DE2719532C3

DE2719532C3 - Hartmetalle für Zerspanungszwecke und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE2719532C3
Application number: DE19772719532
Authority: DE
Inventors: Richard Wien Kieffer; Hans-Joachim 8501 Weiherhof Retelsdorf
Original assignee: Eurotungstene Sa Grenoble (frankreich)
Current assignee: Eurotungstene Sa Grenoble (frankreich)
Priority date: 1976-05-04
Filing date: 1977-05-02
Publication date: 1979-07-26
Also published as: FR2350403B1; DE2719532A1; FR2350403A1; DE2719532B2; AT348264B; ATA326476A

Description

Für die Zerspanung kurzspanender Werkstoffe werden insbesondere WC-Kobalt-Hartmetalle mit allfälligen kleinen Mengen Zusatzcarbiden (0,5 bis 3 *o Gew.-%) eingesetzt Für die Zerpanung langspanender Werkstoffe haben sich WC-Co-Legierungen mit 5 bis 40 Gew.-% Zusatzcarbiden (TiC, TaC, NbC, HfC, MoC, VC) in reiner Form oder in Form von Mischkristallen bewährt. Im kleineren Umfang werden auch Hartmetal-Ie auf TiC bzw. Ti-(C,N)-Basis bei der Stahlzerspanung verwendet.

Als Bindemittel dient bei den WC-reichen Hartmetallen meistens Kobalt Zahlreiche Versuche, die Festigkeit und Härte des reinen Kobaltbinders durch Legieren mit z. B. Chrom, Molybdän oder Wolfram zu verbessern, führten zu keinem besonderen Erfolg, da die dem Kobalt zugesetzten Legierungselemente meistens mit der Carbidphase unter Bildung spröder, komplexer Carbide reagieren.

Überraschenderweise wurde nun festgestellt, daß ein teilweiser Ersatz des Kobalts durch Rhenium in Hartmetallen auf WC-Co-Basis eine erhebliche Härte- und Festigkeitssteigerung der Kobaltphase ergibt, ohne daß die Bildung einer spröden, schädlichen Komplexcar- t>o bidphase (z. B. η-Phase vom Typus Co₃W₃C) auftritt Dieser unerwartete Effekt kann vielleicht dadurch erklärt werden, dall das hexagonale Rhenium mit dem hexagonalen Kobalt eine ideale Mischkristallreihe bildet und daß Rhenium weder zu einem selbständigen t>^r> Carbid noch mit WC zu einem spröden Komplexcarbid gebunden wird.

Es wurde ferner überraschenderweise festgestellt.

daß beim Sintern keine niedriger als Kobalt schmelzende eutektische Co-W-C-Phase auftritt, sondern daß eine fast reine Kobalt-Rhenium-Legierung als Hüfsmetallphase entsteht, die eine um 100 bis 300° höhere Sintertemperatur gemäß der Liquiduskurve im System Kobalt-Rhenium notwendig macht Ein teilweiser Ersatz des Kobalts durch Nickel oder Eisen ist möglich, solange die Kobalt/Rhenium-Phase homogen bleibt Zur Vermeidung eines unerwünschten Kornwachstums der Carbidphase ist oft eine Verkürzung der Sinterzeit auf ¹A bis '/3 der üblichen Sinterzeit zweckmäßig.

Die Erfindung betrifft nun Hartmetalle aus 20 bis 95 Gew.-% WC, 0 bis 50, vorzugsweise 03 bis 40 Gew.-% eines oder mehrere der Zusatzcarbide TiC, TaC, NbC, HfC, VC und MoC und 2 bis 30 Gew.-% einer Kobalt-Rhenium-Legierung mit 5 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 50 Gew.-% Rhenium.

Vorzugsweise liegen die Zusatzcarbide in Form von Mischkristallen vor.

Rhenium kann aus Kostengründen teilweise durch Metalle der Platingruppe (z. B. Platin, Iridium, Palladium) ersetzt werden, wodurch sich ein kleiner Härteabfall, aber eine Verbesserung des Korrosionsverhaltens ergibt

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus den erfindungsgemäßen Hartmetallen ist dadurch gekennzeichnet, daß die Pulvermischungen zunächst bei 1400 bis 1500⁰C auf 95 bis 99% der theoretischen Dichte unter Wasserstoff gesintert werden und daß dann die Dichtsintercng auf >99,8% unter Argon oder stickstoffverdünntem Argon bei 1550 bis 1650⁰C durch isostatisches Heißpressen erfolgt.

Diese Formkörper, wie Werkzeuge, können noch durch Beschichten mit dem Hartstoff z.B. TiN, verbessert werden, insbesondere zur Herabsetzung des Kolkverschleißes.

Nachfolgende Beispiele erläutern die Erfindung näher:

Beispiel 1

91 Gew.-Teile WC (<1,5μπι) wurden mit 5 Gew.-Teilen Kobalt und 4 Gew.-Teilen Rhenium in einer Reibmühle 6 h in Cyclohexan gemahlen, getrocknet und 10 min bei 1550 ±25° C zu massiven oder gelochten Ronden (0 30 mm) heißgepreßt. Normal gesinterte Proben wurden 1,5 bis 2 h bei ca. 1600⁰C unter Wasserstoff oder im Vakuum (~5 bis 10~² Torr) gesintert und wiesen eine geringe Mikroporosität auf. Die Biegefestigkeit der Ronden nach der Erfindung betrug 160 bis 180 kg/mm² bei einer Härte von 1900 H V. Die Werte für eine parallel bei 1500° ±25° C druckgesinterte WC9/C0-Legierung betrugen 220 kg/mm² bei einer Härte von 1500 bis 1550 HV. Die Werte für eine normal gesinterte Legierung betrugen Oe= 190 bis 200 kg/mm² und HV1450 bis 1500 kg/mm².

Vergleichsversuche mit aus den erfindungsgemäßen Hartmetallen hergestellten Werkzeugen beim Ziehen von Stahldraht ergaben eine 2,5- bis 3fache Leistung gegenüber der rheniumfreien Vergleichslegierung.

Beispiel 2

92 Gew.-Teile WC (< 2 μπι) wurden mit 6 Gew.-Teilen Kobalt und 2 Gew.-Teilen Rheniumpulver in einer Reibmühle 12 h mit Tetralin gemahlen, anschließend getrocknet, gepreßt und unter Wasserstoff 2 h bei 1550 bis 1575°C gesintert. Die erzielten Werte waren: Oe= 180 bis 190 kg/mm², H V = 1750 bis 1800 kg/mm².

Parallel hergestellte rheniumfreie Legierungen mit 6

bzw. 8% Kobalt ergaben die Werte O₈= 170 kg/mm² und 1550 HV bzw. o_B=180 bis 200 kg/mm² und 1450 HV.

Beim Drehversuch auf Gußeisen HB 250 ergaben die erfindungsgemäßen Hartmetall-Werkzeuge eine 2- bis 2,5fache Standzeit gegenüber WC6/C0 und eine 3- bis 4fache gegenüber WC8/C0.

Beispiel 3

71 Gew.-Teile WC (<lum) und 20 Gew.-Teile Mischkristalle WC-TiC (1 :1) wurden mit 5 Gew.-Teilen Kobalt- und 4 Gew.-Teilen Rheniumpulver 24 h in einer Kugelmühle mit Hartmetallkugeln in Benzin gemahlen, getrocknet und druckgesintert (Drucksinterbedingungen: 15 min bei 1575 bis 1600⁰C). Die erzielten Biegefestigkeiten betrugen 150 kg/mm² bei einer Härte von 1950 bis 2050 HV.

Ein rheniumfreier Vergleichswerkstoff mit 9 Gew.-°/o Kobalt wies eine Biegefestigkeit von 180 kg/mm² und eine Härte von 1500 HV auf.

Bei Zerspanungsversuchen auf Stahl ergaben die erfindungsgemäßen Hartmetall-Werkzeuge eine mehrfache Standzeit bis zur Ermüdung der Schneide.

Beispiel 4

40 Gew.-Teile WC (<1,5μπι) und 50 Gew.-Teile Mischkristalle aus 15 Gew.-% TiC, 10 Gew.-% TaC und 25 Gew.-% WC wurden mit 4 Gew.-% Kobalt- und 6 Gew.-% Rheniumpulver in einer Reibmühle in Tetralin gemahlen, sprühgetrocknet und in Wasserstoff bei 1550 bis 1600⁰C 1 h gesintert Die schwach mikroporösen Legierungen wurden dann bei 1600⁰C isostatisch bei '/2 h heißgepreßt, wodurch sich eine vollkommen porenfreie Legierung ergab. Die erzielte Biegefestigkeit betrug 150 ±10 kg/mm² bei einer Härte von 2000 HV.

Eine bei 1500⁰C vakuumgesinterte Vergleichslegierung ohne Rhenium mit 9 Gew.-°/o Kobalt hatte folgende Werte: σ_Β140± 10 kg/mm² Härte = 1550 HV. Bei vergleichendem Drehen auf Stahl konnte eine 3- bis 5fache Standzeit der Re-haltigen Legierung erzielt werden.

Wie schon im Beispiel 4 ausgeführt, lassen sich alle erfindungsgemäßen Legierungen im Falle einer geringen Mikroporosität — hauptsächlich verursacht durch geringe Kobaltverluste bei der notwendigen hohen Sintertemperatur — durch isostatisches Heißpressen auf die theoretische Dichte bringen.

Werden aus den erfindungsgemäßen Werkstoffen Wegwerfplättchen gefertigt, so lassen sich die Schneidplättchen durch Deckschichten aus TiN, TiC, Ti(C₁N), HfC, Hf(C₁N), AI2O3 usw. noch zusätzlich vergüten. Auch bei den vergüteten Plättchen bleibt die Überlegenheit der rheniumhaltigen Legierung erhalten. *

Claims

Patentansprüche:

1. Hartmetall, dadurch gekennzeichnet, daß es aus 20 bis 95 Gew.-% WC, O bis 50 Gew.-% eines oder mehrerer der Zusatzcarbide TiC, TaC, NbC, HfQ VC und MoC und 2 bis 30 Gew.-% einer Kobalt-Rhenium-Legierung mit 5 bis 80 Gew.-°/o Rhenium besteht

2. Hartmetall nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kobalt-Rhenium-Legierung 20 bis 50Gew.-% Re enthält

3. Hartmetall nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzcarbide in Form von Mischkristallen vorliegen.

4. Hartmetall nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kobalt/Rhenium-Legierung ein Teil des Kobalts durch Eisen oder Nickel ersetzt ist, mit der Maßgabe, daß die Hilfsmetallegierung homogen bleibt

5. Hartmetall nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Rheniums durch andere Metalle der Platingruppe ersetzt ist

6. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Hartmetallen nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulvermischungen zunächst in Wasserstoff bei 1400 bis 1500⁰C auf 95 bis 99% der theoretischen Dichte gesintert werden und dann die Dichtsinterung auf >99,8% der theoretischen Dichte bei 1550 bis 165O⁰C unter Argon oder stickstofverdünntem Argon durch isostatisches Heißpressen erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper mit einem Hartstoff, z. B. TiN, beschichtet werden.

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