DE1235598B

DE1235598B - Harter, abriebfester Schneidkoerper auf Titankarbid-Basis und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1235598B
Application number: DEC30580A
Authority: DE
Inventors: Richard Malcolm Gill; Collingtree Grange
Original assignee: Carborundum Co
Current assignee: Unifrax 1 LLC
Priority date: 1962-08-13
Filing date: 1963-07-30
Publication date: 1967-03-02
Also published as: GB1024793A; US3313605A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND Int. CI.;

C22c

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 40 b - 29/00

Nummer: 1235 598

Aktenzeichen: C 30580 VI a/40 b

Anmeldetag: 30. Juli 1963

Auslegetag: 2. März 1967

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schneidkörper für maschinelle Bearbeitungen und bezweckt, die bisher bei solchen Schneidkörpern erreichbare Härte und den Abnutzungswiderstand zu verbessern.

Für Schneidvorgänge benutzte man lange Zeit Körper aus Metallkarbiden. Das meistbenutzte Metallkarbid war Wolframkarbid, das, mit Kobalt zementriert, d. h. gebunden, gute Abnutzungseigenschaften ergibt. Es sind aber noch härtere, zähere und geringere Abnutzung ergebende Materialien für Schneidwerkzeuge erwünscht, weil die Schnittgeschwindigkeiten immer größer werden und bessere Toleranzen erwünscht sind.

In letzter Zeit hat man Schneidwerkzeuge aus gesintertem Aluminiumoxyd benutzt, gerade um den höheren Schnittgeschwindigkeiten zu. entsprechen. Der Hauptnachteil dieses gesinterten Aluminiumoxids ist aber mangelnde Zähigkeit. Solche Schneidkörper konnten also nur benutzt werden, wo die Zähigkeit nicht im Vordergrund stand. Ferner hat man verschiedene Karbide, Boride und Nitride, mit oder ohne Metallbindungen, für Schneidwerkzeuge benutzt, aber keines dieser Materialien entsprach hinsichtlich Härte, Dichte, Zähigkeit und Abnutzungswiderstand den jetzt sehr hohen Anforderungen an Schneidwerkzeugen.

Es ist beispielsweise im österreichischen Patent 199 886 vorgeschlagen worden, Mischungen aus Titankarbid und Titandiborid, die auch noch andere Karbide, Nitride, Boride oder Silizide enthalten können, Bindemetalle zuzusetzen. Sofern Eisen, Nickel, Kobalt oder Chrom zugesetzt wird, soll deren Anteil 0,5% nicht überschreiten.

Gemäß der Erfindung wird Nickel und Molybdän zugesetzt, und zwar in einem Anteil von 5 bis 30 Gewichtsprozent, vorzugsweise 10 bis 20 Gewichtsprozent, und der Vorteil eines solchen Metallanteils ergibt sich aus der Tabelle im nachfolgenden Beispiel 2. Diese Metalle sind die Bindung einer Mischung aus gepulvertem Titankarbid und Titandiborid mit einem Gewichtsverhältnis von 7:3 bis 8 :2.

Die erfindungsgemäßen Schneidwerkzeuge werden zweckmäßig durch Heißpressen des keramischen (Karbid und Borid) und des metallischen Bestandteiles hergestellt, bei Temperaturen von etwa 1500 bis etwa 1650° C und bei Drücken von 70 bis 175 kg/cm². Wie weiter unten im einzelnen erläutert, hängt die anzuwendende Heißpreßtemperatur in gewissem Grade von dem Metallanteil der heiß zu pressenden Mischung ab. Die erfindungsgemäßen Schneidwerkzeuge sind hinsichtlich Abriebwiderstand besser als bekannte Schneidwerkzeuge und auch

Harter, abriebfester Schneidkörper auf
Titankarbid-Basis und Verfahren zu seiner
Herstellung

Anmelder:

The Carborundum Company,
Niagara Falls, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. W. Cohausz, Dipl.-Ing. W. Florack
und Dipl.-Ing. K.-H. Eissel, Patentanwälte,
Düsseldorf, Schumannstr. 97

Als Erfinder benannt:
Richard Malcolm Gill,
Collingtree Grange, Northamton
(Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 13. August 1962 (30 911)-

besser als die Werkzeuge aus zementiertem Wolframkarbid. Weder bei Verwendung von Titankarbid allein mit einem Binder aus Molybdän und Nickel noch bei Titanborid allein mit einem Binder aus Molybdän und Nickel ergibt sich eine solche Härte und ein solcher Abnutzungswiderstand wie bei Verwendung einer Zusammensetzung gemäß der Erfindung aus Titankarbid, Titandiborid und einer Metallbindung.

Der keramische Bestandteil, d.h. die Mischung von Titankarbidpulver mit Titanboridpulver, beträgt zwischen 70 bis 95 Gewichtsprozent der heiß zu pressenden Gesamtmischung, während der Restbestandteil der Metallbestandteil ist. Der keramische Bestandteil der Mischung setzt sich zusammen aus 70 bis Gewichtsprozent Titankarbid und aus 20 bis Gewichtsprozent Titandiborid. Eine Mischung von 70% TiC und 30% TiB₂ ergibt sehr gute harte und abriebfeste Schneidwerkzeuge.

Der Metallbestandteil der Mischung, d. h. die Mischung von Molybdän-Nickel-Pulver, macht 5 bis Gewichtsprozent der Gesamtmischung aus. Be-

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Claims

sonders gute Abriebfestigkeit ergibt sieh, wenn der metallische Anteil 10 bis etwa 20 Gewichtsprozent beträgt. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Gewichtsanteil von Molybdän und Nickel etwa gleich. Die vorzugsweise erfindungsgemäße, heiß zu pressende Mischung besteht also aus etwa 80 bis 90 Gewichtsprozent einer pulverigen Mischung, die besteht aus 70 Gewichtsprozent Titankarbid und 30 Gewichtsprozent Titandiborid, wozu hinzukommen etwa 10 bis 20 Gewichtsprozent einer Metallbindung, die aus gleichen Gewichtsteilen pulverigem Molybdän und Nickel besteht. Die Erfindung wird an Hand folgender Beispiele erläutert, wobei alle Anteile Gewichtsprozentsätze oder Gewichtsteile sind. Beispiel 1 Schneidwerkzeuge für Drehbänke werden erfindungsgemäß in folgender Weise hergestellt: Eine Mischung von 70 Gewichtsprozent Titankarbid und 30 Gewichtsprozent Titandiborid wurde in einer Mühle mit Stahlbehälter und mit Stahlkugeln gemahlen, bis sich eine innige Mischung ergab. Die Schneidwerkzeuge wurden dann hergestellt aus einer Mischung von 90% des keramischen Bestandteiles mit 10°/o des metallischen Bestandteiles, wobei der letztere aus gleichen Gewichtsteilen von pulverigem Molybdän und Nickel bestand. Die Mischung wurde in einer Graphitform bei einer Temperatur von 1530° C und einem Druck von 140 kg/cm2 heiß gepreßt. Das Pressen erfolgte bis etwa auf Endgröße, so daß nur eine leichte Nachbearbeitung nötig war. Das Schneidwerkzeug wurde dann in einem üblichen Werkzeughalter zur Bearbeitung von Nickel-Chrom-Molybdän-Stahl benutzt. Bei einer Arbeitsgeschwindigkeit von 480 m/Min. konnten 2,5 mm Material zerspant werden ohne Verschweißungserscheinungen. Beispiel 2 Um zu zeigen, wie wichtig der Anteil von wenigstens 5 Gewichtsprozent an Metallbindung ist, wurden mehrere Zusammensetzungen mit verschiedenen Anteilen an Metallbindung hergestellt. Die Zusammensetzungen waren an sich gleich, nur der metallische Anteil war verschieden. In jedem Fall bestand die Zusammensetzung aus einem keramischen Anteil und einem metallischen Anteil. Natürlich änderte sich der keramische Anteil bei verschiedenen metallischen Anteilen, aber immer bestand der keramische Anteil aus 70 Gewichtsprozent TiC und 30 Gewichtsprozent TiB2. Die Anteile an Molybdän- und Nickelpulver waren gleich. Die Schneidwerkzeuge wurden, wie im Beispiel 1 angegeben, heiß gepreßt und wurden dann untersucht zur Bestimmung der Biegebruchfestigkeit. Schneidwerkzeuge, die gemäß Beispiel 1 hergestellt waren, wurden zu Werkzeugen von 1,27 · 0,48 cm mit abgerundeten Ecken mit einem Radius von 0,12 cm 6c geschliffen und in eine Drehbank eingesetzt zur Bearbeitung einer Gußeisenstange mit einer Brinellhärte von 200 bis 220. Das Werkstück wurde mit einer Geschwindigkeit von 180 m/Min. gedreht, bei einem Vorschub von 0,381 mm pro Umdrehung und bei einer Schnittiefe von 1,27 mm. Jeder Schnittest dauerte 20 Minuten, wonach die Abnutzung am Werkzeug gemessen wurde. Wie die nachfolgende Tabelle zeigt, war die Abnutzung bei Werkzeugen mit 5% oder mehr Metallanteil wesentlich geringer als bei einem Metallanteil von nur 3 °/o. Metallanteil °/o Mo + Ni zusammenBiegebruchfestigkeitkg/mm2Abnutzungam Werkzeugmm378,70,61599,80,511099,80,251588,60,25 Die Biegebruchfestigkeit ist ein gutes Zeichen für die Festigkeit und Zähigkeit eines harten Körpers. Wie ersichtlich, hatte der Körper mit nur 3% metallischem Anteil nicht nur größere Abnutzung, sondern bedeutend geringere Festigkeit und Zähigkeit als die erfindungsgemäßen Werkzeuge mit wenigstens 5°/o metallischem Anteil. An den Versuchen ergibt sich, daß die Schneidwerkzeuge wenigstens 5 0Zo Molybdän und Nickel enthalten müssen. Der Zusatz einer Mischung aus Molybdän und Nickel ergibt nicht nur größere Härte und Abnutzung, sondern gestattet es auch, beim Heißpressen niedrigere Temperaturen anzuwenden. Es ist bekannt, daß Schneidwerkzeuge die größte Festigkeit haben, wenn die Kristalle der Mischung, aus der sie hergestellt werden, klein sind und wenn die Körper zu maximaler Dichte gepreßt werden. Wenn die Heißpreßtemperatur sehr hoch ist, dann tritt ein Kristallwachstum ein, und dieses Kristallwachstum ergibt eine geringere Festigkeit. Eine Verringerung der Heißpreßtemperatur vergrößert also die Festigkeit des Schneidwerkzeuges. Um eine Mischung aus 70 0ZoTitankarbid und 30°/o Titanborid mit 140 kg/cm2 heiß zu pressen, war eine Temperatur von 1800° C notwendig. Bei Zusatz von 10 Gewichtsprozent eines metallischen Anteils aus gleichen Gewichtsteilen Molybdän und Nickel konnte die Mischung mit 140 kg/cm2 und bei 1530° C heiß gepreßt werden, und bei Erhöhung des metallischen Anteils auf 20 Gewichtsprozent erniedrigte sich die Heißpreßtemperatur weiter auf 1500° C bei einem Druck von 140 kg/cm2. Die graphische Darstellung zeigt die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Schneidwerkzeuge mit Schneidwerkzeugen aus bisher benutzten Zusammensetzungen. Die Rockwell-A-Härte ist neben der Art des Hartstoffanteils abhängig vom Anteil an Bindemetall in der Zusammensetzung. Auch gegenüber Schneidwerkzeugen aus Titanborid allein oder mit einer Bindung aus Molybdän und Nickel ergibt die erfindungsgemäße Zusammensetzung vorteilhaftere Eigenschaften. Es braucht nicht das ganze Schneidwerkzeug aus der beschriebenen Zusammensetzung zu bestehen, sondern es genügt, daß ein Teil der Werkzeuge, beispielsweise nur die Schneidspitze, aus der erfindungsgemäßen Zusammensetzung hergestellt ist. Patentansprüche:

1. Harter abriebfester Schneidkörper auf Titankarbid-Basis, dadurch gekennzeichnet, daß er 5 bis 30 Gewichtsprozent, vorzugsweise 10 bis 20 Gewichtsprozent Molybdän und Nickel im Verhältnis 1:1 als Bindemetall, und im übrigen