DE1809756B1 - Hartmetall metalloxid werkstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hartmetall-Metalloxid- der carbidische Anteil ganz oder teilweise durch Werkstoff aus Aluminiumoxid, Zirkonium-, Hafnium- Boride und/oder Nitride ersetzt sein kann. Diese oder Titancarbid, Eisen, Kobalt oder Nickel und bekannten Werkstoffe weisen also keine metallische Wolfram oder Molybdän, der sich für die Herstellung Komponente auf.

von metallgebundenen keramischen Schneidwerk- 5 In der deutschen Auslegeschrift 1 056 037 wird die zeugen eignet. Verwendung von Mischungen aus Metallen der

Schneiden aus Aluminiumoxid für Zerspannungs- VI. Gruppe des Periodensystems der Elemente und der Werkzeuge sind seit langem bekannt. Solche Schneiden Eisengruppe zum Binden von Aluminiumoxid oder bieten den Vorteil äußerster Härte und Verschleiß- einer Mischung aus Aluminiumoxid und Titandioxid festigkeit sowie hoher Heißbiegefestigkeit. Sie sind io oder Zirkoniumdioxid beschrieben. Es finden sich erosionsbeständig und neigen kaum zum Verschweißen keinerlei Hinweise auf einen möglichen Zusatz von oder zur Diffusion zwischen den Spänen und der Zirkonium-, Hafnium- oder Titancarbid. Es ist zwar Schneide. Sie sind auch recht oxydationsbeständig. angegeben, daß Carbide der Schwermetalle (d. h. von Diese Vorteile werden aber weitgehend durch die Chrom, Molybdän, Wolfram, Eisen, Nickel und/oder Sprödigkeit und den Mangel an Zähigkeit der kera- 15 Kobalt) in der metallischen Phase vorliegen können, mischen Schneiden sowie durch ihre ausgesprochene sie machen dann aber nicht mehr als 20%, vorzugs-Neigung zur Ausbildung von Spannungen, Sprüngen weise nicht mehr als 2%, der metallischen Phase, d. h. und zum Bruch aufgewogen. nicht mehr als 3 °/₀ und vorzugsweise nicht mehr als

Daher hat man bereits viele Versuche unternommen, 0,3 % des gesamten Werkstoffes aus. mit dem Aluminiumoxid Stoffe zu kombinieren, durch 20 In der deutschen Auslegeschrift 1 041 851 werden die diese Nachteile gemindert werden, dabei aber die entweder Metalle der Eisengruppe oder Wolfram oder Vorteile des reinen Aluminiumoxids nicht wesentlich Molybdän als Zusatzstoffe oder Bindemittel in Aluverringert werden. Eine häufig angewandte Praxis ist miniumoxid-Carbid-Systemen beschrieben. Mischundas Binden des Aluminiumoxids mit bis zu 30 oder gen von Metallen sind nicht offenbart. 40°/o Metall, um die Festigkeit und Zähigkeit zu er- 35 In der USA.-Patentschrift 2 994124 wird ein Cermet höhen. Solche Werkstoffe, die als »Cermets« bezeichnet beschrieben, das jedoch kein Aluminiumoxid enthält, werden, zeigen bessere Wärmeleitfähigkeit und höhere Die bekannten Werkstoffe aus Aluminiumoxid,

Festigkeit als keramische Werkstoffe aus reinem Carbiden und Metall lassen jedoch in ihren Eigen-Aluminiumoxid. Das Metall führt jedoch zu einer schäften noch zu wünschen übrig und weisen für deutlichen Abnahme der Gesamtverschleißbeständig- 30 viele Zwecke eine unzureichende Verschleißbeständigkeit der Schneiden. keit und infolge der unterschiedlichen Wärmeaus-

Die nächste, auf die Verbesserung der durch das dehnungskoeffizienten der Einzelbestandteile Sprödig-Metall verursachten Verschleißbeständigkeit und Härte keit und schlechte Wärmeschockbeständigkeit auf. gerichtete Entwicklung war der Zusatz von Carbiden Es wurde nun gefunden, daß aus einer Kombination

zu Metall-Aluminiumoxid-Werkstoffen. Solche Zu- 35 von vier besonderen Bestandteilen innerhalb eines sammensetzungen sind in den britischen Patent- engen Bereichs der Mengenanteile Aluminiumoxidschriften 821 596 und 841 576 beschrieben. Die in der schneiden mit ungewöhnlichen Eigenschaften hergebritischen Patentschrift 821 596 beschriebenen Werk- stellt werden können. Durch Kombination von Alustoffe müssen mindestens zwei Schwermetallcarbide miniumoxid mit Titan-, Zirkonium- oder Hafniumenthalten, die in Form von Mischkristallen vorliegen. 40 carbid oder Gemischen derselben, einem Eisenmetall Es handelt sich also im Falle von beispielsweise zwei und Wolfram oder Molybdän innerhalb der nach-Schwermetallcarbiden, die in Form von Misch- stehend angegebenen Grenzen der Mengenverhältnisse kristallen vorliegen, um ternäre Verbindungen. Die und mit den nachstehend angegebenen charakteerfmdungsgemäß verwendeten Carbide sind dagegen ristischen Gefügeeigenschaften erhält man Schneiden binär. Auch ist in dieser Patentschrift nicht angegeben, 45 mit einer ungewöhnlichen Kombination von Härte daß die Metalle der Eisengruppe einerseits und die und Festigkeit, die eine sehr hohe Beständigkeit gegen Schwermetalle, wie Wolfram und Molybdän anderer- Verschleiß und Wärmeschock aufweisen, seits gemeinsam verwendet werden können. In der Gegenstand der Erfindung ist ein Hartmetallbritischen Patentschrift 841 576 wird ein Verfahren Metalloxid-Werkstoff aus 20 bis 90 Volumprozent zum Herstellen von keramischen Körpern beschrieben. 50 Aluminiumoxid; 5 bis 79 Volumprozent Carbiden, Diese Körper sollen neben Aluminiumoxid und Me- und zwar Zirkoniumcarbid, Hafniumcarbid, Titantall auch Carbide enthalten, diese sind aber nicht näher carbid oder Gemischen derselben, und 1 bis 20 Volumbezeichnet. Auch vermißt man in dieser Patentschrift prozent Metallen, wie Eisen, Kobalt und Nickel, der konkrete Angaben bezüglich der Zusammensetzung. eine mittlere Korngröße von weniger als 10 μ auf-

Aus der USA.-Patentschrift 1 981 719 sind Hart- 55 weist, der dadurch gekennzeichnet ist, daß er aus zwei metall-Metalloxid-Werkstoffe bekannt, die aus fein- einander durchsetzenden dreidimensionalen Netzteiligem Aluminiumoxid, einem Carbid, wie Titan- werken besteht, nämlich einem Aluminiumoxid-Netzcarbid oder Zirkoniumcarbid, und einem Metallbinde- werk und einem Netzwerk aus dem Carbid und Metall, mittel, wie Eisen, Kobalt oder Nickel, hergestellt das zu 5 bis 90 Gewichtsprozent aus Eisen, Kobalt, worden sind. Die metallische Komponente dieses 60 Nickel oder Gemischen derselben und zu 10 bis 95 Gebekannten Werkstoffs besteht ihrerseits jedoch nicht wichtsprozent aus Wolfram, Molybdän oder Geaus zwei Komponenten, wie es bei dem erfindungs- mischen derselben besteht, mit der Maßgabe, daß der gemäßen Werkstoff der Fall ist. Wolfram und Molyb- volumprozentuale Anteil an Carbid nicht geringer dän werden nicht als brauchbare metallische Bestand- sein darf als derjenige an Metall, teile in dieser Patentschrift erwähnt. 65 Überraschenderweise zeigen diese Werkstoffe außer-

Die deutsche Patentschrift 1072182 betrifft ein gewöhnliche Vorteile gegenüber ähnlichen Werk-Verfahren zur Herstellung keramischen Verbund- stoffen, die aus ähnlichen Bestandteilen zusammenwerkstoffen aus Aluminiumoxid und Carbiden, wobei gesetzt sind, sowie gegenüber Werkstoffen aus den

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gleichen Bestandteilen, in denen die Bestandteile 5 bis 25 m²/g. Besonders bevorzugt wird Aluminiumin unterschiedlichen Mengenverhältnissen enthalten oxid mit einer Kristallitgröße von weniger als 0,5 μ, sind. In Anbetracht ihrer außergewöhnlichen Eigen- bestimmt durch Röntgenlinienverbreiterung. Solches schäften eignen sich die Werkstoffe gemäß der Erfin- Aluminiumoxid erhält man am einfachsten durch dung hervorragend zum Schneiden und Fräsen von 5 3stündiges oder längeres Erhitzen von wasserfreiem Eisenlegierungen, selbst bei sehr hohen Arbeitsge- Aluminiumdiacetat auf 1200° C.
schwindigkeiten. Ein Beispiel für ein geeignetes, im Handel erhält-

Die Abbildung zeigt eine graphische Darstellung liches Aluminiumoxid ist »Alcoa Superground AIuder Mengen der Bestandteile innerhalb der erfmdungs- mina XA-16«, das sich bei der Röntgenanalyse als gemäßen Grenzen. Der Bereich^ innerhalb der aus- io «-Aluminiumoxid erweist und eine spezifische Obergezogenen Linien ist derjenige Bereich, in dem die fläche von etwa 13 m²/g hat, was einer Größe der Anteile der einzelnen Bestandteile innerhalb der er- kugelförmigen Teilchen von etwa 115 ηιμ entspricht, findungsgemäßen Grenzen liegen. Der Bereich B
innerhalb der unregelmäßig gestrichelten Linien ist *■ <*

derjenige Bereich, in dem die Anteile der einzelnen 15 Das Titan-, Zirkonium- oder Hafniumcarbid oder Bestandteile innerhalb der bevorzugten Grenzen die Gemische derselben sind in den erfindungsgemäßen gemäß der Erfindung liegen; der Bereich C innerhalb Werkstoffen in Mengen von 5 bis 79 Volumprozent der regelmäßig gestrichelten Linien ist derjenige Be- enthalten. Mindestens 5 °/₀ Carbid müssen vorhanden reich, in dem die Mengenverhältnisse der Bestandteile sein, weil die Menge an Carbid nicht geringer sein innerhalb der besonders bevorzugten Grenzen liegen. 20 darf als die Menge an Metall. Die maximale Carbid-

menge von 79 Volumprozent ergibt sich daraus, daß

Bestandteile der Werkstoff mindestens 20 Volumprozent Aluminiumoxid und mindetens 1 Volumprozent Metall Die hitzebeständigen Werkstoffe gemäß der Erfin- enthalten muß.

dung bestehen im wesentlichen aus Aluminiumoxid, 25 Bevorzugte Mengen an Titan-, Zirkonium- oder Titan-, Hafnium- oder Zirkoniumcarbid, einem Eisen- Hafniumcarbid liegen im Bereich von 12,6 bis 58 Vometall und Wolfram oder Molybdän. lumprozent; besonders bevorzugte Mengen liegen im

Bereich von 18 bis 47 Volumprozent. Diese Mengen (a) Aluminiumoxid _{tragen am w}i_{rksamsten zu den} hervorragenden Eigen-

Das Aluminiumoxid ist in den Werkstoffen gemäß 30 schäften, wie Härte und Verschleißbeständigkeit, der

der Erfindung in Mengen von 20 bis 90 Volumprozent erfindungsgemäßen Werkstoffe bei.

enthalten. Die untere Grenze von 20% Aluminium- Die für die erfindungsgemäßen Werkstoffe geeigneten

oxid beruht auf dem Erfordernis, daß das Aluminium- Carbide sind Titan-, Zirkonium- oder Hafniumcarbid

oxid als zusammenhängende Phase vorliegen soll. Alu- sowie Gemische derselben. Diese Carbide können fertig

miniumoxidmengen von weniger als 20 °/o sind weniger 35 bezogen oder nach bekannten Verfahren synthetisch

zufriedenstellend, weil der Zusammenhang der Alu- hergestellt werden. Die Carbide sollen Teilchengrößen

miniumoxidphase dann oft beträchtlich unterbrochen von weniger als 5 μ, vorzugsweise von weniger als 2 μ,

ist. Durch einen Gehalt an Aluminiumoxid von min- aufweisen. Wenn die Teilchengröße des Ausgangsstoffs

destens 20 Volumprozent wird die Kontinuität der wesentlich größer als 5 μ ist, kann man das Carbid

Aluminiumoxidphase unter den meisten gewöhnlichen 40 einer Vormahlung unterwerfen, um die Teilchengröße

Bedingungen sichergestellt. auf den erforderlichen Bereich herabzusetzen. Aller-

Nach oben hin ist der Aluminiumoxidgehalt auf dings findet beim Vermählen der erfindungsgemäßen

90 Volumprozent begrenzt, da bei einem größeren Bestandteile, das durchgeführt wird, um ein hoch-

Gehalt an Aluminiumoxid die elektrisch leitende gradig homogenes Gemisch zu erhalten, auch eine

Phase aus Carbid und Metall nicht mehr zusammen- 45 gewisse Zerkleinerung des Carbide und der anderen

hängend ist. Ausgangsstoffe statt.

Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäßen Von den Carbiden wird Titancarbid für die dichten Werkstoffe das Aluminiumoxid in Mengen von 40 bis Werkstoffe gemäß der Erfindung bevorzugt, da es 75 Volumprozent und insbesondere in Mengen von leicht erhältlich ist und Werkstoffe bildet, die eine aus-50 bis 72 Volumprozent, da hierdurch gewährleistet 50 gezeichnete Kombination von physikalischen Eigenwird, daß ununterbrochene (zusammenhängende) Pha- schäften und eine hohe Wirksamkeit beim Schneiden sen von Aluminiumoxid und der elektrisch leitenden oder Fräsen von Eisenlegierungen aufweisen.
Komponente vorliegen. . . ..

Das für die Zwecke der Erfindung geeignete Alu- ^ ^{Meta e}

miniumoxid kann in vielen verschiedenen Formen vor- 55 Die für die Werkstoffe gemäß der Erfindung ver-

liegen, sofern es nur feinteilig ist. Es kann z. B. die wendeten Metalle sind einerseits Eisenmetalle, nämlich

Form von γ-, η- oder «-Aluminiumoxid oder Ge- Eisen, Kobalt, Nickel oder Gemische derselben, und

mischen derselben aufweisen. «-Aluminiumoxid ist andererseits hitzebeständige Metalle, nämlich Molyb-

ein bevorzugter Ausgangsstoff, weil es keine so hohe dän, Wolfram oder Gemische derselben,

spezifische Oberfläche aufweist wie γ- oder j^-AIu- 60 Die Metalle werden in solchen Mengen angewandt,

miniumoxid und weniger adsorbiertes Wasser enthält, daß der Gesamtmetallgehalt des Werkstoffs zu 5 bis

das sich schädlich auswirken könnte. 90 Gewichtsprozent aus Eisen, Kobalt, Nickel oder

Das zu verwendende Aluminiumoxid soll feinteilig Gemischen derselben und zu 10 bis 95 Gewichtsprogenug sein, um Werkstoffe gemäß der Erfindung mit zent aus Wolfram, Molybdän oder Gemischen dereiner mittleren Korngröße von weniger als 10 μ zu 65 selben besteht. Es wurde gefunden, daß diese Verhälterhalten. Ein als Ausgangsstoff geeignetes Aluminium- nisse von Eisenmetall zu Wolfram oder Molydbän oxid ist «-Aluminiumoxid mit einer spezifischen Ober- günstige Wirkungen haben, indem sie zu einem ausgefläche von mehr als 2m²/g und vorzugsweise von glichenenWärmeausdehnungskoeffizientenfuhren.Von

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den Eisenmetallen wird Nickel und von den hitzebe- Insbesondere sollen Verunreinigungen, wie Sauerstoff, ständigen Metallen Molybdän bevorzugt. ausgeschlossen werden, die nachteilige Wirkungen auf

Das Eisenmetall und das Molybdän oder Wolfram die dichten Werkstoffe gemäß der Erfindung haben werden vorzugsweise in Mengen von 40 bis 80 Ge- können.

Wichtsprozent Eisenmetall und 20 bis 60 Gewichts- 5 Andererseits können geringe Mengen an vielen Verprozent Wolfram oder Molybdän und insbesondere in unreinigungen ohne wesentliche Beeinträchtigung der Mengen von 40 bis 60 Gewichtsprozent Eisenmetall Eigenschaften zugelassen werden, und 60 bis 40 Gewichtsprozent Wolfram oder Molyb- So kann da> Metall geringe Mengen an anderen

dän angewandt. Solche Verhältnisse verleihen den Metallen, wie Titan, Zirkonium, Tantal oder Niob, Werkstoffen gemäß der Erfindung außergewöhnliche io als unbsdeutende Verunreinigungen enthalten; aller-Zähigkeit, ohne sie zu weich zu machen. dings sollen niedrigschmelzende Metalle, wie Blei,

Die Gesamtmetallmenge, die in den erfindungsge- nicht darin enthalten sein. Auch geringe Mengen an mäßen Werkstoffen enthalten sein soll, beträgt 1 bis anderen Carbiden als Titan-, Zirkonium- oder Haf-20 Volumprozent. Mindestens 1 Volumprozent Metall niumcarbid, z. B. mehrere Prozent Wolframcarbid, ist erforderlich, um die gewünschte Zähigkeit der 15 die mitunter beim Vermählen aufgenommen werden, Werkstoffe zu erreichen, und durch die Begrenzung können anwesend sein. Selbst Sauerstoff kann in geder Höchstmenge auf 20 Volumprozent wird die erfor- ringen Mengen, wie sie vorkommen, wenn Titancarbid derliche Härte und Verschleißbeständigkeit erzielt. untsr Bildung einiger Prozent Titanoxycarbid der

Bevorzugte Metallmengen betragen 2 bis 20 Volum- Luft ausgesetzt worden ist, zugelassen werden. Wenn Prozent, besonders bevorzugte Metallmengen betragen 20 aber die Pulverbestandteile erst einmal miteinander 3 bis 10 Volumprozent der Werkstoffe gemäß der Er- vermählen worden sind und sich in einem hochgradig findung. Durch diese bevorzugten Metallmengen wird reaktionsfähigen Zustand befinden, findet leicht eine die Zähigkeit der Werkstoffe ohne übermäßige Weich- Oxydation, besonders der Metalle, statt, und diese heit oder niedrige Verschleißbeständigkiet gewähr- soll vermieden werden, leistet. 25

Innerhalb des Metallbereichs von 1 bis 20 Volum- Gefugeeigenschaften

Prozent, wobei das Metall seinerseits zu 5 bis 90 Ge- Abgesehen von der Kennzeichnung der erfmdungs-

wichtsprozent aus Eisenmetall und zu 10 bis 95 Ge- gemäßen Werkstoffe auf der Grundlage ihrer Bestandwichtsprozent aus Wolfram oder Molybdän besteht, teile können die Werkstoffe auch nach ihren Gefügegibt es gewisse Kombinationen von Metallmenge und 30 eigenschaften gekennzeichnet werden. Metallzusammensetzung, die stärker bevorzugt werden ... , , ,

als andere. Im allgemeinen soll jedoch der Wolfram- 00 Einander durchsetzende dreidimensionale Netzoder Molybdängehalt des Metalls um so höher sein, werke

je höher der Metallgehalt des Werkstoffs ist. Die Werkstoffe gemäß der Erfindung kennzeichnen

Es ist sehr schwer, festzustellen, in welcher Form 35 sich dadurch, daß sie aus zwei einander durchdrindie Metalle in den dichten Werkstoffen gemäß der denden dreidimensionalen Netzwerken besahen, näm-Erfindung vorliegen. Zum Beispiel ist es bekannt, daß lieh einem Netzwerk aus Aluminiumoxid und einem Molybdän oder Wolfram mit Carbiden, wie Titan- Netzwerk aus metallgebundenem Carbid, oder Zirkoniummonocarbid, derart in Wechselwir- Die Wirkung der Anwesenheit dieser beiden Netz-

kung treten können, daß etwas von dem Wolfram 40 werke ist zwar noch nicht vollständig aufgeklärt; man oder Molybdän in das Kristallgitter des Carbids über- nimmt jedoch an, daß sie wesentlich zu den ungegeht. Ferner ist es bekannt, daß Nickel bei hohen wohnlichen Eigenschaften der Werkstoffe gemäß der Temperaturen mit Aluminiumoxid unter Bildung ge- Erfindung beitragen, indem sie zur Bildung von Werkringer Mengen eines Nickeloxid-Aluminiumoxid-Spi- stoffen führen, die viel fester und stoßbeständiger sind nells reagiert. Aus Gründen der Klarheit und Ein- 45 als die herkömmlichen keramischen spanabhebenden fachheit bezieht sich jedoch der Metallgehalt an Eisen, Werkzeuge aus Aluminiumoxid. Kobalt, Nickel, Wolfram und Molybdän in der nach- Die Anwesenheit dieser beiden zusammenhängenden

stehenden Beschreibung auf die metallische Form, Netzwerke kann durch Analyse der dichten Werkselbst wenn geringe Mengen dieser Metalle mit anderen stoffe festgestellt werden. Das Zusammenhängen des Komponenten reagiert haben. Es wird daher ange- 50 Aluminiumoxid-Netzwerks kann festgestellt werden, nommen, daß die Metalle der dichten Werkstoffe indem man das Carbid und das Met ill durch anogemäß der Erfindung in Form von Eisen, Kobalt, disches Ätzen in 10°/₀iger Ammoniumbiluoridlösung Nickel, Wolfram bzw. Molybdän vorliegen, und daß entfernt. Durch dieses Ätzen wird zwar das Aussehen das Zirkonium, Hafnium bzw. Titan in Form von des Werkstoffs nicht verändert, jedoch wird das elek-Monocarbiden vorliegt, mit der Ausnahme, daß 55 trisch leitende Material aus dem äußeren Teil der etwaiger überschüssiger Kohlenstoff als in Verbin- Masse in der Nähe der Oberfläche entfernt, und es dung mit dem Wolfram oder Molybdän vorliegend entsteht eine nichtleitende Oberfläche mit einem speziangenommen wird. Das Aluminium wird als in Form fischen elektrischen Widerstand von mehr als 100 000 μ-von Aluminiumoxid (Al₂O₃) vorliegend betrachtet. Ohm · cm. Als Beweis für das Zusammenhängen der

Die für die Werkstoffe gemäß der Erfindung ge- 60 Aluminiumoxidphase dient die fest; zusammenhäneigneten Metalle können im Handel als Pulver bezogen gende Oberfläche, die trotz des offenbaren Entfernens oder nach bekannten Verfahren hergestellt werden. Die des leitfähigen Materials vorhanden ist. Metallpulver sollen Teilchengrößen von weniger als 10 μ Ein einfaches Verfahren, um alles Metall und Carbid

und vorzugsweise von weniger als 2 μ aufweisen. aus den Werkstoffen gemäß der Erfindung zu entfernen

. . 65 und das Vorhandensein eines dreidimensionalen

(d) Verunreinigungen Gerüstes aus Aluminiumoxid nachzuweisen, besteht

Die für die Werkstoffe gemäß der Erfindung ver- darin, daß man kleine Stäbe aus dem Werkstoff in wendeten Bestandteile sind vorzugsweise recht rein. ein Gemisch aus 25 ml 12°/₀iger Flußsäure und 5 ml

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konzentrierter Salpetersäure eintaucht. Die 1,78 · 1,78 · 25,4 mm messenden Stäbe werden 24 Stunden in dem Säuregemisch belassen, wobei das Gemisch auf dem Dampfbad erhitzt wird. Der Teil des Stabes, der nach

24 Stunden hinterbleibt, besteht aus Aluminiumoxid und kann auf übliche Weise auf das Zusammenhängen und die Festigkeit untersucht werden.

Die Werkstoffe gemäß der Erfindung, die 40 oder mehr Volumprozent Aluminiumoxid enthalten, liefern nach der oben beschriebenen Analysenmethode sehr feste Aluminiumoxidgerüste. So behält ein Aluminiumoxidgerüst, das aus einem Werkstoff gemäß der Erfindung mit einem Aluminiumoxidgehalt von 60 Volumprozent erhalten worden ist, eine Querbruchfestigkeit von 1055 kg/cm². Aus einem Werkstoff mit einem Aluminiumoxidgehalt von etwa 30 Volumprozent erhält man immer noch ein ziemlich festes Gerüst mit einer Querbruchfestigkeit von 98,5 kg/cm². Bei einem Aluminiumoxidgehalt von etwa 20 Volumprozent erhält man gewöhnlich ein schwaches, aber noch selbsttragendes Gerüst, und bei Aluminiumoxidgehalten unter 20 Volumprozent bildet sich oft kaum ein zusammenhängendes Gerüst aus Aluminiumoxid. Nach dem Herauslösen der elektrisch leitenden Phasen aus den Werkstoffen, die weniger als 20 Volumprozent Aluminiumoxid enthalten, hinterbleibt gewöhnlich nur noch Aluminiumoxidpulver.

Die Anwesenheit einer zusammenhängenden Phase aus dem elektrisch leitenden Carbid und Metall ergibt sich aus der elektrischen Leitfähigkeit der heißgepreßten Werkstoffe gemäß der Erfindung. Die Werkstoffe haben vorzugsweise einen spezifischen elektrischen Widerstand von weniger als etwa 1 Ohm · cm, in besonders bevorzugter Weise von weniger als etwa

25 000 μ-Ohm · cm und insbesondere von weniger als 5000 μ-Ohm · cm. Die bevorzugten Werkstoffe gemäß der Erfindung, bei denen der Gehalt an Carbid und Metall 35 Volumprozent oder mehr beträgt, haben oft einen spezifischen elektrischen Widerstand von weniger als 1000 μ-Ohm · cm.

(b) Wärmeausdehnungskoeffizienten

Die Werkstoffe gemäß der Erfindung kennzeichnen sich ferner dadurch, daß die beiden zusammenhängenden, einander durchsetzenden Netzwerke sehr ähnliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Die Wärmeausdehnungskoeffizienten der Aluminiumoxidphase sowie der Carbid- und Metallphase liegen bei Temperaturen von Raumtemperatur bis 538⁰C zwischen 7,2 · 10~^β und 9 · 10~⁶ cm/cm/" C.

Infolge der Ähnlichkeit dieser Werte halten Schneiden aus den Werkstoffen gemäß der Erfindung äußerst starke Temperaturänderungen aus, ohne daß dabei erhebliche Wärmespannungen auftreten. Die Werkstoffe sind sehr widerstandsfähig gegen Wärmeschock sowohl in bezug auf die vollständige Zersplitterung als auch in bezug auf die Ausbildung von Wärmesprüngen in der Oberfläche.

(c) Homogenität und feinkörniges Gefüge

Die Werkstoffe gemäß der Erfindung sind feinkörnig; der mittlere Korndurchmesser ist kleiner als 10 μ und vorzugsweise kleiner als 5 μ. Ferner ist die Korngröße durch die ganze Masse hindurch gleichmäßig und homogen, und die dichten Werkstoffe gemäß der Erfindung weisen im wesentlichen keine Porosität auf. Auch die Verteilung der beiden zusammenhängenden und einander durchsetzenden Phasen ist gleichmäßig und homogen; jede beliebige quadratische Fläche mit einer Seitenlänge von 100 μ erscheint unter dem Mikroskop bei lOOOfacher Vergrößerung innerhalb der statistischen Verteilungsgrenzen gleich jeder anderen quadratischen Fläche mit einer Seitenlänge von 100 μ.

Die Feinkörnigkeit der Werkstoffe gemäß der Erfindung ist mindestens teilweise für das Zusammenhängen der einander durchsetzenden Phasen verantwortlich. Sie trägt aber auch zusammen mit der Homogenität und der geringen Porosität zur Abriebbeständigkeit der erfindungsgemäßen Werkstoffe bei. Metalleinschlüsse, wie die Carbideinschlüsse im Gußeisen, führen selbst bei den härtesten spanabhebenden Werkzeugen aus metallgebundenem Carbid zum Verschleiß. Die Werkstoffe gemäß der Erfindung jedoch sind hervorragend abriebbeständig.

Herstellung

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Werkstoffe ist wichtig, weil viele ihrer Eigenschaften von der Art ihrer Herstellung abhängen. So ist die Verwendung von feinkörnigen Ausgangsstoffen und das gründliche Vermählen des Gemisches aus den Bestandteilen unmittelbar verantwortlich für die Feinkörnigkeit und die gleichmäßige Homogenität der Werkstoffe. Andere Vorsichtsmaßnahmen bei der Herstellung der Werkstoffe gemäß der Erfindung, die wichtige Einflüsse auf die Produkte ausüben, sind:

(1) die Verhinderung übermäßiger Verunreinigung durch Material von den Mahlkörpern sowie Feuchtigkeit oder Sauerstoff aus der Luft;

(2) das Heißpressen oder Sintern unter Bedingungen, unter denen die flüchtigen Stoffe vor der Ver-

3** dichtung entweichen können;

(3) die Vermeidung unnötiger Absorption von Kohlenstoff aus den Preßformen durch Vermeidung ihrer Berührung mit dem Preßgut unter Bedingungen, die die Absorption begünstigen;

(4) die Vermeidung übermäßiger Rekristallisation und der sich daraus ergebenden Trennung der Komponenten durch Vermeiden längerer Einwirkung von sehr hohen Temperaturen.

(^a) Vermählen und Pulvergewinnung

Das Vermählen der Bestandteile, um sie homogen miteinander zu mischen und sehr geringe Korngrößen zu erhalten, wird auf bekannte Weise durchgeführt. Zur Erzielung der günstigsten Mahlbedingungen wird die Mühle gewöhnlich zur Hälfte mit Mahlkörpern, wie Kugeln oder Stäben aus mit Kobalt gebundenem Wolframcarbid, gefüllt, und man arbeitet in einem flüssigen Medium, wie einem Kohlenwasserstofföl, unter einer inerten Atmosphäre, die Mahldauer beträgt einige Tage bis mehrere Wochen, und die Pulvergewinnung erfolgt ebenfalls unter einer inerten Atmosphäre. Das gewonnene Pulver wird gewöhnlich im Vakuum bei Temperaturen von etwa 150 bis 200° C getrocknet, dann ausgesiebt und gegebenenfalls in einer inerten Atmosphäre gelagert.

(b) Verdichtung

Die Werkstoffe gemäß der Erfindung werden gewöhnlich durch Sintern unter Druck zu porenfreien, dichten Körpern verdichtet. Die Verdichtung erfolgt gewöhnlich durch Heißpressen des Pulvergemisches in einer Graphitform unter Vakuum.

Wenn die Pulver heißgepreßt werden, werden sie

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zunächst ohne Anwendung von Druck in die Preß- Gewerbliche Verwertbarkeit

form eingebracht und in den erhitzten Bereich der Die Werkstoffe gemäß der Erfindung können für

Heißpresse eingeführt, damit flüchtige Verunreinigun- verschiedene Arten von spanabhebenden Werkzeugen gen entweichen können, bevor die Masse verdichtet verwendet werden, die für zahlreiche Anwendungswird. Der volle Druck wird erst zur Einwirkung ge- 5 zwecke bestimmt sind. Sie können zu genormten bracht, wenn die Höchsttemperatur erreicht oder nahe- Einweg-Einlagen verformt oder geschnitten werden, zu erreicht ist. die sich zum Drehen, Bohren oder Fräsen eignen.

Die Höchsttemperaturen liegen je nach der Menge Ebenso können sie an metallgebundene Carbide oder des Eisenmetalls im Bereich von 1400 bis 1900° C und Werkzeugstähle gebunden oder mit diesen zu Schichtbetragen gewöhnlich 1600 bis 1800⁰C. Die Höchst- io stoffen zusammengefügt werden, um nachschleif bare drücke liegen im Bereich von 35 bis 280 kg/cm², Werkzeuge herzustellen. Sie eignen sich allgemein für wobei die niedrigeren Drücke gewöhnlich zusammen die Zerspanung von Eisenmetallen, wie zum Drehen, mit niedrigeren Temperaturen für Werkstoffe mit Fräsen und Schneiden von gehärteten Stählen, Stahlhohem Metallgehalt angewandt werden, besonders legierungen, Gußeisen, Gußstahl, Nickel, Nickelwenn das Metall reich an Eisen, Kobalt, Nickel oder 15 Chrom-Legierungen, Nickel- und Kobalt-Superle-Gemischen derselben ist. Umgekehrt bedient man sich gierungen, sowie zur spanabhebenden Bearbeitung von höherer Drücke und Temperaturen für metallarme nichtmetallischen Werkstoffen, wie Schichtstoffen aus Zusammensetzungen, besonders wenn das Metall vor- Glasfasern und Kunststoff, sowie keramischen Massen, wiegend aus Molybdän oder Wolfram besteht. Die Werkstoffe gemäß der Erfindung eignen sich

Bei höheren Temperaturen und Drücken wird eine 20 am besten zum Schneiden bzw. Fräsen von Metallen gewisse Menge der niedriger schmelzenden Metalle mit sehr hohen Geschwindigkeiten, z. B. von Stahlbei der Verdichtung aus der Masse ausgequetscht. legierungen mit 245 Oberflächen-m je Minute und von Diese Erscheinung kann mit Vorteil ausgenutzt werden, Gußeisen mit 365 Oberfiächen-m je Minute, weil die indem man dem Ausgangsgut etwas mehr als die ge- Werkstoffe eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen wünschte Menge an Eisenmetall zusetzt und dann bei 25 Kraterbildung und Kantenverschleiß aufweisen und hohen Temperaturen und Drücken arbeitet. Hierbei bei höheren Temperaturen eine gute Härte behalten, wird etwas von dem Eisenmetall ausgequetscht, man In Anbetracht ihrer guten Wärmeschockbeständigkeit erhält den gewünschten Metallgehalt, und das über- eignen sie sich besonders zur Ausführung wiederholter schüssige geschmolzene Metall wirkt beim Pressen als kurzer Schnitte oder anderweitig unterbrochener Schmiermittel und Sinterhilfsmittel. Hierdurch kann 3° Schnitte, wenn die Temperatur der Schneidkante die Bildung von Hohlräumen trotz der äußerst hitze- schnell schwankt.

beständigen Natur des fertigen Werkstoffs verhindert Die erfindungsgemäßen Werkstoffe können auch

werden. ganz allgemein als hitzebeständige Werkstoffe, z. B.

Es ist wesentlich, daß die Masse nicht auf eine für Fadenführungen, Lager, verschleißbeständige Mahöhere Temperatur und für eine längere Zeitdauer 35 schinenteile, sowie als Schleifgrieß in harzgebundenen erhitzt wird, als erforderlich, um die Poren zu ent- Schleif scheiben und Schneidklingen, verwendet werden, fernen und die gewünschte Dichte zu erreichen. Solche Außerdem eignen sich die Werkstoffe für viele Anhöheren Temperaturen und längeren Zeiträume führen wendungszwecke, bei denen ihre Kombination von zu einem unerwünschten Kornwachstum und einer Hitzebeständigkeit, elektrischer Leitfähigkeit, metalloentsprechenden Vergröberung des Gefüges und können 40 philer Natur und Wärmeschockbeständigkeit von Vorsogar die Entwicklung einer sekundären Porosität teil ist, z. B. zur Herstellung von elektrisch leitendem durch Rekristallisation oder die Bildung unerwünschter keramikartigem Schleifgrieß für Schleifscheiben, die Phasen zur Folge haben. zum elektrolytischen Schleifen bestimmt sind.

Wie nachstehend gezeigt wird, wird das Verpressen In den folgenden Beispielen beziehen sich Teile und

für die bevorzugten Produkte gemäß der Erfindung 45 Prozentangaben, falls nichts anderes gesagt ist, auf gewöhnlich bei Temperaturen im Bereich von 1700 bis Gewichtsmengen. 1900°C durchgeführt, und die Höchsttemperatur Beispiel 1

kommt weniger als 30 Minuten, gewöhnlich nicht

länger als 10 Minuten und vorzugsweise nicht länger In diesem Beispiel besteht der Werkstoff zu 70 Voals 5 Minuten zur Einwirkung, worauf das Produkt 5° lumprozent aus Aluminiumoxid, zu 25 Volumprozent aus der heißen Zone entfernt wird. Auf diese Weise aus Titancarbid und zu 5 Volumprozent aus Metall, werden die Werkstoffe gemäß der Erfindung derart das seinerseits aus gleichen Gewichtsteilen Molybdän verdichtet, daß die Poren entfernt werden und die und Nickel besteht.

maximale Dichte ohne Rekristallisation erreicht wird. Das Aluminiumoxid in Form von sehr feinteiligem

Solche Erzeugnisse kennzeichnen sich durch ihre Fein- 55 «-Aluminiumoxid wird hergestellt, indem man kolloikörnigkeit und ihre ausgezeichnete Querbruchfestig- dalen Böhmit 18 Stunden an der Luft auf 35O⁰C erkeit. hitzt, dann die Temperatur mit einer Geschwindigkeit

Die Werkstoffe gemäß der Erfindung, besonders von 100°C/Std. auf eine Zieltemperatur von 1200⁰C diejenigen mit hohem Metallgehalt und kleinen Teil- erhöht und diese 24 Stunden innehält. Wenn eine Probe chen, können auch durch Kaltpressen und Sintern 60 des Produktes nach dem Kühlen 16 Stunden mit unter hohem Vakuum verdichtet werden, sofern man 24%iger wäßriger Flußsäure behandelt wird, erweist nur die oben angegebene Begrenzung für die Min- sie sich als zu 88% unlöslich, was bedeutet, daß sie destsinterzeit bei der höchsten Temperatur beachtet. einen Gehalt an α-Aluminiumoxid von 88°/o hat. Die Vorzugsweise wird das Pulver isostatisch in einer ge- spezifische Oberfläche des in Flußsäure unlöslichen schlossenen Gummiform verpreßt, die sich in Wasser 65 Aluminiumoxids beträgt 8,6 m²/g, bestimmt durch in einer isostatischen Presse befindet, welche imstande Stickstoff adsorption nach der Methode von Brunauer, ist, auf hydraulischem Wege hohe Drücke (4200 kg/cm²) Emmett und Teller. Diese spezifische Oberfläche entzur Einwirkung zu bringen. spricht einem mittleren Kristallitdurchmesser des

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«-Aluminiumoxids von 175 ηιμ. Unter dem Elektro- wird. Ein Kolben wird an einem Ende des Formhohlnenmikroskop erscheint das a-Aluminiumoxid in raums an Ort und Stelle festgehalten, während 17,5 g Form von Aggregaten aus Aluminiumoxidkristallen Pulver unter Stickstoff in den Hohlraum eingegeben mit Durchmessern von 100 bis 300 πιμ. und durch Drehen der Form und leichtes Klopfen auf

Das zu verwendende Titancarbid hat eine Nenn- 5 die Seitenwände gleichmäßig verteilt werden. Dann teilchengröße von 2 μ und eine spezifische Oberfläche wird der obere Kolben unter Handdruck eingesetzt, von 3 m²/g, bestimmt durch Stickstoffadsorption. Die so zusammengesetzte Form mit ihrem Inhalt wird Eine elektronenmikrophotographische Aufnahme dann in die Vakuumkammer einer Vakuumheißpresse zeigt, daß die Titancarbidkörner einen Durchmesser verbracht, in senkrechter Stellung gehalten, und die von etwa 2 μ haben und zu lockeren Aggregaten zu- ία nach oben und nach unten gerichteten Kolben werden sammengeballt sind. Der Kohlenstoffgehalt beträgt von den einander gegenüber angeordneten Graphit-19,0 °/o, und die Sauerstoffanalyse ergibt einen Titan- preßstempeln der Presse unter einem Druck von etwa dioxidgehalt von 2,5 °/„. 7 bis 14 kg/cm² beaufschlagt. Innerhalb einer Minute

Das Molybdänpulver hat Korngrößen von weniger wird die Form in die heiße Ofenzone gehoben, die sich als 44 μ, eine durch Stickstoffadsorption bestimmte 15 auf 1000⁰C befindet, und die Ofentemperatur wird spezifische Oberfläche von 0,29 m^a/g und eine durch sofort gesteigert, wobei die Preßstempel in ihren Verbreiterung der Röntgenbeugungslinie bestimmte Stellungen verriegelt sind, so daß sie sich während der mittlere Kristallgröße von 354 ηαμ. Eine elektronen- Aufheizperiode nicht mehr bewegen können. Die Temmikrophotographische Aufnahme zeigt, daß das Mo- peratur wird in 10 Minuten von 1000 auf 1800⁵C gelybdänpulver aus Körnern von ¹Z₂ bis 3 μ Durchmesser 20 steigert und die Form noch weitere 2 Minuten auf besteht, die zu offenen Aggregaten zusammengeballt 1800⁰C gehalten, um die gleichmäßige Erhitzung der sind. Die chemische Analyse des Pulvers ergibt 0,2 % Probe zu gewährleisten. Dann wird durch die Kolben Sauerstoff und keine sonstigen Verunreinigungen in 4 Minuten ein Druck von 280 kg/cm² zur Einwirkung Mengen über 0,05 Gewichtsprozent. gebracht. Sofort nach dem Verpressen wird die Form

Das Nickel wird in Form eines feinen Pulvers ver- 25 mit ihrem Inhalt, während sie sich noch zwischen den wendet, das 0,15 % Kohlenstoff, 0,07 °/₀ Sauerstoff und einander gegenüberstehenden Preßstempeln befindet, weniger als 0,03 °/₀ Eisen enthält. Die spezifische Ober- aus dem Ofen in einen kühlen Bereich übergeführt, wo fläche des Nickelpulvers beträgt 0,48 m²/g, und sein sie innerhalb 5 Minuten auf Dunkelrotglut abgekühlt Röntgenbeugungsspektrum zeigt nur Nickel an, das wird.

zufolge der Linienverbreiterung eine Kristallitgröße 30 Dann wird die Form aus dem Vakuumofen entfernt von 150 ΐημ aufweist. Unter dem Elektronenmikroskop und der Barren aus der Form herausgenommen und besteht das Pulver aus polykristallinen Körnern von mit dem Sandstrahlgebläse von anhaftenden Kohlen-1 bis 5 μ Durchmesser. stoff befreit.

Die Pulver werden vermählen, indem man eine 1,3 1 Das heißgepreßte Produkt ist unporös, indem es bei

fassende Stahlwalzenmühle von 15 cm Durchmesser 35 lOOOfacher Vergrößerung keine sichtbaren Poren aufmit 6000 g vorbehandelten zylinderförmigen Mahl- weist. Strukturmäßig besteht die Masse aus äußerst körpern aus mit Kobalt gebundenem Wolframcarbid feinen, zusammenhängenden, sich einander durchvon 6,35 mm Länge und 6,35 mm Durchmesser und setzenden Netzwerken aus polykristallinem a-Aluaußerdem mit 375 ml gesättigten Paraffinkohlen- miniumoxid und metallgebundenern Titancarbid.
Wasserstoffen mit einem Siedepunkt von etwa 130° C 40 Die Masse hat einen spezifischen elektrischen Widerbeschickt. Dann werden 83,6 g «-Aluminiumoxid, stand von 2000 μ-Ohm · cm. Dieser Grad von Leit-47,0 g Titancarbidpulver, 7,65 g Molybdänpulver und fähigkeit bedeutet das Vorhandensein der leitfähigen 6,68 g Nickelpulver hinzugefügt. Bestandteile des Gefüges, nämlich des Metalls und des

Hierauf wird die Mühle verschlossen und 5 Tage mit Titancarbids, in Form einer zusammenhängenden 90 Umdr./Min. umlaufen gelassen. Die Mühle wird 45 Phase. Elektronenmikrophotographische Aufnahmen geöffnet und der Inhalt mit Ausnahme der Mahl- zeigen eine sehr feinkörnige Struktur, wobei nur körper aus der Mühle ausgetragen. Dann wird die wenige Körner größer als 1 oder 2 μ sind. Das Alu-Mühle mehrmals mit den oben angegebenen Kohlen- miniumoxid ist im allgemeinen die gröbste Phase.
Wasserstoffen ausgespült, bis alle vermahlenen Fest- Das Zusammenhängen der Aluminiumoxidphase ist

stoffe daraus entfernt sind. 50 zu erkennen, wenn man das Titancarbid und das Me-

Das vermahlene Pulver wird in einen Vakuumver- tall aus dem Werkstoff durch 24 Stunden langen andampfer übergeführt, und die überschüssigen Kohlen- odischen Angriff in Ammoniumbifluoridlösung entwasserstoffe werden dekantiert, nachdem sich das in fernt. Hierbei hinterbleibt an der Oberfläche eine Suspension befindliche Material abgesetzt hat. Der elektrisch nichtleitende poröse Schicht, die dem unbenasse Rückstandskuchen wird dann im Vakuum unter 55 waffneten Auge unverändert erscheint, sich jedoch Wärmeeinwirkung getrocknet, bis die Temperatur im unter dem Elektronenmikroskop als infolge des Her-Verdampfer 200 bis 300° C und der Druck weniger auslösens der elektrisch leitenden Bestandteile porös als 0,1 mm Hg beträgt. Danach geht man mit dem erweist.
Pulver nur noch unter Luftausschluß um. Die chemische Analyse ergibt außer Aluminium-

Das trockene Pulver wird unter Stickstoff durch ein 60 oxid, Titancarbid, Molybdän und Nickel die Anwesen-Sieb mit 0,21 mm Maschenweite gesiebt und in ver- heit von etwa 2 Gewichtsprozent Eisen, die wahrschlossenen Kunststoffbehältern unter Stickstoff auf- scheinlich auf den Abrieb der Mühle zurückzuführen bewahrt. sind, und 4 Gewichtsprozent Wolfram, wahrscheinlich

Aus diesem Pulver wird ein verdichteter Barren in Form von Wolframcarbid, sowie 0,5 Gewichtshergestellt, indem das Pulver in einer zylinderförmigen 65 prozent Kobalt, die beide wahrscheinlich durch den Graphitform mit einem zylinderförmigen .Hohlraum Abrieb der. Mahlkörper aufgenommen worden sind, von 25,4 mm Durchmesser, die an beiden Enden mit Aus dem Barren von 25,4 mm Durchmesser und

dicht passenden Kolben versehen ist, heißgepreßt 7,6 mm Dicke wird aus der Mitte ein quadratisches

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Stück mit Seitenlängen von etwas mehr als 12,7 mm ausgeschnitten. Von dem an jeder Seite dieses Mittelstückes verbleibenden Material werden Streifen von 1,78 mm Dicke abgeschnitten, die dann weiter zu quadratischen Stäben von 1,78 · 1,78 mm für die Untersuchung der Querbruchfestigkeit geschnitten werden. Weitere Teile des Barrens werden für die Bestimmung der Eindruckhärte und anderer Produkteigenschaften verwendet. Die durch Biegen der 1,78 · 178 mm messenden Prüfstäbe bei einer Einspannlänge von 14,3 mm bestimmte Querbruchfestigkeit beträgt 9140 kg/cm². Die Rockwell Α-Härte beträgt 94,0.

Das quadratische Mittelstück wird zu einer Schneide von 12,7 · 12,7 · 4,7625 mm fertigverarbeitet, und die Ecken werden mit einem Radius von 0,7938 mm abgerundet, ein Schneidentyp, der in der Technik als »SNG-432« bezeichnet wird. Diese Schneide wird als einzelner Schneidzahn in einer Fräse von 10,16 cm Durchmesser verwendet, um 5,08 cm breite Graugusstäbe (Klasse 30, 170 BHN) trocken und zentrisch mit einer Oberflächengeschwindigkeit von 305 m/Min, bei einem Vorschub von 0,15 mm je Zahn mit einer unregelmäßigen Schnitttiefe zwischen 1,27 und 3,81 mm einschließlich des Zunders und der Schale von dem Gießverfahren planzufräsen.

Der Fräsvorgang wird unter diesen Bedingungen über eine Stablänge von 396 cm fortgesetzt, ohne daß eine Abnutzung eintritt. Bei der Untersuchung der Schneide ergibt sich ein gleichmäßiger Flankenverschleiß von nur 0,25 mm und ein örtlicher Flankenverschleiß von 0,38 mm ohne Kraterbildung an der Stirnseite des Werkzeugs und ohne Bruch oder Absplittern der Kante. Unter den gleichen Arbeitsbedingungen nutzen sich im Handel erhältliche Carbidwerkzeuge beim Schneiden einer Länge von weniger als 254 cm vollständig ab, und im Handel erhältliche keramische Schneideinlagen zerbrechen sofort.

Die gleiche Einlage wird als einziger Schneidzahn zum Planfräsen von 5,08 cm breiten Stäben aus AISI 4340-Stahl mit einer Brinellhärte von 340 verwendet. Das Fräsen wird trocken und zentrisch mit einem Fräskopf von 10,16 cm Durchmesser bei einer Oberflächengeschwindigkeit von 305 m/Min, und einem Vorschub von 0,15 mm je Zahn mit einer Schneidtiefe von 1,27 mm durchgeführt. Unter diesen Bedingungen entspricht die Lebensdauer des einen einzigen Schneidzahn aufweisenden Werkzeuges einer Stablänge von 254 cm.

Unter den gleichen Bedingungen schneiden im Handel erhältliche Schneidwerkzeuge aus Aluminiumoxid überhaupt nicht, und im Handel erhältliche Carbidwerkzeuge schneiden weniger als 100 bis 115 cm Stablänge je Schneidzahn, bevor sie vollständig versagen.

Beispiel 2

Beispiele 3 bis 16

Die folgenden Beispiele werden mit Ausnahme der nachstehend angegebenen Abweichungen mit den Rohstoffen und nach dem Verfahren des Beispiels 1 durchgeführt. Die in den folgenden Beispielen verwendeten Rohstoffe sind, insoweit es sich nicht um Titancarbid, Molybdän und Nickel handelt, die folgenden:

Aluminiumoxid:

»Alcoa Superground Alumina XA-16« durch Röntgenanalyse als «-Aluminiumoxid identifiziert, mit einer spezifischen Oberfläche von 13 m²/g.

Kobalt:

»Cobalt F« der Welded Carbide Tool Company, pulverförmig mit kubischen Kobaltteilchen, Reinheit 99,9 %> spezifische Oberfläche 1,6 m²/g.

Hafniumcarbid:

(Materials for Industry) Feinteiliges Hafniumcarbidpulver mit einer spezifischen Oberfläche von 0,5 m²/g.

Eisen:

(Baker and A d a m s ο η) Gereinigt, reduziert und 3 Tage in der Eisenkugelmühle vermählen, spezifische Oberfläche 1,5 m²/g, Sauerstoffgehalt 0,8 Gewichtsprozent.

Wolfram:

(General Electric Company) Feinteiliges Wolframpulver mit einer spezifischen Oberfläche von 2 m²/g mit einem Sauerstoffgehalt von 0,19 Gewichtsprozent.

Zirkoniumcarbid:

(Materials for Industry) Feinteiliges Zirkoniumcarbidpulver mit einer spezifischen Oberfläche von 0,5 m²/g und einem Sauerstoffgehalt von 0,18 Gewichtsprozent.

Die in der nachstehenden Tabelle mit A, B und C bezeichneten Mahlbedingungen entsprechen den allgemeinen Bedingungen des Beispiels 1 mit den folgenden Maßgaben:

A. 4000 g Mahlkörper aus mit Kobalt gebundenem Wolframcarbid werden in einer 1,31 fassenden Stahlmühle mit 375 ml des obengenannten Kohlenwasserstofföls verwendet.

B. 14 000 g Mahlkörper aus mit Kobalt gebundenem Wolframcarbid werden in einer 3,7851 fassenden Stahlmühle mit 814 ml des obengenannten KohlenwasserstÖfföls verwendet.

C. 6000 g Mahlkörper aus mit Kobalt gebundenem Wolframcarbid werden in einer 1,3 1 fassenden Stahlmühle mit 375 ml des obengenannten Kohlenwasserstofföls verwendet.

Man arbeitet nach Beispiel 1, wobei die Bestandteile in solchen Mengenverhältnissen angewandt werden, daß der heißgepreßte Werkstoff 60 Volumprozent Aluminiumoxid, 35 Volumprozent Titancarbid und Volumprozent Metall enthält, das seinerseits zu Gewichtsprozent aus Nickel und zu 50 Gewichtsprozent aus Molybdän besteht.

Eine aus diesem heißgepreßten Werkstoff nach Beispiel 1 hergestellte Schneide arbeitet außergewöhnlich gut als Frässchneide bei Metallfräsversuchen ähnlich demjenigen des Beispiels 1.

Die in der nachstehenden Tabelle mit I, II und III bezeichneten Preßverfahren entsprechen den allgemeinen Bedingungen des Beispiels 1 mit den folgenden Maßgaben:

I. Die Form mit der Probe wird in die heiße Zone bei einer Temperatur von 1500⁰C eingebracht. II. Die Form mit der Probe wird in die heiße Zone

bei einer Temperatur von 1175° C eingebracht. III. Die Form mit der Probe wird in die heiße Zone bei einer Temperatur von 1000⁰C eingebracht.

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17

Die in der nachstehenden Tabelle mit I₅ 2 und 3 bezeichneten Metallschneidversuche entsprechen den allgemeinen Bedingungen der Schneidversuche gemäß Beispiel 1 mit den folgenden Maßgaben:

1. Schnelldrehtest mit AISI 1045-Stahl (Brinellhärte 183). Die Oberflächengeschwindigkeit beträgt 275 m/Min., der Vorschub 0,127 mm je Umdrehung, die Schneidtiefe 1,27 mm; der Spanwinkel ist negativ. Der gleichmäßige und der ortliehe Flankenverschleiß werden nach 10 Minuten langem Trockendrehen bestimmt.

2. Planfrästest mit einem einzigen Schneidzahn mit AISI 4340-Stahl (Rockwell C-Härte 36). Man

verwendet einen 10,16-cm-Fräskopf. Das Werkstück ist zentriert. Die Arbeit wird trocken bei einer Oberflächengeschwindigkeit von 163 m/Min., einem Vorschub von 0,13462 mm je Umdrehung, einer Schnittiefe von 2,54 mm, einer Schnittbreite von 5,08 cm und einem negativen Spanwinkel durchgeführt. Die Lebensdauer des Werkzeuges wird als Schnittlänge in cm gemessen. 3. Schnelldrehtest mit Gußeisen (Brinellhärte 170). Die Oberflächengeschwindigkeit beträgt 381 m/Min., der Vorschub 0,127 mm je Umdrehung, die Schnittiefe 1,27 mm, und der Spanwinkel ist negativ. Der gleichmäßige und der örtliche Flankenverschleiß werden nach 10 Minuten Trockendrehen bestimmt.

Beispiel

Al₂O₃ Pulverzusammensetzung
Carbid Metall

10

11

12

13

14

15

16

Volumprozent

Gramm

Gewichtsprozent

Volumprozent

Gramm

Gewichtsprozent

Volumprozent

Gramm

Gewichtsprozent

Volumprozent

Gramm

Gewichtsprozent

Volumprozent

Gramm

Gewichtsprozent

Volumprozent

Gramm

Gewichtsprozent

Volumprozent

Gramm

Gewichtsprozent

Volumprozent

Gramm

Gewichtsprozent

Volumprozent

Gramm

Gewichtsprozent

Volumprozent

Gramm

Gewichtsprozent

Volumprozent

Gramm

Gewichtsprozent

Volumprozent

Gramm

Gewichtsprozent

Volumprozent

Gramm

Gewichtsprozent

Volumprozent

Gramm

Gewichtsprozent

50 59,5

50 59,75

60 71,8 (XA-U)

50 59,75

40 117,5

30

35,7

20
23,8

50 59,5

70 83,5

60 71,8

60

71,3

60

71,5

70
83,5

70 83,5 45TiC
59

40TiC
59,30

35TiC
52

40TiC
59,20

55TiC
200,5

50TiC
74,0

72,5 TiG
107,2

49TiC

25ZrC

35TiC
51,9

35TiC
51,66

30TiC
51,8

22,2 TiO
28,2

25HfC
95

14.4 W
68,2

6,185 Mo
22,2

7,6Mo
53,2

1,495 Mo
5,5

18,9 Mo
54,0

30,6 Mo
53,3

11.5 Mo
51,7

1,53 Mo
54,5

7,64 Mo
53,5

14,46 W
56,5

14,46 W
68,5

10,15 Mo
26,5

21,05 Mo
91

7,64 Mo
53,5

7,5

7,8

INCOMPLETE ttoCUMENT

6,68 Ni 31,8

21,35 Ni 77,8

6,2Ni 46,8

25,35 Ni 94,5

16,5 Ni 46,0

26.7 Ni 46,7

10.8 Ni 48,7

1,34 Ni 45,5

6,67 Ni 46,5

5,90 Fe 43,5

5,66 Co 31,5

19,25 W 8,86 Ni 50 23,5

2,08 Ni 9

6,67 Ni 46,5

109516/296

Fortsetzung der Tabelle

Beispiel	Herstellung und Verarbeitung Mahlbedingungen I Heißpreßverfahren	I	Querbruchfestigkeit, kg/mm8	Metallschneidversuche Art des Versuchs | Verhalten	sehr gut ausgezeichnet ausgezeichnet
3	A	I	119,5	1 2 3	sehr gut sehr gut ausgezeichnet
4	A	I	126,5	1 2 3	ausgezeichnet ausgezeichnet ausgezeichnet
5	A	I	119,5	1 2 3	gut gut ausgezeichnet
6	A	II	105,5	1 2 3	gut sehr gut ausgezeichnet
7	B	II	120,9	1 2 3	sehr gut
8	C	III	109	2	sehr gut
9	C	II	140,6	2	sehr gut gut
10	C	I	95,6	1 2	gut gut ausgezeichnet
11	A	I	94,9	1 2 3	gut gut ausgezeichnet
12	A	I	87,9	1 2 3	gut gut ausgezeichnet
13	A	I	91,4	1 2 3	gut ausgezeichnet ausgezeichnet
14	A	I	121,5	1 2 3	sehr gut sehr gut
15	A	I	94,9	1 ' 3	gut gut sehr gut
16	A	87,9	1 2 3

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Hartmetall-Metalloxid-Werkstoff aus 20 bis 90 Volumprozent Aluminiumoxid, 5 bis 79 Volumprozent Carbiden, und zwar Zirkoniumcarbid, Hafniumcarbid, Titancarbid oder Gemischen derselben, und 1 bis 20 Volumprozent Metallen, wie Eisen, Kobalt und Nickel, der eine mittlere Korngröße von weniger als 10 μ aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß er aus zwei einander durchsetzenden dreidimensionalen Netzwerken besteht, nämlich einem Aluminiumoxid-Netzwerk und einem Netzwerk aus dem Carbid und Metall, das zu 5 bis 90 Gewichtsprozent aus Eisen, Kobalt, Nickel oder Gemischen derselben und zu 10 bis 95 Gewichtsprozent aus Wolfram, Molybdän oder Gemischen derselben besteht, mit der Maßgabe, daß der volumprozentuale Anteil an Carbid nicht geringer sein darf als derjenige an Metall.

2. Hartmetall-Metalloxid-Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zu 40 bis 75 Volumprozent aus Aluminiumoxid, zu 12,6 bis 58 Volumprozent aus Carbid und zu 2 bis 20 Volumprozent aus Metall besteht.

3. Hartmetall-Metalloxid-Werkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Carbid Titancarbid ist.

4. Hartmetall-Metalloxid-Werkstoff nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall im wesentlichen aus Nickel und Molybdän besteht.

5. Hartmetall-Metalloxid-Werkstoff nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Korngröße geringer als 5 μ ist.

6. Hartmetall-Metalloxid-Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall zu 40 bis 60 Gewichtsprozent aus Eisen, Kobalt,

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Nickel oder Gemischen derselben und zu 40 bis 60 Gewichtsprozent aus Wolfram, Molybdän oder Gemischen derselben besteht.

7. Hartmetall-Metalloxid-Werkstoff nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß er das Aluminiumoxid in Mengen von 50 bis 72 Volumprozent enthält.

8. Hartmetall-Metalloxid-Werkstoff nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß er das Titancarbid in Mengen von 18 bis 47 Volumprozent enthält.

9. Hartmetall-Metalloxid-Werkstoff nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß er das Metall in Mengen von 3 bis 10 Volumprozent enthält.

10. Hartmetall-Metalloxid-Werkstoff nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall zu 40 bis 60 Gewichtsprozent aus Nickel

und zu 60 bis 40 Gewichtsprozent aus Molybdän besteht.

11. Hartmetall-Metalloxid-Werkstoff nach Anspruch 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Korngröße geringer als 5 μ ist.

12. Hartmetall-Metalloxid-Werkstoff nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß er zu 50 bis 72 Volumprozent aus Aluminiumoxid, zu 18 bis 17 Volumprozent aus Titancarbid und zu 3 bis 10 Volumprozent aus Metall besteht.

13. Hartmetall-Metalloxid-Werkstoff nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall zu 40 bis 60 Gewichtsprozent aus Nickel und zu 60 bis 40 Gewichtsprozent aus Molybdän besteht.

14. Hartmetall-Metalloxid-Werkstoff nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Korngröße geringer als 5 μ ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen COPY
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