DE2443535B2

DE2443535B2 - Verfahren zur Herstellung eines uberharten gesinterten Werkstoffs

Info

Publication number: DE2443535B2
Application number: DE19742443535
Authority: DE
Inventors: Valentin Nikolajevitsch Bakul; Ivan Fjordorovitsch Vovtschanovskij; Nechemian Veniaminovitsch Zypin
Original assignee: INSTITUT SVERCHTVJORDYCH MATERIALOV AKADEMII NAUK UKRAINSKOJ SSR KIEW (SOWJETUNION)
Current assignee: INSTITUT SVERCHTVJORDYCH MATERIALOV AKADEMII NAUK UKRAINSKOJ SSR KIEW (SOWJETUNION)
Priority date: 1974-09-23
Filing date: 1974-09-11
Publication date: 1978-07-20
Also published as: SE439328B; ATA725874A; JPS5626707B2; FR2285206A1; JPS5147506A; SE7411418L; DE2443535C3; ATA873374A; DE2443535A1; AT349768B; FR2285206B1; AT354292B

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung überharter Werkstoffe, die im Werkzeugbau zum Herstellen von Abrichtwerkzeugen, Platten, Rollen sowie Bohrkronen, Räumern und Meißeln verwendet werden, insbesondere die Herstellung eines überharten Werkstoffs, der aus einer mit Diamant- bzw. Borazonkörnern bestückten Hartmetall-Grundlage besteht und im wesentlichen zum Herstellen von Werkzeugen dient, die unter den Bedingungen eines intensiven schmirgelnden Verschleißes beansprucht werden.

Bekannt sind diamanthaltige überharte Werkstoffe, die durch Sintern der harten Grundlage, welche aus Pulvern von Wolframkarbid und Bindemitteln, wie Kobalt oder Nickel mit Diamanten besteht, erzeugt werden.

In der DT-PS 9 19 669 wird z. B. ein solcher Werkstoff mit einer Diamantkorngröße bis 1 mm beschrieben.

Unter Einhaltung dieser Diamantkorngröße ist es aber unmöglich, die Herstellung eines Werkstoffs von hoher Verschleißfestigkeit zu gewährleisten, die mit der von großer natürlichen Diamantkristallen vergleichbar wäre, ohne daß man über strikte Begrenzungen für andere Kennwerte des Werkstoffs (Anordnungsart der Körner in der Grundlage, deren Volumengehalt u. a.) verfügt.

In der GB-PS 9 01 835 sind die Eigenschaften des Hauptbestandteils von Diamanten überhaupt nicht erwähnt; es wird lediglich auf die Verwendung von Diamantpulver hingewiesen.

Sogar der durch die FR-PS 13 17 508 beschriebene überharte Werkstoff, für welchen die Diamantkorngröße (V₈ Karat) und die Härte der Grundlage (über HRA 85) vorgeschrieben sind, hat nach Ansicht der Erfinder keine hohe Arbeitsfähigkeit in Anbetracht dessen, daß der Einsatz von großen Körnern bei deren Verschleiß zu der Herausbildung bedeutender Abstumpfungsflächen an den Spitzen führt und als Folge davon die Leistung des Schneidwerkzeuges abnimmt und die Diamantkörner selbst intensiver zerfallen.

Ein Versuch, die z. B. aus der Patentliteratur bekannten technischen Lösungen in der Praxis zu realisieren, wird selbstverständlich die Durchführung eines Komplexes von Untersuchungen zur Feststellung der Wechselbeziehung zwischen solchen Kennwerten des Werkstoffs, wie Marke der Hartlegierung (Härte), Diamantkorngröße, Konzentration der Diamanten im Werkstoff, Herstellungsverfahren u. a. erforderlich machen.

Werkstoffe können sich also bekanntlich bei ein und derselben chemischen Zusammensetzung hinsichtlich ihrer physiko-mechanischcn Eigenschaften wesentlich voneinander unterscheiden.

Durch entsprechende granulometrische Zusammen Setzung, Anordnung und zusätzliche Behandlung dei Komponenten und des Erzeugnisses lassen sich gans bestimmte Werkstoffeigenschaften erzielen, die den Werkstoff ausgezeichnete Betriebseigenschaften verlei hen.

ίο Jeder Werkstoff ist somit durch seine Eigenschafter und die Zahl der Komponenten sowie durch die Parameter zu kennzeichnen, welche die Art dei Verbindung der einzelnen Komponenten miteinandei kennzeichnet. Nach langjährigen Untersuchungen wur den ganz konkiete Werte der angeführten Parametei ermittelt, deren Realisierung im Werkstoff ausgezeich nete Betriebseigenschaften desselben gewährleisten Wird jedoch auch nur ein einziger dieser Parametei geändert, kommt es zu einer wesentlichen Beeinträchti gung der Eigenschaften des Werkstoffs.

Die von den Erfindern durchgeführten Untersuchun gen ergaben, daß die Hartmetall-Grundlage die Arbeitsfähigkeit der Diamantkörner und somit de; eigentlichen Werzeugcs ausschlaggebend beeinflußt. E;

2^Γ> ist ferner zu beachten, daß bei Entstehung von Flächer an großen natürlichen Diamanten in der Zerstörungszo ne von Schleifmaterial hohe Temperaturen auftreten die einen intensiven Verschleiß der Diamanten hervor rufen.

so Es ist somit Zweck der Erfindung, die erwähnter Nachteile bei den bekannten Werkstoffen zu beseitigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, genaue

Vorschriften für die Hauptkenndaten des überharter Werkstoffs zu erarbeiten, der, wenn auch nach der

r> bekannten Verfahren, jedoch mit garantiert erhöhtei Verschleißfestigkeit erhalten werden kann.

Die Lösung der genannten Aufgabe ist in dem ober angeführten Patentanspruch angegeben.

Dip Diamantkörner besitzen eine Größe von 0,4 bi;

■ίο 0,8 mm und sind im Volumen der Grundlage, derer Härte HRA 85 übersteigt, in einer Menge vor wenigsters 25% des Werkstoffvolumens gleichmäßig enthalten. Der Diamantverlust soll 1 Gew.-% de: Ausgangsdiamanten nicht übersteigen.

η Die Einhaltung dieser grundsätzlichen Forderunger bietet die Möglichkeit, einen überharten Werkstoff mi hohen vorgegebenen Verschleißfestigkeitswerten zi erhalten.

Diamant und Hartmaterial sind Werkstoffe, die sicr

■>i> ihrer Natur nach stark voneinander unterscheiden Während das Hartmetall bei 1460⁰C zusammensintert werden die Diamanten ab 800⁰C graphitisiert unc reagieren aktiv mit den sie umgebenden Metallen insbesondere Kobalt.

v> Die Arbeitsfähigkeit des erfindungsgemäß erhaltener Werkstoffs wird nur unter der Voraussetzung gewähr leistet, daß während der Herstellung des Werkzeugs di< Zerstörungszone (-dicke) von Diamanten an de Oberfläche die physikalisch-mechanischen Eigenschaf ten der Hartmetall-Grundlage nicht wesentlich ändert Der erwähnte Umstand läßt üich mengenmäßig durcl den Gewichtsverlust an Diamanten leicht zum Ausdrucl bringen, der — wie bereits ausgeführt — 1 Gew.-⁰/ nicht überschreiten soll.

t>^r> Das Wesen Erfindung besteht darin, eine Matrix mi einer Härte von HRA 35 und höher um die Diamantei mit einer Körnung von 0,4 bis 0,8 mm herum zu schaffer wobei der Gewichtsverlust der Diamanten au

I Gew.-°/o beschränkt ist. Dabei muB der Diamantgehalt im Werkstoff, wie bereits erwähnt, zumindestens 25 Vol.-% betragen.

Die Kombination der angegebenen Parameter ist bestimmend und führt im Vergleich zu den bekannten diamanthaltigen Werkstoffen qualitative Änderungen herbei, die dem neuartigen Werkstoff eine Verschleißfestigkeit gewährleisten, die der von großen natürlichen Diamanten fast gleich ist.

Das mit Einsätzen aus dem erfindungsgemäß erhaltenen Werkstoff bestückte Werkzeug weist gute Betriebseigenschaften auf und ist dem mit großen natürlichen Diamanten armierten Werkzeug an Schneidfähigkeit überlegen, ohne demselben in den meisten Fällen an Verschleißfestigkeit nachzustehen.

Die Herstellung eines Arbeitselements (0 10 χ 10 mm) aus dem erfindungsgemäßen Werkstoff für die Armierung eines Abrichtwerkzeuges läßt sich am folgenden Ausführungsbeispiel erläutern.

Beispiel

Pulverförmiges Hartmetall aus 94% Wolframkarbid und 6,0% Kobalt und Diamantpulver mit einer Körnung 500/400 werden in einem Gewichtsverhältnis 12:1 innig vermischt und 9,5 g dieser Mischung in eine doppeltwirkende Graphitpreßform eingeschüttet, deren zylindrische Matrizenhöhlung 10 mm groß ist.

Die Preßform wird auf einer Warmpresse angeordnet. Die Erhitzung auf 1420⁰C erfolgt durch Stromdurchlaß durch die Pulvermasse. Der 2000 N/cm² betragende Enddruck des Warmpressens gewährleistet eine Schwindung der Hartmetallbasis bis zur völligen Dichte. Nach dem Abkühlen wird das Sinterprodukt entformt und von Graphit gereinigt.

Es sei betont, daß die erwähnten erforderlichen Betriebsbedingungen für die Durchführung des Warmpreßverfahrens und das eigentliche Verfahren zum Verbinden von Diamanten und Hartmetall im wesentlichen bekannt sind und im vorliegenden Fall nicht Gegenstand der Erfindung sind. Unter Verwendung der auf dem Gebiet der Sintermetallurgie bekannten Angaben kann der Fachmann einen mit Diamantkörnern besetzten Werkstoff erhalten. Wird jedoch nur ein Teil der vorgeschriebenen Kennwerte eingehalten, so wird keine Arbeitsfähigkeit des Werkstoffs gewährleistet werden. Wenn z. B. 500/400 große Körner in die Matrix mit einer Härte von HRA 81 eingebracht werden, so wird letztere nicht die Haltbarkeit der Diamanten für ihre gesamte mögliche Betriebsdauer, d. h. bis zum vollständigen Verschleiß, gewährleisten. Hat die Matrix eine Härte von HRA 90 und haben die Diamanten eine Größe von 1,5 mm, so werden in diesem Fall die Diamanten in einem starren Bett gehalten und nicht zerstört. Nachdem sich jedoch an ihren Spitzen Schleifflächen herausbilden, werden die Körner, wie bereits ausgeführt, intensiv verschleißen. Außerdem wird keine ständige hohe Schneidfähigkeit des Werkzeugs sichergestellt. Wenn eine Matrix mit erforderlieher Härte und mit Körnern zulässiger Größe, jedoch mit vermindertem Volumengehalt an Diamanten (unter25%) vorliegt, so können an der Arbeitsfläche des Werkstoffs Lokalverschleißzonen, d. h. Ungleichförmigkeiten, entstehen. Erst bei Einhaltung der oben

)o angegebenen Forderungen an die Härte der Matrix, die Korngröße und den Gehalt an Diamanten sowie deren Gewichtsverlust wird die Herstellung eines überharten Qualitätswerkstoffes ermöglicht, der großen natürlichen Diamanten an Arbeitsfähigkeit nicht nachsteht.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung eines überharten gesinterten Werkstoffs zur Anwendung in Abricht- und Bohrwerkzeugen a-if mit Diamantkörnern bestückter Karbidhartmetall-Basis, dadurch gekennzeichnet, daß die aus 94% WC und 6% Co bestehende Mischung mit dem Diamantpulver mit einer Teilchengröße von 0,4 bis 0,8 mm in einem Gewichtverhältnis 12:1 vermicht wird, diese Mischung in einer Graphitpreßfcrm eingebracht, mittels elektrischer Widerstanderhitzung bis auf 1420⁰C erhitzt und der Einwirkung eines Druckes von 2000 N/cm² bis zur Erzielung völliger Dichte ausgesetzt wird.