DE2808522A1 - Werkstueck mit hoher verschleissfestigkeit und grosser haerte - Google Patents

Werkstueck mit hoher verschleissfestigkeit und grosser haerte

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Description

Patentanmeldung
DE BEERS INDUSTRIAL DIAMOND
DIVISION (PROPRIETARY) LIiMITED
45 Main Street,
Johannesburg, Transvaal
Republick Süd-Afrika
Werkstück mit hoher Verschleißfestigkeit und großer Härte.
Die Erfindung betrifft ein Werkstück aus einem Schleifmittelpreßling und einem fest damit verbundenen sehr harten Träger, wobei der Preßling zu wenigstens 70 Vol.-# aus einer zu einem harten Konglomerat verbundenen Masse aus Schleifteilchen besteht.
Für Schneid- und Schleifwerkzeuge kennt man bereits die Verwendung von Schleifmittel-Preßlingen. Diese Preßlinge sind poly-
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kristalline Massen und können große Einzelkristalle ersetzen. Die im allgemeinen wenigstens 70 Vol-$, vorzugsweise jedoch 80-90 Vol$, des Preßlings ausmachenden Schleifteilchen sind unveränderlich superharte Schleifteilchen wie z.B. Diamant und kubisches Bornitrid.
Schleifmittelpreßlinge, insbesondere Preßlinge, welche Diamantsplitter oder kubisches Bornitrid enthalten, können durch Eigenbindung fest zusammenhalten, d.h. die einzelnen Teilchen des Preßlings können ohne Hilfe einer metallischen oder dgl. Bindemasse geschmolzen und fest miteinander verbunden sein. Alternativ ergeben sich festere und härtere Preßlinge, wenn eine geeignete Bindemasse vorhanden ist.
Bei Preßlingen mit kubischem Bornitrid, d.h. Preßlingen, bei denen als Schleifmittelteilchen kubisches Bornitrid vorherrscht, enthält eine evtl. vorhandene Bindemasse vorzugsweise einen Katalysator (auch bekannt als Lösungsmittel) für das Wachstum von kubischem Bornitrid, wie beispielsweise Aluminium oder eine Legierung von Aluminium mit Nickel, Kobalt, Eisen, Mangan oder Chrom.
Derartige Katalysatoren neigen durch ihre Weichheit zum Schmieren, sodaß zur Verringerung dieser Schmierwirkung des Katalysators während der Verwendung des Preßlings vorzugsweise für die Matrix oder Masse auch ein keramischer Stoff wie beispielsweise Siliziumnitrid verwendet wird, welcher mit dem Katalysator in der Weise reagiert, daß ein Hartstoff entsteht.
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- y-
Bei Diamantpreßlingen, d.h. Preßlingen, bei denen als Schleifmittelteilchen Diamanten vorherrschen, enthält eine evtl. vorhandene Bindemasse vorzugsweise ein Lösungsmittel zur Begünstigung des Diamantenwachstums. Geeignete Lösungsmittel sind Metalle der Gruppe VIII der periodischen Tabelle, wie beispielsweise Kobalt, Nickel oder Eisen oder eine ein derartiges Metall enthaltende Legierung.
Für Diamant- und kubische Bornitridpreßlinge ist das Vorhandensein eines Lösungsmittels oder Katalysators für das spezielle im Preßling verwendete Schleifmittel deshalb erwünscht, weil unter den für die Herstellung derartiger Preßlinge erforderlichen Bedingungen eine Verwachsung der Schleifmittelteilchen untereinander eintritt. Bekanntlich werden Diamant- und kubische Bornitridpreßlinge im allgemeinen unter Temperatur- und Druckbedingungen hergestellt, bei denen die Schleifmittelteilchen kristallografisch stabil sind.
Bei Verwendung derartiger Diamant bzw. kubisches Bornitrid enthaltender Preßlinge zur Bearbeitung von Metallen werden die Preßlinge fest mit einem geeigneten Halter verbunden, wie beispielsweise einem Schaft, sodaß ein Werkzeug entsteht. Dabei können die Preßlinge fest mit einem Träger verbunden werden, wie beispielsweise einem Träger aus Sinterkarbid, welcher dann mit dem Halter fest verbunden wird, um das Werkzeug zu bilden. Diamant und kubisches Bornitrid enthaltende Preßlinge, welche mit einem gesinterten Wolframkarbidträger fest verbunden sind, sind beispielsweise in den GB-Patenten 1.349.385, 1.407.303 und I.489.I30 beschrieben und dargestellt.
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Gekennzeichnet ist ein erfindungsgemäßes Werkstück der eingangs genannten Art im wesentlichen dadurch, daß der sehr harte Träger innerhalb des Preßlings angeordnet ist und sich durch denselben erstreckt.
Vorzugsweise ist dieser sehr harte Träger im wesentlichen im Zentrum des Preßlings angeordnet. Nach einem bevorzugten Ausrührungsbeispiel der Erfindung ist der Preßling zylindrisch und der sehr harte Träger liegt axial in diesem Preßling.
Ein Wsrkstück in einer derartigen Ausbildung kann beispielsweise als Lauf- oder Auflagefläche, als Schneid- oder Schleifscheibe verwendet werden. Dabei bildet der sehr harte Träger die Achse für das Werkstück und der diese Achse umgebende zylindrische Preßling ergibt eine harte, sehr haltbare Lauf- oder Auflagefläche, Schneid- oder Schleiffläche.
Das hochfeste Material kann ein Hartstahl wie beispielsweise ein Stahl der M- oder T-Reihen sein. Vorzugsweise ist das hochfeste Material ein Sinterkarbid. Geeignete Sinterkarbide sind beispielsweise gesintertes Wolframkarbid, gesintertes Titankarbid, gesintertes Tantalkarbid und deren Mischungen. Derartige Karbide besitzen bekanntlich eine Metallbindematrix, die gewöhnlich aus Kobalt, Nickel, Eisen oder einer Mischung derselben besteht. Gewöhnlich beträgt die Metallbindematrix 3-25 Gew.v-$ des Karbids.
Der Preßling besteht vorzugsweise aus einem Diamant- oder einem kubischen Bornxtridpreßling der eingangs beschriebenen Art.
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Der hochfeste Körper kann mit dem Preßling entweder direkt oder über eine Bindeschicht verbunden werden. Wenn das hochfeste Material ein Hartstahl ist, wird im allgemeinen eine direkte Verbindung zwischen diesem Hartstahlkörper und dem Preßling vorgenommen. Wenn das hochfeste Material ein Sinterkarbid ist und der Preßling aus Diamant oder kubischem Bornitrid besteht, dann kann die Verbindung entweder direkt in der in der GB-PS 1.3^9»385 und 1.407·393 beschriebenen und dargestellten Weise erfolgen oder über eine zwischen beide angeordnete Metall- oder Legierungsbindeschicht, wie sie beispielsweise in der GB-PS 1.489.130 dargestellt ist.
Die Abmessung des erfindungsgemäßen Werkstückes kann naturgemäß je nach dem beabsichtigten Verwendungszweck schwanken. Bei zylindrischen Preßlingen beträgt der Durchmesser des Preßlings typischerweise 5-25 mm bei einer Dicke des Preßlings von 1-5 mm.
Das erfindungsgemäße Werkstück wird in einem geeigneten Hochdruck/Hochtemperaturgerät hergestellt, wie es allgemein bekannt ist. Ein typisches Gerät dieser Art ist das sogenannte "BELT"-Gerät gemäß der US-PS 2.941.248. Hierbei wird hochfestes Material innerhalb eines geeigneten, einen Preßling bildenden Materials in die Reaktionskapsel eines derartigen Gerätes eingebracht. Die Reaktionskapsel wird in das Gerät eingesetzt und der Kapselinhalt dann hoher Temperatur und hohem Druck ausgesetzt, welche zur Ausbildung eines Preßlings geeignet sind. Die geeigneten Arbeitsbedingungen zur Herstellung von Preßlingen sind an sich bekannt und werden in den vorgenannten GB-Patentschriften beschrieben und erläutert.
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Das in die Reaktionskapsel eingebrachte hochfeste Material kann ein vorgeformter Körper oder eine Pulvermasse sein, welche zu einem zusammenhängenden Körper sinterbar ist.
Das den Preßling bildende Material, welches das hochfeste Material in der Reaktionskapsel umgibt, besteht im allgemeinen aus einer Mischung aus Schleifteilchen und einer geeigneten pulverigen Matrix. Wenn der Preßling mit dem hochfesten Material über eine Legierungsschicht oder eine Metallbindeschicht fest verbunden werden soll, dann wird zwischen dem hochfesten Material und dem dasselbe umgebenden, den Preßling bildenden Material eine Schicht aus einem derartigen Material oder Metall oder einer derartigen Legierung in Pulver- oder Folienform angeordnet.
Eine genauere Erläuterung der Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden Zeichnung, welche ein erfindungsgemäßes Werkstück in perspektivischer Darstellung zeigt.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht das Werkstück aus einem zylindrischen Preßling 10 und einem axial in demselben und in der Mitte dieses Preßlings angeordneten Träger aus sehr hartem Material. Dieser Träger aus sehr hartem Material erstreckt sich durch den Preßling hindurch. Wie bereits erwähnt wurde, kann dieser Träger aus sehr hartem Material direkt mit dem Preßling oder über eine zwischen beiden angeordnete Bindeschicht verbunden werden. Die Außenfläche 14 dieses Werkstückes besteht aus dem harten und äußerst haltbaren Preßling und ergibt infolgedessen eine ausgezeichnete Lauf- und Auflagefläche, Schneid- oder Schleiffläche.
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AO
Bei einem Beispiel der Erfindung wurde ein zylindrischer Körper aus gesintertem Wolframkarbid (15 Gew.-% Kobaltbinderphase) in die Reaktionskapsel eines herkömmlichen Hochtemperatür/Hochdruckgerätes der bereits erwähnten "BELT"-Type gesetzt und um diesen Körper eine Mischung aus Diamant und Kobaltpulver eingefüllt. Diese Pulvermischung hatte eine durchschnittliche Körnung von 40 Mikron. Dabei waren 80 Gew.-^ der Mischung Diamantteilchen und der Rest der Mischung Kobalt. Die so gefüllte Reaktionskapsel wurde dann einer Temperatur von l600°C und einem Druck von etwa 55-60 kbar ausgesetzt und diese erhöhten Bedingungen 10 min lang beibehalten. Temperatur und Druck ließ man dann
auf Raumtemperatur und -druck absinken und konnte dann der
Reaktionskapsel ein Werkstück entnehmen, welches nach herkömmlichen Methoden hergestellt war und aus einem Diamantpreßling mit einem zentral darin angeordneten Pfropfen aus gesintertem Wolframkarbid bestand.
Der Preßling hatte zylindrische Form, einen Außendurchmesser
von 10 mm und eine Dicke oder Länge von 4,0 mm. Der Pfropfen aus gesintertem Wolframkarbid wurde herausgearbeitet, sodaß
ein zylindrischer Preßling mit einem zentralen Loch entstand, welcher sich ausgezeichnet als Lagerfläche eignete.
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Claims (14)

Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch, Patentanwalt Patentansprüche:
1. Werkstück aus einem Schleifmittelpreßling und einem fest damit verbundenen sehr harten Träger, wobei der Preßling zu wenigstens 70 Vol.-$ aus einer zu einem harten Konglomerat verbundenen Masse aus Schleifteilchen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der sehr harte Träger (12) innerhalb des Preßlings (10) angeordnet ist und durch den Preßling hindurchläuft.
2. Werkstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der sehr harte Träger (12) im wesentlichen in der Mitte des Preßlings (10) angeordnet ist.
3. Werkstück nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßling (12) zylindrisch ist und der sehr harte Träger (12) in axialer Richtung in dem Preßling angeordnet ist.
k. Werkstück nach einem der Ansprüche 1 bis 3.» dadurch gekennzeichnet, daß der sehr harte Träger (12) aus Stahl der M- oder T-Reihen besteht.
5· Werkstück nach einem der Ansprüche 1 bis J>, dadurch gekennzeichnet, daß der sehr harte Träger (12) aus Sinterkarbid besteht.
6. Werkstück nach Anspruch 5j dadurch gekennzeichnet, daß der sehr harte Träger (12) aus gesintertem Wolframkarbid, gesintertem Titankarbid, gesintertem Tantalkarbid oder einer Mischung derselben besteht.
0098 3 6/070? ORIGINAL INSPECTED
Andrejewski, Honlce, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte in Essen
-sr-
7· Werkstück nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallbindematrix für das Sinterkarbid aus Kobalt, Nickel, Eisen oder einer Mischung derselben besteht.
8. Werkstück nach Anspruch "J, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallbindematrix 3-25 Gew.-^ des Karbids beträgt.
9. Werkstück nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßling (10) im wesentlichen aus kubischem Bornitrid besteht.
10. Werkstück nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßling (10) eine Matrix aufweist, welche einem Katalysator für das Wachstum von kubischem Bornitrid enthält.
11. Werkstück nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung besteht.
12. Werkstück nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßling (10) im wesentlichen aus Diamantteilchen besteht.
13. Werkstück nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßling (10) eine Matrix besitzt, welche ein Lösungsmittel für das Wachstum von Diamantteilchen enthält.
14. Werkstück nach Anspruch 1~5, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel Kobalt ist.
Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte in Essen
15· Werkstück nach einem der Ansprüche 1 bis lK, dadurch gekennzeichnet, daß der sehr harte Träger (12) entfernt ist und einen Preßling mit einem Durchgangsloch hinterläßt.
809836/0707
ORIGINAL INSPECTED
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