DE2011082A1 - Cutting tool - Google Patents
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- DE2011082A1 DE2011082A1 DE19702011082 DE2011082A DE2011082A1 DE 2011082 A1 DE2011082 A1 DE 2011082A1 DE 19702011082 DE19702011082 DE 19702011082 DE 2011082 A DE2011082 A DE 2011082A DE 2011082 A1 DE2011082 A1 DE 2011082A1
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Description
Die Erfindung betrifft Schneidwerkzeuge und insbesondere den Werkstoff hierftfa?·The invention relates to cutting tools, and more particularly the material here?
Sie Schneidwerkzeuge, mit denen sich die vorliegende Erfindung befaßt, werden in starkem KaSe im Maschinenbau benutzt« wenn es erforderlieh, ist, eine dünne Schicht eines Materials von einem Werkstück durch eine keilförmige Spitze oder eine Kante abzutrennen, die asymmetrisch in das Werkstück getrieben wird. Solche Werkzeuge können verschieden geformte Einsatzstücke sein, die dazu bestimmt sind, auf einem Werkzeughalter festgeklemmt, festgekeilt oder auf andere Weise lösbar !befestigt zu werden. Solche geformten Einsat2stücke können eine kreisförmige oder polygonal© ?brm aufweisen lind werden im allgemeinen so befestigt, daß aia, falls (erforderlich, so an das Werkstück herangeführt werden können, daß sie eine scharfe Schneidkante oder -spitze bilden. BeiYou cutting tools with which the present Invention concerned are in strong business in mechanical engineering uses «if necessary, a thin layer severing a material from a workpiece by a wedge-shaped tip or edge that is driven asymmetrically into the workpiece. Such tools can be differently shaped inserts, the to are intended, clamped, wedged or otherwise releasably attached to a tool holder will. Such shaped inserts can have a circular or polygonal shape generally fixed in such a way that aia, if (necessary, can be brought to the workpiece in such a way that they form a sharp cutting edge or point. at
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einer anderen Ausführungsform kann das Schneidwerkzeug ein entsprechend geformtes Einsatzstück oder eine entsprechend geformte Schneidplatte sein, die metallurgisch, ζ. B. durch Hartlöten oder auf eine andere Weise fest in oder auf einem Werkzaugkörper befestigt ist· Bei einer noch weiteren AusfÜhrungsform kann das Schneidwerkzeug selbst die form eines Spiralbohrers, einer Haspel oder einer Etatgratungsvorrichtuns besitzen. Die Schneidwerkzeuge, auf welche sich die vorliegende Erfindung bezieht, sollen vorzugsweise in Verbindung mit metallischen Werkstücken benutzt werden und die folgende Beschreibung ist auf diese Anwendung gerichtet.Another embodiment can be the cutting tool be a correspondingly shaped insert or a correspondingly shaped cutting insert that metallurgically, ζ. B. by brazing or otherwise firmly in or is attached to a tool body · With a The cutting tool can have yet another embodiment even take the form of a twist drill, a reel or a budget cutting device. The cutting tools to which the present invention relates should preferably be used in connection with metallic workpieces and the following description is aimed at this application.
Beispielsweise i3t in den Figuren 1 und 1A der Zeichnung eine übliche Forn eines Schneidwerkzeuges und eines dafür bestimmten Werkzeughalters gezeigt. Bas Schneidwerkzeug in Figur 1 int ein rechteckig geformtes Einsatzstück, das durch Klemmen in einem üblichen Werkzeughalter, wie er in Figur 1A gezeigt ist, fest gespannt werden kann. Bei der Benutzung wird der Werkzeughalter relativ zum Werkstück bewegt und die vordere keilförmige Spitze des Schneidwerkzeuges wird asymmetrisch in das Werkstück ge» trieben, um eine dünne Materialschicht abzuheben. Das Material des Werkstückes wird als kontinuierlicher Strom von Spänen abgehoben, der sich auf einer oberen Fläche 1 des Schneidwerkzeuges, die im allgemeinen als Spanfläche bezeichnet wird, abstützt. In der Hehrzahl der Anwendungen des Schneidwerkzeuges bei Werkzeugmaschinen wird das Werkstück gegenüber dem Werkzeug rotieren und, um Zweifel zu vermeiden, wird die Vorwärtsbewegung der Spitze des Schneidwerkzeuges längs des Werkstückes in t Längeneinheiten pro Umdrehung aln "Vorschub" bezeichnet. Die Entfernung zwischen der bestehenden und der neu bearbeiteten Oberflache des Werkstückes, im rechten Winkel gemessen, ist die Schnittiefa. Die Schneidgeschwindigkeit des Werkzeuges wird linear als die OberflächenlängeFor example, FIGS. 1 and 1A of the drawing show a conventional shape of a cutting tool and a tool holder intended for it. The cutting tool in FIG. 1 is a rectangularly shaped insert which can be firmly clamped by clamping in a conventional tool holder as shown in FIG. 1A. During use, the tool holder is moved relative to the workpiece and the front, wedge-shaped tip of the cutting tool is driven asymmetrically into the workpiece in order to lift off a thin layer of material. The material of the workpiece is lifted off as a continuous stream of chips, which is supported on an upper surface 1 of the cutting tool, which is generally referred to as the rake face. In the majority of applications of the cutting tool in machine tools, the workpiece will rotate relative to the tool and, for the avoidance of doubt, the forward movement of the tip of the cutting tool along the workpiece in t units of length per revolution is referred to as "feed". The distance between the existing and the newly machined surface of the workpiece, measured at right angles, is the cut depth. The cutting speed of the tool becomes linear as the surface length
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des Werkstückes ermittelt, Über welche die Spitze pro Minute bewegt wird. Die Fläche des Schneidwerkzeuges, die am Werkstück anliegt, wird als "Flanke" bezeichnet und ist in Figur 1 mit 2 bezeichnet. Die Flanke 2 ist gegenüber dem Werkstück mit einem Winkel geneigt, der im allgemeinen als Freiwinkel bezeichnet wird.of the workpiece determined over which the tip per Minute is moved. The surface of the cutting tool that rests on the workpiece is referred to as the "flank" and is denoted by 2 in FIG. The flank 2 is inclined with respect to the workpiece at an angle which is generally referred to as the clearance angle.
Bei der spangebendan Verformung ist die keilförmige Spitze des Schneidwerkzeuges anfänglich so angeordnet, daß ein kleiner Kontaktbereich längs der oberen Vorderkante das Werkzeuges gebildet wird. Dieser Kontaktbereich nimmt bei der Herstellung einer neuen Oberfläche aufgrund der Abnutzung zu, wobei diese Abnutzung im allgemeinen als "Flankenverechleiß" bezeichnet wird und in Figur 1 bei 5 angedeutet ist..Der Flankenverschleiß wird durch die rechtwinklig zur Flanke 2 gemessene Tiefe ausgedrückt. Wenn das Werkstückmaterial abgehoben wird, berühren die Späne die Spanfläche 1, die dadurch in Form eines Grübchens abgenutzt wird. Dieses Grübchen ist in Figur 1 bei Λ gezeigt und seine rechtwinklig zur Spanfläche 1 gemessene Tiefe wird als Kolkung oder "GrUhchenverechleißmaß" bezeichnet, überdies bildet sich, wenn Schneidwerkzeuge aus herkömmlichem Material benutzt werden, durch die mit erhöhter Geschwindigkeit Über die Spanfläche 1 wandernden Späne häufig eine Veraohwelßung iron Werkatückmaterial mit der Spanf lache in der Hähe ihrer Vorderkante. Dieser Bereich von aufgeschweißtem Material wird im allgemeinen als "aufgebaute Sohneide11 bezeichnet, die in Figur i mit 5 gekennzeichnet ist. Das Vorhandensein einer aufgebauten Schneide führt zu einer bemerkenswerten Verringerung der allgemeinen Schnittqualität und verhindert insbesondere die Erzeugung einer guten Oberflächenqualität, obwohl durch diese aufgebaute Schneide in einem gewissen Ausmaß die Schneidkante der Werkzeugspltze geschützt wird.In machining, the wedge-shaped tip of the cutting tool is initially positioned so that a small area of contact is formed along the upper leading edge of the tool. This contact area increases during the manufacture of a new surface due to wear, this wear being generally referred to as "flank wear" and is indicated at 5 in FIG. When the workpiece material is lifted off, the chips contact the rake face 1, which is thereby worn away in the form of a dimple. This dimple is shown in Figure 1 at Λ and its depth measured at right angles to the rake face 1 is referred to as scouring or "dimple wear measure" a Verohwelßung iron work piece material with the chipboard at the height of its front edge. This area of welded-on material is generally referred to as "built-up son 11 , which is indicated in Figure i by 5. The presence of a built-up edge leads to a remarkable reduction in the general quality of cut and in particular prevents the production of a good surface quality, although built up by it Cut to some extent the cutting edge of the tool places is protected.
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Dae Schneidwerkzeug muß notwendigerweise aue hartem Material bestehen und im allgemeinen sollte das Material des Schneidwerkzeuges solche Eigenschaften aufweisen, daß es den folgenden Bedingungen Btandhält:The cutting tool must necessarily be hard Material and in general the material of the cutting tool should have such properties, that it complies with the following conditions:
a) Hohe Druckbeanspruchung. Sie Spannungen in der Mähe der Schneidkante eines Werkzeuges sind hauptsächlich Bruckepanmmgen, weshalb bei Brück die Fließgrense dee Materials des Schneidwerkzeuges höher liegen muß als die des Werkstückmaterials, um eine wirksame Funktion zu erreichen. Die Sindrückhärte ist ein guter Maßstab für diese Eigenschaft. Eine wirksame Methode zur Ermittlung der Härte eines Materials ist die Härteprüfung sit einer Diamantpyramide nach Tickers, durch die die Harte eines Materials dadurch ermittelt wird, daß in dieses Material eine Diamantpyramide mit einer bestirnten Belastung eingedrückt wird und die Größe des erzeugten Eindruckes gemessen wird· Ein solches Prüfverfahren ist international anerkannt und wird vollständig in der Veröffentlichung Vr. 427 (1961) der British Standard Institution erläutert. Der benutzte EindringkSrper ist ein Diamant in Form einer Pydramide mit quadratischer Eaeis und einem spitzen Winkel von 136° zwicchen einander gegenüberliegenden Seitenflächen· Die Materialhärte wird in VXckers-Pyramideneahlen ausgedrückt, die allgemein abgekOrst sind und nachfolgend als V.P.H. beseicfanet werden.a) High compressive stress. You tension in the mowing the cutting edge of a tool are mainly Bruckepanmmgen, which is why at Brück the Fließgrense the material of the cutting tool must be higher than that of the workpiece material to be effective To achieve function. The hardness is a good measure of this property. An effective method To determine the hardness of a material, the hardness test sit a diamond pyramid according to Tickers, through which the hardness of a material is determined by that in this material a diamond pyramid is pressed with a starring load and the size of the impression produced is measured · Such a test method is and is internationally recognized completely in the publication Vr. 427 (1961) the British Standard Institution explained. The indenter used is a diamond in the shape of a pydramid with a square egg and an acute angle of 136 ° between opposing side surfaces · The material hardness is expressed in VXckers pyramid axes, which are generally grained and hereinafter referred to as V.P.H. be beseicfanet.
b) Zug- oder Scherspannungen. An einigen Punkten des Schneidwerkzeuges können hohe Zug- oder 8cherapannungen entstehen und deshalb ist die Zugfestigkeit des Werkzeuges eine wichtige Eigenschaft«b) tensile or shear stresses. At some points in the The cutting tool can generate high tensile or shear stresses and therefore the tensile strength of the An important property of the tool "
c) Ortliche Spannungskonzentrationen· Ortliche Spaimungekonsentrationen, insbesondere in der Bähe der Schneidkante des Werkzeuges nehmen mit der ßchneidgeeehwin-c) Local stress concentrations Local spawning concentrations, especially in the vicinity of the cutting edge of the tool, increase with the cutting thread
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digkeit, dem Vorschub und der Schnittiefe zu«, Zähigkeit oder die Fähigkeit des Werkzeuges, sich örtlich zu verformen und Energie zu vernichten, ohne daß Bisse ' entstehen, ist deshalb erforderlich, um diesen Bedingungen standzuhalten. speed, feed rate and depth of cut «, toughness or the ability of the tool to locate itself to deform and destroy energy without getting bites 'is therefore necessary to withstand these conditions.
d) Hohe Temperaturen» Wenn Werkstücke zerspant werden, die hohe festigkeit bei hohen Temperaturen behalten, ist die Temperatur an der Schneidkante des Werkzeuges besonders hoch. Sie Temperatur ah der Schneidkante nimmt in ähnlicher Weise wie die Geschwindigkeit und der Vorschub führend des Sörspanens irgendeines Materials auch zu· TTm diesen Bedingungen zu widerstehen, und seine Schneidfähigkeit zu behalten, muß die Druckfestigkeit des Schneidwerkzeuges und seine Härte bei diesen erhöhten Temperaturen erhalten bleiben· Unter gewissen Bedingungen wird die' Widerstandsfähigkeit gegenüber Oxydationen eine äußerst wichtige Eigenschaft.d) High temperatures »When workpieces are machined, maintain high strength at high temperatures, the temperature at the cutting edge of the tool is particularly high. You temperature ah the cutting edge increases in a similar way as the speed and advance of the Sörspanens of any material also to · TTm to withstand these conditions, and to retain its cutting ability must be compressive strength of the cutting tool and its hardness are retained at these elevated temperatures · Under certain conditions will be the 'resilience an extremely important property in relation to oxidation.
e) Temparaturschwankungen. Easche Semperaturänderungen des Schneidwerkzeuges in Verbindung mit steilen Temperaturgradienten können eine Hissebildung verursachen« Die Fähigkeit eines Schneidwerkzeuges, solchen thermischen Ermüdungen zu widerstehen, ist von beträchtlicher Bedeutung, weshalb sowohl der Dehnungskoeffizient als auch die Wärmeleitfähigkeit eines Schneidwerkzeuges eine beachtliche Bedeutung haben«e) temperature fluctuations. Rapid temperature changes of the cutting tool in connection with steep temperature gradients can cause hoisting « The ability of a cutting tool to withstand such thermal fatigue is considerable Meaning why both the expansion coefficient and the thermal conductivity of a cutting tool have considerable importance "
f) Reibungsabnutzung. Der Widerstand des Schneidwerkzeuges gegenüber eine Reibungeabnutzung hervorrufenden Be» a tandteil en im Werkstückmaterial wird durch die Härte des Schneidwerkzeuges hinreichend gekennzeichnet.f) frictional wear. The resistance of the cutting tool as opposed to components in the workpiece material that cause frictional wear due to the hardness sufficiently marked on the cutting tool.
s) Diffusion. Bei hohen Schnittgeschwindigkeiten kann . eine Diffusion oder Beaktionen zwischen den Materialiens) diffusion. At high cutting speeds. diffusion or reactions between the materials
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des Schneidwerkzeuges und des Werkstück·· die Geschwindigkeit der Werkzeugabnützung beeinflussen. Die metallurgische .Beziehung zwischen dem Schneidwerkzeug und dem Material des Werkstückes stellt unter solchen Arbeitsbedingungen eine sehr wichtige Eigenschaft dar.of the cutting tool and the workpiece ·· influence the speed of tool wear. The metallurgical relationship between the cutting tool and the material of the workpiece is a very important property under such working conditions.
h) "Aufgebaute Schneide". Das Material des Schneidwerkzeuges sollte die Fähigkeit besitzen, den Spannungen zu widerstehen, die während der Bearbeitung durch das auf der Schneidkante des Schneidwerkzeuges aufgebaute, vom Werkstück stammende Material örtlich hervorgerufen werden.h) "Built-up cutting edge". The material of the cutting tool should be able to withstand the stresses to withstand that during machining by the built-up on the cutting edge of the cutting tool, material originating from the workpiece caused locally will.
Die Schneidwerkzeuge, die derzeit allgemein benutzt werden, bestehen aus einem gesinterten Material und werden durch übliche pulvermetallurgische Verfahren hergestellt. Die Zusammensetzungen solcher Schneidwerkzeuge können wie folgt eingeteilt werden:The cutting tools currently in common use are made of a sintered material and are manufactured by conventional powder metallurgical processes. The compositions of such cutting tools can be classified as follows:
1. nur Wolframkarbid und Kobalt enthaltende Materialien!1. Materials containing only tungsten carbide and cobalt!
2· Wolframkarbid enthaltende Materialien, die jedoch noch eines oder mehrere der Karbide von Titan, Tantal und Niob enthalten und mit Kobalt gebunden sind;2 · Tungsten Carbide Containing Materials That However one or more of the carbides of titanium, tantalum and niobium also contain and are bonded with cobalt;
3· Werkstoffe auf der Basis von Titankarbid und gebunden mit Kobalt oder einer Legierung aus Nickel und Molybdän i und3 · Materials based on titanium carbide and bonded with cobalt or an alloy of nickel and molybdenum i and
4. die Zusammensetzungen nach den Gruppen 1 und 2, wobei jedoch eine Oberflächenschicht einer unterschiedlichen Zusammensetzung vorhanden ist, wobei diese Oberflächenschicht beispielsweise aus Titankarbid bestehen kann.4. the compositions according to groups 1 and 2, wherein however, there is a surface layer of a different composition, this Surface layer can consist of titanium carbide, for example.
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Vfihrend eich Schneidwerkzeuge der vorstehend erwähnten Gruppe 1 im allgemeinen nur für die spanabhebende Bearbeitung von anderen Metellen ale Stahl eignen, wurde in der Praxie gefunden, daß bei der Bearbeitung von Stahl Oder Legierungen näherer Festigkeit bei häufig, bevorzugten höheren Schnittgeschwindigkeiten Schneidwerkzeuge wirksam sind, die eine Materialzusammensetzung der vorstehend erwähnten Gruppen 2, 3 und 4 besitzen. Bei sehr hohen Schnittgeschwindigkeiten jedoch, die in der Größenordnung von 305 Oberfl&chenmetern pro Minute oder darüber liegen, wurde gefunden, daß herkömmliche Werkstoff zusamnensetzungen von Schneidwerkzeugen Mangel aufweisen und deshalb eine kurze Lebensdauer besitzen. Das ist insbesondere der fallt wenn das Werkstück aus einem Material Bit hoher Krisenfestigkeit besteht« wobei hohe Temperaturen en der Schneidkante und hohe Beanspruchungen mit chemiechen und metallurgischen Reaktionen und Kombinationen das Verkstüokmsterlals und das Schneidwerkzeuges zusammentreffen. Xh aolchen Situationext ist die Lebensdauer eines Schneidwerkzeuges mit herkömmlicher gesinterter Werkstoff zusammensetzung so gering, daß die Bearbeitungskosten außerordentlich hoch werden. Man weiß seit einiger Zeit, daß die Schaffung eines Schneidwerkzeuges, das den vorstehend erwähnten Bedingungen bei sehr hohen Schneidgeaohwindigkelten standhalten kann, einen beträchtlichen Fortschritt auf dem Gablet der Schneidwerkzeuge bringen wird. Ss ist weiter bekannt, daß die Verwandung von Kobalt als-metallischem Bindemittel in einem Schneidwerkzeug atus einem gesinterten Material dan Beanspruchungen und femperaturan sin· Grenze setzt, die ohne plastische Deformation das Schneidwerkzeuges erreicht werden kCnnen. Sis Tsrwandung von Metallan wie Chrom, Molybdän oder Legierungen aus Sickel und Molybdän als matalllacher Binder bsi Schneidwerkzeugen mit gesinterter SSusaiThere are cutting tools of the aforementioned Group 1 is generally only suitable for machining other metals than steel the practice found that when machining steel Or alloys of closer strength at often, higher cutting speeds preferred cutting tools effective having a composition of matter of groups 2, 3 and 4 mentioned above. At very high However, cutting speeds that are in the order of magnitude of 305 surface meters per minute or more, it has been found that conventional material compositions of cutting tools are deficient and therefore have a short lifespan. This is particularly the case when the workpiece is made of a material bit higher Resistance to crises exists «with high temperatures en the cutting edge and high stresses with chemicals and metallurgical reactions and combinations that meet the Verkstüokmsterlals and the cutting tool. In such a situation, the life of a cutting tool with conventional sintered material composition is so short that the machining costs become extraordinarily high. It has been known for some time that the creation of a cutting tool which can withstand the aforementioned conditions at very high cutting torques is a considerable one Progress on the gablet of cutting tools will bring. It is also known that the relationship of Cobalt as a metallic binder in a cutting tool as a sintered material that sets stress and temperature limits that can be achieved without plastic deformation of the cutting tool can. Sis wall of metallan such as chromium, molybdenum or alloys of sickle and molybdenum as metal laughs Binder bsi cutting tools with sintered SSusai Setzung hat dan gleichen Nachteil wie die Tsrwendung von Kobalt. Sa haben sich auch Nachteile bei den VersuchenSettlement then has the same disadvantage as the use of Cobalt. Sa also have disadvantages in the trials
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ergeben, die wärmefesten Metalle Titan, Zirkon, Hiob, Vanadium, Hafnium und Tantal zu verwenden, da diese selbst Karbid bildende Elemente sind, wodurch sich bei einer Erhöhung der Wärmefestigkeit des Schneidwerkzeuges eine außerordentliche Sprödigkeit ergeben kann. Veiter können bei hohen Arbeitetemperaturen Schneidwerkzeuge mit den vorstehend erwähnten gesinterten Werkstoffzusammensetzungen unter Oxydation leiden, die die Lebensdauer des Schneidwerkzeuges drastisch verkürzen kann. Zusätzlich können während der Verwendung des Schneidwerkzeuges Situationen entstehen, wo sich üblicherweise gesinterte Zusammensetzungen als unbrauchbar erweisen, und zwar wegen ihrer Unfähigkeit, der korrosiven Einwirkung von Kühl- oder Schmiermitteln zu widerstehen, die während des Bearbeitungevorganges benutzt werden können. result to use the heat-resistant metals titanium, zirconium, job, vanadium, hafnium and tantalum, since these are themselves carbide-forming elements, which can result in an extraordinary brittleness when the heat resistance of the cutting tool is increased. Veiter, cutting tools with the above-mentioned sintered material compositions can suffer from oxidation at high working temperatures, which can drastically shorten the service life of the cutting tool. Additionally, situations can arise during use of the cutting tool where typically sintered compositions prove unsuitable because of their inability to withstand the corrosive action of coolants or lubricants which may be used during the machining operation.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schneidwerkzeug zu schaffen, das wenigstens ein Schneid» plättchen aua einem gesinterten Werkstoff besitzt und das bei der Bearbeitung von Metall einsetzbar ist und im Vergleich zu bisher vorgeschlagenen Schneidwerkzeugen aus gesintertem Werkstoff eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung besitzt.It is an object of the present invention to provide a cutting tool that has at least one cutting » has platelets aua a sintered material and which can be used in the processing of metal and in the Compared to previously proposed cutting tools made of sintered material, an improved resistance against wear and tear.
Erfindungsgemäß wird ein Schneidwerkzeug vorgeschlagen, daß wenigstens eine Schneidplatte aus einem Sinterwerkstoff besitzt, der im wesentlichen wenigstens aus einen metallischen Karbid besteht, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Vanadiumkarbid, Niobkarbid, Hafniumkarbid, Zirkoniumkarbid, Wolframkarbid, Titankarbid und Tantalkarbid umfaßt, oder aus einer Legierung eines oder mehrerer dieser Karbide mit einem anderen oder anderen dieser Karbide, wobei das metallische Karbid 65 bis 96 Gew.-% des Werkstoffs umfaßt, sowie aus einem metallischen Bindemittel, wobei dieses Bindemittel wenigstens ein Metall enthält, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, dieAccording to the invention, a cutting tool is proposed that has at least one cutting plate made of a sintered material which consists essentially of at least one metallic carbide selected from a group comprising vanadium carbide, niobium carbide, hafnium carbide, zirconium carbide, tungsten carbide, titanium carbide and tantalum carbide, or of an alloy of one or more of these carbides with another or another of these carbides, the metallic carbide comprising 65 to 96% by weight of the material, and of a metallic binder, this binder containing at least one metal selected from a group , the
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Platin, Palladium, Rhodium und Ruthenium umfaßt, wobei das ausgewählte Metall oder die Metalle zwischen 4 und Gew.-% des Werkstoffes umfassen.Platinum, palladium, rhodium and ruthenium, wherein the selected metal or metals between 4 and Include wt .-% of the material.
Erfindungsgemäß wird weiter ein Schneidwerkzeug mit wenigstens einer Schneidplatte aus einem Sinterwerkstoff vorgeschlagen, wobei der Sinterwerkstoff eine größere Härte als 1200 V.P.N. besitzt und wenigstens aus einem Metallkarbid besteht, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Vanadiumkarbid, Niobkarbid, Hafniumkarbid, Wolframkarbid, Zirkoniumkarbid, Titankarbid und !Dantalkarbid umfaßt oder aus einer Legierung eines oder mehrerer dieser Karbide mit einem anderen oder anderen dieser Karbide, wobei das metallische Karbid 65 bis 96 Gew.-% des Werkstoffs umfaßt, und aus einem metallischen Binder, wobei dieser Binder wenigstens ein Metall enthalt, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die Platin, Palladium, Rhodium und Ruthenium umfaßt und wobei das ausgewählte Metall oder die ausgewählten Metalle zwischen 4 und 35 Gew,-% des Werkstoffes umfassen.According to the invention there is also a cutting tool with at least one cutting plate made of a sintered material proposed, the sintered material having a hardness greater than 1200 V.P.N. owns and at least one Metal carbide selected from a group consisting of vanadium carbide, niobium carbide, hafnium carbide, tungsten carbide, Zirconium carbide, titanium carbide and dantalum carbide or from an alloy of one or more of these carbides with another or another of these Carbides, the metallic carbide comprising 65 to 96% by weight of the material, and of a metallic binder, this binder containing at least one metal selected from a group consisting of platinum, palladium, Includes rhodium and ruthenium and wherein the selected metal or metals are between 4 and 35 % By weight of the material.
Vorzugsweise umfassen das Metall oder die Metalle, die aus der Platin, Palladium, Rhodium und Ruthenium umfassenden Gruppe ausgewählt sind, wenigstens 60 Gew.-% des metallischen Bindemittels. Obwohl das ausgewählte Metall oder die ausgewählten Metalle auf den Bereich zwischen 4 und 35 Gew.-% des Werkstoffes beschränkt sind, um ein Schneidwerkzeug für die Anwendung zur allgemeinen Metallbearbeitung herzustellen, umfaßt das ausgewählte Metall oder die ausgewählten Metalle vorzugsweise den Bereich zwischen 9 und 25 Gew.-% des Werkstoffes. Es wurde gefunden, daß dann, wenn der Prozentsatz des ausgewählten Metalls öder der ausgewählten Metalle unter 9 % absinkt und sich 4 Gew.-% des Werkstoffes nähert, das Schneidwerkzeug außerordentlich hart wird, und zwar £n der GrÖssenordnung von 2400 V.P.N. und die Neigung au£~Preferably the metal or metals selected from the group consisting of platinum, palladium, rhodium and ruthenium Group are selected, at least 60 wt .-% of the metallic binder. Although the selected Metal or the selected metals are limited to the range between 4 and 35% by weight of the material, to make a cutting tool for general metalworking application includes the selected Metal or the selected metals preferably the range between 9 and 25 wt .-% of the material. It was found that when the percentage of the selected metal or metals falls below 9% and approaching 4% by weight of the material, the cutting tool becomes extraordinarily hard, on the order of magnitude from 2400 V.P.N. and the slope au £ ~
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weist, seine Stoßfestigkeit zu verringern. Wenn sich im Gegensatz hierzu der Prozentsatz des ausgewählten Metalle oder der ausgewählten Metalle über 25 Gew.-% erhöht und sich 35 % nähert, verringert sich die Sinterhärte des Schneidwerkzeuges, wahrend seine Stoßfestigkeit zunimmt, unterhalb 4 Gew.-& des ausgewählten Metalls oder der ausgewählten Metalle ist das sich ergehende Schneidwerkzeug nicht, zäh genug, um sich wirtschaftlich für die Metallbearbeitung zu eignen. Liegt der Anteil des ausgewählten Netalls oder der ausgewählten Metalle dagegen über 35 Gew.- %, so ist die Widerstandsfähigkeit gegen Reibungsverschleiß und die Härte zu gering, als daß sich das Schneidwerkzeug wirtschaftlich für die Metallbearbeitung eignen würde.advises to reduce its impact resistance. In contrast, as the percentage of the selected metal or metals increases above 25% by weight and approaches 35 % , the sintering hardness of the cutting tool decreases while its impact resistance increases, below 4% by weight of the selected metal or metal For selected metals, the cutting tool is not tough enough to be economically suitable for metalworking. If, on the other hand, the proportion of the selected metal or the selected metals is more than 35 % by weight, the resistance to frictional wear and the hardness are too low for the cutting tool to be economically suitable for metalworking.
Vorzugsweise ist das ausgewählte Metall Ruthenium oder Palladium oder eine Kombination aus Ruthenium und Palladium. Das Ruthenium kann in einem größeren Prozentsatz als das Palladium vorhanden sein oder umgekehrt. Alternativ ist das ausgewählte Metall Platin oder Rhodium oder eine Kombination aus Platin und Ehodium.Preferably the metal selected is ruthenium or palladium or a combination of ruthenium and palladium. The ruthenium can be present in a greater percentage than the palladium or vice versa. Alternatively the selected metal is platinum or rhodium or a combination of platinum and ehodium.
Zusätzlich zu dem ausgewählten Metall oder den ausgewählten Metallen kann das metallische Bindemittel ein weiteres Metall enthalten, und zwar Iridium, Osmium, Nickel, Kobalt und Eisen oder eine Kombination daraus.In addition to the selected metal or metals, the metallic binder can be a contain other metals, namely iridium, osmium, nickel, cobalt and iron or a combination thereof.
Bas Metallkarbid ist vorzugsweise Wolframkarbid oder Titankarbid oder eine Kombination aus Wolfram- und Titankarbid· Das Wolframkarbid kann in einem größeren Prozentsatz vorhanden sein als das Titankarbid oder umgekehrt. Alternativ kann das Metallkarbid eine Kombination aus Titankarbid, Wolframkarbid und Tantalkarbid sein, wobei in einem solchen Falle das Wolframkarbid vorzugsweise mit wenigstens 50 Gew.-% der Metallkarbide vorhanden ist und das Tantalkarbid vorzugsweise mit weniger als 30 Gew.-%The metal carbide is preferably tungsten carbide or Titanium carbide or a combination of tungsten and titanium carbide The tungsten carbide can be present in a greater percentage than the titanium carbide or vice versa. Alternatively, the metal carbide can be a combination of titanium carbide, tungsten carbide and tantalum carbide, wherein in such a case the tungsten carbide is preferably present in at least 50% by weight of the metal carbides and the tantalum carbide preferably with less than 30 wt .-%
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dee Werkstoffe«. Sae Metallkarbid kann außerdem eine Kombination aus Titankarbid und Tantalkarbid sein, wobei jedoch wiederum vorzugsweise der Anteil des Tantalkarbide weniger als 30 Gew.-$ dea Werkstoffes beträgt.dee materials «. Sae metal carbide can also be a combination of titanium carbide and tantalum carbide, but again preferably the proportion of tantalum carbide is less than 30% by weight of the material.
Bei der Entwicklung der vorliegenden Erfindung war es erforderlich^ das Verhalten eines üblichen, mit Kobalt gebundenen Hartmetallwerkstoffes bei hohen Temperaturen in Kontakt mit einer hochkriechf eaten Legierung zu studieren. Zusätzlich wurde das Legierungsverhalten der vorstehend erwähnten Metallkarbide gegenüber den Metallen der Platingruppe geprüft. Bei Bedingungen mit erhöhten Temperaturen und Drücken, die denen ähnlich waren, die an der Schnittfläche zwischen Schneidwerkzeug und Werkstück während einer Bearbeitung mit hoher Geschwindigkeit erwartet werden, wurde eine übermäßige Legierungsbildung durch Diffusion des Kobalt-Bindemittels mit dem Werkstück beobachtet. Aus Untersuchungen des Verhaltene der Metalle der Platingruppe war es möglich, die Metalle Ruthenium und Palladium als solche auszusondern, die stabile und arbeitsfähige Systeme bilden, die eine sehr hohe Sinterungeaktivität mit Karbiden der Metalle Wolfram, Tantal und Titan besitzen. Eb wurde gefunden, daß Platin und Rhodium sich in einer ähnlichen Weise verhalten, jedoch eine etwas geringere Sinterungsaktivität besitzen als Ruthenium und Palladium.In developing the present invention it was required ^ the behavior of a conventional hard metal material bonded with cobalt at high temperatures in contact with a highly creep resistant alloy. In addition, the alloying behavior of the aforementioned metal carbides with respect to the metals the platinum group tested. In conditions with elevated temperatures and pressures similar to those on of the cutting surface between the cutting tool and the workpiece are expected during high-speed machining, excessive alloying has been observed observed by diffusion of the cobalt binder with the workpiece. From investigations into the behavior of metals the platinum group it was possible to weed out the metals ruthenium and palladium as such, the stable and Form working systems which have a very high sintering activity with carbides of the metals tungsten and tantalum and possess titanium. Eb it has been found that platinum and rhodium behave in a similar manner, however have a somewhat lower sintering activity than ruthenium and palladium.
Bei der Prüfung eines eine erfindungsgemäße Zusammensetzung aufweisenden Schneidwerkzeuges hinsichtlich des Verhaltene bei hohen Temperaturen unter ähnlichen Bedingungen wie beim oben erwähnten üblichen Bartmetall mit Kobaltbindung in Kontakt mit einer hoch kriechf esten Legierung, wurde gefunden, daß eine Legierung des Werkstoffes des erfindungsgemäßen Schneidwerkzeuges mit der hoch kriechfesten Legierung minimal war.When testing a cutting tool having a composition according to the invention with regard to the Behave at high temperatures under similar conditions as with the usual beard metal mentioned above Cobalt bond in contact with a high creep-resistant alloy, it was found that an alloy of the material of the cutting tool according to the invention with the high creep resistant alloy was minimal.
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Durch die Anwendung üblicher Verfahren, die auf dem Gebiet der Pulvermetallurgie bekannt sind, können die vorstehend erwähnten Karbide miteinander zur Bildung eines dichten, sehr harten YJerkstoffes verbunden werden. Die Anwendung des ausgewählten Metalls oder der ausgewählten Metalle in dem oder als das metallische Bindemittel gemäß der vorliegenden Erfindung bringt den beträchtlichen Vorteil, daß ein Bindemittel geschaffen wird, dessen Schmelzpunkt beträchtlich höher liegt als der, der bisher als für eine solche Bindung brauchbar angesehen wurde. Es wurde jedoch gefunden, daß der durch solche Bindeverfahren erzeugte harte Werkstoff unerwartete Eigenschaften besaß, die beträchtliche Vorteile bei der Anwendung des Werkstoffos als Schneidwerkzeug boten, im Vergleich mit der Anwendung der früher vorgeschlagenen gesinterten Werkstoffe für Schneidwerkzeuge. Erstens wurde gefunden, daß durch die Verwendung des Metalls Ruthenium als ausgewählter metallischer Binder das erzeugte System eine unerwartet höhere Sinterungsaktivität besaß als ee für möglich gehalten wurde und deshalb fähig war, bei so niedrigen Temperaturen wie 100O0C unter dem Schmelzpunkt von Ruthenium zu einem dichten, im wesentlichen porenfreien Werkstoff zu sintern. Es wurde weiter gefunden, daß ein erfindungsgemäßeß Schneidwerkzeug mit Ruthenium als metallischem Bindemittel eine sehr große Härte besaß, die leicht durch Änderung des Prozentsatzes dee ausgewählten Metalles für das metallische Bindemittel im Werkstoff beeinflußbar ist. Die große Härte kann in der Größenordnung von 2400 V.P.N. liegen und mit ihr ist eine unerwartete Zähigkeit verbunden, die Schneidwerkzeuge aus diesen Werkstoffen insbesondere für die Bearbeitung bei hohen Geschwindigkeiten geeignet macht. Wenn als ausgewähltes Metall für das metallische Bindemittel Ruthenium benutzt wird, ergibt eich, daß Zusätze der anderen der ausgewählten Metalle Palladium, Platin oder Rhodium oder der zusätzlichen Metalle Iridium, Osmium, Nickel, Kobalt oderUsing conventional techniques known in the powder metallurgy art, the aforementioned carbides can be bonded together to form a dense, very hard material. The use of the selected metal or metals in or as the metallic binder according to the present invention brings the considerable advantage of providing a binder whose melting point is considerably higher than that which has heretofore been considered useful for such bonding. It was found, however, that the hard material produced by such bonding processes had unexpected properties which offered considerable advantages in the use of the material as a cutting tool as compared with the use of the previously proposed sintered materials for cutting tools. First, it was found that by the use of the metal ruthenium possessed as the selected metallic binder, the system produced an unexpectedly higher Sinterungsaktivität was thought possible as ee and therefore was able at temperatures as low as 100O 0 C below the melting point of ruthenium to a dense to sinter essentially pore-free material. It was further found that a cutting tool according to the invention with ruthenium as the metallic binder had a very high hardness, which can easily be influenced by changing the percentage of the selected metal for the metallic binder in the material. The great hardness can be of the order of 2400 VPN and is associated with an unexpected toughness that makes cutting tools made of these materials particularly suitable for machining at high speeds. If ruthenium is used as the selected metal for the metallic binder, results in that additions of the other of the selected metals palladium, platinum or rhodium or the additional metals iridium, osmium, nickel, cobalt or
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Elsen die Wirkung haben, daß die Sinterhärte und die endgültige Zähigkeit des Sinterwerkstoffes verändert wird. Im allgemeinen wird der Zusatz von Palladium, Nickel und Kobalt die Wirkung haben, daß die Zähigkeit zunimmt und die Härte des gesinterten Schneidwerkzeuges abnimmt.Elsen have the effect that the sinter hardness and the final toughness of the sintered material is changed. In general, the addition of palladium, nickel and cobalt will have the effect of increasing the toughness and the hardness of the sintered cutting tool decreases.
Beispielsweise zeigt die Figur 2 der Zeichnung das Verhältnis zwischen der Vickers-Härte (V.P.N.) und dem Gehalt an metallischem Bindemittel in Gew.»% des Werkstoffes bei einem gesinterten Werkstoff für ein Schneidwerkzeug, bei dem der metallische Binder aus 67 % Huthenium und 33 % Palladium besteht und bei dem als metallischer Karbid Wolframkarbid verwendet ist. Die Figur 3 der Zeichnung zeigt das Verhältnis zwischen der Vickers-Härte (V.P.N.) und dem Verhältnis zwischen !Ruthenium und Palladium in dem metallischen Bindemittel bei 2 gesinterten Werkstoffen für Schneidwerkzeuge, die 9 % bzw. 12 % (bezogen auf das Gewicht des Werkstoffes) Gesamt-Bindemittelgehalt besitzen, wobei das metallische Karbid Wolframkarbid ist. Aus Figur 3 ist ersichtlich, daß bei einem Schneidwerkzeug mit einem Sinterwerkstoff, der aus Wolframkarbid und Ruthenium besteht, die Härte von 2200 V.P.N. für 9 % Ruthenium auf 1940 V.P.N. für 12 % Ruldienium abnimmt. Wenn jedoch eine Hälfte des Rutheniumgehalts durch Palladium ersetzt wird, liegt die entsprechende Härte bei 2040 V.P.N. bzw. 1850 V.P.N. Während um metallische Binder aus einem oder mehreren der Metalle Platin, Palladium, Rhodium und Huthenium bestehen kann, ist das zusätzliche Metall oder sind die zusätzlichen Metalle der Gruppe Iridium, Osmium, Nickel, Kobalt und Eisen vorzugsweise nur in Anteilen bis zu 40 Gew.-% des metallischen Bindemittels vorhanden.For example, FIG. 2 of the drawing shows the relationship between the Vickers hardness (VPN) and the content of metallic binder in% by weight of the material in the case of a sintered material for a cutting tool in which the metallic binder consists of 67 % huthenium and 33 % Palladium and in which tungsten carbide is used as the metallic carbide. Figure 3 of the drawing shows the relationship between the Vickers hardness (VPN) and the ratio between! Ruthenium and palladium in the metallic binder in 2 sintered materials for cutting tools, which are 9 % or 12% (based on the weight of the material) Have total binder content, the metallic carbide being tungsten carbide. From FIG. 3 it can be seen that in the case of a cutting tool with a sintered material consisting of tungsten carbide and ruthenium, the hardness decreases from 2200 VPN for 9% ruthenium to 1940 VPN for 12 % ruthenium. However, if one half of the ruthenium content is replaced with palladium, the appropriate hardness is 2040 VPN or 1850 VPN While to metallic binder composed of one or more of the metals platinum, palladium, rhodium and Huthenium may be made, the additional metal or the additional Metals from the group iridium, osmium, nickel, cobalt and iron are preferably only present in proportions of up to 40% by weight of the metallic binder.
Im allgemeinen hat sich ergeben, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient und die Wärmeleitfähigkeit des ausgewählten Metalls für die erfindungsgemäßen Schneidwerkzeug-Werkstoffe geeigneter für die Anwendung bei SchneidwerkzeugenIn general, it has been found that the coefficient of thermal expansion and the thermal conductivity of the selected Metal for the cutting tool materials according to the invention more suitable for use in cutting tools
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sind, insbesondere ua Einflüssen von Temperatürschvankun· gen während der spangebenden Verformung zu widerstehen, als übliche metallische Bindemittel, die, wie oben erwähnt, aus Kobalt odor Nickel bestehen. Vergleiche zwischen den metallischen Bindemitteln sind aus Tabelle 1 ersichtlich.are, in particular, the influences of temperature fluctuations to withstand deformation during machining, as usual metallic binders, which, as mentioned above, consist of cobalt or nickel. Comparisons between the metallic binders can be found in Table 1 evident.
millionstel MillimeterThermal expansion in
millionth of a millimeter
Obwohl das erfindungsgeznäße gesinterte Schneidwerkzeug notwendigerweise eine hohe Härte besitzt, wurde als höchst unerwarteter und vorteilhafter Beitrag zur Anwendbarkeit des Werkstoffes für Schneidwerkzeuge für spangebende Verformung eine Wirkung beobachtet, die beim Sintern der einzelnen Bestandteile des Schneidwerkzeug-Werkstoffs auftrat. Diese Eigenschaft besteht darin, daß zumindest Ruthenium und Palladium die Wirkung haben, das Wachsen der Kornchen vollständig zu unterdrücken und in einigen Fällen die Korngroße der Metallkarbide während des Sinterns aktiv zu reduzieren. Die unten wiedergegebene Tabelle 2 zeigt die mittlere Korngröße der als Beetandteile in Pulverform zugegebenen metallischen Karbide im Vergleich zu ihrer mittleren Korngröße im erfindungsgemäßen gesinterten Schneidwerkzeug. Zusätzlich zeigt die Tabelle 2 einen Vergleich mit ähnlichen Bestandteilen in Form metallischer Karbide bei einem üblichen Kobaltgebundenen gesinterten Schneidwerkzeug.Although the sintered cutting tool according to the invention necessarily having high hardness has been found to be the most unexpected and beneficial contribution to applicability of the material for cutting tools for cutting deformation observed an effect that when sintering the individual components of the cutting tool material occurred. This property is that at least Ruthenium and palladium have the effect of suppressing the growth of the grains completely and in some Cases to actively reduce the grain size of the metal carbides during sintering. The table below 2 shows the mean grain size of the metallic carbides added as constituent parts in powder form in comparison their mean grain size in the sintered cutting tool according to the invention. The table also shows 2 a comparison with similar constituents in the form of metallic carbides in a conventional cobalt-bonded material sintered cutting tool.
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Tabelle 2Table 2
tertetered
Korngrain
größesize
tertetered
Korngrain
größesize
tertetered
Korngrain
größesize
♦ 2-5
♦
licheliche
Korngrain
größe insize in
PulverfοPulverfο
licheliche
Korngrain
größe insize in
PulverfοPulverfο
2-2 1/22-2 1/2
metallmetal
Mikrons)Microns)
oderor
RutheniumRuthenium
und Palland Pall
adiumadium
licheliche
Korngrain
größe insize in
Pulverf«,Powder «,
22
22
♦ boi §r Probe nicht aue anderen Bestandteilen herauslösbar.♦ Cannot be extracted from other components in the sample.
Zusätzlich zu den beim erfindungsgemäßen Schneidwerkzeug gegebenen allgemeinen Verbesserungen der Härte besitzen solche Werkzeuge den weiteren und beträchtlichen Vorteil, daß sie gegenüber üblichen gesinterten Werkzeugen eine deutlich verbesserte Härte im erhitzten Zustand besitzen, wie aus den unten wiedergegebenen Beispielen, bezogen auf den Einsatz bei spangebender Verformung, ersichtlich wird. Außerdem ergibt eich aufgrund der chemischen Eigenschaften des ausgewählten Metalls oder der ausgewählten Metalle im oder als metallischer Binder eine stark verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen Oxydation und Korrosion. Zusätzlich ist das eich ergebende Metall nicht magnetisch, wenn das Schneidwerkzeug aus einem gesinterten Werkstoff besteht, der aus einem oder mehreren der angegebenen Karbide und einem oder mehreren der metallischen Binder Buthenium, Palladium, Platin oder Rhodium besteht. BeiIn addition to the cutting tool according to the invention given general improvements in hardness Such tools have the further and considerable advantage that they are one over conventional sintered tools have significantly improved hardness in the heated state, as shown in the examples given below, based on the use with cutting deformation, becomes apparent. In addition, it is calibrated due to its chemical properties of the selected metal or metals in or as a metallic binder a greatly improved Resistance to oxidation and corrosion. In addition, the calibrating metal is not magnetic, if the cutting tool is made of a sintered material consists of one or more of the specified carbides and one or more of the metallic binders Buthenium, palladium, platinum or rhodium. at
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gewissen Anwendungen zur Spangebung kann diese Eigenschaft von beträchtlicher Bedeutung sein, beispielsweise, wenn das Schneidwerkzeug selbst ein Spiralbohrer ist, mit dem elektrische Schaltungen tragende Platten oder dergleichen gebohrt werden sollen, die durch magnetische Materialien beeinflußt werden könnten.This property can be used in certain machining applications be of considerable importance, for example when the cutting tool itself is a twist drill, with the electrical circuit supporting plates or the like are to be drilled by magnetic Materials could be affected.
Die mittleren ICorngrößen der metallischen Karbide, aus welchen das »Schneidwerkzeug gesintert wird, liegen vorzugsweise in Bareich zwischen 1 bis 10 Mikron. Palis erforderlich, kann der Anteil an metallischen Karbiden anfänglich als ein Mischkristall oder als feste Losung in Pulvcrform, die zwei oder mehr der Karbid-Metall-Elemente enthalt, zugefügt werden.The mean grain sizes of the metallic carbides from which the cutting tool is sintered are preferably between 1 and 10 microns in Bareich. Palis required, the metallic carbide portion can be added initially as a mixed crystal or as a solid solution in powder form containing two or more of the carbide-metal elements.
Es werden nun lediglich beispielsweise vier gemäß der vorliegenden Erfindung für Schneidwerkzeuge geeignete ZusaiKiienaetsTingen betrachtet, bei welchen für die einzelnen Bestandteile die Gewichtsprozente, bezöget) auf den Werkstoff insgesamt, wiedergegeben werden.Only, for example, four are now suitable for cutting tools in accordance with the present invention ZusaiKiienaetsTingen considered at which for the individual Components are the percentages by weight, based on the material as a whole.
TitankarbidRuthenium
Titanium carbide
40 % 12 #
40 %
TantalkarbidTungsten carbide
Tantalum carbide
642
6th
%%
PalladiumRuthenium
palladium
• 3 % 6 %
• 3%
Titankarbid
TantalkarbidTungsten carbide
Titanium carbide
Tantalum carbide
40
12 59
40
12th
%%
%%
Wolframkarbid
TantalkarbidRuthenium
Tungsten carbide
Tantalum carbide
30 %
12 % 12 #
30 %
12 %
Titankarbidpalladium
Titanium carbide
406th
40
%%
Volframkarbid
TantalkarbidRuthenium
Solid carbide
Tantalum carbide
y jO
39 %
6 ^ r \ c '
y jO
39 %
6 ^
T'itan-iarbidFa 11adium
Titanium carbide
%%
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Bei der Herstellung von Schneidwerkzeugen aus den in jedem der vorstehenden Beispiele genannten Bestandteilen, d. h. mit einem Anteil an metallischem Bindemittel von mehr als 5 %-> werden die Bestandteile als Metallpulver mit einer Korngröße im Bereich von 5 bis 8 Mikron in eine Mühle aus rostfreiem Stahl eingebracht. Graphit hoher Reinheit wird dann diesen Bestandteilen zugegeben, um den freien Kohlenstoff in der Charge auf annähernd 0,1 Gew.-% der Charge einzustellen.. Sie Charge wird dann naß in einer organischen Lösung durch eine Kugelmühle.behandelt, beispielsweise in Hexan, Aceton oder Benzol, um eine Oxydation au verhindern und das Mahlen zu unterstützen. Diese Behandlung erfolgt in Zeitspannen von bis zu drei lagen. Nach dem Mahlen wird di-e Lösung sorgfältig bei verringertem Druck und bei niedrigen Temperaturen verdampft und es werden annähernd 2 bis 4 Gew.-% der Charge an Paraffinwachs als zeitweiliges Bindemittel zugegeben. Die Masse wird nun mit einem Druck von annähernd 1575 &ß P^o Quadratzentimeter zu festen, als Schneidwerkzeuge geeigneten Korpern gepreßt und diese Körper werden bei 95O0C unter einer reduzierenden Atmosphäre von beispielsweise Wasserstoff oder gecracktem Ammoniak vorgesintert oder entwächst. Das Sintern wird dann in einer Argon-Atmosphäre bei einem Druck von 1 2orr und bei Temperaturen zwischen 15OO uncL 16500C, #e nach Art der Zusammensetzung, durchgeführt. Diese abschließenden Sintertemperaturen werden während einer Zeitspanne von einer Stunde aufrechterhalten. In the manufacture of cutting tools from the components mentioned in each of the preceding examples, ie with a proportion of metallic binder of more than 5 % -> the components are put into a stainless steel mill as metal powder with a grain size in the range of 5 to 8 microns brought in. High purity graphite is then added to these ingredients in order to adjust the free carbon in the batch to approximately 0.1% by weight of the batch. The batch is then treated wet in an organic solution by a ball mill, for example in hexane, acetone or benzene to prevent oxidation and aid in grinding. This treatment takes place in periods of up to three layers. After grinding, the solution is carefully evaporated at reduced pressure and at low temperatures and approximately 2 to 4% by weight of the batch of paraffin wax is added as a temporary binder. The mass is now pressed with a pressure of approximately 1575 square centimeters to solid bodies suitable as cutting tools and these bodies are pre-sintered or outgrowth at 95O 0 C under a reducing atmosphere of, for example, hydrogen or cracked ammonia. The sintering is then in an argon atmosphere at a pressure of 1 2orr and at temperatures between 0 C 15OO Uncl 1650, #e on the type of composition is performed. These final sintering temperatures are maintained for a period of one hour.
Für die Herstellung von erfindungsgemäßen Schneidwerkzeugen und mit einer Zusammensetzung, die weniger als 5 %' ' metallische Bindemittel enthält (von denen keines in den vorstehenden Beispielen enthalten ist), werden die festen Körper vorzugsweise aus dem aus der Kugelmühle entnommenen Pulver durch ein Verfahren hergestellt, das in der Pulvermetallurgie als "Heißpressen1" bekannt ist* BeiFor the production of cutting tools according to the invention and having a composition that contains less than 5 % metallic binders (none of which is included in the preceding examples), the solid bodies are preferably produced from the powder removed from the ball mill by a process known in powder metallurgy as "Hot Pressing 1 " * Bei
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diesem Verfahren wird das Pulver gleichzeitig einer Temperatur ausgesetzt, die der vorstehend für das Sintern erwähnten ähnlich .ist, sowie einem Druck in der Größenordnung von 157 »5 bis 315 kg pro Quadratzentineter.in this process the powder is simultaneously exposed to a temperature similar to that for sintering above mentioned, as well as a pressure on the order of 157 »5 to 315 kg per square centimeter.
Die gesinterten festen Körper sollten eine Form lind Größe besitzen, die der des gewünschten Schneidwerkzeuges nahe oder gleich kommt, falls es jedoch erforderlich ist, kann eine endgültige Formgebung oder Korrektur der Abmessungen durch ein Diamant-Schneidwerkzeug oder durch ein elektrolytisches Bearbeitungsverfahren erreicht werden, beispielsweise um ein Schneidwerkzeug in Form eines Spiralbohrers aus einer zylindrischen Stange des gesinterten Werkstoffes zu erzeugen.The sintered solids should have a shape Have a size close to or equal to that of the desired cutting tool, but if necessary, can be a final shaping or correction of the dimensions by a diamond cutting tool or by an electrolytic machining process can be achieved, for example a cutting tool in the form of a To produce twist drill from a cylindrical rod of the sintered material.
Durch das vorstehend beschriebene Preß- und Sinterverfahren wurden für jede der in den oben erwähnten Beispielen angegebene Zusammensetzung Schneidwerkzeug-Muster hergestellt. Jedes dieser Schneidwerkzeuge besaß die Form einer für Messungen geeigneten Schneidplatte zum Festklemmen im Werkzeughalter einer Drehbank. Die Einsätze wiesen rechteckige Form auf und hatten die Abmessungen 12,7 x 12,7 x 3»17 ΐω&^· Diese Einsätze wurden dann hinsichtlich ihrer Brauchbarkeit für die Spangebung bei der Bearbeitung eines rotierenden Werkstücks aus E.N.9-Stahl mit einer Härte von 200 V.P.N. geprüft. Bei jeder Probe betrug der Torschub des Schneidwerkzeuges 0,127 ■* Umdrehung dee Werkstückes und die Sclinittiefe 1,27 Ee wurde kein Kühlmittel benutzt. Die eich ergebenden Werte für die einzelnen Schneidwerkzeuge Mit den Zusammensetzungen nach den Beispielen 1 bis 4 wurden alt Werten verglichen, die unter identischen Schneidbedingungen von zwei im Handel erhältlichen Schneidwerkzeugen erhalten wurden, wobei es sich beim einen um einen Dreh-Meißel aus besonderem Qualitäte-Stahl (b) in Tabelle 3) und beim anderen um einen gesinterten Werkstoff handelt,By the above-described pressing and sintering method, for each of the above-mentioned examples Specified composition of cutting tool samples produced. Each of these cutting tools had the shape a cutting insert suitable for measurements to be clamped in the tool holder of a lathe. The stakes were rectangular in shape and had the dimensions 12.7 x 12.7 x 3 »17 ΐω & ^ · These inserts were then with respect to their usefulness for chipping when machining a rotating workpiece made of E.N.9 steel with a hardness of 200 V.P.N. checked. At every rehearsal the gate thrust of the cutting tool was 0.127 ■ * Rotation of the workpiece and the scline depth 1.27 Ee no coolant was used. The calibration results Values for the individual cutting tools with the compositions According to Examples 1 to 4, old values were compared under identical cutting conditions from two commercially available cutting tools, one being a rotary chisel made of special quality steel (b) in table 3) and the other is a sintered material,
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der im wesentlichen aus Titankarbid mit einem -metallischen Binder avis Nickel und Molybdän Cr) in Tabelle 3) besteht. Die Ve-rgleic'isergebmEse sind au?; I'sbelle 5 ersichtlich. which consists essentially of titanium carbide with a metallic binder avis nickel and molybdenum Cr) in Table 3). The comparison results are clear; I'sbelle 5 can be seen.
setzung dec
ßchneid-
werkseugesTogether
setting dec
cutting
Werkseuges
(V.P-N.hardness
(VP-N.
} seit
(in. lii-
nuten)Cutting
} since
(in. lii-
grooves)
"kenab"
iiütsung
'in n?raiPlRn-
"kenab"
iiütsung
'in n? rai
bildung
(in nim.ί-dimple
education
(in nim.ί-
des Beispiel .1like protrude
of the example .1
des Beispiel 2like protrude
of example 2
des Beispiel 5xfie protrude
of example 5
des Bei^Diel 4like protrude
des bei ^ hall 4
übliche Schneidwerkzeuge usu he Sch nei dwerkzeuge
a) 11,5 tf-Molybdän, 11,5 f* Nickel, 2 % Kobalt, 15 %. Wolframkarbid, 60 % Titankarbid a) 11.5 tf molybdenum, 11.5 f * nickel, 2 % cobalt, 15 %. Tungsten carbide, 60 % titanium carbide
1800 8 0,406 1800 8 0.406
b) Drehmeißel aus Qualitäten Stahl atif der Basis von VoIframkarbid, gebunden mit Kobalt (60,5 % Wolframkarbid, 12 % Tantalkarbid, 17,5 % Titankarbid, 10 % Kobalt b) turning tool steel qualities from the base of atif VoIframkarbid bonded with cobalt (60.5% Wolf ramkarbid, 12% tantalum, 17.5% titanium carbide, 10% cobalt
-1600 2 ..' -0,508 0p6-1600 2 .. '-0.508 0p6
- 20 ~ 009839/1506- 20 ~ 009839/1506
Ee sollte beachtet werden, daß die für die Grübchenbildung bei Schneidwerkzeugen mit der Zusammensetzung nach den Beispielen 1 bis 4 ermittelten Zahlen so klein sind, daß sie sich tatsächlich den Unebenheiten der anfangs geschliffenen Spanflächen nähern.Ee should be noted that those responsible for pitting in the case of cutting tools with the composition according to Examples 1 to 4, the numbers determined are so small that that they actually approach the unevenness of the initially ground rake faces.
Eine genaue Messung der Konturen der fertig bearbeiteten Oberfläche der Schneidwerkzeuge kann durch verschiedene Kittel durchgeführt werden, die der Fachwelt beispielsweise als "Taly-surf "-Maschine bekannt sind, die vergrößerte Spuren von Oberflächenunregelmäßigkeiten erzeugt· Figur 4 der Zeichnung zeigt in vergleichender Darstellung zwei solcher "Taly-eurfM-Spuren, wobei Δ die Grübchenbildung an der Schneidkantenseite eines erfindungsgemäßen Schneidwerkzeuges und mit einer gesinterten Zusammensetzung nach Beispiel 4 zeigt, während die mit B bezeichnete Darstellung in ähnlicher Weise die Grübchenbildung auf dem herkömmlichen Drehmeißel der Zusammensetzung b) in !TabelleA precise measurement of the contours of the finished surface of the cutting tools can be carried out by various gowns known to the technical world, for example as the "Taly-surf" machine, which generates enlarged traces of surface irregularities "Taly-eurf M traces, where Δ shows the pitting on the cutting edge side of a cutting tool according to the invention and with a sintered composition according to Example 4, while the illustration labeled B similarly shows the pitting on the conventional lathe chisel of the composition b) in! Table
3 zeigt. Die Schneidkante des Schneidwerkzeuges nach Figur 4A hatte acht Minuten lang bei einer Oberflächengeschwindigkeit von 304-,8 Metern pro Minute bei einer Schnittiefe von 1,27 mm und einem Vorschub von 0,127 mm pro Umdrehung gearbeitet. Der Drehmeißel nach Figur 4B hatte unter identischen Bedingungen lediglich zwei Minuten lang gearbeitet. 3 shows. The cutting edge of the cutting tool of Figure 4A had a depth of cut for eight minutes at a surface speed of 304.8 meters per minute of 1.27 mm and a feed rate of 0.127 mm per revolution worked. The lathe chisel according to FIG. 4B had only worked for two minutes under identical conditions.
Während der Arbeit wird die aufgebaute Schneide, die dabei erzeugt werden kann, schnell aufgebaut und bleibt dann stabil, bis ein Fehler an der Schneidkante auftritt· Figur 5 der Zeichnung zeigt typische Spuren bei einer vergleichenden Oberflächenmessung der stabilen aufgebauten Schneide, wie sie im Anfangsstadium der spangebenden Formung erzeugt wird, wobei Teil A in Figur 5 sich auf ein erfindungsgemäßes Schneidwerkzeug bezieht, das die in BeispielDuring the work, the built-up cutting edge is used can be generated, built up quickly and then remains stable until a fault occurs at the cutting edge · Figure 5 of the drawing shows typical traces in a comparative surface measurement of the stable built-up cutting edge, as it is produced in the initial stage of the machining, with part A in FIG. 5 relating to an inventive Cutting tool refers to the one in example
4 gegebene Zusammensetzung besitzt, während Teil B sich auf den üblichen Drehmeißel mit der Zusammensetzung nach4 has given composition, while part B is based on the usual turning tool with the composition
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b) in (Tabelle 5 bezieht. Eb ist ersichtlich, daß nach identischem Arbeitseinsatz der beiden Schneidwerkzeuge zur Spangebung zwar eine beträchtliche aufgebaute Schneide SJOLt dem herkömmlichen Schneidwerkzeug entstanden ist, daß aber keine ähnlich© aufgebaute Schneide auf dem er- £indungsgemaßen Werkzeug entstanden ist·b) in (Table 5 refers. Eb it can be seen that after identical work use of the two cutting tools for chipping, a considerable built-up edge SJOLt was created on the conventional cutting tool, but that no similarly built-up edge was created on the tool according to the invention.
Bei beiden Figuren 4- und 5 sind die horizontalen und vertikalen Vergrößerungen der Oberflachenspuren dargestellt, Both Figures 4 and 5 show the horizontal and vertical enlargements of the surface tracks,
¥nter den vorstehend beschriebenen Vergleichsbedingungen beim spangeben&ön Bearbeiten von Metallen kann die Oberflächenqualität des Werkstuckes gemessen und als Durchschnitt einer Kiütellinie in einem Längenmaß ausgedruckt werden» Ber übliche Drehmeißel aus Kobalt-gebundenem spezielles* Qualitäteetahl und die SchneMwerkzeitge aus¥ nter the comparison conditions described above When machining metals with chips, the surface quality can of the workpiece measured and as an average a Kiütellinie printed out in a length measure »About common lathe tools made of cobalt-bonded special * quality steel and the SchneMwerkzeitge
mit Hckel- tmd HolyböSii-Eindiißg ergaben Έ&ς-"W>a O»0005588 bat*. 0,ο00451β nmi, währeact erfindimgsgemäß© Schneidwerkzeiige, insbesondere mil; ä&ix "sstgiiiiges n&ch ü&a Beispiölea. -t bis 4, Gbesfl taten in &exv ßroßenordiKing Toa O,öOöi77^ ssa ergaben« Bies zeigt eine betrachtliche ¥erbesserang gegpWabei? den bisher verfügbaren Echneiösferkissugen. ffeerferagt man äle oben gegebexten Angaben auf Werte bezüglich der Metallzerspanung, so findet man.» daß das Haterial die Zerspanungswerte um einen Faktor von annähernd Q-Λ>&± gleichbleibender1 Abnützung und Oberflächenqualität erhöht, und awar int Vergleich mit herkömmlichen Schneidwerkzeugen aus Kobalt^· gebtmdenem Stahl»with Hckel and HolyböSii-impression resulted in Έ & ς- "W> a O» 0005588 bat *. 0, ο00451β nmi, during act according to the invention © cutting tools, in particular mil; ä & ix "sstgiiiiges n & ch ü & a Beispiölea. -t to 4, Gbesfl did in & ex v ßroßenordiKing Toa O, öOöi77 ^ ssa resulted «Bies shows a considerable ¥ erbesserang GegpW Here? the previously available urchin oyster puss eyes. If you ask all the information given above on values relating to metal cutting, you will find. " that the material increases the chipping values by a factor of approximately Q-Λ>& ± constant 1 wear and surface quality, and awar int comparison with conventional cutting tools made of cobalt steel »
Bs ist zu beachtrent daß immer dann» wenn in der vorangehendea Befsclisiefibuiis von llerkstoffzösanmensetzungea. die Bede ist, diese SiörksfcofiTe normale ITerunreiBlgungen um« fassen können, außerdem ist zu beachtenf daß die erfin-Bs should be beachtren t that always "if the vorangehendea Befsclisiefibuiis of llerkstoffzösanmensetzungea. the Bede, this SiörksfcofiTe can hold normal ITerunreiBlgungen to "also be noted that the f inventions
e, für Schneife*QrkseUige e, for Schneife * QrkseUige
009839/150B009839 / 150B
ÖRH3INALÖRH3INAL
Sohlenstoff enthalten können, wie es den Fachaann bekannt ist. Im allgemeinen wird solcher ungebundener Kohlenstoff 0,6 Gew-~% des Werkstoffes nicht überschreiten.May contain soles, as is known in the art is. Generally such unbound carbon will be Do not exceed 0.6% by weight of the material.
AnspruchesClaim
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