DE10300420A1

DE10300420A1 - Carbide moldings

Info

Publication number: DE10300420A1
Application number: DE10300420A
Authority: DE
Inventors: Heinz Westermann
Original assignee: Ceratizit Deutschland GmbH
Current assignee: Ceratizit Deutschland GmbH
Priority date: 2003-01-09
Filing date: 2003-01-09
Publication date: 2004-07-22
Also published as: EP1581663A2; WO2004063408A2; DE50313479D1; AU2003296673A1; ATE498702T1; ES2361165T3; WO2004063408A3; EP1581663B1

Abstract

The invention relates to a moulded hard metal item, in particular a screwdriver point (bit) containing tungsten carbide. Said moulded hardmetal item contains 55-85 mass % sintered tungsten carbide whose grain size ranges from 0.1 to 6.0 mu m and 15 - 45 mass % of a binder. Said binder contains at least 50 mass % iron, 2-40 mass % cobalt and 5-40 mass % nickel.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hartmetallformkörper und insbesondere eine Schraubendreherspitze (bit), enthaltend ein Wolframcarbid-Hartmetall.The invention relates to a hard metal molded body and in particular a screwdriver tip (bit) containing a tungsten carbide hard metal.

Hartmetallformkörper und insbesondere Schraubendreherspitzen werden derzeit aus Stahllegierungen gefertigt. Aufgrund der geringen Verschleißbeständigkeit dieses Materials besteht ein hoher Bedarf an verschleißbeständigeren Materialien. Als verschleißbeständige Materialien bieten sich grundsätzlich Hartmetalle wegen ihrer hohen Härte und hohen Verschleißbeständigkeit an.Tungsten carbide molded body and in particular screwdriver tips are currently made from steel alloys. Because of the low wear resistance this material has a high need for more wear resistant Materials. As wear-resistant materials basically offer themselves Hard metals because of their high hardness and high wear resistance on.

Hartmetalle klassischer Zusammensetzungen sind jedoch aufgrund ihrer Struktur und Zusammensetzung wesentlich spröder als Stähle und damit nicht in der Lage die für Schraubendreherspitzen geforderten Drehmomentkräften zu gewährleisten. In der noch nicht in Kraft getretenen DIN 5261 wird beispielsweise für eine Prüfgröße 0 (1) für die Form PZ bei Maschinenbetätigung ein Mindestdrehmoment von 1,3 (4,3) Nm gefordert. Herkömmliche Spitzen aus Hartmetallen brechen bereits bei Drehmomentwerten, die nur etwa 50 % der DIN geforderten Werte entsprechen.Hard metals of classic compositions are essential due to their structure and composition dryness than steels and thus unable to meet the requirements for screwdriver tips torque forces to ensure. For example, DIN 5261, which has not yet come into force, for one Check size 0 (1) for the Form PZ when operating the machine a minimum torque of 1.3 (4.3) Nm is required. conventional Carbide tips break at torque values that only about 50% of the DIN required values.

Als Binder für Wolframcarbid (WC) werden in neuerer Zeit auch Komplexbinder-Legierungen eingesetzt. Diese Legierungen bestehen wie die klassischen Hartmetalle aus Wolframcarbid; der Cobaltbinder ist hierbei allerdings ersetzt durch eine komplex zusammengesetzte Binderlegierung aus im wesentlichen Eisen, Cobalt und Nickel.As a binder for tungsten carbide (WC) more recently, complex binder alloys have also been used. This Like the classic hard metals, alloys consist of tungsten carbide; however, the cobalt binder is replaced by a complex composition Binder alloy consisting essentially of iron, cobalt and nickel.

So beschreibt beispielsweise die DE 199 07 749 A1 gesinterte Hartmetallformkörper (CERMETS) mit Co-Ni-Fe-Bindern, die aus etwa 40 bis 90 Gew.-% Cobalt und zum Rest im wesentlichen aus Nickel und Eisen bestehen, wobei die Gehalte an Nickel und Eisen jeweils höchstens 36 Gew.-% betragen mit einem Ni:Fe-Verhältnis von etwa 1,5 : 1 bis 1 : 1,5. Solche Sinterhartmetallkörper finden Verwendung als Schneideinsätze und Wendeschneidplatten, eignen sich jedoch wegen nur sehr geringer Drehmomentfestigkeit weniger als Material für Schraubendreherspitzen.For example, the DE 199 07 749 A1 sintered hard metal moldings (CERMETS) with Co-Ni-Fe binders, which consist of approximately 40 to 90% by weight cobalt and the rest essentially consist of nickel and iron, the contents of nickel and iron each not exceeding 36% by weight with a Ni: Fe ratio of about 1.5: 1 to 1: 1.5. Such cemented carbide bodies are used as cutting inserts and indexable inserts, but are less suitable as a material for screwdriver tips because of their very low torque resistance.

Für die Holzbearbeitung sind bereits Wolframcarbid-Hartmetall-Legierungen beschrieben, die einen Legierungsbinder aus Eisen, Cobalt und Nickel enthalten. So wird in DE 296 17 040 U1 eine Wolframcarbid-Hartstofflegierung mit einem Bindersystem aus Eisen, Cobalt und Nickel und einer WC-Körngröße < als 1 μm beschrieben, wobei der Gesamtbindergehalt des Bindersystems 3 bis 30 Gew.-% und der Anteil an Eisen im Bindersystem > als 50 Gew.-% beträgt.Tungsten carbide-hard metal alloys containing an alloy binder made of iron, cobalt and nickel have already been described for woodworking. So in DE 296 17 040 U1 describes a tungsten carbide hard material alloy with a binder system made of iron, cobalt and nickel and a WC grain size <than 1 μm, the total binder content of the binder system being 3 to 30% by weight and the proportion of iron in the binder system being> 50% by weight is.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Hartmetallformkörper, insbesondere Schraubendreherspitzen aus einem Material bereitzustellen, dass hohe Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit klassischer Hartmetalllegierungen mit der Zähigkeit und Drehmomentfestigkeit von Stählen derart verbindet, dass die zukünftigen DIN-Anforderungen für die Drehmomentfestigkeit, insbesondere von Schraubendreherspitzen erfüllt.Against this background, the Invention based on the object, hard metal moldings, in particular screwdriver tips Provide from a material that has high strength and corrosion resistance classic hard metal alloys with toughness and torque resistance of steels like that that connects the future DIN requirements for the torque resistance, especially of screwdriver tips Fulfills.

In einer ersten Ausführungsform wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch Hartmetallformkörper, enthaltend, insbesondere bestehend aus, 55 bis 85 Gew.-% Wolframcarbid einer Korngröße im Bereich von 0,1 μm bis 6,0 μm im gesinterten Zustand und 15 bis 45 Gew.-% eines Binders, wobei der Binder wenigstens 50 Gew.-% Eisen, 2 bis 40 Gew.-% Cobalt und 5 bis 40 Gew.-% Nickel enthält.In a first embodiment the object is achieved by Carbide moldings, containing, in particular consisting of, 55 to 85 wt .-% tungsten carbide a grain size in the range of 0.1 μm up to 6.0 μm in the sintered state and 15 to 45 wt .-% of a binder, the Binder at least 50% by weight iron, 2 to 40% by weight cobalt and 5 to 40% by weight nickel contains.

Ein Kennzeichen des so eingesetzten Hartmetalls ist seine wesentlich verbesserte Fähigkeit gegenüber klassischen Hartmetallen.A hallmark of the so used Carbide is its significantly improved ability over classic Hard metals.

Die Bestimmung der Zähigkeit erfolgt beispielsweise mit Hilfe der Palmquist-Messung: die daraus bestimmten K_IC-Werte erreichten Werte von 20 bis 25 MPa·m¹ ^/2, während bei klassischen Hartmetall-legierungen Werte von 15 MPa·m^1/ ² erreicht werden.The determination of strength is carried out for example by means of Palmquist measurement: are determined therefrom K _IC values values reached 20 to 25 MPa · m ^{^1/2,} whereas in classical carbide alloys values of 15 MPa · m ^{^1/2} reached ,

Mit den erfindungsgemäßen Hartmetallformkörpern besteht erstmals die Möglichkeit, Schraubendreherspitzen aus einem verschleißfesten Material herzustellen.With the hard metal moldings according to the invention for the first time the possibility To produce screwdriver tips from a wear-resistant material.

Besonders vorteilhaft weist das Wolframcarbid eine Korngröße im Bereich von 0,2 μm bis 6,0 μm im gesinterten Zustand auf, wobei der Formkörper bevorzugt 20 bis 40 Gew.-% des Binders enthält.The tungsten carbide is particularly advantageous a grain size in the range of 0.2 μm up to 6.0 μm in sintered state, the shaped body preferably 20 to 40% by weight contains the binder.

Der hohe Eisengehalt und insbesondere auch das Einhalten der Obergrenze für den Cobaltgehalt sind erforderlich, um einer sonst eintretenden Versprödung des Hartmetalls entgegenzuwirken und die notwendige hohe Zähigkeit zu erhalten. Kohlenstoffgehalte in WC-Fe-Legierungen sollten in einem engen Bereich von ±0,03 Gew.-% liegen, um versprödende Phasen wie Eta-Phasen einerseits und freien Kohlenstoff andererseits zu verhindern. Beide Phasen führen zu einer teilweise extremen Verschlechterung der Zähigkeitseigenschaften.The high iron content and especially also compliance with the upper limit for the cobalt content is required to prevent embrittlement of the Counteracting hard metal and the necessary high toughness to obtain. Carbon levels in WC-Fe alloys should be in a narrow range of ± 0.03 % By weight are embrittling Phases like eta phases on the one hand and free carbon on the other to prevent. Both phases lead to a sometimes extreme deterioration in the toughness properties.

Durch die Zugabe von Cobalt und Nickel wird das mögliche Kohlenstofffenster aufgeweitet. Dadurch sind die Eigenschaften besser einstellbar.By adding cobalt and nickel becomes the possible Carbon window expanded. This makes the properties better adjustable.

Im Sinne der Erfindung sollten die Korngrößen des Wolframcarbids im gesinterten Zustand vorzugsweise ultrafein bis grob sein, d. h. 0,2 bis 6,0 μm betragen. Bevorzugt sind dabei Korngrößen von 0,6 bis 4,0 μm. Besonders gute Werte in Bezug auf die Schlagzähigkeit (K_IC-Wert) werden dabei mit Korngrößen im Bereich von 1,0 bis 4,0 μm und ganz besonders mit Korngrößen, die als mittel oder grob bezeichnet werden (> 1,3 μm), erzielt.For the purposes of the invention, the grain sizes of the tungsten carbide in the sintered state should preferably be ultrafine to coarse, that is to say 0.2 to 6.0 μm. Grain sizes of 0.6 to 4.0 μm are preferred. Particularly good values in terms of impact strength (K _IC value) are used with grain sizes in the range from 1.0 to 4.0 μm and very particularly with grain sizes that are described as medium or coarse (> 1.3 μm), achieved.

Aus diesen Gründen ist auch besonders bevorzugt, wenn der Anteil des Wolframcarbids 60 Gew.-% bis 80 Gew.-%, insbesondere 70 bis 75 Gew.-% und der Binderanteil entsprechend 20 Gew.-% bis 40 Gew.-%, insbesondere 25 bis 30 Gew.-% beträgt. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass ein Maximum an Zähigkeit, verbunden mit großer Härte, erzielt wird.For these reasons, it is also particularly preferred if the proportion of tungsten carbide is 60% by weight to 80% by weight, in particular 70 to 75 wt .-% and the binder proportion corresponding to 20 wt .-% to 40% by weight, in particular 25 to 30% by weight. This ensures that maximum toughness, associated with great Hardness, is achieved.

Die besten Werte für eine Torsionsfestigkeit werden erreicht, wenn der Binder wenigstens 50, bevorzugt 60 bis 85, ganz besonders bevorzugt 70 bis 80 Gew-% Eisen, 5 bis 15 Gew.-%, bevorzugt 5 bis 10 Gew.-% Cobalt und 5 bis 25, bevorzugt 10 bis 20 Gew.-% Nickel enthält. Dies ist daher in ganz besonderem Maße bevorzugt.The best values for torsional strength are achieved if the binder contains at least 50, preferably 60 to 85, very particularly preferably 70 to 80% by weight of iron, 5 to 15% by weight, preferably 5 to 10% by weight of cobalt and 5 to 25, preferably 10 to Contains 20 wt .-% nickel. This is therefore particularly preferred.

Die quantitative Charakterisierung der Korngrößen von WC-Co-Hartmetallen erfolgt üblicherweise als Flächenanalyse eines geätzten Schliffes (äquivalenter Kreisdurchmesser). Das Realbild kann über Bildverarbeitung rekonstruiert werden, so dass die Partikelflächen mittels Computerprogrammen ausgewertet werden. Dabei bildet der Computer für jedes Korn eine der Fläche des Teilchens entsprechende Kreisfläche ab. Der Durchmesser dieses Kreises wird bestimmt.The quantitative characterization the grain sizes of WC-Co cemented carbides usually takes place as area analysis one etched Cut (equivalent Circle diameter). The real image can be reconstructed using image processing so that the particle surfaces be evaluated using computer programs. The forms Computer for each grain one of the area corresponding circular area of the particle. The diameter of this Circle is determined.

Da bei dieser Methode eine Schnittfläche durch den Werkstoff ausgewertet wird, kommt man mit dieser Methode im Gegensatz zur Sehnenlängenmessung, bei der eine Linie durch den Werkstoff gelegt wird, der wahren räumlichen Korngrößenverteilung näher. Dieser Parameter sollte folglich besser mit den Werkstoffeigenschaften korrelieren. Zur Umrechnung des Mittelwertes aus der Flächenanalyse in einem Mittelwert aus der Linearanalyse wird im allgemeinen ein Faktor zwischen 1,3 und 1,5 angegeben. Dies stellt jedoch nur eine Näherung dar und hängt von der Form der Körner ab.Because with this method a cut through the material is evaluated, one comes with this method in Contrast to tendon length measurement, in which a line is laid through the material, the true spatial Particle size distribution closer. This parameter should therefore be better with the material properties correlate. To convert the mean value from the area analysis in a mean from linear analysis is generally a Factor between 1.3 and 1.5 specified. However, this represents only one approximation and depends on the shape of the grains from.

Vorteilhaft ist auch, wenn der Hartmetallformkörper, insbesondere eine Schraubendreherspitze wenigstens ein Carbid, Nitrid und/oder Carbonitrid mindestens eines der Elemente der Gruppen IVa, Va und VIa des Periodensystems der chemischen Elemente enthält, mit der Maßgabe, dass der Gesamtgehalt dieser Carbide, Nitride und/oder Carbonitride 0,1 bis 4, insbesondere 0,2 bis 2 Gew.-%, bezogen auf den Gesamtanteil in der Legierung, beträgt.It is also advantageous if the hard metal molding, in particular a screwdriver tip at least one carbide, nitride and / or Carbonitride at least one of the elements of groups IVa, Va and VIa of the periodic table of chemical elements contains, with the proviso that the total content of these carbides, nitrides and / or carbonitrides 0.1 to 4, in particular 0.2 to 2 wt .-%, based on the total proportion in the alloy.

Carbide, Nitride bzw. Carbonitride haben üblicherweise die Funktion, das Wachstum der Korngröße des Hartmetalls zu beschränken. Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass der Anteil an Carbiden, Nitriden und Carbonitriden besonders gering gehalten werden kann, da die Korngröße beim Sintervorgang kaum zunimmt. Optimale Verschleißfestigkeiten und Härten werden erzielt, wenn der Gesamtgehalt der Carbide, Nitride und/oder Carbonitride im angegebenen Bereich liegt, insbesondere wenn der Gehalt an Vanadiumcarbid 0,05 bis 1 Gew.-%, der Gehalt der Legierung an Tantalcarbid 0,2 % bis 10 Gew.-% und der Gehalt an Chromcarbid 0,2 bis 5 Gew.-%, jeweils bezogen auf den Binder beträgt.Carbides, nitrides or carbonitrides usually have the function of restricting the growth of the grain size of the hard metal. On particular advantage of the present invention is that the proportion carbides, nitrides and carbonitrides kept particularly low can be because the grain size at Sintering process hardly increases. Optimal wear resistance and hardness achieved when the total content of carbides, nitrides and / or carbonitrides is in the specified range, especially if the vanadium carbide content is 0.05 to 1 wt .-%, the content of the alloy of tantalum carbide 0.2% to 10 wt .-% and the content of chromium carbide 0.2 to 5 wt .-%, each based on the binder.

Dabei ist der absolute Gehalt an Carbiden, Nitriden und Carbonitriden jeweils abhängig von dem jeweiligen Binder und wird daher in Gew.-%, bezogen auf den Binder, angegeben.The absolute content is Carbides, nitrides and carbonitrides each depend on the respective binder and is therefore given in% by weight, based on the binder.

Die vorstehend beschriebenen Hartmetalle können prinzipiell Verwendung finden als Werkstoff in Anwendungen, in denen eine ähnliche Optimierung von Verschleißfestigkeit, Härte und Zähigkeit bzw. Drehmomentbeständigkeit gefordert sind. Solche Anwendungen sind beispielsweise Schraubendreherspitzen.The hard metals described above can in principle Used as a material in applications where a similar Optimization of wear resistance, Hardness and toughness or torque resistance are required. Such applications are, for example, screwdriver tips.

Vorteilhaft und am preisgünstigsten ist eine Ausführungsform, in der die erfindungsgemäßen Schraubendreherspitzen nur im Anwendungsbereich (Kopf) aus dem Hartmetallformkörper besteht, oder beispielsweise eine Hartmetallbeschichtung auf Stahl aufweist. In ähnlicher Weise kann ein Anwendungsbereich (Kopf) aus Hartmetall auf einen Träger aufgelötet sein. Besonders bevorzugt ist weiterhin wegen gesteigerter Härte und Verschleißfestigkeit eine Schraubendreherspitze, die aus dem Hartmetall besteht, beispielsweise aus Spritzguss gefertigt ist.Advantageous and cheapest is an embodiment in which the screwdriver tips according to the invention consists of the hard metal molded body only in the area of application (head), or, for example, has a hard metal coating on steel. More like that A field of application (head) made of hard metal can be used in a way Carrier be soldered. Is also particularly preferred because of increased hardness and Wear resistance one Screwdriver tip, which consists of the hard metal, for example is made of injection molding.

Ausführungsbeispiele:EXAMPLES

Beispiel 1:Example 1:

Aus einer Komplexbinderlegierung, bestehend aus 70 Gew.-% WC einer Korngröße des WC von 0,8 μm im gesinterten Zustand und 30 Gew.-% Binder mit einer Binderzusammensetzung Fe:Co:Ni = 70:10:20 wurden Schraubendreherspitzen (Bits) in den Abmessungen PZ2 gefertigt. Diese Schraubendreherspitzen erzielten im Torsionstest Drehmomentwerte von 14,5 Nm, was eine Steigerung um 25 % gegenüber dem nach DIN 5261 geforderten Wert von 11,3 Nm ausmacht.Made from a complex binder alloy, consisting of 70% by weight WC with a grain size of 0.8 μm in the sintered WC Condition and 30 wt .-% binder with a binder composition Fe: Co: Ni = 70:10:20 became screwdriver tips (bits) in dimensions PZ2 manufactured. These screwdriver tips achieved in the torsion test Torque values of 14.5 Nm, which is an increase of 25% over the of 11.3 Nm required according to DIN 5261.

Beispiel 2:Example 2:

Aus einer Komplexbinderlegierung, bestehend aus 80 Gew.-% des WC und 20 Gew.-% des Binders gemäß Beispiel 1 wurden Schraubendreherspitzen (Bits) in den Abmessungen PZ2 gefertigt. Diese Schraubendreherspitzen erzielten im Torsionstest Drehmomentwerte von 11,5 – 12 Nm, und erfüllten damit die nach DIN 5261 vorgeschriebenen Mindestanforderungen von 11,3 Nm.Made from a complex binder alloy, consisting of 80 wt .-% of the toilet and 20 wt .-% of the binder according to the example 1 screwdriver tips (bits) were manufactured in the dimensions PZ2. This Screwdriver tips achieved torque values in the torsion test from 11.5 - 12 Nm, and met thus the minimum requirements of 11.3 Nm.

Vergleichsbeispiel:Comparative Example:

Schraubendreherspitzen (Bits) der Abmessung PZ2, gefertigt mit einer klassischen WC-Co-Legierung, enthaltend 85 Gew.-% WC und 15 Gew.-% Co bei einer Korngröße des WC von 2-3 μm im gesinterten Zustand, erzielten im Torsionstest Drehmomentwerte von 8 Nm. Damit wurden lediglich etwa 70 % des Sollwertes nach DIN 5261 von mindestens 11,3 Nm erreicht.Screwdriver tips (bits) of the Dimension PZ2, made with a classic WC-Co alloy, containing 85 wt .-% WC and 15 wt .-% Co with a grain size of the toilet of 2-3 μm in the sintered state, achieved torque values in the torsion test of 8 Nm. This was only about 70% of the target value according to DIN 5261 of at least 11.3 Nm.

Claims

Tungsten carbide molded bodies containing 55 to 85% by weight Tungsten carbide with a grain size in the range of 0.1 μm to 6.0 μm in sintered state and 15 to 45 wt .-% of a binder, the Binder at least 50% by weight iron, 2 to 40% by weight cobalt and 5 contains up to 40 wt .-% nickel.

Carbide moldings according to claim 1, characterized in that the tungsten carbide a grain size in the range of 0.2 μm up to 6.0 μm in the sintered state, the molded body 20 to 40 wt .-% of the binder contains.

Carbide moldings according to claim 2, characterized in that the proportion of tungsten carbide 60th % By weight to 80% by weight, is in particular 70 to 75% by weight, the molded body being 20th contains up to 40 wt .-%, in particular 25 to 30 wt .-% binder.

Carbide moldings according to claims 1 to 3, characterized in that the binder is at least 50, in particular 60 to 85, very particularly 70 to 80% by weight iron, 5 to 15% by weight, in particular 5 to 10% by weight of cobalt and 5 to 25, in particular 10 contains up to 20 wt .-% nickel.

Carbide moldings according to one of claims 1 to 4, characterized in that the grain size of the tungsten carbide in the sintered State 1.0 to 4.0 μm, in particular at least 1.3 μm is.

Carbide moldings according to one of claims 1 to 5, characterized in that it contains at least one carbide, Nitride and / or carbonitride of at least one of the elements of the groups Contains IVa, Va and VIa, with the proviso that the total content of these carbides nitrides and / or carbonitrides 0.1 to 4, in particular 0.2 to 2 wt .-%, based on the total proportion in the alloy.

Carbide moldings according to claim 6, characterized in that the alloy based on the binder Contains 0.05 to 1 wt .-% vanadium carbide.

Carbide moldings according to claim 6, characterized in that the alloy based on the binder Contains 0.2 to 10 wt .-% tantalum carbide.

Carbide moldings according to claim 6, characterized in that the alloy based on the binder Contains 0.2 to 5 wt .-% chromium carbide.

Screwdriver tip containing one, in particular consisting of a hard metal molded body according to one of claims 1 to 9th

Screwdriver tip containing a coating in the area of the work surface from a hard metal molding according to one of claims 1 to 9.