-
Gesintertes Schneidmaterial aus oxydischen und metallischen Bestandteilen
Gesintertes Schneidmaterial, das als Hartbestandteil Wolframkarbid und andere Karbide
von schweren Metallen enthält, ist unter der Bezeichnung Hartmetall bekannt.
-
In neuerer Zeit sind gesinterte Schneidmaterialien hergestellt worden,
bei denen der Hartbestandteil aus Oxyden von Aluminium und anderen leichten Metallen
besteht, oft mit einem Zusatz von Siliziumdioxyd, der nicht an sich die Härte erhöht,
aber den Zweck hat, die Sinterung zu erleichtern. Auch andere Zusätze sind im sinterungsfördernden
Sinne vorgeschlagen worden, z. B. Titanate von Eisen, Nickel, Kobalt oder Magnesium.
Diese oxydischen Schneidmaterialien werden von billigeren Ausgangsmaterialien hergestellt
und weisen außerdem im Vergleich mit Hartmetall die Vorteile einer höheren Oxydationsbeständigkeit
und einer niedrigeren Wärmeleitfähigkeit auf. Infolge der niedrigeren Wärmeleitfähigkeit
wird die bei der Bearbeitung erzeugte Wärme im wesentlichen von dem bearbeiteten
Material und nicht von dem Werkzeug aufgenommen. Es sind Versuche gemacht worden,
die die Vereinigung der Vorteile von oxydischen und metallischen Schneidmaterialien
zum Ziele hatten. Es wurde dabei vorgeschlagen, Aluminiumoxyd mit einem Zusatz von
Metallen, wie Chrom und Eisen, zu sintern, wobei angegeben wird, daß ein gewisser
Gehalt an Vanadiumtrioxyd die Oxydationsbeständigkeit erhöht, oder Aluminiumoxyd
in Mischung mit Boriden, Karbiden oder Nitriden von den zur IV., V. und VI. Gruppe
des Periodischen Systems gehörenden Metallen unter Zusatz der Metalle Eisen, Nickel,
Kobalt und Chrom zu sintern. Das britische Patent 676 441 betrifft ein gesintertes
Material, enthaltend Aluminiumoxyd und ein oder mehrere der Oxyde von Eisen, Chrom,
Mangan, Vanadin und Titan sowie ein oder mehrere zur VI. Gruppe des Periodischen
Systems und zur Eisengruppe gehörende Metalle.
-
Das Material gemäß der vorliegenden Erfindung, das auch aus oxydischen
und metallischen Bestandteilen besteht, obwohl die oxydischen stärker überwiegen
als in den bisher geprüften Materialien ähnlicher Art, weist im Vergleich mit den
letztgenannten die Vorteile auf, daß es eine sehr gute Dichte bei verhältnismäßig
niedriger Sinterungstemperatur erreicht und daß es sich ebenso leicht schleifen
läßt wie gewöhnliches Hartmetall. Ferner weist es sehr gute Schneideigenschaften
auf, da es hohe Verschleißstärke und Wärmebeständigkeit mit guter Festigkeit vereinigt.
-
Das Material nach der Erfindung besteht zu 85 bis 97,5 % (vorzugsweise
85 bis 95 °%) aus Oxyden, während der Rest im wesentlichen aus metallischen Stoffen
besteht. Die Oxyde bestehen zu mindestens 40 % (vorzugsweise mindestens 80
°/o) aus Aluminiumoxyd, während der Rest aus Titandioxyd und/oder Zirkoniumdioxyd
und höchstens 1,5 % aus anderen Oxyden, z. B. Siliziumdioxyd und Magnesiumoxyd,
besteht. Die metallischen Bestandteile bestehen aus gewissen schweren Metallen und
gegebenenfalls auch Karbiden von diesen, wobei der Gehalt an Karbiden jedoch höchstens
200/, davon (vorzugsweise höchstens 20j,) beträgt. Die metallischen Bestandteile
sollen zu mindestens 15 % und zu höchstens 95 % aus einem oder mehreren
der Metalle der VI. Gruppe des Periodischen Systems, z. B. Chrom, Molybdän und Wolfram,
und zu mindestens 50/, und höchstens 85 °% aus einem oder mehreren der Metalle
der Eisengruppe, z. B. Eisen, Nickel, Kobalt, bestehen. Außerdem kann ein kleiner
Teil, höchstens 5 % (vorzugsweise höchstens 3 °/o), der metallischen Bestandteile
aus einem oder mehreren der Grundelemente Aluminium, Silizium, Titan, Vanadin, Niob,
Tantal bestehen.
-
Das erwähnte britische Patent 676 441 betrifft im Gegensatz zur vorliegenden
Erfindung ein anderes Material, und zwar metallkeramische Materialien des bisher
gewöhnlichen Typus mit wesentlichem Gehalt an Metall, in diesem Falle vorzugsweise
Chrom oder gegebenenfalls Eisen. Daß das Material gemäß der Erfindung jedoch etwas
Neues darstellt und Eigenschaften aufweist, die sich von denjenigen der bekannten
Materialien stark unterscheiden, geht indessen aus den vergleichenden Prüfungsresultaten,
die unten angegeben werden, hervor.
-
Eine spezielle Ausführungsform des Materials nach der vorliegenden
Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß mindestens 80 % und höchstens 95
% der metallischen Bestandteile aus einem oder mehreren der Metalle Chrom,
Molybdän
und Wolfram bestehen, wobei gleichzeitig der Gehalt an einem oder mehreren der Metalle
Eisen, Nickel und Kobalt mindestens 50/, und höchstens 200/, der metallischen
Bestandteile beträgt. Vorzugsweise bestehen dabei die metallischen Bestandteile
zu 80 bis 950/, aus Wolfram und zu 5 bis 20 % aus Kobalt.
-
Gemäß einer zweiten Ausführungsform bestehen mindestens 151)/, und
höchstens 600/, der metallischen Bestandteile aus einem oder mehreren der
Metalle Chrom, Molybdän und Wolfram, wobei gleichzeitig der Gehalt an einem oder
mehreren der Metalle Eisen, Nickel und Kobalt mindestens 40 °/o und höchstens 85
°/o beträgt. Dabei können 30 bis 600/, der metallischen Bestandteile aus
Chrom und Wolfram, bis 100/, aus Molybdän und 40 bis 70 °/o aus Kobalt bestehen.
-
Nach einer dritten Ausführungsform bestehen 10 bis 200/, von den metallischen
Bestandteilen aus Chrom und 80 bis 90 °/o aus Nickel und außerdem bis 5 °/o aus
einem oder mehreren der Metalle Aluminium, Titan, Niob und Tantal.
-
In sämtlichen obenerwähnten speziellen Ausführungsformen beträgt der
Gehalt an als Karbid gebundenem Kohlenstoff höchstens 0,30/0 des Materials
in seinem Ganzen.
-
Eine weitere Ausführungsform kennzeichnet sich dadurch, daß von im
Material enthaltenen Oxyden mindestens 20/, aus Titandioxyd besteht. Das Titandioxyd
kommt vorzugsweise als Titanat, beispielsweise AlzTiOb, vor.
-
Schließlich besteht eine Ausführungsform der Erfindung darin, daß
Wolframkarbid mit einem Gehalt von höchstens 40/, des Materials in seinem Ganzen
enthalten ist.
-
Die angegebenen Prozentzahlen betreffen in sämtlichen Fällen Gewichtsprozent.
-
Das Material gemäß der Erfindung kann auf folgende Weise hergestellt
werden: Die Ingredienzien werden durch Mahlen in einer Kugelmühle aus geeignetem
Material gut gemischt, mit Flüssigkeit gefeuchtet und auf in der Pulvermetallurgie
übliche Weise zu Platten gepreßt. Die gepreßten Platten werden bei einer Temperatur
von 1400 bis 1600° C je nach der Zusammensetzung gesintert. Die Sinterung wird zweckmäßig
in neutraler Atmosphäre, beispielsweise Argon, oder in Vakuum ausgeführt.
-
Beispiele für die Zusammensetzung werden in der folgenden Tabelle
gegeben:
| Bestandteil Material Nr. (Gewichtsprozent) |
| 1 I 2 I 3 J 4 I 5 I 6 |
| A1203 .......... 82 80 80 75 78 77 |
| Ti 02 (als A12Ti 0S) 12 ' 10 10 9 10 10 |
| Cr ............ - - 3,2 2,4 3,4 2 |
| Mo ........... - - - - 0,8 - |
| W ............ 5,4 3,51 1,3 6,4 - - |
| Ni............ - - - 0,3 10,5 |
| Co ............. 0,6 6,5 5,5 7,2 7,5 - |
| Al ............ - - - - - 0,1 |
| Ti ............. - - - - - 0,3 |
| Ta ............. - - - - - 0,1 |
Als Beispiele für die Ergebnisse, die mit einem Material nach der Erfindung, und
zwar dem Material Nr. 1 in der obenstehenden Tabelle, erreicht worden sind, seien
vergleichende Verschleißproben bei Drehung von Stählen mit einem Kohlenstoffgehalt
von 0,95 °% und einer Brinellhärte von 220 kg/mm2 angezogen. Die Schneidgeschwindigkeit
war 300 m/min, die Schneidtiefe 1,5 mm und der Vorschub 0,16 mm/r. Nach einer Schneidzeit
von einer Stunde wurde auf übliche Weise die Höhe der Verschleißphase der Schneide
des Werkzeuges zu 0,15 mm gemessen. Bei vergleichenden Prüben mit Hartmetall, bestehend
aus 80 °/o Wolfrarakarbid, 13 °% Titankarbid und 7 °% Kobalt, wurde schon nach 6
Minuten eine Verschleißphase von 0,40 mm erhalten.
-
Ein Vergleich mit metallkeramischen Materialien gemäß dem obenerwähnten
britischen Patent 676 441 wurde derart durchgeführt" da3 Materialien gemäß sämtlichen
dort genannten Beispielen - also mit weit höherem Metallgehalt als gemäß der vorliegenden
Erfindung - hergestellt worden sind, wonach diese Materialien einer Prüfung im Vergleich
mit Materialien nach der vorliegenden Erfindung unterzogen worden sind. Die Schneiden
wurden dabei durch Drehen in Stählen mit 0,450/, C geprüft. Die Schneidgeschwindigkeit
betrug 300 m/min, der Vorschub Q"33 mm/r und die Schneidtiefe 1,5 mm. Die Drehzeit
für das Material nach der vorliegenden Erfindung wurde bis zur Erreichung eines
Phasenverschleißes von 0j23 mm gemessen und betrug dabei 83,6 Minuten. Für das.
Material nach Beispiel 1 und 3 entstand Bruch schon nach 0,10 Minuten. Das Material
nach Beispiel 2; wurde während 0,20 Minuten verwendet, wonach der Phasenverschleiß
1,10 mm betrug. Die Resultate sind in der untenstehenden Tabelle zusammengefaßt
Aus dem Vergleich geht hervor, daß das Material nach der vorliegenden Erfindung
ganz andere Eigenschaften besitzt als die bekannten Materialien, welche es für die
Zwecke der Erfindung außerordentlich geeignet machen.
-
Man hat im allgemeinen zwei- bis viermal so hohe Schneidgeschwindigkeiten
mit Werkzeugen aus Materialien nach der Erfindung anwenden können als mit dem härtesten
Hartmetall von gesinterten Karbiden. Ferner hat es sich gezeigt, daß man Vorschübe
von bis etwa 1,0 mm bei der Bearbeitung von Stahl anwenden konnte, während man mit
anderem Material auf der Basis von Aluminiumoxyd nicht mehr als 0,3 mm Vorschub
hat erreichen können, ohne daß eine zu große Gefahr von Schneidenbrüchen bestand.
Das
Material nach der Erfindung ist in erster Linie für Werkzeuge zur Bearbeitung von
metallischen und nichtmetallischen Gegenständen, z. B. durch Drehen oder Fräsen,
bestimmt. Indessen können aus dem Material auch Gegenstände, die Verschleiß ausgesetzt
werden sollen, oder Teile von solchen Gegenständen oder Beläge auf solchen Gegenständen
oder Teilen hergestellt werden. Das Material kann auch für andere Zwecke verwendet
werden,. bei denen seine hohe Warmhärte und Oxydationsbeständigkeit von Vorteil
sind oder bei denen man die mit der hohen Härte zusammenhängenden Eigenschaften,
wie seine hohe Verschleißstärke, ausnutzt, z. B. für Zieheisen-