DE2435989C2

DE2435989C2 - Verfahren zur Herstellung eines verschleißfesten, beschichteten Hartmetallkörpers für Zerspanungszwecke

Info

Publication number: DE2435989C2
Application number: DE2435989A
Authority: DE
Inventors: Hans 4250 Bottrop Kolaska; Norbert Dipl.-Ing. Dr.Techn. 4020 Mettmann Reiter; Heinz Dipl.-Chem. Dr.rer.nat. 4033 Hösel Röttger
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1974-07-26
Filing date: 1974-07-26
Publication date: 1982-06-24
Also published as: DE2435989A1; US3999954A; GB1510684A; FR2279853B1; FR2279853A1; JPS5137808A; JPS5917191B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines verschleißfesten Hartmetallkorpers für Zerspanungszwecke, der aus einem Hartmctallgrundkörper und einer Hartstoffoberflachenschicht besteht, wobei der Hartmetallgrundkorper mindestens eines der Bindemetalle risen. Kob.ilt und Nickel, insbesondere Kobalt sowie eines oder mehrere der Carbide des Titans, /irknnv Hafniums. Vanadiums. Niobs. Tantjls. Chroms. MmIvhilans und Wolframs enthalt und wobei die H.irtstofloherfiachenschichl ,ils H.irtstoffe wirkende Carbide. Nitride. Boride und oder Oxide, vorzugsweise Titane.irbid. sowie iiie im Hartmet.illgriindkorper vorhandenen rtimlcmetallc enthalt, die dein Hartmetall grundkorper entstammen um\ tieren Konzentration in der Harist<>ffoherfl,u hen·.«, buht kleiner ist als im Hartmetallpruiulkorpcr sowie innerhalb der Hartstoff oberfldihensi hicht von innen n<u h au Ilen abnimmt.

Aus der dB PSl i )2 4il ist ein Hartmelallkorper der eingangs beschriebenen \rt bekannt, der nach folgen dem Verfahren hergestellt wird -\uf einen Hartmetall grundkorper wird zue.u hsi eine I l.irtstelfoberflac hen schiuht in der Weise auigebrdein, daß der Urundkorper mil einer Hartslöffsuspefision bestrichen öder besprüht bzw. iri eine Hartstoffsuspension getaucht wird. Das Aufbringen der Hartsloffschicht auf den Grundkörper kann auch elektrophoretisch oder elektrostatisch erfolgen. In einem zweiten Verfahrensschritt werden die aus der Hartstoffsuspension stammenden Lösungsmittel bei 200 bis 4Ö0°C verdampft. Der dritte Schritt des Hei Stellungsverfahrens besteht aus einer Wärmebehandlung des beschichteten Grundkorpers, die nahe dem Schmelzpunkt des Bindemetall* durchgeführt wird und bei der Bindemetall aus dem Hartmetallgrundkorper in die Zwischenräume der Teilchen der Hartstoffoberflächenfchichi eindringt und diese ausfüllt. Der so hergestellte Verbundkörper wird in einer vierten, wahlweise durchzuführenden Verfahrensstufe im Vakuum unterhalb der Schmelztemperatur des Bindemittels

to erhitzt, wobei an der Oberfläche der Hartstoffschicht Bindemetall verdampft.

Die nach diesem bekannten Verfahren hergestellten Hartmetallkörper haben eine unzureichende Verschleißfestigkeit, da die Hartstoffschicht auf den

is Hartmetallgrundkorper nur mit geringer Haftfestigkeit aufgebracht werden kann und eine kleine Packungsdichte aufweist, die bewirkt, daß in der gesamten Hartstoffschicht ein relativ großer Binde· etallgehalt vorhanden ist, der zwar die Haftfestigkeit der Hartstoffphase günstig beeinflußt, aber die Verschleißeigenschaften der Hartstoffphase verschlechtert.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines hartstoffbeschichteten Hartmeiallkörpers zu schaffen, dessen Hartstoffoberflächenschicht gegenüber bekannten beschichteten Formteilen eine verbesserte Haftfestigkeit sowie verbesserte Verschleißeigenschaften aufweist.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Hartmetallkörper, der aus einem Hartmetallgrundkörper und einer nach dem chemischen Gasbeschichtungsverfahren (CVD-Verfahren) abgeschiedenen Hartstoffoberflachenschicht besteht, während einer Zeit von einer Minute bis acht Stunden, vorzugsweise 1 bis 60 Minuten, einem Druck von 10 ' I orr bis 10 bar. vorzugsweise IU ' bis 10 Torr, und einer Temperatur von 900 bis 1600'C. vorzugsweise 12(H! bis 1400 C . ausgesetzt wird. In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen. daUdic Druck-Temperatur Behandlung des Hartmetallkorpers in Anwesenheit eines Schutzgases, insbesondere Wasserstoff. Stickstoff. Helium oder Argon, durchgeführt wird.

Da eine in bekannter Weise nach dem chemischen Gasbeschichtiingsverfahren (CVD-Verfahren = (he mn al -vapor -deposition Verfahren) auf einem Hartme tdlliTiindkorpcr abgeschiedene Il.irtstoffobcrflächen sch ht .ms sehr kleinen Kristalinen mit einer Große on O.d 'ns I)..? um besteht und mit dem Hartmetall^mnd koiper bereits sehr lest verbunden ist. konnte nicht erwartet werden, daß ein nachweisha <r. nennenswerter Bindemel.ill^ehalt aus dem Hartmetallgrundkorper in di·' HartsidfloberflcK'hensi hicht eingebracht werden kann und d.iU .!amil eine Verbesserung der Verschleiß eigenschaften sowie der Haftfestigkeit der llartstoff oberflächenschicht zu erreic ln-n im. Die verbesserte H.ififesiiL'kt'it der H.irtstotfoberllac henschic ht ermojj Iu hl es daß die Dicke der Hartstoffschichi erhohl werden kann, ohne daß dadurch cm vorzeitiges Abplatzen der dickeren Hartstoffschichten eintritt F>iirc h die linken, haflfesten H.irtstoffobcrll.K hen .w.ilIuch Äirtlcüit «cscntliLh ^erldr.gcrte. Standzeit fur die Werkzeuge erreicht, die aus den Hartmetallkörpern gefertigt werden, welche nach dem erfindürigsgernäßeti Verfahren hergestellt wurden. Ferner hat sich gezeigt, daß die bei den bekannten hartstoffbeschichteten Hartmetallteilen häufig vorhandene, nachteilig wirkende Doppelcafbidschicht (Ela-Zone) durch die Druck-Temperatur-Behandlung natih der Erfindung vermieden

wird

Der Gegenstand der Hrfindung wird nachfolgend an Hand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Km als Wendeplatte gestalteter Hartmetallgrundkörper. der aus 70% WC, 20% TiC + TaC und 10% Co bestand, wurde nach einem bekannten Verfahren in der Gasphase mit einer Hartstoffoberfläehenschicht versehen, die eine Dicke von 5 μπι hatte und aus TiC bestand. Dieser zum Stande der Technik gehörende Hartmetallkörper wurde entsprechend der Erfindung in einem to Vakuumofen eine Stunde bei einem Druck von 10-'Torr und einer Temperatur von 135O°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

Prüibedifigungcn:

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 rvch außen plangedreht.
''Schnittgeschwindigkeit:

ν = 100 m/Min.

Schnittiefe:

a = 2 rr *ι
Vorschub:

s = 0.4 bis 0,8 mm/U

Leistungsergebnis:

Bekannte Wendeplatte:

2240 Anschnitte
Erfindungsgemäße Wendeplatte:

15 750 Anschnitte.

Hin jIs Wendeplatte gestalteter llartmetullgrundkorper. der aus 80% WC. 1 3% TiC + TaC und 7% Co bestund, wurde nach einem bekannten Verfahren in der Gasphase mit einer Hartstoffoberflächenschicht versehen, die eint* Dicke von 5 μΐη 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 Kobaltkon/entration 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.

Pri ^bedingungen:

Ein Stahl C 53 N wurde mit einein Messerkopf von 125 mm Durchmesser stirngefräst, wobei jeweils eine erfindungsgemäße und eine bekannte Wendeplatte eingesetzt wurde.
Schnittgeschwindigkeit:

y = 3« nr/Min_

Schnittiefe:

a = 3 mm
Vorschub:

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.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines verschleißfesten Hartmetallkörpers für Zerspanungszwei.keder aus einem Hartmetallgrundkörper und einer Hartstoffoberflächenschicht besieht, wobei der Hartmetallgrundkörper mindestens eines der Bindemetalle Eisen, Kobalt und Nickel, insbesondere Kobalt, sowie eines oder mehrere der Carbide des Titans, Zirkons, Hafniums, Vanadiums, Niobs, Tantals, Chroms, Molybdäns und Wolframs enthält und wobei die Hartstoffoberflachenschicht als Hartstoffe wirkende Carbide. Nitride. Boride und/oder Oxide, vorzugsweise Titancarbid. sowie die im Hartmetallgrundkörper vorhandenen Bindemetalle enthält, die dem Hartmetallgrundkörper entstammen und deren Konzentration in der Hartstoffoberflachenschicht kleiner ist als im Hartmetallgrundkörper sowie innerhalb der Hartstoffoberflachenschicht von innen nach außen abnimmt, dadurch gekannzeichnet, daß ein Hartmetallkörper, der aus einem Hartmetallgrundkörper und einer nach dem chemischen Gasbeschichtungsverfahren (CVD-Verfahren) abgeschiedenen Hartstoffoberflachenschicht besteht, während einer Zeit von einer Minute bis acht Stunden, vorzugsweise 1 bis 60 Minuten, einem Druck von 10-⁵Torr bis 10 bar. vorzugsweise 10~³ bis 10 Torr, und einer Temperatur von 900 bis 1600"C. vorzugsweise 1200 bis 1400'C. ausgesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druck-Temperatur-Behandlung des Hartmetallkörpers in Anwesenheit eines Schutzgases, insbesondere Wasserstoff, Stickstoff. Helium oder Argon, durchgeführt wird.