DE2302317B2

DE2302317B2 - Karbid-Hartlegierung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE2302317B2
Application number: DE2302317A
Authority: DE
Inventors: Erwin Beaverton Oreg. Rudy (V.St.A.)
Original assignee: Teledyne Industries Inc
Current assignee: TDY Industries LLC
Priority date: 1972-02-14
Filing date: 1973-01-18
Publication date: 1974-07-25
Also published as: BR7300967D0; BE794383A; CA976388A; DE2302317A1; FR2172097A1; US3840367A; IT974419B; FR2172097B1; AT329289B; GB1419982A; DE2302317C3; JPS4889807A; ATA132773A

Description

saramensetzung 89,5% Titankarbid, 5°/o Molybdän und 5,5% Nickel bekannt (DT-AS 1 291 908). Dieses Titankarbid enthält 78,1% Titan und einen GesamtkohlenstoSgehalt von 20,4%. Den Rest bilden offensichtlich Undefinierte Verunreinigungen. Dies bedeutet, daß die bekannte Legierung, bezogen auf den Gesamtgehalt, 70% Titan und 18,3% Gesamtkohlenstoff enthält. Bei dieser bekannten Legierung ist ein freier Kohlenstoffgehalt für die Zusammensetzung des Karbidhartmetalls nicht entscheidend, da die Qualität eines Schneidwerkzeuges nicht beeinflußt wirxl.

Ziel der Erfindung ist deshalb, eine verbesserte Materialzusammensetzung anzugeben, die verbesserte verschleißfeste Eigenschaften ergibt, z. B. eine verbesserte Monokarbidlegierung aus Titan und Molybdän, die wesentlich reicher an Kohlenstoff ist als bekannte Legierungen. Weiterhin sollen Legierungen geschaffen werden, die bei Vorhandensein von Metallträgerlegierungen der Eisengruppe, insbesondere Nickel, stabil sind und die gesinterte Karbidwerkzeugmaterialien ergeben, die in ihren Gesamteigenschaften den TiC—Mo.,C—Mo—Ni-VVerkzeuglegierungen überlegen sind.

Ziel der Erfindung sind ferner Legierungen, die unter Verwendung von Kobalt und Eisen gesintert werden können, ohne daß eine Brüchigkeit der Legierungen erhalten wird, indem brüchige intermetallische Phasen oder »/-Karbide gebildet werden, wie sie in Kohlenstofflegierungen mit Zusammensetzungen erhalten werden, die in den Bereich von TiC—Mo₂C—Mo und TiC—Mo₂C—Mo—Ti fallen.

Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß bei der Karbid-Hartlegierung der eingangs angegebenen Art χ + y = 1 ist, y zwischen 0,06 und 0,60 variieren kann und ζ höher liegt, als dem stöchiometrischen Kohlenstoffgehalt entspricht, der zur Abbindung des Molybdängehaltes als Mo₂C und des Titangehaltes als TiC notwendig ist. Vorzugsweise variiert y zwischen 0,12 und 0,50.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird bei einer Karbid-Hartlegierung vorgeschlagen, daß die Zusammensetzung durch solche Indexdupel (z; y) bestimmt wird, die im z-y-Diagramm in die von einem geschlossenen Polygonzug umschlossene Fläche fallen, der durch die Eckpunkte

E(z = 0,985; y = 0,06)
F(z = 0,972; y = 0,06)
G(Z = 0,07 l;y = 0,60)
H(z = 0,090; y = 0,60)

definiert ist.

Die Karbid-Hartlegierung gemäß der Erfindung enthält als Bindemetall vorzugsweise 8 bis 12 Gewichtsprozent Kobalt. Ferner können im Falle vorliegender Erfindung bis zu 30 Atomprozent des vorhandenen Titangehaltes durch Hafnium, Niob und/ oder Tantal ersetzt werden.

Weiterhin wird mit vorliegender Erfindung vorgeschlagen, daß bis zu 50 Atomprozent des vorhandenen Molybdängehaltes durch Wolfram ersetzt ist. daß ferner bis zu 10 Molprozent des vorhandenen Molybdän- und Wolframgehaltes durch Chrom ersetzt ist, daß weiter bis zu 25 Atomprozent des vorhandenen Kohlenstoffgehaltes durch Stickstoff ersetzt ist, bzw. daß bis zu 20 Atomprozent des vorhandenen Titangehaltes durch Vanadium ersetzt ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Karbid-Hartlegierung vorgeschlagen, bsi dem zuerst eine pulverisierte Vorlegierung aus Titan, Molybdän und Kohlenstoff hergestellt wird, die einen höheren Molybdängehalt besitzt, als der Endzusammensetzung des Karbidanteils der Karbid-Hartlegierung entspricht, daß diese Vorlegierung mit Titan, Monokarbid und dem Bindemetall in Mengen vermischt wird, daß das Gemisch der Zusammensetzung der Karbid-Hartlegierung entspricht und daß schließlich dieses Gemisch gepreßt und gesintert wird.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine graphische Darstellung der Monokarbidphase in fester Lösung gemäß vorliegender Erfindung sowie die Zusammensetzung der Karbidlegierungen der bekannten Werkzeugentwickiungen in diesem Bereich, die vorstehend erörtert wurden,

Fig. 2 und 3 Abnutzungskurven, die die Abnutzung von Werkzeugen gemäß vorliegender Erfindung mit der von bekannten Werkzeugen vergleichen, wenn beide den gleichen VersuchsbeJingungen ausgesetzt sind, und

»5 F i g. 4 bis 6 die Abnutzungsgeschwindigkeiten von Werkzeugen gemäß vorliegender Erfindung als Funktion (er Austauschgeschwindigkeit von Molybdän für Titan (oder die Molprozent von Molybdän im Gesamtmetallgehalt) für unterschiedliche Versuchsbedingungen.

Die Zusammensetzung der Karbidkomponente, die bei der Herstellung der Karbid-Trägermetall-Verbundwerkstoffe gemäß vorliegender Erfindung verwendet wird, kann entweder in Atomprozent der Bestandteilelemente, wie z.B. Ti„Mo_vC_n, (m + v + m- = 100) ausgedrückt werden, wobei u, ν und w die Atomprozente von Titan, Molybdän und Kohlenstoff in der Legierung sind, oder aber als relative Molanteile von Metall und die Zwischenräume füllenden Elementen in der F^rm (Ti_vMo_v)C-, (x + y = 1), wobei χ und y die relativen Molanteile (Metallaustausch) von Titan und Molybdän sind und ζ die Anzahl von Grammatomen Kohlenstoff pro Grammatom Metall angibt.

100-3' definiert die Molprozent Molybdänaustausch in (Ti_vMo_v)Cj, und lOO-.v die Molprozent ^T!tanaustausch. Die beiden Sätze von Zusammensetzungsveränderlichen werden durch nachstehende Beziehungen auf einfache Weise ineinander übergeführt:

u = 100·—-----

1 -f- ζ

100 · ν

1 -r ζ
100 ■ 2

1 -r 2

U + V

V —

V W -j- V

IV
M + V

5 ⁶

Letztere Methode der Definition der Gesamtzu- Mo₀,₅₀)C₀,₇₆. und der Punkt H' dem Wert (J'o,5oMo₍,₅₀)

sammensetzung der Karbidkomponente, der Aus- C₀,_8S. Der Punkt £ entspricht dem Wer (T, Mo

STt! Mof)C ist insbesondere zweckmäßig für C, der Punkt F dem Wert (T^Mo^^dei

die Beschreibung-der Konzentrationsräume von die PunktG dem Wert(Tj₀, _4nMo₀._6(l)C₍,₇₁ und

Zwischenräume füllenden Legierungen und wird in 5 dem WeTt(Ty₄₀Mo₆₀)L₀₁₉,

IS^Ä ^ω Ärnder Erfindung wie i. mensetzung. Für ein gegebenes MetallaustauschverauTdfcZusLSensetzung der Karbidlegierungen hältnis enthält die Zusammensetzung mehr Kohlenbekanner Werkzeueentwickluneen auf diesem Ge- stoff als die Zusammensetzungen^ TiC-Mo₂C tür S D^ FomS dCTFig. 1 wurde so gewählt, daß das gleiche Verhältnis. Im Falle vorliegender Erfin-ΛSe ZusamnTensetzungen gezeigt werden können, dung können auch höhere Beträge an Mondän veran SteHe dTr^ herkömmlichen dreieckförmigen Dar- i₅ wendet werden, als dies bei bekannten Zusammenstellunt von ternären Systemen, weil in einer solchen Setzungen der Fall war. Wie weiter unten im e.nzeloraShen Darstellung die weiter unten erörterten nen ausgeführt, können damit Werkzeuge unter Bereiche auf Grand zu hoher Drücke nur unzu- schweren Bearbeitungsbedingungen wie auch unter I ^V könnten den leichten Bearbeitungsbedingungen, auf die die ^^id -bekannten TiC-MoX-Mo-Ni-Werkzeuge be-

^äCta^^^Ind«wertzinder bekannt

Zusammensetzune (Ti_vMo_v)C„ während die Abszisse schränkt waren, eingesetzt werden. S Indexwert ν ist Natürlich definiert die Abszisse Die Karbid-Verbundmetalle nach vorhegender

auch .r da x'+ y = 1. Die Ordinate ist auch in Erfindung können nach verschiedenen und unter-Alomprozent Kohlenstoff der Gesamtzusammen- schiedlichen Pulvermetallurgie-Techniken hergestellt setzuns eezeist wobei dieser Atomprozentsat?, gleich 35 werden. Ein typischer Herstellvorgang ist folgender. ^fe ^{& &}' ,. , _t Ein Gemisch aus Karbid und Trägerlegierung in den

_T2-_z ist. Die Ordinate ist für ζ linear und etwas _gewünschten Anteilen wird in einer Kugelmühle in nichtlinear für Atomprozent Kohlenstoff. Die emem Gefäß aus korrosionsbeständigem Stahl drei Abszisse ist auch als das prozentuale Austauscher- bis vier Tage lang behandelt, wobei die Kugeln hältnis von Molybdän für Titan oder Molprozent 30 aus Wolframkarbid-Kobaltlegierung bestehen und Molybdän in dem Gesamtmetallsehalt dargestellt. Naphta oder Benzol als Mahlflüssigkeit verwende; Dieser Molprozentsatz ist gleich 100- y. wird. Abhängig von der Pulverdichte werden drei

' Die Linie 10 in Fi 2 1 stellt die Zusammen- bis fünf Gewichtsprozent Preßschmiermittel, ν-<setzuncslinie TiC-Mo^C oder die Zusammen- licherweise Paraffin, in Lösung mit einem geeignek-n sei/una" in der eewählten Bezeichnung eines Ge- 35 Lösungsmittel. z.B. Benzol, hinzugefügt. l.a> mische's von TiC\ind Mo₁C für sich ändernde Ver- Lösungsmittel für das Paraffin wird dann verdamm häitnisse der beiden Bestandteile dar. Die durch und das Trockenpulvergemisch in die gewunschvn ABCD beerenzte Fläche stellt den Zusammenset- Formen unter Anwendung von Drücken zusammo-v zunesbereidi dar. der von R. Kieffer und gepreßt, die von 1.0 bis 1,6 fern* reichen. Das Dnvk-D Fi st er in dem obenerwähnten Bericht unter- 40 schmiermittel wird dann durch Aufheizen auf U-msucht wurde Der durch AB'CD' begrenzte Bereich peraturen zwischen 200 und 700 Grad Celsius unter repräsentiert die Gesamtzusammensetzung der auf Vakuum entfernt, und die Preßlinge, die auf eiv^rcdicscm Gebiet kommerziell zur Verfügung stehenden chenden Trägermaterialien. 2. B. Graphit, nutgc-Wcrkzcuce Die Zusammensetzung am Punkt D' schichtet wurden, wurden em bis eineinhalb Stunden CTi Mo" K entspricht annähernd dem be- 45 bei Temperaturen zwischen 1350 Grad Celsius und kannten Versleichswerkzeug TiC-Mo.,C—Ni. das 1450 Grad Celsius unter Vakuum gesintert. Zur Aufweiter unten erörtert wird, und der Punkt etwa in der wertung der Legierungen gemäß der Erfindung ai5 Mitte zwischen B' und C oder (Ti₀^Mo₀₉₁)C₀₉₁ Bearbeitungswerkzeuge wurden die gesinterten Tei.c stellt in Vcrbindunc mit einem Träger aus 10Pro- auf Diamanträdern auf die gewünschte Werk/dezent Nickel die optimale Zusammensetzung für die 50 geometrie geschliffen.

Werkzeuge "dar. die in der oben angegebenen USA.- Ein typischer Herstcllvorgang für eine LegicriM;:

Patentschrift 2^67 34^ beschrieben sind. Dies ist die Titan und Molybdän in den Molarvcrhülinis-'-· etwa die Zusammensetzung des bekannten Vcr- 6:4 enthält und einen Kohlenstoffgehalt \r: nlei'chswcrkzeuces TiC—Mo".,C—Ni. auf die weiter 47.O Atompuvent besitzt, wird nachstehend be unten einccaangcn wird. " 55 schrieben. Die Zusammensetzung dieser Lcck·

Die Ges'amtkarbid/usammcnsctzung der Werk- rung in der vorbcschricbcnen Bezeichnung ι--zeuclccierungen semäß vorliegender Erfindung fällt (Ti₁₁₁₁₀Mo₀₁₁₁ ^-)C,,,..

vorzugsweise^ in den Zusammcnselzungsbcrcich. der Fin sorgfältig gemischtes Pulvergemisch, das ;m

duTch^FFGH becrenzt wird, besonders jedoch in den 46 Gewichtsprozent TiC. 52.17 Gcwichispro/en be^rcnztercn Bereich E'F'G'H'. Karbidlcgierungcn. 60 MoX und 1.83 Gewichtsprozent Kohlenstoff be die"außerhalb des Bereiches E'F'G'H'. jedoch inner- Mand. wurde in Graphitformen bei etwa 2000 Grn< halb des Bereiches EFGH liegen, ergeben l.cgierun- Celsius zu einer Dichte gepreßt, die etwa 75°" de ecn ccrincercr Qualität, wenn sie als Schneidwerk- theoretischen Dichte entspricht. Die Preßlinge um 7eu"e verwendet werden, ergeben jedoch andere nütz- den dann in einen Gniphitbehiilter eingesetzt, du liehe Anwcndungsmöglichkcitcn. In der gewählten Bc- Rs Stunden lang bei 2000 Grad Celsius unter einer /ciJmunc entspricht der Zusammcnsctzungspunkl Ii' Vakuum von 3-1(1 "'Torr homogenisiert und dan dem Wert (Ti ,.Mo )C„,_r. der Punkt/·"'dem Wert gebrochen und in einer Kugelmühle gcmahlci (Ti Mo )C'^S', - der Punkt G' dem Wert (Ti₀ .„ damit eine Korngröße \on weniger nls 47 u erhalte

wurde. Das Vorlegierungspulver wurde dann analysiert, und die Homogenität wurde durch Röntgenstrahlbeugung festgestellt.

Zusammensetzungen, die in der vorbeschriebeuen Weise ausgebildet wurden, können als vorhomogenisierte feste Lösungen bezeichnet werden. Ein anderes Verfahren zur Herstellung der Zusammensetzungen nach vorliegender Erfindung besieht darin, daß zuerst eine solche vorhomogenisierte feste Lösung herwurden, während die Leistungsfähigkeit beim Schneiden harter Stähle etwa gleich ist.

Dem Fachmann stehen andere Verfahren zur Herstellung der Zusammensetzungen gemäß vorliegender Erfindung zur Verfügung. Beispielsweise können karbidarme Gesamtzusammensetzungen gebildet werden, die mit Trägern vermischt und in einer Kohlenstoff angereicherten Atmosphäre gesintert werden. Die folgenden Tabellen und graphischen Darstel-

gestellt wird, die eine feste Lösung von aus Molybdän io hingen zeigen die Leistungsfälligkeit einer großen reichen Monokarbid ist, z. B. (Ti_{0 ;)0}Mo_{0 70})C_{0 85}, und Anzahl von Werkzeugen unterschiedlicher Zusammensetzungen innerhalb des erfindungsgemäßen Bereiches und geben auch Vergleichsdaten für eine Anzahl bekannter Werkzeuge, die den gleichen Ver-15 Suchsbedingungen ausgesetzt wurden. Es wurden vier verschiedene Versuchsbedingungen verwendet, die mit Versuchsbedingung A, Versuchsbedingung B, Versuchsbedingung C und Versuchsbedingung D bezeichnet werden. Die Versuchsstäbe bestanden aus

Maße die MikroStruktur und die Phasenverteilung 20 4340-Stahl in vier verschiedenen Härtebereichen _uncj — bedingt dadurch — die Eigenschaften der R_e22 bis 29, R,, 33 bis 38, R_C46 bis 50 und R_c 50 gesinterten Preßlinge. So werden beispielsweise sehr
feinkörnige Verbundmetalle durch das vorbeschriebene reaktive Sinterverfahren erhalten. Die feinkörnigen Anordnungen in solchen Verbundmetallen 25
können zur Auflösung der Karbidkomponenten in

daß sie dann mit entsprechenden Mengen an Titanmonokarbid und Trägermaterial reaktiv gesintert wird, damit die gesamte Zusammensetzung des Materials auf die gewünschten Werte gebracht wird.

Unabhängig von den routinemäßigen Herstellveränderlichen beeinflußt die Wahl der Zusammensetzung der Karbidbestandteile für eine gegebene Gesamtzusammensetzung des Verbundmelalls in hohem

bis 55. Wenn nicht anders angegeben, waren die Versuchsbedingungen in den Tabellen folgende:

Versuchsbedingung A (Verschleißprüfung)

dem Träger bei Sintertemperaturen und zu einem 4340-Stahl, R_C22 bis 29; Schneidgeschwindigkeit

erneuten Niederschlagen der stabileren im Gleich- 15OnVmJn, Vorschubgeschwindigkeit 0,0375 cm/Um-

gewichtszustand befindlichen festen Lösung von drehung; Schneidtiefe 0,15 cm; kein Kühlmittel.

Karbid aus den flüssigen Trägerlegierungen bei- 30 SNG 433-Einsätze.

tragen. Gleichzeitig mit diesen Lösungs-/Nieder-

schlagsreaktioncn verlaufen Reaktionen, die einen

bevorzugten Transport von fester Lösung von mit

Molybdän reichem Monokarbid zu den Titankarbid- 4340-Stahl, R,. 22 bis 29: Schneidgeschwindigkeit

körnungen ergeben, damit eine legierte Oberflächen- 35 150 m/min; Vorschubgeschwindigkeit 0,05 cm/Um-

.schicht erhalten wird, die auf Grund ihres höheren drehung; Schneidtiefe 0,31 cm; kein Kühlmittel.

Versuchsbedingung B (Schrupp-Prüfung)

Molybdängehaltes durch die Trägerlegierung besser benetzt wird und damit eine kräftigere Bindung ergibt, als dies zwischen TiC und dem Trägermetall allein möglich ist. Im allgemeinen hat die Hauptmenge der Karbidkörnungen in solchen Verbundmetallen bei entsprechender geeigneter Herstellung eine Korngröße, die gleich oder kleiner der im asymmetrisch gewalzten Zustand ist. Die Verschleißfestigkeit bei Anwendungen in Werkzeugmaschinen erscheint durch das Vorhandensein von nicht •cagiertem TiC im Kern eines Teiles der Karbidkörnungen wesentlich verbessert. Die Tendenz zu einer plastischen Deformation unter hohen Schneid-

SNG 433-Einsätze.

Versuchsbedingung C

4340-Stahl, R, 33 bis 38; Schneidgeschwindigkeit 150 m/min: Vorschubgeschwindigkeit 0,0255 cm /'Umdrehung; Schneidtiefe 0,15 cm; kein Kühlmittel. SNG 433-Einsätze.

Versuchsbedingung D (Endbearbeitung von gehärtetem Stahl)

4340-Stahl, R_C46 bis 55; Schneidgeschwindigkeit 75 m/min; Vorschubgeschwindigkeit 0,01275 cm/ Umdrehung; Schneidtiefc 0.125 cm; kein Kühlmittel.

Der Verschleiß wurde in entsprechenden Zeitintervailcn mit Hilfe eines Werkzeugmikroskops gemessen. Die plastische Deformation der Schneidkante und der Kratertiefe wurden auf einem Metallo-Wcrkzeug-55 graphen gemessen. Die Flankcndaten, die in den graphischen Darstellungen und in den Tabellen ange-

lielastungcn ist etwas größer als bei Verbundwerk- 50 SNG 432-F.insätze.

Moffen, die aus vorgeformten festen Lösungen und ~ ^Λ7 -'-'-'" Trägerlcgierung mit der gleichen Gesamtzusammen-Fclzung hergestellt sind. Infolgedessen wird ein nicdrigercr"Trägcrgchalt bei reaktiv gesinterten Verbundwerkstoffen für Anwcndungsfälle bei "' ^Λ
maschinen verwendet.

Im allgemeinen haben die Untersuchungen der geben werden, beziehen sich auf die gleichförmige

Leistungsfähigkeit der Legierungen nach vorliegen- Verschleißzonc der Werkzeuge.

der Erfindung für Werkzeuge ergeben, daß die Her- Um eine vergleichbare Leistungsbewertung dei

stellung der Vcrbundmctallc durch reaktives Sintern 60 Verbundmetalle gemäß vorliegender Erfindung zi

für Legierungen vorteilhaft ist, bei denen der gc- erhalten, wurde auch ein Querschnitt von rcpräsen

samtc Mctallaustausch im Karbid geringer als 40 Mol- tativcn Werkzeugen unterschiedlicher Herstelle

Prozent Molybdän ist. Die Leistungsfähigkeit von unter identischen Bedingungen geprüft, und dii

reaktiv gesinterten Vcrbundmctallcn mit mehr als Werkzeuge mit den besten Leistungen wurden al

40 Molprozcnt Molybdän im Austausch beim Schnei- 65 Vcrgleichsnorm ausgewählt. Werkzeuge aus dci

den von weichen bis mittelharten Stählen (R₁. —45) Karbiden der Klasse C-5 und C-6. die von verschic

ist »crincfügig besser als von Werkzeugen, die aus denen Firmen hergestellt werden, haben sich al

vornomoi>cnisicrlcn festen Lösungen hergestellt ziemlich äquivalent herausgestellt und werden somi

in den Tabellen nicht speziell angegeben. Große Unterschiede in der Schneidleistung von Karbiden der Klasse C-7 und C-8 haben sich jedoch bei der Bearbeitung von durchgehärtetem 4340-Stahl ergeben. Der Gütegrad K 7 H, hergestellt von der Firma Kennametal Company, wurde für diese spezielle Anwendung als das Hauptvergleichswerkzeug ausgewählt, weil es sich hierbei um ein Werkzeug handelt, das kommerziell für diese Art der Bearbeitung in großem Umfange verwendet wird.

Die folgenden vier Beispiele, die für die Zusammensetzungen nach vorliegender Erfindung repräsentativ sind, beschreiben im einzelnen vier spezielle Zusammensetzungen und die Art und Weise, in der sie hergestellt wurden. Die Fig. 2 und 3 und die folgenden Tabellen I bis IV zeigen die Leistungsfähigkeit dieser vier Beispiele und der führenden bekannten Werkzeuge, wenn sie den oben beschriebenen Versuchsbedingungen unterworfen werden.

Beispiel 1

Eine Pulvermischung, bestehend aus 91,50 Gewichtsprozent einer Legierung (Ti₀₈₀Mo_04n)C₀^₇ und 8,5 Gewichtsprozent Nickel, wurde als vorhomogenisierte feste Lösung in der oben beschriebenen Weise hergestellt, und die Formlinge wurden eine Stunde und 10 Minuten lang bei 1385 Grad Celsius unter Vakuum gesintert. Die mittlere lineare Schrumpfung während des Sinterns betrug 16,4⁰Zo. Die mittlere Korngröße der Karbidphase betrug etwa 4 μ, und die Härte war 93,0 auf der Rockwell-A-Skala.

Beispiel 2

Eine Pulvermischung, bestehend aus 48.4 Gewichtsprozent einer vorhomogenisierten festen Lösung mit der Zusammensetzung(Ti₀₃₀Mo_{0 7(},)C_{0 so}. 42,1 Gewichtsprozent TiC (die sich aus einer Gesamtkarbidzusammensetzung von (Ti₀₇₀Mo₀₃₀)C₀₉₁₄ ergibt), und 9,50 Gewichtsprozent Nickel wurde reaktiv in der vorbeschriebenen Weise gesintert und eine Stunde und 30 Minuten lang bei 1380 Grad Celsius unter Vakuum gesintert. Die lineare Schrumpfung während des Sinterns betrug 16,1⁰Zo, und die Korngröße der Karbidphase betrug etwa

4 ii. Die MikroStruktur der Karbidkörnungen bestand aus einem Kern von umverwandeltem Titankarbid, der von einer äußeren Hülle aus zusammensetzungsmäßig sortiertem Titan-Molybdän-Monokarbid festen Lösung umgeben ist, wobei die äußerste Schicht

ίο etwa einem Karbid entspricht, das ungefähr (Ti₀₄₅Mo₀ .,)C_r enthält. Für die gesinterte Zusammensetzung wurde eine Härte von 92.9 auf der Rockwell-A-Skala gemessen.

Beispiel 3

Eine Pulvermischung aus 33.6 Gewichtsprozent einer vorhomogenisierten festen Lösung mit der Zusammensetzung (Ti₀.₃₀Mo₀₇₀)C₀._S0, 55,1 Gewichtsprozent TiC [die eine Gesamtkarbidzusammensetzung von (Ti_0-80Mo₀₂₀)C₀₉₄₄ ergibt], 5,65·/, Nickel und 5,65 ⁰Zo Kobalt besitzt, wurde reaktiv in der vorbeschriebenen Weise gesintert, bevor die Formlinge eine Stunde und 30 Minuten lang bei 1395 Grad Celsius unter Vakuum gesintert wurden. Die Karbid-

_αί. phase in dem gesinterten Formling hatte eine mittlere Korngröße von 3 μ, und die gemessene Härte der Zusammensetzung betrug 93,1 auf der Rockwell-A-Skala.

Beispiel 4

Eine Pulvermischung aus 56.7 Gewichtsprozent (po.sr.MOn.,,)^.!..-,!· 31,3 Gewichtsprozent (Ti₁. -_;, ¹^O(KSo)C₁I.,,, [die eineGesamtkarbidzusammensetzr-a ^von (^rir..so^MOo.2o)C₀.,_M ergibt], und 12⁰Zo Kolvit wurde in der vorbeschriebenen Weise verarbeitet.

und die sich daraus ergebenden Formlinge wu: den 1 Stunde und 15 Minuten lang bei 1395 Grad Celsius unter Vakuum gesintert. Die mittlere Karbidkonigroße in dem gesinterten Teil betrue 3 Mikron m d die Härte 92.8 auf der Rockwell-A-Skala.

Die Fig. 2 und 3 zeigen graphische Darstellung

30

Tabelle I

Verschleißschema der in den Beispielen 1 bis 4 beschriebenen Beispiele

im Vergleich zu kommerziell zur Verfügung stehenden Karbiden

Versuchsbedineune A

Werkzeug

Beispiel I Beispiel 2 Beispiel 3 Beispiel 4

K7H

TiC-Mo.,C—Mo—Ni

Gesamte Schneiddauer

in Minuten

40.00 60.20 31,79 79.05 49.89 46.03 Verschleißschcma*)
(in mm)

< 0,025

< 0.025

< 0,025 0,050

< 0.025

0.150 0.125 0,175 0.200 0.250 0.175 0.250

0.175

0.15

0.30

0,525

0.30

	Ki aicri iefe	Bemerkungen

ⁿ	im mm)
0.125	0.0775
0.075	0.075
0.050	0.050
0.050	0.085
0.1 5	0.2125	Bruch durch Spänen
0.i)5	0.0575	an der Zundcrlinie
O.50

*! Verschleißschema-Nomenklatur:

A Kerbe auf Gnind des Kraterreißen«.. B Eckenverschleiß.

C Verschleiß der Freiiliichc
D Kerbe an der Zundcrlinie.

Tabelle

Verschleißschema der in den Beispielen 1 bis 4 beschriebenen Beispiele

im Vergleich zu kommerziell zur Verfügung stehenden Karbiden

Versuchsbedingung B

Werkzeug

Gesamte Schneiddauer	A	Verschleißschema *) (in mm)	C	D
in Minuten	< 0,025 < 0,025 < 0.025 0.5	B	0,1 0,125 0,15 0,15	0,15 0,1 0,075 0,35
8,18 10,05 5,06 9,82	< 0,025	0,1 0,15 0,175 0,2	0,2	0,55
4,68	0,15	0.25	0,4	<0,05
1,70	0.5

Kantenverformung

(in mm)

Bemerkungen

Beispiel 1
Beispiel 2
Beispiel 3
K7H ...

TiC- Mo,C-

Mo-Ni

*) Verschleißschema-Nomenklatur wie in Tabelle I.

0,0375
0,0375
0,025
0,13

0,0415
0,1675

< 0.0125

< 0,0125
0,05

< 0,0125

0,07
0.1125

kein Bruch
kein Bruch

gespänt an der Zunderlinie

Tabelle III

Verschleißschema der in der Beispielen 1 und 2 beschriebenen Beispiele

im Vergleich zu kommerziell zur Verfügung stehenden Karbiden

Versuchsbedingung C

Werkzeug	Gesamte Schneiddauer in Minuten	Verschleißschema *) (in mm) A I B I C	0,15 0,125 0,225 0,125	0,2 0,15 0,3 0.175	D	Kratertiefe (in mm)	Bemerkungen
Beispiel 1 Beispiel ^Ί K7H	45,58 60,66 34,87 53,24	< 0,025 < 0.025 0,025 0,1	0.05 <0.05 0.1 0.175	0,05 0.0525 0.125 0.0375	—
TiC-MoX-Mo—Ni	—

♦) Verschleißschema-Nomenklatur wie in Tabelle 1.

Tabelle IV

Verschleißschema der in der Beispielen 1 und 2 beschriebenen Beispiele

im Vergleich zu kommerziell zur Verfugung stehenden Karbiden

Versuchsbedingung D

	Stahlhärte	Gesamte	A	Verschleißschema *)	B	nm)	C I D	< 0,025	IVI dlCl IiClC	Bemerkungen
Werkzeug		Schneiddauer	< 0,025	(in r	0.15	0.2	< 0,025	(in mm)
	R_c51bis54	in Minuten	< 0,025	0.1	0,1	< 0.025	0,01875	kein Bruch
Beispiel 1 ....	R_c55bis57	107,42	< 0.025	0,125	0,15	0.025	—	kein Bruch
Beispiel 1 ....	R,47bis49	9,82	0.525	0,175	0.25	0.025	0,0175	kein Bruch
Beispiel 2 ....	R_c49bis52	157,77	< 0.025	0.125	0,6		—	Spänen bei (A)
K7H	R,,55bis57	88,47	—	Kantenbruch
K7H	9,96

*) Vcrschleißschema-Nomenklauir wie in Tabelle I.

einiger der Versuche, die die Daten für die Tabellen 1 und IV ergeben haben. F i g. 2 zeigt den minieren Ecken- und Flankcnverschlciß als eine Funktion der Schneiddauer für Werkzeuge, die aus den obigen Beispielen 1 und 2 und den bekannten Werkzeugen aus TiC—Mo.,C—Mo—Ni und K 7 H hergestellt wurden, wenn diese der Versuchsbedingung A unterworfen wurden. Die Kurve 12 zeigt den Verschleiß des K 7 H-Werkzeugcs. die Kurve 14 den Verschleiß des TiC—Mo.,C—Mo—Ni-Werkzcugcs. die Kurve 16 den Verschleiß des Werkzeuges nach Beispiel 1 und die Kurve 13 den Verschleiß des Werkzeuges nach Beispiel 2.

F i g. 3 zeigt den mittleren Ecken- und Flankenverschleiß als eine Funktion der Schneiddauer fi Werkzeuge, die auf Grund der obigen Beispiele und hergestellt wurden, und des bekannten Werkzeug! K 7 H. wenn sie der Versuchsbedingung D unte worfen wurden. Für das bekannte Werkzeug TiC-Mo.,C—Mo—Ni ist keine Kurve dargestellt, da dies· Werkzeug beinahe sofort zu Bruch ging, sobald
dieser Versuchsbedingung ausgesetzt wurde. D Kurve 20 zeigt den Verschleiß des K 7 H-Werkzcuge wenn Stahl mit einer Härte von R_c = 49 bis 52 b arbeitet wurde. Die Kurve 22 zeigt den Vcrschle des Werkzeuges nach Beispiel 1. wenn Stahl mit ein Härte von R, = 51 bis 54 bearbeitet wurde. D Kurve 24 zeiet den Verschleiß des Werkzcuaes nai

eispiel 2, wenn Stahl mit einer Härte von R_c = 47 is 49 bearbeitet wurde.

Aus den Kurven nach den Fig. 2und 3 ergibt sich, aß die gleichen Zusammensetzungen gemäß vorlieender Erfindung bessere Verschleißeigenschaften als lie besten bekannten Werkzeuge für die Versuchs- »edingung A, das Werkzeug TiC—Mo₂C—Mo—Ni ind das beste Werkzeug für die erschwerte Versuchs-

bedingung D an gehärtelem Stahl, das Werkzeug K 7 H

Die folgende Tabelle V zeigt die Verschleißgeschwindigkeit einer großen Anzahl von Werkzeugen, die aus speziellen Zusammensetzungen gemäß vorfieg'ender Erfindung gebildet werden, und auch einiger bekannter Werkzeuge, wenn sie der Versuchsbedfnguna A ausgesetzt werden.

	Bindemittel	Tabelle V	—	0,325	Krater	—	0,25	Bemerkungen
G esamtzusammensetzung			0,425	0,325 0,225	0,1875
der Karbidphase	(Träger)	Beobachtete Verschleißgeschwindigkeit cnvlO-'.'min	0,3125	0,175	0,1775
	12⁰ZoCo 3,6⁰ZoNi,		0,170 0,2125	0.1 0,1575	spröde
(Ti_0i5Mo_0i5)C_Ci85 (Ti₀₆ Mo₀₄) C_0i8,	7⁰ZoCo 6 ⁰Zo Fe, 6^u, ο Ni	Flanke			geringe plastische Deformation
(Ti₀₇Mo_0-3)C₀₁₉₀	9 °/ü Co	0,525 1,0	0,25	0,2225	spröde
\ * Jo.65 ^°0,35/ ^0,82	9 ⁰Zo Ni	0,225	0,165	0,1
	9,5⁰ZoNi	0,275	0,1675
V ^ ¹0.00 "^0.40/ 0,82	8,8⁰ZoCo	0,1575 0,20	0,1 0,1675
(^Ti0.50^MO0.50)^C0,85	12 «/ο Co 5,6°/oNi,	0,1625 0,20	0,125 0,1575	geringe Kantendeioi-
C¹VsO ^M°0,2o)^C0,93 CTi ΪΝ^ο ^ C	5,65"ZoCo	0,1625	0,125	mation
0.80 0.20 0.9	5,5 ⁰Zo Ni, 5 ⁰Zo Co	0,15	0,1325
V 1 '0,7O "^⁰C.3o) ^0,90	11⁰Zo Ni	0,30	0,25
(^Ti0.86^MlO0,u)^C0.94	12,5⁰ZoNi	0,40	0,20
(^Ti0,87^M°0,13)^C0,94	11⁰Zo Ni 12°/oNi	0,20	0,1825	geringe Kantendefor mation
(^TiO,8O^M°O,2o)^CO.92 (^Ti0.75^M°0,25)^C0.89	10,5⁰ZoNi 11,5⁰ZoNi	0,30	0,225	geringe Kantendefor mation
(^Tio.75^M00,2s)^C0,92 \ 0-70 0,30/ 0.90	9,8⁰ZoNi	0,625	0,675	—
(Ti₀₇₀Mo₀₃₀)C₀₉₀	10,5⁰ZoNi	0,32 0,40	0,21 0,2425	—
	10,3 «/ο Ni	0,3075	0,2125	geringe Kantendefoi mation
CTi Mo ^C V *■ ¹0.00 0,40/ 0.87	10,5⁰ZoNi			geringe Kantendefo: mation.
(^Ti0.6O^M°O.40)^C0.84	8,5 «/ο Ni	3,25 bis 4,25	1,0 bis 2,0	—
0\ooM°0,4o)Co,87	8,5°/oNi			—
(^Ti0.54^Mo0.4o)^C0.84	8⁰ZoNi	0.70 bis 1,0	0,3 bis 0,45
(^Ti0.40^MO0.00)^C0,81	7⁰ZoNi 12°/oNi	0,375 bis 0,625	0,075 bis 0,15	Spur von überschü;
(^Tjo,50^M°0.5o)^C0.81 (Τίη ^_ΛΜ[θη en ) Crt cn	8,5⁰ZoNi	0,225 bis 0,525	0,125	sigem Kohlenstoff
V^A 0.50 0-50/ 0,82 (Ti Mo ) C
Bekannte Werkzeuge		0,75 bis 0,875	0,225	typische Werkzeug 1 pViPncdinif^r
C—5, C—5 A				IC UClIaUa U vl 7 bis 10 Min.
		0,3 bis 0,45	0,075 bis 0,25	—
C—6, C—7				Kerbbildung an de
TiC-Mo₂C-Ni				/jUllUCl 1 111 I^ starke Kerbbilduni
TiC-Mo₂C-Mo-Ni		0,35 bis 0,4	0,2 bis 0,3	der Zundcrlinic
				—
Gußkarbid
(Ti —W-C Basis)		typische Werkzeuj
TiN überzogen C — 5		lebensdauer 35 M
(für die Lebensdauer
des Überzuges)		—
TiC C — 6 (für die Lebens-

(
dauer des Überzuges)

/ο

Die folgende Tabelle VT zeigt die Verschleiß geschwindigkeit von entsprechenden bekannten, kommerziell zur Verfügung stehenden Karbidwerkzeugen, wenn sie der Versuchsbedingung B ausgesetzt sind:

Tabelle VI

Karbidklasse

Bereich der beobachteten Verschleißgeschwindigkeiten

cm · IQ-'/min Flanke I Krater

Bemerkungen

C—5,C—5A
C—6,C—7

TiC- Mo₂C- Mo—Ni

22,5 bis 30
1,375 bis 2,125
1,75 bis 2,25

10,0 bis 12,5 1,25 bis 1,75 0,875 bis 1,125

7,5 bis 12,5 · 10~³ cm thermische Deformation bei 1,5 Minuten

1,5 bis 7,5· 10~³ cm thermische Deformation nach 5 bis 10 Minuten

häufiges Zerbrechen des Werkzeuges, 5,0 bis 7,5 · 10~³ cm thermische Deformation nach 4 bis 6 Minuten

Die entsprechenden Verschleißgeschwindigkeiten Die folgende Tabelle VII zeigt die Verschleißfür Werkzeuge, die aus Zusammensetzungen gemäß geschwindigkeiten repräsentativer bekannter, komvorliegender Erfindung hergestellt sind, sind in Fig. 5 ²⁵ merziell zur Verfügung stehender Karbidwerkzeuge, dargestellt und werden weiter unten beschrieben. wenn sie der Versuchsbedingung D ausgesetzt sind.

Tabelle VII

Karbidklasse	Härte des Versuchsstahles	Bereich von beobachteten Flankenabnutzungs geschwindigkeiten cm · lO-'/min	—	Bemerkungen	guter Finish
C —2	R_c51bis55	rasches Brechen	—	schlechter Finish	Fehler bei Berührung
C —5	R_c51bis55	rasches Brechen	—	schlechter Finish	Fehler durch Eckenschichtspaltung nach 0,1 bis 5 Minuten
C —6,C —7	R_c 51 bis 55	3,75 bis 7,5		häufiger Fehler durch Ecken-Schichtspaltung bei Stählen mit R_c> 54	Fehler durch Ecken-Schichtspaltung üb licherweise bei Beginn des zweiten Durch
C—6,C — 7	R_c46bis48	0,2 bis 0,375	—	ganges
K7H	R_C49 bis 52	0,2
TiC-Mo₂C-Ni	R₀51bis54
TiC-Mo—Ni	R_c49bis52
TiC-Mo —Ni	R₀ 46 bis 49

Die entsprechenden Verschleißgeschwindigkeiten für Werkzeuge, die aus Zusammensetzungen nach vorliegender Erfindung hergestellt sind, sind in Fig. 6 gezeigt und werden nachstehend beschrieben.

Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen die Verschleißgeschwindigkeit von Werkzeugen, die aus Zusammensetzungen nach vorliegender Erfindung hergestellt worden sind, als Funktion des Austauschverhältnisses von Molybdän für Titan, oder die Molprozent Molybdän im Gesamtmetallgehalt der Karbidphase für unterschiedliche Versuchsbedingungen. In Fig. 4 zeigt die Kurve 26 die mittleren Ecken- und Flankenverschleiß-

geschwindigkeiten und die Kurve 28 die obere Kolkverschleißgeschwindigkeit für die Versuchsbedingung A. In F i g. 5 zeigt die Kurve 30 die mittlerer Ecken- und Flankenverschleißgeschwindigkeiten unc die Kurve 32 die obere Kolkverschleißgeschwindig keit für die Versuchsbedingung B. Fig. 6 zeigt di< mittleren Ecken- und Flankenverschleißgeschwindig keiten für die Versuchsbedingung D. Die Kurve 3' zeigt diese Geschwindigkeiten zur Bearbeitung voi gehärtetem Stahl mit einem R_c = 46 bis 49. Di( Kurve 36 zeigt diese Geschwindigkeiten zur Bearbei tung von gehärtetem Stahl mit einem R_c = 50 bis 55

409 S30/28

Diese Kurven, wenn sie zusammen betrachtet werden, daß innerhalb des Zusammensetzungsbereiches nach vorliegender Erfindung es für fortschreitend schwerere Bearbeitungstests erwünscht ist, höhere Austauschverhältnisse von Molybdän für Titan zu haben.

Die Kurven 4 bis 6 sind unabhängig von dem Kohlenstoffgehalt oder dem Indexwert ζ in (Ti₁MOy)C₂ gezeigt. Dies ist deshalb der Fall, weil festgestellt worden ist, daß innerhalb des Bereiches vorliegender Erfindung nach Fig. 1 die Leistungsfähigkeit eines Werkzeuges eine Funktion des Metallaustauschverhältnisses ist, aber für ein gegebenes Metaüaustauschverhältnis sich sehr wenig bei Änderungen von Kohlenstoff verändert. Dies steht im Gegensatz zu den bekannten Zusammensetzungen, bei denen der Kohlenstoffgehalt kritisch war und bei denen geringe Änderungen im Kohlenstoffgehalt ein zufriedenstellendes Material in ein sehr brüchiges Material ändern konnten. Somit ist es wesentlich einfacher, die Zusammensetzungen nach vorliegender Erfindung zu formulieren.

Die Zusammensetzung nach vorliegender Erfindung wird aus den oben beschriebenen Karbiden gebildet, die mit einem Träger aus der Eisenmetallgruppe, z.B. Nickel, Kobalt und Eisen, verbunden sind. Der Träger kann von 5 bis 25 Gewichtsprozent der Zusammensetzung ausmachen. Wenn ein zu geringer Trägeranteil verwendet wird, wird die Zusammensetzung zu spröde. Wird zu viel Trägermaterial verwendet, wird die Zusammensetzung zu weich und deformiert sich. Vorzugsweise bildet der Träger zwischen 8 und 12 Gewichtsprozent der Zusammensetzung.

Die Auswahl des geeigneten Trägers hängt etwas von dem Molprozent Molybdän in der Knrbidphase der Zusammensetzung ab. Für Zusammensetzungen, bei denen die Karbidphase weniger als 40 Molprozent Molybdän enthält, wird die Schneidleistung von mit Kobalt oder Nickel gebundenen Werkzeugen als äquivalent betrachtet. Karbide mit mehr als 55 Molprozent Molybdän zeigen Versprödung, wenn ein Kobaltträger verwendet wird. Eisenträger sind nur zweckmäßig für Karbide, die weniger als 35 Molprozent Molybdän verwenden. Karbide mit mehr als 60 Molprozent Molybdän sind instabil bei Vorhandensein von Kobalt und Eisen und zersetzen sich unter BiI-dung mit Titan angereicherten Monokarbidlösungen, /)-Karbiden und freiem Kohlenstoff. ?/-Karbidbildung ergibt sich besonders bei kohlenstoffarmen Karbidlösungen.

Die Eigenschaften der Verbundmetalle können weitgehend durch Legierungsbildung modifiziert werden. Die folgende Zusammenfassung der Effekte der hauptsächlichen legierungsbildenden Bestandteile basieren auf Untersuchungen der Leistungsfähigkeit der Verbundmetalle als Werkzeugmaterialien bei 4340-Drehstahl. Ohne vom Wesen der Erfindung abzuweichen, können jedoch auch Niedriglegierungen mit anderen Elementen erreicht werden.

(1) Setzt man Vanadium für bis zu 20 Prozent des Anteiles an vorhandenem Titan, so ergibt sicU im wesentlichen eine Unwirksamkeit in bezug auf die Schneidleistung. Die Karbidkorngröße während des Sinterns ist jedoch vergrößert, wodurch niedrigere Sinterungstemperaturen und eine sorgfältigere Temperatursteuerung bei der Herstellung von Vanadium legierten Verbundmaterialien erforderlich werden.

(2) Niob, Tantal und Hafnium, die im Austausch für bis zu 30 Molprozent in an Molybdän reichen Legierungen beigefügt werden, oder Legierungen, die mehr als 40 Molprozent Molybdän enthalten, verringern die Werkzeugdeformierbarkeit und ermöglichen somit die Verwendung höherer Trägeranteile, als dies bei nichtlegierten Vcrbundmetallen möglich ist. Ein Legieren von Legierungen mit hohem Titangehalt mit diesen Elementen ergibt keine vorteilhaften Effekte.

(3) Ein Zusatz von Zirkonium im Austausch von Titan bewirkt eine wesentliche Abnahme der Leistung der Verbundmetalle bei ihrer Verwendung als Werkzeuge.

(4) Wolfram kann in erheblichen Mengen (bis
50 Molprozenl) im Austausch für Molybdän den Verbundmetaller, gemäß der Erfind ι legiert werden, ohne daß die Leistungsfähig!- herabgesetzt wird. Geringe Zusätze von WoItr (weniger als 5 Molprozent im Austausch i.'r Molybdän) sind vorteilhaft bei der Verringern.■, der Korngröße während des Sinterns. Tu^-- legierungen mit hohem Kohlenstoffgehalt, i'v mehr als 70 Molprozent TiC enthalten, sind ;;, besondere unempfindlich gegenüber von höhet :i Konzentrationen von Wolfram, während Legierungen mit hohem Molybdängehah dahin \v. dieren, freies Graphit aus der festen LÖm· ·, abzuführen, wenn der Wolframaustausch K₁; Molybdän 20 Molprozent übersteigt. Bildir ; von'freiem Graphit kann dadurch vermied η werden, daß der Kohlenstoffgehalt der Leg;. rungen zwischen 0,5 und 1,5 Atomprozent :;■■ senkt wird. Die Verwendung von Kobalt ι 1 Trägern auf Eisenbasis wird für kohlenstoü'-arme, Wolfram enthaltende Karbide nicht empfohlen, da sie eine Versprödung des Verbursimetalles durch »/-Karbidbildung ergeben.

(5) Gering anteilige Zusätze (weniger als ΙΟΜοί-prozent) von Chrom im Austausch für Molybdän (oder für Molybdän und Wolfram, wenn Wolfram verwendet wird) erschienen inert, während höhere Anteile eine ausgeprägte Abnahme der Leistung der Materialien für Werkzeuge ergaben.

(6) Die Hinzufügung von Stickstoff bei teilweisem Ersatz (bis zu 25 Molprozent) für Kohlenstoff verbessert die Verschleißfestigkeit der Materialien unter leichten Schneidbedingungen.

Eine Legierung mit anderen Übergangs-Metal! karbiden wurde dadurch erzielt, daß vorgeformU feste Lösungen der Karbide mit TiC, z. B. (Ti, W)C und (Ti₅Hf)C, oder mit MoC₂, z. B. (Ta₅Mo)C, unc (V, Mo)C₂, verwendet wurden. Die Herstellung diese Hartmetallkarbide erfolgte analog den Vorgängen die für die Titan-Molybdän-Karbidlegierung beschrie ben wurde.

Nachstehende Tabelle VIII zeigt die Abnutzung? geschwindigkeiten für eine Anzahl von Werkzeuge! die aus Zusammensetzungen hergestellt sind, di einige der Legierungsvertauschungen enthalten, di soeben erörtert wurden, wenn diese Werkzeuge de Versuchsbedingungen A ausgesetzt werden.

Tabelle VIII

-— "	Träger	Beobachtete	Krater	Gernerkungen
Gesamtzusanimensetzung der Karbidphase		Abnutzungsgeschwindigkeit ¹ZiOo nun/min	0,475
	Il % Ni	Flanke	0,40 0,325	spröde
(Ti₀₄Ta_0-1Mo_0-5)C_0-85	13°oNi 12" 0 Ni	0,70	0,175	—
(Ti₀₁₄Ta₀₁₁Mo_0-5)C₀₁₈₅ (Τΐ₀,₄ ^νο.ι^ΜοοΡ^θ0^	13⁰ZoNi	0,675 0,45	0,175
(Tl_{0 7}* Nt>0.08 M°0.20) ^C0,94	13 °/o Ni	0,30	—
(T¹fl!72^V0.08M^O0.20)C₀.93	9".oNi	0.30		überschüssiger
(Tl₀₁₆Mo_0-3W_0-1)C_0-93		—	0,175	Kohlenstoff
	9 »o Ni		0,1
(Ti_0-6 Mo_0-36 W_0-04) C₀₁₈.	11.3"ZoNi	0,20
(Ti₀₁₈ Mo_0-15 VZ_0-05) C_0-84	9,3⁰ZoCo	0,15	0,2	spröde
(Ti₀₃Mo_0-3W_0-1)C₀₁₈₂	9% Ni	—		—
(Ti₀^Hf_0-1Mo_0-4)C_0-86	11⁰Zo Ni	0.275	0,1	Kantenspänen
(Ti₀₁₄ZiOaMOo-S)C₀₁₈₆	10⁰O Ni	1,5		—
(Ti_0-7Mo_0-3)(C_0-76N_0-14)	0,15

Die Verbundwerkstofie gemäß vorliegender Erfindung können auch modifiziert und durch spezielle Anwendungsfälle durch Oberflächenüberzüge aus abriebfesten Legierungen auf der Basis von Karbiden und Nitriden der hitzebeständigen Übergangsmetalle angepaßt werden.

Die in den oben angegebenen Tabellen und graphischen Darstellungen gezeigten Daten sind repräsentativ füi viele andere Legierungen im Bereich vorliegender Erfindung, die hergestellt und getestet wurden. Aus einem Vergleich der Leistungsdaten ergibt sich, daß die Karbid-Metall-Verbundwerkstoffe gemäß der Erfindung eine wesentliche Verbesserung gegenüber den vorhandenen Karbiden in Hinblick auf die Werkzeugzuverlässigkeit, Verschleißfestigkeit und Vielfältigkeit in der Anwendung gewährleisten. Aus den angegebenen Ergebnissen ergibt sich, daß die an Molybdän reicheren Zusammensetzungen, insbesondeie für das Schruppen von weichen und mittelharten Stählen und für das Bearbeiten gehärteter Stähle, geeignet sind, während die an Titan reicheren Zusammensetzungen (mehr als 70 Molprozent Titan) besser geeignet sind für feines Spanen und zur Fertigbearbeitung weicher und mittelharter Stähle. Die Verschleißdaten zeigen auch an, daß kein Leistungsvorteii beim Schneiden von Stählen dadurch erzielt wird, daß der Titanaustausch in den Verbundstoffen gemäß der Erfindung den Wert von 80 Molprozent (etwa 69 Gewichtsprozent TiC) wesentlich übersteigt; die Werkzeugzuverlässigkeit nimmt rasch ab, insbesondere bei schwereren Schnitten, und das Unbrauchbarwerden wird ähnlich dem der bekannten TiC—Mo₂C—Mo—Ni-Werkzeugmaterialien.

Während das Hauplanwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffe auf dem Gebiet der Werkzeuge gesehen wird, macht die hohe Verschleißfestigkeit sie auch für Anwendungsfälle geeignet, wo zur Zeit Werkstoffe auf der Basis von Wolframkarbid verwendet werden, z. B. abriebfeste Beläge, Meßblöcke, Lager und dergleichen sowie zum Walzen und Bohren im Bergbau.

Erläuterungen zu den gebrauchten abgekürzten Bezeichnungen.

4340-Stahl ist ein niedrig legierter Stahl, der zu Vergleichszwecken in den Versuchen ausgewählt worden ist, weil er verhältnismäßig schwierig zu schneiden ist. Eine typische Zusammensetzung für den 4340-Stahl ist: Kohlenstoff 0,40⁰Zo, Mangan 0,74⁰Zo. Silizium 0,32 ⁰Zo, Nickel 1,79⁰Zo. Chrom 0,83»,ο, Molybdän 0,24"Zo, Phosphor 0,10" 0 und Schwefel 0,015 ⁰O, der Ausgleich ist Eisen.

Die Bezeichnung »SNG 433« ist eine genormte Bezeichnung, die in der Industrie sowohl in USA als auch in Europa verwendet wird. Der Buchstabe »S« gibt an, daß der Einsatz quadratisch ist, der Buchstäbe »N« gibt an, daß der Einsatz eine negative Rate hat, und der Buchstabe »G« gibt an, daß es sich um einen geschliffenen Einsatz handelt. Bei der gewählten Zahl gibt die erste Ziffer (nämlich 4) die Länge einer jeden Seite in Achtel inch, die zweite Ziffer (hier 3) die Dicke des Einsatzes in Sechzehntel inch und die dritte Ziffer (hier 3) den Radius der Ecken des Einsatzes in Vierundsechzigstel inch an.

Die Bezeichnungen C-5, C-6, C-7 und C-8 sind herkömmliche Bezeichnungen für unterschiedliche Klassen von Schneidwerkzeugen, die sowohl in den USA als auch in Europa weitgehend verwendet werden. Diese Bezeichnungen geben die Verwendung an, für die das Werkzeug bestimmt ist, wobei C-5 ein normaler Schruppeinsatz von Stahlgüte, C-6 ein HaIb-

schruppeinsatz von Stahlgüte, C-7 ein Leichtschrupp- und Endbearbeitungseinsatz und C-8 ein reiner Endbearbeitungseinsatz ist. K 7 H ist ein handelsübliches Werkzeug, das sowohl in USA als auch in Europa vertrieben wird. Es ist ein Werkzeug von C-7-Güte, das kommerziell für die Art der Bearbeitung, die in den Vergleichsversuchen gezeigt wird, in großem Umfang verwendet wird.

Claims

1 2 Monokarbid und dem Bindemetall in Mengen Patentansprüche- vermischt wird, daß das Gemisch der Zusammen- F ' Setzung der Karbid-Hartlegierung entspricht und

1. Karbid-Hartlegierung, bestehend aus 5 bis daß schließlich dieses Gemisch gepreßt und _ge-25% Eisen, Kobalt und/oder Nickel als Binde- 5 sintert wird.

metall und Rest ein Titan-Molybdän-Mischkarbid

mit einer Zusammensetzung nach der Summen-

formel (Ti₁MOy)C₂ mit der Maßgabe, daß

χ + y = 1 ist, y zwischen 0,06 und 0,60 variieren .

kann und ζ höher liegt, als dem stöchiometrischen io Die Erfindung bezieht sich auf karbid-Hartlegie-Kohlenstoffgehalt entspricht, der zur Abbindung rangen, bestehend aus 5 bis 25% Eisen, Kobalt und/ des Molybdängehaltes als Mo.,C und des Titan- oder Nickel als Bindemetall und Rest ein Titangehaltes als TiC notwendig ist.' Molybdän-Mischkarbid mit einer Zusammensetzung

2. Karbid-Hartlegierung nach Anspruch 1, mit nach der Summenformel (TIjMOy)C₂.

der Maßgabe, daß y zwischen 0,12 und 0,50 15 Frühere Bestrebungen, die Verschleißfestigkeit von variieren kann. Hanmetallen, z.B. WC—Co und WC—TiC—TaC—

3. Karbid-Hartlegierung nach einem der An- Co für die Stahlbearbeitung zu verbessern, ergaben Sprüche 1 bis 2, mit der Maßgabe, daß die Zu- Werkzeugmaterialien auf der Basis des Systems sammensetzung durch solche Indexdupel (z;y) TiC—Mo.,C—Ni. Ein derartiges System wurde !»estimmt wird, die im z-y-Diagramm in die von ao bereits 1931 in der österreichischen Patentschrift #inem geschlossenen Polygonzug umschlossene 160 172 vorgeschlagen. Über jüngere Entwicklungen fläche fallen, der definiert ist durch die Eck- dieser Systeme wurde von R. Kieffer und punkte F. Benesovsky in »Hartmetalle« (Wien, Springer-

£(z = 0,985; y = 0,06) Verlag, 1965) berichtet. Bestimmte Verbesserung :r;

F(z = 0,972; y = 0,06) 25 der Werkzeugmaterialien auf der Basis von

G(z = 0,071; y = 0,60) TiC-Mo.,C—Ni durch Hinzufügen von Molybdän

H(z = 0,090; y = 0,60) zum Nickelträger zur Erhöhung de» Benetzbarkeil

des Titankarbids und damit zur Erhöhung der

4. Karbid-Hartlegierung nach Anspruch 3, mit Festigkeit des gesinterten Karbids sind in der USA-täer Maßgabe, daß der Polygonzug definiert ist 30 Patentschrift 2 967 349 vorgeschlagen. Das Erzielen durch die Eckpunkte einer verbesserten Leistung der Karbidlegierungeii

bei Kohlenstoffkonzentrationen, die geringer sind, al;,

£' (z = 0,97; y = 0,13) der Zusammensetzung TiC-Mo₂C entspricht, wuiu-

F' (z = 0,95; y = 0,13) im wesentlichen durch Messungen der mechanischen

G (z = 0,78; y = 0,50) 35 Eigenschaften und der Härte in einer Studie von

//' (z = 0,88; y = 0,50) R. Kieffer und D. Fister in den »Plansee-B^rich-

ten für Pulvermetallurgie«, Bd. 18 (1970), S. 246 bis

5. Karbid-Hartlegierung nach einem der An- 253, erörtert.

Sprüche 1 bis 4, die als Bindemetall 8 bis 12 Ge- Die Verschleißfestigkeit dieser verbesserien Werkwichtsprozent Kobalt enthält. 40 zeuge, die als TiC—Mo₂C—Mo—Ni-Werkzeuge be-

6. Karbid-Hartlegierung nach einem der An- zeichnet werden können, um weiche und mittelharte Sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bis Stähle zu schneiden bzw. spanabhebend zu bearbcizu 30 Atomprozent des vorhandenen Titangehalts ten, ist wesentlich höher als die von Hartmetallen durch Hafnium, Niob und/oder Tantal ersetzt ist. auf Wolframkarbidbasis, die Zuverlässigkeit des

7. Karbid-Hartlegierung nach einem der An- 45 Werkzeuges ist jedoch üblicherweise verhältnismäßig Sprüche 1 bis 6, bei der bis zu 50 Atomprozent gering, weil das Werkzeug brüchig ist und an der des vorhandenen Molybdängehaltes durch Zundeilinie ausbricht. Infolgedessen wird die volle Wolfram ersetzt ist. hohe Abnutzung und Kolkverschleißfestigkeit in der

8. Karbid-Hartlegierung nach Anspruch 7, bei Praxis selten erkannt. Ein zusätzlicher Nachteil dieser der bis zu 10 Molprozent des vorhandenen 50 Werkzeugmaterialien besteht darin, daß sie nicht in Molybdän- und Wolframgehaltes durch Chrom der Lage sind, harte Stähle bei vergleichbaren Meersetzt ist. tallabnahmegeschwindigkeiten zu bearbeiten, z. B.

9. Karbid-Hartlegierung nach einem der An- Stähle mit einer Rockwell-Härte (R,.) von 50 oder Sprüche 1 bis 8, in denen bis zu 25 Atomprozent darüber. Die Verwendung ist somit auf die Bearbeides vorhandenen Kohlenstoffgehaltes durch Stick- 55 tung von weichen bis mittelharten, niedriglegierten stoff ersetzt ist. Stählen unter leichten Schneidbedingungen und auf

10. Karbid-Hartlegierung nach einem der An- das Bearbeiten von Gußeisen und -stahl beschränkt. Sprüche 1 bis 9, in denen bis zu 20 Atomprozent Anstrengungen, um die TiC—Mo₂C—Mo—Nides vorhandenen Titangehaltes durch Vanadium Werkzeugmaterialien für Schruppstähle geeignet zu ersetzt ist. 60 machen, indem ihre Brüchigkeit durch höhere

11. Verfahren zur Herstellung einer Karbid- Trägeranteile verringert wurde, haben nur einen bc-Hartlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, grenzten Erfolg gehabt. In diesem Falle erscheint die dadurch gekennzeichnet, daß zuerst eine pulveri- Verschleißfestigkeit wesentlich verschlechtert, und die sierte Vorlegierung aus Titan, Molybdän und Werkzeuge mit hohem Trägeranteil zeigen eine ausKohlenstoff hergestellt wird, die einen höheren 65 geprägte Tendenz zur plastischen Verformung bei Molybdängehalt besitzt, als der Endzusammen- erhöhten thermischen Beanspruchungen.

Setzung des Karbidanteils der Karbid-Hartlegie- Es ist ferner bereits ein Sinterhartmetall für

rung entspricht, daß diese Vorlegierung mit Titan, Schneidwerkzeuge auf Titankarbidbasis mit einer Zu-