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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr.
2021-051057 , eingereicht am 25. März 2021. Der Inhalt dieser Anmeldung wird hier durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen.
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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Hartmetall und ein Schneidwerkzeug.
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HINTERGRUND
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Hartmetall, das beispielsweise in
WO 2019/138599 (Patentdokument 1) erörtert wird, ist als Hartmetall zur Verwendung in Schneidwerkzeugen oder dergleichen bekannt. Das im Patentdokument 1 erörterte Hartmetall weist eine Hartphase, die aus Wolframcarbidpartikel gebildet ist, und eine Bindephase auf, die Co und Cr enthält. Ein Bereich, in dem der Abstand zwischen den Oberflächen der im Patentdokument 1 offenbarten Wolframcarbidpartikel 5 nm oder weniger beträgt und ein Maximalwert eines Verhältnisses C(R)/C(C) eines Spitzenwerts C(C) des Atomprozentsatzes von Co und des Spitzenwerts C(R) des Atomprozentsatzes von Cr 0,177 beträgt, ist in Probe D3 in Tabelle 4 dargestellt. Es ist bekannt, dass die Feststofflöslichkeitsgrenze von Cr bezogen auf Co bei etwa 30 Atom-% liegt. Patentdokument 1 offenbart, dass Co und Cr, deren Menge etwa zur Hälfte der Feststofflöslichkeitsgrenze korrespondiert, zwischen Wolframpartikeln vorhanden sind.
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KURZERLÄUTERUNG
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Ein Hartmetall in einer nicht-einschränkenden Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist eine Mehrzahl von Wolframcarbidpartikeln und eine Bindephase auf, die zumindest Co enthält. Die Bindephase weist ferner Cr auf. Ein Bereich in einem Querschnitt des Hartmetalls, in dem ein Abstand X zwischen Oberflächen von einander benachbarten Wolframcarbidpartikel, die eine Gegenüberliegende-Oberfläche-Länge L von 100 nm oder mehr haben, 5 nm oder weniger beträgt, ist ein WC/WC-Bereich. Ein Maximalwert (Atom-%) des Cr, der durch eine Elementanalyse in einer Querrichtung von einem Wolframcarbidpartikel zum anderen Wolframcarbidpartikel im WC/WC-Bereich erhalten wird, ist ein Cr-Wert, und ein Maximalwert (Atom-%) des so erhaltenen Co ist ein Co-Wert. Ein Verhältnis zwischen dem Cr-Wert und dem Co-Wert (Cr-Wert/Co-Wert) ist ein Cr/Co-Verhältnis, und das Cr/Co-Verhältnis ist größer als 1,0.
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Ein Schneidwerkzeug in einer nicht-einschränkenden Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist das Hartmetall auf.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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- 1 ist eine Schnittansicht, die ein Hartmetall in einer nicht-einschränkenden Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt,
- 2 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Schneidwerkzeug in einer nicht-einschränkenden Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt, und
- 3 ist eine Schnittansicht entlang der Linie III-III in dem in 2 gezeigten Schneidwerkzeug.
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AUSFÜHRUNGSFORM
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<Hartmetall>
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Ein Hartmetall 1 in einer nicht-einschränkenden Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben. Zur Vereinfachung der Beschreibung zeigen die Zeichnungen, auf die im Folgenden Bezug genommen wird, in vereinfachter Form nur die Hauptelemente, die zur Beschreibung der Ausführungsformen erforderlich sind. Daher kann das Hartmetall 1 jedes beliebige Strukturelement aufweisen, das in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, auf die Bezug genommen wird. Abmessungen der Elemente in den Zeichnungen geben weder die Abmessungen der tatsächlichen Strukturelemente noch die Größenverhältnisse dieser Elemente wieder. Diese Punkte gelten auch für ein später beschriebenes Schneidwerkzeug.
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Das Hartmetall 1 kann eine Mehrzahl von Partikeln aus Wolframcarbid (WC) aufweisen. Die WC-Partikel werden auch als Hartpartikel bezeichnet. Das Hartmetall 1 kann eine Hartphase aufweisen, die die Mehrzahl der WC-Partikel enthält. Die Hartphase kann neben WC zumindest eine Art aufweisen, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Carbiden, Nitriden und Carbonitriden von Metallen der Gruppen 4, 5 und 6 des Periodensystems besteht.
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Der mittlere Partikeldurchmesser der WC-Partikel ist nicht auf einen bestimmten Wert beschränkt. So kann der mittlere Partikeldurchmesser der WC-Partikel beispielsweise 0,5-3,0 µm betragen. Der mittlere Partikeldurchmesser der WC-Partikel kann durch Bildanalyse gemessen werden. In diesem Fall kann ein äquivalenter Kreisdurchmesser als der mittlere Partikeldurchmesser der WC-Partikel angesehen werden.
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Das Hartmetall 1 kann eine Bindephase aufweisen, die zumindest Co (Kobalt) enthält. Die Bindephase kann dazu dienen, benachbarte WC-Partikel zu verbinden. Die Bindephase kann auch dazu dienen, benachbarte Hartphasen zu verbinden.
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Die Bindephase kann ferner Cr (Chrom) aufweisen. Ein in der Bindephase enthaltener Cr-Gehalt (in Masse-%) kann ein Cr-Gehalt sein. Der Cr-Gehalt kann 5 Masse-% oder mehr betragen. Wenn der Cr-Gehalt 5 Masse-% oder mehr beträgt, hat das Hartmetall 1 eine erhöhte Hochtemperaturhärte und Hochtemperaturfestigkeit. Ein oberer Grenzwert für den Cr-Gehalt ist nicht auf einen bestimmten Wert beschränkt. Beispielsweise kann der obere Grenzwert des Cr-Gehalts 15 Masse-% betragen. Der Cr-Gehalt kann durch ICP-Analyse (Inductively Coupled Plasma) gemessen werden.
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Wie in der in 1 gezeigten nicht-einschränkenden Ausführungsform kann ein Bereich in einem Querschnitt des Hartmetalls 1, in dem ein Abstand X zwischen Oberflächen von WC-Partikeln (ein erstes WC-Partikel 3 und ein zweites WC-Partikel 5), die zueinander benachbart sind und eine Gegenüberliegende-Oberfläche-Länge L von 10 nm oder mehr aufweisen, 5 nm oder weniger beträgt, ein WC/WC-Bereich S sein.
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Im Querschnitt des Hartmetalls 1 kann die Gegenüberliegende-Oberfläche-Länge L eine Länge von Oberflächen bezeichnen, die in den benachbarten WC-Partikeln einander gegenüberliegen. Ein oberer Grenzwert für die Länge der Gegenüberliegende-Oberfläche-Länge L ist nicht auf einen bestimmten Wert beschränkt.
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Ein unterer Grenzwert für den Abstand X ist nicht auf einen bestimmten Wert beschränkt. Zum Beispiel kann der untere Grenzwert des Abstands X 0 nm betragen. Das heißt, zumindest ein Teil der benachbarten WC-Partikel im WC/WC-Bereich S kann in Kontakt miteinander sein. Der Abstand X kann über die gesamte Länge des WC/WC-Bereichs konstant sein. Der Begriff „konstant“ kann annähernd konstant bedeuten und muss nicht streng konstant sein.
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Eine Elementanalyse des WC/WC-Bereichs S kann in einer Querrichtung von einem WC-Partikel (dem ersten WC-Partikel 3) zu dem anderen WC-Partikel (dem zweiten WC-Partikel 5) durchgeführt werden. Die Elementanalyse kann z.B. durch energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDS) durchgeführt werden.
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Ein Maximalwert (Atom-%) von Cr kann ein Cr-Wert sein, und ein Maximalwert (Atom-%) von Co kann ein Co-Wert sein, die beide durch die Elementanalyse erhalten werden. Ein Verhältnis zwischen dem Cr-Wert und dem Co-Wert (Cr-Wert/Co-Wert) kann ein Cr/Co-Verhältnis sein.
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Das Cr/Co-Verhältnis kann größer als 1,0 sein. In diesem Fall ist die Verschlechterung der Festigkeit bei hohen Temperaturen weniger signifikant. Insbesondere, wenn mehr Cr als Co im WC/WC-Bereich S vorhanden ist, wird angenommen, dass der WC/WC-Bereich S verbesserte Hochtemperatureigenschaften in Bezug auf Härte und Festigkeit aufweist, wodurch die Verschlechterung der Festigkeit des Hartmetalls 1 bei hohen Temperaturen vermieden wird. Daher kann die Ausbreitung von Rissen aufgrund von Stößen bei hohen Temperaturen leicht vermieden werden. Im Hartmetall 1 scheidet sich das in der Bindephase gelöste Cr bei einem Abkühlungsvorgang im WC/WC-Bereich S aus oder fällt dort aus, und im WC/WC-Bereich ist relativ mehr Cr als Co vorhanden. Folglich wird davon ausgegangen, dass eine Verschlechterung der Festigkeit auch bei hohen Temperaturen aufgrund der hohen Haftfestigkeit zwischen den einander gegenüberliegenden WC-Partikeln mit dem dazwischen liegenden WC/WC-Bereich S vermieden werden kann. Da ein Verhältnis von Cr zu Co im WC/WC-Bereich S eine Feststofflöslichkeitsgrenze überschreitet, besteht die Wahrscheinlichkeit, dass Cr in Form von Carbid oder ähnlichem vorliegt.
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Die hier verwendete Bezeichnung „hohe Temperaturen“ kann 600-1000°C bedeuten. Beispielsweise kann eine Querschnittsbetrachtung unter Verwendung von EDS in einem Elektronenmikroskop durchgeführt werden, um zu bestätigen, ob im WC/WC-Bereich S relativ mehr Cr als Co vorhanden ist. Beispiele für das Elektronenmikroskop können ein Rasterelektronenmikroskop (SEM) und ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM) aufweisen.
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Das Cr/Co-Verhältnis kann 1,2 oder mehr betragen. In diesem Fall wird davon ausgegangen, dass die Hochtemperatureigenschaften, wie z.B. Härte und Festigkeit, des WC/WC-Bereichs S weiter verbessert wurden und die Verschlechterung der Festigkeit des Hartmetalls 1 bei hohen Temperaturen weiter vermieden werden kann. Ein oberer Grenzwert für das Cr/Co-Verhältnis ist nicht auf einen bestimmten Wert beschränkt. Beispielsweise kann der obere Grenzwert des Cr/Co-Verhältnisses 2,5 betragen.
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Der Cr-Wert kann 4 Atom-% oder mehr betragen. In diesem Fall kann die Verschlechterung der Festigkeit des Hartmetalls 1 bei hohen Temperaturen vermieden werden, und es ist einfach, die Ausbreitung von Rissen aufgrund von Stößen bei hohen Temperaturen zu vermeiden. Ein oberer Grenzwert für den Cr-Wert ist nicht auf einen bestimmten Wert beschränkt. Beispielsweise kann der obere Grenzwert des Cr-Wertes 8 Atom-% betragen.
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Der Co-Wert kann 1-10 Atom-% betragen.
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Die Bindephase kann Co mit einem Anteil von 85-92 Masse-% in der Bindephase aufweisen. Dadurch wird ein gutes Gleichgewicht zwischen Hochtemperaturfestigkeit und Hochtemperaturhärte des Hartmetalls 1 erreicht, und das Hartmetall 1 eignet sich für die Bearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe und die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung. Ein Co-Gehalt (Masse-%), der in der Bindephase enthalten ist, kann ein Co-Gehalt sein. Der Co-Gehalt kann auf die gleiche Weise wie der Cr-Gehalt gemessen werden.
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Die Bindephase kann ferner W (Wolfram) aufweisen. Der Gehalt (Masse-%) an W, der die Bindephase aufweist, kann ein W-Gehalt sein. Wie oben beschrieben kann der Gehalt (Masse-%) an Cr, der in der Bindephase enthalten ist, ein Cr-Gehalt sein. Ein Verhältnis von Cr-Gehalt und W-Gehalt (Cr-Gehalt/W-Gehalt) kann 1,2-2,0 betragen.
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Wenn ein Massenverhältnis von Cr und W (Cr-Gehalt/W-Gehalt) in der Bindephase 1,2-2,0 aufweist, hat die Bindephase einen niedrigen Schmelzpunkt. Dies führt zu einer verbesserten Sinterfähigkeit, und die Raumtemperaturfestigkeit des Hartmetalls kann leicht verbessert werden. Das Verhältnis von Cr-Gehalt und W-Gehalt (Cr-Gehalt/W-Gehalt) kann 1,40-1,85 betragen. Der W-Gehalt kann 3,0-5,0 Masse-% betragen. Der W-Gehalt kann auf die gleiche Weise wie der Cr-Gehalt gemessen werden.
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Das Hartmetall 1 kann eine Wärmeleitfähigkeit von 70 W/m · K oder mehr haben. Wenn das Hartmetall 1 als Schneidwerkzeug verwendet wird, ist es einfach, den Einfluss des thermischen Einflusses aufgrund eines starken Temperaturwechsels während der Bearbeitung abzuschwächen. Insbesondere kann eine Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften aufgrund einer signifikanten Temperaturänderung an der Schneidkante des Werkzeugs vermieden werden, was zu einer ausgezeichneten Bearbeitungsleistung bei der Hochgeschwindigkeits- und Hocheffizienzbearbeitung führt.
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Ein oberer Grenzwert der Wärmeleitfähigkeit ist nicht auf einen bestimmten Wert beschränkt. Beispielsweise kann der obere Grenzwert der Wärmeleitfähigkeit 90 W/m . K betragen. Die Wärmeleitfähigkeit kann mit einem Laserblitzverfahren gemessen werden. Die Messbedingungen können auf JIS R1611 2010 basieren.
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<Verfahren zur Herstellung von Hartmetall>
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Ein Verfahren zur Herstellung von Hartmetall in einer nicht-einschränkenden Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird im Folgenden am Beispiel der Herstellung des Hartmetalls 1 beschrieben.
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Zunächst können WC-Pulver, Co-Pulver und Cr3C2-Pulver als Rohmaterialpulver hergestellt werden. Die Anteile und mittleren Partikeldurchmesser der Rohmaterialpulver können beispielsweise wie folgt festgelegt sein. Der Anteil des WC-Pulvers kann 86-95 Masse-% betragen. Der Anteil des Co-Pulvers kann 5-11 Masse-% betragen. Der Anteil des Cr3C2-Pulvers kann 0,4-1,5 Masse-% betragen.
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Der mittlere Partikeldurchmesser des WC-Pulvers kann 0,4-3,0 µm betragen. Der mittlere Partikeldurchmesser des Co-Pulvers kann 0,5-3,0 µm betragen. Der mittlere Partikeldurchmesser des Cr3C2-Pulvers kann 0,5-3,5 µm betragen. Der mittlere Partikeldurchmesser der Rohmaterialpulver kann mit dem Micro-Track-Verfahren gemessen werden.
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Ein Formkörper kann durch Mischen der vorbereiteten Rohmaterialpulver und anschließendes Formen erhalten werden. Beispiele für Formverfahren können Pressformen, Gussformen, Strangpressen und kaltisostatisches Pressformen aufweisen.
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Der erhaltene Formkörper kann einer Entbinderungsbehandlung unterzogen werden, gefolgt von Sintern. Das Sintern kann bei einem Vakuum von 0,5-100 Pa durchgeführt werden. Die Sintertemperatur kann 1350-1550°C betragen. Die Dauer des Sinterns kann 30-180 Minuten betragen.
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Das Hartmetall 1 kann durch Abkühlen nach dem Sintern erhalten werden. Im Allgemeinen wird das Abkühlen direkt durch Abschalten einer Heizung aus einem Zustand, in dem eine hohe Temperatur in einem Vakuum gehalten wird, gestartet. Das Cr/Co-Verhältnis übersteigt bei diesem Abkühlen jedoch nicht 1,0. Bei der Herstellung von Hartmetall 1 kann das Abkühlen nach dem Halten der Höchsttemperatur während des Sinterns durch Steuerung der Abkühlgeschwindigkeit auf 5-30 °C/min erfolgen. Das Halten auf der Höchsttemperatur wird auch als primäres Halten bezeichnet. In der Phase des Abkühlens kann eine sekundäre Haltezeit von 0,5 bis 3 Stunden in einem Temperaturbereich von 1150 bis 1350 °C festgelegt sein. Außerdem kann zwischen dem primären und sekundären Temperaturhalten ein Gasgemisch aus N2-, Ne-, He- und Ar-Gas eingeleitet werden. Zu dem Zeitpunkt, an dem die Temperatur auf die Temperatur des sekundären Haltens gesunken ist, kann erneut entlüftet werden, und der Druck kann auf 100 Pa oder weniger festgelegt sein.
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Im Allgemeinen wird das Abkühlen häufig in einem Zustand durchgeführt, in dem eine Gasatmosphäre (native Atmosphäre), die während des Sinterns aus dem Formkörper erzeugt wurde, verbleibt. Bei der Herstellung des Hartmetalls 1 kann das Gasgemisch aus N2-, Ne-, He- und Ar-Gas eingeleitet werden, und es kann wieder entlüftet werden, wobei der Druck auf 100 Pa oder weniger festgelegt sein kann, um die native Atmosphäre während des Abkühlens zu vermeiden. Folglich wird die native Atmosphäre, die viel CO-Gas enthält, in einem Ofen tendenziell gleichmäßiger und dünner. Es wird davon ausgegangen, dass dadurch ein Einfluss des nativen Gases (CO-Gas-Einfluss) auf das Hartmetall 1 vermieden wird und die C-Konzentration in der Bindephase des Hartmetalls 1 abnimmt, um eine Erhöhung des W-Gehalts und des Cr-Gehalts in der Bindephase zu ermöglichen.
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Der Cr-Gehalt im WC/WC-Bereich S nimmt tendenziell zu, indem die Fest-Flüssig-Koexistenzzeit der Bindephase durch Steuern der Kühlgeschwindigkeit, der sekundären Haltetemperatur/-zeit und der nativen Atmosphäre eingestellt wird. In Fällen, in denen die sekundäre Haltetemperatur während des Abkühlens auf nicht weniger als 10 °C festgelegt ist, was ein unterer Grenzwert für die Temperatur der flüssigen Phase der Bindephase ist, und nicht höher als 100 °C, ist es einfach, das Verhältnis zwischen dem Cr-Gehalt und dem W-Gehalt (Cr-Gehalt/W-Gehalt) in der Bindephase auf 1,2-2,0 einzustellen. Die Wärmeleitfähigkeit des Hartmetalls 1 tendiert dazu, 70 W/m · K oder mehr zu erreichen, indem der Partikeldurchmesser des verwendeten WC-Pulvers angepasst wird. Wenn WC-Pulver mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 0,45 µm als ein Rohmaterial verwendet wird, beträgt der Partikeldurchmesser der WC-Partikel eines erhaltenen Sinterkörpers unter den oben erwähnten Sinterbedingungen 0,8 µm oder weniger, und es ist schwierig, eine Wärmeleitfähigkeit von 70 W/m · K oder mehr zu erreichen. Das Rohmaterial des verwendeten WC-Pulvers kann einen mittleren Partikeldurchmesser von 1 µm oder mehr haben.
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Das obige Herstellungsverfahren ist eine Ausführungsform des Herstellungsverfahrens des Hartmetalls 1. Es ist daher zu beachten, dass das Hartmetall 1 nicht auf diejenigen beschränkt ist, die nach dem obigen Verfahren hergestellt werden.
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<Schneidwerkzeug>
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Ein Schneidwerkzeug 101 in einer nicht-einschränkenden Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben.
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Das Schneidwerkzeug 101 kann das Hartmetall 1 aufweisen. In diesem Fall kann ein stabiler Bearbeitungsvorgang über einen langen Zeitraum durchgeführt werden, da das Hartmetall 1 weniger anfällig für Festigkeitsverluste bei hohen Temperaturen ist. Das Schneidwerkzeug 101 kann das Hartmetall 1 als eine Basis aufweisen.
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Das Schneidwerkzeug 101 kann eine Beschichtungsschicht 103 aufweisen, die zumindest einen Teil der Oberfläche des Hartmetalls 1 bedeckt. Dies kann zu einer hohen Verschleißfestigkeit des Schneidwerkzeugs 101 führen. Die Beschichtungsschicht 103 kann beispielsweise durch das Verfahren der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) oder der physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD) aufgebracht werden. Die Beschichtungsschicht 103 kann aus einer einzigen Schicht oder aus einer Mehrzahl von Schichten bestehen. Beispiele für die Zusammensetzung der Beschichtungsschicht 103 können Titancarbid (TiC), Titannitrid (TiN), Titancarbonitrid (TiCN), Titancarbonitridoxid (TiCNO) und Aluminiumoxid (Al2O3) aufweisen.
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Die Beschichtungsschicht 103 ist nicht auf eine beschränkt, die eine bestimmte Dicke hat. Die Dicke der Beschichtungsschicht 103 kann z.B. auf etwa 1-30 µm festgelegt sein. Die Dicke der Beschichtungsschicht 103 kann durch Querschnittsbetrachtung mit einem Elektronenmikroskop gemessen werden.
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2 und 3 zeigen einen Schneideinsatz als eine nicht-einschränkende Ausführungsform des Schneidwerkzeugs 101. Das Schneidwerkzeug 101 ist nicht auf den Schneideinsatz beschränkt.
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Das Schneidwerkzeug 101 kann eine erste Fläche 105 (obere Fläche), eine zweite Fläche 107 (Seitenfläche), die an die erste Fläche 105 angrenzt, und eine Schneidkante 109 aufweisen, die zumindest an einem Teil einer Kammlinie der ersten Fläche 105 und der zweiten Fläche 107 angeordnet ist.
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Die erste Fläche 105 kann eine Spanfläche sein. Die gesamte oder ein Teil der ersten Fläche 105 kann die Spanfläche sein. Zum Beispiel kann ein Bereich entlang der Schneidkante 109 in der ersten Fläche 105 die Spanfläche sein.
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Die zweite Fläche 107 kann eine Freifläche sein. Die gesamte oder ein Teil der zweiten Fläche 107 kann die Freifläche sein. Zum Beispiel kann ein Bereich entlang der Schneidkante 109 in der zweiten Fläche 107 die Freifläche sein.
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Die Schneidkante 109 kann an einem Teil oder der Gesamtheit des Kammlinienteils angeordnet sein. Die Schneidkante 109 kann für die Bearbeitung eines Werkstücks verwendet werden.
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Das Schneidwerkzeug 101 kann ein Durchgangsloch 111 aufweisen. Das Durchgangsloch 111 kann zum Anbringen einer Befestigungsschraube oder eines Klemmelements verwendet werden, wenn das Schneidwerkzeug 101 an einem Halter befestigt wird. Das Durchgangsloch 111 kann von der ersten Fläche 105 zu der Fläche (untere Fläche) ausgebildet sein, die an einer der ersten Fläche 105 entgegengesetzten Seite angeordnet ist. Alternativ kann das Durchgangsloch 111 auch in diese Flächen münden. Es ist auch kein Problem, wenn das Durchgangsloch 111 eingerichtet ist, um sich in Bereiche zu öffnen, die sich in der zweiten Fläche 107 gegenüberliegen.
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Das Schneidwerkzeug 101 kann eine viereckige Plattenform aufweisen. Die Form des Schneidwerkzeugs 101 ist nicht auf die Form einer viereckigen Platte beschränkt. Beispielsweise kann die erste Fläche 105 eine dreieckige, fünfeckige, sechseckige oder kreisförmige Form haben. Das Schneidwerkzeug 101 kann eine säulenförmig sein.
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Das Schneidwerkzeug 101 ist nicht auf eine bestimmte Größe beschränkt. Zum Beispiel kann eine Länge einer Seite der ersten Fläche 105 auf etwa 3-20 mm festgelegt sein. Eine Höhe von der ersten Fläche 105 zu der Fläche (untere Fläche), die an der zur ersten Fläche 105 entgegengesetzten Seite angeordnet ist, kann auf etwa 5-20 mm festgelegt sein.
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Obwohl das Hartmetall 1 und das Schneidwerkzeug 101 in den nicht-einschränkenden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung oben beispielhaft beschrieben wurden, ist zu beachten, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern jede beliebige Ausführungsform haben kann, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
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Obwohl die obigen nicht-einschränkenden Ausführungsformen den Fall der Anwendung des Hartmetalls 1 am Schneidwerkzeug 101 gezeigt und beschrieben haben, ist das Hartmetall 1 beispielsweise auch für andere Verwendungen geeignet. Beispiele für andere Verwendungen können verschleißfeste Komponenten wie Gleitkomponenten und Metallformen, Grabwerkzeuge, Werkzeuge wie Kantenwerkzeuge und schlagfeste Komponenten aufweisen.
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Obwohl die vorliegende Offenbarung im Folgenden anhand von Beispielen detailliert beschrieben wird, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die folgenden Beispiele beschränkt.
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BEISPIELE
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[Beispiele Nr. 1 bis 23]
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<Herstellung von Hartmetall>
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Zunächst wurden Rohmaterialpulver hergestellt, die in den Spalten der Gemischzusammensetzungen in Tabelle 1 dargestellt sind. Die mittleren Partikeldurchmesser der Rohmaterialpulver wurden mit dem Micro-Track-Verfahren gemessen. Gemischte Rohmaterialpulver wurden einzeln durch Mischen der vorbereiteten Rohmaterialpulver in den in Tabelle 1 dargestellten Kombinationen und Verhältnissen erhalten.
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Anschließend wurde das gemischte Rohstoffpulver in eine Schneidwerkzeugform (CNMG120408 PNMU1205) gepresst, wodurch ein Formkörper erhalten wurde. Der erhaltene Formkörper wurde einer Entbinderbehandlung unterzogen und eine Stunde lang bei 1400 °C in einem Vakuum von 0,5-100 Pa gehalten.
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Dieser wurde nach dem Halten bei 1400°C unter den in den Spalten des Abkühlvorgangs in Tabelle 1 dargestellten Abkühlungsbedingungen unter Steuern einer nativen Atmosphäre abgekühlt, wodurch ein Hartmetall (Basis) erhalten wurde. Eine Seite einer Spanfläche (erste Fläche) des erhaltenen Hartmetalls wurde einer Kantenbehandlung (Rundhonen) durch Bürsten unterzogen.
| Probe Nr. | Mischungszusammensetzung | Vakuum-Sintertemperatur (°C) | Primäre Haltezeit (h) | natives Atmosphärensteuern | Kühlvorgang |
| WC | Co | Cr3C2 | Kühlgeschw. (°C/min) | sekundäre Haltetemp. (°C) | sekundäre Haltezeit (h) |
| mittlerer Partikel durchmesser (µm) | (Masse-%) | mittlerer Partikel durchmesser (µm) | (Masse-%) | mittlerer Partikeldurchmesser (µm) | (Masse-%) |
| 1 | 2,5 | 91,0 | 2,7 | 8 | 2,9 | 1,0 | 1400 | 1 | mit | 5 | 1250 | 1 |
| 2 | 2,5 | 91,0 | 2,7 | 8 | 2,9 | 1,0 | 1400 | 1 | mit | 10 | 1250 | 1 |
| 3 | 2,5 | 91,0 | 2,7 | 8 | 2,9 | 1,0 | 1400 | 1 | mit | 15 | 1250 | 1 |
| 4 | 2,5 | 91,0 | 2,7 | 8 | 2.9 | 1,0 | 1400 | 1 | mit | 20 | 1250 | 1 |
| 5 | 2,5 | 91,0 | 2,7 | 8 | 2,9 | 1,0 | 1400 | 1 | mit | 30 | 1250 | 1 |
| 6 | 2,5 | 91,0 | 2,7 | 8 | 2,9 | 1,0 | 1400 | 1 | mit | 40 | 1250 | 1 |
| 7 | 2,5 | 91,0 | 2,7 | 8 | 2,9 | 1,0 | 1400 | 1 | mit | 15 | 1150 | 1 |
| 8 | 2,5 | 91,0 | 2,7 | 8 | 2,9 | 1,0 | 1400 | 1 | mit | 15 | 1200 | 1 |
| 9 | 2,5 | 91,0 | 2,7 | 8 | 2,9 | 1,0 | 1400 | 1 | mit | 15 | 1300 | 1 |
| 10 | 2,5 | 91,0 | 2,7 | 8 | 2,9 | 1,0 | 1400 | 1 | mit | 15 | 1350 | 1 |
| 11 | 2,5 | 91,0 | 2,7 | 8 | 2,9 | 1,0 | 1400 | 1 | mit | 15 | 1250 | 0,5 |
| 12 | 2,5 | 91,0 | 2,7 | 8 | 2,9 | 1,0 | 1400 | 1 | mit | 15 | 1250 | 2 |
| 13 | 2,5 | 91,0 | 2,7 | 8 | 2,9 | 1,0 | 1400 | 1 | mit | 15 | 1250 | 3 |
| 14 | 0,5 | 91,0 | 2,7 | 8 | 2,9 | 1,0 | 1400 | 1 | mit | 20 | 1200 | 1 |
| 15 | 1,0 | 91,6 | 2,7 | 8 | 2,9 | 0,4 | 1400 | 1 | mit | 5 | 1300 | 1 |
| 16 | 1,0 | 91,6 | 2,7 | 8 | 2,9 | 0,4 | 1400 | 1 | mit | 10 | 1200 | 1 |
| 17 | 0,7 | 93,1 | 2,7 | 6 | 2,9 | 0,9 | 1400 | 1 | mit | 15 | 1250 | 1 |
| 18 | 0,7 | 93,1 | 2,7 | 6 | 2,9 | 0,9 | 1400 | 1 | mit | 30 | 1350 | 1 |
| 19 | 0,7 | 89,1 | 2,7 | 10 | 2,9 | 0,9 | 1400 | 1 | mit | 15 | 1250 | 1 |
| 20 | 2,5 | 91,0 | 2,7 | 8 | 2,9 | 1,0 | 1400 | 1 | ohne | 5 | keine | - |
| 21 | 2,5 | 91,0 | 2,7 | 8 | 2,9 | 1,0 | 1400 | 1 | ohne | 15 | keine | - |
| 22 | 2,5 | 91,0 | 2,7 | 8 | 2,9 | 1,0 | 1400 | 1 | ohne | 40 | keine | - |
| 23 | 2,5 | 92,0 | 2,7 | 8 | 2,9 | 0,0 | 1400 | 1 | mit | 20 | 1250 | 1 |
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<Bewertung>
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Ein mittlerer Partikeldurchmesser der WC-Partikel, ein Gehalt, eine Elementanalyse und eine Wärmeleitfähigkeit wurden in jedem der erhaltenen Hartmetalle gemessen. Zur Bewertung der Bruchfestigkeit wurde eine Bearbeitungsbewertung durchgeführt. Die Messsysteme sind wie folgt, und die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
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(Mittlerer Partikeldurchmesser der WC-Partikel)
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Der mittlere Partikeldurchmesser der WC-Partikel wurde auf folgende Weise gemessen. Zunächst wurde ein Querschnitt des Hartmetalls auf WC-Basis bei 3000-5000-facher Vergrößerung mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) betrachtet, um ein REM-Bild zu erhalten. Zumindest 50 Stück oder mehr, vorzugsweise 100 Stück oder mehr der WC-Partikel auf dem REM-Bild wurden identifiziert und extrahiert. Anschließend wurde der mittlere Partikeldurchmesser der WC-Partikel durch Berechnung eines äquivalenten Kreisdurchmessers mit Hilfe der Bildanalysesoftware ImageJ (1.52) ermittelt.
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(Gehalte)
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Gehalte der einzelnen Metallelemente (Cr-Gehalt, Co-Gehalt und W-Gehalt), bezogen auf eine Summe der Metallelemente, wurden berechnet, indem eine Analyse der Zusammensetzung der Metallelemente in der Bindephase, die das Hartmetall aufweist, mittels ICP-Analyse durchgeführt wurde. Unter Verwendung des Cr-Gehalts und des W-Gehalts wurde ein Verhältnis (Cr-Gehalt/W-Gehalt) berechnet. Die ICP-Analyse wurde auf folgende Weise durchgeführt. Zunächst wurde das Hartmetall pulverisiert. Dann wurden 0,2 g des pulverisierten Hartmetalls gewogen. Dies wurde einer Säureauflösung unter Verwendung einer wässrigen Lösung unterzogen, die durch Zugabe von 1 HCl auf 1 Wasser auf Volumenverhältnisbasis hergestellt wurde. Die Säureauflösung wurde durch Rühren der wässrigen Lösung mit einem Rührer 24 Stunden lang durchgeführt, wobei die wässrige Lösung bei 70 °C gehalten wurde. Danach wurde die ICP-Analyse mit einer gefilterten wässrigen Lösung durchgeführt. Als ein Messsystem wurde ein optisches ICP-Emissionsspektrometer PQ9000Elite (hergestellt von Analytik Jena) verwendet.
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(Elementanalyse)
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Ein Bereich im Querschnitt des Hartmetalls, in dem der Abstand X zwischen den Oberflächen benachbarter WC-Partikel, welche eine Gegenüberliegende-Oberfläche-Länge L von 100 nm oder mehr haben, 5 nm oder weniger betrug, war ein WC/WC-Bereich.
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Der WC/WC-Bereich wurde einer Elementanalyse in einer Querrichtung von einem WC-Partikel zum anderen WC-Partikel unterzogen, wodurch ein Cr-Wert und ein Co-Wert erhalten wurde. Mit dem so erhaltenen Cr- und Co-Wert wurde ein Cr/Co-Verhältnis berechnet. Andere drei oder mehr WC/WC-Bereiche wurden ebenfalls auf die gleiche Weise einer Elementanalyse unterzogen. Aus den erhaltenen Cr-Werten, Co-Werten und Cr/Co-Verhältnissen wurde jeweils ein Durchschnittswert ermittelt. Im Folgenden werden Beispiele für Messsysteme und Messbedingungen beschrieben, die bei der TEM- und TEM-EDS-Analyse verwendet werden.
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Systeme:
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- FIB: Fokussiertes lonenstrahl-Bearbeitungs- und Beobachtungssystem JIB-4700F (hergestellt von JEOL Ltd.)
- TEM: Transmissionsrasterelektronenmikroskop JEM-ARM200F (hergestellt von JEOL Ltd.)
- EDS: Energiedispersives Röntgenspektrometer JED-2300T (hergestellt von JEOL Ltd.)
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Bedingungen:
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- FIB-Vorgang: Beschleunigungsspannung: 30, 3 kV Abscheidungsschicht: C, Vorbehandlung der Probe: C-Dampfabscheidung
- TEM-Analyse: Beschleunigungsspannung: 200 kV
- EDS-Analyse: Beschleunigungsspannung: 200 kV, Beleuchtungsstromdosis: ca. 68 pA, Messzeit: 30 sec/Punkt
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(Wärmeleitfähigkeit)
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Die Messung erfolgte mit dem Laserblitzverfahren unter Verwendung des Modells LFA-502 von KYOTO ELECTRONICS MANUFACTURING CO., LTD. Die Messbedingungen basierten auf JIS R1611 2010.
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(Bewertung der maschinellen Bearbeitung)
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Die Prüfung der Zerspanungsleistung wurde unter den folgenden Bedingungen durchgeführt.
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(1) Prüfung der Bruchfestigkeit
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- Werkstück: Hitzebeständiger Stahlguss-Vierkantstab SCH12
- Werkzeugform: PNMU1205ANER-GM
- Schnittgeschwindigkeit: 150 m/min
- Vorschub: 0,30 mm/Umdrehung
- Schnitttiefe: ap = 2,0 mm ae = 50 mm
- Kühlmittel: Trocken
- Bewertungspunkt: Messung der Bearbeitungszeit (Standzeit) bis zu einer maximalen Bruchbreite des Werkzeugs von 0,2 mm oder mehr
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(2) Prüfung der Verschleißbeständigkeit
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- Werkstück: Hitzebeständiger Stahlguss-Vierkantstab SCH12
- Werkzeugform: PNMU1205ANER-GM
- Schnittgeschwindigkeit: 200 m/min
- Vorschub: 0,20 mm/Umdrehung
- Schnitttiefe: ap = 2,0 mm ae = 50 mm
- Kühlmittel: Trocken
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Bewertungspunkt: Messung der Bearbeitungszeit (Standzeit) bis zu einer maximalen Bruchbreite des Werkzeugs von 0,2 mm oder mehr
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Alle Proben Nr. 1 bis 5 und Nr. 7 bis 19, bei denen es sich um die Hartmetalle der vorliegenden Offenbarung handelt, wiesen eine ausgezeichnete Bruchfestigkeit und Verschleißfestigkeit auf.
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BEZUGSZEICHEN
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- 1
- Hartmetall
- 3
- erstes Wolframcarbidpartikel
- 5
- zweite Wolframcarbidpartikel
- 101
- Schneidwerkzeug
- 103
- Beschichtungsschicht
- 105
- erste Fläche
- 107
- zweite Fläche
- 109
- Schneidkante
- 111
- Durchgangsloch
- L
- Gegenüberliegende-Oberfläche-Länge
- X
- Abstand
- S
- WC/WC-Bereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2021051057 [0001]
- WO 2019/138599 [0003]
