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Die Erfindung bezieht sich auf ein Sinterhartmetall für Schneidwerkzeuge
auf Titancarbidbasis, das keine Mischcarbide enthält. Es sind Schneidwerkzeuge aus
einer Legierung, bestehend aus 60% Titancarbid, 13% Wolframcarbid, 13% Molybdäncarbid,
30/9 Chromcarbid, 5% Kupfer, 5,5% Nickel und 0,5% Aluminium, bekannt, deren Rockwell
C-Härte bei Sintertemperaturen von 1200 bis 1450°C je nach Herstellungsverfahren
69 bis 77 beträgt. Fernerhin ist bekannt, eine Rockwell A-Härte von 90 bis 91 zu
erzielen, wenn das Sintermetall aus 62,0%Titancarbid, 80% Niob-Tantal-Titan-Mischcarbid
(Nb[TaTi]C), 22,5% Nickel und 7,5% Molybdän oder 72% Titancarbid, 8% @Niob-Tantal-Titan-Mischcarbid
(Nb[TaTi]C), 1501o Nickel und 5 0% Molybdän besteht.
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Es wurde jedoch gefunden, daß diese hohe Härte erreicht und sogar
überschritten wird, wenn das Sinterhartmetall aus 65 bis 90% nitrid- und oxydfreiem
Titancarbid und aus 10 bis 35 % Bindemetall besteht, wobei das letztere 25 bis 70%
Molybdän, Rest Nikkel, Kobalt und/oder Eisen enthält, und wenn das Hartmetall in
einer inerten Atmosphäre oder im Vakuum bei einer Temperatur von höchstens 1482°
C in einer Stufe gesintert ist.
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Zur besseren Darstellung der Erfindung enthält die Beschreibung drei
grafische Darstellungen.
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A b b.1 stellt das bei der spanabhebenden Bearbeitung von Stahl entfernte
Schnittvolumen in Abhängigkeit von der dabei ermittelten Werkzeugabnutzung dar,
und zwar mittels Schneidwerkzeugen aus dem erfindungsgenxäßen Sinterhartmetall (drei
mit »1343° C«, »1371°-C« und »1399° C« bezeichneten Kurven) und aus Wolfram-Hartmetall
(obere Kurven); A b b. 2 zeigt den prozentualen Anteil des Molybdäns in der Bindelegierung
(bei einem Sinterhartmetall aus 80% Titancarbid und 20% Bindelegierung) in Abhängigkeit
von der Schnittzeit (Standzeit) bis zu einer bestimmten Abnutzung des Schneidwerkzeuges;
A b b. 3 stellt den Einfluß des Anteils der Bindelegierung des Sinterhartmetalls
bei verschiedenen Molybdängehalten auf Rockwell A-Härte dar.
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Das Titancarbid, das für die Herstellung des Sinterhartmetalls verwendet
wird und das im wesentlichen frei von Oxyden und Nitriden ist, hat z. B. folgende
Zusammensetzung: . Freier Kohlenstoff .. . . . . . . . . . . . . . 1,2% Gebundener
Kohlenstoff . . . . . . . . . 19,2% Titan .......................... 78,1,01e, Eisen
:... . ... ..... _ ... 0,06% Der Gehalt an freiem Kohlenstoff ist für die Zusammensetzung
des -Sinterhartmetalls nicht entscheidend. Die Qualität des Schneidwerkzeuges wird
nicht beeinflußt, ob nun freier Kohlenstoff überhaupt oder in größeren Mengen vorhanden
ist.
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Die folgende Korngrößenanalyse des Sinterhartmetalls wurde nach dem
Andraeson-Verfahren zur Bestimmung der Teilchengrößen durchgeführt.
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25 [t .................... 0% 1511 . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 0 % 5 @, . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 00/0 2 @, . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . 26,4'0% 1 t, .. .. ... .. ..... . ... . . 49,5% Dem Titancarbid
wurde Nickel- und Molybdänpulver mit einer Korngröße von etwa 5 1., zugesetzt. Das
Metallpulver wurde getrennt hergestellt, indem 750/9 Nickel-, 25% Molybdänpulver
und ein Gemisch von 50 % Nickel und 50 % Molybdän gemahlen wurde. Die Siebmaschenweite
betrug 44 R,. Erforderlichenfalls wurden Zusätze von Metallpulver mit einer Siebmaschenweite
größer als 44 Ei beigegeben, um dadurch eine Einsatzmischung der gewünschten endgültigen
Zusammensetzung zu erreichen.
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Das Mahlen wurde in einer aus rostfreiem Stahl hergestellten Mühle
durchgeführt, die Kugeln aus einer Nickellegierung enthielt. Zur Verhinderung einer
Oxydation wurde dem Gemisch Benzin zugesetzt. Das Mahlen beanspruchte 24 Stunden.
Danach wurde das Benzin durch Evakuieren entfernt und ein 40%iges Wachsbindemittel,
aufgelöst in Benzin, zugesetzt. Nach dem Trocknen des Metallpulvers wurde es in
einer Stahlform mit einem Druck von 140,6 kg/cm2 gepreßt.
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Das kalt gepreßte Sinterhartmetall wurde in Wasserstoff bei 650° C
1 Stunde vorgesintert, um das Wachs zu entfernen. Das Fertigsintern erfolgte in
einer Form für den Preßling durch 1stündiges Erhitzen auf 1370° C in einem Induktionsofen
unter Vakuum oder einer inerten Atmosphäre. Bei der Behandlung im Vakuum wurde ein
absoluter Druck von 1 bis 3-10-4 Torr im Ofen aufrechterhalten. An Stelle von Vakuum
eignen sich als inerte Atmosphären z. B. trockener Wasserstoff, Argon oder Helium.
Die Sintertemperatur ist eine Funktion der Sinterzeit, die sich durch Erhöhen der
Temperatur verkürzt. In jedem Fall sollte man die Sintertemperatur 1482° C nicht
überschreiten, um ein merkliches Kornwachstum zu vermeiden. Die Sintertemperatur
und Sinterzeit müssen so bemessen werden, daß die Korngröße des Titancarbides des
Fertigerzeugnisses im; wesentlichen nicht größer als in der. pulverförmigen Einsatzmischung
wird. A b b. 1 zeigt eindrucksvoll das Verhalten von Schneidwerkzeugen aus dem erfindungsgemäßen
Sinterhartmetall im Vergleich zu solchen aus handelsüblichen Wolfram-Hartmetallen.
Die in A b b. 1 dargestellten Werte wurden bei der Zerspanung von Stahl SAE 1045,
bestehend aus 0,43 bis 0,50% C, 0,60 bis 0,90% Mn, max. 0,04% P, max. 0,0500% S,
Rest Eisen, mit einer Brinell-Härte von 163 bis 174 erzielt, wobei der Vorschub
0,28 mm/Umdrehung und die Schnittiefe 2,54 mm bei einer Schnittgeschwindigkeit von
105 m/min betrug. Die beiden oberen Kurven stellen das typische Verhalten des Wolfram-Hartmetalls
dar. Die drei mit der jeweiligen Sintertemperatur »1343° C«, »1371° C« und 1399°
C« bezeichneten Kurven wurden unter Verwendung eines Schneidwerkzeuges erzielt,
das 6501o Titancarbid und 35% Bindelegierung enthält, wobei die Bindelegierung aus
70% Nickel und 30% Molybdän besteht. Die Metallpulver wurden in einer Stahlmühle
mit Stahlkugeln 24 Stunden unter Benzin gemahlen. Es wurde ein Wachsschmiermittel
zugesetzt und das Pulver in einer Stahlform unter einem Druck von 140,6 kg/cm2 gepreßt.
Das Vorsintern wurde bei 650° C 1 Stunde unter Wasserstoff ausgeführt, das Fertigsintern
fand im Vakuum (etwa 1 bis 3.10 -4 Torr) bei 1343, 1371 und 1399° C während
2 Stunden statt. Die Rockwell A-Härte der gesinterten Proben betrug 90,0 bis 91,0.
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A b b.1 zeigt, wie gering die Werkzeugabnutzung
selbst
bei hohem Schnittvolumen ist, und A b b. 3 macht deutlich, daß eine Rockwell A-Härte
von 93,5 erreicht wird, wenn der Anteil an der Bindelegierung 20% beträgt, und 92,
wenn dieser Anteil 300/a beträgt.
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Eine solche Härte ist bisher bei Sinterhartmetallen, die neben Titancarbid
Niob-Tantal-Titan-Mischcarbid (Nb[TaTi]C) enthalten, noch nicht erhalten worden.
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Durch Versuche wurde festgestellt, daß Schneidwerkzeuge aus diesen
Mischcarbide enthaltenden Hartmetallen geringere Schnittzeiten (Standzeiten) besitzen
als solche aus den erfindungsgemäßen Sinterhartmetallen.
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Das bevorzugte Basismetall der Bindelegierung ist Nickel. Erfindungsgemäß
können jedoch auch Kobalt und/oder Eisen oder Legierungen dieser Metalle mit Nickel
angewandt werden. Es ist wichtig, daß alle Verfahrensschritte bei der Herstellung
des fertigen Werkzeuges so ausgeführt werden, daß das Fertigerzeugnis frei von schädlichen
Mengen an Oxyden und Nitriden ist.