DE2819532C2

DE2819532C2 - Gesinterter Preßkörper für ein Schneidwerkzeug und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE2819532C2
Application number: DE19782819532
Authority: DE
Inventors: Akio Hara; Shuji Itami Hyogo Yazu
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1977-05-04
Filing date: 1978-05-03
Publication date: 1986-02-13
Also published as: JPS53136790A; JPS6156067B2; DE2819532A1

Description

Die Erfindung betrifft einen gesinterten Preßkörper für ein Schneidwerkzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Herstellung des Preßkörpers.

Ein derartiger Preßkörper ist aus der OE-PS 2 08 088 bekannt. Der Hartstoff besteht dabei aus Aluminiumoxid und als Metallcarbide kommen bevorzugt Mischkristalle von Wolfram- und Molybdäncarbid zum Einsatz. Die Sinterung wird bei etwa 1850° C in einer Wasserstoffatmosphäre unter Normaldruck durchgeführt. Aluminiumoxid ist jedoch eine Substanz, die relativ weich ist, und zwar noch weicher als die Metallcarbide. Der bekannte Preßköroer läßt daher hinsichtlich der

Verschleißfestigkeit zu wünschen übrig.

Weiterhin ist ein gesinterter Preßkörper mit über 90 Vol.-% Diamanten mit einem hauptsächlich aus Kobalt bestehenden Bindemetall und einem Sintercarbid-Substrat, mit dem der gesinterte Preßkörper einstückig verbunden ist, im Handel für ein Schneidwerkzeug zum Schneiden von Nichteisenlegierungen, Kunstharzen oder Xeramikstoffen. Obwohl der Preßkörper teuer ist, wird er hoch geschätzt zum Schneiden von Aluminium-Legierungen mit einem verhältnismäßig hohen Betrag an Silizium, sehr harter Kupfer-Legierung oder dergleichen.

Ein Schneidwerkzeug mit diesem Preßkörper ist bezüglich Verschleißfestigkeit weitaus besser als ein herkömmliches Sintercarbid-Werkzeug und weitaus schlagfester, verglichen mit einem Werkzeug, das aus einem aus einem Einzelkristall bestehenden Rohdiamanten hergestellt, ist
Andererseits hat sich herausgestellt daß nach dem Schneiden, beispielsweise einer Nichteisen-Legierung, die spanabhebend bearbeitete Oberfläche rauher als in dem Fall ist, in dem ein Werkzeug aus einem aus einem Einzelkristall bestehenden Rohdiamanten verwendet wird. Der benannte Diamantpreßkörper eignet sich daher nicht zur spanabhebenden Bearbeitung eines Werkstücks, das eine besonders glatte Oberfläche aufweisen soll.

Beim Schneiden eines kleineren Werkstücks, etwa eines Uhrenelements, tritt ferner das Problem auf, daß das Werkstück verformt wird, oder aufgrund des starken Schnittwiderstandes keine hohe Genauigkeit der Abmessung eingehalten werden kann.

F i g. 1 ist eine Mikrofotografie einer Schneide eines Schneidwerkzeugs, das durch ein im Handel befindliches ultrafeines WC-Co-Sintercarbid hergestellt wurde, und

F i g. 2 ist eine Mikrofotografie einer Schneide eines Schneidwerkzeugs, das aus einem im Handel erhältlichen gesinterten Diamantpreßkörper hergestellt wurde.

Wie aus den Fotografien ersichtlich, ist die Schneide des Werkzeugs aus dem Diamantpreßkörper nicht scharf und gerade, sondern weist zahlreiche feine Scharten auf. Das Material wurde unter Verwendung einer Diamantschleifscheibe zu einem Schneidwerkzeug geformt. Da aber die Diamantschleifscheibe beim Schleifen des Diamantpreßkörpers einen hohen Schleifwiderstand aufweist, sich bald mit Schleifsiaub zusetzt und stumpf wird, ist es schwierig, das Material zu einem scharfen Schneidwerkzeug zu bearbeiten.

Fig.3 ist eine Mikrofotografie eines im Handel erhältlichen Diamantpreßkörpers mit einer solchen Struktur, daß die Diamantteilchen mit einer Korngröße von 3 bis 10 μπι einander berühren.
Wenn ein Diamantenkörper mit einer Korngröße in diesem Bereich durch eine Diamantschleifscheibe geschliffen wird, werden die Diamantenteilchen an der Schneide gebrochen, und es wird keine scharfe Schneide erhalten. Insbesondere, wenn eine Schneide eine derartige Form haben soll, daß der durch die Freifläche und die vordere Schneidfläche gebildete Schnittwinkel einen positiven Spanwinkel von weniger als 90° aufweist, ist es unmöglich, aus einem im Handel erhältlichen Diamantpreßkörper eine zufriedenstellende Schneide zu erzielen.

Eines der Werkzeugmaterialien von im Handel erhältlichen Diamantpreßkörpern enthält Diamantkörper mit einer Korngröße von über etwa 60 μΐη (F i g. 4). Dieses wird hautpsächlich als Material für einen Drahtzieh-

stein verwendet

Es wurden die Eigenschaften dieses gesinterten Preßkörpers mit einer gröberen Korngröße als Drahtziehstein geprüft Dabei zeigte sich, daß der Verschleißwiderstand beträchtlich verbessert ist gegenüber einem herkömmlichen Sintercarbid-Ziehstein. Es ergaben sich aber auch ernste Probleme, von denen eines darin bestand, daß die Kratzer auf der Oberfläche eines Drahts bestehen bleiben.

F i g. 5 und 6 zeigen solche Beispiele. F i g. 5 zeigt den Oberflächenzustand eines Kupferdrahtes mit einem Durchmesser von 0,5 mm, der durch einen Ziehstein des im Handel erhältlichen Diamantpreßkörpers hergestellt ist Aus den Fotografien ergibt sich, daß sich viele Kratzer auf der Oberfläche eines Drahts befinden, der vom Ziehstein des im Handel erhältlichen Diamantpreßkörpers gezogen wird. Zur Untersuchung der Ursache wird der Inhenümfang des Ziehsteins.nach den, Ziehen eines Drahts geprüft. Gemäß Fi g. 7 ist ein Teil der Diämantenteilchen so zerstört, daß er abgerissen wurde. Das mangelhafte Teil kann einen zu ziehenden Draht angreifen und somit Kratzer erzeugen.

Die Erzeugung eines gesinterten Diamantpreßkörpers besteht in einem Verfahren, bei dem Diamantpulver mit einem Pulver etwa eines Elements der Eisengruppe, das Diamanten auflösen kann, gemischt wird, wobei im stabilen Bereich des Diamanten bei hoher Temperatur und hohem Druck heiß gepreßt wird, vgl. z. B. die japanische Patentveröffentlichung Nr. 39-20 483.

Es wurde versucht, einen Preßkörper durch Sintern eines Gemischs von Diamantenpulver mit einer Korngröße von unter 1 μΐη und von Carbonylnickelpulver unter hohem Druck herzustellen. Es wurde ein dicht konzentrierter Preßkörper erhalten. Jedoch wurde aufgrund einer Prüfung der Struktur des Preßkorpers ein abnormales Wachsen der Diamantkristalle über die gesamte Struktur beobachtet, wobei eine Anzahl von Körnern eine Korngröße von über 500 μπι hatte. Es wurden Versuche unter Veränderung der Korngröße des Diamantpulvers und auch der Temperatur- und Druckbedingungen beim Sintern durchgeführt Als Ergebnis wurde gefunden, daß, wenn die Korngröße des Diamantpulvers über 3 μπι liegt, kein abnormales Kristallwachsen auftritt und eine dichte Struktur erhalten werden kann, während, wenn die Korngröße kleiner als 1 μπι ist, das Kristallwachsen stets unter den Bedingungen auftritt, die die Herstellung der dichten Struktur ermöglichen. Das heißt, daß nach diesem Verfahren eine Struktur mit feinen und gleichmäßigen Diamantkörpern nicht erzielt werden kann.

In der japanischen Patentverötfentlichung Nr. 52-12 126 ist ein Verfahren angegeben, das zur Hersteilung des gegenwärtig im Handel erhältlichen Diamantpreßkörpers benützt wird. Gemäß diesem Verfahren wird Diamantpulver auf ein in einem Becher befindliches Sintercarbid-Substrat gegeben und bei einer hohen Temperatur und hohem Druck gesintert zur Erzeugung einer flüssigen Phase des aus dem Substrat erzeugten eutektischen CoWC-Gemischs zum Durchdringen des Diamantpulvers.

Es wurde versucht, einen Preßkörper durch unter hohem Druck erfolgendes Sintern eines Diamantpulvers mit einer Korngröße von weniger als 1 μπι zu erzeugen, das auf eine in einem Becher befindliche WC-6% Co-Sintercarbid-Scheibe gegeben wurde. Die Grenzfläche zwischen dem erhaltenen Sinterpreßkörper und dem Sintercarbid-Substrat wurde geprüft, wobei gefunden wurde, daß viele Teilchen mit einem abnormalen Wachstum bis zu einigen 100 μπι vorhanden waren.

Ferner wurden die Sinterbedingungen geändert, wobei aber das abnormale Kristallwachsen stets unter den Bedingungen beobachtet wurde, bei denen ein dicht konzentrierter Preßkörper erhalten wurde.

Als Ergebnis der obigen Versuche hnt sich herausgestellt, daß es durch die in der Technik üblichen Verfahren schwierig ist, einen gesinterten Diamantpreßkörper mit einer gleichmäßigen Struktur herzustellen, die aus Diamantkörnern mit einer Korngröße von unter 1 μπι besteht

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen gesinterten Preßkörper für ein Schneidwerkzeug zu schaffen, der verschleiß- und schlagfest ist und zu einer besonders glatten Oberfläche des bearbeiteten Werkstücks führt.

Diese Aufgabe wird durch den im Anspruch 1 gekennzeichneten Preßkörper gelöst In dem Anspruch 2 ist ein besonders vorteilhafter Preßkörper angegeben. Im Anspruch 3 ist ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Preßkörpers gekennzeichnet, das durch die Maßnahmen der Ansprüche 4 bis 6 vorteilhaft ausgestaltet wird.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert Darin zeigt

F i g. 1 eine Mikrofotografie einer Schneide aus einem im Handel erhältlichen ultrafeinen WC-Sintercarbid;

F i g. 2 eine Mikrofotografie einer Schneide aus einem gesinterten Diamantpreßkörper mit einer Korngröße von 3 bis 10 μπι;

F i g. 3 eine Mikrofotografie der Struktur eines gesinterten Diamantpreßkörpers nach Fig.2 mit einem hauptsächlich aus Kobalt bestehenden metallischen Bindemittel, das weiß aussieht, während die Diamantkristalle grau aussehen;

F i g. 4 eine Mikrofotografie eines im Handel erhältlichen Diamant-Preßkörpers, der als Drahtziehstein verwendet wird, wobei die grau aussehenden Diamantkristalle einander berühren, während das hauptsächlich aus Kobalt bestehende metallische Bindemittel weiß aussieht;

Fig.5 eine Mikrofotografie des Oberflächenzustandes eines Kupferdrahts von 0,5 mm Durchmesser, der durch einen Ziehstein hergestellt ist, der aus einem aus einem Einzelkristall bestehenden Rohdiamant gebildet ist;

F i g. 6 eine Mikrofotografie des Oberflächenzustandes eines Kupferdrahts, der durch einen Ziehstein hergestellt ist, der aus einem im Handel erhältlichen, gesinterten Diamantpreßkörper hergestellt ist;

Fig.7 eine Mikrofotografie der Innenfläche des Ziehsteins von Fig.6 nach der Benutzung, wobei die grauen Körper Diamanten sind, während ein großer schwarzer Bereich ein abgerissener Teil von Diamantkörpern ist;

F i g. 8 eine Mikrofotografie der Struktur eines Diamantpreßkörpers, der durch ein herkömmliches Verfahren aus feinem Diamantpulver gesintert ist, wobei die Struktur zahlreiche Diamantkristalle mit abnormalem Wachstum von bis zu einigen 100 μπι aufweist;

F i g. 9 eine Mikrofotografie einer Schneide eines gesinterten Preßkorpers nach der Erfindung;

rig. 10 eine Mikrofotografie der Struktur eines gesinterten Preßkorpers nach der Erfindung, wobei die feinen grauen Körner Diamanten sind, während der weiße Bindemittelanteil aus WC-Körnern besteht;

F i g. 11 ein Diagramm der SchleifbarHit, wobei die ausgefüllten Kreise einen gesinterten Preßkörper nach

der Erfindung darstellen, während die nicht ausgefüllten Kreise gesinterte Vergleichspreßkörper sind, die aus einem Diamantpulver mit einer durchschnittlichen Korngröße von 6 μπι hergestellt und durch ein WC-Co-Sintercarbid gebunden sind, wobei das nicht ausgefüllte Dreieck ein im Handel erhältlicher Diamantpreßkörper mit Kobalt als Bindemittel ist;

F i g. 12 ein Diagramm der Werkzeugstanzzeit, das in den Verschleiß der vorderen Schneidefläche des Werkzeugs in Abhängigkeit von der Schneidzeit beim Schneiden einer Al-13% Si-Legierung unter Verwendung eines Schneidwerkzeugs nach Fig. 11 wiedergibt

Der Grund für die Wahl von WC als Bindemittel ist folgender: Es ist natürlich wichtig, die Eigenschaften von Diamant, etwa die sehr hohe Härte, Starrheit, Ver- is Schleißfestigkeit und höchste Wärmeleitfähigkeit unter allen Materialien, zu verwenden bei der Anwendung eines gesinterten Diamantpreßkörpers für ein Schneidwerkzeug. Es gibt aber auch eine Anzahl von schwierigen technischen Faktoren, etwa die Erzielung eines gesinterten Preßkörpers mit reinem Diamant, da der Druck und die Temperatur, die zum Sintern erforderlich sind, extrem hoch sind. Aus diesem Grund wird das Diamantpulver unter Verwendung eines geeigneten Bindemittels unter übermäßig hohen Drücken gesintert Es muß aber ein Bindemittel gewählt wenden, das die hervorragenden Eigenschaften von Diamant nicht beeinträchtigt

WC hat nach Diamant oder kubischem Bornitrid die höchste Steifheit und hat eine hohe Wärmeleitfähigkeit. Bezüglich des Wärmeausdehnungskoeffizienten, der ein weiterer wichtiger Faktor bei der Herstellung eines Diamant enthaltenden komplexen PreSkörpers ist, hat WC denselben Wert wie Diamant Im Hinblick darauf, daß im gesinterten Preßkörper keine inneren Restspannungen verbleiben, ist WC ferner ein hervorragendes Material.

Bezüglich der Verschleißfestigkeit ist WC ferner selbstverständlich metallischen Bindemitteln, wie Kobalt, überlegen, kann aber hinsichtlich der Wärmebeständigkeit und Verschleißfestigkeit bei hoher Temperatur einigen anderen Materialien unterlegen sein. Da aber Diamant bei hoher Temperatur instabil ist, ist die Wärmebeständigkeit eines Bindemittels in dieser Hinsicht nicht so wichtig.

Unter Beachtung der obigen Gesichtspunkte eignet sich WC besonders gut als Bindemittel für einen gesinterten Preßkörper aus Diamant

Ein anderes Material mit WC-ähnlichen Eigenschaften ist (MoW)C, das durch teilweises oder beinahe vollständiges Ersetzen von W in WC durch Mo erhalten wird und das dieselbe Kristallstruktur wie WC hat Einer der Erfinder hat im einzelnen die Eigenschaften eines Sintercarbids unter Verwendung dieser Verbindung untersucht. Es wurde bestätigt, daß die Eigenschaften, etwa Härte, Steifheit, Verschleißfestigkeit Wärmeleitfähigkeit und Wärmeausdehnungskoeffizient, von Carbiden von beispielsweise der Formel i[Mo?W3)C oder (Mo5W₅)C denjenigen von WC nahekommen. Ferner können die hauptsächlich aus diesen komplexen Carbiden bestehenden Sintercarbide vor dem Bruch beinahe plastisch verformt werden und haben eine höhere Zähigkeit wie auch einen niedrigen Reibungskoeffizienten. All dies sind wichtige Eigenschaften bei einer Verwendung als Schneidwerkzeug, verglichen mit einem WC-Co-Sintercarbid.

Wenn auch in der gesamten Beschreibung im folgenden nur auf WC Bezug genommen wird, können die obigen (MoW)C-Carbide auch ganz ähnlich wie das WC der Erfindung verwendet werden.

Nach der Erfindung wird ein gesinterter Preßkörper mit gleichförmiger Struktur bereitgestellt, bestehend aus Diamantkörnern, deren Körnung kleiner als 1 μίτι ist und die durch ein hauptsächlich aus WC bestehendes Carbid gebunden sind, dessen Körnung unter 1 μπι liegt Da die Diamantkörner als harter Bestandteil sich fein und gleichmäßig im Preßkörper verteilen, wenn das Material durch Schleifen zu einem Schleifwerkzeug geformt wird, kann dessen Schneide ohne jegliche Rauhigkeit sehr scharf sein. Ein Beispiel der Schneide ist in Fig.9 gezeigt. Der gesinterte Preßkörper enthält 60Vol.-% Diamant, wobei die Restmenge an Carbid eine Körnung von unter 1 μηι aufweist. Fig. 10 ist eine Mikro-Fotografie einer Struktur hiervon. Zur Erzielung eines gesinterten Preßkörpers, der, wie sich aus den Fotografien ergibt, eine scharfe Schneide hat, sollte auch das WC-Bindemittel eine Körnung von unter 1 μΐη haben.

Der gesinterte Preßkörper nach der Erfindung ist für Schneidwerkzeuge bestimmt, da er eine scharfe Schneide hat, eine glatte bearbeitete Fläche bildet, aufgrund des zähen WC-Bindemittels an der Schneide weniger Scharten hat und aufgrund der schärferen Schneide eine geringere Schneidkraft erfordert, was die Verwendung unter denselben Bedingungen wie bei Sintercarbid-Schneidwerkzeugen ermöglicht

Die Menge an im gesinterten Preßkörper der Erfindung enthaltenem Diamant reicht von 95—20 VoL-% und kann entsprechend seines Gebrauchs in diesem Bereich verändert werden. Bei einem Schneidwerkzeug für unterbrochenes Schneiden, das eine besonders hohe Zähigkeit erfordert, sollte trotz einer gewissen Abnahme der Verschleißfestigkeit ein relativ bindemittelreicher Preßkörper gewählt werden.

Die am meisten zu bevorzugende Diamantmenge im Preßkörper reicht von 70—30 Vol.-%. Wie im folgenden Beispiel 6 erläutert stehen die Diamantkörner in diesem Bereich nicht miteinander in Berührung. Daher wird die Schleifbarkeit beträchtlich verbessert. Wenn das Schneidwerkzeug aus dem gesinterten Preßkörper zum Schneiden einer verhältnismäßig weichen Al- oder Cu-Legierung verwendet wird, wird zwar seine Verschleißfestigkeit geringfügig herabgesetzt es weist aber sonst hervorragende Eigenschaften auf.

Der Grund dafür, daß ein gesinterter Preßkörper mit einer gleichförmigen Struktur, bestehend aus ultrafeinen Diamantkörnern mit einer Körnung von unter 1 μιη durch das Verfahren nach der Erfindung erzielt werden kann, liegt in folgendem: Ein Diarnantkorn hat eine sehr hohe Härte und ist schwer zu verformen. Wenn es daher unter übermäßigen Drücken zusammengedrückt wird, verbleibt ein Spiel zwischen den Diamantkörnern. Je feiner die Diamantkörner sind, um so größer ist das Spiel.

Gemäß der Erfindung wird aber das Spiel zwischen den Diamantkörnern mit einer Körnung von unter 1 μπι mit feinen WC-Kömern ausgefüllt Durch Sintern des Gemischs und bei sehr hohen Drücken kann ohne das Erfordernis einer flüssigen Phase ein völlig dichter Preßkörper erzielt werden. Da nur eine sehr geringe Menge an flüssiger Phase vorhanden ist die für das Kristallwachstum von Diamant wesentlich ist und da die WC-Körner das Spiel zwischen den Diamantkörnern ausfüllen, wird das Kristallwachstum während des Sinterns des Diamants vollständig unterdrückt
Zur Herstellung des Preßkörpers nach der Erfindung

mit Diamant- und WC-Kristallen mit einer Korngröße von unter 1 μπι ist es in der Praxis zweckmäßig, Diamant- und WC-Pulver durch Kugelmahlen zu mischen unter Verwendung von Sintercarbidkugeln in einem Behälter mit einer Sintercarbidauskleidung. Ferner kann in derselben Weise wie das Kugelmahlen ein Abrieb- oder Vibrationsmahlen angewendet werden. Der Mischvorgang kann 30 Minuten bis zu einer Woche ausgeführt werden zum feinen Pulverisieren des Materials.

Da Diamant sehr hart ist, mischt sich eine verhältnismäßig große Menge an von den Kugeln und der Behälterauskleidung abgeriebenem Pulver in das Diamantpulver. Daher ist es zweckmäßig, dieses als Bindemittelbestandteil zu verwenden, insbesondere, wenn die Zusammensetzung der Kugeln und der Auskleidung dieselbe wie diejenige eines Bindemittels sind.

Mindestens 50Vol.-°/o des Bindemittels sollten WC sein, wobei der Restbestandteil des Bindemittels durch andere Carbide, nämlich TiC, ZrC, HfC, TaC und NbC, gebildet ist.

Ein im Handel erhältliches Roh- oder Kunstdiamantpulver für das Läppen kann als Material für den gesinterten Preßkörper der Erfindung verwendet werden. Das Material mit einer Korngröße von über 1 μπι kann unter Verwendung von Sintercarbidkugeln und einem Sintercarbid-Behälter, wie oben erwähnt, pulverisiert werden.

Wenn ein gleichmäßiges Mischen von Diamant und WC zu einem Gemisch mit einer Korngröße von unter 1 μπι erforderlich ist, ist das erwähnte Kugelmahlen am meisten zu bevorzugen. Da aber in diesem Fall Sintercarbidkugeln und ein Sintercarbid-Behälter verwendet werden, vermischt sich unvermeidlich eine geringe Menge an im Sintercarbid enthaltenem Bindemittelmetall. Zur Unterdrückung des Kristallwachsens von Diamant während des Sinterns wird die Menge eines derartigen Metalls vorzugsweise auf ein Minimum gebracht. Bei Mischung einer großen Menge an Metall kann das Pulver zum Auflösen und Entfernen des Metalls in einer Salzsäureiösung behandelt werden.

Das Sintern sollte unter Temperatur- und Druckbedingungen erfolgen, die im stabilen Bereich des Diamant liegen. Dieser Bereich ist als Berman-Simon-Gleichgewichtslinie bekannt Das Sintern erfolgt im allgemeinen bei 1200—1600⁰C unter 40—80kbar während 5—60 Minuten,

Beim Sintern des Diamantpreßkörpers nach der Erfindung muß das Kristallwachstum des Diamant in jedem Fall unterdrückt werden. Wenn in einem Bindemittel eine geringe Menge an einem Element der Eisen- so gruppe, etwa Co, Fe oder Ni, zusammen mit WC, vorhanden ist, sind gemäß einem Versuch die Kristalle von Diamant und WC bestrebt, bei hoher Temperatur zu wachsen. Demgemäß müssen diese Metalle vor dem Sintern, wie oben angegeben, durch eine Säure entfernt werden.

Da die Materialien des gesinterten Preßkörpers sehr fein sind, wird daran eine _broße Gasmenge adsorbiert Daher müssen die Materialien durch Wärme im Vakuum bei Temperaturen von über 300° C entgast werden. Wenn die Temperatur unter 300⁰C liegt, erfordert die Behandlung eine längere Zeit und ist nicht industriell anwendbar.

Das pulverisierte Gemisch zur Erzeugung des gesinterten Preßkörpers der Erfindung kann bei Raumtemperatur unter Drücken von 200 bar bis 2000 bar zu einem Vorpreßkörper kalt gepreßt werden.
Zur Erläuterung der Erfindung wird nun auf die folgenden Beispiele Bezug genommen. Bei allen Beispielen sind die Prozentsätze Gew. -%-Sätze, sofern nicht anders angegeben.

Beispiel 1

Ultrafeines Diamantpulver mit einer Korngröße von unter 1 μΐη wurde in einem Lösungsmittel von Aceton unter Verwendung von WC-7°/o Co-Sintercarbid-Kugeln und einem Behälter mit derselben Sintercarbidauskleidung pulverisiert. Die Diamantmenge betrug 5 g, wog aber nach 40 Stunden langem Kugelmahlen 8,3 g. Diese Zunahme wurde durch das feine Sintercarbidpulver hervorgerufen, das von den Kugeln und dem Behälter abgerieben wurde.

Die Diamantmenge im Pulvergemisch wurde mit 80 Vol..-% bestimmt. Als Ergebnis einer Prüfung durch ein Abtast-Elektronenmikroskop wurde festgestellt, daß alle Teilchen im Gemisch eine Korngröße von unter 1 μπι hatten.

Das Pulvergemisch wurde zu einer Scheibe mit einer Dicke von 1,5 mm und einem Durchmesser von 10 mm kalt gepreßt. Zur Entgasung wurde die Scheibe in einem Vakuumofen bei 1000⁰C behandelt und wurde danach unter 55 kbar bei 1370⁰C 10 Minuten lang mittels einer Überdruckvorrichtung zur Diamantherstellung gesintert

Der gesinterte Preßkörper wurde mit einer Diamantpaste geläppt. Die Struktur des Preßkörpers wurde untersucht, wobei gefunden wurde, daß der Preßkörper ultrafeine Diamant- und WC-Körner mit einer Korngröße von unter 1 μπι enthält.

Der Preßkörper wurde zerschnitten. Ein Stück hiervon wurde an einen Stahlschaft hartgelötet, wobei die Schneide mit einer Diamantschleifscheibe geschliffen wurde. Zum Vergleich wurde ein Schneidwerkzeug derselben Gestalt aus einem im Handel erhältlichen, gesinterten Diamantpreßkörper hergestellt.

Die geschliffene Schneide wurde betrachtet. Die Schneide des im Handel erhältlichen Preßkörpers hatte eine Anzahl von Scharten mit einer Breite von etwa 10 μπι, die während des Schleifens verursacht worden sein dürftea

Ein aus einer Kupferlegierung bestehender Kommutator eines Elektromotors wurde durch beide Schneidwerkzeuge geschnitten, und zwar bei einer Schnittgeschwindigkeit von 400 m/min, einer Schnittiefe von 0,6 mm und einem Vorschub von 0,05 mm/Umdrehung. Nach dem Schneiden von 2000 Teilen durch das Schneidwerkzeug der Erfindung betrug die Oberflächenrauhigkeit eines Werkstücks maximal 1,3 μιτι, während das vom Schneidwerkzeug des im Handel erhältlichen Preßkörpers geschnittene Werkstück eine anfängliche Oberflächenrauhigkeit von maximal 2,6 μπι hatte, während die Oberflächenrauhigkeit nach dem Schneiden von 500 Teilen 3,9 μπι erreichte.

Beispiel 2

Ein Diamantpulvermaterial wie bei Beispiel 1 wurde unter Verwendung derselben Sintercarbidkugeln mit -topf wie beim Beispiel 1 120 Stunden lang pulverisiert. Durch die Zunahme von 14,2 g wurde ein Diamantpulver von 5 g zu 19,2 g. Die Zusammensetzung des Pulvers wurde auf 60 VoL-% Diamant mit einer Restmenge von WC-7% Co bestimmt Ein Metallbestandteil wurde durch verdünnte Salzsäure aufgelöst und aus dem Pulvergemisch entfernt.

Nach dem Kaltpressen des kalten Gemischs wurde dieses in derselben Weise wie beim Beispiel 1 einem Entgasen unterworfen.

Ferner wurde eine WC-10% Co-Sintercarbidscheibe mit einer Dicke von 3 mm und einem Durchmesser von 10 mm zusammen mit einer Molybdänscheibe mit einer Dicke von 0,05 mm und einem Durchmesser von 10 mm hergestellt. Der Diamant enthaltende Vorpreßkörper wurde auf die Molybdänscheibe gelegt, unter der die Sintercarbidscheibe angeordnet war. Die Anordnung wurde in eine Überdruckvorrichtung eingesetzt und in derselben Weise wie beim Beispiel 1 gesintert

Der gesinterte Preßkörper wurde geschnitten und die Schnittfläche geprüft, wobei sich herausstellte, daß ein gesinterter Preßkörper mit einer Dicke von 1 mm mit ultrafeinen Diamantkörnern über eine 50μηι dicke Schicht aus Molybdäncarbid mit der Sintercarbidscheibe im Eingriff steht. Die Struktur des gesinterten Diamantteils ist in der Mikrofotografie von F i g. 10 gezeigt.

Schneidwerkzeuge wurden aus cbm gesinterten Preßkörper der Erfindung und aus einem im Handel erhältlichen gesinterten Preßkörper hergestellt, bei dem die Korngröße des Diamant 3 bis ΙΟμίη beträgt Eine aus einer Al-18% Si-Legierung bestehende runde Stange mit Längsschlitzen wurde durch das Schneidwerkzeug bei einer Schnittgeschwindigkeit von 500 m/min einer Schnittiefe von 0,13 mm und einem Vorschub von 0,05 mm/Umdrehung geschnitten.

Nach einem 30 Minuten langen Schneiden durch das Werkzeug der Erfindung betrug die Verschleißtiefe an der vorderen Schneidfläche (Flanke) 0,15 mm, was normal ist, während das aus dem im Handel erhältlichen Preßkörper hergestellte Schneidwerkzeug nach einem 30 Minuten langen Schneiden an der vorderen Schneidfläche 0,5 mm breite Scharten aufwies.

Die bearbeitete Oberfläche eines durch das Werkzeug der Erfindung geschnittenen Werkstücks hatte eine Rauhigkeit von maximal 1,6 μίτι im Anfangszustand des Schneidens, während die von dem im Handel erhältlichen Preßkörper geschnittene Oberfläche eine Rauhigkeit von maximal 2,6 μπι hatte.

Beispiel 3

Es wurden zwei Arten von Pulvern bereitet durch Pulverisieren eines Diamantpulvers mit einer Korngröße von 3—6 μπι, während 5 bzw. 25 Stunden in derselben Weise wie bei Beispiel 1. Die erstere Probe enthielt 32,1 Gew.-o/o an WC-7% Co-Sintercarbid und etwa 90Vol.-% an Diamant. Die letztere enthielt 68,5Gew.-% an Sintercarbid und 40Vöi.-% an Diamant

Beide Pulvergemische wurden in derselben Weise wie bei Beispiel 1 gesintert zur Erzielung von gesinterten Preßkörpern mit einem Durchmesser von 3 mm und einer Dicke von 1,5 mm. Als Ergebnis der Prüfung wurde festgestellt, daß beide Preßkörper aus Diamant- und WC-Körnern von unter 1 μπι bestehen. Die Preßkörper wurden zu Ziehsteinen mit einem Loch von 0,5 mm Durchmesser geformt. Ein ähnlicher Ziehstein wurde aus einem im Handel erhältlichen Preßkörper mit gröberen Diamantkörnern von etwa 60 μπι bereitet

Als zu ziehendes Material wurde Aluminiumdraht verwendet, wobei die Ziehkraft jedes Ziehsteins unter Verwendung eines Spindelöls als Schmiermittel gemessen wurde. Der Ziehstein aus dem im Handel erhältlichen Preßkörper hatte eine Ziehkraft von 1510 bar, während der 90 Vol.-% Diamant enthaltende Ziehstein nach der Erfindung den kleineren Wert 1210 bar hatte (wobei der andere Ziehstein der Erfindung 1380 bar hatte). Ferner wurden die Oberflächen der gezogenen Drähte miteinander verglichen. Die durch die Ziehstei ne der Erfindung gezogenen Drähte hatten weniger Kratzer als die durch den Ziehstein des im Handel erhältlichen Preßkörpers gezogenen. Insbesondere hatten die durch den Ziehstein der Erfindung mit der größeren Diamantmenge gezogenen Drähte weniger Oberflä chenkratzer.

Beispiel 4

4 g Diamantpulver von Beispiel 1 versetzt mit 1 g TaC-Pulver mit einer Korngröße von 3 μπι wurden un ter Verwendung von Kugeln und einem Behälter aus einer (Mo₇W₃)C-10% Co-5% Ni-Legierung 20 Stunden lang pulverisiert Nach dem Kugelmahlen wog das Pulver 15 g. Ein beigemischter Metallbestandteil wurde in derselben Weise wie beim Beispiel 2 entfernt. Das PuI- vergemisch enthielt auf der Basis von Volumen-% 65% an Diamant, 32% an (Mo₇W₃)C und 3% an TaC

Das Pulvergemisch wurde in derselben Weise wie beim Beispiel 2 unter 55 kbar bei 1450° C zehn Minuten lang gesintert zur Erzielung eines gesinterten Preßkör pers, der über die Molybdäncarbidschicht an eine Sin tercarbidscheibe gebunden ist Der erhaltene Preßkörper war eine ultrafeine Legierung mit gleichmäßiger Struktur, bestehend aus feinen Diamantkörnern mit einer Körnung von unter 1 μπι, aus (Mo₇W₃)C mit einer Körnung von unter 1 μίτι und aus einer geringen Menge an TaC.

Beispiel 5

5 g Diamantpulver mit einer Korngröße von 2—6 μπι wurden unter Verwendung von WC-8,1% Co-Sintercarbidkugeln mit -behälter 72 Stunden lang pulverisiert Das erhaltene Pulver wog 36,8 g durch die Zunahme von 31,8 g feinem Sinterkarbidpulver, das während des Kugelmahlens von den Kugeln und vom Behälter abgerieben wurde.

Die Analyse des Pulvergemischs ergab einen Gehalt von 40 Vol.-% an Diamant, 51,7 Vol.-% an WC und 8,1 Vol.-% an Co. Nach der Wärmebehandlung des Ge mischs zur Entgasung in derselben Weise wie bei Bei spiel 1 wurde das Pulvergemisch unter 55 kbar bei 1400° C durch eine Überdruckvorrichtung in derselben Weise wie bei Beispiel 2 zehn Minuten lang gesintert Der erhaltene Preßkörper wurde durch ein Mikro skop geprüft, wobei gefunden wurde, daß sich Diamant- kömer mit einer Korngröße von unter 1 μΐη gleichmäßig in der Struktur verteilen, und daß WC-Körner im Bindemittel aus der WC-Co-Legierung eine Korngröße von unter 0,5 μηι hatten. Die Vickershärte des Preßkör pers betrug 330 kbar.

Der Preßkörper wurde geschnitten und zur Bildung eines Schneidwerkzeugs auf einen Stahlschaft hartgelötet Zum Vergleich wurden Schneidwerkzeuge derselben Gestalt bereitet unter Verwendung eines aus einem Einzelkristall bestehenden Rohdiamanten und eines im Handel erhältlichen gesinterten Preßkörpers mit Diamantkörnern von 3 bis 10 μπι. Ein aus einer Al-Si-Legierung bestehender Motorkolben wurde bei einer Schnittgeschwindigkeit von 250 m/min, einer Schnittiefe von 0,2 mm/ und einem Vorschub von 0,15 mm/Umdrehung geschnitten. Das aus dem Preßkörper der Erfindung hergestellte Schneidwerkzeug hatte eine Leistungsfähigkeit, die hinsichtlich der Oberflächenrauhigkeit und

der Abmessungsgenauigkeit derjenigen eines Schneidwerkzeuges äquivalent war, das aus Rohdiamant hergestellt war. Ferner wurden vom Schneidwerkzeug der Erfindung bis zum Ablauf der Werkzeugstandzeit 3600 Stücke geschnitten, während durch das Schneidwerkzeug aus dem Rohdiamanten aufgrund der Schartenbiidung an der Schneide 1800 Stücke geschnitten wurden. Andererseits hatte die Schneide des im Handel erhältlichen gesinterten Preßkörpers beim anfänglichen Schneiden keine Schärfe und konnte beim tatsächlichen Gebrauch nicht verwendet werden, da die bearbeitete Oberfläche zu rauh war.

Beispiel 6

Zur Prüfung der den Preßkörper der Erfindung kennzeichnenden Schleifbarkeit wurden hinsichtlich der Beziehung zwischen der Werkzeugstandzeit und -zusammensetzung verschiedene Preßkörper durch Verändern der Korngröße des Diamantpulvers und dessen Menge bereitet. Es wurden zwei Arten von gesinterten Preßkörpern bereitet, von denen die eine eine Korngröße von etwa 6 μιη und die andere von unter 1 μιη hatte, wobei jeder Preßkörper unterschiedliche Mengen an Diamant enthielt Dies erfolgte durch Einstellen einer Korngröße des Diamantpulvermaterials, der Menge hiervon vor dem Einsetzen in einen Kugelmühlenbehälter, der Anzahl der Sintercarbidkugeln und einer Zeit für das Kugelmahlen. Als Bindemittel wurde nur eine WC-8% Co-Legierung verwendet

Die Sinterbedingungen waren dieselben wie bei Beispiel 5.

Die Schleifbarkeit wurde hinsichtlich jedes gesinterten Preßkörpers mit einem Durchmesser von 10 mm bei unterschiedlicher Korngröße und unterschiedlichem Diamantgehalt geprüft

Die zum Schleifen des Preßkörpers um 0,1 mm in Richtung der Dicke benötigte Zeit wurde gemessen unter Verwendung einer an einer Flächenschleifmaschine befestigten Diamantschleifscheibe bei einer Scheibenflächengeschwindigkeit von 1700 m/min und einer Schleiftiefe von 0,002 mm/Durchgang. F i g. 11 zeigt die Ergebnisse. Im Diagramm isf das nicht ausgefüllte Dreieck der im Handel erhältliche Preßkörper, sind die ausgefüllten Kreise die Preßkörper mit Diamantkörnern von einer Korngröße unter 1 μπι und sind die nicht ausgefüllten Kreise der zum Vergleich verwendete Preßkörper mit Diamantkörnern mit einer Korngröße von etwa 6 μπι. Die Zeit ist durch die relative Zeit dargestellt, wenn die zum Schleifen des im Handel erhältlieher. Preßkörpers urn 0,1 rnrn erforderliche Zeit als 100 betrachtet wird. Wie ersichtlich, wurde die Schleifbarkeit der Preßkörper der Erfindung merklich verbessert.

F i g. 12 zeigt die Ergebnisse der Schneidzeit die zum Erreichen einer gegebenen Verschleißtiefe erforderlich ist und zwar bei Verwendung der Schneidwerkzeuge aus den selben Preßkörpern, wie in F i g. 11 beim Schneiden einer Al-13% Si-Legierung. je kleiner die Diamantmenge in den Preßkörpern ist umso kürzer ist offensichtlich die Werkzeugstandzeit Wie bei der Betrachtung von F i g. 11 angegeben, zeigt jedoch der gesinterte Preßkörper der Erfindung mit Diamantkömern mit einer Korngröße von unter 1 μιη eine bessere Schleifbarkeit und auch einen besseren Verschleißwiderstand bei Verwendung als Schneidwerkzeug, verglichen mit den gesinterten Preßkörpern mit gröberen Diamantkömern.

Wenn der gesinterte Preßkörper der Erfindung weniger als 70 Vol.-% an Diamant enthält, ist die Schleifbarkeit gemäß F i g. 11 merklich besser. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Diamantkörner in der Struktur des Preßkörpers nicht miteinander in Berührung stehen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gesinterter Preßkörper für Schneidwerkzeuge aus 95 bis 20 VoL-% eines feinkörnigen Hartstoffs und einer Restmenge an Bindemittel aus einem oder mehreren feinkörnigen Carbiden oder Sintercarbiden aus Metallen der IV. bis VI. Nebengruppe des periodischen Systems, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel aus 50 bis 100 VoL-% eines Carbids oder Sintercarbids aus der Gruppe WC und (MoW)C und einem Carbid oder Sintercarbid aus der Gruppe TiC, ZrC, HfC, TaC und NbC als Restanteil besteht, daß der Hartstoff Diamant ist, und daß Diamanten und Bindemittel eine Korngröße von unter 1 μπι haben.

2. Preßkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Diamantanteil 70 bis 30Vol.-°/o beträgt und daß das Bindemittel aus einem Carbid aus der Gruppe WC und (MoW)C besteht

3. Verfahren zur Herstellung des Preßkörpers nach Anspruch 1 oder 2 durch Heißpressen und Sintern des feingemahlenen Gemisches der Komponenten, gekennzeichnet durch das Mahlen von Diamantpulver bis zu einer Korngröße von unter 1 μπι unter Verwendung von Sintercarbid-Kugeln und eines Behälters mit einer Sintercarbid-Auskleidung, wobei das Sintercarbid aus der Gruppe WC-Sintercarbid und (MoW)C-Sintercarbid ausgewählt wird, durch Mischen des Diamantpulvers mit dem von den Kugeln und dem Behälter abgeriebenen Sintercarbidpulver, das auch zu einer Korngröße von unter 1 μπι pulverisiert wird, bis ein Pulvergemisch erzeugt ist, das aus 95 bis 20 Vol.-% Diamantpulver und dem abgeriebenen Sintercarbidpulver als Restmenge besteht, wonach das Pulvergemisch im Vakuum bei einer Temperatur von über 300° C entgast wird, worauf das Heißpressen des Puivergemischs unter einem Druck und bei einer Temperatur im stabilen Bereich von Diamant erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Hinzufügen eines Sintercarbid-Pulvers aus der Gruppe WC-Sintercarbid und (MoW)C-Sintercarbid zum Diamantpulver vor dem Mahlen.

5. Verfahren nach Anspruchs gekennzeichnet durch Hinzufügen eines Carbidpulvers der Gruppe von WC- und (MoW)C zum Diamantpulver vor dem Pulverisieren.

6. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Kaltpressen des Puivergemischs vor dem Entgasen.