DE1758467A1

DE1758467A1 - Gesinterte Hartmetallegierung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE1758467A1
Application number: DE19681758467
Authority: DE
Inventors: Richard Prof Kieffer
Original assignee: Ugine Carbone
Current assignee: Ugine Carbone
Priority date: 1967-06-20
Filing date: 1968-06-07
Publication date: 1972-07-27
Also published as: NO122771B; FI49188B; ES354907A1; CH505905A; LU56288A1; FR1593539A; US3463621A; NL6808598A; FI49188C; GB1235708A; BE715585A; AT276792B; DK136317B; DK136317C

Description

PATENTANWALT DR. HANS-GUNTHER EGGERf_;"i5lPLOMCHEMIKER

5 EOLM-LIKDENTHAL PETER-KINTGEN-STiASSE 2

Köln, den 5.Juni 1968

α μ?.?-Jt ^S1/ho -¹²⁷-

Societe des Poudres Metalliques et des Alliages Speciaux Ugine-Carbone, 45 rue des Acacias, Paris 17e/Frankreieh

Gesinterte Hartmetall-Legierung und Verfahren zu ihrer

Herstellung

Sinterhartmetalle für kurzspanende Werkstoffe bestehen vorzugsweise aus WC und Co, denen gegebenenfalls kleinere Mengen (unter j5#) von Zusatzkarbiden wie TiC,TaC, NbC oder VC hinzugefügt werden. Für langspanende Werkstoffe herrschten in Europa die WC-TiC Hartmetalle und in Amerika eine Zeitlang die WC-TaC Legierungen vor. Später setzten sich von Amerika kommend die Hartmetall-Legierungen auf WC/TiC/TaC/Co-Basis durch. Diese Legierungen sind heute beherrschend auf dem Sektor der langspanenden Werkstoffe und enthalten für die Bearbeitung von weichen Stählen und Stahlguss meist 10-15 % TIC+TaC, für härtere Stähle 15-30 % TiC+TaC, während für Schlichtschnitte und bei sehr hohen Schnittgeschwindigkeiten die TiC+TaC Gehalte auf 30 - 50 % und mehr ansteigen können. In letzterem Fall haben sich sogar Hartmetalle mit TiC-Gehalten über 70# eingeführt. (Alle Prozentangaben bedeuten Gewichtsprozent).

Das TaC verleiht den WC/TiC/Co Legierungen eine hohe Warmfestigkeit und eine vergleichsweise hohe Zähigkeit, obwohl TaC mit ca. 15OO - I600 Vickers ein verhältnis massig weiches Karbid gegenüber WC(2200 - 2400 Vickers)

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und TiC (ca. 5000 Vickers) ist. Es wurden auch Versuche durchgeführt, das TaC durch das homologe NbC (Härte 2200 - 2400 Vickers) zu ersetzen. Dies ist jedoch nur zu einem geringen Prozentsatz, max. 30 % des TaC-Gehaltes, möglich, da höhere Gehalte die Legierungen gewöhnlich verspröden. ^!

Es ist auch schon erfolgreich versucht worden, HfC anstelle von TaC einzusetzen (vgl. "Hartmetalle¹¹ Kieffer-Benesovsky).

Gemäss der Erfindung werden Hartmetallegierungen auf Basis WC/TiC/Co erhalten, die sich besonders gut zur Herstellung von Werkzeugen zur Bearbeitung von kurz- oder langspanenden Werkstoffen eignen.

Gegenstand der Erfindung sind gesinterte Hartmetallegierungen, die im wesentlichen aus 0,5 bis 75# Titancarbid, 3 bis 40 % Niobcarbld, Hafniumearbid und ggf. Tantalcarbid, 4 - 15 % mindestens eines Hilfsmetalls der Elsengruppe, ggf. 0,1 - 0,5 % Vanadlncarbid und Rest Wolframcarbid bestehen.

Als Hilfsmetall der Eisengruppe wird Kobalt bevorzugt. Besonders vorteilhaft ist ein Gehalt von 6 - 11 % mindestens eines Hilfsmetalls der Elsengruppe, 5 - 40 % Titancarbid und 5 bis 20 % der Carbide von Niob, Haf nium und ggf. Tantal.

Ist Vanadlncarbid anwesend, so beträgt vorzugsweise dessen Anteil 0,2 bis 0,3 $·

Es ist als überraschend zu bezeichnen, dass NbC-HfC Mischkristalle anstelle von TaC in WC/TiC/TaC/Co-Legierungen treten können und dass sloh hierbei höhere Härten oder höhere Biegebruchfestigkeiten ergeben« in gewissen Fällen

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sowohl eine Verbesserung der Härte als auch der Biegebruchfestigkeit eintritt. Dies ist umso überraschender, als sowohl das NbC als auch das HfC härter sind als reines TaC öder geringe NbC-Mengen enthaltendes TaC.

Besonders gut schneidende Hartmetalle werden erhalten, wenn der Gehalt des NbC/HfC Mischkristalls an Hafniumcarbid 1/4 - 1/3 des Gehalts an Niobcarbid beträgt. Häufig wird auch ein Verhältnis von HfC zu NbC zwischen 1/4 und 1 bevorzugt.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass es nicht mehr nötig ist, Nb, das aus Ta-haltigen Niobiten stammt, kostspielig aufzutrennen. Es können daher auch niedrig Ta-haltige Niobite mit Tantalmengen von 10 - ]50$, die sonst nur für die Herstellung von Perroniob Verwendung fanden, der Erzeugung von NbC-haltigen Hartmetallkarbiden zugeführt werden. Dies gilt auch für die grossen Mengen an Niobsäure, die bei der Niote-Tantal-Trennung und Anreicherung von Tantal anfallen, und die fast ausschliesslich wie oben gesagt, in die Perroniob-r Erzeugung gingen.

Die erfindungsgemäss einzusetzenden NbC/HfC Mischkristalle können auch mit Vorteil zumindest teilweise als ternäre NbC/ HfC/WC- und/oder NbC/HfC-TiC-Mischkristalle bzw. quaternäre NbC/HfC/TiC/WC Mischkristalle eingesetzt werden, wobei etwa 20 - 40 % WC bzw. TiC bei der Mischkristallbildung zugesetzt werden. Hierdurch kann in klassischer Weise eine starke Selbstreinigung bezüglich Sauerstoff und Stickstoff erzielt werden. Ein solcher Mischkristall hat bei- ' spielsweise folgende Zusammensetzung: 50 Teile NbC, 50 HfC, 4o WC oder
70 NbC, JO HfC, 20 WC oder 100 TiC, 4o WC, βθ NbC, 4o HfC.

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Als zweckmässig erwies sich ferner ein Zusatz von O,ΙΟ, 5 %» vorzugsweise 0,2-0,5 %, VC zur Grundlegierung.

Die erfindungsgemässe Legierung wird vorteilhafterweise dadurch hergestellt, dass die Zusatzkarbide NbC und HfC, gegebenenfalls auch WC und TiC, ganz oder teilweise in Form von Submlkronkarbiden mit einer Korngrösse kleiner als 0,1/U eingesetzt werden.

Typische Legierungen gemäss der Erfindung haben folgende Zusammensetzung:

6 TiC ,3 NbC, 5 HfC, 10 Co, Rest WC

16 TiC, 7 NbC, 3 HfC, 8 Co, Rest WC 16 TiC, 5 NbC, 2 TaC, 3 HfC, 7 Co, Rest WC 18 TiC, 4 NbC, 6 HfC, 9 Co, Rest WC 25 TiC, 5 NbC, 5 HfC, 9 Co, Rest WC

40 TiC, 5 NbC, 2 TaC, 3 HfC, 7 Co, Rest WC

Auch bei Hartmetallen für kurzspanende Zwecke hat sich der NbC/HfC-Mischkristall mit Erfolg bewährt. Folgende typische Analysen seien genannt:

0,5 TiC, 2 NbC, 1,5 HfC, 0,5 TaC, 6 Co, Rest WC 1 TiC, 1 NbC, 2 HfC, 5 Co, Rest WC

Die folgende Tabelle gibt die Biegebruchfestigkeit und Härte von erfindungsgemässen Hartmetallen wieder, die in Vergleich gesetzt sind zu WC/TiC/TaC(NbC)Co-Standardlegierungen. Wie schon oben ausgeführt, ergeben sioh Überlegenheiten zumindest bei einer der aufgeführten Eigenschaften.

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bekannte
Legierungen

erfindungsgemässe
Legierungen

TiC Co WC NbC(TaC)H-HfC

16 7 16 7 16 7 16 7

kg/mm

Biegebruchfestigkeit

16 7 Rest 8 TaC

16 7 " 6 TaC+2 NbC

115-125
110-120

It It

tt tt

NbC+ 2 HfC 120-130
NbC+ 2 TaC+2 HfC 120-130
NbC+4 HfC 140-150
NbC+6 HfC 130-140

HV 60 kg/mnf

Vickershärte

15OO-I6OO 1550-1650

1650-1750 1550-1650 16OO-17OO I6OO-17OO

Geringfügige Verbesserungen der Härte und Schneidhaltigkeit der erfindungsgemässen WC/TiC/NbC/HfC/Co-Legierung können durch den bereits angeführten Zusatz von 0,1-0,5 %, vorzugsweise 0,2-0,3$* VC erzielt werden. Der VC-Zusatz erweist sich dann als besonders wirkungsvoll, wenn besonders feinkörniges NbC, sog. Submikron-Karbid, mit einer Korngrösse kleiner 0,1 /u zum Einsatz kommt. Nachfolgend sind zwei typische Hartmetalle dieser Art aufgeführt:

5 TiC, 3 NbC, 2 HfC, 0,2 VC, 11 Co, Rest WC 12 TiC, 8 NbC, 4 HfC, 0,2 VC, 8,5Co, Rest WC.

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Claims

ie hi PATENTANSPRÜCHE

1. Gesinterte Hartmetallegierungen bestehend im wesentlichen aus 0,5 - 75 % Titancarbid,

3 - 4o % Niobcarbid, Hafniumcarbid und ggf. Tantalcarbid,

4 - 15 % mindestens eines Hilfsmetalls der Eisengruppe,

ggf. 0,1 - 0,5 % Vanadincarbid, Rest Wolframcarbid.

2. Gesinterte Hartmetallegierungen nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Tantalcarbid weniger als 30 % des Gehalts an Niobcarbid beträgt.

3. Gesinterte Hartmetallegierungen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsmetall der Eisengruppe Kobalt ist.

4. Gesinterte Hartmetallegierungen nach einem der Ansprüche 1-3, gekennzeichnet durch einen Gehalt an

5 - 40 # Titancarbid, 5-20 % Niobcarbid, Hafniumcarbid und Tantalcarbid, 6 - 11 % mindestens eines Metalls der Eisengruppe ggf. 0,2 - 0,3 % Vanadincarbid, Rest Wolframcarbid.

5. Gesinterte Hartmetallegierungen nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die Carbide des Niobs, Tantals und Hafniums zumindest teilweise in Form ihrer Mischkristalle in die Legierung eingeführt wurden.

6. Gesinterte Hartmetallegierungen nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Hafniumcarbid 1/4 - 1/3 des Gehaltes an Nioboarbld beträgt.

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7. Gesinterte Hartmetallegierungen nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Anteils an Hafniumcarbid zu dem Anteil an Niobcarbid 0,25 - 1 beträgt.

8. Verfahren zur Herstellung von gesinterten Hartmetallegierungen nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der als Ausgangsstoffe verwendeten Carbide in Form von Submikronkristallen vorzugsweise mit einer Korngrösse kleiner als 0,1 /u eingesetzt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Carbide des Niobs und Hafniums und ggf.
Tantals in Form Ihrer Mischkristalle dem Ausgangsgemisch zugesetzt werden.

ORIGINAL INSPECTED

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