DE1608188B2

DE1608188B2 - Verfahren zur herstellung von sinterhartstoff- bzw. sinterhartmetallformkoerpern mit hohem titancarbidanteil mit verbesserter zaehigkeit

Info

Publication number: DE1608188B2
Application number: DE1967K0064093
Authority: DE
Inventors: Takeji Toyama Hachisuka (Japan)
Original assignee: Fujikoshi KK
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 1966-12-03
Filing date: 1967-12-02
Publication date: 1976-02-05
Also published as: DE1608188C3; DE1608188A1

Description

wohnlich 40 bis 50 Gewichtsprozent des Bindemetalls Obgleich der Grund, warum die Zähigkeit eines

und besitzt eine schlechte Abnutzungsbeständigkeit Hartmetalls durch den Zusatz von Metallen wie auf Grund seiner geringen Härte und ist daher für die Molybdän verbessert wird, noch nicht völlig geklärt Verwendung als Werkzeugmaterial ungeeignet. Auch ist, kann die Wirkung der Molybdänzugabe im Falle wenn dessen Härte durch die Erniedrigung des Gehalts 5 von TiC-Ni-Mo-Hartmetallen durch den folgenden an Bindemetall erhöht wird, bleibt es auf Grund der Mechanismus erklärt werden: Es war bekannt, das Erhöhung seiner Sprödigkeit nach wie vor für solche Molybdän eine Bereitschaft zur Umwandlung in Zwecke ungeeignet. Mo₂C bei etwa 800° C während des Sinterns erlangt,

Bei der Herstellung von Hartmetallen mit einer bei etwa 1000⁰C nahezu vollständig karburiert ist und geringeren Sprödigkeit sowie einer ausreichenden 10 mit Titancarbid bei etwa 1200⁰C einen Carbidmisch-Härte und Zähigkeit für Werkzeugmaterialien war es kristall bildet, und die Oberflächen der Titancarbidbekannt, daß der Zusatz von einem oder mehreren körner mit dem so gebildeten Mischkristall (TiC ■ Metallen, z. B. Molybdän, Tantal, Wolfram, wirksam Mo₂C) überzogen werden. Im Verlauf der eben beist. Zu diesem Zweck werden hauptsächlich TiC-Ni- schriebenen Reaktionen reagiert Molybdän zunächst Mo-Hartmetalle verwendet, die zur Verwendung als 15 mit freiem Kohlenstoff, der in dem als Rohmaterial Werkzeugmaterialien jedoch im allgemeinen eine verwendeten Titancarbidpulver enthalten ist, um ein große Menge an Titancarbid, z. B. 50 bis 80 Gewichts- Carbid zu bilden, so daß gefolgert werden kann, daß prozent, enthalten, die daher den Hartmetallen mit das Molybdän zur Erhöhung der Reinheit des Rohwesentlich geringerem Titancarbidanteil in bezug auf materialpulvers dient. Außerdem bildet der nachZähigkeit unterlegen sind und ein schlechtes Wärme- 20 folgend erzeugte Mischkristall (TiC ■ Mo₂C) eine schockverhalten sowie eine niedrige Wärmeleitfähig- starre Bindung mit dem Bindemetall, da dieser für keit besitzen, so daß deren Anwendungsbereich in Nickel eine höhere Benetzbarkeit als diejenige von einigen Fällen selbst auf dem Gebiet der spanab- Titancarbid besitzt, so daß die Folgerung naheliegend hebenden Stahlbearbeitung Beschränkungen auferlegt ist, daß die gegenseitige Bindung unter oder zwischen sind. Wie aus den vorstehend geschilderten Tatsachen 25 harten Phasen mit einer Zunahme des Kornwachstums klar ersichtlich ist, besitzt ein fitancarbid-Hartmetall geregelt wird, wodurch eine Verbesserung in der einen niedrigen Grad an Zähigkeit auf Grund des Zähigkeit erhalten wird.

Titancarbids, das von sich aus spröde und brüchig ist, Bei Vergleich von nach dem Verfahren gemäß der

so daß gewisse Beschränkungen mit Bezug auf den Erfindung hergestellten Sinterhartmetallformkörpern Titancarbidgehalt und den Anwendungsbereich auf- 30 mit solchen, die unter Anwendung irgendeiner der erlegt sind. Es besteht daher ein sehr großes technisches früheren Arbeitsweisen der Zugabe eines heterogenen Interesse für die Erzeugung eines Hartmetalls dieser Carbids hergestellt wurden, konnte festgestellt werden, Klasse, das eine überlegene Zähigkeit aufweist. daß die ersteren eine wesentlich höhere Zähigkeit und

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Ver- eine höhere Härte als die letzteren besaßen,
fahrens zur Herstellung von Sinterhartstoff- bzw. 35 Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines Sinterhartmetallformkörpern mit hohem Titancarbid- Beispiels näher erläutert,
anteil mit verbesserter Zähigkeit bei hoher Härte
sowie erhöhter Wärmeschockbeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit. Beispiel

Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Her- 40

stellung von Sinterhartstoff- bzw. Sinterhartmetall- Pulverförmiges Titancarbid, metallisches Nickel

formkörpern mit hohem Titancarbidanteil und mit und Molybdän werden zur Bildung einer Pulververbesserter Zähigkeit bei hoher Härte sowie erhöhter mischung von 500 g mit einer Zusammensetzung von Wärmeschockbeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit, 75% TiC, 20% Ni und 5% Mo, bezogen auf Gedie als Hartstoffkomponente Titancarbid zusammen 45 wichtsbasis, abgewogen. Die Mischung wird einem mit Wolframcarbid, Tantalcarbid und/oder Niob- Naßmahlen während 50 Stunden zusammen mit carbid und gegebenenfalls als Bindemittel Eisen, TiC-Ni-Mo-Kugeln und Aceton in einem mit Hastel-Nickel und/oder Kobalt oder Legierungen auf Basis loy B ausgekleideten Kugelmahlbehälter von 2 1 untereines dieser Metalle enthalten, geschaffen, das dadurch worfen. Nach Verdampfung von Aceton bis zur gekennzeichnet ist, daß zunächst eine Pulvermischung 50 Trockene wird das gemahlene Pulver mit 3 Gewichtsaus Titancarbid und Molybdän, Tantal und/oder prozent Paraffin, gelöst in Tetrachlorkohlenstoff in Wolfram als Metallkomponente sowie gegebenenfalls Konzentration von 10 Gewichtsprozent, versetzt und dem Bindemetall auf eine Temperatur unterhalb des zur Verdampfung des Tetrachlorkohlenstoffs kräftig eutektischen Punktes erhitzt wird, bis die Metall- gerührt, worauf durch ein Sieb mit einer lichten komponente unter Bildung einer flüssigen Phase in mit 55 Maschenweite von etwa 2,362 mm gesiebt wird. Das Titancarbid in Mischkristallform vorliegendes Carbid Pulver wird unter einem Druck von 0,5 t/cm² in einer übergeführt ist, worauf diese Masse zu einem feinen zylindrischen Form mit einem Durchmesser von Pulver zerkleinert, danach mit pulverförmigem Wolf- 50 mm zu einem Preßling geformt. Der Preßling wird ramcarbid, Tantalcarbid und/oder Niobcarbid, gege- dann in einem Wasserstoff ofen auf 600⁰C erhitzt, um benenfalls in Mischkristallform, sowie gegebenenfalls 60 das Paraffin daraus zu entfernen. Obgleich zur Bildung mit weiterem Bindemetallpulver vermischt und in eines Preßlings einer gegebenenfalls hohen Dichte üblicher Weise zu Sinterformkörpern verarbeitet wird. Paraffin verwendet wird, um die Reaktion von Molyb-

Gemäß der Erfindung wird erreicht, daß der An- dän mit Titancarbid zu beschleunigen, ist der Zusatz Wendungsbereich von Sinterhartstoffen bzw. Sinter- von Paraffin nicht immer notwendig. An Stelle der hartmetallen mit hohem Titancarbidanteil auf Grund 65 Anwendung eines derartigen Formungsverfahrens der verbesserten Zähigkeit und der Erhöhung der kann das Molybdän in vorteilhafter Weise durch eine Wärmeschockbeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit geeignete Regelung der Mahlbedingungen und/oder erweitert wird. der Korngröße aktiviert werden. Nickel wird ebenfalls

zur Beschleunigung der Reaktion des Molybdäns zugigeben und weist eine sehr hohe Wirksamkeit auf, selbst bei einer so geringen Menge von einigen Prozent (wobei in bestimmten Fällen mit einer großen Menge eher ein umgekehrter oder nachteiliger Effekt erhalten wird), so daß keine Notwendigkeit für eine strenge Einregelung der Nickelmenge in diesem Fall besteht. Der Preßling wird nach der Entfernung des Paraffins auf 1200⁰C während 2 Stunden in einem Vakuumofen erhitzt, der unter einem Vakuum von 10~⁴ mm Hg gehalten ist. Mittels der Röntgenfeinstrukturanalyse, die an Proben im kalten Zustand durchgeführt wird, wird bestätigt, daß das Molybdän in ein Carbid, nämlich Mo₂C, und dann in einen Carbidmischkristall, nämlich TiC · Mo₂C, beim Erhitzen übergeführt wird. Da ein auf diese Weise erzeugter Sinterkörper eine sehr hohe Porosität aufweist, wird er leicht zu einem feinen Pulver mit einer Teilchengröße von weniger als etwa 0,175 mm unter Verwendung eines Mörsers verrieben. Unter dem hier verwendeten Ausdruck »Mischkristallpulver« ist ein so erhaltenes feines Pulver zu verstehen.

Für die Herstellung von 1 kg einer Pulvermischung, bestehend aus 30 Gewichtsprozent TiC, 46 Gewichtsprozent WC, 10 Gewichtsprozent TaC, 12 Gewichtsprozent Ni und 2 Gewichtsprozent Mo, werden das vorstehend beschriebene Mischkristallpulver, Wolframcarbid, Tantalcarbid und Nickel gewogen und miteinander gemischt. (Vgl. »TWC« in der nachstehenden Tabelle I.) Zur Herstellung von 2 Pulvermischungen (»TWA« und »TWB«) der gleichen Zusammensetzung wie »TWC«, die mit dem »TWC« gemäß der Erfindung verglichen werden sollen, wird die gleiche Arbeitsweise wei bei der Herstellung von »TWC« jedoch mit der Abänderung wiederholt, daß das einzuverleibende Titancarbid bei der Herstellung von »TWA« in der Einzelcarbidform vorliegt und bei der Herstellung von »TWB« in Form eines Mischkristalls, der Titancarbid, Wolframcarbid und Tantalcarbid umfaßt, verwendet wird.

Tabelle I

Zusammensetzung der Pulvermischungen in Gewichtsprozent, aus der Sinterhartmetallformkörper (30 Gewichtsprozent TiC, 46 Gewichtsprozent WC, 10 Gewichtsprozent TaC, 12 Gewichtsprozent Ni, 2 Gewichtsprozent Mo) hergestellt werden:

50

55

60

	TWA	TWB	TWC
Mischkristall pulver	—	—	40
TiC	30	—	—
WC	46	6	46
TaC	10	—	10
50 WC-50 TiC- Mischkristall	—	30	—
50 WC-30 TiC- 20 TaC-Misch- kristall	¹	50
Ni	12	12	4
Mo	2	2

Jede Mischung wird einem Naßmahlen während 96 Stunden unterworfen, mit 3 Gewichtsprozent Paraffin versetzt und zu einem Preßling mit den Abmessungen 6,3 · 6,3 · 32 mm unter einem Druck von 1 t/cm² wie bei der Herstellung des Mischkristallpulvers geformt. Der Preßling wird eine Stunde lang auf 600⁰C in einem Wasserstoffofen zur Entfernung von Paraffin erhitzt und dann während 2 Stunden unter einem Vakuum von 10~⁴ mm Hg gesintert. Jeder der so hergestellten Sinterhartmetallformkörper besitzt eine geringe Porosität. Die Eigenschaften der Formkörper sind in der nachstehenden Tabelle II aufgeführt.

Tabelle II

Eigenschaften der Sinterhartmetallformkörper, die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung, sowie nach früheren Arbeitsweisen hergestellt wurden.

	Dichte (g/cm³)	Rockwell- Härte A	Biegebruch festigkeit (kg/mm²)
TWC-Form- körper	8,86	91,9	186
TWA-Form- körper	8,79	90,5	146
WWB-Form körper	8,55	89,7	117

Wie aus dem vorstehend beschriebenen Beispiel klar ersichtlich ist, besitzt ein nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellter Sinterhartmetallformkörper eine wesentlich höhere Zähigkeit und eine etwas höhere Härte als irgendwelche Formkörper gleicher chemischer Zusammensetzung, die jedoch nach anderen Arbeitsweisen hergestellt wurden.

Diese Eigenschaften werden trotz eines verhältnismäßig hohen Gehalts an Titancarbid von 30 Gewichtsprozent erhalten, der beachtlich höher ist als bei einem auf gewöhnliche Weise hergestellten Carbid-Sinterhartmetall, so daß gefolgert werden kann, daß die erfindungsgemäß hergestellten Sinterformkörper jedem der auf gebräuchliche Weise hergestellten Titancarbid-Sinterhartmetallformkörper überlegen sind.

In der nachstehenden Tabelle III sind die Ergebnisse einer Versuchsreihe aufgeführt, wobei ein erfindungsgemäß hergestellter Sinterhartmetallformkörper und ein gebräuchlicher Wolframcarbid-Sinterhartmetallformkörper für spanabhebende Stahlbearbeitung geprüft wurden, wobei deren Standzeit in dem Fall geprüft wurden, bei welchem die Seitenfläche eines ringförmigen Gegenstandes gefrässt wurde. Aus den Ergebnissen, die zeigen, daß das Ausmaß des Verschleißes des erfindungsgemäß hergestellten Formkörpers an dem Schneidrand oder der Schneidkante sehr gering ist und daß dieser eine sehr lang anhaltende Beständigkeit gegenüber einer durch wiederholtes Erhitzen und wiederholte mechanische Beanspruchung während des Spanabhebens oder Fräsens herbeigeführten Ermüdung aufweist, kann geschlossen werden, daß die erfindungsgemäß hergestellten Sinterhartmetallformkörper den gebräuchlichen Wolframcarbid-Sinterhartmetallformkörper überlegen sind.

Tabelle III

Ergebnisse einer Versuchsreihe zur Prüfung der Standzeit von Schneid-bzw. Fräswerkzeugen mit erfindungsgemäß hergestelltem Schneidstoff bzw. Wolframcarbid-Sinterhartmetall bei der spanabhebenden Stahlbearbeitung.

Schneidstoff	Anzahl der bearbeiteten	Schneidstoff	Anzahl der bearbeiteten
	Gegenstände		Gegenstände
TWC-Sinterhartmetall	2683	zu schneidender oder zu	hochgekohlter, chrom
Superhartes WC-Sinter hartmetall (P 20)	945	fräsender Werkstoff	haltiger Stahl (SUJ 2): 47 0 mm · 39 mm 0 • 14 mm
Schneid- oder Fräs		Umfangsschnitt- oder	130 m/min
bedingungen:		fräsgeschwindigkeit
Schneid- oder Fräsmaschine	automatische Leit	Schneid- oder Frästiefe	0,7 bis 1,0 mm
	spindel der exklusiven	(Spannungstiefe)
	Gebrauchsart	Zufuhr	0,4 mm/Umdrehung

Aus den vorstehenden Ausführungen ist die Folge- 20 weisen, beispielsweise für den Gebrauch bei erhöhten

rung daher sehr naheliegend, daß die nach dem Ver- Temperaturen und als Lagerwerkstoff sowie als

fahren gemäß der Erfindung hergestellten, Titancarbid Schneidstoff für stahlbearbeitende, -schneidende oder

enthaltenden Sinterhartstoff- bzw. Sinterhartmetall- fräsende Werkzeuge, welchem Wolframcarbid-Hart-

formkörper einen breiten Anwendungsbereich auf- metalle gerecht wurden.

509 586/220

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von Sinterhartstoffbzw. Sinterhartmetallformkörpern mit hohen Titancarbidanteil und mit verbesserter Zähigkeit bei hoher Härte sowie erhöhter Wärmeschockbeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit, die als Hartstoffkomponente Titancarbid zusammen mit Wolframcarbid, Tantalcarbid und/oder Niobcarbid und gegebenenfalls als Bindemittel Eisen, Nickel und/ oder Kobalt oder Legierungen auf Basis eines dieser Metalle enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine Pulvermischung aus Titancarbid und Molybdän, Tantal und/oder Wolfram als Metallkomponente sowie gegebenenfalls dem Bindemetall auf eine Temperatur unterhalb des eutektischen Punktes erhitzt wird, bis die Metallkomponente unter Bildung einer flüssigen Phase in mit Titancarbid in Mischkristallform vorliegendes Carbid übergeführt ist, worauf diese Masse zu einem feinen Pulver zerkleinert, danach mit pulverförmigem Wolframcarbid, Tantalcarbid unu/oder Niobcarbid, gegebenenfalls in Mischkristallform, sowie gegebenenfalls mit weiterem Bindemetallpulver vermischt und in üblicher Weise zu Sinterformkörpern verarbeitet wird.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Sinterhartstoff- bzw. Sinterhartmetallformkörpern mit hohem Titancarbidanteil und mit verbesserter Zähigkeit bei hoher Härte sowie erhöhter Wärmeschockbeständigkeit und Wärmeleitfähigkeit, die als Hartstoffkomponente Titancarbid zusammen mit Wolframcarbid, Tantalcarbid und/oder Niobcarbid und gegebenenfalls als Bindemittel Eisen, Nickel und/oder Kobalt oder Legierungen auf Basis eines dieser Metalle enthalten.

Unter verschiedenen weitgehend verwendeten Hartmetallen auf Carbidbasis, bestehen die meisten aus Wolframcarbid als Hauptkomponente, einem oder mehreren heterogenen Carbiden als Hilfskomponente und einem Metall der Eisengruppe, beispielsweise Kobalt, das als Bindemittel dient, wobei der Anteil an heterogenen Carbiden nicht immer notwendig ist; der hier verwendete Ausdruck »heterogenes Carbid« bezeichnet ein anderes Carbid als das als Hauptkomponente verwendete Carbid, z. B. Titancarbid, Tantalcarbid, Niobcarbid od. dgl. Bei der Herstellung dieser heterogenes Carbid enthaltenden Wolframcarbid-Hartmetalle wird Titancarbid zu dem Zweck eingebracht, um dem Hartmetall eine überlegene Hitzebeständigkeit und eine hohe Härte, die dem Titancarbid eigen sind, zu erteilen, wodurch ein überlegenes Hartmetall erhalten wird, das eine hohe Härte, eine hohe Oxydationsbeständigkeit und eine hohe Beständigkeit gegenüber Kraterbildung oder Aufrauhung aufweist und für den Gebrauch als Schneidwerkzeugmaterial oder Material für spanabhebendes Werkzeug für die spanabhebende Stahlbearbeitung oder zum Stahlfräsen oder -schneiden geeignet ist. Da der Zusatz von Titancarbid jedoch mit dem Nachteil einer Erniedrigung der Zähigkeit verbunden ist, wird das zweite oder das zweite und dritte heterogene Carbid, z. B. Tantalcarbid und Niobcarbid, häufig in Kombination mit

ίο dem Titancarbid gleichzeitig eingebracht, um den vorstehend geschilderten Nachteil oder Mangel auszugleichen. Unter diesen heterogenen Carbiden wird Titancarbid insbesondere in Form eines Mischkristalls mit Wolframcarbid oder mit Wolframcarbid und Tantalcarbid im allgemeinen in der Absicht, eine Erniedrigung der Zähigkeit beim Zusatz zu verhindern, ohne die Zusatzwirkung von Titancarbid abzuschwächen, zugesetzt. Trotz dieser mühevollen Maßnahmen, die bei der Zugabe des zweiten heterogenen Carbids oder bei der Verwendung eines Mischkristallcarbids eingehalten werden, kann eine Erniedrigung in der Zähigkeit eines Wolframcarbid-Hartmetalls bei der Zugabe von Titancarbid nicht vermieden werden. Bei Hartmetallen für das Spanabheben, Fräsen oder Schneiden von Stahl ist z. B. die zuzugebende Menge an Titancarbid innerhalb eines bestimmten Bereiches hauptsächlich im Hinblick auf die Zähigkeit beschränkt, und der Titancarbidgehalt von Wolframcarbid-Hartmetallen ist gewöhnlich nicht größer als 20 Gewichtsprozent.

In der deutschen Patentschrift 6 22 522 ist ein elektrischer Kontaktwerkstoff, der ein oder mehrere Carbide neben einem oder mehreren niedriger schmelzenden und weicheren Metallen enthält, beschrieben, der dadurch gekennzeichnet ist, daß Titancarbid als einziges Carbid oder zusammen mit anderen Carbiden, besonders in Mischkristallform, verwendet worden ist.

Ein derartiger elektrischer Kontaktwerkstoff wird

dadurch hergestellt, daß man Titancarbid und gegebenenfalls andere Carbide enthaltende Bestandteile zuerst als solche durch Schmelzen bzw. Sintern und anschließendes Zerkleinern bildet, darauf mit den niedrigerer schmelzenden Metallen mischt und sintert, gegebenenfalls mit flüssiger Phase, oder die Herstellung erfolgt ausgehend von pulverförmigen Einzelcarbiden die man beispielsweise mit oder ohne Bindemetall preßt und dann sintert und anschließend in an sich bekannter Weise das oder die niedrigerer schmelzenden bzw. weicheren Metalle im Schmelzfluß einseigern läßt.

Die darin beschriebenen Kontaktwerkstoffe sollen eine hohe Oxydationsbeständigkeit beim Erhitzen aufweisen, um für große Strombelastungen geeignet zu sein.
Als Hartmetall auf Titancarbidbasis für Hochtemperaturanwendungen wird im allgemeinen ein solches verwendet, das einen großen Anteil an Titancarbid und als Rest ein oder mehrere heterogene Carbide, bestehend aus Tantalcarbid, Niobcarbid, Molybdäncarbid, Vanadiumcarbid, Chromcarbid od. dgl., einschließlich eines Metalls der Eisengruppe oder einer Legierung auf der Basis eines Metalls der Eisengruppe als Bindemetall umfaßt, wobei der Anteil an dem heterogenen Carbid in einigen Fällen Null ist. Das heterogene Carbid bzw. die heterogenen Carbide werden in Form eines einzelnen Carbids oder in Carbidmischkristallform zugegeben. Das vorstehend beschriebene Hartmetall, das für den Gebrauch als hitzebeständiges Material geeignet ist, enthält ge-