DE2356088C3 - Verfahren zur Erhöhung der Lebensdauer von pulvermetallurgischen Hartmetallerzeugnissen - Google Patents
Verfahren zur Erhöhung der Lebensdauer von pulvermetallurgischen HartmetallerzeugnissenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, mit dessen Hilfe die Lebensdauer verschiedener pulvermetallurgischer
Halbhartmetallerzeugnisse, insbesondere spanabhebender Wechselschneidplättchen, Ziehsteine,
Hartmetalleinsätze durch eine thermochemische Behandlung der Fertigteile bedeutend erhöht werden
kann.
Seit einiger Zeit wurden im Interesse der wirtschaftlicheren
Gestaltung der spanlosen und spanabhebenden Bearbeitung eine ganze Reihe von auf pulvermetallurgischem
Wege hergestellte Hartmetallerzeugnisse entwickelt. Ihr charak.eristisches Merkmal besteht darin,
daß beim Verschleiß der Schneiden, d. h. Abnützung des Werkzeuges, dieses weggeworfen und nicht mehr
nachgeschliffen wird. Zieht man die durch das Scharfschleifen ausgefallene Zeit in Betracht, so
erscheint trotz des verhältnismäßig geringen Materialverbrauchs das Wegwerfen der Hartmetallwerkzeuge
als zweckmäßiger.
Die Hartmetallerzeugnisse bestehen hinsichtlich ihrer Zusammensetzung aus zwei Hauptkomponenten: den
die Härte und Verschleißfestigkeit gewährleistenden Karbiden (W-, Ti-, Ta-, Nb- usw. Karbide) und dem die
Zähigkeit sichernden Bindemittel, das in der überwiegenden Mehrzahl der Fälle aus Kobalt besteht. Der
Anteil der Karbide schwankt in Abhängigkeit vom Anwendungsgebiet zwischen 70 und 90%, der des
Bindemittels zwischen 10 und 30%. Zur leichteren Auswahl der entsprechenden Schneidplättchen-Qualität
wurde das Anwendungsgebiet durch die ISO (internationale Standardisierungs-Organisation) in ein System
zusammengefaßt
Unter Änderung der Zusammensetzung und der Verteilung sowie der Größe der Karbide wurden in
letzter Zeit, z.B. mit dem Ziel der Erhöhung der Lebensdauer der Schneidplättchen neue Verfahren
entwickelt Ein gutes Ergebnis brachte die Auftragung verschiedener Karbide, Boride und Nitride in Form von
Suspensionen in dünnen Schichten in der Größenordnung von einigen Mikron und die darauf folgende
Erhitzung bzw. die Bedampfung unter Vakuum. Diese Arbeitsgänge werden entweder zusammen mit der
Sinterung oder nachträglich auf dem bereits auf Fertigmaß geschliffenen Plättchen vorgenommen. Beide
Verfahren können nur außerordentlich umständlich mit besonderen Einrichtungen und bei hoher Temperatur
durchgeführt werden.
Außerdem gibt es noch zahlreiche Einsatzgebiete für Schneidplättchen, auf denen der Verbrauch, Verschleiß
oder sogar ein Ausbröckeln der so behandelten Schneidplättchen ziemlich schnell eintritt und deshalb
eine Erhöhung der Lebensdauer wünschenswert ist
Die Erhöhung der Härte bzw. die Verschleißfestigkeit von Eisenlegierungen durch Nitrieren ist bekannt. Die
Wechselwirkung der Fe und N, sowie die Ausbildung der Fe-N-Legierungen und Phasen sind in zahlreichen
Literaturstellen beschrieben.
Beim Nitrieren von Eisensinterkörpern sind sowohl die Reaktionen, als auch die sich bildenden Verbindungen
und Phasen die gleichen, wie bei den Eisenlegierungen, nur die Makrostruktur wird geringfügig, infolge der
Porosität des Maten als, abweic hen.
Somit :st das Nitrieren von Eisensin'.erteilchen im
wesentlichen das gleiche, wie bei den Eisenlegierungen. Die Struktur der Hartmetalle hat demgegenüber kein
gemeinsames Kennzeichen mit den Eisensinterteilchen.
Es ist bekannt, daß die Hartmetalle aus in Bindemetall (meistens Co) eingebetteten gesättigten Karbiden
(70-90%) verschiedener Metalle bestehen. Es ist für einen Fachmann naheliegend, daß die Nitrierung der
gesättigten Karbide ohne zusätzliche Behandlung nicht durchgeführt werden kann, da der Stickstoff voraussichtlich
keine Möglichkeit hat, sich in die gesättigten Karbide einzubauen. Der Stickstoff könnte theoretisch
erst nach einer Dekarbonisation, also nach Entfernung einer großen Anzahl von C-Atomen in das Hartmetall,
eingeführt werden. Auch die Auflegierung mit Nitridbildnern sollte die Stickstoffeinführung bewirken.
Andererseits ist die Härtung des Bindematerials selbst in keinen Literaturstellen zu finden. Das
Bindematerial wird im allgemeinen für eine Matrix gehalten, die die Härte und die Verschleißfestigkeit des
Hartmetallgegenstandes nicht beeinflußt.
Die Basis des erfindungsgemäßen Verfahrens ist demgegenüber eine neue, dem Stand der Technik
widersprechende Erkenntnis. Das Wesen dieser Erkenntnis ist folgendes:
a) Die Nitrierung von Hartmetallformkörpern kann ohne zusätzliche Entkohlung oder Auflegierung mit
Nitridbildern durchgeführt wenden, wobei naszierender Stickstoff in die Karbide des Hartmetalls eingebaut
werden kann.
b) Der Stickstoff baut sich nicht nur in die Karbide, sondern auch in das Bindematerial um die Karbide ein,
wodurch das Gitter des Bindematerials stärker wird und die Ausbröckelung der Karbidkörnchen sowie der
Verschleiß sich verringern.
«5
Erfiödungsgemäß werden in der Oberflächenschicht
des fertigen oder fertiggeschliffenen, eventuell durch
Schleifen erneuerten Werkzeuges Nitride gebildet, und zwar mit Hilfe von in die Plättchenoberfläche in
Schichten von einigen Mikron auf dem Diffusionswege zugeführten naszinierendem Stickstoff.
Ein wesentliches Merkmal des Verfahrens besteht darin, daß die pulvermetallurgischen Erzeugnisse,
insbesondere Hartmetalle bei einer Temperatur von 550 bis 6000C in einem Stickstoff abgebenden Medium, und
zwar in Abhängigkeit von diesem 10 bis 30 bzw. 20 bis 80
Minuten erhitzt und nach Abkühlung an Luft in eine Temperatur von 90° aufweisendem Wasser zur Wäsche
und Entspannung behandelt werden. Das den Stickstoff in atomarem Zustand abgebende Medium kann fest
(d. h. pulverartig bzw. kristallin), flüssig (z. B. geschmolzenes
Salzbad, insbesondere Kalium- und Natrium-Zyä- nide bzw. Zyanate) oder gasförmig sein (Gase und
Gasgemische, zweckmäßigerweise Endogase wie H, CO, CnH2n, CnH2n+2, NH3).
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Erkenntnis, daß die betriebliche Lebensdauer eines
pulvermetallurgischen Erzeugnisses, im Falle eines Werkzeuges dessen Verschleißfestigkeit und Widerstand
gegen Kantenabbröckelung und Aufblätterung, einerseits durch Verfestigung des Bindemittels mit
Stickstoff auf dem Diffusionswege weiter erhöht werden kann und andererseits, daß die zugeführten
Stickstoffatome infolge ihrer größeren Bindungsenergie in den Karbiden an Stelle eines Teiles der C-Atome
treten bzw. gemischte Verbindungen bilden und diese weiter verfestigen. Die so fester gewordene Bindemittelschicht
bindet die Körnchen des Erzeugnisses fester, die in das Bindemittel eindiffundierten Stickstoffatome
blockieren die Dislokationsbewegungen, verzögern das Entstehen von Rissen und erhöhen den Widerstand
gegen wiederholte Beanspruchungen.
Die Hauptvorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind folgende:
Die Lebensdauer der nach diesem Verfahren behandelten pulvermetallurgischen Erzeugnisse, insbesondere
der spanabhebenden Hartmetall-Wechselplätt chen, erhöht sich in ganz besonderem Maße, nämlich um
50 bis 300%. Der Widerstand der Werkzeuge gegen Verschleiß und Schneidenausbröckelung steigt ebenfalls
weitgehend. Die ca. 200- bis 300%ige Erhöhung der Lebensdauer wurde bei Hartmetall-Wechselplättchen
unter gleichen Einsatzbedingungen im Rahmen des ISO-Systems unmittelbar gemessen.
Ein bedeutender Vorteil besteht darin, daß die Behandlung bei einer Temperatur durchgeführt werden
kann, bei der in dem Erzeugnis noch keine allotropen Umwandlungen eintreten, die Dilatationen gering sind
und im Ergebnis die Maßänderungen und Verzerrungen bzw. Verformungen irtinimal bzw. innerhalb der
Bearbeitungs-Maßgenauigkeit bleiben.
Die kurzzeitige Behandlung gewährleistet eine hohe Produktivität.
Zur Zuführung von Stickstoff auf thermochemischem Wege geeignete Medien sind im Handel erhältlich, die in
der Industrie für andere Zwecke benutzten Salzbäder und Gasgemische können verwendet werden und
stehen in den Wärmebehandlungswerkstätten der Industriebetriebe zur Verfügung.
Die Gesamtkosten des Verfahrens erreichen etwa 1 - 2% des Erzeugnispreises (des Wechselplättchens).
Die weiteren Einzelheiten des Verfahrens und die
damit erzielten Ergebnisse sind für Hartmetallwechsel plättchen aus folgenden drei Beispielen ersichtlich:
Thermochemische Behandlung (in allen drei Fällen
gleich)
a) Vorwärmen bei 4000C
b) Salzbad-Nitrieren im KCN-KCNO-Bad mit Belüftung bei 5700C15 Minuten lang
c) Abkühlen an der Luft
d) Wäsche, Entspannen in Wasser von 900C 30
Minuten lang
e Abkühlen an der Luft
Bearbeitungsbeispiele und Ergebnisse
1. Beispiel
1. Beispiel
Bearbeitung: Schlichten des Wellenstumpfes
Material: C 45
Material: C 45
Maschine: Fuji (Sondermaschine)
Wechselplättchen:CoromantTNMM 220412 GC 125
Wechselplättchen:CoromantTNMM 220412 GC 125
Technologische Daten:
Schnittgeschwindigkeit: v= 123 m/min —228 m/m:n
Drehzahl: n=355 U/min
Vorschub: e=0,4 mm/U
Sjhnittiefe:/"=l,5mm
Zahl der bearbeiteten Werkstücke ohne Nitrieren:
20 Stück
Zahl der bearbeiteten Werkstücke mit Nitrieren:
45 Stück
35
40 4^
Index = -Q .. 2,25.
Index = -Q .. 2,25.
2. Beispiel
2a) Bearbeitung: Planetenrad, Schruppen in Bohrung
Material: BCNo 1
Maschine: Fuji (Sondermaschine)
Wechselplättchen:CoromantSMUM 120408 S 2
Material: BCNo 1
Maschine: Fuji (Sondermaschine)
Wechselplättchen:CoromantSMUM 120408 S 2
Technologische Daten:
Schnittgeschwindigkeit: v=-82 m/min
Drehzahl: /J = 600 U/min
Vorschub: e = 0.3 mm/H
Schnittiefe: A= 3,5 mm
Drehzahl: /J = 600 U/min
Vorschub: e = 0.3 mm/H
Schnittiefe: A= 3,5 mm
Zahl der bearbeiteten Werkstücke ohne Nitrieren: 50 Stück
Zahl der bearbeiteten Werkstücke mit Nitrieren: 104 Stück
Index =
104
50
50
= 2.08.
2b) Die technologischen Daten stimmen mit denen unter Punkt 2a) überein, wobei die zur Verwendung
gelangenden Schneidplättchen ein österreichisches Erzeugnis der Markenbezeichnung
TIZIT sind.
Zahl der bearbeiteten Werkstücke
ohne Nitrieren
ohne Nitrieren
Zahl der bearbeiteter. Werkstücke
mit Nitrieren
mit Nitrieren
Index = ~ = 1,98.
52 Stück 103 Stück
3. Beispiel
Bearbeitung: Bremstrommel, Schruppen
Material: öv 25
Maschine: MORANDO (Sondemaschine) Wechselplättchen: SNUM 120412 DR 10, ungarisches
Erzeugnis
Technologische Daten:
Schnittgeschwindigkeit: v= 78 m/min Drehzahl: π=59 U/min
Vorschub: e=0,5 mm/U
Vorschub: e=0,5 mm/U
Schnittiefe: /= 6—8 mm
Zahl der bearbeiteten Werkstücke mit Nitrieren: 40 Stück Zahl der bearbeiteten Werkstücke ohne Nitrieren:
7 Stück
40
Index =
= 5,7.
ίο Die Zusammensetzungen der in den Beispielen
erwähnten bearbeiteten Werkstücke sind in der folgenden Tabelle angeführt:
C, %
Mn, Cr,
Mo, %
S, P
C 45
BCNoI
öv 25
BCNoI
öv 25
0,42-0,50
0,12-0,18
3,1—3.5
0,12-0,18
3,1—3.5
0,17-037 0,17-0,37 UO-!,70
0,50-0,80 0,80-1,10 0,70-1.10 1,0-1,30
0,20-0.30
max. 0,035 max. 0,035 max. 0.4; 0,12
Die Zusammensetzungen der angewandten Wechsel- tion der angeführ.en Wechselplättchen ist wie folgt:
plättchen können nicht dargestellt werden, da in den Prospekten nur die Verhältnisse der Bindemetalle und
der Metallkarbide bekanntgemacht sind. Die genauen Zusammensetzungen sind Betriebsgeheimnisse.. Ein
exaktes Kennzeichen der Wechselplättchen besteht in der ISO-Klassifikation dieser Produkte. Die Klassifika-Beispiel
I: Beispiel 2: Beispiel 3:
Coromant GC Coromant S DR
ISOP 10-P30
ISO P ISOKlO
Alle die in den Beispielen angeführten Maschinen sind Drehmaschinen.
Claims (5)
1. Verfahren zur Erhöhung der Lebensdauer von pulvermetallurgischen Hartmetallerzeugnissen und
sonstigen HartmetaUwerkzeugen, z.B. Ziehringen,
Hartmetalleinsätzen oder sonstigen einem Verschleiß oder wiederholten Beanspruchungen ausgesetzten,
auf pulvermetallurgischem Wege hergestellten Gegenstände, insbesondere spanabhebenden
Wechsel-Schneidplättchen durch thermochemische Behandlung, dadurch gekennzeichnet,
daß in die Oberflächenschicht des fertigen Erzeugnisses naszinierender Stickstoff aus einem festen,
flüssigen oder gasförmigen Medium eindiffundiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Behandlung in einem geschmolzenen Natriumzyanid- und Natriumzyanat- oder
Kaliumzyanid- und Kaliumzyanat-Salzbad bei einer
Temperatur von 550 bis 6000C während einer Zeit von 10-30 Minuten erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Behandlung in einem Ammoniak-Gasstrom bei einer Temperatur von 550 bis 600°C
während einer Zeitdauer von 30 bis 80 Minuten erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung in einem Gasgemisch
von 50% Endogas und 50% Ammoniakgas bei einer \o
Temperatur von 550 bis 600°C während einer Zeitdauer von 20 bis 60 Minuten erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstücke nach der
Behandlung an ruhiger Luft abgekühlt werden.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| HUMA002425 | 1972-11-14 | ||
| HUMA002425 HU165088B (de) | 1972-11-14 | 1972-11-14 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2356088A1 DE2356088A1 (de) | 1974-05-30 |
| DE2356088B2 DE2356088B2 (de) | 1976-10-28 |
| DE2356088C3 true DE2356088C3 (de) | 1977-06-08 |
Family
ID=
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