DE1231017B - Sintered hard metal alloy for wear-resistant and at the same time tough cutting tools - Google Patents

Sintered hard metal alloy for wear-resistant and at the same time tough cutting tools

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DE1231017B
DE1231017B DES53921A DES0053921A DE1231017B DE 1231017 B DE1231017 B DE 1231017B DE S53921 A DES53921 A DE S53921A DE S0053921 A DES0053921 A DE S0053921A DE 1231017 B DE1231017 B DE 1231017B
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides

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Description

Gesinterte Hartmetall-Legierung für verschleißfeste und gleichzeitig zähe Schneidwerkzeuge Gesinterte Hartmetall-Legierungen bestehen im wesentlichen aus Wolframkarbid und Titankarbid (mit oder ohne Gehalt an Tantal und/oder Niobkarbid) und einem Hilfsmetall oder Bindemetall, das vorzugsweise aus der Eisengruppe des Periodischen Systems gewählt wird, z. B. Kobalt, Nickel und Eisen. Das Gefüge setzt sich aus folgenden Phasen zusammen: y-Phase, bestehend aus einer festen Lösung von Wolframkarbid, Tantal-Niob-Karbid (sofern anwesend) in Titankarbid, ß-Phase, bestehend aus einem Hilfs- oder Bindemetall, gewöhnlich Kobalt und Nickel, und a-Phase, bestehend aus Wolframkarbid. Für Schneidwerkzeuge für Stahl wurden Hartmetall-Legierungen, die über 30 bis 700/" Titankarbid, 0,5 bis 450/" Tantalkarbid, 0,5 bis 4501" Wolframkarbid und 0,5 bis 30°/o Hilfsmetall (Kobalt, Nickel, Eisen) enthalten, wobei die Summe von Wolframkarbid und Tantalkarbid mindestens 250/, beträgt, verwendet.Sintered hard metal alloy for wear-resistant and at the same time tough cutting tools Sintered hard metal alloys essentially consist of tungsten carbide and titanium carbide (with or without tantalum and / or niobium carbide content) and an auxiliary metal or binding metal, which is preferably selected from the iron group of the periodic table, z. B. cobalt, nickel and iron. The structure consists of the following phases: y-phase, consisting of a solid solution of tungsten carbide, tantalum-niobium carbide (if present) in titanium carbide, ß-phase, consisting of an auxiliary or binding metal, usually cobalt and nickel, and a phase consisting of tungsten carbide. For cutting tools for steel, hard metal alloys were used which exceeded 30 to 700 / "titanium carbide, 0.5 to 450 /" tantalum carbide, 0.5 to 4501 "tungsten carbide and 0.5 to 30% auxiliary metal (cobalt, nickel, iron ), where the sum of tungsten carbide and tantalum carbide is at least 250 /, is used.

Für Werkzeuge im Hüttenbetrieb sind weiterhin Legierungen bekannt, die im wesentlichen aus Wolframkarbiden mit einem oder mehreren Metallen der Eisengruppe, wie Kobalt oder Nickel, in Mengen bis zu 200/0 bestehen und 2 bis 50010 Mischkristalle enthalten, die aus Karbiden oder Karbiden und Nitriden gebildet sind. Solche Mischkristalle sind unter anderem Titankarbid-Tantalkarbid. Gesinterte Hartmetall-Legierungen mit 1 bis 30 % Hilfsmetall, 2 bis 400/0 Titankarbid, 0,5 bis 150/, Karbiden des Tantals, Mobs, Vanadiums, Molybdäns allein oder zu mehreren und Rest Wolframkarbids sind ebenfalls bekannt.For tools in the metallurgical plant, alloys are also known which essentially consist of tungsten carbides with one or more metals of the iron group, such as cobalt or nickel, in quantities of up to 200/0 and contain 2 to 50,010 mixed crystals, which are formed from carbides or carbides and nitrides are. Such mixed crystals include titanium carbide-tantalum carbide. Sintered hard metal alloys with 1 to 30 % auxiliary metal, 2 to 400/0 titanium carbide, 0.5 to 150 %, carbides of tantalum, mobs, vanadium, molybdenum alone or in groups and the remainder tungsten carbide are also known.

Für Arbeitsstähle von Werkzeugmaschinen zum Bearbeiten von Stahl wurden Hartmetall-Legierungen verwendet, die aus 5 bis 70/, Kobalt und einem Titankarbidgehalt, z. B. 20 bis 300/" bestehen. Als Haupttypen solcher Legierungen für diesen Zweck werden nachstehend die ungefähren Mengenverhältnisse erwähnt. Gewichtsprozent TiC ................... 25 36 TaC ................... - 2 Co .................... 6 6 WC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rest Rest Die Legierungen des Typs A haben relativ einwandfreie Festigkeitseigenschaften, während ihre Verschleißfestigkeit geringer als diejenige ist, die durch die Legierungen des Typs B erreichbar sind, wobei letztere jedoch den Nachteil geringer Biegefestigkeit aufweisen.For work steels of machine tools for machining steel, hard metal alloys were used, which consist of 5 to 70 /, cobalt and a titanium carbide content, e.g. 20 to 300 / ". As the main types of such alloys for this purpose, the approximate proportions are mentioned below. Weight percent TiC ................... 25 36 TaC ................... - 2nd Co .................... 6 6 Toilet. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rest rest The type A alloys have relatively good strength properties, while their wear resistance is lower than that which can be achieved by the type B alloys, the latter, however, having the disadvantage of low flexural strength.

An Hartmetall-Legierungen, die für die Bearbeitung von Stahl dienen, müssen in vielen Fällen aber hohe Anforderungen hinsichtlich der Festigkeit, Verschleißfestigkeit und hinsichtlich der Zähigkeit gestellt werden.Carbide alloys used for machining steel In many cases, however, they have to meet high requirements in terms of strength and wear resistance and in terms of toughness.

Es wurde nun gefunden, daß ihrer stofflichen Zusammensetzung nach an sich bekannte Legierungen aus 30 bis 45 % Titankarbid, 1 bis 3 % Tantalkarbid und/oder Niobkarbid, 8 bis 11 % Hilfsmetall (Kobalt, Nickel und/oder Eisen), Rest Wolframkarbid als Werkstoff für verschleißfeste und gleichzeitig zähe Schneidwerkzeuge, insbesondere zur Bearbeitung von langspanendem Material, wie Stahl, besonders gut geeignet sind, wenn der volumenmäßige Anteil des nicht in fester Lösung der Karbide ineinander vorliegenden Wolframkarbides, d. h. die aus dem restlichen ungelösten Wolframkarbid bestehende Phase, 0 bis 0,501, des Volumens des Hilfsmetalls beträgt (bezogen auf alle Bestandteile des Gefüges, d. h. a, ß und y, entspricht diese Bedingung der Formel: 100 - ß > y > 100 - 1,5 ß; doch ist die obige Darstellung einfacher). .It has now been found that, according to their material composition, alloys known per se of 30 to 45% titanium carbide, 1 to 3 % tantalum carbide and / or niobium carbide, 8 to 11 % auxiliary metal (cobalt, nickel and / or iron), the remainder being tungsten carbide For wear-resistant and at the same time tough cutting tools, especially for machining long-chipping material such as steel, are particularly well suited if the volume proportion of the tungsten carbide not in solid solution of the carbides in one another, i.e. the phase consisting of the remaining undissolved tungsten carbide, is 0 to 0.501 , of the volume of the auxiliary metal (based on all components of the structure, ie a, ß and y, this condition corresponds to the formula: 100 - ß >y> 100 - 1.5 ß; but the above representation is simpler). .

Die verwendete Hartmetall-Legierung besitzt eine hohe Biegefestigkeit,.-,eine hohe Verschleißfestigkeit und gleichzeitig eine höhere Zerspanungsleistung. Letztere hängt von der Menge der Mischkristalle ab. Je höher diese ist, desto geringer ist der Volumenanteil ungelöster Wolframkarbide.The hard metal alloy used has a high flexural strength, .-, a high wear resistance and at the same time a higher cutting performance. Latter depends on the amount of mixed crystals. The higher this is, the lower it is the volume fraction of undissolved tungsten carbides.

Der Neigung zur Verformung der Schneidkante, die bei hohem Bindemetallgehalt auftreten kann, wenn zu starken Temperatursteigerungen führende hohe Schneidgeschwindigkeiten benutzt werden, wird durch den Zusatz von@TaC/NbC entgegengewirkt.The tendency for the cutting edge to deform when the binder metal content is high can occur when high cutting speeds leading to sharp increases in temperature used is counteracted by adding @ TaC / NbC.

Hierbei ist zu erwähnen, daß, wo in dieser Beschreibung und den beifolgenden Ansprüchen ein Gehalt der Legierung an TaC/NbC erwähnt wird, dies bedeuten soll, daß die Legierung entweder eine oder beide Verbindungen TaC und NbC enthält und daß, wo bei dem Ausdruck TaC/NbC eine Prozentzahl auftritt, dies den Gehalt an (TaC -E- NbC) in der Legierung bedeutet.It should be noted that where in this description and the following Claims a content of the alloy of TaC / NbC is mentioned, this should mean that the alloy contains either or both compounds TaC and NbC and that where a percentage appears in the term TaC / NbC, it is the content of (TaC -E- NbC) in the alloy.

Das Bindemittel besteht gewöhnlich hauptsächlich ganz aus Co und/oder Ni. Es hat sich gezeigt, daß bei dem relativ hohen Anteil von TiC in der Legierung gemäß der Erfindung es vorteilhaft sein kann, Ni als Bindemetall zu verwenden, da Ni eine größere Fähigkeit hat, TiC aufzulösen als Co.The binder usually consists mainly entirely of Co and / or Ni. It has been shown that with the relatively high proportion of TiC in the alloy according to the invention it may be advantageous to use Ni as the binder metal, since Ni has a greater ability to dissolve TiC than Co.

Im Vergleich mit bekannten Hartmetall-Legierungen zur Endbearbeitung von Werkstoffen wie Stahl besitzt die verwendete Legierung einen erhöhten Mengenanteil an ß-Phase. Dies hat sich als bedeutsam erwiesen, weil eine Steigerung . der Festigkeit des Hartmetalls erreicht werden -soll; 'während gleichzeitig die Verschleißfestigkeit aufrechterhalten oder sogar erhöht wird, d. h. Widerstand gegen Verschleiß sowohl als auch gegen Auskolkung. Beispiel 1 TiC . . . . . . :: . . . . : . .' . . . 40 Gewichtsprozent TaC/NbC .. . ,. ..: _ . . . . . 2 Gewichtsprozent Co . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Gewichtsprozent WC . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Gewichtsprozent Die Legierung bestand. aus etwa 9 Volumprozent ß-Phase und etwa 91 Volumprozent y-Phase. Beispiel 2 TiC ............... 36 Gewichtsprozent TaC/NbC . . . . . ... . . . 2 Gewichtsprozent Co . . . . . . . .-. . . ." .... 9,5 Gewichtsprozent ` WC . . . . . . . . . . . . 52,5 Gewichtsprozent Die Legierung bestand aus etwa 9 Volumprozent ß-Phase, etwa 90-Volumprozent -y-Phase und etwa 1 Volumprozent a-Phase. B_eispJel 3 TiC ................. 35 Gewichtsprozent Co . . . . . . . . , . . . . . 9 Gewichtsprozent WC ...... . .. ....... 54 Gewichtsprozent TaC/NbC . . . . . . ... . . . . 2 Gewichtsprozent Die Legierung bestand aus etwa 9 Volumprozent ß-Phase, etwa 90 Volumprozent y-Phase und etwa 1 Volumprozent ca-Phase.In comparison with known hard metal alloys for finishing materials such as steel, the alloy used has an increased proportion of ß-phase. This has been found to be significant because of an increase. the strength of the hard metal should be achieved; 'while at the same time the wear resistance is maintained or even increased, ie resistance to wear as well as to scouring. example 1 TiC. . . . . . ::. . . . :. . ' . . . 40 percent by weight TaC / NbC ... ,. ..: _. . . . . 2 percent by weight Co. . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 percent by weight Toilet. . . . . . . . . . . . . . . . . 48 percent by weight The alloy passed. from about 9 percent by volume ß-phase and about 91 percent by volume y-phase. Example 2 TiC ............... 36 percent by weight TaC / NbC. . . . . ... . . 2 percent by weight Co. . . . . . . .-. . . . " .... 9.5 percent by weight` Toilet. . . . . . . . . . . . 52.5 percent by weight The alloy consisted of about 9 volume percent beta phase, about 90 volume percent y phase and about 1 volume percent alpha phase. B_eispJel 3 TiC ................. 35 percent by weight Co. . . . . . . . ,. . . . . 9 percent by weight WC ....... .. ....... 54 percent by weight TaC / NbC. . . . . . ... . . . 2 percent by weight The alloy consisted of about 9 percent by volume ß-phase, about 90 percent by volume y-phase and about 1 percent by volume ca-phase.

Die Zeichnung zeigt schematisch den Abnutzungsbetrag als Funktion der Schneidgeschwindigkeit für drei Hartmetalle A, B und D, wovon die beiden ersten bereits bekannt sind und das letztere das gemäß der Erfindung verwendete ist, wenn Flußstahl mit einem C-Gehalt von 0,84 Gewichtsprozent und einer Härte HB = 230 gedreht wird. Der Abnutzungsbetrag wird definiert als die maximale Kratertiefe (Auskolkungstiefe) in Mikron, und die Schneidgeschwindigkeit wird in m/min angegeben. Der Vorschub betrug 0,51 mm/ Umdr., die Schneidtiefe 1,0 mm, und bei allen Versuchen, welche eine Grundlage für die Kurven bildeten, betrug die Länge der Spanabhebung 1000 m.The drawing shows schematically the amount of wear as a function of the cutting speed for three cemented carbides A, B and D, the first two of which are already known and the latter is the one used according to the invention when mild steel with a C content of 0.84 percent by weight and one Hardness HB = 230 is turned. The amount of wear is defined as the maximum crater depth (scour depth) in microns and the cutting speed is given in m / min. The feed rate was 0.51 mm / rev., The cutting depth 1.0 mm, and in all tests which formed the basis for the curves, the length of the chip removal was 1000 m.

Die gewichtsmäßige Zusammensetzung der Hartirietalle betrug: A B D TiC . . . . . . . . . 250/, 360/, 400/" TaC/NbC .... - 20/. 20/0 Co . . . , . . . . . . 611/. 60/0 100/, WC . . . . . . . . . 69()/o 560/, 480/, Die Legierung D bestand aus etwa 9 Volumprozent ß-Phase und etwa 91 Volumprozent y-Phase.The weight composition of the Hartirietalle was: ABD TiC. . . . . . . . . 250 /, 360 /, 400 / " TaC / NbC .... - 20 /. 20/0 Co. . . ,. . . . . . 611 /. 60/0 100 /, Toilet. . . . . . . . . 69 () / o 560 /, 480 /, Alloy D consisted of about 9 volume percent β-phase and about 91 volume percent y-phase.

Das Diagramm zeigt, daß die erfindungsgemäß verwendete Legierung D einen beträchtlich höheren Verschleißwiderstand als die früher bekannten Legierungen A und B hatte. Die Legierungs A, welche den niedrigsten Verschleißwiderstand aufwies, konnte höheren Geschwindigkeiten als 190 m/min nicht widerstehen. Es ist auch zu erwähnen, daß die Legierungen A und D im wesentlichen dieselbe Zähigkeit zeigten, während die Legierung B eine beträchtlich geringere Zähigkeit aufwies.The diagram shows that the alloy D used in the invention considerably higher wear resistance than the previously known alloys A and B had. Alloy A, which had the lowest wear resistance, could not withstand speeds higher than 190 m / min. It's too mention that alloys A and D exhibited essentially the same toughness, while Alloy B was considerably inferior in toughness.

Claims (5)

Patentansprüche: 1. Verwendung einer gesinterten Hartmetall-Legierung auf Basis Wolframkarbid, Titankarbid, Tantalkarbid/Niobkarbid und Hilfsmetall, bestehend aus 30 bis 45 % Titankarbid, 1. bis 30/, Tantalkarbid und/oder Niobkarbid, 8 bis 11% Hilfsmetall aus Kobalt Nickel und/ oder Eisen, Rest Wolframkarbid, mit der Maßgabe, daß der volumenmäßige Anteil des nicht in fester Lösung der Karbide ineinander vorliegenden Wolframkarbides, d. h, die aus dem restlichen ungelösten Wolframkarbid bestehende Phase, 0 bis < 0,5 des Volumens der Hilfsmetallphase beträgt, als Werkstoff für verschleißfeste und gleichzeitig zähe Schneidwerkzeuge, insbesondere zur Bearbeitung von langspanendem Material, wie Stahl. Claims: 1. Use of a sintered hard metal alloy based on tungsten carbide, titanium carbide, tantalum carbide / niobium carbide and auxiliary metal, consisting of 30 to 45% titanium carbide, 1. to 30 /, tantalum carbide and / or niobium carbide, 8 to 11% auxiliary metal made of cobalt nickel and / or iron, the remainder being tungsten carbide, with the proviso that the proportion by volume of the tungsten carbide not present in one another in solid solution of the carbides, i.e. h, the phase consisting of the remaining undissolved tungsten carbide is 0 to <0.5 of the volume of the auxiliary metal phase, as a material for wear-resistant and at the same time tough cutting tools, in particular for machining long-chipping material such as steel. 2. Verwendung einer gesinterten Hartmetall-Legierung nach Anspruch 1, deren Hilfsmetallgehalt 9 bis 10,5% beträgt, für den Zweck nach Anspruch 1. 2. Use a sintered hard metal alloy according to claim 1, the auxiliary metal content of which 9 to 10.5% for the purpose of claim 1. 3. Verwendung einer gesinterten Hartmetall-Legierung nach den Ansprüchen 1 und 2, deren Titankarbidgehalt 35 bis 45 0/0, vorzugsweise 36 bis 42 % beträgt, für den Zweck nach Anspruch 1. 3. Use a sintered one Hard metal alloy according to Claims 1 and 2, the titanium carbide content of which is 35 to 45 0/0, preferably 36 to 42%, for the purpose of claim 1. 4. Verwendung einer gesinterten Hartmetall-Legierung nach den Ansprüchen 1 bis 3, wobei das Hilfsmetall aus Kobalt und/oder Nickel besteht, für den Zweck nach Anspruch 1. 4. Use a sintered hard metal alloy according to claims 1 to 3, wherein the Auxiliary metal consists of cobalt and / or nickel for the purpose of claim 1. 5. Verwendung einer gesinterten Hartmetall-Legierung nach Anspruch 1, bestehend aus 36 bis 42 °/o Titankarbid, 1 bis 3 °/o Tantalkarbid und/oder Niobkarbid, 9 bis 110/0 Kobalt und/oder Nickel, Rest Wolframkarbid, für den Zweck nach Anspruch 1. In Betracht gezogene Druckschriften: Österreichische Patentschrift Nr. 175 219; schweizerische Patentschrift Nr. 296 732; französische Patentschrift Nr. 749190; britische Patentschriften Nr. 443 303, 708 525; R.Kieffer und P. Schwarzkopf, Hartstoffe und Hartmetalle, 1953, S.156, 198, 201, 481, 482, 484.5. Use a sintered cemented carbide alloy according to claim 1 consisting of 36 to 42 ° / o titanium carbide, 1 to 3 ° / o tantalum carbide and / or niobium carbide, 9 to 110/0 cobalt and / or nickel, the remainder being tungsten carbide, for the purpose according to claim 1. Contemplated Drawn publications: Austrian patent specification No. 175 219; Swiss U.S. Patent No. 296,732; French Patent No. 749190; British patents No. 443 303, 708 525; R.Kieffer and P. Schwarzkopf, Hard Materials and Hard Metals, 1953, p.156, 198, 201, 481, 482, 484.
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