DE1291908B

DE1291908B - Sinterhartmetall fuer Schneidwerkzeuge auf Titancarbidbasis

Info

Publication number: DE1291908B
Application number: DE1959F0027964
Authority: DE
Inventors: Moskowitz David; Humenik Jun Michael
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1958-03-17
Filing date: 1959-03-14
Publication date: 1969-04-03

Description

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.
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.
Zur besseren Darstellung der Erfindung enthält die Beschreibung drei grafische Darstellungen.
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.
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.
Die folgende Korngrößenanalyse des Sinterhartmetalls wurde nach dem Andraeson-Verfahren zur Bestimmung der Teilchengrößen durchgeführt.
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.
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.
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.
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.
Eine solche Härte ist bisher bei Sinterhartmetallen, die neben Titancarbid Niob-Tantal-Titan-Mischcarbid (Nb[TaTi]C) enthalten, noch nicht erhalten worden.
Durch Versuche wurde festgestellt, daß Schneidwerkzeuge aus diesen Mischcarbide enthaltenden Hartmetallen geringere Schnittzeiten (Standzeiten) besitzen als solche aus den erfindungsgemäßen Sinterhartmetallen.
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.

Claims

Patentanspruch: Sinterhartmetall für Schneidwerkzeuge auf Titancarbidbasis mit einer Rockwell A-Härte von 90 odermehr,dadurch gekennzeichnet, daß es aus 65 bis 90% nitrid- und oxydfreiem Titancarbid und aus 10 bis 35% Bindelegierung besteht, wobei die Bindelegierung 25 bis 70% Molybdän, Rest Nickel, Kobalt und/oder Eisen enthält, und daß das Hartmetall in inerter Atmosphäre oder im Vakuum bei einer Temperatur von höchstens 1482° C in einer Stufe gesintert ist.