DE2439924B2

DE2439924B2 - Sinterhartmetall auf der basis von tantalnitrid

Info

Publication number: DE2439924B2
Application number: DE19742439924
Authority: DE
Inventors: Richard Wien KiefTer
Original assignee: Ugine Carbone, Grenoble (Frankreich)
Priority date: 1973-08-21
Filing date: 1974-08-20
Publication date: 1976-09-30
Also published as: AT339621B; JPS5081904A; JPS5624708B2; IT1027547B; CH590934A5; NL7411183A; ATA676774A; DE2439924A1; LU68274A1; GB1437069A; BE819009A

Description

druck von 20 bis 200 bar, Abkühlen und Pulverisieren herstellt.

Bekanntlich werden Sinterhartmetalle dadurch herzeigt, daß das kubische Tantalnitrid, wenn es in fester Lösung mit anderen kubischen Verbindungen vorliegt, weniger dazu neigt, sich beim Erhitzen auf die Sinter-

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 20 43 411 sind Sinterhartmetalle bekannt, die übliches, also hexagonales Tantalnitrid gegebenenfalls mit weiteren Hartstoffen enthalten. Für spezielle Anwendungen als Werkzeugwerkstoffe haben jedoch Härte und Biegefestigkeit noch nicht entsprochen.

Aufgabe der Erfindung ist nun ein Sinterhartmetall auf der Basis von Tantalnitrid verbesserter Härte und Biegefestigkeit.

Das erfindungsgemäße Sinterhartmetall besteht aus einer Hartstoffphase (70 bis 97 Gewichtsprozent des Sinterhartmetalls), die ihrerseits aus mindestens 73% Sintervorgangs in das Nitrid Ta₂N umzuwandeln.

Die folgenden Beispiele dienen zur näheren Erläuterung der Erfindung:

Beispiel 1

91 Teile hexagonales Tantalnitrid wurden mit 1 Teil feinem Titancarbid gemischt, gepreßt (0,5 bis 2 t/cm²) und unter einem Stickstoffdruck von 30 bar in einem Autoklav auf 1600'¹C erhitzt. Nach schnellem Abkühlen und Erhöhen des Drucks auf 100 bar wurde ein gelbes Produkt mit kubischem Gefüge erhalten. Dieses Produkt wurde zerkleinert und mit 7 Teilen Nickel-

pulver und 1 Teil Eisenpulver gemischt und in einer Kugelmühle naß vermählen. Anschließend wurde das Ganze getrocknet und gepreßt und erneut in einem Autoklav gesintert und zwar > 2 h bei 150O⁰C unter einem Stickstoffdruck von 150 bar. Die erhaltenen ö Platten aus Sinterhartmetall besaßen ein kubisches Gefüge, eine Vickers-Härte von 1850 und eine Biegefestigkeit von 100 bis 120 kg/mm².

Beispiel 2

75 Teile hexagonales Tantalnitrid, erhalten durch Behandeln von Tantalpulver mit Ammoniakgas bei 1350° C, wurden mit 10 Teilen Tantalcarbid vermischt, gemahlen und 4 h auf 1500° C unter Stickstofidruck von 50 bar gehalten. Man erhielt eine homogene feste Lösung mit kubischer Phase.

85 Teile dieser festen Lösung wurden zerkleinert und mit 12 Teilen Nickelpulver und 3 Teilen Molybdänpulver gemischt, gemahlen und wie in Beispiel 1 _ao weiterbehandelt. Gesintert wurde 3 h bei 1450° C unter einem Stickstoffdruck von 80 bar.

Das erhaltene Sinterhartmetall besaß eine Vickers-Härte von 1700 bis 1750 HV und eine Biegefestigkeit von 130 bis 150 kg/mm². _a5

Beispiel 3

83 Teile Tantalnitrid, 10 Teile Titannitrid und 2 Teile Titancarbid wurden gemäß Beispiel 2 in eine feste homogene Lösung umgewandelt. Als bindende Phase wurden 5 Teile des Gemischs Nickel-Kobalt 80/20 in Form eines Pulvers verwendet. Gesintert wurde 4 h bei 1600° C unter einem Stickstoff druck von 100 bar.

Die Härte des Sinterhartmetalls betrug 1780 bis 1850 HV, die Biegefestigkeit 110 kg/mm².

Beispiel 4

Ein Gemisch aus 70 Teilen kubisches Tantalnitrid nach Beispiel 1, 10 Teilen Hafniumnitrid und 10 Teilen Niobcarbid sowie 10 Teilen Pulver der bindenden Phase Kobalt-Wolfram (90/10) wurde gemahlen und in an sich bekannter Weise zu Platten verarbeitet. Nach 6 h Sintern bei 1650⁰C unter einem Stickstoffdruck von 150 bar wurde ein Sinterhartmetall erhalten, das eine homogene Hartstoffphase enthielt. Bei bestimmten Sintervorgängen traten Spuren einer kubischen Phase aus Hafniumcarbia und Niobcarbid auf.

Die Härte des Sinterhartmetalls betrug 1600 bis 1650 HV, die Biegefestigkeit 100 bis 120 kg/mm².

Beispiel 5

70 Teile hexagonales Tantalnitrid, 10 Teile Titancarbid, 10 Teile Titannitrid wurden 3 h bei 1700 C unter einem Stickstoffdruck von 200 bar gehalten. Zu gebildetei, homogenen kubischen Mischkristallen wurden 10 Teile Pulver der bindenden Phase Nickel-Molybdän 80/20 zugegeben, das Gemisch unter Hexan gemahlen, getrocknet, gepreßt und 2 h bei 1600 C unter einem Stickstoffdruck von 60 bar gesintert und dann noch 2 h bei 150 bar gehalten.

Das Sinterhartmetall hatte eine Härte von 1700 bis 1750 HV und eine Biegefestigkeit von 120 bis 130 kg/mm².

Claims

Patentansprüche: kubischem Tantalnitrid TaNx (0,66 SxS 1) und gegebenenfalls mindestens eine andere kubische Metal !verbindung und zwar einem Carbid oder Nitrid der Metalle der Gruppen IV A und V A besteht, sowie aus einer bindenden Phase (3 bis 30 Gewichtsprozent des Sinterhartmetalls), die ihrerseits aus mindestens 70% zumindest eines der Metalle Eisen, Kobalt, Nickel und gegebenenialls höchstens 30% mindestens eines der weiteren Metalle Chrom, Molybdän, Wolfram besteht. Der Anteil der Hartstoffphase macht vorzugsweise 85 bis 94 Gewichtsprozent des Sinterhartmetalls aus. Die Anwesenheit eines Metalls der Chromgruppe in der bindenden Phase verbessert die mechanische Festigkeit und die Korrosionsfestigkeit des Sinterhartmetalls. Die normale und beständigste Modifikation von Tantalnitrid ist das hexagonale Ta2N, dessen Härte im Bereich von 1700 HV liegt. Die Härte des kubischen liegt jedoch im Bereich von 3000 HV, so daß

1. Sinterhartmetall, bestehend aus 70 bis 97% einer Hartstoffphase, die ihrerseits aus mindestens 73% kubischem Tantalnitrid TaNi (0,66 SxSl) und gegebenenfalls mindestens einem weiteren ebenfalls kubischen Carbid oder Nitrid der Metalle der Gruppen IVA und VA des Periodensystems der Elemente besteht, sowie aus 3 bis 30 % einer bindenden Phase, die ihrerseits aus mindestens 70% mindestens eines der Metalle Eisen, Nickel, Kobalt und gegebenenfalls höchstens 30% mindestens eines der Metalle Chrom, Molybdän, Wolfram besteht. X5

2. Sinterhartmetall nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus 85 bis 94% Hartstoffphase und aus 6 bis 15 % bindender Phase zusammengesetzt ist.

3. Sinterhartmetall nach einem der Ansprüche ao hiermit Sintermetalle erhalten werden können, deren

1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartstoffphase die Mischkristalle von kubischem Tantalnitrid und mindestens einer weiteren Komponente mit kubischer Struktur enthält.

4. Verfahren zur Herstellung der Sinterhartmetalle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den pulverförmigen Hartstoff aus Mischkristallen einer von kubischem Tantalnitrid und mindestens einem weiteren ku-Härte höher ist als bei hexagonalem Tantalnitrid, ohne daß diese Härtesteigerung auf Kosten der Biegefestigkeit ginge; dies ist von besonderer Bedeutung für Schneidwerkzeuge.

Das kubische Tantalnitrid TaN₂₁ (0,66 SxS 1), im nachfolgenden Text einfach kubisches Nitrid genannt, ist nur bei Temperaturen oberhalb 1500 C und unter starkem Stickstoffdruck beständig; die unter gewöhnlichen Bedingungen beständige Form hingegen ist die

bischen Carbid oder Nitrid der Metalle der Grup- 30 hexagonale Struktur. Um kubisches Nitrid herzustelpen IV A und V A des Periodensystems der Ien, wird hexagonales Tantalnitrid im Autoklav bei

mindestens 1700 C 1 h unter einem Süokstoffdruck von mindestens 5 bar gehalten und anschließend schnell gekühlt, um die Hochtemperaturmodifikation einzufrieren.

Die erfindungsgemäßen Sinterhai tmetalle werden ausgehend von einem Pulvergemisch der Bestandteile hergestellt; das Pulvergemisch wird geformt und mehr als 1 h unter einem Stickstoffdruck von 30 bis 200 bar

ponenten, Erhitzen des Gemischs auf eine Tempe- 4° bei 1400 bis 1700 C gehalten und anschließend abgeratur von 1500 bis 1800 C unter einem Stickstoff- schreckt.

Vorteilhafterweise wird ein Gemisch aus bindender Phase und festen Lösungen enthaltend das kubische Tantalnitrid gesintert. Hierzu werden zuvor die Pulver 45 der Mischkristalle in folgender Weise hergestellt: Man mischt hexagonales Tantalnitridpulver mit mindestens einem kubischen Carbid oder Nitrid der Metalle der Gruppe IV A und V A und erhitzt mindestens 2 h auf 1500 bis 1800 C unter einem Stickstoff druck von gestellt, daß man Pulver von Metallcarbiden oder 5° 20 bis 200 bar; anschließend werden die erhaltenen Metallnitriden und bindenden Metallen oder Metall- Mischkristalle abgeschreckt. Es hat sich nämlich gelegierungen in unterschiedlichen Mengen miteinander
mischt und bei hoher Temperatur sintert. Die mechanischen Eigenschaften dieser Produkte machen sie besonders geeignet zur Herstellung von Metallbearbei- 55 temperatur entweder in ein hexagonales Nitrid oder im tungswerkzeugen. Falle unzureichenden Stickstoffdrucks während des

Elemente mit dem Pulver der bindenden Phase vermischt, das Gemisch bei einet Temperatur von 1400 bis 1700'C unter einem Stickstoffdruck von 30 bis 200 bar sintert und abschreckt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den pulverförmigen Hartstoff durch Mischen von hexagonalem Tantalnitrid und mindestens einer weiteren der vorgesehenen Kom-