DE2302317C3 - Karbid-Hartlegierung und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

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 verbesserten 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 •prüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bis Stähle zu schneiden bzw. spanabhebend zu bearbeitu 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 «prüche 1 bis 6, bei der bis zu 50 Atomprozent gering, weil das Werkzeug brüchig ist und an dei des vorhandenen Molybdängehaltes durch Zunderlinie ausbricht. Infolgedessen wird die volle Wolfram ersetzt ist. hohe Abnutzung und Kolkverschleißfestigkeit in dei

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

9. Karbid-Hart'sgierung nach einem der An- Stähle mit einer Rockwell-Härte (R₁) von 50 oder tprüche 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 aul

10. Karbid-Hartlegierung nach einem der An- das Bearbeiten von Gußeisen und -stahl beschränkt, tprüche 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. So machen, indem ihre Brüchigkeit durch höhere

11. Verfahren zur Herstellung einer Karbid- Trägeranteile verringert wurde, haben nur einen be-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 füi

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

sammensetzung 89,5 °/o Titankarbid, 5°/o Molybdän Verfahren zur Herstellung einer Karbid-Hartlegis- und 5,5 ^e/o Nickel bekannt (DT-AS 1 291908). Dieses rung vorgeschlagen, bei dem zuerst eine pulverisierte ntankarbid enthält 78,1·/· Titan und einen Gesamt- Vorlegierung aus Titan, Molybdän und Kohlenstoff kohlenstoffgehalt von 20,4 ^e/o. Den Rsst bilden offen- hergestellt wird, die einen höheren Molybdängehalt sichtlich Undefinierte Verunreinigungen. Dies be- 5 besitzt, als der Endzusammensetzung des Karbiddcutet, daß die bekannte Legierung, bezogen auf den anteils der Karbid-Hartlegierung entspricht, daß Gesamtgehalt, 70 ⁰Ze Titan und 18,3°/o Gesamtkoh- diese Vorlegierung mit Titan, Monokarbid und dem lenstoff enthält. Bei dieser bekannten Legierung ist Bindemetall in Mengen vermischt wird, daß das ein freier Kohlenstoffgehalt für die Zusammensetzung Gemisch der Zusammensetzung der Karbid-Hartdes Karbidhartmetalls nicht entscheidend, da die io legierung entspricht und daß schließlich dieses GeQualität eines Schneidweikzeuges nicht beeinflußt misch gepreßt und gesintert wird, wird. Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung

Ziel der Erfindung ist deshalb, eine verbesserte mit der Zeichnung an Hand von Ausführungsbei- Materialzusammensetzung anzugeben, die verbesserte spielen erläutert. Es zeigt

verschleißfeste Eigenschaften ergibt, z. B. eine ver- 15 F i g. 1 eine graphische Darstellung der Monobesserte Monokarbidlegierung aus Titan und karbidphase in fester Lösung gemäß vorliegender Molybdän, die wesentlich reicher an Kohlenstoff ist Erfindung sowie die Zusammensetzung der Karbidais bekannte Legierungen. Weiterhin sollen Legie- legierungen der bekannten Werkzeugentwicklungen rungen geschaffen werden, die bei Vorhandensein in diesem Bereich, die vorstehend erörtert wurden, von Metallträgerlegierungen der Eisengruppe, ins- ao Fig. 2 und 3 Abnutzungskurven, die die Abbesondere Nickel, stabil sind und die gesinterte nutzung von Werkzeugen gemäß vorliegender Erfin-Karbidwerkzeugmaterialien ergeben, die in ihren dung mit der von bekannten Werkzeugen ver-Gesamteigenschaften den TiC—Mo₂C—Mo—Ni- gleichen, wenn beide den gleichen Versuchsbedin-Werkzeuglegierungen überlegen sind. gungen ausgesetzt sind, und

Ziel der Erfindung sind ferner Legierungen, die as F i g. 4 bis 6 die Abnutzungsgeschwindigkeiten von unter Verwendung von Kobalt und Eisen gesintert Werkzeugen gemäß vorliegender Erfindung als Funkwerden können, ohne daß eine Brüchigkeit der tion der Austauschgeschwindigkeit von Molybdän für Legierungen erhalten wird, indem brüchige inter- Titan (oder die Molprozent von Molybdän im Gemetallische Phasen oder »/-Karbide gebildet werden, samtmetallgehalt) für unterschiedliche Versuchswie sie in Kohlenstofflegierungen mit Zusammen- 30 bedingungen.

Setzungen erhalten werden, die in den Bereich von Die Zusammensetzung der Karbidkomponente, die TiC-Mo₂C-Mo und TiC—Mo₂C—Mo—Ti fallen. bei der Herstellung der Karbid-Trägermetall-Ver-

Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß bei bundwerkstoffe gemäß vorliegender Erfindung verder Karbid-Hartlegierung der eingangs angegebenen wendet wird, kann entweder in Atomprozent der Art χ + y = 1 ist, y zwischen 0,06 und 0,60 35 Bestandteilelemente, wie z.B. Ti₁₁MOvCe, (k+v+w variieren kann und ζ höher liegt, als dem stöchio- = 100) ausgedrückt werden, wobei u, ν und w die metrischen Kohlenstoffgehalt entspricht, der zur Ab- Atomprozente von Titan, Molybdän und Kohlenstoff bindung des Molybdängehaltes als Mo₂C und des in der Legierung sind, oder aber als relative Mol-Titangehaltes als TiC notwendig ist. Vorzugsweise anteile von Metall und die Zwischenräume füllenden variiert y zwischen 0,12 und 0,50. 40 Elementen in der Form (Ti₁Mo₁₁)Q, (x + y= 1),

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird bei wobei χ und y die relativen Molanteile (Metallauseiner Karbid-Hartlegierung vorgeschlagen, daß die tausch) von Titan und Molybdän sind und ζ die AnZusammensetzung durch solche Indexdupel (1; y) zahl von Grammatomen Kohlenstoff pro Grammatom bestimmt wird, die im z-y -Diagramm in die von Metall angibt.

einem geschlossenen Polygonzug umschlossene 45 100 · >· definiert die Molprozent Molybdänaus-Fläche fallen, der durch die Eckpunkte tausch in (Ti₁Mo₁₁)C*, und 100 · χ die Molprozent

Titanaustausch. Die beiden Sätze von Zusammen- E (z = 0,985; y = 0,06) setzungsveränderlichen werden durch nachstehende F (z = 0,972; y = 0,06) Beziehungen auf einfache Weise ineinander überge-

G(z = 0,071; y = 0,60) 50 führt: H (z =- 0,090; y = 0,60)

definiert ist. u — 100·

Die Karbid-Hartlegierung gemäß der Erfindung enthält als Bindemetall vorzugsweise 8 bis 12 Gewichtsprozent Kobalt. Ferner können im Falle vor- 55 ν = liegender Erfindung bis zu 30 Atomprozent des vorhandenen Titangehaltes durch Hafnium, Niob und/ oder Tantal ersetzt werden. w =

Weiterhin wird mit vorliegender Erfindung vorgeschlagen, daß bis zu 50 Atomprozent des vorhan- 60

denen Molybdängehaltes durch Wolfram ersetzt ist, _x =

daß ferner bis zu 10 Molprozent des vorhandenen Molybdän- und Wolframgehaltes durch Chrom ersetzt ist, daß weiter bis zu 25 Atomprozent des vor- y = handenen Kohlenstoffgehaltes durch Stickstoff ersetzt 65 ist, bzw. daß bis zu 20 Atomprozent des vorhandenen Titangehaltes durch Vanadium ersetzt ist. ζ =

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird ein u + ν

1 +	Z
100	•y
1 +	ζ
100	• Z
1 +	Z
U
M +	V
ν
M +	V
W

5 ^ν 6

Letztere Methode der Definition der Gesamtzu- Mo_0-50)C_0-78 und der Punkt H' dem Wert (Ti_0-50Mo₀^₀)

sammensetzung der Karbidkomponente, der Aus- C₀₈₈. Der PunktE entspricht dem Wert (Ti₀₉₄Mo_0-06)

druck (Ti_xMOj₁)C₁ ist insbesondere zweckmäßig für C_0-885, der Punkt F dem Wert (Ti_0-94Mo_0-06)C_0-972, der

die Beschreibung "der Konzentrationsräume von die Punkt G dem Wert (Ti₀₄₀ Mo₀₆₀) C₀₇₁ und der Punkt H Zwischenräume füllenden Legierungen und wird in 5 dem Wert (Ti_0-40Mo_0-60)C₀₉₀.

vorliegender Beschreibung durchgeliend verwendet. Aus Fig. 1 ergibt sich, daß die Karbidphase der

F i g. 1 zeigt eine graphische Darstellung der Ge- Zusammensetzung gemäß vorliegender Erfindung samtzusammensetzung des Monokarbids in fester dadurch gekennzeichnet ist, daß sie wesentlich Lösung (Ti_xMOy)C, und zeigt diese Phase der Zu- reicher an Kohlenstoff ist als die bekannte Zusamsammensetzung gemäß vorliegender Erfindung wie io snensetzung. Für ein gegebenes Metallaustauschverauch die Zusammensetzung der Karbidlegkrungen hältnis enthält die Zusammensetzung mehr Kohlenbekannicr Werkzeugentwicklungen auf diesem Ge- stoff als die Zusammensetzungslinie TiC—Mo₂C für biet. Das Format der F i g. 1 wurde so gewählt, daß das gleiche Verhältnis. Im Falle vorliegender Erfindiese Zusammensetzungen gezeigt werden können, dung können auch höhere Beträge an Molybdän veran Stelle der herkömmlichen dreieckförmigen Dar- 15 wendet werden, als dies bei bekannten Zusammenstellung von ternären Systemen, weil in einer solchen Setzungen der Fall war. Wie weiter unten im einzelgraphischen Darstellung die weiter unten erörterten nen ausgeführt, können damit Werkzeuge unter Bereiche auf Grund zu hoher Drücke nur unzu- schweren Bearbeitungsbedingungen wie auch unter reichend gezeigt werden könnten. den leichten Bearbeitungsbedingungen, auf die die

Die Ordinate in Fig. i ist der ln<texwertz in der ao bekannten TiC—Mo₂C—Mo—Ni-Werkzeuge beZusammensetzung (Ti_xMOy)C₂, während die Abszisse schränkt waren, eingesetzt werden,
der Indexwert y ist. Natürlich definiert die Abszisse Die Karbid-Verbundmetalle nach vorliegender auch x, da χ + y — 1. Die Ordinate ist auch in Erfindung können nach verschiedenen und unter-Atomprozent Kohlenstoff der Gesamtzusammen- schiedlichen Pulvermetallurgie-Techniken hergestellt setzung gezeigt, wobei dieser Atomprozentsatz gleich *5 werden. Ein typischer Herstellvorgang ist folgender:

j *" ist. Die Ordinate ist für ζ linear und etwas ^Ein Gemisch aus Karbid und Trägerlegierung in den

¹I-² gewünschten Anteilen wird in einer Kugelmühle m

nichtlinear für Atomprozent Kohlenstoff. Die einem Gefäß aus korrosionsbeständigem Stahl drei

Abszisse ist auch als das prozentuale Austauschver- bis vier Tage lang behandelt, wobei die Kugeln

hältnis von Molybdän für Titan oder Molprozent 30 aus Wolframkarbid-Kobaltlegierung bestehen und

Molybdän in dem Gesamtmetallgehalt dargestellt. Naphta oder Benzol als Mahlflüssigkeit verwendet

Dieser Molprozentsatz ist gleich 100 y. _wi_rd. Abhängig von der Pulverdichte werden drei

Die Linie 10 in Fig. 1 stellt die Zusammen- bis fünf Gewichtsprozent Preßschmiermittel, üb-

setzungslinie TiC—Mo₂C oder die Zusammen- licherweise Paraffin, in Lösung mit einem geeigneten

setzung in der gewählten Bezeichnung eines Ge- 35 Lösungsmittel, z. B. Benzol, hinzugefügt. Das

misches von TiC und Mo₂C für sich ändernde Ver- Lösungsmittel für das Paraffin wird dann verdampft

häitnisse der beiden Bestandteile dar. Die durch und das Trockenpulvergemisch in die gewünschten

ABCD begrenzte Fläche stellt den Zusammenset- Formen unter Anwendung von Drücken zusammen-

zungsbereich dar, der von R. Kieffer und gepreßt,die von 1.0 bis 1,6 t/cm² reichen. DasDruck-

D. Fister in dem obenerwähnten Bericht unter- 40 schmiermittel wird dann durch Aufheizen auf Tem-

sucht wurde. Der durch AB'C'D' begrenzte Bereich peraturen zwischen 200 und 700 Grad Celsius unter

repräsentiert die Gesamtzusammensetzung der auf Vakuum entfernt, und die Preßlinge, die auf entspre-

dicscm Gebiet kommerziell zur Verfügung stehenden chenden Trägermaterialien, z. B. Graphit, aufge-

Werkzeuge. Die Zusammensetzung am Punkt D' schichtet wurden, wurden ein bis eineinhalb Stunden

(Ti₁₁₈₇Mo₀₁₃)C₀₀₃₀ entspricht annähernd dem be- 45 bei Temperaturen zwischen 1350 Grad Celsius und

kannten Vergleichswerkzeug TiC—Mo₂C—Ni, das 1450 Grad Celsius unter Vakuum gesintert. Zur Aus-

"vveiter unten erörtert wird, und der Punkt etwa in der Wertung der Legierungen gemäß der Erfindung als

Mitte zwischen B' und C oder (Ti_L._0BMo_0B1)C₀₉₁ Bearbeitungswerkzeuge wurden die gesinterten Teile

stellt, in Verbindung mit einem Träger aus 10 Pro- auf Diamanträdern auf die gewünschte Werkzeug-

zent Nickel, die optimale Zusammensetzung für die 50 geometrie geschliffen.

Werkzeuge dar, die in der oben angegebenen USA.- Ein typischer Herstellvorgang für eine Legierung,

Patentschrift 2 967 349 beschrieben sind. Dies ist die Titan und Molybdän in den Moiarverhältnissen

etwa die Zusammensetzung des bekannten Ver- 6:4 enthält und einen Kohlenstoffgehalt von

gleichswerkzeuges TiC—Mo₂C—Ni, auf die weiter 47.9 Atomprozent besitzt, wird nachstehend be-

untcn eingegangen wird. 55 schrieben. Die Zusammensetzung dieser Legie-

Die Gesamtkarbidzusammensetzung der Werk- rung in der vorbeschriebenen Bezeichnung ist

zeuglegierungen gemäß vorliegender Erfindung fällt (Ti₀₀₀Mo₀₄₀)C₀₈₇.

vorzugsweise in den Zusammensetzr.ngsbereich, der IUn sorgfältig gemischtes Pulvergemisch, das aus

durch EFGH begrenzt wird, besonders jedoch in den 46 Gewichtsprozent TiC, 52,17 Gewichtsprozent

begrenzteren Bereich E'F'G'H'. Karbidlegierungen, 60 Mo„C und 1,83 Gewichtsprozent Kohlenstoff be-

die außerhalb des Bereiches E' F' G' H', jedoch inner- stand, wurde in Graphitformen bei etwa 2000 Grad

halb des Bereiches EFGH liegen, ergeben Legicrun- Celsius zu einer Dichte gepreßt, die etwa 75% der

gen geringerer Qualität, wenn sie als Schneidwerk- theoretischen Dichte entspricht. Die Preßlinge wur-

zeuge verwendet werden, ergeben jedoch andere nütz- den dann in einen Graphitbehälter eingesetzt, drei

liehe Anwendungsmöglichkeiten. In der gewählten Be- 65 Stunden lang bei 2000 Grad Celsius unter einem

zeichnung entspricht der Zusammensetzungspunkt E' Vakuum von 3 · 1O^-5 Torr homogenisiert und dann

dem Wert (Ti₀ K₇Mo₀₁₃)C_{0 B7}, der Punkt F'dem Wert gebrochen und in einer Kugelmühle gemahlen,

(Ti₀₈₇Mo₀ J₁)C₀₍₁₅ der Punkt C dem Wert (Ti_0-50 damit eine Korngröße von weniger als 47 μ erhalten

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

Zusammensetzungen, die in der vorbeschriebenen Weise ausgebildet wurden, können als vorhomogenisierte feste Lösungen bezeichnet werden. Ein anderes Verfahren zur Herstellung der Zusammensetzungen nach vorliegender Erfindung besteht 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 5 Erfindung zur Verfugung. Beispielsweise können karbidarme Gesamtzusammensetzungen gebildet werden, die mit Trägern vermischt und in einer Kohlenstoff angereicherten Atmosphäre gesintert werden. Die folgenden Tabellen und graphischen Darstel-

monokarbid 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 Verbundmetalls in hohem

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

Versuchsbedingung A (Verschleißprüfung)

4340-Stahl, R_C22 bis 29; Schneidgeschwindigkeit 150 m/min, Vorschubgeschwindigkeit 0,0375 cm/Umdrehung; Schneidtiefe 0,15 cm; kein Kühlmittel.

gestellt wird, die eine feste Lösung von aus Molybdän io hingen zeigen die Leistungsfähigkeit einer großen reichen Monokarbid ist, z. B. (Ti₀₃₀Mo₀₇₀)C₀₈,.,, und Anzahl von Werkzeugen unterschiedlicher Zusamdaß sie dann mit entsprechenden Mengen an Titan- mensetzungen 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 ao 4340-Stahl in vier verschiedenen Härtebereichen und — bedingt dadurch — die Eigenschaften der R_c 22 bis 29, R₀ 33 bis 38, R_c 46 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
dem Träger bei Sintertemperaluren und zu einem
erneuten Niederschlagen der stabileren im Gleichgewichtszustand befindlichen festen Lösung von

Karbid aus den flüssigen Trägerlegierungen bei- 30 SNG 433-Einsätze. tragen. Gleichzeitig mit diesen Lösungs-/Nieder- Versuchsbedingung B

Schlagsreaktionen verlaufen Reaktionen, die einen (Schrupp-Prüfung)

bevorzugten Transport von fester Lösung von mit

Molybdän reichem Monokarbid zu den Titankarbid- 4340-Stahl, R_c 22 bis 29; Schneidgeschwindigkeit

körnungen ergeben, damit eine legierte Oberflächen- 35 150 m/min; Vorschubgeschwindigkeit 0,05cm/Umschicht erhalten wird, die auf Grund ihres höheren drehung; Schneidtiefe 0,31 cm; kein Kühlmittel. 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 Haupt- 40 4340-Stahl, R₁. 33 bis 38; Schneidgeschwindigkeil menge 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 45
erscheint durch das Vorhandensein von nicht
reagiertem TiC im Kern eines Teiles der Karbidkörnungen wesentlich verbessert. Die Tendenz zu
einer plastischen Deformation unter hohen Schneidbelastungen ist etwas größer als bei Verbundwerk- 50 SNG 432-Einsätze. stoffen, die aus vorgeformten festen Lösungen und Der Verschleiß wurde in entsprechenden Zeit-

Trägerlegierung mit der gleichen Gesamtzusammen- Intervallen mit Hilfe eines Werkzeugmikroskops gesetzung hergestellt sand. Infolgedessen wird ein nied- messen. Die plastische Deformation der Schneidrigerer Trägergehalt bei reaktiv gesinterten Verbund- kante und der Kratertiefe wurden auf einem Metallowerkstoffen für Aawendungsfälle bei Werkzeug- 55 graphen gemessen. Die Hankendaten, die in den gramaschinen verwendet. phischen Darstellungen und in den Tabellen ange-

Im aligemeinen haben die Untersuchungen der geben werden, beziehen sich auf die gleichförmige Leistungsfähigkeit der Legierungen nach vorliegen- Verschleißzone der Werkzeuge, der Erfindung für Werkzeuge ergeben, daß die Her- Um eine vergleichbare Leistungsbewertung dei

stellung der VerbuihdmetaUe durch reaktives Sintern 60 Verbundmetalle gemäß vorliegender Erfindung zi für Legierungen vorteilhaft ist, bei denen der ge- erhalten, wurde auch ein Querschnitt von reprasensamte Metallaustauscfa im Karbid geringer als 40 MoI- tativen Werkzeugen unterschiedlicher Herstelle) prozent Molybdän isL Die Leistungsfähigkeit von unter identischen Bedingungen geprüft, und du reaktiv gesinterten Verbundmetallen mit mehr als Werkzeuge mit den besten Leistungen wurden al! 40 Molprozent Molybdän im Austausch beim Schnei-65 Vergleichsnonn ausgewählt Werkzeuge aus dei den von weichen bis mittelharten Stählen (R₁ —45) Karbiden der Klasse C-S und C-6, die von verschieist geringfügig besser als von Werkzeugen, die aas denen Firmen hergestellt werden, haben sich al; vorhomogenisierten festen Lösungen hergestellt ziemlich äquivalent herausgestellt und werden somi

509619/25:

SNG 433-Einsätze.

Versuchsbedingung C

150m/min; Vorschubgeschwindigkeit 0,0255cm/Umdrehung; Schneidtiefe 0,15 cm; kein Kühlmittel. SNG 433-Einsätze.

Vcfäuchsbedingung D (Endbearbeitung von gehärtetem Stahl)

4340-Stahl, R_C46 bis 55; Schneidgeschwindigkeil 75 m/min; Vorschubgeschwindigkeit 0,01275 era Umdrehung; Schneidtiefe 0,125 cm; kein Kühlmittel

öfiG

ίο

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.

eine Stunde und 30 Minuten lang bei 1380 Grad Celsius unter Vakuum gesintert. Die lineare Schrumpfung während des Sinterns betrug 16,1 %>, und die Korngröße der Karbidphase betrug etwa 4 μ. Die Mikrostruktur der Karbidkörnungen bestand aus einem Kern von unverwandeltem Titankarbid, der von einer äußeren Hülle aus zusammensetzungsmäßig sortiertem Titan-Molybdän-Monokarbid festen Lösung umgeben ist, wobei die äußerste Schicht etwa einem Karbid entspricht, das ungefähr (Ti₀₄₅Mo₀₃₃)Cj 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 (Ti_0-30Mo₀₇₀)C₀₁₁₀, 55,1 Gewichtsprozent TiC [die eine Gesamtkarbidzusammenset_a0 zung von (Ti_0-80Mo₀₂₀)C₀₉₄₄ ergibt], 5,65°/o Nickel und 5.65 %> 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-

Be ispie 1 1

Eine Pulvermischung, bestehend aus 91,50 Gewichtsprozent einer Legierung (Ti₀₀₀Mo₀₄₀)C₀₈₇ und
8,5 Gewichtsprozent Nickel, wurde als vorhomogenisierte feste Lösung in der oben beschriebenen Weise 25 phase in dem gesinterten Formling hatte eine mittlere hergestellt, und die Formlinge wurden eine Stunde Korngröße von 3 μ, und die gemessene Härte der Zu- und 10 Minuten lang bei 1385 Grad Celsius unter
Vakuum gesintert. Die mittlere lineare Schrumpfung
während des Sinterns betrug 16,4°/o. Die mittlere

Korngröße der Karbidphase betrug etwa 4 μ, und die 30 Eine Pulvermischung aus 56,7 Gewichtsprozent

Härte war 93,0 auf der Rockwell-A-Skala. (^T'o.83^Mon.i₅)^Cp.»5i> 31,3 Gewichtsprozent (Ti₀₇₀

_R- -19 Mo_{0 30})C_{0 91} [die eine Gesamtkarbidzusammensetzung

^p von'(Ti_ll-R0Mo_n,_>0)C_0-B4 ergibt], und 12»/„ Kobalt

Eine Putvermischung, bestehend aus 48,4 Ge- wurde in der vorbeschriebenen Weise verarbeitet,

wichtsprozent einer vorhomogenisierten festen 35 und die sich daraus ergebenden Formlinge wurden

Lösung mit der Zusammensetzung (Ti₀₃₀Mo₀₇₀)C₀₈₀, 1 Stunde und 15 Minuten lang bei 1395 Grad Celsius

42,1 Gewichtsprozent TiC (die sich aus einer Ge- unter Vakuum gesintert. Die mittlere Karbidkom-

samtkarbidzusammensetzung von (Ti₀₇₀Mo₀₃₀)C₀₉₁₄ größe in dem gesinterten Teil betrug 3 Mikron und

ergibt), und 9,50 Gewichtsprozent Nickel wurde die Härte 92,8 auf der Rockwell-A-Skala.

reaktiv in der vorbeschriebenen Weise gesintert und 40 Die F i g. 2 und 3 zeigen graphische Darstellungen

sammensetzung betrug 93,1 auf der Rockwell-A-Skala.

Beispiel 4 Tabelle I

Verschleißschema der in den Beispielen 1 bis 4 beschriebenen Beispiele

im Vergleich zu kommerziell zur Verfügung stehenden Karbiden

Versuchsbedingung A

Werkzeug

Gesamte Schneiddauer

in Minuten

Verschleißschema *) (in mm)

B ί

Kratertiefe (in mm)

Bemerkungen Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel 3 Beispiel 4

K7H

TiC-Mo₄C-Mo—Ni

40,00
60,20
31,79
79,05
49,89
46,03

< 0,025

< 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

0,125

0,075

0,050

0,050

0.15

0,95

0,50

0,0775

0,075

0,050

0.085

0,2125

0,0575

Bruch durch Spänen an der Zimderrmie

*) Verschleißscbema-Nomenldatur

A Kerbe auf Grund des Kraterreißens. B Eckenverschleiß.

C Verschleiß der Freifläche. D Kerbe an der Zunderlinie.

Tabelle II Verschleißschema der in den Beispielen 1 bis 4 beschriebenen Beispiele

im Vergleich zu kommerziell zur Verfügung stehenden Karbiden

Versuchsbedingung B

Werkzeug

Gesamte Schneiddauer

in Minuten

Verschleißschema*) (in mm)

IBIC

Kratertiefe (in nun)

Kanten-Verformung

(in mm)

Bemerkungen

Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel 3 K7H ...

Mo-Ni

C—5 ..

Mo₂C-

8,18

10,05

5,06

9,82

4,68 1,70

< 0,025

< 0,025

< 0,025 0.5

< 0,025 0,15

0,1
0,15
0,175
0,2

0,25

0,5

0,1 0,125 0,15 0,15

0,2
0,4

0,15 0,1

0,075 0,35

0,55 <0,05

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

gespänt an der Zunderlinie

*) Verschleißschema-Nomenklatur wie in Tabelle I.

Tabelle HI 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

Kratertiefe (in mm)

Bemerkungen Beispiel 1 Beispiel 2

K7H

TiC- Mo,C—Mo—Ni

45,58 60,66 34,87 53,24

< 0,025

< 0,025 0,025 0,1

0,15 0,125 0,225 0,125

0,2 0,15 0,3 0,175

0,05 <0,05 0,1 0,f75

0,05 0,0525 0,125 0,0375

*) VerscWeißschema-Nomenklatur wie in Tabelle I.

Tabelle IV Verschleißschema der in der Beispielen 1 und 2 beschriebenen Beispiele

im Vergleich zu kommerziell zur Verfügung stehenden Karbiden

Versuchsbedingung D

	Stahlhärte	Gesamte	A	Verschleißschema *)	B	nm)	C	D	jvraiemeie	Bemerkungen
Werkzeug		Schneiddauer	< 0,025	(in ι	0,15	0,2	< 0,025	(in mm)
	Rc51bis54	in Minuten	< 0.025	0,1	0,1	< 0,025	0,01875	kein Bruch
Beispiel I ....	Rc 55 bis 57	107,42	< 0,025	0,125	0,15	< 0,025	—	kein Bruch
Beispiel 1	Rc47bis49	9,82	0,525	0,175	0,25	0,025	0,0175	kein Bruch
Beispiel 2	Rc49bis52	157,77	< 0.025	0,125	0,6	0,025	—	Spänen bei (A)
K7H	Rc55bis57	88,47		—	Kantenbruch
K7H	9,96

*) Verschleißschema-Nomenklatur wie in Tabelle I.

einiger der Versuche, die die Daten für die Tabellen I und IV ergeben haben. F i g. 2 zeigt den mittleren Ecken- und Flanken verschleiß als eine Funktion der Schneiddauer für Werkzeuge, die aus den obigen Beispielen 1 and 2 und den bekannten Werkzeugen ans TiC—Mo₄C-Mo—Ni ond K7H hergestellt wurden, wenn diese der Versuchsbedingung A unterworfen wurden. Die Kurve 12 zeigt den Verschleiß des K 7 H-Werkzeuges, die Kurve 14 den Verschleiß des TiC—Mo₈C—Mo—Ni-Werkzeuges, die Kurve 16 den Verschleiß des Werkzeuges nach Beispiel I und die Kurve 18 den Verschleiß des Werkzeuges nach Beispiel 2.

F i g. 3 zeigt den mittleren Ecken- und Flanken-

verschleiß als eine Funktion der Schneiddauer für Werkzeuge, die auf Grund der obigen Beispiele und 2 hergestellt wurden, und des bekannten Werkzeuges K 7 H, wenn sie der Versuchsbedingung D unterworfen wurden. Für das bekannte Werkzeug TiC-

MogC—Mo—Ni ist keine Kurve dargestellt, da dieses Werkzeug beinahe sofort zu Bruch ging, sobald es dieser Versuchsbedingung ausgesetzt wurde. Die Kurve 20 zeigt den Verschleiß des K7H-Werkzeuges, wenn Stahl mit einer Härte von R₀ = 49 bis 52 be-

6s arbeitet wurde. Die Kurve 22 zeigt den Verschleiß des Werkzeuges nach Beispiel 1, wenn Stahl mit ein« Härte von R₁. = 51 bis 54 bearbeitet wurde. Die Kurve 24 zeigt den Verschleiß des Werkzeuges nacl

869

Beispiel 2, wenn Stahl mit einer Härte von R₁. = 47 bis 49 bearbeitet wurde.

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

bedingung D an gehärtetem Stahl, das Werkzeug K 7 ] besitzen.

Die folgende Tabelle V zeigt die Verschlei/ geschwindigkeit einer großen Anzahl von Werl zeugen, die aus speziellen Zusammensetzungen gemä vorliegender Erfindung gebildet werden, und auc einiger bekannter Werkzeuge, wenn sie der Versuch bedingung A ausgesetzt werden.

Tabelle V

Gesamtzusammensetzung der Karbidphase	Bindemittel	Beobachtete Verschleißgeschwindigkeit cm-lO-'/min	—	0,325	Krater	—	0,25	Bemerkungen	—	—	—	—	—
	(Träger)	Flanke	0,425	0,325	0,1875		—	—	geringe Kantendefor	—	—
(Ti05Mo05)C085	12%, Co	0,525	0,3125	0,225	0,1775		—	—	mation	geringe Kantendefor	—
(Ti06Mo04)C0-82	3,6«/oNi,	1,0	0,170		0,1	spröde	—	—	mation	—
	7°/oCo		0,2125	0,175	0,1575		geringe Kantendefor	geringe Kantendefor·	geringe Kantendefor	Spur von überschüs
(Ti07Mo03)C090	6 VoFe, 6 »/ο Ni	0,225				geringe plastische	mation	mation	mation	sigem Kohlenstoff
			0,25	0,2225	Deformation
(Ti0.e5MO0,35)C0,82	9VoCo	0,165	0,1	spröde	typische Werkzeug
(Tl0.e0MO0,40)C0,84	9VoNi	0,275	0,1675	lebensdauer
(TlO,eOMo0.4o)C0,82	9,5VoNi	0,1575	0,1	7 bis 10 Min.
(Ti0.5OMo0.S0)C0.85	8,8VoCo	0,20	0,1675	—
(Ti0.80Mo0.2o)C0.9S	12VoCo			Kerbbüdungander Zunderlinie starke Kerbbildung ί derZunderiinie
(Tl0.80MoO,2o)C0.92	5,6VoNi,	0.1625	0,125	—
	5,65VoCo	0,20	0,1575	typische Werkzeng-
(Ti0.70M°0.3o)C0.90	5,5 Vo Ni, 5 Vo Co			lebensdauer 35 Min.
(Tl0.8eMO0.u)C0.94	11 Vo Ni	0,1625	0,125	—
(T!0,87Mo0.13)C0.94	12,5VoNi	0.15	0.1325
' ' Ό.80 "*°0.20/ ^0.92	11 Vo Ni	0,30	0,25
(Ti0.7SMO0.25)C0.89	12VoNi
		0,40	0,20
(Ti0.76Mo0.25)C0.92	10,5VoNi
(Ti0,70MO0.30)C0.90	11,5VoNi	0,20	0,1825
		0,30	0,225
(Tio.70Mo0.3o)C0.90	9,8VoNi	0,625	0,675
(. * Ό.βΗ "^°n.32/ ^(1,89	10,5VoNi	0,32	0,21
(Ti0.eOM°0.4o)C0.87	10,3VoNi	0,40	0,2425
		0,3075	0,2125
(TiO.eoM°O.4o)CO.84	10,5VoNi
		3,25 bis 4,25	1,0 bis 2,0
(Ti0.e0MO0.40)C0.87	8,5VoNi
(Ti«.54Mo0.4e)C0.84	8,5VoNi
(Tl0.40Mo0.eo)C0.81	8VoNi	0,70 bis 1,0	0,3 bis 0,4 5
(Ti0.S0MO0,50)C0.81	7VoNi	0,375 bis 0,625	0,075 bis 0,15
(Ti0.50MO0.50)C0,82	12VoNi	0,225 bis 0,525	0,125
(Ti0.S4MO0.4e)C0.894	8,5VoNi	0,75 bis 0,875	0,225
Bekannte Werkzeuge		0,3 bis 0,45	0,075 bis 0,25
C—5, C—5A
		0,35 bis 0,4	0,2 bis 0,3
C—6, C—7
TiC-Mo2C-Ni
TiC-Mo2C-Mo-Ni
Gußkarbid
(Ti—W—C Basis) TiN überzogen C—5
(für die Lebensdauer des Oberzages) ITC C—6 (Für die Lebens
dauer des Oberzages)

Die folgende Tabelle VI zeigt die Verschleiß geschwindigkeit von entsprechenden bekannteu, kommerziell zur Verfügung stehenden Karbidwerkzeugen, wenn sie der Versachsbedingung B ausgesetzt sind:

Tabelle VI Karbidklasse Bereich der beobachteten Verschleißgeschwindigkeiten

cm · lO-'/min

Hanke I Krater Bemerkungen

C—5,C—5A

C—6,C—7

TiC-MOjC-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~* cm thermische Deformation bei 1,5 Minuten

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

häufiges Zerbrechen des Werkzeuges, 5,0 bis 7,5 · 10~^s 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, konivorliegender Erfindung hergestellt sind, sind in Fig. 5 ^a5 merziell zur Verfügung stehender Karbidwerkzeuge, dargestellt und werden weiter unten beschrieben. wenn sie der Versuchsbedingung D ausgesetzt sind.

Tabelle VII

	Härte des Versuchsstahles	Bereich von	—	Bemerkungen	guter Finish
Karbidtiasse		beobachteten Flankenabnutzungs- gesch wind igkeiten			Fehler bei Berührung
	Rc51bis55	cm · lfJ-'/min		schlechter Finish	Fehler durch Eckenschichtspaltung nach
C —2	Rc51bis55	rasches Brechen		schlechter Finish	0,1 bis 5 Minuten
C —5	Rc 51 bis 55	rasches Brechen		häufiger Fehler durch Ecken-Schichtspaltung	Fehler durch Ecken-Schichtspaltung üb
C —6,C—7		3,75 bis 7,5		bei Stählen mit Rc> 54	licherweise bei Beginn des zweiten Durch
	Rc46bis48			—	ganges
C —6,C —7	R,. 49 bis 52	0,2 bis 0,375
K7H	Rc51bis54	0,2
TiC-Mo2C-Ni	RC49 bis 52
TiC-Mo—Ni
	RC46 bis 49
TiC-Mo—Ni

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 F i g. 4 zeigt die Kurve 26 die mittleren Ecken- und Flankenverschleiß-

geschwindigkeiten und die Kurve 28 die obere Kolkverschleißgeschwindigkeit für die Versuchsbedingung A. In Fig. 5 zeigt die Kurve 30 die mittleren

Ecken- und Flankenverschleißgeschwindigkeiten und die Kurve 32 die obere Kolkverschleißgeschwindigkeit für die Versuchsbedingung B. F i g. 6 zeigt die mittleren Ecken- und Flankenverschleißgesehwindigkeiten für die Versuchsbedingung D. Die Kurve 34 zeigt diese Geschwindigkeiten zur Bearbeitung von gehärtetem Stahl mit einem R_f = 46 bis 49. Die Kurve 36 zeigt diese Geschwindigkeiten zur Bearbeitung von gehärtetem Stahl mit einem R_c — 50 bis 55.

509 619/252

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

Die Kurven 4 bis 6 sind unabhängig von dem Kohlenstoffgehalt oder dem Indexwert ζ in (Ti_xMo^)Q gezeigt. Dies ist deshalb der Fall, weil festgestellt worden ist, daß innerhalb des Bereiches vorliegender Erfindung nach Fig. 1 die Leistungsfähigkeit eines to Werkzeuges eine Funktion des Metallaustauschverhältnisses ist, aber für ein gegebenes Metallaustauschverhältnis 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 so 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 Karbidphase 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, r;-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 sich 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 Verbundmetallen möglich ist. Ein Legieren von Legierungen mit hohem Titangehalt n-^;» diesen Elementen ergibt keine vorteilhaften ·. xte.

(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 zu 50 Molprozent) im Austausch für Molybdän in den Verbundmetallen gemäß der Erfindung legiert werden, ohne daß die Leistungsfähigkeit herabgesetzt wird. Geringe Zusätze von Wolfram (weniger als 5 Molprozent im Austausch für Molybdän) sind vorteilhaft bei der Verringerung der Korngröße während des Sinterns. Titanlegierungen mit hohem Kohlenstoffgehalt, die mehr als 70 Molprozent TiC enthalten, sind insbesondere unempfindlich gegenüber von höheren Konzentrationen von Wolfram, während Legierungen mit hohem Molybdängehalt dahin tendieren, freies Graphit aus der festen Lösung abzuführen, wenn der Wolframaustausch für Molybdän 20 Molprozent übersteigt. Bildung von freiem Graphit kann dadurch vermieden werden, daß der Kohlenstoffgehalt der Legierungen zwischen 0,5 und 1,5 Atomprozent gesenkt wird. Die Verwendung von Kobalt und Trägern auf Eisenbasis wird für kohlenstoffarme, Wolfram enthaltende Karbide nicht empfohlen, da sie eine Versprödung des Verbundmetalles durch »7-Karbidbildung ergeben.

(5) Gering anteilige Zusätze (weniger als 10 Molprozent) 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-Metallkarbiden wurde dadurch erzielt, daß vorgeformte feste Lösungen der Karbide mit TiC, z. B. (Ti, W)C, und (Ti, Hf)C, oder mit MoC₁, z. B. (Ta, Mo)C₂ und (V, Mo)C,, verwendet wurden. Die Herstellung dieset Hartmetallkarbide erfolgte analog den Vorgängen, die für die Titan-Molybdän-Karbidlegierung beschrieben wurde.

Nachstehende Tabelle VIII zeigt die Abnutzungsgeschwindigkeiten für eine Anzahl von Werkzeugen, die aus Zusammensetzungen hergestellt sind, die einige der Legierungsvertauschungen enthalten, die soeben erörtert wurden, wenn diese Werkzeuge der Versuchsbedingungen A ausgesetzt werden.

Tabelle VUI

20

	Träger	Beobachtete	Krater	Bemerkungen
Gesamizusammensetzung der Karbidphase		Abnutzungsgesch windigkeit ViN nun/min	0,475
	11 o/o Ni	Flanke	0,40	spröde
(Ti04Ta01Mo05)C0185	13 o/o Ni	0,70	0,325	—
(Ti0^ Ta0;! *O<££ (TiJ72 Nb0-08 Mo0-,0fc0-94	12 ο/» Ni	0,675	0,175	—
	13 o/o Ni	0,45	0,175	—
(Ti06 Mo038 W0 w) C087	13 o/o Ni	0,30	—	—
(TiCtMo^W0 0J)C018 0.94 (Ti0-5Hf0-1Mo0-4)C0-88	9 o/o Ni	0,30		überschüssiger
(Ti0 4 Zr0 j Mo0 s) C0 gg		--	0,175	Kohlenstoff
(Tio;7 Mo0-3) (C078 N0-14)	90/eNi		0,1	—
	11,3 % Ni 9,3 0/0 Co	0,20	0,2	spröde
9 0/0 Ni	0,15	—	—
110/0 Ni	0,275	0,1	Kantenspänen
10"ONi	1,5		—
0,15

Die Verbundwerkstoffe 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 für 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, insbesondere 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 Leistungsvorteil 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 Hauptanvendungsgebiet 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

a₅ 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 0,40 °/o, Mangan 0,740/», Silizium 0,32°/o, Nickel l,79o/_o, Chrom 0,83 ·.'·, Molybdän 0,24 0/0, Phosphor 0,10%> und

Schwefel 0,015 °/o, der Ausgleich ist Eisen.

Die Bezeichnung »SNG 433« ist eine genormte Bezeichnung, die in der Industrie sowohl ^;n USA als auch in Europa verwendet wird. Der Buchstabe »S« gibt an, daß der Einsatz quadratisch ist, der Buch stäbe »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 dntte Ziffer (hier 3) den Radius der Ecken des Einsatzes in Vicrundsechzigstel 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 Endbcarbeitungseinsatz 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 (4)

L· Monokarbid und dem Bindemetall in Mengei Patentansprüche: vermischt wird, daß das Gemisch der Zusammen setzung der Karbid-Hartlegierung entspricht und

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

metall und Rest ein Titan-Molybdän-Mischkarbid

mit einer Zusammensetzung nach der Summen-

formel (Ti_xMo^)C₂ mit der Maßgabe, daß
X-Yy=X ist, y zwischen 0,06 und 0,60 variieren

kann und ζ höher liegt, als dem stöchiometrischen io Die Erfindung bezieht sich auf Karbid ^artlegie-Kohlenstotfgehalt entspricht, der zur Abbindung rangen, bestehend aus 5 bis 25% Eisen, K Jt und/ des Molybdängehaltes als Mo_sC und des Titan- oder Nickel als Bindemetall und Rest _un Titangehaltes als TiC notwendig ist. Molybdän-Mischkarbid mit einer Zusammensetzung

2. Karbid-Hartlegierung nach Anspruch 1, mit nach der Summenformel (Ti_xMo,)C_z.

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

3. Karbid-Hartlegierung nach einem der An- Co für die Stahlbearbeitung zu verbessern, ergaben spräche 1 bis 2, mit der Maßgabe, daß die Zu- Werkzeugmaterialien auf der Basis des System« sammensetzung durch solche Indexdupel (z;y) TiC—Mo₂C—Ni. Ein derartiges System wurde bestimmt wird, die im z-y-Diagramm in die von 20 bereits 1931 in der österreichischen Patentschrift einem 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 Verbesserunger

F (z = 0,972; y = 0,06) 35 der Werkzeugmaterialien auf der Basis vor

G(z = 0,071 \y = 0,60) -nc—Mo,C—Ni durch Hinzufügen von Molybdän

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

des Titankarbids und damit zur Erhöhung dei

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

bei Kohlenstoffkonzentrationen, die geringer sind, al:

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

F¹ (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

H' (z = 0,88; y = 0,50) R. Kieffer und D. Fister in den »Planste-Berich-