DE1809756C2

DE1809756C2 - Hartmetall-Metalloxid-Werkstoff

Info

Publication number: DE1809756C2
Application number: DE19681809756
Authority: DE
Inventors: Horacio Enrique; Daniels Alma Uriah; Wilmington Del. Bergna (V.St.A.)
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1967-12-04
Filing date: 1968-11-19
Publication date: 1977-08-11

Description

Die Erfindung betrifft einen Hartmetall-Metalloxid-Werkstoff aus Aluminiumoxid, Zirkonium-, Hafniumoder Titancarbid, Eisen, Kobalt oder Nickel und Wolfram oder Molybdän, der sich für die Herstellung von metallgebundenen keramischen Schneidwerkzeugen eignet.

Schneiden aus Aluminiumoxid für Zerspanungswerkzeuge sind seit langem bekannt. Solche Schneiden bieten den Vorteil äußerster Härte und Verschleißfestigkeit sowie hoher Heißbiegefestigkeit. Sie sind erosionsbeständig und neigen kaum zum Verschweißen oder zur Diffusion zwischen den Spänen und der Schneide. Sie sind auch recht oxydationsbestündig. Diese Vorteile werden aber weitgehend durch die Sprödigkeit und den Mangel an Zähigkeit der keramischen Schneiden sowie durch ihre ausgesprochene Neigung zur Ausbildung von Spannungen, Sprüngen und zum Bruch aufgewogen.

Daher hat man bereits viele Versuche unternommen, mit dem Aluminiumoxid Stoffe zu kombinieren, durch die diese Nachteile gemindert werden, dabei aber die Vorteile des reinen Aluminiumoxids nicht wesentlich verringert werden. Eine häufig angewandte Praxis ist das Binden des Aluminiumoxids mit bis zu 30 oder 40% Metall, um die Festigkeit und Zähigkeit zu erhöhen. Solche Werkstoffe, die als »Cermets« bezeichnet werden, zeigen bessere Wärmeleitfähigkeit und höhere Festigkeit als keramische Werkstoffe aus reinem Aluminiumoxid. Das Metall führt jedoch zu einer deutlichen Abnahme der Gesamtverschleißbeständigkeit der Schneiden.

Die nächste, auf die Verbesserung der durch das Metall verursachten Verschleißbeständigkeit und Härte gerichtete Entwicklung war der Zusatz von Carbiden zu Metall-Aluminiumoxid-Werkstoffen. Solche Zusammensetzungen sind in den britischen Patentschriften 8 21 596 und 8 41 576 beschrieben. Die in der britischen Patentschrift 8 21 596 beschriebenen Werkstoffe müssen mindestens zwei Schwermetallcarbide enthalten, die in Form von Mischkristallen vorliegen. Es handelt sich also im Falle von beispielsweise zwei Schwermetallcarbiden, die in Form von Mischkristallen vorliegen, um ternäre Verbindungen. Die erfindungsgemäß verwendeten Carbide sind dagegen binär. Auch ist in dieser Patentschrift nicht angegeben, daß die Metalle der Eisengruppe einerseits und die Schwermetalle, wie Wolfram und Molybdän, andererseits gemeinsam verwendet werden können. In der britischen Patentschrift 8 41 576 wird ein Verfahren zum Herstellen von keramischen Körpern beschrieben. Diese Körper sollen neben Aluminiumoxid und Metall auch Carbide enthalten, diese sind aber nicht näher bezeichnet. Auch vermißt man in dieser Patentschrift konkrete Angaben bezüglich der Zusammensetzung.

Aus der USA.-Patentschrift 19 81 719 sind Hartmetall-Metalloxid-Werkstoffe bekannt, die aus feinteiligem Aluminiumoxid, einem Carbid, wie Titancarbid oder Zirkoniumcarbid, und einem Metallbindemittel, wie Eisen, Kobalt oder Nickel, hergestellt worden sind. Die metallische Komponente dieses bekannten Werkstoffs

busteht ihrerseits jedoch nicht aus zwei Komponenten, wie es bei dem erfindungsgemäßen Werkstoff der Fall •st Wolfram und Molybdän werden nicht als brauchbare metallische Bestandteile in dieser Patentschrift erwähnt.

Die deutsche Patentschrift 10 72 182 betrifft ein ₅ Verfahren zur Herstellung keramischen Verhundwerkstoffen aus Aluminiumoxid und Carbiden, wobei der carbidische Anteil ganz oder teilweise durch Boride und/oder Nitride ersetzt sein kann. Diese bekannten Werkstoffe weisen also keine metallische Komponente _lt

In der deutschen Auslegeschrift 10 56 037 wird die Verwendung von Mischungen aus Metallen der VI. Gruppe des Periodensystems der Elemente und der Eisengruppe zum Binden von Aluminiumoxid oder einer , ₅ Mischung aus Aluminiumoxid und Titandioxid oder Zirkoniumdioxid beschrieben. Es finden s-oh keinerlei Hinweise auf einen möglichen Zusatz von Zirkonium-, Hafnium- oder Titancarbid. Es ist zwar angegeben, daß Carbide der Schwermetalle (d. h. von Chrom, Molybdän, ₂o Wolfram, Eisen, Nickel und/oder Kobalt) in der metallischen Phase vorliegen können, sie machen dann aber nicht mehr als 20%, vorzugsweise nicht mehr als 2% der metallischen Phase, d. h. nicht mehr als 3% und vorzugsweise nicht mehr als 0,3% des gesamten 25 Werkstoffes aus.

In der deutschen Auslegeschrift 10 41851 werden entweder Metalle der Eisengruppe oder Wolfram oder Molybdän als Zusatzstoffe oder Bindemittel in Aluminiumoxid-Carbid-Systemen beschrieben. Mischungen von Metallen sind nicht offenbart.

In der USA.-Patentschrift 29 94 124 wird ein Cermet beschrieben, das jedoch kein Aluminiumoxid enthält.

Die bekannten Werkstoffe aus Aluminiumoxid, Carbiden und Metall lassen jedoch in ihren Eigenschaften noch zu wünschen übrig und weisen für viele Zwecke eine unzureichende Verschleißbeständigkeit und infolge der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Einzelbestandteile Sprödigkeit und schlechte Wärmeschockbeständigkeit auf.

Es wurde nun gefunden, daß aus einer Kombination von vier besonderen Bestandteilen innerhalb eines engen Bereichs der Mengenanteile Aluminiumoxidschneiden mit ungewöhnlichen Eigenschaften hergestellt werden können. Durch Kombination von Aluminiumoxid mit Titan-, Zirkonium- oder Hafniumcarbid oder Gemischen derselben, einem Eisenmetall und Wolfram oder Molybdän innerhalb der nachstehend angegebenen Grenzen der Mengenverhältnisse und mit den nachstehend angegebenen charakteristischen Gefugeeigenschaften erhält man Schneiden mit einer ungewöhnlichen Kombination von Härte und Festigkeit, die eine sehr hohe Beständigkeit ge_Sen Verschleiß und'Wärmeschock aufweisen.

Gegenstand der Erfindung ist ein 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, der dadurch gekennzeichnet ist, 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 Mstail.

Überraschenderweise zeigen diese Werkstoffe außergewöhnliche Vorteile gegenüber ähnlichen Werkstoffen, die aus ähnlichen Bestandteilen zusammengesetzt sind, sowie gegenüber Werkstoffen aus den gleichen Bestandteilen, in denen die Bestandteile in unterschiedlichen Mengenverhältnissen enthalten sind. In Anbetracht ihrer außergewöhnlichen Eigenschaften eignen sich die Werkstoffe gemäß der Erfindung hervorragend zum Schneiden und Fräsen von Eisenlegierungen, selbst bei sehr hohen Arbeitsgeschwindigkeiten.

Die Abbildung zeigt eine graphische Darstellung der Mengen der Bestandteile innerhalb der erfindungsgemäßen Grenzen. Der Bereich -4 innerhalb der ausgezogenen Linien ist derjenige Bereich, in dem die Anteile der einzelnen Bestandteile innerhalb der erfindungsgemäßen Grenzen liegen. Der Bereich B innerhalb der unregelmäßig gestrichelten Linien ist derjenige Bereich, in dem die Anteile der einzelnen Bestandteile innerhalb der bevorzugten Grenzen gemäß der Erfindung Hegen; der Bereich C innerhalb der regelmäßig gestrichelten Linien ist derjenige Bereich, in dem die Mengenverhältnisse der Bestandteile innerhalb der besonders bevorzugten Grenzen liegen.

Bestandteile

Die hitzebeständigen Werkstoffe gemäß der Erfindung bestehen im wesentlichen aus Aluminiumoxid, Titan-, Hafnium- oder Zirkoniumcarbid, einem Eisenmetall und Wolfram oder Molybdän.

(a) Aluminiumoxid

Das Aluminiumoxid ist in den Werkstoffen gemäß der Erfindung in Mengen von 20 bis 90 Volumprozent enthalten. Die untere Grenze von 20% Aluminiumoxid beruht auf dem Erfordernis, daß das Aluminiumoxid als zusammenhängende Phase vorliegen soll. Aluminiumoxidmengen von weniger als 20% sind weniger zufriedenstellend, weil der Zusammenhang der Aluminiumoxidphase dann oft beträchtlich unterbrochen ist. Durch einen Gehalt an Aluminiumoxid von mindestens 20 Volumprozent wird die Kontinuität der Aluminiumoxidphase unter den meisten gewöhnlichen Bedingungen sichergestellt.

Nach oben hin ist der Aluminiumoxidgehalt auf 90 Volumprozent begrenzt, da bei einem größeren Gehalt an Aluminiumoxid die elektrisch leitende Phase aus Carbid und Metall nicht mehr zusammenhängend ist.

Vorzugsweise enthalten die erfindungsgemäßen Werkstoffe das Aluminiumoxid in Mengen von 40 bis 75 Volumprozent und insbesondere in Mengen von 50 bis 72 Volumprozent, da hierdurch gewährleistet wird, daß ununterbrochene (zusammenhängende) Phasen von Aluminiumoxid und der elektrisch leitenden Komponente vorliegen.

Das für die Zwecke der Erfindung geeignete Aluminiumoxid kann in vielen verschiedenen Formen vorliegen, sofern es nur feinteilig ist Es kann z. B. die Form von γ-, η- oder α-Aluminiumoxid oder Gemischen derselben aufweisen. α-Aluminiumoxid ist ein bevorzugter Ausgangsstoff, weil es keine so hohe spezifische Oberfläche aufweist wie γ- oder η-Aluminiumoxid und weniger adsorbiertes Wasser enthält, das sich schädlich auswirken könnte.

Das zu verwendende Aluminiumoxid soll feinteilig genug sein, um Werkstoffe gemäß der Erfindung mit

einer mittleren Korngröße von weniger als 10 μ zu erhalten. Ein als Ausgangsstoff geeignetes Aluminiumoxid ist «-Aluminiumoxid mit einer spezifischen Oberfläche von mehr als 2 mVg und vorzugsweise von 5 bis 25 mVg. Besonders bevorzugt wird Aluminiumoxid mit einer Kristallitgröße von weniger als 0,5 μ, bestimmt durch Röntgenlinienverbreiterung. Solches Aluminiumoxid erhält man am einfachsten durch 3stündiges oder längeres Erhitzen von wasserfreiem Aluminiumdiacetat auf 1200⁰C.

Ein Beispiel für ein geeignetes, im Handel erhältliches Aluminiumoxid ist »Alcoa Superground Alumina XA-16«, das sich bei der Röntgenanalyse als «-Aluminiumoxid erweist und eine spezifische Oberfläche von etwa 13 mVg hat, was einer Größe der kugelförmigen Teilchen von etwa 115 πιμ entspricht.

(b) Carbide

Das Titan-, Zirkonium- oder Hafniumcarbid oder die Gemische derselben sind in den erfindungsgemäßen Werkstoffen in Mengen von 5 bis 79 Volumprozent enthalten. Mindestens 5% Carbid müssen vorhanden sein, weil die Menge an Carbid nicht geringer sein darf als die Menge an Metall Die maximale Carbidmenge von 79 Volumprozent ergibt sich daraus, daß der Werkstoff mindestens 20 Volumprozent Aluminiumoxid und mindestens 1 Volumprozent Metall enthalten muß.

Bevorzugte Mengen an Titan-, Zirkonium- oder Hafniumcarbid liegen im Bereich von 12,6 bis 58 Volumprozent; besonders bevorzugte Mengen liegen im Bereich von 18 bis 47 Volumprozent. Diese Mengen tragen am wirksamsten zu den hervorragenden Eigenschaften, wie Härte und Verschleißbeständigkeit, der erfindungsgemäßen Werkstoffe bei.

Die für die erfindungsgemäßen Werkstoffe geeigneten Carbide sind Titan-, Zirkonium- oder Hafniumcarbid sowie Gemische derselben. Diese Carbide können fertig bezogen oder nach bekannten Verfahren synthetisch hergestellt werden. Die Carbide sollen Teilchengrößen von weniger als 5 μ, vorzugsweise von weniger als 2 μ, aufweisen. Wenn die Teilchengröße des Ausgangsstoffs wesentlich größer als 5 μ ist, kann man das Carbid einer Vormahlung unterwerfen, um die Teilchengröße auf den erforderlichen Bereich herabzusetzen. Allerdings findet beim Vermählen der erfindungsgemäßen Bestandteile, das durchgeführt wird, um ein hochgradig homogenes Gemisch zu erhalten, auch eine gewisse Zerkleinerung des Carbids und der anderen Ausgangsstoffe statt.

Von den Carbiden wird Tltanoarbld für die dichten Werkstoffe gemäß der Erfindung bevorzugt, da es leicht erhältlich ist und Werkstoffe bildet, die eine ausgezeichnete Kombination von physikalischen Eigenschaften und eine hohe Wirksamkeit beim Schneiden oder Fräsen von Eisenlegierungen aufweisen.

(c) Metalle

Die für die Werkstoffe gemäß der Erfindung verwendeten Metalle sind einerseits Elsenmetalle, nämlich Elsen, Kobalt, Nickel oder Gemische derselben, und andererseits hitzebeständige Metalle, nämlich Molybdän, Wolfram oder Gemische derselben.

Die Metalle werden in solchen Mengen angewandt, daß der Gesamtmetallgehalt des Werkstoffs zu 3 bis 90 Gewichtsprozent aus Eisen, Kobalt, Nickel oder Gemischen derselben und zu 10 bis 95 Gewichtsprozent aus Wolfram, Molybdän oder Gemischen derselben besteht. Es wurde gefunden, daß diese Verhältnisse von Eisenmetall zu Wolfram oder Molybdän günstige Wirkungen haben, indem sie zu einem ausgeglichenen Wärmeausdehnungskoeffizienten führen. Von den Eisenmetallen wird Nickel und von den hitzebeständigen Metallen Molybdän bevorzugt.
Das Eisenmetall und das Molybdän oder Wolfram werden vorzugsweise in Mengen von 40 bis 80 Gewichtsprozent Eisenmetall und 20 bis 60 Gewichtsprozent Wolfram oder Molybdän und insbesondere in Mengen von 40 bis 60 Gewichtsprozent Eisenmetall und 60 bis 40 Gewichtsprozent Wolfram oder Molybdän angewandt. Solche Verhältnisse verleihen den Werkstoffen gemäß der Erfindung außergewöhnliche Zähigkeit, ohne sie zu weich zu machen.

Die Gcsamtmetallmenge, die in den erfindungsgemäßen Werkstoffen enthalten sein soll, beträgt 1 bis 20 Volumprozent. Mindestens 1 Volumprozent Metall ist erforderlich, um die gewünschte Zähigkeit der Werkstoffe zu erreichen, und durch die Begrenzung der Höchstmenge auf 20 Volumprozent wird die erforderliche Härte und Verschleißbeständigkeit erzielt.

_2;i Bevorzugte Metallmengen betragen 2 bis 20 Volumprozent, besonders bevorzugte Metallmengen betragen 3 bis 10 Volumprozent der Werkstoffe gemäß der Erfindung. Durch diese bevorzugten Metallmengen wird die Zähigkeit der Werkstoffe ohne übermäßige

,o Weichheit oder niedrige Verschleißbeständigkeit gewährleistet.

Innerhalb des Metallbereichs von 1 bis 20 Volumprozent, wobei das Metall seinerseits zu 5 bis 90 Gewichtsprozent aus Eisenmetall und zu 10 bis 95

is Gewichtsprozent aus Wolfram oder Molybdän besteht, gibt es gewisse Kombinationen von Metallmengc und Metallzusammensetzung, die stärker bevorzugt werden als andere. Im allgemeinen soll jedoch der Wolframoder Molybdängehalt des Metalls um so höher sein, je

.)(> höher der Metallgehalt des Werkstoffs ist.

Es ist sehr schwer, festzustellen, in welcher Form clic Metalle in den dichten Werkstoffen getnüli der Erfindung vorliegen. Zum Beispiel ist es bekannt, duß Molybdän oder Wolfram mit Carbiden, wie Titan- oder

4_S Zirkoniummonocarbid, derart in Wechselwirkung treten können, daß etwas von dem Wolfram oder Molybdän in das Kristallgitter des Carbids übergeht. Ferner ist es bekannt, daß Nickel bei hohen Temperaturen mit Aluminiumoxid unter Bildung geringer Mengen

so eines Nickeloxid-Alumlniunioxid-Splnells reagiert. Aus Gründen der Klarheit und Einfachheit bezieht sich jedoch der Metallgehalt an Eisen, Kobalt, Nickel, Wolfram und Molybdän in der nachstehenden Beschreibung auf die metallische Form, selbst wenn geringe

Mengen dieser Metalle mit anderen Komponenten reagiert haben. Es wird daher angenommen, daß die Metalle der dichten Werkstoffe gemäß der Erfindung in Form von Bisen, Kobalt, Nickel, Wolfram bzw. Molybdän vorliegen, und daß das Zirkonium, Hafnium

do bzw. Titan In Form von Monocarbtden vorliegt, mit der Ausnahme, daß etwaiger überschüssiger Kohlenstoff als in Verbindung mit dem Wolfram oder Molybdän vorliegend angenommen wird. Das Aluminium wird als In Form von Aluminiumoxid (AIjOi) vorliegend betrachtet.

Die für die Werkstoffe gemäß der Erfindung geeigneten Metalle können Im Handel als Pulver bezogen oder nach bekannten Vorfahren hergestellt

werden. Die Metallpulver sollen Teilchengrößen von weniger als 10 μ und vorzugsweise von weniger als 2 μ aufweisen.

(d) Verunreinigungen

Die für die Werkstoffe gemäß der Erfindung verwendeten Bestandteile sind vorzugsweise recht rein. Insbesondere sollen Verunreinigungen, wie Sauerstoff, ausgeschlossen werden, die nachteilige Wirkungen auf die dichten Werkstoffe gemäß der Erfindung haben können.

Andererseits können geringe Mengen an vielen Verunreinigungen ohne wesentliche Beeinträchtigung der Eigenschaften zugelassen werden.

So kann das Metall geringe Mengen an anderen Metallen, wie Titan, Zirkonium, Tantal oder Niob, als unbedeutende Verunreinigungen enthalten; allerdings sollen niedrigschmelzende Metalle, wie Blei, nicht darin enthalten sein. Auch geringe Mengen an anderen Carbiden als Titan-, Zirkonium- oder Hafniumcarbid, z. B. mehrere Prozent Wolframcarbid, die mitunter beim Vermählen aufgenommen werden, können anwesend sein. Selbst Sauerstoff kann in geringen Mengen, wie sie vorkommen, wenn Titancarbid unter Bildung einiger Prozent Titanoxycarbid der Luft ausgesetzt worden ist, zugelassen werden. Wenn aber die Pulverbestandteile erst einmal miteinander vermählen worden sind und sich in einem hochgradig reaktionsfähigen Zustand befinden, findet leicht eine Oxydation, besonders der Metalle, statt, und diese soll vermieden werden.

Gefügeeigenschaften

Abgesehen von der Kennzeichnung der erfindungsgemäßen Werkstoffe auf der Grundlage ihrer Bestandteile können die Werkstoffe auch nach ihren Gefügeeigenschaften gekennzeichnet werden.

(a) Einander durchsetzende dreidimensionale Netzwerke

Die Werkstoffe gemäß der Erfindung kennzeichnen sich dadurch, daß sie aur. zwei einander durchdringenden dreidimensionalen Netzwerken bestehen, nämlich einem Netzwerk aus Aluminiumoxid und einem Netzwerk aus mctallgebundcncm Carbid.

Die Wirkung der Anwesenheit dieser beiden Netzwerke ist zwar noch nicht vollständig aufgeklärt; man nimmt jedoch an, daß sie wesentlich zu den ungewöhnlichen Eigenschaften der Werkstoffe gemäß der Erfindung beitragen, indem sie zur Bildung von Werkstoffen führen, die viel fester und sioßbestandiger sind als die herkömmlichen keramischen spanabhebenden Werkzeuge aus Aluminiumoxid.

Die Anwesenheit dieser beiden zusammenhängenden Netzwerke kann durch Analyse der dichten Werkstoffe festgestellt werden. Das Zusammenhängen des Aluminiumoxid-Netzwerks kann festgestellt werden, Indem man das Carbid und das Metall durch anodisches Atzen In 10%leer Ammonlumblfluorldlösung'entfernt. Durch dieses Atzen wird zwar das Aussehen des Werkstoffs nicht verändert, jedoch wird das elektrisch leitende Material aus dem äußeren Teil der Masse In der Nähe der Oberfläche entfernt, und es entsteht eine nichtleitende Oberfläche mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von mehr als 100 000 μ-Ohm · cm. Als Beweis für das Zusammenhängen der Aluminiumoxid phase dient die feste zusammenhängende Oberfläche, die trotz des offenbaren Bntfernens des leitfähigen Materials vorhanden 1st.

Ein einfaches Verfahren, um alles Metall und Carbid aus den Werkstoffen gemäß der Erfindung zu entfernen und das Vorhandensein eines dreidimensionalen Gerüstes aus Aluminiumoxid nachzuweisen, besteht darin, daß man kleine Stäbe aus dem Werkstoff in ein Gemisch aus 25 ml 12%iger Flußsäure und 5 ml 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 Anwesenheil einer zusammenhängenden Phase

i_S 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 Widerstund von weniger als 1000 μ-Ohm · cm.

(b) Wärmeausdehnungskoeffizienten

Die Werkstoffe gemäß der Erfindung kennzeichnen ju sich ferner dadurch, daß die beiden zusammenhangenden, einander durchsetzenden Netzwerke sehr ähnlicht Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Die War· meau8dehnungskoeffizlenten der Alumlnlumoxldphass sowie der Carbid- und Metallphase liegen be ss Temperaturen von Raumtemperatur bis 538" C zwl schen7,2 · 10-«und9 · 10-^ecm/cm/^eG

Infolge der Ähnlichkeit dieser Worte halten Schnei den aus den Werkstoffen gemäß der Erfindung äußere starke Temperaturänderungen aus, ohne daß dabe hblih Wä f Di Wkf

g g ptg al

auch In bezug auf die Ausbildung von WärmesprUngei In der Oberfläche.

(c) Homogenität und feinkörniges Gefüge

Die Werkstoffe gemäß der Erfindung sind felnkörnli der mittlere Korndurchmesser ist kleiner als IO μ un

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 Verdichtung 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 sieh daraus ergebenden Trennung der Komponenten durch Vermelden 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 Welse durchgeführt. Zur Erzielung der günstigsten Mahlbedingungen wird die Mühle gewöhnlich zur Hälfte mit Mahtkörpern, 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 Pulvorgewinnung erfolgt ebenfalls unter einer Inerten Atmosphäre. Das gewonnene Pulver wird gewöhnlich Im Vakuum bei Temperaturen von etwa ISO 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 heißverpreßt werden, werden sie zunächst ohne Anwendung von Druck in die Preßform ο eingebracht und in den erhitzten Bereich der Heißpresse eingeführt, damit flüchtige Verunreinigungen entweichen können, bevor die Masse verdichtet wird. Der volle Druck wird erst zur Einwirkung gebracht, wenn die Höchsttemperatur erreicht oder nahezu erreicht ist Die Höchsttemperaturen liegen je nach der Menge des Eisenmetalls im Bereich von 1400 bis 1900⁰C und betragen gewöhnlich 1600 bis 1800⁰C. Die Höchstdrükke liegen im Bereich von 35 bis 280 kg/cm², wobei die niedrigeren Drücke gewöhnlich zusammen mit niedrigeren Temperaturen für Werkstoffe mit hohem Metallgehalt angewandt werden, besonders wenn das Metall reich an Eisen, Kobalt, Nickel oder Gemischen derselben ist. Umgekehrt bedient man sich höherer Drücke und Temperaturen für metallarme Zusammen-Setzungen, besonders wenn das Metall vorwiegend aus Molybdän oder Wolfram besteht.

Bei höheren Temperaturen und Drücken wird eine gewisse Menge der niedriger schmelzenden Metalle bei der Verdichtung aus der Masse ausgequetscht. Diese jo Erscheinung kann mit Vorteil ausgenutzt werden, indem man dem Ausgangsgut etwas mehr als die gewünschte Menge an Eisenmetall zusetzt und dann bei hohen Temperaturen und Drücken arbeitet. Hierbei wird etwas von dem Eisenmetall ausgequetscht, man erhält den gewünschten Metallgehalt, und das überschüssige geschmolzene Metall wirkt beim Pressen als Schmiermittel und Sinterhilfsmittel. Hierdurch kann die Bildung von Hohlräumen trotz der äußerst hitzebeständigen Natur des fertigen Werkstoffs verhindert werden.

Es ist wesentlich, daß die Masse nicht auf eine höhere Temperatur und für eine längere Zeitdauer erhitzt wird, als erforderlich, um die Poren zu entfernen und die gewünschte Dichte zu erreichen. Solche höheren Temperaturen und längeren Zeiträume führen /u einem unerwünschten Kornwachstum und einer entsprechenden Vergröberung des Gcfügcs und können sogar die Entwicklung einer sekundären Porosität durch Rekristallisation oder die Bildung unerwünschter Phuscn zur Folge haben.

Wie nachstehend gezeigt wird, wird das Vorpressen für die bevorzugten Produkte gemäß der Erfindung gewöhnlich bei Temperaturen im Bereich von 1700 bis 1900^eC durchgeführt, und die Höchsttemperatur komm) weniger als 30 Minuten, gewöhnlich nicht länger als 10 Minuten und vorzugsweise nicht länger als 5 Minuten zur Einwirkung, worauf das Produkt aus der heißen Zone entfern« wird. Auf diese Welse werden die Werkstoffe gemäß der Erfindung derart verdichtet, daC die Poren entfernt werden und die maximale Dicht« ohne Rekristallisation erreicht wird. Solche Erzeugnisse kennzeichnen sich durch Ihre Peinkörnigkelt und Ihr« ausgezeichnete Querbruchfestigkeit.

Die Werkstoffe gemäß der Erfindung, besonder! diejenigen mit hohem Metallgehalt und kleiner Teilchen, können auch durch Kaltpressen und Sintert unter hohem Vakuum verdichtet werden, sofern mat nur die oben angegebene Begrenzung für die Mindest slnterzelt bei der höchsten Temperatur beachtet

Vorzugsweise wird das Pulver isostatisch in einer geschlossenen Gurnmiform verpreßt, die sich in Wasser in einer isostatischen Presse befindet, welche imstande ist, auf hydraulischem Wege hohe Drücke (42(X) kg/cm²) zur Einwirkung zu bringen. s

Gewerbliche Verwertbarkeit

Die Werkstoffe gemäß der Erfindung können für verschiedene Arten von spanabhebenden Werkzeugen verwendet werden, die für zahlreiche Anwendungs- _]0 zwecke bestimmt sind. Sie können zu genormten Einweg-Einlagen verformt oder geschnitten werden, die sich zum Drehen, Bohren oder Fräsen eignen. Ebenso können sie an metallgebundene Carbide oder Werkzeugstähle gebunden oder mit diesen zu Schichtstoffen , _s zusammengefügt werden, um nachschleifbare Werkzeuge herzustellen. Sie eignen sich allgemein für die Zerspanung von Eisenmetallen, wie zum Drehen, Fräsen und Schneiden von gehärteten Stählen, Stahllegierungen, Gußeisen, Gußstahl, Nickel, Nickel-Chrom-Legierungen. Nickel- und Kobalt-Superlegierungen, sowie zur spanabhebenden Bearbeitung von nichtmetallischen Werkstoffen, wie Schichtstoffen aus Glasfasern und Kunststoff, sowie keramischen Massen.

Die Werkstoffe gemäß der Erfindung eignen sich am besten zum Schneiden bzw. Fräsen von Metallen mit sehr hohen Geschwindigkeiten, z. B. von Stahllegierungen mit 245 Oberflächen-m je Minute und von Gußeisen mit 365 Oberflächen-m je Minute, weil die Werkstoffe eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Kraterbildung ,₀ und Kantenverschleiß aufweisen und bei höheren Temperaturen eine gute Härte behalten. In Anbetracht ihrer guten Wärmeschockbeständigkeit eignen sie sich besonders zur Ausführung wiederholter kurzer Schnitte oder anderweitig unterbrochener Schnitte, wenn die ^ Temperatur der Schneidkante schnell schwankt.

Die erfindungsgemäßen Werkstoffe können auch ganz allgemein als hitzebeständige Werkstoffe, /.. B. für Fadenführungen, Lager, vcrschlcißbeständige Maschinenteile, sowie als Schleifgrieß in harzgebundenen .,_u Schleifscheiben und Schneidklingen, verwendet werden. Außerdem eignen sich die Werkstoffe für viele Anwcndungszwcckc, bei denen ihre Kombination von Hitzebeständigkeit, elektrischer Leitfähigkeit, mctallophiler Natur und Warmeschockbestilndigkeit von ^ Vorteil ist, z. B. zur Herstellung von elektrisch leitendem keramikartigem SchlcifgricQ für Schleifscheiben, die zum elektronischen Schleifen bestimmt sind.

In den folgenden Beispielen bezichen sich Teile und Prozentangaben, falls nichts anderes gesagt ist, auf _>0 Gewichtsmengen.

Beispiel 1

In diesem Beispiel besteht der Werkstoff zu 70 Volumprozent aus Aluminiumoxid, zu 25 Volumprozent aus Tltancarbid und zu 5 Volumprozent aus Metall, das seinerseits aus gleichen Gewichtstellen Molybdän und Nickel besteht.

Das Aluminiumoxid In Form von sehr (einteiligem «•Aluminiumoxid wird hergestellt, Indem man kollolda· ten Böhmlt 18 Stunden an der Luft auf 35O⁰C erhitzt, dann die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von lOO'C/Std. auf eine Zieltemperatur von 1200⁰C erhöht und diese 24 Stunden innehält. Wenn eine Probe des Produktes nach dem Kühlen 16 Stunden mit 24%lger 6j wäßriger Flußsäure behandelt wird, erweist sie steh als zu 88% unlöslich, was bedeutet, daß sie einen Oehalt an «•Aluminiumoxid von 88¹Vb hat. Die spezifische Oberfläche des in Flußsäure unlöslichen Aluminiumoxids beträgt 8,6 m²/g, bestimmt durch Stickstoffadsorption nach der Methode von Brunauer, Emmett und Teller. Diese spezifische Oberfläche entspricht einem mittleren Kristallitdurchmesser des «-Aluminiumoxids von 175 ιπμ. Unter dem Elektronenmikroskop erscheint das «-Aluminiumoxid in Form von Aggregaten aus Aluminiumoxidkristallen mit Durchmessern von 100 bis 300 πιμ.

Das zu verwendende Tttancarbid hat eine Nennteilchengröße von 2 μ und eine spezifische Oberfläche von 3 m²/g, bestimmt durch Stickstoffadsorption. Eine elektronenmikroskopische Aufnahme zeigt, daß die Titancarbidkörner einen Durchmesser von etwa 2 μ haben und zu lockeren Aggregaten zusammengeballt sind. Der Kohlenstoffgehalt beträgt 19,0%, und die Sauerstoffanalyse ergibt einen Titandioxidgehalt von 2,5%.

Das Molybdänpulver hat Korngrößen von weniger als 44 μ, eine durch Stickstoffadsorption bestimmte spezifische Oberfläche von 0,29 m²/g und eine durch Verbreiterung der Röntgenbeugungslinie bestimmte mittlere Kristallgröße von 354 mu- Eine elektronenmikrophotographische Aufnahme zeigt, daß das Molybdänpulver aus Körnern von '/2 bis 3 μ Durchmesser besteht, die zu offenen Aggregaten zusammengeballt sind. Die chemische Analyse des Pulvers ergibt 0,2% Sauerstoff und keine sonstigen Verunreinigungen in Mengen über 0,05 Gewichtsprozent.

Das Nickel wird in Form eines feinen Pulvers verwendet, das 0,15% Kohlenstoff, 0,07% Sauerstoff und weniger als 0,03% Eisen enthält. Die spezifische Oberfläche des Nickelpulvers beträgt 0,48 m²/g, und sein Röntgenbeugungsspektrum zeigt nur Nickel an, das zufolge der Linienverbreiterung eine Kristallitgrößc von 150 πιμ aufweist. Unter dem Elektronenmikroskop besteht das Pulver aus polykristallinen Körnern von 1 bis 5 μ Durchmesser,

Die Pulver werden vermählen, indem man eine 1,3 1 fassende Stahlwalzcnmühle von 15 cm Durchmesser mit 6000 g vorbehandclten zylinderförmigcn Mahlkörpern aus mit Kobalt gebundenem Wolframcarbid von 6,35 mm Länge und 6,35 mm Durchmesser und außerdem mit 375 ml gesättigten Paraffinkohlenwasserstoffcn mit einem Siedepunkt von etwa 130°C beschickt. Dann werden 83,6 g <x Aluminiumoxid, 47,0 g Titancarbidpulvcr, 7,65 g Molybclanpiilvcr und 6,68 g Nickclpulvcr hinzugefügt.

Hierauf wird die Mühle verschlossen und 5 Tage mit 90 Umdr^Mtn. umlaufen gelassen. Die Mühle wird geöffnet und der Inhalt mit Ausnahme der Mahlkörper aus der Mühle ausgetragen. Dann wird die Mühle mehrmals mit den oben angegebenen Kohlenwasserstoffen ausgespült, bis alle vermahlenen Feststoffe daraus entfernt sind.

Das vermahlene Pulver wird in einen Vakuumverdampfer übergeführt, und die überschüssigen Kohlenwasserstoffe werden dekantiert, nachdem sich das In Suspension befindliche Material abgesetzt hat. Der nasse Rückstandskuchen wird dann Im Vakuum unter Wärmeeinwirkung getrocknet, bis die Temperatur Im Verdampfer 200 bis 300" C und der Druck weniger als 0,1 mm Hg beträgt. Danach geht man mit dem Pulver nur noch unter Luftausschluß um.

Das trockene Pulver wird unter Stickstoff durch ein Sieb mit 0,21 mm Maschenweite gesiebt und in verschlossenen Kunststoffbehältern unter Stickstoff aufbewahrt.

t.

Aus diesem Pulver wird ein verdichteter Barren hergestellt, indem das Pulver in einer zyHnderförmigen Graphitform mit einem zyHnderförmigen Hohlraum von 25,4 mm Durchmesser, die an beiden Enden mit dicht passenden Kolben versehen ist, heißgepreßt wird, Ein Kolben wird an einem Ende des Formhohlraums an Ort und Stelle festgehalten, während 17,5 g Pulver unter Stickstoff in den Hohlraum eingegeben und durch Drehen der Form und leichtes Klopfen auf die Seitenwände gleichmäßig verteilt werden. Dann wird der obere Kolben unter Handdruck eingesetzt. Die so zusammengesetzte Form mit ihrem Inhalt wird dann in die Vakuumkammer einer Vakuumheißpresse verbracht, in senkrechter Stellung gehalten, und die nach oben und nach unten gerichteten Kolben werden von den einander gegenüber angeordneten Graphitpreßstempeln der Presse unter einem Druck von etwa 7 bis 14 kg/cm² beaufschlagt Innerhalb einer Minute wird die Form in die heiße Ofenzone gehoben, die sich auf 1000⁰C befindet, und die Ofentemperatur wird sofort gesteigert, wobei die Preßstempel in ihren Stellungen verriegelt sind, so daß sie sich während der Aufheizperiode nicht mehr bewegen können. Die Temperatur wird in 10 Minuten von 1000 auf 180O⁰C gesteigert und die Form noch weitere 2 Minuten auf 1800⁰C gehalten, um die gleichmäßige Erhitzung der Probe zu gewährleisten. Dann wird durch die Kolben 4 Minuten ein Druck von 280 kg/cm² zur Einwirkung gebracht Sofort nach dem Verpressen wird die Form mit ihrem Inhalt, während sie sich noch zwischen den einander gegenüberstehenden Preßstempeln befindet, aus dem Ofen in einen kühlen Bereich übergeführt, wo sie innerhalb 5 Minuten auf Dunkelrotglut abgekühlt wird.

Dann wird die Form aus dem Vakuumofen entfernt und der Barren aus der Form herausgenommen und mit dem Sandstrahlgebläse von anhaftenden Kohlenstoff befreit.

Das heißgepreßte Produkt ist unporös, indem es bei lOOOfacher Vergrößerung keine sichtbaren Poren aufweist. Strukturmäßig besteht die Masse aus äußerst feinen, zusammenhängenden, sich einander durchsetzenden Netzwerken aus polykristallinem a-Aluminiumoxid und metallgebundenem Titancarbid.

Die Masse hat einen spezifischen elektrischen Widerstand von 2000 μ-Ohm ■ cm. Dieser Grad von Leitfähigkeit bedeutet das Vorhandensein der leitfähigen Bestandteile des Gefüges, nämlich des Metalls und des Titancarbids, in Form einer zusammenhängenden Phase. Elektronenmikrophotographische Aufnahmen zeigen eine sehr feinkörnige Struktur, wobei nur wenige Körner größer als 1 oder 2 μ sind. Das Aluminiumoxid ist im allgemeinen die gröbste Phase.

Das Zusammenhängen der Aluminiumoxidphase ist zu erkennen, wenn man das Titancarbid und das Metall aus dem Werkstoff durch 24 Stunden langen anodischen Angriff in Ammoniumbifluoridlösung entfernt. Hierbei hinterbleibt an der Oberfläche eine elektrisch nichtleitende poröse Schicht, die dem unbewaffneten Auge unverändert erscheint, sich jedoch unter dem Elektronenmikroskop als infolge des Herauslösens der elektrisch leitenden Bestandteile porös erweist.

Die chemische Analyse ergibt außer Aluminiumoxid, Titancarbid, Molybdän und Nickel die Anwesenheit von etwa 2 Gewichtsprozent Eisen, die wahrscheinlich auf den Abrieb der Mühle zurückzuführen sind, und 4 Gewichtsprozent Wolfram, wahrscheinlich in Form von Wolframcarbid, sowie 0,5 Gewichtsprozent Kobalt, die beide wahrscheinlich durch den Abrieb der Mahlkörper aufgenommen worden sind.

Aus dem Barren von 25,4 mm Durchmesser und 7,6 mm Dicke wird aus der Mitte ein quadratisches Stück mit Seitenlangen 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

Das quadratische Mittelstück wird zu einer Schneide von 12,7 ■ 12,7 · 4,7625 mm fertigyerarbeitet, 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 Schneidzahv in einer Fräse von 10,16 cm Durchmesser verwendet, um 5,08 cm breite Graugußstäbe (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 Schnittiefe 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.

Öie 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 crr Stablänge je Schneidzahn, bevor sie vollständig versagen.

Beispiel 2

Man arbeitet nach Beispiel 1, wobei die Bestandteil« in solchen Mengenverhältnissen angewandt werden daß der heißgepreßte Werkstoff 60 Volumprozen Aluminiumoxid, 35 Volumprozent Titancarbid und ί Volumprozent Metall enthält das seinerseits zu 5( Gewichtsprozent aus Nickel und zu 50 Gewichtsprozen aus Molybdän besteht.

Eine aus diesem heißgepreßten Werkstoff nacl

Beispiel 1 hergestellte Schneide arbeitet außergewöhnlich gut als Frässchneide bei Metallfräsversuchen ähnlich demjenigen des Beispiels 1.

Beispiele 3bis 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 verwen- ι ο deten 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 mVg.

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 mVg.

Eisen:

(Baker and Adamson) Gereinigt, reduziert und 3 Tage in der Eisenkugelmühle vermählen, spezifische Oberfläche I,5m²/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 mVg und einemSauerstoffgehalt 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 Kohleiiwasserstofföls verwendet.

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

C. 6000 g Mahlkörper aus mit Kobalt gebundenem Wolframcarbid werden in einer 1,31 fassenden Stahlmühle mit 375 ml des obengenannten Kohlenwasserstofföle verwendet.

Die in der nachstehenden Tabelle mit I, II und III bezeichneten Preßverfahren entsprechen den allgemeinen Bedingungen des Beispiels 1 mit den folgenden Maßgaben:
L Die Form mit der Probe wird in die heiße Zone bei

einer Temperatur von 1500° C eingebracht
H. Die Form mit der Probe wird in die heiße Zone bei

einer Temperatur von 1175⁰C eingebracht.
III. Die Form mit der Probe wird in die heiße Zone bei

einer Temperatur von 1000° C eingebracht
Die in der nachstehenden Tabelle mit 1, 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 örtliche Flankenverschleiß werden nach 10 Minuten langem Trockendrehen bestimmt.

2. Planfrästest mit einem einzigen Schneidzahn mit AISI 4340-Stah! (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 Schntttiefe 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 is1 negativ. Der gleichmäßige und der örtliche Flankenverschleiß werden nach 10 Minuten Trok kendrehen bestimmt.

Beispiel	Volumprozent	Pulverzusammensetzung	Carbid	Metall	5	6,68 Ni
	Gramm	AI2O3	45TiC			31,8
3	Gewichtsprozent	50	59	14,4 W
	Volumprozent	59,5		68,2	10	21,35 Ni
	Gramm		40TiC			77,8
4	Gewichtsprozent	50	59,30	6,185 Mo
	Volumprozent	59,75		22,2	5	6,2Ni
	Gramm		35TiC			46,8
5	Gewichtsprozent	60	52	7,6 Mo
	Volumprozent	71,8 (XA-16)		53,2	10	25,35 Ni
	Gramm		40TiC			94,5
6 *	Gewichtsprozent	50	59,20	1,495 Mo
	Volumprozent	59,75		5,5	5	16,5 Ni
	Gramm		55TiC			46,0
7	Gewichtsprozent	■ 40	200,5	18,9 Mo
	117,5		54,0

17

18

Fortsetzung

Beispiel

Pulverzusammensettung

Carbid Metall

8	Volumprozent	30
	Gramm	35,7
	Gewichtsprozent
9	Volumprozent	20
	Gramm	23,8
	Gewichtsprozent
10	Volumprozent	50
	Gramm	59,5
	Gewichtsprozent
11	Volumprozent	70
	Gramm	83,5
	Gewichtsprozent
12	Volumprozent	60
	Gramm	71,8
	Gewichtsprozent
13	Volumprozent	60
	Gramm	71,3
	Gewichtsprozent
14	Volumprozent	60
	Gramm	71,5
	Gewichtsprozent
15	Volumprozent	70
	Gramm	83,5
	Gewichtsprozent
16	Volumprozent	70
	Gramm	83,5
	Gewichtsprozent

50TiC	30,6 Mo 53,3
74,0	11,5Mo 51.7
72.ίί TiC 107,2	1,53 Mo 54,5
49 TiC 72,ii	7.64 Mo 53,5
25 ZrC 513	14,46 W 56,5
35 TiC 51,9	14,46 W 68,5
35TiC 51,fi6	10,15 Mo 26,5
30 TiC 51,8	21,05 Mo 91
22,:> TiO 28,2	7,64 Mo 53.5
25 HfC 95

20

7,5

10

7,8

26.7 Ni 46,7

10.8 Ni 48,7

1,34Ni 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

Fortsetzung der Tabelle

Beispiel Herstellung und Verarbeitung Querbruchfestigkeit, Metallschneidversuche

Mahlbedingungen Heißpreßverfahren kg/mm* Art des Versuchs Verhalten

3	A	I	119,5	1	sehr gut
				2	ausgezeichnet
				3	ausgezeichnet
4	A	I	126,5	1	sehr gut
				2	sehr gut
				3	ausgezeichnet
5	A	I	119,5	1	ausgezeichnet
				2	ausgezeichnet
				3	ausgezeichnet
6	A	I	105,5	1	gut
				2	gut
				3	ausgezeichnet
7	B	II	120,9	1	gut
				2	sehr gut
				3	ausgezeichnet
8	C	II	109	2	sehr gut
9	C	III	140,6	2	sehr gut
10	C	II	95,6	1	sehr gut
				2	gut
11	A	I	94,9	1	gut
				2	gut
				3	ausgezeichnet
12	A	I	87,9	1	gut
				2	gut
				3	ausgezeichnet

	19	18	I	Hierzu 2	09 756	/2-	20	gut gut
Fortsetzung		Herstellung und Verarbeitung Mahlbedingungen Heißpreßverfahren			Querbruchfestigküt, kg/mm²		ausgezeichnet
Beispiel	A	1	9i,4		gut ausgezeichnet
13				Mctallschneidversuche Art des Versuchs Verhalten	ausgezeichnet
	A		121,5	1 2	sehr gut
14		1		3	sehr gut
		I		1 2	gut gut
	A		94,9	3	sehr gut
15	A	87,9	1
16			3
		Blatt Zeichnungen	1 2
	3

Claims

Patentansprüche:

1. HartmetaU-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 10μ aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß er aus zwei einander durchsetzenden dreidimensionalen Netzwerken besteht, nämlich einem Aluminiumoxid-Netewerk 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 Gewichtspro- 1 _s zent 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, 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 47 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.