-
Gesinterte Hartmetall-Einsatzschneide für Gesteinsbohrer Die Erfindung
betrifft Einsatzschneiden für Gesteinsbohrer aus einer gesinterten Hartmetall-Grundmasse
mit Bindemetall und Hartstoffkömern, in welche Hartmetallpartikeln größererVerschleißfestigkeit
eingebettet sind. Es ist bekannt, daß die Verschleißfestigkeit eines durch Sinterung
von Wolframkarbidkömern als Hartstoff mit Kobalt als Bindemittel hergestellten Hartinetalls
bei gleichem Kobaltgehalt um so größer ist, je kleiner die Korngröße der
Wolframkarbidkömer ist. Ferner ist bekannt, daß mit steigendem Kobaltgehalt zwar
die Biegebruchfestigkeit zunimmt, die Verschleißfestigkeit aber abnimmt.
-
Die Erfindung bezweckt, erhöhte Verschleißfestigkeit dadurch zu erzielen,
daß ein geeigneter Kornpromiß hinsichtlich der die Biegebruchfestigkeit und die
Verschleißfestigkeit des Schneidkörpers bestimmenden Faktoren getroffen wird.
-
Bei einer gesinterten Hartmetall-Einsatzschneide der hier betreffenden
Art sollen demzufolge erfindungsgemäß folgende Bedingungen erfüllt sein: a) Die
Partikeln bestehen aus Bindemetall und Hartstoff ; ihre mittlere Korngröße
liegt zwischen 0,05 und 6 mm; b) die Hartstoffkörner in den
Partikeln haben selbst eine mittlere Korngröße unter 2,5 #t, vorzugsweise
zwischen 0,5 und 2 #t; c) der Gehalt an Bindemetall in den Partikeln ist
größer als in der Hartmetallgrundmasse; d) die in der Grundmasse enthaltenen
Hartstoffkörrichen haben eine mittlere Korngröße von mehr als 2,5 #t, vorzugsweise
zwischen 3 und 6 #t.
-
Eine Partikel größerer Verschleißfestigkeit kann zwei oder mehr Gruppen
von Karbidkörnern unterschiedlicher Komgröße enthalten. Auch können die Partikeln
selbst sich in ihrer Komgröße unterscheiden. Die Partikeln können 5 bis 75
%, vorzugsweise 15 bis 60 % der Hartmetall-Einsatzschneide ausmachen.
-
Es wurde bereits versucht, bei Hartmetall-Einsatzschneiden für Bohrwerkzeuge
die beiden nennenswerten Eigenschaften, nämlich Verschleißfestigkeit und Zähigkeit,
nebeneinander zu erhalten, und man hat zu diesem Zweck Hartmetallkörper aus einer
gesinterten hilfsmetallhaltigen HartmetaUmasse hergestellt, in welche zur Erhöhung
der Griffigkeit Körner einer vorgefertigten Hartmetallmasse größerer Verschleißfestigkeit
und höherer Sintertemperatur eingesintert waren. Das Verfahren mußte wegen der unterschiedlichen
Sintertemperaturen notwendig ein zweistufiges sein. Die Erfindung erreicht hohe
Verschleißfestigkeit und zugleich Zähigkeit dadurch, daß sie sich der an sich bekannten
Beziehung zwischen Karbid-Komgröße und Bindemetallgehalt einerseits und Verschleißfestigket
bzw. Zähigkeit anderseits bedient. Sie benötigt dafür nur eine einzige Karbidsorte
und kann die Einsatzschneiden in einer einzigen Verfahrensstufe fertig herstellen.
Die Erfindung erreicht hierdurch neben geringeren Herstellungskosten eine bedeutende
Leistungserhöhung.
-
In der Zeichnung sind Ausführungsformen von Einsatzschneiden gemäß
der Erfindung beispielsweise dargestellt.
-
Fig. 1 zeigt schaubildlich eine Bohrkrone, die mit einer Einsatzschneide
gemäß der Erfindung ausgestattet ist, und Fig. 2 in größerem Maßstab einen Schnitt
durch einen Teil dieses Einsatzes, Fig. 3 bis 7 zeigen an Querschnitten
nach der Linie A-A der Fig. 1 verschiedene Anwendungen der Partikeln größerer
Verschleißfestigkeit, Fig. 8 bis 10 bzw. 11 bis 13 Längsschnitte
nach der Linie B-B bzw. C-C der Fig. 1.
-
Die in Fig. 1 dargestellte Bohrkrone 10 ist mit einer
meißelartigen Einsatzschneide 11 aus Hartmetall versehen, die in einer Nut
der Bohrkrone durch Löten oder in anderer Weise befestigt ist. Die Herstellung einer
solchen Einsatzschneide kann in der Weise erfolgen, daß ungesinterte Anteile von
Hartmetallgrundmasse, enthaltend grobkörnigen Hartstoff und Bindemetall, und ungesinterte
Anteile von Partikelmasse, enthaltend feinkörnigen Hartstoff und Bindemetall, in
granulierter Form gemischt, in die Form einer Einsatzschneide gepreßt und dann in
üblicher
Weise gesintert werden. Hierdurch wird eine wirksame Zusammensinterung der feinkömigen
und der grobkömigen Hartstoffbestandteile erzielt, was wesentlich zu der überführung
von Bindemetall vom grobkömigen Anteil zum feinkörnigen durch Kapilarwirkung beiträgt.
-
Wenn der feinkörnige Anteil, d. h. die Partikelmasse, und der
grobkörnige Anteil, d. h. die Grundmasse, denselben Ausgangsgehalt an Bindemetall,
beispielsweise 8 % Kobalt haben, wird somit ein höherer Gehalt an Bindemetall
in den Partikeln der fertiggesinterten Einsatzschneide als in der grobkörnigen Grundmasse
vorhanden sein. In Abhängigkeit vom Unterschied in der Komgröße zwischen dem mehr
feinkörnigen und dem mehr grobkörnigen Hartstoff und ferner in Abhängigkeit von
der Größe der Anteile an Grundmasse bzw. Partikelmasse kann ein beträchtlicher Unterschied
im Bindemetallgehalt erzielt werden. Es besteht gleichwohl keine Schwierigkeit,
die verschiedenen Faktoren in der Weise zu steuern, daß die Verschleißfestigkeit
bei den feinkörnigen Anteilen wesentlich größer wird. Dieser Anreichungsvorgang
tritt indessen nur dann ein, wenn die grobkörnigen und die feinkörnigen Hartstoffe
enthaltenden Anteile gleichzeitig gesintert werden, und bleibt naturgemäß aus, wenn
ein Anteil schon vorgesintert ist.
-
In Fig. 2 der Zeichnung, die in vergrößertem Maßstab einen Schnitt
durch eine Einsatzschneide darstellt, ist gezeigt, wie die mehr feinkörnigen Hartstoffe
enthaltenden, gegen Verschleiß widerstandsfähigeren Partikeln 12 in die mehr grobkömige
Hartstoffe enthaltende Grundmasse 13 eingebettet sind. Die Partikeln 12 besitzen
Hartstoffkörrichen, beispielsweise aus Wolframkarbid, die kleinere Abmessungen als
diejenigen in der Grundmasse haben und durch Bindemetall, wie beispielsweise Kobalt,
zusammengehalten werden. Sie können in der Grundmasse gleichförmig verteilt sein,
und der Gehalt an Partikeln kann zwischen 5 und 75% betragen, was von der
jeweiligen Gesteinsart abhängt.
-
Es kann zweckmäßig sein, die Partikeln nach Anzahl oder Größe oder
beidern in der einen oder anderen Richtung längs der Einsatzschneide mehr oder weniger
gleichmäßig zunehmen oder abnehmen zu lassen. Die Fig. 6 und 12 zeigen beispielsweise
Einsätze, bei denen die Partikeln in der Anzahl je
Raumeinheit in der Richtung
von der Schneide zum Boden hin abnehmen.
-
Die Partikeln sind verhältnismäßig klein, weisen eine durchschnttliche
Größe von 0,05 bis 6 mm auf und können rund oder länglich sein. Bei
gewissen Gesteinsarten werden die besten Resultate mit Korngrößen zwischen
0,05 und 2 mm erzielt, während bei anderen Gesteinsarten die besten
Resultate zwischen 2 und 6 mm erreicht werden. Die Partikeln können auch
zwei oder mehr Gruppen Hartstoffkörner unterschiedlicher Größe enthalten, und/oder
die Partikeln können selbst unterschiedliche Größe aufweisen. Die verschiedenen
Gruppen können in der Grundmasse gleichförmig verteilt sein. Es können aber auch
Partikeln der Art mit geringerer Verschleißfestigkeit in der Grundmasse gleichförmig
verteilt sein, während andere Partikeln der Art mit höherer Verschleißfestigkeit
in Richtung von der Schneidkante zum Boden hin in der Anzahl Partikeln
je Raumeinheit abnimmt. Der Bodenteil wird dadurch zäher, während der Schneidenteil
gegen Verschleiß widerstandsfähiger ist. In Fig. 4 ist als Beispiel eine Einsatzschneide
dargestellt, die zwei Gruppen von Partikeln 14, 15 von unter sich verschiedener
Korngröße der darin enthaltenen Hartstoffkörnchen und demzufolge unterschiedlicher
Verschleißfestigkeit enthält.
-
Die Hartstoffkörner in den Partikeln haben eine mittlere Komgröße
unter etwa 2,5 g, vorzugsweise zwischen 0,5 und 2,0 #x, und die Hartstoffkörner
der Grundmasse haben eine mittlere Komgröße von mehr als 2,5 li, vorzugsweise
zwischen 3 und 6 lt. Die Partikeln und die Grundmasse haben gewöhnlich
im wesentlichen den gleichen Gehalt an Bindemetall, oder er ist bei den Partikeln
etwas höher. Er kann beispielsweise 5 bis 12 D/o Kobalt und/oder andere Metalle
der Eisengruppe betragen. Vorzugsweise bestehen die Hartstoffkömer aus Wolframkarbid
oder auch aus anderen Karbiden, wie beispielsweise Boriden, Siliziden.
-
Als Beispiel kann eine Hartmetall-Einsatzschneide angegeben werden,
bestehend aus 91 bis 94% WC und 6 bis 9 % Co, wobei die Partikeln
eine Größe zwischen 0,1 und 3 mm haben und Wolframkarbidkömer mit
einem mittleren Durchmesser zwischen 1 und 2,5 R enthalten, während
die grobkömige Grundmasse Karbidkömer mit einem mittleren Durchmesser zwischen
3 und 6 it enthält. Nach einem anderen Beispiel enthält die Einsatzschneide
etwa 93 % WC und etwa 7 % Co, wobei der Kobaltgehalt bei den Partikeln
etwas höher und bei der Grundmasse etwas niedriger liegt. Dabei haben die Karbidkörner
in den Partikeln eine Größe von etwa 2 li und in der Grundmasse von 4 bis
5 li. Die Partikeln selbst haben eine Größe zwischen 0,1 und
1 mm. Gemäß einem weiteren Beispiel werden zwei verschiedene Arten von Partikeln
verwendet, die sich durch die Größe ihrer Karbidkömer unterscheiden. Die eine Art
enthält Karbidkömer von etwa 1,5 #t und die andere von etwa 2 R, während
die Größe der Karbidkömer in der Grundmasse etwa 3 #t ist.
-
Es kann von Vorteil sein, in der Einsatzschneide eine oder mehrere
Zonen mit einer Anreicherung bzw. Verarmung von Partikeln vorzusehen. Diese Zone
oder Zonen können vollständig oder nur teilweise mit partikelfreier Grundmasse umgeben
sein. Einsatzschneiden dieser Art sind in den Fig. 5 bis 7,
9, 10,
12 und 13 dargestellt. Wie aus diesen Figuren hervorgeht, können die Anreichungszonen
vollständig oder teilweise die eigentliche Schneide bilden und sich in der Richtung
zum Boden des Einsatzes hin erstrecken. Sie können auch eine zentrale, im wesentlichen
platten- oder keilförnüge Schicht bilden, die sich zugleich in der Längsrichtung
der Einsatzschneide erstreckt (Fig. 5).
-
Die Einsatzschneide besteht gewöhnlich aus einer zusammengesinterten
Einheit. In gewissen Fällen kann man aber auch durch Löten od. dgl. Teile aus Grundmasse
mit eingebetteten Partikeln mit anderen Teilen, beispielsweise einem oder mehreren
grobkörnigen Hartmetallteilen, verbinden.
-
Die Fig. 8 und 11 zeigen schließlich eine Einsatzschneide,
bei der die Partikeln gleichmäßig in der Grundmasse verteilt sind.