DE1927111B2 - Hartmetall - Google Patents

Description

6. Hartmetall nach Anspruch 2 und 3, bei dem 25 systems der Elemente besteht. In diese Gruppen fallen das Bindemetall aus 40 bis 60 Gewichtsprozent mehr als die Hälfte aller derjenigen Metalle, die für eine Nickel und 40 bis 60 Gewichtsprozent Molybdän ■ Herstellung von Legierungen überhaupt in Betracht besteht. kommen. Hinsichtlich der qualitativen und quantitativen Zusammensetzung der Carbide ist diese öster-

30 reichische Patentschrift sehr allgemein gehalten. Die

erfindungsgemäßen Hartmetalle, die, wie weiter unten

ausgeführt wird, durch ganz bestimmte kritische Merkmale gekennzeichnet sind, können aus der öster-

Die Erfindung betrifft Hartmetalle aus Eisen und/ reichischen Patentschrift nicht herausgelesen werden, oder Kobalt und/oder Nickel und Wolfram und/oder 35 Analoge Betrachtungen gelten für die französische Molybdän sowie Aluminiumoxid und Carbiden, die Patentschrift 1 167 166, in der Hartlegierungen mit sich für hochwertige Schneidwerkzeuge eignen. keramischen Anteilen beschrieben sind. Diese Hart-

Schneideinsätze oder -auflagen aus Carbiden, wie legierungen enthalten Metallcarbide von Metallen aus Titancarbid, und Metallen wie Nickel und Molybdän, der 4., 5. und 6. Gruppe des Periodensystems der sind allgemein bekannt und in der Technik eingeführt 40 Elemente und zusätzlich ein Oxid. Auch aus der fran-(vgl. USA.-Reissue-Patentschrift 25 815). Solche Werk- zösischen Patentschrift sind die spezifischen Bedingunzeuge ermöglichen ein wirksames Schneiden von gen, die eingehalten werden müssen, damit man die Metall, haben jedoch den Nachteil, beim Einsatz bei erfindungsgemäßen Hartmetalle erhält, nicht heraussehr hoher Geschwindigkeit beim Drehen oder Fräsen zulesen.

von Stahl durch Wärmerißbildung zu versagen. Dies 45 Es ist überraschend, daß ein Zusatz kleinerer Mengik besonders für das Schnellfräsen von Stahl. Man gen an Aluminiumoxid zu einer Kombination von sollte hier erwarten, daß solche Werkzeuge auf Grund Metallcarbiden und Metallen, wie er gemäß der Erihrer verhältnismäßig hohen Festigkeit einen Vorteil findung erfolgt, nicht zur Verstärkung des Wärmegegenüber spröden Keramikwerkzeugen bieten sollten, rißbildungseffektes und Erhöhung der Sprödigkeit aber sie versagen durch stückweises Herausbrechen. 50 solcher Stoffzusammensetzungen führt. Noch darüber Das Herausbrechen beruht anscheinend auf Rissen, hinaus hat sich gezeigt, daß in engen Zusammendie durch die hohen, an der Schneidkante erzeugten Setzungsbereichen Kombinationen der vier Kompo-Temperaturen und die raschen Temperaturwechsel nenten gemäß der Erfindung Schneiden mit in ungeherbeigeführt werden, die sich aus der diskontnuier- wohnlich günstiger Weise ausgewogenen Eigenschaften liehen Natur des Schneidens beim Fräsvorgang, bei 55 liefern. So ergeben Titan-, Zirkonium- oder Hafniumdem jeder Schneideinsatz wiederholt in den Werkstoff carbid oder deren Mischungen, ein Metall der Eiseneindringt und diesen wieder verläßt, ergibt. gruppe, Wolfram oder Molybdän und eine kleinere Das Aluminiumoxid ist stark wärmeschockempfind- Menge an Aluminiumoxid bei der Vereinigung innerlich und spröde. Das hierdurch bei Keramikschneid- halb der nachstehenden Mengenanteilsgrenzen und werkzeugen auftretende Problem ist durch Versuche 60 mit der nachstehenden Gefügecharakteristik eine zur Herstellung von metallgebundenen Aluminium- Schneide, die fest und hochverschleißbeständig ist und oxiden oder Cermets nicht gelöst worden (vgl. die eine hohe Beständigkeit gegen Wärmerißbildung bebritischen Patentschriften 841 576 und 821 556 und sitzt.

die deutsche Patentschrift 1 072 182). Im Ergebnis Gegenstand der Erfindung ist ein Hartmetall mit

finden solche Materialien keine technische Verwendung 65 einer durchschnittlichen Korngröße von unter 10 Mials Schneidwerkzeuge. krön, bestehend aus 1 bis 20 Volumprozent Bindein der deutschen Auslegeschrift 1 041 851 werden metall, das aus insgesamt 5 bis 90 Gewichtsprozent entweder Metalle der Eisengruppe oder Wolfram oder Eisen und/oder Kobalt und/oder Nickel und insgesamt

10 bis 95 Gewichtsprozent Wolfram und/oder Molyb- Das Aluminiumoxid soll genügend feinteilig sein,

μ* besteht, 10 bis weniger als 20 Volumprozent um die Hartmetalle gemäß der Erfindung mit einer Aluminiumoxid, Rest Primärcarbid aus der Gruppe durchschnittlichen Korngröße von unter 10 Mikron Zftkoniumcarbid und/öder Häfinumcatbid und/oder zu ergeben. Ein solches Aüsgängsalujäiniumoxid steut Titancarbid. 5 ein ^-Aluminiumoxid mit einer spezifischen Ober-

überraschenderweise zeigen die erfindungsgemäß fläche von über 2 m*/g, vorzugsweise von 5 bis 25 m-/g, zusammengesetzten Hartmetalle gegenüber ähnlichen, dar. Aluminiumoxid mit einer Endkristallitgroße von die sich aus eng verwandten Böstandteilen öder aus den unter 0,5 Mikron, iiach der Linienvefbfeiterüng in deichen, in änderen Mefigeh vorliegenden Bestand- Debye-Scherrer-Aufnahmen bestimmt, wird besonders teilen zusammensetzen, außergewöhnliche Vorteile. So to bevorzugt Ein solches Aluminiumoxid ist in hocnst Bieten die Haftmetalle gemäß der Erfindung gegenüber einfacher Weise erhältlich, indem man wasserfreies ähnlichen, größere Mengen an Aluminiumoxid ent- Aluminiumdiäcetat 3 Stünden oder länger auf 12OU L haltenden stoffen dadurch Vorteile, daß sie wohlfeiler erhitzt. _A.

Xd leichter herstellbar sind. Sie zeigen eine im Ver- Für im Handel verfügbares Aluminiumoxid fur die

deich mit metallgebundenen Carbiden erhöhte Abrieb- 15 Zwecke der Erfindung beispielhaft ist em Aluminium-Lriekeit und im Vergleich mit Keramikwerkzeugen oxid, dessen Röntgenuntersuchung «-Aluminiumoxid erhöhte mechanische Festigkeit und Zähigkeit. Auf ergibt und das eine spezifische Oberfläche von etwa Grund ihrer außergewöhnlichen Eigenschaften eignen 13 m*/g aufweist, die einer Kügelteilchengrolie von sich die Hartmetalle gemäß der Erfindung hervor- etwa 115 mm äquivalent ist.

raeend als Werkstoffe zum Schneiden und Fräsen von 20 Die weiter oben genannten Verhältnisse von Metall Fkenlefrierungen bei sehr hohen Schnittgeschwindig- der Eisengruppe zu Wolfram oder Molybdän fuhren kehen zu ausgewogenen Wärmeausdehnungskoeffizienten und

Die Zeichnung zeigt in graphischer Darstellung die damit zu den vorteilhaften Wirkungen. Von den Me-Vfeneen der Komponenten innerhalb der Zusammen- tällen der Eisengruppe wird das Nickel und von iPtzunessrenzen gemäß der Erfindung. Dieser Bereich 25 Molybdän und Wolfram das Molybdän bevorzugt Kit ausgezogenen Linien dargestellt. Das Metall der Eisengruppe und das Molybdän oder

Erfindungsgemäß geeignete Carbide sind im Handel Wolfram werden vorzugsweise in Mengen vorι 4U ms Pi-hältlich oder können nach vertrauten Methoden 80 Gewichtsprozent Metall der Eisengruppe und ZU bis !vnthetisch gewonnen werden. Die Carbiue sorgen für 60 Gewichtsprozent Wolfram oder Molybdän und in L erforderliche Härte und Festigkeit des Werkstoffs. 30 besonders bevorzugter Weise in Mengen von 4U bis < ρ sollen eine Teilchengröße von unter 5 und Vorzugs- 60 Gewichtsprozent Metall der Eisengruppe und 40 bis weise unter 2 Mikron aufweisen. Fin Ausgangs- 60 Gewichtsprozent Wolfram oder Molybdän einge-

nter 2 Mikron aufweisen. Fin Ausgangs- 60 Gewichtsprozent Wolfram oder Molybd g r_aterial mit einer 5 Mikron wesentlich überschreiten- setzt. Solche Verhältnisse führen zu einer außergewohn-T_n Teilchengröße kann durch vorheriges Mahlen auf liehen Zähigkeit der Hartmetalle gemäß der Erfindung, die akzeptable Größe gebracht werden. Naturgemäß 35 ohne eine unangemessene Erweichung des nanführt das zur Erzielung eines hohen Homogenitäts- metalls n\ ergeben ™„_r™_nt 3es angewandte Mahlen der Komponenten gemäß Eine Metallmenge von mindestens 1 Volumprozent E Erfindung zu einer gewissen Zerkleinerung des wird in dem Hartmetall benötigt, um die gewünschte Carbides und⁸der anderen Ausgangskomponenten. Zähigkeit zu erreichen, und eine Begrenzung^ der Von den Carbiden wird das Titancarbid erfindungs- 40 Menge auf 20 Volumprozent tragt dazu be. die be- «mäß bevorzugt, da es leicht verfügbar ist und zu nötigte Härte und Verschleißbestand gkeit des erfinfSstoffen führt, die sich einer ausgezeichneten Aus- dungsgemäßen Hartmetalls «^jergag«. Togenheit ihrer physikalischen Eigenschaften er- Es gibt naturgemäß in dem Bereicl· von 1 b«s n und die bei Verwendung zum Schneiden oder 20 Volumprozent an Metall ^Kom _t ^bina _o ^tlo.ⁿ^

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der lecnniK.. uic u<-_B:>.iitu.._{6 u}„. . ..„

menge auf bis zu 20 Volumprozent stellt sicher, daß 55 Wechselwirkung treten können, daß ein Teil des bei den meisten gewöhnlichen Bedingungen der Alu- Wolframs oder Molybdäns in das Carbidkristallgitter miniumoxidphase eine Kontinuität fehlt, während die eintritt. Es ist auch bekannt, daß bei hohen Tempera-Metall- und Carbidphase Kontinuität aufweisen. türen Nickel in Wechselwirkung mit Aluminiumoxid Das Aluminiumoxid kann in den Hartmetallen ge- unter Bildung kleiner Mengen an Nickeloxid -Alumimaß der Erfindung in vielerlei Formen eingesetzt 'ver- 60 niumoxid-Spinell tritt. Im Interesse der Klarheit unc den, solange es feinteilig ist. So kann es die Form des Einfachheit jedoch sind nachfolgend Angaben zun y-, ψ oder a-Aluminiumoxides oder von Mischungen Metallgehalt und zu Eisen, Kobalt, Nicket, Wolfrart derselben haben. Das «-Aluminiumoxid stellt ein dahingehend zu verstehen, daß sie sich auf die metälli

·■-'-- --U. c„™ u»,;oiiin nnrh wenn ein Teil dieser Stoff«

Hilt UUU Ua L/W !!»mn v..- ■ ·

ein Gehalt an absorbiertem Wasser, das nachteilig sein daß jeglicher Vorliegende, uoersenussige n.«!«».·.»»— kann, geringer ist. als mit Wolfram oder Molybdän vereinigt angesehei

wird, der Metallteil der dichten Hartmetalle gemäß der gesamten Metalls und Carbids aus den erfindungs-Erfindung als aus dem vorhandenen Eisen, Kobalt, gemäßen Hartmetallen und somit Aufzeigung des Nickel, Wolfram und Molybdän bestehend und das Fehlens eines Aluminiumoxid-Skeletts taucht man vorliegende Zirkonium, Hafnium und Titan als sich in kleine Stäbe des Werkstoffs (1,78 · 1,78 · 25,40 mm) der Form von Monocarbiden befindend agesehen. Das 5 in eine Mischung von 25 cm³ 12%iger Fluorwasservorliegende Aluminium wird als in der Form von Alu- stoffsäure und 5 cm³ konzentrierter Salpetersäure und miniumoxid, Al₂O₃, befindlich angesehen. beläßt sie 24 Stunden in der Säuremischung, die wäh-

Die Metalle für den Einsatz in den Hartmetallen rend dieses Zeitraums auf einem Wasserdampfbad ergemäß der Erfindung sind in Pulverform aus Handels- hitzt wird. Der nach 24 Stunden verbliebene Anteil des quellen erhältlich oder können nach bekannten io Stabes wird von Aluminiumoxid gebildet und kann Methoden hergestellt werden. Die Metallpulver sollen visuell auf das Fehlen einer Kontinuität untersucht eine Teilchengröße von unter 10 Mikron und Vorzugs- werden. Bei etwa 20 Volumprozent oder mehr Alumiweise von unter 2 Mikron haben. niumoxid liegt gewöhnlich ein mechanisch schwaches,

Vorzugsweise werden in den Hartmetallen gemäß aber selbsttragendes Gefüge und unter 20 Volumder Erfindung recht reine Komponenten eingesetzt. 15 prozent gewöhnlich kein kontinuierliches Aluminiuminsbesondere ist es erwünscht, Verunreinigungen wie oxid-Skelett vor. Die Entfernung von elektrisch leiten-Sauersloff auszuschließen, die sich nachteilig auf die den Phasen aus den 10 bis zu 20 Volumprozent Aludichten Hartmetalle auswirken würden. miniumoxid enthaltenden Werkstoffen führt gewöhn-

Andererseits sind kleinere Mengen vieler Verunrei- lieh zum Anfall von Aluminiumoxidpulver,

nigungen tolerierbar, ohne daß sich ein wesentlicher 20 Das Vorliegen einer kontinuierlichen Phase des

Verlust an den Eigenschaften ergibt. elektrisch leitenden Carbids und Metalls ist aus der

So kann das Metall durch übliche Beimengungen elektrischen Leitfähigkeit der dichten Werkstoffe geanderer Metalle, wie Titan, Zirkonium, Tantal oder maß der Erfindung ersichtlich. Die Werkstoffe gemäß Niob geringfügig verunreinigt sein, wenngleich niedrig- der Erfindung haben gewöhnlich einen spezifischen schmelzende Metalle wie Blei ausgeschlossen werden 25 Widerstand von unter etwa 500 und häufig von unter sollten. Kleine Mengen an nicht von Titan-, Zirko- 200 Mikroohm · cm.

nium- oder Hafniumcarbid gebildeten Carbiden, wie Die erfindungsgemäßen Hartmetalle kennzeichnen mehrere Prozent an Wolframcarbid, das manchmal sich auch durch Kornfeinheit in Form eines durchbeim Mahlen aufgenommen wird, können vorliegen. schnittlichen Korndurchmessers von unter 10 Mikron Selbst Sauerstoff kann in kleinen Mengen, wie sie sich 30 und vorzugsweise unter 5 Mikron. Darüber hinaus ist bei der Einwirkung von Luft auf Titancarbid unter die Korngröße in dem gesamten Hartmetall gleich-Anfall einiger weniger Prozent an Titanoxycarbid er- mäßig und homogen, und die dichten Hartmetalle gegeben, toleriert werden. Nachdem die Pulverkompo- maß der Erfindung sind im wesentlichen nicht porös, nenten miteinander gemahlen worden sind und sich in Auch die Verteilung des Aluminiumoxides in der koneinem hochreaktionsfähigen Zustand befinden, tritt 35 tinuierlichen Phase ist gleichmäßig und homogen, und jedoch eine Oxydation, besonders der Metalle, leicht allgemein gesehen, zeigt im Rahmen der konventionelein und sollte vermieden werden. len, statistischen Verteilungsgrenzen bei der Unter-

Über die Kennzeichnung der erfindungsgemäßen suchung unter dem Mikroskop bei lOOOfacher Ver-

Harimetalle auf Grundlage der Komponenten hinaus größerung jeder 100 · 100-Mikron-Bereich das gleiche

ist auch eine Kennzeichnung der Werkstoffe auf Grund- 4° Aussehen,

lage ihrer Gefügecharakteristik möglich. Es kann »ein, daß die Kornfeinheit der erfindungs-

Für die erfindungsgemäßen Hartmetalle ist bezeich- gemäßen Hartmetalle zumindest zum Teil für die gute

nend, daß sie feingekörntes Aluminiumoxid in einer Beständigkeit gegen Wärmerißbildung verantwortlich

kontinuierlichen Phase von Carbid und Metall verteilt ist. Sie trägt zusammen mit der Honiügeuitäi und ge·

enthalten. 45 ringen Porosität auch zu der Abriebfestigkeit der Hart-

Obwohl die Auswirkungen der Aluminiumoxid- metalle gemäß der Erfindung bei. Metalleinschlüsse ir

körner und der kontinuierlichen Carbid-Metall-Phase Art der Carbideinschlüsse in Gußeisen führen zurr

nicht vollständig bekannt sind, wird doch angenom- Abrieb selbst der härtesten Schneidwerkzeuge au;

men, daß ihr Vorhandensein wesentlich zu den unge- metaligebundenem Carbid. Dessen ungeachtet sine

wohnlichen Eigenschaften der erfindungsgemäßen 50 die Werkstoffe gemäß der Erfindung sehr abrieb

Hartmetalle beitragen, die eine viel höhere Festigkeit fest.

und größere Schlagzähigkeit als herkömmliche Titan- Die Herstellungsweise der erfindungsgemäßen Hart

carbid-Schneidwerkzeuge oder Aluminiumoxid-Kera- metalle ist insofern wichtig, weil sie viele Eigenschafter

mikschneidwerkzeuge aufweisen. der Hartmetalle bestimmt So stehen der Einsatz fein·

Das Vorliegen der in der Carbid-Metall-Phase ver- 55 körniger Ausgangsmaterialien und das gründlich«

teilten Alummiumoxidkörner läßt sich an Hand einer Mahlen der gemischten Komponenten in direkter Be

Analyse des dichten Hartmetalls bestimmen. Das ziehung zu der Kornfeinheit und gleichmäßiger

Fehlen eines kontinuierlichen Aluminiumoxid-Netz- Homogenität der Hartmetalle. Andere Vorkehrunger

werks ist feststellbar, indem man das Carbid und bei der Herstellung, die wichtige Auswirkungen auf dif

Metall durch anodisches Ätzen in 10°/oiger Ammo- 60 Produkte haben, sind:
niumfluoridlösung entfernt Eine solche Ätzung ent-

■^ete"^fcA*5Sf¥_J ^Y011»^<^!.^<Y' '· °k Verhinderung einer übermäßigen Verunremi

einem elektrischen Widerstand von über 100000 Mikro- 65

ohm · cm führen, wenn das Aluminiumoxid als konti- 2. Ein Warmpressen oder Sintern bei Bedingungen

nuierliche Phase vorliegen würde. welche das Entweichen von flüchtigen Stoffen er

Nach einer bequemen Methode zur Entfernung des lauben, bevor die Verdichtung erfolgt

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3. Die Vermeidung einer unangemessenen Absorption von Kohlenstoff aus Preßformen durch Begrenzung des Kontaktes mit diesen während absorptionsfördernde Bedingungen vorliegen.

4. Die Vermeidung überhöhter Komponentenrekristallisation und sich daraus ergebender Ausscheidung, indem eine längere Einwirkung sehr hoher Temperaturen vermieden wird.

Das Mahlen der Komponenten zur homogenen Vermischung derselben und Erzielung sehr geringer Korngrößen wird nach gebräuchlichen Praktiken durchgeführt. Optimale Mahlbedingungen werden gewöhnlich mit einem zur Hälfte mit einem Mahlmittel, wie Kugeln oder Stangen aus kobaltgebundenem Wolframcarbid, beschickten Mahlwerk, einem flüssigen Medium, wie einem Kohlenwasserstofföl, einer inerten Atmosphäre und Mahlungszeiten von einigen Tagen bis zu mehreren Wochen und unter Durchführung auch der Pulvergewinnung in einer inerten Atmosphäre erhalten. Das gewonnene Pulver wird gewöhnlich unter Vakuum bei Temperaturen in der Gegend von 150 bis 200° C getrocknet, worauf man das Gut sichtet und aufbewahrt, was, wenn gewünscht, in einer inerten Atmosphäre erfolgt.

Die erfindungsgemäßen Hartmetalle werden gewöhnlich durch Kaltpressen und Sintern oder durch Sintern unter Druck zu dichten, porenfreien Körpern verfestigt. Nach einer bevorzugten Verfestigungsmethode werden die durchmischten Pulver unter Vakuum in einer Graphitform warmgepreßt.

Zum Warmpressen gibt man die Pulver in die Form und bringt sie in die beheizte Zone der Warmpresse ohne Anwendung von Druck ein, so daß flüchtige Verunreinigungen entweichen können, bevor die Verdichtung des Werkstoffs erfolgt. Der volle Druck wird gewöhnlich bei der Maximaltemperatur oder nahe derselben zur Einwirkung gebracht

Die von der vorliegenden Menge an Metall der Eisengruppe abhängenden Maximaltemperaturen liegen im Bereich von 1400 bis 1900° C und gewöhnlich zwischen 1600 und 1800⁰C. Die Maximaldrücke reichen von 35 bis 281 at, wobei man bei Werkstoffen von hohem Metallgehalt, insbesondere bei an Eisen, Kobalt, Nickel oder deren Mischungen reichem Metall, gewöhnlich niedrigere Drücke in Verbindung mit niedrigen Temperaturen anwendet. Umgekehrt werden bei Werkstoffen geringen Metallgehalts, insbesondere bei überwiegend von Molybdän oder Wolfram gebildetem Metall, höhere Drücke und Temperaturen an-

gewandt.

Bei höheren Temperaturen und Drücken besteht bei der einen oder anderen niedrigerschmelzenden Metallkomponente naturgemäß eine Tendenz, während der Verdichtung einer Herausquetschung aus den Werk-Stoffen zu unterliegen. Diese Tendenz kann in vorteS-hafter Weise ausgenutzt werden, indem man von einer etwas größeren als der gewünschten Menge an Metall der Eisengruppe ausgeht und bei hoher Temperatur "rad hohem Druck arbeitet Durch diese Arbeitsweise wird eine Herausquetschung von etwas Metall der Eisengruppe unter Ausbildung des gewünschten Metallgehalts erhalten, und das eliminierte, geschmolzene Metall wirkt als Gleitmittel und SraterhüTsmittel während des Pressens. Auf diese Weise lassen sich Hohlräume trotz der schwerschmelzbaren Natttr des Endwerkstoffs eliminieren.
Es ist wichtig, den Werkstoff nicht auf eine höhere Temperatur oder länger zu erhitzen als es zur Eliminierung von Porosität und Erreichung der Dichte notwendig ist. Solche höheren Temperaturen oder längere Erhitzungszeiten würden zu einem unerwünschten Kornwachstum und einer resultierenden Vergrobung des Gefüges führen und können sogar zur Ausbildung von Sekundärporosität auf Grund von Rekristallisation oder zur Bildung von unerwünschten Phasen führen.

ίο Wie später erläutert, werden bei den bevorzugten Produkten gemäß der Erfindung gewöhnlich Preßtemperaturen im Bereich von 1700 bis 1900⁰C angewandt, und die Maximaltemperatur wird weniger als 30 Minuten einwirken gelassen und gewöhnlich nicht länger als 10 und vorzugsweise nicht länger als 5 Minuten nach der Entnahme des Produktes aus der Wärmezone. Die erfindungsgemäßea Hartmetalle werden durch diese Maßnahmen so verdichtet daß eine Porosität eliminiert und die maximale Dichte erreicht ao wird, ohne daß sich eine unangemessene Rekristallisation ergibt. Solche Produkte kennzeichnen sich durch ihr feines Korn und ihre hervorragende Querbruchfestigkeit.

Bei Befolgung der obigen Beschränkung auf eine »5 minimale Sinterzeit bei maximaler Temperatur können die erfindungsgemäßen Hartmetalle, insbesondere diejenigen hohen Metallgehalts und geringer Teilchengrößen, auch durch Kaltpressen und Sintern im Hochvakuum verdichtet werden. Vorzugsweise wird das Pulver einer isostatischen Pressung in einer verschlossenen Gummiform unterworfen, die in Wasser in einer isostatischen Presse aufgehängt ist, welche ein hydraulisches Einwirkenlassen hoher Drücke (4219 at) erlaubt.

Die erfindungsgemäßen Hartmetalle sind bei einer Vielfalt von Arten von auf die verschiedensten Anwendungszwecke ausgelegten Schneidwerkzeugen verwendbar. So kann man aus ihnen durch Pressen oder Schneiden genormte Einweg-Einsätze erhalten, die sich 40 für das Drehen, Bohren oder Fräsen eignen, oder sie zur Erzielung nachschleifbarer Werkzeugarten durch Laminieren oder auf andere Weise an metallgebundene Carbide oder Werkzeugstähle binden. Sie eignen sich allgemein für die Metallabtragung bei Eisenmeiallen, 45 einschließlich des Zerspanens oder Schneidens von gehärteten Stählen, von legierten Stählen, von Maraging-Stählen, Gußeisen, Gußstahl, Nickel, Nickel-Chrom-Legierungen, Superlegierungen auf Nickelgrundlage und Kobalt-Superlegierungen, wie auch das Schneiden 50 nichtmetallischer Materialien, wie von Glasfaser-Kunststoff-Laminaten und Keramflcwerkstoffen.

Die erfindungsgemäßen Hartmetalle eignen sich aui Grund der hohen Beständigkeit gegen Wärmerißbildung und der guten Festigkeit and Zähigkeit bei er 55 höhten Temperaturen hervorragend für das Schnell fräsen von Metallen in Art legierter Stähle, wie de Stahls AlSI 4340. Sie eignen sich auf Grund ihre guten Beständigkeit gegen Warmeschock besonder für die Durchführung wiederholter kurzer Schnitt 60 oder anderer, unterbrochener Schnitte, bei denen di Temperatur der Schneidkante stark fluktuiert.

Die erfindungsgemäßen Hartmetalle können auc bei allgemeinen Verwendungszwecken hitzebeständige bzw. schwer schmelzbarer Materialien Einsatz findet 65 wie als Fadenführungen, Lager, verschließbestandlgi mechanische Teile und als Korn in harzgebundene Schleifscheiben und Trennschneidwerkzeugen. Da über hinans eignen sie sich für alle Zwecke, bei dene

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ίο

ihre Kombination von Hitzefestigkeitseigenschaften, 6000 g vorkonditionierten, zylindrischen Mahlkörpern

elektrischer Leitfähigkeit, metallophiler Natur und aus kobaltgebundenem Wolframcarbid von 6,35 mm

Wärmestoßbeständigkeit einen Vorteil bietet, wie bei Länge und 6,35 mm Durchmesser sowie 375 ml ge-

der Herstellung eines elektrisch leitfähigen Korns für sättigtem Paraffinkohlenwasserstoff mit einem Siede-

beim elektrolytischen Schleifen einzusetzende Schleif- " '"' --"⁰^ —■ -«- —* λ:- \λ;\μ*

olrfoigenden Beispiele, in denen Teil- und Prozent- pulver, 7,65 g Molybdänpulver und 6,68 g Nickelangaben sich, wenn nicht anders gesagt, auf das Ge- pulver, entsprechend jeweils der obigen Beschre.bung wicht beziehen, dienen der weiteren Erläuterung der ^ auf^ ^ ^ ^ ^^ ^ _$ ^ ^ tmnaung. ^ _u;Min_ _umi_aufen gelassen und dann geöffnet und

Beispiel 1 _unter Zurückhaltung der Mahlkörper im Mühlen-

Dieses Beispiel erläutert ein Hartmetall mit einem inneren entleert, worauf man mehrmals die Mühle mit Gehalt von 10 Volumprozent an Aluminiumoxid, dem obigen Paraffinkohlenwasserstoff ausspult, bis 85 Volumprozent an Titancarbid und 5 Volumprozent i₉ das gesamte gemahlene Feststoffgut entfernt ist an Metall aus etwa 53,4 Gewichtsprozent Molybdän Man überführt das gemahlene Pulver in einen

Sd etwa 46,6 Gewichtsprozent Nickel. Vakuumverdampfer, dekantiert nach Absetzen des

TVi= A!"mini»mo-nd in Form sehr feinteiligen suspendierten Materials den überschüssigen kohlen- «-Aluminkunoxides wird aus kolloidalem Böhmit wasserstoff und trocknet dann den nassen Restkuenen hergestellt, indem maa 18 Stunden in Luft bei 350^C *> im Vakuum unter Anwendung von Wanne, bis die erhitzt und dann die Temperatur mit 100^cC/Std. auf Temperatur im Verdampfer zwischen 200 und .i00 C eine Zieltemperatur von 1200^cC erhöht und 24 Stun- und der Druck unter etwa 0,1 mm Hg liegt. Das den auf diesem Wert hält. Eine Probe des abgekühlten Pulver wird von hier ab vollständig in Abwesenheit von Produktes erweist sich bei 16stündiger Behandlung in Luft gehandhabt.

24°',ieer wäßriger Flußsäure als zu 88% unlöslich, 25 Das trockene Pulver wird in einer Stickstoff rniowas einen Gehalt an ^-Aluminiumoxid von 88 ⁰Z₀ Sphäre durch ein 210-Mikron-Sieb geführt und uann zeigt Die spezifische Oberfläche des HF-unlöslichen in verschlossenen Kunststoffbehältern unter Stickten Aluminiumoxides beträgt, bestimmt nach der Technik aufbewahrt.

vonBrunauer Emmett und Teller durch Zur Herstellung eines verfestigten Barrens wira Jas

Stickstoffadsorption, 8,6 m'/g, was einer Kristallin 30 Pulver in einer zylindrischen, mit gegenüberliegenden, größe des x-Aluminiumoxides in Form des durch- eng sitzenden Stempeln ausgestatteten Graphitform schnittlichen Teilchendurchmessers von etwa 175 mn mit einem zylindrischen Formhohlraum von 2,> > cm entspricht Unter dem Elektronenmikroskop zeigt das Durchmesser warmgepreßt, wobei man in den Form- «-Aluminiumoxid die Form von Aggregaten von hohlraum, an dessen einem Ende der eine Stempeln Aluminiumoxidkristallen mit einem Durchmesser von 35 seiner Lage gehalten wird, unter Stickstoff 22 g ues 100 bis 300 mn Pulvers einschüttet und durch Drehen der Form und

Das eingesetzte Titancarbid hat eine Teilchengröße leichtes Beklopfen von der Seite her gleichmäßig \ervon 2 Mikron und eine spezifische Oberfläche, durch teilt und dann den oberen Stempel unter Handdr^tc Stickstoffadsorption bestimmt, von 3 m7g. Wie eine einsetzt. Man gibt die zusammengebaute Form ncfst Elektronenmikroaufnahme zeigt, haben die Titan- 40 Inhalt dann in die Vakuumkammer einer Vakuumcarbidkörner einen Durchmesser von ungefähr 2 Mi- annpresse, hält die Form in vertikaler Lage und !aßt krön und sind die Körner in Form lockerer Aggregate auf die oben und unten hervorstehenden Stempel die zusammengeballt Der Kohlenstoffgehalt beträgt gegenüberliegenden Graphitstempel der Presse oei 19 O⁰' und die Sauerstoffanalyse ergibt einen Titan- einem Druck von etwa 7 bis 14 kp/cm² einwirken. Die •"oxioVGehalt von etwa 2,5 ^0; ₈ 45 Form wird innerhalb einer Minute in die Wännezone

""öas "eingesetzte Molybdänpulver hat eine Korn- des Ofens von 1175⁰C hochgefahren und die Ofengröße von unter 44 Mikron, eine spezifische Ober- temperatur sofort erhöht, während die Lage der Pressenflache durch Stickstoffadsorption bestimmt, von stempel so arretiert ist, daß eine weitere Bewegung 0 29 m*'g -snd eine durchschnittliche Kristallitgröße, während der Aufheizzeit verhindert wird. Man erhöht an der Linienverbreiterung bei der Debye-Scherrer- 50 die Temperatur in 10 Minuten von 1175 auf 1800 C Aufnahme bestimmt, von 354 mn. Wie eine Elektronen- und hält die Fonntemperatur weitere 2 Minuten bei mikroaufnahme zeigt, besteht das Molybdänpuhrer aus 180O⁰C, um eine gleichmäßige Erhitzung der Probe Körnern von V« ⁰^ ³ Mikron Durchmesser, die in sicherzustellen, worauf man über die Formstempel Form offener Aggregate zusammengeballt sind. Die 4 Minuten einen Druck von 281 kp/cm^s einwirken chemische Analyse des Pulvers ergibt 0,2 % Sauerstoff 55 läßt und sofort nach dem Pressen die noch zwischen und die Freiheit von anderen Venmieinigongen in den Pressenstempeln gehaltene Form nebst Inhalt aus Mensen von Sber 500 ppm. de™ Ofen in eine kühle Zone führt, in welcher Fora

Ak Nickel wird em Feinpulver eingesetzt, das und Inhalt in etwa 5 Müraten auf Dunkelrotglut abge 0-15°/- Kohlenstoff, 0,07% Sauerstoff and unter kühk werden.

300 Dom Eisen enthält. Das Nickelpulver hat eine «o Man entnimmt dann die Form nebst Inhalt aus den soezjfische Oberfläche von 0,48 m*/g, und sein Debye- Vakuumofen und entnimmt den Barren aus der Fora Scherrer^Diasranmi zeigt nur Nickel, das nach der und entfernt jeglichen anhaftenden Kohlenstoff durcl Iinie_nverl>rehBrungei_neKrist_anitgro^vOT^Onni Sandstrahlen^

besitzt. Unter dem Elektronenmikroskop erscheint das Dk chemische Analyse ergibt über das Aluminium

Pulver als polykristaffines Korn sät einem Durch- S5 oxid, Titancarbid, Molybdän und Nickel hinaus da messer von Ibis 5 Mikron. . Voräegen von etwa 2% Eisen, wahrscheinlich dme;

Zum Mahlen der Pulver beschickt man eine L>4- Abneb vom Mahlwerk her, und von 4 Gewichts Stahlwabemnühte von etwa 15 cm Durchmesser mit prozent Wolfram, wahrscheinlich in Form vo

t ·

Wolframcarbid, und etwa 0,5 % Kobalt, wobei die beiden letztgenannten wahrscheinlich durch Abrieb der Mahlkörper aufgenommen werden.

Durch Zerschneiden des Barrens, der einen Durchmesser von 25,4 mm und eine Dicke von etwa 7,6 mm aufweist, wird aus dessen Mitte ein Stück gewonnen, dessen Größe 12,7 · 12,7 mm leicht überschreitet. Aus dem verbleibenden Material werden auf jeder Mittelstückseite Streifen von 1,78 mm Dicke geschnitten, aus denen man durch weiteres Zerschneiden 1,78 · 1,78-mm-Stäbe für die Prüfung der Querbruchfestigkeit gewinnt. Andere Teile des Barrens werden für die Bestimmung der Eindruckhärte und zu weiteren Produktkennzeichnungen verwendet. Die Querbruchfestigkeit, bestimmt durch Biegebenspruchung der 1,78 · 1,78-mm-Stäbe auf einer Einspannlänge von 14,29 mm, beträgt etwa 11952 kp/cm^a. Die Rockwell Α-Härte beträgt 94,0.

Bei einer Betrachtung des warmgepreßten Werkstoffs ist keine Porosität zu erkennen. Strukturell besteht der Werkstoff aus extrem feinkronphasigem Titancarbid, Nickel und Molybdän mit gleichmäßig in dem Gefüge dispergiertem Aluminiumoxidkorn.

Der Werkstoff hat einen spezifischen Widerstand von 119 Mikroohm · cm. Diese Leitfähigkeit zeigt eine Kontinuität der leitenden Komponenten des Gefüges, nämlich des Metalls und Titancarbids. Elektronenmikroaufnahmen zeigen eine sehr feinkörnige Struktur, wobei nur wenige Körner eine Größe von über 1 oder 2 Mikron aufweisen. Das Aluminiumoxid bildet im allgemeinen die gröbste Phase.

Die Diskontinuität der Aluminiumoxidphase tritt in Erscheinung, indem man das Titancarbid und Metall aus dem Werkstoff durch 24stündigen anodischen Angriff in einer erwärmten Mischlösung aus verdünnter Flußsäure und konzentrierter Salpetersäure entfernt. Das Gefüge zerfällt in der wärmen Säurelösung unter Zurückbleiben von unlöslichem, pulverfönnigem Aluminiumoxid, was zeigt, daß das Aluminiumoxid in dem Gefüge nicht in Form eines kontinuierlichen, *o selbsttragenden Skeletts vorliegt

Das quadratische Mittelstück wird zu einer Schneide mit den genauen Abmessungen von 12,70 · 12,70 · 4,76 mm fertiggearbeitet, und die Ecken erhalten einen Radius von 0,79 mm. Diese Schneide wird als Schneideeinsatz beim Schnelltrockendrehen von Graugußeisen der Klasse 30 (Brinell-Härte 170) bei einer Oberflächengeschwindigkeit von 381 m/Min, und einer Yorschubgeschwindigkeit von 0,127 mm/Umdrehung bei einer Schnittiefe von 1,27 mm eingesetzt. Der Einsatz zeigt bei diesen Bedingungen eine sehr gute Beständigkeit gegen Freiflächenverschleiß.

Der gleiche Einsatz wird auch als Schneideinsatz beim Schnelldrehen von AISI-1045-Stahl mit einer Brinell-Härte von 183 eingesetzt, wobei man 10 Minutea bei einer Oberflächengeschwindigkeit von 274 m/ Min.vmdemerVorschubgeschwmdigkeitvon0427mm/ Umdrehung bei einer Schnittiefe von 12,7 mm trockenzerspant. Der Einsatz zeigt bei diesen Bedingungen eine sehr gate Beständigkeit gegen Frsiflächenverschleiß.

Der gleiche Einsatz wird auch zum Einzelzahn-Planfräsen 5,1 cm breiter Stäbe ans AISI-4340-Stahl mit einer Brinell-Härte von 340 eingesetzt, wobei man trocken und zentrisch bei stumpfem Spanwinkel mit einem Kopf von 10,2 cm Durchmesser bei einer Oberflächengeschwindigkeit von 305 m/Mm, and einer Vorschubgeschwindigkeit von 0,15 mtn/7ahn bei einer Schnittiefe von 1,27 mm fräst. Die Werkzeuge werden bei dieser Prüfung gewöhnlich bis zum Versagen durch Verschleiß, Kolkung, Brandrißbildung oder Ausbrechen eingesetzt. Der Einzelzahn aus dem vorliegenden Werkstoff verhält sich bei dieser Prüfung ausgezeichnet und zeigt keine Warmrißbildung.

Beispiel 2

Dieses Beispiel erläutert ein Hartmetall mit einem Gehalt von 15 Volumprozent an Aluminiumoxid, 55 Volumprozent an Zirkoniumcarbid, 10 Volumprozent an Hafniumcarbid und 20 Volumprozent an Metall aus etwa 90 Gewichtsprozent Wolfram und etwa 10 Gewichtsprozent Kobalt.

Die Herstellung des Pulvers und das Warmpressen erfolgen mit der Abänderung entsprechend den Bedingungen von Beispiel 1, daß auf die Kugelmühle 17,9 g Aluminiumoxid, 111 g Zirkoniumcarbid, 38,1 g Hafniumcarbid, 93,25 g Wolfram und 10,35 g Kobalt aufgegeben werden, wobei die Zirkonium- und Hafniumcarbide Feinpulver mit einer Oberfläche von etwa 0,5 m*/g und einem Sauerstoffgehalt von etwa 0,2 °/₀ darstellen.

Die Querbruchfestigkeit des warmgepreßten Barrens beträgt 9843 kp/cm^a.

Eine wie im Beispiel 1 hergestellte Schneide aus diesem Werkstoff ergibt bei der Prüfung bei den im Beispiel 1 beschriebenen Metallschneidbedingungen bei dem Schnelldrehversuch an AISI-1045-Stahl eine gute Beständigkeit gegen Freiflächenverschleiß, bei der Schnelldrehprüfung an Graugußeisen eine sehr gute Verschleißbeständigkeit und bei dem Planfräsversuch an AISI-4340-Stahl ein gutes Verhalten.

Beispiel 3

Dieses Beispiel erläutert ein Hartmetall mit einem Gehalt von 18 Volumprozent an Aluminiumoxid, 72 Volumprozent an Titancarbid und 10 Volumprozent an Metall aus 53,4 Gewichtsprozent Molybdän und 46,6 Gewichtsprozent an Nickel.

Die Herstellung des Pulvers erfolgt bei den im Beispiel 1 beschriebenen Bedingungen, wobei man auf die Mühle 21,5 g Aluminiumoxid, 145,3 g Titancarbid, 15,3 g Molybdän und 13,35 g Nickel aufgibt. Als Aluminiumoxid wird ein handelsübliches Produkt eingesetzt, das nach der Röntgenuntersuchung vollständig von ^-Aluminiumoxid gebildet wird und eine spezifische Oberfläche von 13 m²/g hat. Elektronenmikroaufnahmen zeigen Teilchen von 200 Millimikron oder darunter, die viel größere Aggregate bilden.

Das gemahlene Pulver wird in eine verschlossene Gummiform eingegeben und in Wasser in einer isostatischen Presse durch Einwirkung eines hydraulischen Drucks von 4219 kg/cm² kaltgepreßt, worauf man den kaltgepreßten Barren aus der Form entnimmt und bei einem Vakuum von 1 · 10~* mm Hg 5 Minuten bei ISOO⁰C sintert.

Die Querbruchfestigkeit des gesinterten Körpers beträgt 10546 kp/cm^a.

Eine aus diesem Werkstoff nach der Arbeitsweise von Beispiel 1 hergestellte und entsprechend den dort beschriebenen Metallschneidbedingungen geprüfte Schneide ergibt bei dem Schnelldrehversuch an AISI-1045-Stahl eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Freiflachenverschieiß, bei dem Schnelldrehversuch an Graugußeisen eine sehr gate VerschleiB-bestSsdigkeh and bei dem Planfrasversudi an AISI-4340-Stahl ein sehr gutes Verhalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (6)

Molybdän als Zusatzstoffe oder Bindemittel in Alomi- Patentansprüche: fiiumdxid-Cafbid-Systemen mit dam ZkI der Her stellung von Siaterkerpem beschrieben. Als metalli-

1. Hartmetall mit einer durchschnittlichen Korn- sehe Zusätze kommln also nur entweder Metalle der größe von unter 10 Mikron, bestehend aus 1 bis 5 Eisengruppe oder Wolfram oder Molybdän in Betracht 20 Volumprozent Bindemetall, das aus insgesamt Eine Offenbarung für die Verwendung von Mischun-5 bis 90 Gewichtsprozent Eisen und/oder Kobalt gen von Metallen der Eisengruppe einerseits und und/oder Nickel und insgesamt 10 bis 95 Gewichts- Wolfram oder Molybdän andererseits fehlt in dieser prozent Wolfram und/oder Molybdän besteht, deutschen Auslegeschrift. Durch die vorliegende Erfin-10 bis weniger als 20 Volumprozent Aluminium- io dung werden nun Hartmetalle bereitgestellt, zu deren oxid, Rest Primärcarbid aus der Gruppe Zirko- Herstellung immer Mischungen axis einein oder mehniumcarbid und/oder Hafniumcarbid und/oder reren Metallen der Eisengruppe einerseits und Metallen Titancarbid. der Gruppe Wolfram und Molybdän und deren

2. Hartmetall nach Anspruch I₅ bei dem das Mischungen andererseits verwendet werden müssen. Primärcarbid Titancarbid ist 15 In Kenntnis der Bedeutung, die bei Legierungen und

3. Hartmetall nach Anspruch 1, bei dem das legierungsähnlichen Werkstoffen der genauen qualita-Bindemetall aus Nickel und Molybdän besteht. tiven und quantitativen Zusammensetzung zukommt,

4. Hartmetall nach Anspruch 1 mit einer durch- wenn bestimmte Eigenschaften erwünscht sind, war schnittlichen Korngröße unter 5 Mikron. nicht vorauszusehen, daß die Mischung der oben-

5. Hartmetall nach Anspruch 1, bei dem das ao genannten Komponenten zu einem besonders hoch-Bindemetall aus 40 bis 60 Gewichtsprozent Eisen wertigen Hartmetall führen könnte.

und/oder Kobalt und/oder Nickel und 40 bis Aus der österreichischen Patentschrift 208 OSS ist

60 Gewichtsprozent Wolfram und/oder Molybdän ein Werkstoff bekannt, der zu 5 bis 70°/o aus Carbiden besteht. mehrerer Metalle der 4., 5. und

6. Gruppe des Perioden-