DE2435989A1

DE2435989A1 - Hartmetallkroeper

Info

Publication number: DE2435989A1
Application number: DE2435989A
Authority: DE
Inventors: Hans Kolaska; Norbert Dipl Ing Dr Tec Reiter; Heinz Dipl Chem Dr Re Roettger
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1974-07-26
Filing date: 1974-07-26
Publication date: 1976-02-05
Also published as: JPS5137808A; FR2279853B1; US3999954A; JPS5917191B2; GB1510684A; DE2435989C2; FR2279853A1

Description

FRIED. KRUPP GESELLSCHAFT MIT
BESCHRÄNKTER HAFTUNG in Essen

Hartmeta 11 körper

Die Erfindung betrifft einen verschleißfesten Hartmeta 11 körper, der aus einem Hartmetallgrundkörper und einer Hartstoffoberflächenschicht besteht und bei dem zwischen Grundkörper und Oberflächenschicht eine oder mehrere Zwischenschichten angeordnet sein können, wobei der Hartmetallgrundkörper aus mindestens einem der Bindemetalle Eisen, Kobalt und Nickel, insbesondere Kobalt, sowie aus einem oder mehreren Carbiden der Elemente Titan, Zirkon, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän und Wolfram zusammengesetzt ist und wobei die Hartstoffoberflächenschicht Carbide, Nitride, Boride und/oder Oxide, vorzugsweise Titancarbid, enthält, sowie ein Verfahren zur Herstellung des Hartmetallkörpers.

Derartige bekannte HartmetaI!formteile haben an der Oberfläche eine große Härte und/oder eine geringe Warmverschweißneigung_e Die aus den oberflächenbeschichteten Formteilen hergestellten Werkstücke weisen deshalb eine hohe Verschleißfestigkeit auf» Das Aufbringen der Hartstoffoberflächenschicht erfolgt in der Weise, daß in einem besonderen Arbeitsgang auf dem Hartmetallgrundkörper Carbide, Nitride, Boride und Oxide sowie deren Mischungen abgeschieden werden, wobei die Abscheidung aus der Gasphase nach dem CVD-Verfahren (Chemical-vapor-deposition-Verfahren) bevorzugt wird«,

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Die aus den bekannten hartstoffbeschichteten Hartmetallformteilen hergestellten Werkzeuge haben in erster Linie den Nachteil, daß ihr Einsatz für Dreh- und Fräsoperationen nur begrenzt möglich ist, da die Werkzeuge bei diesen Anwendungen großen Stoßbelastungen und starken thermischen Wechselwirkungen ausgesetzt sind, was häufig zum Abplatzen der Hartstoffschicht und damit zum vorzeitigen Ausfall der Werkzeuge führte Aus diesem Grund haben Hartstoffschichten mit einer Dicke von größer als 20 um eine besonders geringe Haftfestigkeit auf dem Hartmetallgrundkörper. Für die Praxis bedeutet das, daß einerseits nur Schichtdicken von 5 bis 10 um verwendet werden könne/),obwohl mit zunehmender Schichtdicke die Verschleißfestigkeit zu erhöhen wäre, und daß andererseits Hartstoffschichten mit einer Dicke von größer als 20 um nicht verwendbar sind, da sie sich bei in der Praxis vorliegender Wechselbeanspruchung vor ihrem Verschleiß wegen mangelnder Haftfestigkeit vom Hartmetallgrundkörper ablösen. Diese Nachteile konnten auch nicht vollständig durch die Anwendung von Hartstoffschichten mit metallischen Zwischenlagen oder von mehreren Hartstoffschichten beseitigt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hartstoffbeschichteten Hartmetallkörper zu schaffen, dessen Hartstoffoberflächenschicht gegenüber bekannten beschichteten Formteilen eine verbesserte Haftfestigkeit aufweist.

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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in der Harstoffoberflächenschicht auch die im Hartmetallgrundkörper und/oder die in den Zwischenschichten vorhandenen Bindemetalle enthalten sind, wobei die Konzentration der Bindemetalle in der Hartstoffoberflächenschicht von innen nach außen abnimmt und wobei die Bindemetalle der Hartstoffoberflächenschicht dem Hartmetallgrundkörper und/oder den Zwischenschichten entstammen. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Konzentration der Bindemetalle innerhalb der Hartstoffoberflächenschicht konstant ist. Dieser sandwichartige Hartmetallkörper wird dann erhalten, wenn die erfindungsgemäße Druck-Temperatur-Behandlung während einer längeren Zeit durchgeführt wird.

Der entsprechend der Erfindung aufgebaute verschleißfeste Hartmeta 11 körper wird dadurch hergestellt, daß ein Hartmetall körper, der aus einem Hartmetallgrundkörper und einer Hartstoffoberflächenschicht besteht und bei dem zwischen Grundkörper und Oberflächenschicht eine oder mehrere Zwischenschichten angeordnet sein können, in einer geeigneten Vorrichtung während einer Zeit von einer Minute bis 8 Stunden, vorzugsweise 1 bis 60 Minuten, einem Druck von 10 Torr bis 10 bar, vorzugsweise 10 bis 10 Torr, und einer Temperatur von 900 bis 1600°C, vorzugsweise 1200 bis 1400°C ausgesetzt wird. In vielen Fällen ist es vorteilhaft, wenn die Druck-Temperatur-Behandlung des HartmetaI !körpers in Anwesenheit eines Schutzgases, insbesondere Wasserstoff, Stickstoff, Helium oder Argon durchgeführt wird.

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Die erfindungsgemäß aufgebauten und hergestellten Hartmetallkörper haben gegenüber bekannten hartstoffbeschichteten Formteilen den Vorteil, daß die Hartstoffoberflächenschicht eine wesentlich höhere Haftfestigkeit hat. Diese erwünschte Eigenschaft wird dadurch erreicht, daß die Bindemetalle bei der Druck-Temperatur-Behandlung aus dem Hartmetallgrundkörper und/oder den Zwischenschichten in die Hartstoffoberflächenschicht diffundieren, wodurch eine feste Verbindung der beiden Phasen entsteht. Die verbesserte Haftfestigkeit der Hartstoffoberflächenschicht ermöglicht es, daß die Dicke der Hartstoffschicht erhöht werden kann, ohne daß dadurch ein vorzeitiges Abplatzen der dickeren Hartstoffschichten eintritt,, Durch die dicken, haftfesten Hartstoffoberflächenschichten wird eine wesentlich verlängerte Standzeit für die Werkzeuge erreicht, die aus erfindungsgemäßen HartmetaI!körpern hergestellt werden. Ferner hat sich gezeigt, daß die bei den bekannten hartstoffbeschichteten Hartmetallformteilen häufig vorhandene, nachteilig wirkende Doppelcarbidschicht (Eta-Zone) durch die erfindungsgemäße Druck-Temperatur-Behandlung vermieden wird.

Im folgenden werden Herstellung, Aufbau und Eigenschaften des Erfindungsgegenstandes an Hand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Ein als Wendeplatte gestalteter Hartmetallgrundkörper, der aus 70 % WC, 20 % TiC + TaC und 10 % Co bestand,

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wurde nach einem bekannten Verfahren in der Gasphase mit einer Hartstoffoberflächenschicht versehen, die eine Dicke von 5 um hatte und aus TiC bestand. Dieser zum Stande der Technik gehörende Hartmetall körper wurde entsprechend der Erfindung in

_3 einem Vakuumofen eine Stunde bei einem Jruck von 10 Torr und einer Temperatur von 1350 C belassen. Dabei diffundierte Kobalt aus dem Grundkörper in die TiC-Schicht, und nach der Druck-Temperatur-Behandlung war die Konzentration des Kobalts in der TiC-Schicht innen größer als außen. Die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Wendeplatte wurden mittels eines Drehversuchs festgestellt und mit den Eigenschaften verglichen, die eine nach einem bekannten Verfahren beschichtete Wendeplatte aufweist.

Prüfbedingungenj Es wurden 4 Stäbe aus Stahl C 45 KN mit einem Durchmesser von 40 mm und einer Länge von 60 mm, die in einer Vorrichtung auf einem Lochkreisdurchmesser von 190 mm achsparallel eingespannt waren, von innen nach außen plangedreht. Schnittgeschwindigkeit? ν = 100 m/Min Schnittiefe; a = 2 mm

Vorschub: s = 0,4 bis 0,8 mm/U

Leistungsergebnisj Bekannte Wendeplatte 2240 Anschnitte

Erfindungsgemäße Wendeplatte 15750 Anschnitte.

Ein als Wendeplatte gestalteter Hartmetallgrundkörper, der aus 80 % WC, 13 % TiC + TaC und 7 % Co bestand, wurde nach

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einem bekannten Verfahren in der Gasphase mit einer Hartstoffoberflächenschicht versehen, die eine Dicke von 5 um hatte und aus TiC bestand. Dieser bekannte Körper wurde entsprechend der Erfindung in einem Vakuumofen eine Stunde bei einem Druck von 10 Torr und einer Temperatur von 1350 C belassen. Bei dieser Behandlung diffundierte Kobalt in die TiC-Schicht. Die Kobaltkonzentration nahm in der TiC- Oberflächenschicht von innen nach außen ab. Die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Wendeplatte wurden durch einen Fräsversuch ermittelt und mit den Eigenschaften einer bekannten Wendeplatte verglichen.

Prüfbedingungen: Ein Stahl C 53 N wurde mit einem Messerkopf von 125 mm Durchmesser stirngefräst, wobei jeweils eine erfindungsgemäße und eine bekannte Wendeplatte eingesetzt wurde. Schnittgeschwindigkeit: ν = 88 m/Min. Schnittiefeg a - 3 mm

Vorschubs s - 0,4 - 1,0 mm/U

Leistungsergebnis: Bekannte Wendeplatte: 445 mm Fräslänge

(danach nicht mehr schneidfähig)

Erfindungsgemäße

Wendeplatte: 5600 mm Fräslänge (danach

noch schneidfähig}

Die Leistungsergebnisse zeigen, daß mit der Erfindung ein überraschend großer Erfolg erreicht wird.

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Claims

Patentansprüche;

1, Verschleißfester HartmetaI!körper, der aus einem Hartmetallgrundkörper und einer Hartstoffoberflächenschicht besteht und bei dem zwischen Grundkörper und Oberflächenschicht eine oder mehrere Zwischenschichten angeordnet sein können, wobei der Hartmetallgrundkörper aus mindestens einem der Bindemetalle Eisen, Kobalt und Nickel, insbesondere Kobalt, sowie aus einem oder mehreren Carbiden der Elemente Titan, Zirkon, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän und Wolfram zusammengesetzt ist und wobei die Hartstoffoberflächenschicht Carbide, Nitride, Boride und/oder Oxide, vorzugsweise Titancarbid, enthält, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hartstoffoberflächenschicht auch die im Hartmetallgrundkörper und/oder die in den Zwischenschichten vorhandenen Bindemetalle enthalten sind, wobei die Konzentration der Bindemetalle in der Hartstoffoberflächenschicht von innen nach außen abnimmt und wobei die Bindemetalle der Hartstoffoberflächenschicht dem Hartmetallgrundkörper und/oder den Zwischenschichten entstammen.
2. Hartmetallkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der Bindemetalle innerhalb der Hartstoffoberflächenschicht konstant ist.

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3. Verfahren zur Herstellung des verschleißfesten HartmetaI!körpers nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hartmeta 11 körper, der aus einem Hartmetallgrundkörper und einer Hartstoffoberflächenschicht besteht und bei dem zwischen Grundkörper und Oberflächenschicht eine oder mehrere Zwischenschichten angeordnet sein können, in einer geeigneten Vorrichtung während einer Zeit von einer Minute bis 8 Stunden, vorzugsweise 1 bis 60 Minuten, einem Druck von 10 Torr bis 10 bar, vorzugsweise 10 bis 10 Torr, und einer Temperatur von 900 b
ausgesetzt wird.

ratur von 900 bis 1600°C, vorzugsweise 1200 bis 1400°C,

4, Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druck-Temperatur-Behandlung des Hartmeta 11körpers in Anwesenheit eines Schutzgases, insbesondere Wasserstoff, Stickstoff, Helium oder Argon, durchgeführt wird.

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