcarbid, Zirkoniumcarbid, Hafniumcarbid, Titancarbid und festen Lösungen davon. Zusätzliches Metallcarbid, -nitrid und/oder -carbonitrid kann in der Hartpartikelphase in beliebiger Menge vorliegen, die mit den Aufgaben der vorliegenden Erfindung nicht unvereinbar ist. In einigen Ausführungsformen liegt zusätzliches Metallcarbid, -nitrid und/oder -carbonitrid in einer Menge von bis zu 50 Gew.-% der Hartpartikelphase vor. Beispielsweise kann zusätzliches Metallcarbid, -nitrid und/oder -carbonitrid in einer Menge von 1–10 Gew.-% der Hartpartikelphase vorliegen.
  • Ferner kann die Hartpartikelphase im Allgemeinen eine durchschnittliche Korngröße von weniger als 30 µm vorweisen. Beispielsweise kann die Hartpartikelphase eine durchschnittliche Korngröße von weniger als 10 µm oder 5 µm, wie 0,5–3 µm, vorweisen.
  • Wie hierin beschrieben schließt der gesinterte Hartmetallartikelgegenstand eine metallische Bindephase, umfassend einen oder mehrere Legierungszusätze und als Rest Cobalt, Nickel und/oder Eisen, ein. Allgemein liegt die metallische Bindephase in Mengen von 1–30 Gew.-% des gesinterten Hartmetallgegenstands vor. In einigen Ausführungsformen liegt die metallische Bindephase in einer aus Tabelle II ausgewählten Menge vor. Tabelle II – Gew.-% Metallisches Bindemittel des gesinterten Hartmetalls
    1–30
    2–20
    2–12
    3–10
    4–15
    10–30
  • Der Legierungszusatz der metallischen Bindephase umfasst eines oder mehrere metallische Elemente, nichtmetallische Elemente oder feste Lösungen davon. Zur Verwendung als Legierungszusatz geeignete metallische Elemente schließen Übergangsmetalle und Aluminium ein. In einigen Ausführungsformen wird der metallische Legierungszusatz ausgewählt aus den Gruppen IIIB–VIIIB des Periodensystems. Beispielsweise kann der Legierungszusatz eines oder mehrere von Wolfram, Ruthenium, Mangan, Kupfer, Rhenium, Chrom, Osmium und Molybdän umfassen. In einigen Ausführungsformen weist der metallische Legierungszusatz eine Kristallstruktur mit hexagonal dichtester Kugelpackung (hcp) auf. In anderen Ausführungsformen weist der metallische Legierungszusatz eine kubische Kristallstruktur, wie eine kubisch flächenzentrierte (fcc) oder kubisch raumzentrierte (bcc) auf. Der Legierungszusatz kann auch eine oder mehrere nichtmetallische Elemente aufweisen. Nichtmetallische legierende Elemente können ausgewählt sein aus den Gruppen IIIA–VA des Periodensystems, wie Bor, Silicium, Kohlenstoff und/oder Stickstoff.
  • Der Legierungszusatz kann in der metallischen Bindephase in beliebiger verwendbarer Menge vorliegen, um dem gesinterten Hartmetallgegenstand hierin beschriebene niedrige magnetische Sättigungswerte ohne Bildung einer eta-Phase bereitzustellen. Allgemein liegt der Legierungszusatz in einer Menge von bis zu 50 Gew.-% der metallischen Bindephase vor. Beispielsweise liegt der Legierungszusatz in einigen Ausführungsformen in einer Menge von 10–30 Gew.-% oder 30–50 Gew.-% der metallischen Bindephase vor.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst ein hierin beschriebener gesinterter Hartmetallgegenstand ferner eine Oberflächenzone mit Legierungsbinderanreicherung, mit einem maximalen Legierungsbindergehalt größer als dem Legierungsbindergehalt in der Masse des gesinterten Gegenstands. Die Zone der Binderanreicherung kann sich von der Oberfläche des gesinterten Gegenstands nach Innen erstrecken. In einigen Ausführungsformen ist der Legierungsbinder der Anreicherungszone stratifiziert, unterscheidbare Schichten von Legierungsbinder vorweisend. In anderen Ausführungsformen ist der Legierungsbinder nicht stratifiziert. Der gesinterte Hartmetallgegenstand kann eine Oberflächenzone mit Legierungsbinderanreicherung auf einer oder mehreren Oberflächen vorweisen.
  • Gesinterte Hartmetallgegenstand mit hierin beschriebener Zusammensetzung können MS von 0 % bis 73 % vorweisen. Vor allem weisen die gesinterten Hartmetallgegenstand bei diesen geringen MS-Werten keine eta-Phase, (CoW)C-Typ Phasen auf. In einigen Ausführungsformen weisen gesinterte Hartmetallgegenstand mit hierin beschriebener Zusammensetzung MS ausgewählt aus Tabelle III vor. Tabelle III – MS von Gesintertem Hartmetallgegenstand
    0–73
    0–70
    3–73
    5–70
    15–60
    20–65
    30–65
    40–65
  • Hierin wiedergegebene Werte magnetischer Sättigung basieren auf magnetischen Verbindungen der metallischen Bindephase und werden gemäß ASTM B 886–12 „Standard Test Method for Determination of Magnetic Saturation (MS) of Cemented Carbides", ASTM International bestimmt. Wie dem Fachmann bekannt, können die magnetischen Sättigungswerte von Prozenten zu µTm3/kg oder anderen vergleichbaren Einheiten auf Grundlage einer nominal reinen Co-Bindephase konvertiert werden. Zum Beispiel, siehe Roebuck, B. Magnetic Moment (Saturation) Measurements on Hardmetals, Int. J. Refractory Metals & Hard Materials, 14 (1996) 419–424. Zusätzlich können hierin beschriebene gesinterte Hartmetallgegenstand eine Härte von mindestens 80 HRA vorweisen. In einigen Ausführungsformen weist ein gesinterter Hartmetallgegenstand eine Härte von 80–94 HRA auf.
  • Gesinterte Hartmetallgegenstände von hierin beschriebener Zusammensetzung, und die vorgenannte MS und keine eta-Phase aufweisend, können Kohlenstoff-arm sein. Beispielsweise kann der Kohlenstoffgehalt des gesinterten Hartmetallgegenstands 82 % bis 99,5 % des stoichiometrischen Kohlenstoffgehalts des gesinterten Gegenstands ausmachen. Wie in den unten aufgeführten Beispielen ausführlich beschrieben, hängt der stoichiometrische Kohlenstoffgehalt von bestimmten Parametern der Zusammensetzung des gesinterten Hartmetallgegenstands ab, und kann sich deshalb zwischen aus verschiedenen Pulversorten gebildeten gesinterten Hartmetallgegenständen unterscheiden. In einigen Ausführungsformen ist der Kohlenstoffgehalt des gesinterten Hartmetallgegenstands relativ zum stöchiometrischen Kohlenstoffgehalt aus Tabelle IV ausgewählt. Tabelle IV – Kohlenstoffgehalt von Gesintertem Hartmetallgegenstand
    % des Stöchiometrischen Kohlenstoffgehalts für Gesinterten Hartmetallgegenstand
    85–99,5
    90–99,5
    82–99
    85–99
    90–99
    94–99
    82–98
    85–98
    90–98
    94–98
  • Solche Toleranz gegenüber Variationen im Kohlenstoffgehalt ohne die Bildung von eta-Phase und/oder anderen niederen Carbiden wie W2C kann das Herstellen und die Verwendung von Carbidsorten und der Sinterbedingungen vereinfachen, wenn der Kohlenstoffgehalt nicht strikt kontrolliert wird. In einigen Ausführungsformen weist ein gesinterter Hartmetallkörper mit Kohlenstoffmangel eine MS von 0 % bis 74 % und keine eta-Phase auf.
  • Verfahren zur Herstellung gesinterter Hartmetallgegenstände werden hierin unter Einsatz von Pulversorten mit Kohlenstoffmangel beschrieben. Beispielsweise umfasst ein hierin beschriebenes Verfahren das Bereitstellen einer Kohlenstoff-armen Pulversorte, einschließlich einer Wolframcarbidphase und einer metallischen Bindephase, die mindestens eines von Cobalt, Nickel und Eisen umfasst. Ein Legierungszusatz wird für die metallische Bindephase der Kohlenstoff-armen Pulversorte bereitgestellt, und die Kohlenstoff-arme Pulversorte wird zu einem Grünling verfestigt. Der Grünling wird gesintert, um einen gesinterten Hartmetallgegenstand bereitzustellen, der eine MS von 0 % bis 74 % und keine eta-Phase aufweist. In einigen Ausführungsformen weist der gesinterte Hartmetallgegenstand einen MS-Wert ausgewählt aus obenstehender Tabelle III auf.
  • Zusätzlich kann der Kohlenstoffgehalt der Pulversorte von 82 % bis 99,5 % des stöchiometrischen Kohlenstoffgehalts der Pulversorte reichen. In einigen Ausführungsformen stimmt der Kohlenstoffgehalt der Pulversorte relativ zum stoichiometrischen Kohlenstoffgehalt mit den in Tabelle IV weiter oben bereitgestellten Werten überein. Gemäß dem vorliegenden Verfahren hergestellte gesinterte Hartmetallgegenstände können jede hier obenstehend aufgeführte Zusammensetzung und/oder Eigenschaften aufweisen, einschließlich der in Tabelle IV bereitgestellten Kohlenstoffmängel.
  • Das Legierungszusatzpulver kann für die Pulversorte bereitgestellt und damit vermahlen oder auf andere Art innig mit der Pulversorte vermischt werden, so dass die Wolframcarbidpartikel mit dem metallischen Bindepulver, einschließlich des Legierungszusatzes, in Kontakt sind. Alternativ wird die metallische Bindephase der Pulversorte mit dem Legierungszusatz vorlegiert. Beispielsweise kann metallisches Bindepulver der Sortenzusammensetzung eine aus Cobalt und dem Legierungszusatz gebildete Legierung sein. In einigen Ausführungsformen umfasst die Pulversortenzusammensetzung ferner Carbid, Nitrid und/oder Carbonitrid von einem oder mehreren Metallen, ausgewählt aus den Gruppen IVB, VB und VIB des Periodensystems. Beispielsweise schließt die Pulversorte in einigen Ausführungsformen zusätzlich zu Wolframcarbid Partikel von Tantalcarbid, Niobcarbid, Vanadiumcarbid, Zirkoniumcarbid, Hafniumcarbid, Chromcarbid, und/oder Titancarbid ein.
  • Der Grünling der verfestigten Pulversorte kann unter beliebigen Bedingungen, die den Zielen der vorliegenden Erfindung nicht widersprechen, gesintert werden, um einen hierin beschriebenen Hartmetallgegenstand bereitzustellen. Beispielsweise kann der Grünling oder Rohling bei einer Temperatur im Bereich von 1350 °C bis 1560 °C während einer Zeitdauer, die ausreicht, die gewünschte Dichte und Mikrostruktur herzustellen, vakuumgesintert oder mittels heißer isostatischer Presse (HIP) gesintert werden.
  • In einigen Ausführungsformen sind gesinterte Hartmetallgegenstände mit hierin beschriebenen Zusammensetzungen und Eigenschaften mit einem oder mehreren Refraktärmaterialien durch PVD und/oder CVD beschichtet. In einigen Ausführungsformen umfasst die Refraktärbeschichtung ein oder mehrere metallische Elemente, ausgewählt aus Aluminium und metallischen Elementen der Gruppen IVB, VB und VIB des Periodensystems, und eines oder mehrere nichtmetallische Elemente der Gruppen IIIA, IVA, VA und VIA des Periodensystems. Beispielsweise kann die Refraktärbeschichtung eines oder mehrere Carbide, Nitride, Carbonitride, Oxide oder Boride von einem oder mehreren metallischen Elementen ausgewählt aus Aluminium und den Gruppen IVB, VB und VIB des Periodensystems umfassen. Zusätzlich kann die Beschichtung einschichtig oder mehrschichtig sein.
  • Ferner können Oberflächen von hierin beschriebenen gesinterten Hartmetallgegenständen einer oder mehreren Behandlungen wie Polieren, Strahlen und/oder Ätzen unterworfen werden. Die oberflächenbehandelten gesinterten Hartmetallgegenstände können im unbeschichteten Zustand verbleiben oder eine hierin beschriebene Refraktärbeschichtung kann auf die behandelten Oberflächen aufgetragen werden. Des Weiteren können eine oder mehrere Schichten der Refraktärbeschichtung einer Nachbeschichtungsbehandlung wie Polieren und/oder Strahlen unterworfen werden.
  • Gesinterte Hartmetallgegenstände mit hierin beschriebenen Zusammensetzungen und Eigenschaften können verbesserten Widerstand gegenüber Verschleiß und thermischer Ermüdung ohne bedeutenden Rückgang der Härte vorweisen. Die gesinterten Hartmetallgegenstände sind deshalb für eine Anzahl von Werkzeuganwendung geeignet. In einigen Ausführungsformen sind hierin beschriebene gesinterte Hartmetallgegenstände Schneidwerkzeuge. Beispielsweise können gesinterte Hartmetallgegenstände Schaftfräsen, Bohrer oder Schneideinsätze sein, einschließlich indexierbare Schneideinsätze. Hierin beschriebene gesinterte Hartmetallgegenstände können auch Werkzeug für Erdbohranwendungen sein, wie Meißelkörper, fixierte Schneidklingen und/oder drehbare Schneidklingen. Ferner können die gesinterten Hartmetallgegenstände in Gußanwendungen als Formen, Stempel oder Extruderteile eingesetzt werden.
  • Diese und andere Ausführungsformen werden durch die folgenden nicht einschränkenden Beispiele weiter veranschaulicht.
  • Beispiel 1 – Gesinterte Hartmetallgegenstände
  • Gesinterte Hartmetallgegenstände mit den in Tabelle V aufgezeigten Zusammensetzungen wurden wie folgt bereitgestellt. Eine Pulversorte mit 89 Gew.-% Wolframcarbidpartikeln mit einer durchschnittlichen Korngröße von weniger als 5 µm, 9,5 Gew.-% Cobalt-Bindepulver und 1,5 Gew.-% Ruthenium-Legierungszusatzpulver wurden bei einer Spitzentemperatur von 1395 °C vakuumgesintert, um die völlig dichten Hartmetallzusammensetzungen bereitzustellen. Wolframmetallpulver (WMP) wurde in den Prozentteilen von Tabelle V zu den Pulversortenzusammensetzungen hinzugefügt, um die Pulversorte Kohlenstoffarm zu machen. Zusätzlich wurde zur Pulversorte von Muster 6 Kohlenstoff hinzugefügt, um die Bildung von C-Porosität zu bestimmen. Der tatsächliche Kohlenstoffgehalt jedes gesinterten Hartmetallgegenstands wurde mit dem stöchiometrischen Kohlenstoffgehalt für den gesinterten Gegenstand verglichen. Da Muster 1–6 WC als einzige Carbidphase WC einsetzten, wurde der stoichiometrische Kohlenstoffgehalt unter Verwendung des theoretischen Kohlenstoffgehalts von 6,13 Gew.-% für WC bestimmt. Untersuchung der eta-Phase wurde durchgeführt, indem jeder gesinterte Hartmetallgegenstand wie benötigt gemahlen und nachfolgend unter Verwendung einer 1-Mikron-Petrodisc-Polierscheibe poliert wurde. Die Qualität der polierten Oberfläche wurde mit einem optischen Mikroskop bei einer Vergrößerung von 200x–500x überprüft. Falls benötigt wurde eine Wiederpolierung appliziert. Die polierte Oberfläche wurde unter Verwendung von Murakami's Ätzlösung für ein Minimum von drei Sekunden geätzt. Die geätzte Oberfläche wurde auf eta-Phase unter Verwendung eines optischen Mikroskops bei einer Vergrößerung von 150x überprüft. Tabelle V – Gesinterte Hartmetallgegenstände
    Figure DE102015121336A1_0002
  • Die in Tabelle V aufgeführten Ergebnisse sind in 1 graphisch veranschaulicht. Der Rutheniumlegierungszusatz führte zu niedrigen MS-Werten und verbesserte den Bereich, in dem keine eta-Phase gebildet wurde, signifikant. Zusätzlich erlaubte die Gegenwart des Rutheniumlegierungszusatzes die Verwendung von Wolframcarbid mit wesentlichem Kohlenstoffmangel ohne die Bildung von eta-Phase. Deshalb kann Wolframcarbid-Ausgangsmaterial mit breiteren Kohlenstoffverteilungen erfolgreich bei der Herstellung von Hartmetallgegenständen ohne die Gegenwart von eta-Phase und/oder C-Porosität eingesetzt werden. Vor allem blieb, wie in Tabelle V aufgeführt, die Menge an Rutheniumlegierungszusatz über Proben 1–6 hinweg konstant. In einigen Ausführungsformen können zusätzliche Legierungszusätze zu Proben 1–2 hinzugefügt werden, was die Beseitigung der eta-Phase und weitere Verringerung des hierin beschriebenen MS-Wertes zur Folge hat.
  • Es wurden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, die die verschiedenen Ziele der Erfindung erfüllen. Es sollte klar sein, dass diese Ausführungsformen lediglich die Prinzipien der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Zahlreiche Modifikationen und Anpassungen daran sind Fachleuten ohne weiteres offensichtlich, ohne vom Grundgedanken und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • ASTM B 886–12 „Standard Test Method for Determination of Magnetic Saturation (MS) of Cemented Carbides“ [0018]
    • Roebuck, B. Magnetic Moment (Saturation) Measurements on Hardmetals, Int. J. Refractory Metals & Hard Materials, 14 (1996) 419–424 [0018]

Claims (29)

  1. Gesinterter Hartmetallgegenstand umfassend: eine Hartpartikelphase einschließlich Wolframcarbid; und eine metallische Bindephase, die mindestens eines von Cobalt, Nickel und Eisen und einen oder mehrere Legierungszusätze umfasst, wobei der gesinterte Hartmetallgegenstand eine magnetische Sättigung (MS) im Bereich von 0 % bis 73 % und keine eta-Phase aufweist.
  2. Gesinterter Hartmetallgegenstand nach Anspruch 1, wobei die Hartpartikelphase ferner Carbid, Nitrid und/oder Carbonitrid von einem oder mehreren Metallen, ausgewählt aus den Gruppen IVB, VB und VIB des Periodensystems, umfasst.
  3. Gesinterter Hartmetallgegenstand nach Anspruch 2, wobei die Hartpartikelphase mindestens eins von Tantalcarbid, Niobcarbid, Vanadiumcarbid, Chromcarbid, Zirkoniumcarbid, Hafniumcarbid, Titancarbid und feste Lösungen davon umfasst.
  4. Gesinterter Hartmetallgegenstand nach Anspruch 1, wobei der Legierungszusatz ein oder mehrere metallische Elemente, nichtmetallische Elemente oder Mischungen davon umfasst.
  5. Gesinterter Hartmetallgegenstand nach Anspruch 4, wobei die metallischen Elemente Übergangsmetalle sind.
  6. Gesinterter Hartmetallgegenstand nach Anspruch 5, wobei die Übergangsmetalle aus den Gruppen IIIB-VIIIB des Periodensystems ausgewählt sind.
  7. Gesinterter Hartmetallgegenstand nach Anspruch 6, wobei die Übergangsmetalle ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Wolfram, Ruthenium, Mangan, Kupfer, Rhenium, Chrom, Osmium und Molybdän.
  8. Gesinterter Hartmetallgegenstand nach Anspruch 4, wobei die nichtmetallischen Elemente aus den Gruppen IIIA-VA des Periodensystems ausgewählt sind.
  9. Gesinterter Hartmetallgegenstand nach Anspruch 1, wobei der Legierungszusatz in einer Menge bis zu 50 Gew.-% der metallischen Bindephase vorliegt.
  10. Gesinterter Hartmetallgegenstand nach Anspruch 9, wobei der Legierungszusatz Ruthenium umfasst.
  11. Gesinterter Hartmetallgegenstand nach Anspruch 1, wobei die MS im Bereich von 5 % bis 65 % liegt.
  12. Gesinterter Hartmetallgegenstand nach Anspruch 1, wobei die MS im Bereich von 40 % bis 65 % liegt.
  13. Gesinterter Hartmetallgegenstand nach Anspruch 1, wobei das metallische Bindemittel in einer Menge von 1 bis 30 Gew.-% des gesinterten Hartmetallgegenstands vorliegt.
  14. Gesinterter Hartmetallgegenstand nach Anspruch 1, wobei der gesinterte Hartmetallgegenstand Kohlenstoff-arm ist.
  15. Gesinterter Hartmetallgegenstand nach Anspruch 14, wobei der Kohlenstoffgehalt des gesinterten Hartmetallgegenstands 82 % bis 99,5 % des stöchiometrischen Kohlenstoffgehalts des gesinterten Hartmetallgegenstands ausmacht.
  16. Gesinterter Hartmetallgegenstand nach Anspruch 14, wobei der Kohlenstoffgehalt des gesinterten Hartmetallgegenstands 90 % bis 98 % des stöchiometrischen Kohlenstoffgehalts des gesinterten Hartmetallgegenstands ausmacht.
  17. Gesinterter Hartmetallgegenstand nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Beschichtung aus einer oder mehreren Schichten refraktären Materials, abgeschieden durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD), physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) oder Kombinationen davon.
  18. Gesinterter Hartmetallgegenstand nach Anspruch 1, ferner umfassend eine metallische Bindemittel-angereicherte Zone an einer Oberfläche des Gegenstands.
  19. Gesintertes Hartmetall nach Anspruch 18, ferner umfassend eine Beschichtung aus einer oder mehreren Schichten refraktären Materials, abgeschieden durch CVD, PVD oder Kombinationen davon.
  20. Gesinterter Hartmetallgegenstand nach Anspruch 1, wobei der Gegenstand ein Schneidwerkzeug ist.
  21. Gesinterter Hartmetallgegenstand nach Anspruch 20, wobei das Schneidwerkzeug ein indexierbarer Schneideinsatz ist.
  22. Gesinterter Hartmetallgegenstand nach Anspruch 20, wobei das Schneidwerkzeug eine Schaftfräse oder ein Bohrer ist.
  23. Gesinterter Hartmetallgegenstand nach Anspruch 1, wobei der Gegenstand ein Werkzeug für Erdbohranwendungen ist.
  24. Gesinterter Hartmetallgegenstand umfassend: eine Hartpartikelphase einschließlich Wolframcarbid; und eine metallische Bindephase, die mindestens eines von Cobalt, Nickel und Eisen und einen oder mehrere Legierungszusätze umfasst, wobei der gesinterte Hartmetallgegenstand Kohlenstoff-arm ist und er eine magnetische Sättigung (MS) im Bereich von 0 % bis 74 % und keine eta-Phase aufweist.
  25. Verfahren zum Herstellen eines gesinterten Hartmetallgegenstands umfassend: Bereitstellen einer Kohlenstoff-armen Pulversorte umfassend eine Wolframcarbidphase und eine metallische Bindephase, die mindestens eines von Cobalt, Nickel und Eisen umfasst; Bereitstellen eines Legierungszusatzes für die metallische Bindephase der Pulversorte; Verfestigen der Pulversorte zu einem Grünling; und Sintern des Grünlings um den gesinterten Hartmetallgegenstand bereitzustellen, der eine MS von 0 % bis 74 % und keine eta-Phase aufweist.
  26. Verfahren nach Anspruch 25, wobei die Kohlenstoff-arme Pulversorte einen Kohlenstoffgehalt von 82 % bis 99,5 % des stöchiometrischen Kohlenstoffgehalts der Pulversorte aufweist.
  27. Verfahren nach Anspruch 25, wobei der Legierungszusatz ein oder mehrere metallische Elemente, nichtmetallische Elemente oder Gemische davon umfasst.
  28. Verfahren nach Anspruch 27, wobei die metallischen Elemente Übergangsmetalle sind.
  29. Verfahren nach Anspruch 28, wobei die Übergangsmetalle aus den Gruppen IIIB-VIIIB des Periodensystems ausgewählt sind.
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