DE2443535C3 - Verfahren zur Herstellung eines überharten gesinterten Werkstoffs - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines überharten gesinterten WerkstoffsInfo
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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 Nicke! mit Diamanten besteht, erzeugt
werden.
In der DE-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-mechanischen Eigenschaften wesentlich voneinander unterscheiden.
Durch entsprechende granulometrische Zusammen-Setzung, Anordnung und zusätzliche Behandlung der
Komponenten und des Erzeugnisses lassen sich ganz bestimmte Werkstoffeigenschaften erzielen, die dem
Werkstoff ausgezeichnete Betriebseigenschaften verleihen.
ίο Jeder Werkstoff ist somit durch seine Eigenschaften
und die Zahl der Komponenten sowie durch die Parameter zu kennzeichnen, welche die Art der
Verbindung der einzelnen Komponenten miteinander kennzeichnet. Nach langjährigen Untersuchungen wurden
ganz konkrete Werte der angeführten Parameter ermittelt, deren Realisierung im Werkstoff ausgezeichnete
Betriebseigenschaften desselben gewährleisten. Wird jedoch auch nur ein einziger dieser Parameter
geändert, kommt es zu einer wesentlichen Beeinträchti-
.Ό gung der Eigenschaften des Werkstoffs.
Die von den Erfindern durchgeführten Untersuchungen ergaben, daß die Hartmetall-Grundlage die
Arbeitsfähigkeit der Diamantkörner und somit des eigentlichen Werzeuges ausschlaggebend beeinflußt. Es
2r) ist ferner zu beachten, daß bei Entstehung von Flächen
an großen natürlichen Diamanten in der Zerstörungszone von Schleifmaterial hohe Temperaturen auftreten,
die einen intensiven Verschleiß der Diamanten hervorrufen.
iit Es ist somit Zweck der Erfindung, die erwähnten
Nachteile bei den bekannten Werkstoffen zu beseitigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, genaue
Vorschriften für die Hauptkenndaten des überharten Werkstoffs zu erarbeiten, der, wenn auch nach den
iii bekannten Verfahren, jedoch mit garantiert erhöhter
Verschleißfestigkeit erhalten werden kann.
Die Lösung der genannten Aufgabe ist in dem oben angeführten Patentanspruch angegeben.
Die Diamantkörner besitzen eine Größe von 0,4 bis
■ίο 0,8 mm und sind im Volumen der Grundlage, deren
Härte HRA 85 übersteigt, in einer Menge von wenigstens 25% des Werkstoffvolumens gleichmäßig
enthalten. Der Diamantverlust soll 1 Gew.-% der Ausgangsdiamanten nicht übersteigen.
4r> Die Einhaltung dieser grundsätzlichen Forderungen
bietet die Möglichkeit, einen überharten Werkstoff mit hohen vorgegebenen Verschleißfestigkeitswerten zu
erhalten.
Diamant und Hartmaterial sind Werkstoffe, die sich
w ihrer Natur nach stark voneinander unterscheiden. Während das Hartmetall bei 14600C zusammensintert,
werden die Diamanten ab 8000C graphitisiert und reagieren aktiv mit den sie umgebenden Metallen,
insbesondere Kobalt.
ί"> Die Arbeitsfähigkeit des erfindungsgemäß erhaltenen
Werkstoffs wird nur unter der Voraussetzung gewährleistet, daß während der Herstellung des Werkzeugs die
Zerstörungszone (-dicke) von Diamanten an der Oberfläche die physikalisch-mechanischen Eigenschaften
der Hartmetall-Grundlage nicht wesentlich ändert. Der erwähnte Umstand läßt sich mengenmäßig durch
den Gewichtsverlust an Diamanten leicht zum Ausdruck bringen, der — wie bereits ausgeführt — 1 Gew.-%
nicht überschreiten soll.
frr> Das Wesen Erfindung besteht darin, eine Matrix mit
einer Härte von HRA 85 und höher um die Diamanten mit einer Körnung von 0,4 bis 0,8 mm herum zu schaffen,
wobei der Gewichtsverlust der Diamanten auf
1 Gew.-% beschränkt ist Dabei muß der Diamantgehalt im Werkstoff, wie bereits erwähnt, zumindestens
25 Vol.-% beiragen.
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.
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 1420°C 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 Diamantköinern
besetzten Werkstoff erhalten. Wird jedoch nur ein
ίο 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 h"a rix eine Här'.e von HRA 90 und haben die
Diamanten eine Große von ' ,5 mm, so werden in diesem
Fall die Diamanten in einem starren Bett gehalten und
2» 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 erforderli-
2r> eher 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
κι angegebenen Forderungen an die Härte der Matrix, die Korngröße und den Gehalt an Diamanten sowie deren
Gewichtsverlust wird die Herstellung eines uberharten Qualitätswerkstoffes ermöglicht, der großen natürlichen
Diamanten an Arbeitsfähigkeit nicht nachsteht.
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Herstellung eines überharten gesinterten Werkstoffs zur Anwendung in Abricht- und Bohrwerkzeugen auf mit Diamantkörnern bestückter Karbidhartme-all-Basis, dadurch gekennzeichnet, daß die aus 94% WC und 6% Co bestehende Mischung mit dem Diarrantpulver mit einer Teilchengröße von 0,4 bis Ο,ό mm in einem Gewichtverhältnis 12:1 vermicht wird, diese Mischung in einer Graphitpreßform eingebracht, mittels elektrischer Widerstanderhitzung bis auf 14200C erhitzt und der Einwirkung eines Druckes von 2000 N/cm2 bis zur Erzielung völliger Dichte ausgesetzt wird.
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