DE2255505A1 - Sinterhartmetalle - Google Patents

Description

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Toshiba Tungaloy Co.. Ltd.« Kawasaki/Japan Sinterhartmetalle .

Gegenstand dieser Erfindung sind Zusammensetzungen von Sinterhartmetallen, die beim spanabhebenden Bearbeiten von Metallen mit hohen Geschwindigkeiten besonders widerstandsfähig sind gegen Auskolkung und Furchenbildung·

Mit Sinterhartmetallen oder Sinterhartwerkstoffen, deren Hauptbestandteil Titankarbid ist und die stark verbessert worden sind, wird bereits viel gearbeitet. Diese bisher bekannten Sinterhartmetalle oder Sinterhartwerkstoffe sind sehr auskolkungsfest, im Hinblick auf ihre Verwendung als Schneidwerkzeuge - dies ist das wichtigste Anwendungsgebiet dieser Sinterhartwerkstoffe -sind sie gegen Ausfurchung jedoch nur wenig widerstandsfähig.

Ziel dieser Erfindung ist nun die Schaffung einer Sinterhartmetall -Zusammensetzung oder einer Sinterhartwerkstoff-Zusammensetzung, die im Hinblick auf die vorerwähnten Nachteile verbessert worden ist.

Die Zusammensetzungen der Sinterhartmetalle oder Sinterhärtwerkstoffe dieser Erfindung bestehen aus: (i) 1 bis 5 % Gewichtsanteile von mindestens einem Metallkarbid aus der Gruppe, zu der Zirkoniumkarbid und Vanadiumkarbid gehören; (il) 1 bis 15" # Gewichtsanteile an' Wolframkarbid; (iii) 10 bis 50 <jo einer Bindelegierung, di· sich aus 25 bis 70 # Gewichtsanteilen einer Bindelegierung aus mindestens einem Werkstoff aus der Gruppe Molybdän und Molybdänkarbid zusammensetzt, desgleichen aber auch noch aus 75 bis 30 Ji Gewichtsanteilen einer Bindelegierung aus mindestens einem Metall aus der Gruppe Eisen, Kobalt und Nickel; (iv) schließlich auch noch aus Titankarbid als einem Restanteil. Ein Prosentsatz an Titankarbid, der zwischen 5 und 50 # Gewichtsanteilen liegt, kann durch Tantalkarbid ersetzt werden.

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Dleee Erfindung wird nachstehend nun anhand des In Zeichnung dargestellten AuefUhrungsbeispieles (der In Zeichnung da rgestellten AusfUhrungsbeispiele) näher erläutert. Die Zeichnung zeigtl-

Die Abhängigkeit zwischen dem Anteil an ZrC und der Querbruchfestigkeit eines ZrC enthaltenden Slntermaterials oder Sinterwerkstoffes.

Die Herstellung der Sinterhartmetalle oder der Sinterhartwerkstoffe dieser Erfindung wird nun mit nachstehend angeführtes Beispiel beschrieben ·

Gewählt wurden im wesentlichen oxydfreie und nitridfreie Titankarbidpulver und Wolframkarbidpulver. Die pulverförmige Bindelegierung wurde hergestellt durch Zermahlen von 50 jt Nickelpulver mit einer Korngröße von 5 Mikron und von 50 % Molybdänpulver mit einer Korngröße von 1 Mikron. Zusammen mit dem vorerwähnten Bindelegierungspulver, dem Titankarbidpulver und dem Wolframkarbidpulver werden zur Herstellung der mit Tabelle 1 angeführten verschiedenen Werkstoffzusammensetzungen puiverförnilge Materialen mit einer Siebgröße von minus 325 zugemischt, beispielsweise Zirkoniumkarbid, Vanadiumkarbid, Kobalt, Eisen oder Tantalkarbid, wobei in dieser Tabelle die Werkstoffzusammensetzungen dieser Erfindung mit den Großbuchstaben A₁ B, C, D, E, P, G und H gekennzeichnet sind, die Materialzusammensetzung en X und J aber Vergleichszusammensetzungen darstellen, Die. se Materialzusamensetzungen beziehen sich auf die Sintermasse vor der während des Sinterns aufkommenden Reaktion. ^

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Tabelle 1

	A	TiC Ni	17 10	Mo	Co	wc	ZrC	VC	TaC
A The com positions of this Invention	B	55	16	17 • —I 10	1 5	9	1
ζ. The compo sitions for comparison	C	52	.15	16	1 1	7	1		15
	D	58	16	15	1	8	1
E	49	14	16	1	9	1		10
F	47	10	14		- 9	1		10
G	52	16	10	1	8	1 .		10
H	52	17	16		7		1	15
I	58	16	17		8	0.5	0.5
J	66	16
58				10

1. Werkstoffzusammensetzungen dieser Erfindung.

2. Vergleichszusammensetzungen.

Die Mahlvorgänge oder die Mischvorgänge würden in einer Kugel- ^r; mühle aus nichtrostendem Stahl unter Verwendung von Kugeln aus gehärtetem Wolframkarbid durchgeführt. Um während des einhundert- und zwanzig Stunden dauernden Mahlvorganges eine Oxydation der Charge zu verhindern, wurde Azeton zugegeben. Nach, dem Mahlen wurde das Azeton verdampft, wurde weiterhin den Materialzusammensetzungenvier Prozent benzolgelöster Wachsbinder hinzugefügt. Nach dem Trocknen wurde eine jede der pulverförmigen Mischungen in einer Stahlform bei einem Druck von ungefähr 1.5 tons/cm gepreßt.

Zum Entwachsen der Prüfstücke oder der Muster wurden die kaltgepreßten Preßlinge in einem Ofen unter Wasserstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 650° vorgesintert, während das Fertigsintern in einem Schutzgerüst unter Schutzgasatmosphäre bei einer Temperatur von 1350° in einem Induktionsofen durchgeführt wurde - Dauer des Vorsinterns und des Fertigsinterns jeweils eine Stunde· Während des Fertigsinterns wurde der Druck im Ofen auf etwa

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O.l bis 03 Mikron absolut gehalten. Das Fertigsintern läßt sich in jeder geeigneten Schutzgasatmosphäre durchführen, beispielsweise in einer Atmosphäre aus trocknem Wasserstoff, Argon oder Helium. Die Dauer der Sinterperiode hängt von der Sintertemperatur ab. So kann durch ein Anheben der Sintertemperatur die Sinterperiode verkürzt werden. Die Sintertemperatür sollte jedoch auf gar keinen Fall l480°C übersteigen, um ein beträchtliches Größerwerden der Körnung zu vermeiden. Somit müssen Sinterperiode und Sintertemperatur so eingestellt werden, daß im fertigen Stück die Korngröße des Titankarbides nicht wesentlich größer ist als die Korngröße des pulverförmigen Ausgangsmaterials,

Mit Tabelle 2 sind die Eigenschaften und Schneidleistungen der mit Tabelle 1 angeführten Werkstoffzusammensetzungen wiedergegeben. Zn dieser Tabelle steht die Härte für die Rockwell-Härte A, wohingegen die Sigebruchfestigkeit oder die Querbruchfestigkeit in Kilogramm je Quadratmillimeter (kg/mm ) angegeben ist. Die Furchenbreite oder Schnittbreite, die in der Einheit Millimeter dargestellt 1st, wurde erzielt durch Schneiden eines Blökkes Stahl JIS S55C mit einer Brinellhärte von 303 unter Verwen-' dung einer Schneidflüssigkeit, mit einer Zustellbewegung von 0.1 Millimeter je Umdrehung sowie mit einer Schnitt-Tiefe von 0.1 Millimeter bei einer Oberflächengeschwindigkeit oder Umdrehungsgeschwindigkeit von 30 Metern/Minute j und zwar für die Dauer einer Minute. Die vorerwähnten Schneidbedingungen sind für einen Schneidenwerkstoff im allgemeinen sehr hart» Sie führen dazu, daß die Schneide.Auskolkungen und Furchenbildungen bei geringen Geschwindigkeiten unterworfe η wird.

Aus der Tabelle 2 kann klar entnommen werden, daß bei einem Vergleich ähnlicher Zusammensetzungen, beispielsweise A mit I und £ mit J, die aus den Werkstoffzusammensetzungen dieser Erfin-

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dung hergestellten Schneidwerkzeuge durch die Formen der Purchenbildung weniger beeinflußt werden und darüber hinaus auch noch eine bessere Leistung zeigen.

Tabelle 2

	Hardness A	Transverse -2- ruptufe strength	Width of ? plowing -*
A	90.8	16 3	0.35
B	92.0	14 3	0.40
C	91.0	160	0.37
D	91.8	150	0.37
E	91.5	15.5	0.32
F	92.3	140	0.44
G	92.0	148	0.42
H	92.3	140	0.39
I	90.9	142 .	0.49
J	92.0	160	0.51

1. Härte.

2. Biegebruchfestigkeit.

3. Breite der Purchenbildung.

Mit der dieser Patentanmeldung beiliegenden Zeichnung soll gezeigt werden, welchen Einfluß der verschiedenartig ausfallende Anteil an Zirkoniumkarbid auf die Biegebuchfestigkeit oder die Querbruchfestigkeit der gesinterten Formteile hat. Mit Ausnahme des Zirkoniumkarbides wies der Rest der Werkstoffzusammensetzungen konstant auf: neun Prozent Wolframkarbid, fünfzig Pro- sent Titankarbid, fünfzehn Prozent Nickel, ein Prozent Kobalt, fünfzehn Prozent Molybdän und zehn Prozent. Tantalkarbid. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, wird dann, wenn der Anteil an Zirkoniumkarbid größer wird als fünf Prozent, die Biegebruch- fe.tigkeit oder Querbruchfestigkeit kleiner, was bedeutet, daß di. Zähigkeit der Werkstoffzusammensetzung bemerkenswert ist.

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Festgestellt wurde aber auch, daß ein Zuschlag von Zirkoniumkarbld in einem Anteil von weniger als ein Prozent der Werkstoff zusammensetzung keine besonderen Auswirkungen zeigt· Aus diesem Grunde sollte der Anteil an Zirkoniumkarbid im Bereich von 1% bis 5% Gewichtsanteilen der Werkstoffzusammensetzungen dieser Erfindung liegen.

Dies gilt auch dann, wenn teilweise oder vollständig das Zirkoniumkarbid durch Vanadiumkarbid ersetzt wird.

Wichtig ist, daß die Bindungslegierung oder das Bindemetall fünfundzwanzig Prozent bis siebzig Prozent Molybdän und/oder Molybdänkarbid enthält, um die Fähigkeit nutzen zu können, daß Legierungen, die diese Stoffe oder Materialien enthalten, die Oberfläche der harten Titankarbidpartikel benetzen. Ein Fehlen dieses Anteiles an· Molybdän oder Molybdänkarbid läßt diesen Verteil oder Nutzen unbedeutend werden, wohingegen ein Überschuß die Zähigkeit der Werkstoffzusammensetzung kleiner werden läßt. Molybdänkarbid kann in Form eines Feststoffgemenges mit Titankarbid vor dem Sintervorgang zugegeben werden.

Aus den Metallen der Eisengruppe wird Nickel als bevorzugter Bestandteil der Bindelegierung oder des Bindemetalles verwendet. Es kann jedoch jedes Metall der Eisengruppe und dessen Legierungen verwendet werden. Wichtig ist, daß die Werkstoffzusammensetzung zehn Prozent bis fünfzig Prozent der Bindelegierung oder des Bindemetalles enthält« Sollte der Anteil der Bindelegierung fehlen, dann wird die Zähigkeit geringer werden, was wiederum dazu führt, daß auch die Härte der Werkstoffzusammensetzung geringer wird.

Das Titankarbid kann lurch Tantalkarbid bis zu dem Ausmaße ersetzt werden, daß der Gewichts an teil des Titankarbldes immer größer bleibt als der des Tantalkarbides· Eine übermäßige Zugabe an

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Tantalkarbid verringert die Möglichkeit, eine Werkstoffzusammensetzung für Schneidwerkzeuge herzustellen. Ein Zuschlag an Tantalkarbid, der weniger als 5% des Titankarbides ersetzt, bringt keinen favorisierbaren Nutzen. Tantalkarbid kann in Form eines Feststoff gemenge s mit Titaiicarbid vor dem Sintern zugegeben werden.

Es ist natürlich sehr wichtig, daß alle Einzelschritte oder Einzelvorgänge in der Herstellung des Fertigwerkzeuges so durchgeführt werden, daß das Endprodukt frei von schädlichen Anteilen an Oxyden und Nitriden ist.

Wichtig ist auch, daß die Werkstoffzusammensetzung maximal fünfzehn Prozent an Wolframkarbid aufweist, weil Wolframkarbid . - und das ist sein Vorteil - die Festigkeit der Werkstoffzusammensetzung gegen plastische Deformation sehr stark erhöhen kann, Eine Übermäßige Zugabe von Wolframkarbid führt zu einer ^Festigkeit sabnehme bei der Werkstoffzusammensetzung, während ein Anteil an Wolframkarbid von weniger als I^ die Werkstoffzusammensetzung nicht so fest gegen plastische Verformung macht.

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Claims (2)

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1. Sinterhartmetalle oder Sinterhartwerkstoffe dadurch gekennzeichnet, daß
sie sich zusammensetzen aus:

i) 1 bis 5 % Gewichtsanteile von mindestens einem Metallkarbid aus der Gruppe, zu der Zirkoniumkarbid und Vanadiumkarbid gehören;

ii) 1 bis 15 io Gewichtsanteile an Wolframkarbid;

iii) 10 bis 50 °fo Gewichtsanteile einer Bindelegierung

oder eines Bindeniet all es. Zu dieser Binde legierung gehörend:

a) 25 bier 70 # Gewichteanteile basierend auf einer Bindelegierung aus mindestens einem Material oder einem Stoff der Gruppe, zu der auch Molybdän und Molybdänkarbid gehören; schließlich auch

b) 75 bis 30% Gewichtsanteile basierend auf der Bindelegierung aus mindestens einem Metall der Gruppe, zu der Eisen, Kobalt und Nickel gehören;

iv) schließlich auch noch aus einem Restanteil an Titankarbid ·

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2. Sinterhartmetalle oder Sinterhartwerkstoffe nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß

ein bestimmter Anteil des Titankarbides, und zwar in Gewichtsanteilen zwischen 5 und 10 %, durch Tantalkarbid ersetzt werden kann.

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