DE1127093B

DE1127093B - Gesinterte Hartstofflegierung hoher Haerte, Verschleissfestigkeit und Korrosionsbestaendigkeit

Info

Publication number: DE1127093B
Application number: DEM35132A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Wolfgang Schedler
Original assignee: Metallwerk Plansee GmbH
Current assignee: Metallwerk Plansee GmbH
Priority date: 1957-07-12
Filing date: 1957-08-23
Publication date: 1962-04-05
Also published as: FR1198273A

Description

Da man mit den bekannten Hartmetallen auf Karbid-, Borid- oder Nitridbasis keine genügend langen Standzeiten bei extrem hohen Schnittgeschwindigkeiten erreichen konnte, hat man in letzter Zeit versucht, oxydkeramische Schneidwerkstoffe, hauptsächlich auf der Basis von Aluminiumoxyd, zur Erreichung höchster Schnittgeschwindigkeiten bei der Bearbeitung von metallischen und nicht metallischen Werkstoffen einzusetzen.

Ein Nachteil der oxydkeramischen Werkstoffe ist xo aber ihre geringe Zähigkeit, so daß bei ihrer Verwendung mit einem erheblichen Ausfall durch Bruch zu rechnen ist, weshalb man auf Anwendungsfälle beschränkt bleiben muß, bei denen keine erheblichen Zähigkeitsbeanspruchungen eintreten.

Die Erfindung betrifft nun eine gesinterte Hartstofflegierung mit außergewöhnlicher Härte, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit, die z. B. beim Zerspanungsvorgang hohe Standzeiten bei höchsten Schnittgeschwindigkeiten ergibt und sich darüber hinaus auch für verschiedene andere Zwecke bestens bewährt. Die erfindungsgemäßen Legierungen bestehen aus 10 bis 90, vorzugsweise 30 bis 70 Gewichtsprozent Titankarbid und 90 bis 10, vorzugsweise 70 bis 30 Gewichtsprozent Titandiborid und können gegebenenfalls bis zu einer Gesamtmenge von 1% eines oder mehrere der Metalle Eisen, Nickel, Kobalt, Chrom, Molybdän und Wolfram aufweisen. Hierbei handelt es sich aber um nicht absichtlich zugesetzte Gehalte.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann das Titankarbid bis zu 35 Gewichtsprozent seiner Menge durch eines oder mehrere der Karbide von Zirkonium, Hafnium, Vanadin, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän, Wolfram und bzw. oder eines oder mehrere der Nitride von Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadin, Niob, Tantal ersetzt sein. Im Falle des Zusatzes von Nitriden beträgt der Titankarbidanteil mehr als 20% der Gesamtlegierung.

Ebenso kann das Titanborid bis zu 45 Gewichtsprozent seiner Menge durch eines oder mehrere der Boride von Zirkonium, Hafnium, Vanadin, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän, Wolfram und bzw. oder bis zu 20 Gewichtsprozent seiner Menge durch eines oder mehrere der Silizide von Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadin, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän, Wolfram ersetzt sein.

Während die bisher gebräuchlichen Legierungen auf der Basis von metallischen Hartstoffen mit einer z. B. für Zerspanungszwecke ausreichenden Festigkeit als wichtigen Bestandteil beträchtliche Gehalte niedrigerschmelzender zäher Hilfsmetalle, vorwiegend Gesinterte Hartstofflegierung hoher Härte,
Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit

Anmelder:

Metallwerk Plansee Aktiengesellschaft,
Reutte, Tirol (Österreich)

Vertreter: Dr.-Ing. Hj. ν. Schwarze, Patentanwalt,
Krefeld, Westparkstr. 14

Beanspruchte Priorität:
Österreich vom 12. Juli 1957 (Nr. 4586)

Dr.-Ing. Wolfgang Schedler,

Reutte, Tirol (Österreich),

ist als Erfinder genannt worden

der Eisengruppe, meist in Mengen zwischen 5 und 20% enthalten, die durch Ausbildung einer flüssigen Phase bei der Sintertemperatur ein Dichtsintern ermöglichen und als zähe Kittmasse zwischen den Hartstoffteilchen den gesinterten Formkörper die erforderlichen Festigkeitseigenschaften verleihen, zeigte sich überraschenderweise, daß die erfindungsgemäßen Legierungen planmäßig ohne' Zusätze von sogenannten Hilfsmetallen zu dichten und zähen Formkörpern gesintert werden können.

Durch die damit gegebene Gefügeausbildung ist beispielsweise beim Zerspanungsvorgang die Verklebungsneigung mit dem ablaufenden Span und damit die Auskolkung hinter der Schneide wesentlich herabgesetzt, und die erfindungsgemäßen Legierungen sind auch gegen Korrosionsangriffe durch schmelzflüssige Metalle in höchstem Ausmaße beständig.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Legierungen erfolgt nach bekannten pulvermetallurgischen Methoden durch Feinstmahlung der pulverförmigen Ausgangskomponenten, Pressen von Formkörpern, Vorsintern zwischen 900 und 1500° C und anschließendes Hochsintern in einem Temperaturbereich von 1850 bis 2350° C. Allenfalls kann die Vorsinterung unterbleiben.

Für die Formgebung können auch andere bekannte Verfahren wie Strangpressen oder Schlickerguß ver-

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wendet werden, ebenso kann auch das Heißpreßverfahren angewendet werden, wobei die Pulvermischung beispielsweise in einer Graphitform unter gleichzeitiger Anwendung eines Druckes von 50 bis 250 kg/cm2 bei 1850 bis 2350° C gesintert wird. Die gesinterten Formkörper können, falls erforderlich, nachträglich noch durch Schleifen, vorzugsweise mittels Diamantscheiben, bearbeitet und gegebenenfalls auch auf Hochglanz poliert werden.

Die erfindungsgemäßen Legierungen können mit Erfolg überall da eingesetzt werden, wo es auf hohe Härte und Verschleißfestigkeit, gute Warmfestigkeit und hervorragende Korrosionsbeständigkeit, insbesondere gegenüber schmelzflüssigen Metallen bzw. auf eine Kombination der genannten Eigenschaften ankommt. Die Legierungen haben sich nicht nur für Schneidplättchen in der Zerspanungstechnik, sondern auch für die verschiedensten Arten von Verschleißteilen, wie Ziehsteine, Sandstrahldüsen, Warmpreßmatrizen, Ventil- und Düsenelemente u. dgl., für Tiegel, Thermoelementschutzrohre, Spritzdüsen, Verdampferelemente, Pumpenbestandteile und andere mit schmelzflüssigen Metallen in Berührung stehende Teile, gut bewährt.

Bei vielen der genannten Anwendungsfälle erwies es sich von Vorteil, daß die erfindungsgemäßen Legierungen eine metallische Leitfähigkeit für den elektrischen Strom besitzen.

Beispiel 1

Eine Mischung aus 50% Titankarbid- und 50% Titanboridpulver wird einer 3tägigen Naßmahlung in einer Kugelmühle unterworfen. Das gemahlene Pulver wird zu Stäben geeigneter Größe verpreßt, die dann bei 1220° C im Vakuum zwecks Erreichung einer kreideartigen Festigkeit vorgesintert werden. Mittels Diamantscheiben wurden sodann die gewünschten Schneidplättchen unter Zugrundelegung eines bei der Hochsinterung erfolgenden Schwundes von rund 19% herausgeschnitten bzw. geschliffen. Die geformten Teile wurden sodann in reduzierender Atmosphäre Va Stunde auf 2200° C erhitzt.

Mit den fertiggesinterten Plättchen wurden Drehversuche auf Stahl von 70 kg/mm² Festigkeit bei 400 m/Min. Schnittgeschwindigkeit ausgeführt, die in der gleichen Zeit einen geringeren Verschleiß an der Schneide ergaben als unter gleichen Bedingungen angesetzte oxydkeramische Platten.

Beispiel 2 so

60% TiB₂, 10% ZrB₂, 5% CrB₂, 17% TiC, 8% TaC wurden, so wie im Beispiel 1 beschrieben, zu preßfertigem Pulver verarbeitet und in geeigneten Preßwerkzeugen zu Ziehsteinkernen verpreßt. Nach einer Vorsinterung von 10 Minuten bei 1150° C im Vakuum erfolgte eine Nachbearbeitung mittels Diamantwerkzeugen unter Berücksichtigung eines Schwundes von 18%. Zur Sinterung wurden die Ziehsteinrohlinge eine halbe Stunde auf 2050° C erhitzt. Die fertiggesinterten Ziehsteine wurden in der üblichen Weise gefaßt und poliert. Die Erprobung zeigte eine erhebliche Überlegenheit gegenüber bisher gebräuchlichen Ziehsteinen.

Beispiel 3

Eine Mischung aus 70% TiC, 20% TiB₂, 5% HfB₂ und 5% ZrSi₂ wurde in ähnlicher Weise wie im Beispiel 1 zu Formkörpern verarbeitet, die sich als Verschleißteile hervorragend bewährt haben.

Beispiel 4

Aus einer Mischung von 40% TiC, 10% TiN, 40% TiB₂, 10% TaB₂ wurden unter den gleichen Bedingungen, wie im Beispiel 1 beschrieben, schiffchenförmige Verdampferelemente hergestellt.

Bei der Erprobung der Verdampferschiffchen wurde die neuerdings technisch besonders interessante Verdampfung von Aluminium herangezogen, da schmelzflüssiges Aluminium als besonders aggressiv korrodierendes Medium bekannt ist. Gegenüber den besten bisher bekannten Verdampferwerkstoffen für die Aluminiumverdampfung, nämlich gegenüber Zirkonborid- bzw. TiC-Schiffchen, konnte die Lebensdauer bei Verwendung der erfindungsgemäßen Legierung um das 1,5- bis 3fache gesteigert werden. Die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Legierung ist hier offenbar nicht nur in der Korrosionsbeständigkeit der einzelnen Legierungsbestandteile, sondern auch in der außergewöhnlichen Porenfreiheit zu suchen, durch die ein Eindringen der Metallschmelze längs der Konigrenzen bzw. durch die Poren und damit eine Vergrößerung der dem Korrosionsangrifr ausgesetzten Oberfläche mit Sicherheit verhindert wird.

Die aus der erfindungsgemäßen Legierung hergestellten Verdampferschiffchen bewährten sich ferner hervorragend für die Verdampfung von anderen in der Hochvakuummetallisierung gebräuchlichen Metallen, wie beispielsweise Silber, Gold, Chrom, Eisen, Palladium u. a.

Beispiel 5

Aus einem wie im Beispiel 1 hergestellten Pulvergemisch von 35% TiC, 5% TiN, 50% TiB₂, 5% VB₂ und 5% NbB₂ wurden durch Strangpressen in einer geeigneten Vorrichtung einseitig geschlossene Rohre hergestellt und bei 2100° C 1 Stunde gesintert. Die fertiggesinterten Thermoelement-Schutzrohre zeigten eine hervorragende Beständigkeit gegen schmelzflüssige Metalle, Schlacken sowie gegen eine Reihe von aggressiven Salzschmelzen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Gesinterte Hartstofflegierung hoher Härte, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 10 bis 90 Gewichtsprozent Titankarbid, 90 bis 10 Gewichtsprozent Titandiborid und gegebenenfalls bis zu einer Gesamtmenge von unter 1% eines oder mehrere der Metalle Eisen, Nickel, Kobalt, Chrom, Molybdän und Wolfram besteht.

2. Hartstofflegierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Titankarbidanteil bis zu 35 Gewichtsprozent seiner Menge durch eines oder mehrere der Karbide von Zirkonium, Hafnium, Vanadin, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän, Wolfram und bzw. oder eines oder mehrere der Nitride von Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadin, Niob, Tantal ersetzt ist, wobei im Fall des Zusatzes von Nitriden der Titankarbidanteil mehr als 20% der Gesamtlegierung beträgt.

3. Hartstofflegierung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Titandiboridanteil bis zu 45% seiner Menge durch eines oder mehrere der Boride von Zirkonium,

Hafnium, Vanadin, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän, Wolfram und gegebenenfalls bis zu 20 Gewichtsprozent seiner Menge durch die Silizide von Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadin, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän, Wolfram ersetzt ist.

4. Verfahren zur Herstellung von Hartstofflegierungen nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die feinst gemahlenen Ausgangsstoffe gemischt, gepreßt und, gegebenenfalls nach einer Vorsinterung zwischen 900 und 1500° C, in einem Temperaturbereich von 1850 bis 2350° C hochgesintert werden.

5. Verfahren zur Herstellung von Hartstofflegierungen nach den Ansprüchen 1 bis 3, da-

durch gekennzeichnet, daß die Mischung der feinst gemahlenen Ausgangsstoffe in einer Graphitform unter Anwendung eines Druckes von 50 bis 250 kg/cm² bei 1850 bis 2350° C gesintert wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 659 917, 667 071;

schweizerische Patentschrift Nr. 161100;

Chemisches Zentralblatt, 1936, Bd. I, S. 1704, (canadisches Patent Nr. 342124); 1954, S. 4030 (schwedisches Patent Nr. 137 670);

R. Kieffer und P. Schwarzkopf, Hartstoffe und Hartlegierungen, 1953, S. 259 bis 263.