DE2107884A1 - Composite body of high strength based on meta-bonded tungsten carbide - Google Patents
Composite body of high strength based on meta-bonded tungsten carbideInfo
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Description
DR. E. WIEGAND DIPL-ING. VV. KIEMANN 9 1 Π 7 R 8 ADR. E. WIEGAND DIPL-ING. VV. KIEMANN 9 1 Π 7 R 8 A
DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C GERNHARDT ^ I U / O 0 4DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C GERNHARDT ^ I U / O 0 4
18, Februar 1971 ¥ 40 363/71 Ko/DEFebruary 18, 1971 ¥ 40 363/71 Ko / DE
Sumitomo Electric Industries Ltd., Higashi-ku, Osaka-shi / JapanSumitomo Electric Industries Ltd., Higashi-ku, Osaka-shi / Japan
Verbundkörper von hoher Festigkeit auf der Grundlage von metallverbundenem WolframcarbidComposite body of high strength based on metal-bonded tungsten carbide
Die erfindungsgemäßen gesinterten Verbundkörper von hoher Festigkeit und Zähigkeit auf der Grundlage von Wolframcarbid, die im wesentlichen aus Metallcarbiden, die Wolframcarbid als Hauptbestandteil enthalten, und aus 10 bis 50 Gew.-56 eines Stahlbinders, der im wesentlichen aus 4-30 Gew.-$ Nickel und/oder 1 - 25 Gew.-^ Kobalt und 1-15 Gew.-$ Molybdän und 1-10 Gew.-^ Chrom aufgebaut ist, bestehen, sind wertvoll als Schneidwerkzeuge, Kaltbearbeitungswerkzeuge und Heißbearbeitungswerkzeuge.The sintered composite bodies according to the invention of high strength and toughness based on tungsten carbide, consisting essentially of metal carbides, which contain tungsten carbide as a main component, and of 10 to 50 wt. 56 of a steel tie, which consists essentially of 4-30 wt .- $ nickel and / or 1-25 wt .- $ cobalt and 1-15% by weight of molybdenum and 1-10% by weight of chromium are, are, are valuable as cutting tools, cold working tools and hot working tools.
Die Erfindung befaßt sich mit Verbesserungen der Festigkeit und Zähigkeit von Verbundkörpern auf der Basis von Wolframcarbid und insbesondere mit Verbundkörpern auf der Basis von Wolframcarbid, die mit Stahlbindern verbunden sind, die aus Eisen-Nickel- oder Eisen-lTickel-Xobalt-Legierungen unter Zusatz von Molybdän und/oder Chrom bestehen.The invention is concerned with improvements in the strength and toughness of composite bodies based on tungsten carbide and in particular with composite bodies based on tungsten carbide bonded with steel trusses, the made of iron-nickel or iron-nickel-xobalt alloys below Addition of molybdenum and / or chromium exist.
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Allgemein wurden gesinterte Legierungen auf der . Basis von Wolframcarbid durch Verbinden von Wolframcarbidteilchen mit Kobalt als Metallbinder hergestellt.Generally, sintered alloys have been based on the. Base of tungsten carbide by joining tungsten carbide particles made with cobalt as a metal binder.
Mit Eisen verbundene Wolframcarbidverbundkörper oder Kompositionskörper werden durch die Bildung des schädlichen Doppelcarbids aus Eisen und Wolfram W,Fe,C als *£-Phase während des Sinterungsverfahrens zerstört, so daß der gesamte Kohlenstoffgehalt des Kompaktkörpers so eingestellt werden muß, daß die Ausbildung der >>,-Phase W,Fe,C durch Zusatz eines feststehenden Kohlenstoffgehaltes ausgeschlossen wird. Im Fall eines KohlenstoffÜberschusses fällt der freie Kohlenstoff in den gesinterten Legierungen auf der Basis von Wolframcarbid aus, wo dur"ch die Ausfällung des freien Kohlenstoffes eine Erniedrigung der Festigkeit der gesinterten Legierungen auf der Basis von Wolframcarbid verursacht wird. In der Praxis ist es deshalb übermäßig schwierig, gesinterte Legierungen auf der Basis von Wolframcarbid von hoher Zähigkeit und hoher Festigkeit aufgrund des sehr engen erlaubten Grenzwertes des Kohlenstoffgehaltes in den mit Eisen verbundenen WoI-framcarbidlegierungen zu erhalten und aus diesem Grund liegen einige ältere Untersuchungen und Patentschriften zur Verbesserung der sehr eng begrenzten erlaubten Grenze des Kohlenstoffgehaltes in den mit Eisen verbundenen Legierungen auf der Basis von Wolframcarbid vor. Bei den früheren Untersuchungen und Patentschriften wurde festgestellt, daß der sehr enge begrenzte Bereich des Kohlenstoffgehaltes in den mit Eisen verbundenen Legierungen auf V/olframbasis wesentlich durch Ersatz von Nickel für einen Teil des Eisens als Metallbindsr verbeseert v/erden kann und entsprechen! der Zunahme des !Tickelgehaltes oberhalb etwa 4 Gew.-70 in den Eisen-Nickel-Legierungen als Metallbinder ausgedehnt werden kann.Tungsten carbide composite bodies or composite bodies bonded to iron are formed by the formation of the harmful double carbide of iron and tungsten W, Fe, C as the * £ phase destroyed during the sintering process, so that the total carbon content of the compact must be adjusted so that the formation of the >>, - phase W, Fe, C by adding a fixed carbon content is excluded. In the case of excess carbon the free carbon in the sintered alloys based on tungsten carbide precipitates, where by "ch the precipitation of free carbon a decrease the strength of the sintered alloys based on tungsten carbide. In practice it is therefore, excessively difficult to produce sintered tungsten carbide alloys of high toughness and high Strength due to the very narrow permissible limit value for the carbon content in the WoI-frame carbide alloys associated with iron and for this reason some older studies and patents are available Improvement of the very narrowly limited permissible limit of the carbon content in the alloys associated with iron based on tungsten carbide. In previous studies and patents it was found that the very narrow, limited range of carbon content in the iron-bonded tungsten-based alloys Substantially improved by replacing nickel for a part of the iron as a metal binding agent can and correspond to! the Increase in the tickel content above about 4% by weight in the Iron-nickel alloys can be expanded as metal binders.
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Legierungen auf der Basis von Wolframcarbid, die mit Eisen-Nickel-Legierungen verbunden sind, d. h. Fe-25Ni-Legierungen, sind bereits in technischem Gebrauch (R. Kohlermann & Mitarbeiter, "Die Technik", Band 11, 1957, 11, Seite 736-746).Alloys based on tungsten carbide, the are associated with iron-nickel alloys, d. H. Fe-25Ni alloys, are already in technical use (R. Kohlermann & employees, "Die Technik", Volume 11, 1957, 11, pages 736-746).
Aufgrund der Erfindung ergeben sich mit Stahl verbundene Kompositionskörper auf der Basis von Wolframcarbid von hoher Festigkeit und hoher Zähigkeit, bei denen die verbindende Phase im wesentlichen aus Eisen-Nickeloder Eisen-Nickel-Kobalt-Legierungen unter Zusatz von Molybdän und/oder Chrom besteht.The invention results in composite bodies connected to steel on the basis of tungsten carbide of high strength and high toughness, in which the connecting phase consists essentially of iron-nickel or Iron-nickel-cobalt alloys with the addition of molybdenum and / or chromium.
Die Erfindung- beruht auf der Feststellung, daß hohe Festigkeit und hohe Zähigkeit der mit Stahl verbundenen Kompositionskörper auf der Basis von Wolframcarbid erzielt werden kann, wenn Molybdän imd/oder Chrom als BindeKiemente in diesen Verbundkörpern verwendet werden. Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert, worinThe invention is based on the finding that high Achieved strength and high toughness of the composite bodies connected to steel on the basis of tungsten carbide can be used if molybdenum and / or chromium are used as binding elements can be used in these composites. The invention is explained below with reference to the accompanying drawings, wherein
Fig. 1 ein Phasendiagramm der binären Legierungen von Eisen-Nickel,1 shows a phase diagram of the binary alloys of iron-nickel,
Fig. 2 ein vergrößertes Phasendiagramm für binäre Legierungen von Eisen-Nickel,2 shows an enlarged phase diagram for binary alloys of iron-nickel,
Fig. 3-10 graphische Darstellungen der Effekte auf die plastischen Eigenschaften von gesinterten Legierungen auf der Basis von Wolframcarbid gemäß der Erfindung,Fig. 3-10 graphical representations of the effects on the plastic properties of sintered alloys based on tungsten carbide according to the invention,
Fig. 11 eine mikrophotographische Wiedergabe eines gesinterten Legierungsprobestückes auf Wolfrajncarbidbasis gemäß Beispiel 1 undFigure 11 is a photomicrograph of a sintered tungsten carbide based alloy coupon according to example 1 and
Fig. 12 eine Zeichnung der Versuchsbedingungen darstellen.Figure 12 is a drawing of the experimental conditions.
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Gesinterte Legierungen auf der Basis von Wolframcarbid, die mit Eisen-Nickel-Legierungen verbunden sind, werden bei der Phasenumwandlung derselben beim Erhitzen, wie aus Pig. 1 ersichtlich, zerstört. Die Beziehung zwischen der Abkühlungsumwandlung und der Erhitzungsumwandlung ergibt sich aus Fig. 2. Dabei findet in der Fe-25Ni-Legierung eine Martensitumwandlung bei etwa 15O0C während deren Abkühlung statt und andererseits findet eine Austenitumwandlung bei etwa 54O0C während des Erhitzens statt, so daß die Phasenumwandlung einen wesentlichen Einfluß auf die Wärmebeständigkeit der Legierung auf der Basis von Wolframcarbid, die mit einer Fe-25-Legierung verbunden ist, hat.Tungsten carbide-based sintered alloys bonded with iron-nickel alloys become like Pig when they phase change when heated. 1 can be seen, destroyed. The relationship between the cooling conversion and the heating conversion results from Fig. 2. This takes place in the Fe-25Ni alloy has a martensitic transformation at about 15O 0 C during which cooling takes on the other hand is an austenite transformation at about 54O 0 C during heating instead, so that the phase change has a significant influence on the heat resistance of the alloy based on tungsten carbide, which is associated with an Fe-25 alloy.
Aus den Ergebnissen, die bei einer Reihe der Versuche erhalten wurden, zeigte sich, daß die verbundene Eisen-Nickel-Phase in gesinterten Wolframcarbidlegierungen bemerkenswert unterschiedliche Eigenschaften im Vergleich zu denjenigen einer Eisen-Nickel-Legierung zeigt. Beispielsweise ist die Sättigungsmagnetisierung von gesinterten 7OWC-3OFe-Ni-Legierungen entsprechend den verschiedenen Nickelgehalten in Pig. 3 gezeigt. Die Sättigungsmagnetisierung von 7OWC-3OFe-Ni-Legierungen wurde bemerkenswert durch Anwendung einer Unter-O-Behandlunf auf die 7OWC-3OPe-Ni-Legierungen in flüssigem Stickstoff erhalten. Da anzunehmen ist, daß die Sättigungsmagnetisierung entsprechend dem α-Eisen in der Bindephase erhöht wird, ergibt sich aus dem vorstehenden Sachverhalt, daß die Bindephase einen Verlust des γ-Eisens aufweist und diese Folgerung stellt einen bemerkenswerten Unterschied im Vergleich zu dem Eisen-Nickel-Diagramm gemäß den Fig. 1 und 2 dar. Aus den vorstehend angegebenen Sachverhalten ist nämlich zu schließen, daß die Eisen-Nickel-Legierung als Bindephase für Wolframcarbidlegierungen die Martensitumwandlung aufgrund der einen Ursache oder einer anderen Ursache begrenzt. Aus dem Grund, daß die Martensitreaktion der Eisen-Nickel-Legierung athermal ist, läßt sich eineFrom the results obtained in a number of the experiments, it was found that the iron-nickel bonded phase in cemented tungsten carbide alloys, properties are remarkably different from those of one Shows iron-nickel alloy. For example, the saturation magnetization of 7OWC-30Fe-Ni sintered alloys is corresponding the various nickel contents in Pig. 3 shown. The saturation magnetization of 7OWC-3OFe-Ni alloys was remarkable by applying an under-O treatment obtained the 7OWC-3OPe-Ni alloys in liquid nitrogen. Since it can be assumed that the saturation magnetization is increased corresponding to the α-iron in the binding phase, it follows from the above fact that the binding phase has a loss of γ-iron and this inference represents one notable difference in comparison with the iron-nickel diagram according to FIGS. 1 and 2. From the above Facts are namely to conclude that the iron-nickel alloy as a binder phase for tungsten carbide alloys, the martensite transformation due to one cause or one other cause limited. For the reason that the martensite reaction The iron-nickel alloy is athermal, can be a
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Ursache darin annehmen, daß die Ms-Temperatur durch die Effekte von Kohlenstoff und Wolfram, die in der Bindephase diffundieren, erniedrigt wird, und als andere Ursache läßt sich annehmen, daß die Martensitreaktion dureh die Wirkung der Wolframcarbidteilchen, die durch die Eisen-Nickel-Legierung als Metallbinder umgeben sind, begrenzt wird.Assume that the cause is that the Ms temperature is due to the effects of carbon and tungsten, which are in the binder phase diffuse, is lowered, and as another cause, it can be assumed that the martensite reaction occurs the effect of the tungsten carbide particles, which are surrounded by the iron-nickel alloy as a metal binder, is limited will.
Deshalb ist es unmöglich, WC-Fe-Ni-Legierungen mit einer Bindephase aus 100 °/o Martensitstruktur im gesinterten Zustand zu erhalten. Die Sättigungsmagnetisierung von WC-Fe-Ni-Legierungen wird wesentlich im .gesinterten Zustand durch Zusatz von Kobalt zu der WC-Fe-Ni-Legierung erhöht, wie aus Fig. 3 ersichtlich, und allgemein ist es eine gut bekannte Tatsache, daß die Ms-Temperatur von Eisen-Nickel-Legierungen durch Zusatz von Kobalt zu der Eisen-Nickel-Legierung erhöht wird, und dieser Sachverhalt läßt sich so interpretieren, daß der verbliebene Austenit in der verbindenden Phase durch die Effekte des zugesetzten Kobalt3 verringert wird.Therefore, it is impossible to get toilet-Fe-Ni alloys with a binder phase 100 ° / o martensite in the sintered state. The saturation magnetization of WC-Fe-Ni alloys is substantially increased in the sintered state by the addition of cobalt to the WC-Fe-Ni alloy, as can be seen from Fig. 3, and in general it is a well-known fact that the Ms -Temperature of iron-nickel alloys is increased by adding cobalt to the iron-nickel alloy, and this fact can be interpreted to mean that the remaining austenite in the connecting phase is reduced by the effects of the added cobalt3.
Aufgrund der Ergebnisse der vorstehend aufgeführten Versuche wurde versucht, die Wirkungen von Zusatzelementen zu Eisen-Nickel-Legierungen als Metallbinder zu untersuchen. Lediglich aufgrund der Versuche wurde festgestellt, daß gesinterte Legierungen auf der Basis von V/olframcarbid, deren Bindephase aus Eisen-Nickel-Legierungen oder Eisen-Nickel-Kobalt-Legierungen unter Zusatz von Molybdän und/oder Molybdän und Chrom besteht, sehr gute Eigenschaften ergeben. Die eine Eigenschaft betrifft die Verbesserung der Wärme teständigkeit der gesinterten Legierung auf der Basis von Wolframcarbid, Die Wärmeerweichungsbeständigkeiten von WC-Fe-Ni-Legierungen, WC-Fe-Ni-Co-Legierungen und Legierungen auf der Basis von Wolframcarbid, die Molybdän und/oder Chrom als BinderelementeBased on the results of the experiments listed above, attempts were made to determine the effects of additional elements Investigate iron-nickel alloys as metal binders. Only on the basis of the tests was it found that sintered alloys based on tungsten carbide, their Binder phase made from iron-nickel alloys or iron-nickel-cobalt alloys with the addition of molybdenum and / or molybdenum and chromium, give very good properties. the one property relates to the improvement in heat resistance the sintered alloy based on tungsten carbide, the heat softening resistance of WC-Fe-Ni alloys, WC-Fe-Ni-Co alloys and alloys based on tungsten carbide, the molybdenum and / or chromium as binder elements
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enthalten, mit denen eine Unter-O-Behandlung ausgeführt wurde, sind durch die unterschiedlichen Härten nach der Erhitzung jeder Legierung während 1 Stunde gemäß Pig. 4 gezeigt, bei der ihre Härte vor der Erhitzung als 100 angenommen wurde. Wie sich aus Fig. 4 ergibt, hatten die Legierungen, welche Molybdän entsprechend der Erfindung enthielten, eine überlegene Wärmeerweichungsbeständigkeit im Vergleich zu Legierungen mit einer Bindephase aus Eisen-Nickel- oder Eisen-Nickel-Kobalt-Legierungen.included with which to perform an under-O treatment are due to the different hardnesses after heating each alloy for 1 hour according to Pig. 4th where its hardness before heating was taken to be 100. As can be seen from Fig. 4, the alloys which contained molybdenum according to the invention had superior heat softening resistance in the Compared to alloys with a binder phase made of iron-nickel or iron-nickel-cobalt alloys.
Die unter Zusatz von verschiedenen Molybdän und/oder Chrom-Gehalten hergestellten 70WC-30Pe-i6Ni-10Co-Legierungen wurden zu Untersuchungen der Wirkung des Zusatzes von Molybdän und Chrom bereitet. Die Querbruchfestigkeit und Härten der hergestellten Legierungen entsprechend den Zusammensetzungen der Bindephase sind aus den Fig. 5 und 6 ersichtlich, wonach die Querbruchfestigkeit entsprechend der Erhöhung des Molybdän- und Chromgehaltes zunimmt und insbesondere im Fall eines Molybdängehaltes von 3-12 Gew.-$> ein bemerkenswerter Effekt festzustellen ist, und die Harte entsprechend der Erhöhung des Molybdängehaltes zunimmt, wie aus Fig. 6 ersichtlich.The 70WC-30Pe-i6Ni-10Co alloys produced with the addition of various molybdenum and / or chromium contents were prepared for investigations into the effect of the addition of molybdenum and chromium. The transverse rupture strength and hardness of the alloys prepared according to the compositions of the binder phase are from Figures 5 and 6, after which the transverse rupture strength according to the increase of the molybdenum and chromium content increases and particularly in the case of a molybdenum content of 3-12 wt -.. $> A A remarkable effect can be observed, and the hardness increases in accordance with the increase in the molybdenum content, as can be seen from FIG. 6.
Der minimale Nickelgehalt der Bindephase der Legierungen auf der Basis von Wolframcarbid gemäß der Erfindung beträgt etwa 4 Gew.-$, v/ie vorstehend angegeben, und die Ms-Temperatur der Bindephase erniedrigt sich entsprechend der Zunahme des Nickelgehaltes, so daß die Legierungen auf WoI-framcarbidbasis gemäß der Erfindung im gesinterten Zustand einen Verlust des Gehaltes an Austenit zeigen. Die Beziehung zwischen der 0,2 ^-Streckgrenze einer WC-30Fe-IIi-Co-Mo-Cr-Legierung und des Γ-Iartensitgehaltes darin ergibt sich aus Fig. 7. Der Martensitgehalt der WC-30Fe-Ni-Co-Ko-Cr-Legierung wurde durch Variierung des Nickelgehaltes oder durch Anwendung einer Wärmebehandlung auf die Legierung variiert undThe minimum nickel content of the binder phase of the alloys based on tungsten carbide according to the invention is about 4% by weight, v / ie given above, and the Ms temperature the binder phase decreases in accordance with the increase in the nickel content, so that the alloys are based on WoI-frame carbide show according to the invention in the sintered state a loss of the austenite content. The relationship between the 0.2 ^ yield strength of a WC-30Fe-IIi-Co-Mo-Cr alloy and the Γ-martensite content in it results from Fig. 7. The martensite content of the WC-30Fe-Ni-Co-Ko-Cr alloy was varied by varying the nickel content or by applying a heat treatment to the alloy and
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auch der Martensitgehalt der WC-30Fe-Ni-Co-Mo-Cr-Legierungen wurde durch die Bestimmung des Sättigungsmagnetisierungswertes der Legierung bestimmt.the M a rtensitgehalt the WC-30Fe-Ni-Co-Mo-Cr alloys was determined by determining the saturation magnetization value of the alloy.
Aus den Werten der Fig. 7 ergibt es sich, daß die 0,2 ^-Streckgrenze der Legierung entsprechend der Erhöhung des Martensitgehaltes in der Bindephase der Legierung zunimmt. Daraus ist zu schließen, daß in einer mit Stahl verbundenen Legierung auf Wolframcarbidbasis von hoher Festigkeit ein Verlust an Martensit in der Bindephase der Legierung erzielt werden muß. Der maximale Nikkelgehalt in der Bindephase der gesinterten Legierung auf Wolfraracarbidbaeis gemäß der Erfindung ist als etwa 30 Jk The values in FIG. 7 show that the 0.2 ^ yield strength of the alloy increases in accordance with the increase in the martensite content in the binder phase of the alloy. It is concluded that in a high strength tungsten carbide alloy bonded to steel, a loss of martensite must be achieved in the binder phase of the alloy. The maximum nickel content in the binder phase of the sintered alloy based on tungsten acarbide according to the invention is found to be about 30 Jk
Gew.-$ aufgrund der Ergebnisse der vorstehenden Versuche anzugeben. Es scheint, daß der Kobaltzusatz in dem Metallbinder die Wärmebeständigkeit von mit Eisen-Nickel verbundenen Legierungen auf Wolfraracarbidbasis verbessert, jedoch durch einen Kobaltgehalt über 25 Gew.-5^ im Metallbinder die Festigkeit der mit Eisen-Nickel verbundenen Legierung auf Wolframcarbidbasis verringert wird.Wt .- $ based on the results of the previous experiments to specify. It appears that the cobalt addition in the metal binder increases the heat resistance of iron-nickel associated Tungsten carbide based alloys improved, however by a cobalt content of more than 25% by weight in the metal binder the strength of the iron-nickel bonded tungsten carbide alloy is reduced.
Die Beanspruchungs-Spannungskurve von WC-3>OFe-16üii-10Co-4,7Mo-2Cr-Legierungen gemäß der Erfindung ist in Fig.8 gezeigt. Yersuchsstücke mit einem Durchmesser von 4,5 ram und einer Länge von 9,0 mm wurden bei diesem Preßversuch angewandt. Eine Instron-Universaltestmaschine wurde bei ;The stress-voltage curve of WC-3> OFe-16üii-10Co-4,7Mo-2Cr alloys according to the invention is shown in Fig.8. Test pieces with a diameter of 4.5 ram and a length of 9.0 mm were used in this pressing test. An Instron universal test machine was at;
diesem Preßversuch eingesetzt. φused this pressing test. φ
Die Versuchsstrücke wurden den in Tabelle I angegebenen Wärmebehandlungen unterworfen.The test pieces were those given in Table I. Subjected to heat treatments.
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Bezeichnungdescription
WärmebehandlungsbedingungenHeat treatment conditions
AnIa ßbehandlungAnal treatment
AlterungsbehandlungAging treatment
B-1 B-2 B-3,31 B-4B-1 B-2 B-3.3 1 B-4
im gesinterten Zustand 85O0C X 30'—> OQ 95O°C X 30*—ϊ OQ 10500C X 30»—* OQin the sintered state 85O 0 CX 30 '-> OQ 95O ° CX 30 * - ϊ OQ 1050 0 CX 30 »- * OQ
200"C 1 Std,200 "C 1 hour,
ti
ITti
IT
Die Änderung des Martensitgehaltes in der Bindephase der in Fig. 8 gezeigten Legierungen ergibt sich aus Pig. 9. Der Martensitgehalt wurde durch Bestimmung des Sättigungsmagnet isierungswertes der Legierung erhalten. Aus den Werten der Fig. 8 und 9 ergibt es sich, daß der Martensitgehalt in der Bindephase der mit Stahl verbundenen Legierung auf Wolframcarbidbasis durch Wärmebehandlung der mit Stahl verbundenen Legierung auf Wolframcarbidbasis eingestellt werden kann und die Preßfestigkeit der mit Stahl verbundenen Legierung auf Wolframcarbidbasis, die eine Bindephase mit einem geringen Martensitgehalt enthält, niedrig ist und andererseits die Dehnung dieser Legierung einen Maximalwert bei etwa 30 Gew.-^ des primären Martensitgehaltes in der Bindephase besitzt. Der verbliebene Austenit in der Bindephase kann in Martensit durch die durch Spannung induzierte Umwandlung während der Verformung überführt werden, wie aus Fig. 9 ersichtlich.The change in the martensite content in the binder phase of the alloys shown in FIG. 8 results from Pig. 9. The martensite content was obtained by determining the saturation magnetization value of the alloy. From the values 8 and 9 it can be seen that the martensite content in the binder phase of the alloy bonded to steel based on tungsten carbide is set by heat treating the steel-bonded tungsten carbide based alloy and the compressive strength of the steel-bonded tungsten carbide-based alloy that has a binder phase contains a low martensite content, is low and, on the other hand, the elongation of this alloy has a maximum value at about 30 wt .- ^ of the primary martensite content in the Has binding phase. The remaining austenite in the binder phase can turn into martensite due to the stress induced Conversion can be transferred during the deformation, as can be seen from FIG. 9.
Aus den vorstehenden Sachverhalten ist zu schließen, daß eine mit Stahl verbundene Legierung auf Wolframcarbidbasis eine Bindephase besitzen muß, die aus den zusammen vorliegenden Strukturen einer Marteneitstruktur und einer Austenitstruktur besteht, wobei das Verhältnis zwischen dem Martensitgehalt und dem Austenitgehalt in der BindephaseFrom the foregoing it can be concluded that a tungsten carbide based alloy bonded to steel must have a binding phase, which consists of the structures present together of a Marteneit structure and a Austenite structure consists, the ratio between the martensite content and the austenite content in the binding phase
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durch Anwendung einer Wärmebehandlung an die mit Stahl verbundene Legierung auf Wolframcarbidbasis oder durch Yariierung des Nickelgehaltes in der Bindephase eingestellt werden kann. Die Eigenschaften der mit Stahl verbundenen Legierung auf Wolframcarbidbasis können somit leicht durch Anwendung einer Wärmebehandlung oder durch Variierung des Nickelgehaltes in der Bindephase variiert werden.can be adjusted by applying a heat treatment to the steel-bonded tungsten carbide-based alloy or by varying the nickel content in the binder phase. The properties of the tungsten carbide-based alloy bonded to steel can thus easily be varied by applying a heat treatment or by varying the nickel content in the binder phase.
Die gesinterten Legierungen auf Wolframcarbidbasis gemäß der Erfindung sind wertvoll als Stempel oder Anstauchgesenke. die eine hohe Zähigkeit zeigen.The tungsten carbide based sintered alloys of the invention are valuable as punches or upsetting dies. which show high toughness.
Zum Vergleich der Eigenschaften dieser Legierungen mit denjenigen von Standardlegierungen sind die Eigenschaften der mit Stahlbindern, welche Molybdän und/oder Chrom enthalten, verbundenen Wolframcarbidlegierungen in Tabelle II gezeigt.To compare the properties of these alloys with those of standard alloys are the properties the tungsten carbide alloys associated with steel binders containing molybdenum and / or chromium in Table II shown.
Tabelle IITable II
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Nr.alloy
No.
grenze
(kg/mnr)0.2 ^ -dens
border
(kg / mnr)
spannung
(*)Total-
tension
(*)
(kg.ra/cm*)Impact value
(kg.ra / cm *)
(kg/nra*)TRS 9
(kg / nra *)
RAhardness
RA
A, C Standardlegierung; B, D erfindungsgemäß;A, C standard alloy; B, D according to the invention;
Die Eigenschaften eines handelsüblichen Hochgeschwindigkeitsstahles und von handelsüblichen Wolframcarbid~Kobaltlegierungen sind in Tabelle III aufgeführt.The properties of a commercial high-speed steel and of commercially available tungsten carbide ~ cobalt alloys are listed in Table III.
IIIIII
stigkeit
(kg/mm2)Press
sturdiness
(kg / mm 2 )
grenze
(kg/mm2)0.2 ^ -dens
border
(kg / mm 2 )
spannung
<*)Gesatot-
tension
<*)
wert 2
Ckg.m/cm )Blow
worth 2
Ckg.m / cm)
(kg/mra2)TRS
(kg / mra 2 )
RAhardness
RA
Wie sich aus den Tabellen II und III ergibt, besitzen die Legierungen gemäß der Erfindung überlfegene Eigenschaften hinsichtlich Festigkeit und Zähigkeit im Vergleich zu dem handelsüblichen Hochgeschwindigkeitsstahl und den bekannten Wolframcarbid-Kobalt-Legierungen.As can be seen from Tables II and III, the alloys according to the invention have superior properties in terms of strength and toughness compared to the commercial high-speed steel and the known Tungsten carbide-cobalt alloys.
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Die überlegenen Wärmebeständigkeitseigenschaften als charakteristische Werte der Legierungen gemäß der Erfindung sind als Eigenschaften für Schneidwerkzeuge und Heißbearbeitungswerkzeuge auszunützen und auch die Beständigkeitseigenschaft gegenüber Wärmeerweichung der Legierungen gemäß der Erfindung, die sich aus Pig. 4 ergibt, ist als Eigenschaft für Kaltbearbeitungswerkzeuge, wie Stempel und Anstauchgesenke auszunützen.The superior heat resistance properties as characteristic values of the alloys according to FIG Invention are to be used as properties for cutting tools and hot working tools and also the Resistance property to heat softening of the alloys according to the invention, derived from Pig. 4 results, is to be used as a property for cold working tools such as punches and upsetting dies.
Zur Bestimmung der Wärmebeständigkeit der Legierungen gemäß der Erfindung wurden die Schneidversuche unter folgenden Bedingungen ausgeführt. £ To determine the heat resistance of the alloys according to the invention, the cutting tests were carried out under the following conditions. £
Bearbeitungsmaterif?! S45 C (Stahl mit 0,45 # C)Machining material ?! S45 C (steel with 0.45 # C)
seitlicher Winkel 15°lateral angle 15 °
rückseitiger Winkel 6°rear angle 6 °
Die Schneidwerkzeuge wurden aus WC^OPe-Ni-Co-Mo-Cr- " Legierungen to it 12,7 mm im Quadrat hergestellt, wobei die Zusammensetzung der Binderphase in Pig. 10 gezeigt ist.The cutting tools were made from WC ^ OPe-Ni-Co-Mo-Cr- " Alloys made to it 12.7 mm square, with the Composition of the binder phase in Pig. 10 is shown.
Schneidbedingungen: 1.V= 7,5 m/min.Cutting conditions: 1.V = 7.5 m / min.
d S= 1 mmd S = 1 mm
f J= 0,10 naa/reT.f J = 0.10 naa / reT.
3? = 10·3? = 10
2.Y = 32,5 m/min, d := 1 mm f = 0,15 mm/rer. T = 101 2.Y = 32.5 m / min, d: = 1 mm f = 0.15 mm / rer. T = 10 1
109848/11AO109848 / 11AO
Die maximal abgenützten Breiten der Spielflächen der Einsätze wurden bestimmt. Die Ergebnisse der Bestimmung der maximal abgenützten Breiten sind in Fig.10 gezeigt, worin die Ergebnisse unter den Schneidbedingungen 2 in Klammern gesetzt sind. The maximum worn widths of the playing surfaces of the inserts were determined. The results of the determination of the maximum worn widths are shown in FIG. 10, in which the results under the cutting conditions 2 are put in parentheses.
Die Temperatur der Kante des Schneidwerkzeuges während des Schneidens des Materials wurde nach dem Thermoelementverfahren für Schneidwerkzeuge bestimmt und die gemessene Temperatur der Kante des WC-3OFe-16Fi-1OCo-Legierungswerkzeuges betrug 20O0C bei der Schneidbedingung 1 und 4000C bei der Schneidbedingung 2. The temperature of the edge of the cutting tool while cutting the material was determined by the thermocouple method for cutting tools, and the measured temperature of the edge of the WC-3OFe-16Fi-1OCo alloy tool was 20O 0 C for the cutting condition 1 and 400 0 C for the cutting condition 2 .
Molybdän zeigt einen markanten Einfluß auf die Wärmebeständigkeit der Legierungen. Chrom zeigt keinen markanten Einfluß auf die Wärmebeständigkeit der Legierungen, jedoch werden mit Chrom zusammen mit Molybdän die in Fig. 10 enthaltenen hervorragenden Werte gezeigt.Molybdenum has a marked influence on the heat resistance of the alloys. Chrome shows no prominent Influence on the heat resistance of the alloys, but with chromium together with molybdenum the in Excellent values contained in Fig. 10 are shown.
Die Legierungen auf Wolfraracarbidbasis gemäß der Erfindung können nach den bekannten Pulvermetallurgieverfahren hergestellt werden. Die Elemente Chrom und Molybdän in der Legierung können als metallisches Molybdän und metallisches Chrom oder als Ferro-Legierungen angewandt werden. Im Fall von Störungen durch Oxidation können diese Elemente auch als Carbide, wie M02C und Cr*C zugegeben werden.The tungsten acarbide based alloys according to the invention can be produced according to the known powder metallurgy processes. The elements chromium and molybdenum in the alloy can be used as metallic molybdenum and metallic chromium or as ferrous alloys. In the case of disturbances due to oxidation, these elements can also be added as carbides, such as M02C and Cr * C will.
Die grundlegenden Carbide in den Legierungen gemäß der Erfindung können Titancarbid, Vanadiumcarbid, Hafniumcarbid und/oder andere Metallcarbide außer Wolframcarbid als Hauptbestandteil enthalten. Diese zusätzlichen Carbide können in einer Menge bis zu 30 Gew.-^ des Wolframcarbides in der Legierung zugesetzt werden, da sie eine Neigung zur Erniedrigung der Zähigkeit der Legierung zeigen.The basic carbides in the alloys according to the invention can be titanium carbide, vanadium carbide, hafnium carbide and / or contain metal carbides other than tungsten carbide as a main component. These extra carbides can in an amount up to 30 wt .- ^ of the tungsten carbide in the alloy, since they tend to lower the toughness of the alloy.
Die Bindephase kann in der Legierung gemäß der Erfindung in einer Menge von 10-50 Gew.-% enthalten sein. Falls die Bindephase zu gering ist, können die vorstehend aufgeführten Eigenschaften der Legierung nicht erhalten werden und falls die Bindephase zu groß ist, kann die Legierung nicht in wirksamer Weise aufgrund der Verformung während des Sinterungsverfahrens des Kompaktkörpers hergestellt werden.The binder phase can be contained in the alloy according to the invention in an amount of 10-50% by weight. If the binder phase is too small, the above-mentioned properties of the alloy cannot be obtained and if the binder phase is too large, the alloy cannot effectively due to the deformation are produced during the sintering process of the compact.
Ein Gemisch wurde aus der folgenden Zusammensetzung hergestellt. A mixture was prepared from the following composition.
Das Gemisch wurde unter Zusatz von Aceton in einer Kugelmühle während 72 Stunden feucht vermählen und dann zu einem grünen Kompaktkörper unter einem Druck von 2 t/cm nach der Trocknung des Gemisches verpreßt. Der grüne Kompaktkörper wurde in Vakuumatmosphäre von 0,1 - 0,2 mraHg bei 14000C während 1 Stunde gesintert. Nach der Abkühlung wurde der gesinterte Körper geschnitten und an der Oberfläche unter Verwendung von Diamantpaste geschliffen und dann mit Pikrinsäure als Muster für das Elektronenmikroskop geätzt. EineThe mixture was wet-ground with the addition of acetone in a ball mill for 72 hours and then pressed to form a green compact under a pressure of 2 t / cm after the mixture had dried. The green compact was in vacuum atmosphere of 0.1 - 0.2 mraHg sintered at 1400 0 C for 1 hour. After cooling, the sintered body was cut and ground on the surface using diamond paste and then etched with picric acid as a pattern for the electron microscope. One
109848/1 UO109848/1 UO
elektrophotographlsche Wiedergabe des gesinterten Körpers ist in Pig. 11 gezeigt. In der Elektroph.otograph.ie wurden die linsenförmigen Muster der Martensitstruktur in der Bindephase beobachtet, so daß es sich ergibt, daß in der Bindephase der gesinterten Legierung auf WoIframcarbidbasis gemäß der Erfindung gemeinsam die Martensitstruktur und Austenitstruktur vorliegen.electrophotographic representation of the sintered body is in Pig. 11 shown. In the Elektroph.otograph.ie the lenticular pattern of the martensite structure in the Binding phase observed, so that it is found that in the binding phase of the sintered alloy based on tungsten carbide according to the invention together the martensite structure and austenite structure are present.
Die gesinterte Legierung auf Wolframcarbidbasis gemäß der Erfindung hatte die mechanischen Eigenschaften einer Preßfestigkeit von 503 kg/mm2, eine 0,2 % Streckgrenze von 332 kg/mm , eine Gesamtspannung von 7,2 $, einen Charpy-Schlagwert von 1,10 kgra/cm , wobei bei dem Charpy-Schlagversuch Probestücke von 4,5 mm im Quadrat und einer Spannweite von 40 mm verwendet wurden, eine Querbruehfestigkeit von 340 kg/mm , wobei bei dem Biegeversuch Probestücke mit 4 mm Stärke, 8 mm Breite und einer Spannweite von 20 mm verwendet wurden, und eine RA-Härte von 87,0.The tungsten carbide based sintered alloy according to the invention had the mechanical properties of a crush strength of 503 kg / mm 2 , a 0.2 % yield strength of 332 kg / mm, a total stress of 7.2 $, a Charpy impact value of 1.10 kgra / cm, with specimens 4.5 mm square and a span of 40 mm being used in the Charpy impact test, a transverse crush strength of 340 kg / mm, specimens with 4 mm thickness, 8 mm in width and a span in the bending test of 20 mm and an RA hardness of 87.0.
Die praktischen Versuche mit diesen gesinterten Legierungen auf Wolframcarbidbasis und den bekannten Hochgeschwindigkeitsstählen wurden mit einem Stempel, wie in Fig. 12 gezeigt, durchgeführt. Aufgrund der Ergebnisse der Versuche war der bekannte Hochgeschwindigkeitsstahl zur Bearbeitung von 500 Stücken fähig, während die gesinterte Legierung auf Wolframcarbidbasis gemäß der Erfindung zur Bearbeitung von 45 000 bis 50 000 Stücken geeignet war, d. h. mit der gesinterten Legierung auf Wolframcarbidbaais gemäß der Erfindung konnte eine hundert mal größere Arbeit geleistet werden al3 mit dem bekannten Hochgeschwindigkeitsstahl.The practical experiments with these sintered alloys based on tungsten carbide and the known high-speed steels were performed with a stamp as shown in FIG. Based on the results of the experiments the well-known high-speed steel was capable of machining 500 pieces while the sintered alloy was on The tungsten carbide base according to the invention was suitable for machining 45,000 to 50,000 pieces; H. with the sintered Tungsten carbide based alloy according to the invention a hundred times greater work could be done than with the well-known high-speed steel.
109848/ 1140109848/1140
Betspiel 2Bet game 2
Ein Gemisch, wurde aus folgender Zusammensetzung hergestellt. A mixture was made from the following composition.
Die gesinterte Legierung auf Wolframcarbidbasis wurde aus dem Gemisch nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt.The tungsten carbide-based sintered alloy was prepared from the mixture by the same method as in FIG Example 1 produced.
Die gesinterte Legierung auf Wolframcarbidbasis gemäß der Erfindung hatte die mechanischen EigenschaftenThe tungsten carbide based sintered alloy according to the invention had the mechanical properties
einer Preßfestigkeit von 555 kg/iam , einer 0,2 ^-Streckgrenze von 414 kg/mm , eine Querbruchfestigkeit von 370a compressive strength of 555 kg / iam, a 0.2 ^ yield point of 414 kg / mm, a transverse breaking strength of 370
kg/mtn und eine RA-Härte von 89,4.kg / mtn and an RA hardness of 89.4.
Ein praktischer Versuch für diese gesinterte Wolframcarbidlegierung wurde mit einem Schneidwerkzeug unter den folgenden Bedingungen ausgeführt.A practical experiment for this cemented tungsten carbide alloy was carried out with a cutting tool under the following conditions.
Anstellwinkel 30°Angle of attack 30 °
Bearbeitungsmaterial Ever-hard (Warenbezeichnung),Processing material Ever-hard (description of goods),
das 0,25 - 0,35 Gew.-# C, 0,21Gew.-$ Cu, 1,48 Gew.-^ Mn und 0,14 Gew.-^ Mo und 0,24 Gew.-$ Si enthält.the 0.25-0.35 wt. # C, 0.21 wt. $ Cu, 1.48 wt. $ Mn and contains 0.14 wt% Mo and 0.24 wt% Si.
Schneidbedingungen V = 10 m/min.Cutting conditions V = 10 m / min.
d as 0,05 mm f = 14the 0.05 mm f = 14
1 O 9*U 8 /. 1 U O1 O 9 * U 8 /. 1 U O
Bei den praktischen Versuchen war dieses gesinterte Wolframcarbidschneidwerkzeug zum Schneiden von fünf mal mehr Material im Vergleich zu dem bekannten Hochgeschwindigkeitsstahl fähig und auch mit bekannten Hartmetallwerkzeugen war das Schneidmaterial schwierig zu schneiden, da die Spitzen der Kante verloren gingen.In practical trials, this tungsten carbide cemented cutting tool was capable of cutting five times Capable of more material compared to the well-known high-speed steel and also with well-known hard metal tools the cutting material was difficult to cut as the tips of the edge were lost.
Die Zusammensetzungen und mechanischen Eigenschaften der in Beispiel 3 eingesetzten Metallbinder sind aus Tabelle IV ersichtlich.The compositions and mechanical properties of the M e used in Example 3 tallbinder are shown in Table IV.
kg/mmTRS 2 * - "
kg / mm
gemäßinventive
according to
ti
Ilrest
ti
Il
11,0
16,011.0
11.0
16.0
4,7
4,74.7
4.7
4.7
2,02.0
2.0
288
306301
288
306
85,387.0
85.3
legierungdefault
alloy
»rest
»
16,011.0
16.0
284281
284
82,2 '84.9
82.2 '
*TRS = Querbriichfestigkeit* TRS = cross breaking strength
1 O 9 B ■■> B / 1 1 t> O 1 O 9 B ■■> B / 1 1 t> O
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