DE2842363A1

DE2842363A1 - Hartmetallkoerper

Info

Publication number: DE2842363A1
Application number: DE19782842363
Authority: DE
Inventors: Leif Sixten Lindholm; Jan Nils Lindstroem
Original assignee: Sandvik AB
Current assignee: Sandvik AB
Priority date: 1977-09-28
Filing date: 1978-09-28
Publication date: 1979-04-05
Also published as: IT1099630B; GB2005311A; IT7828207A0; FR2404681B1; SE7710826L; FR2404681A1; US4236926A; GB2005311B; JPS5461019A; SE415199B

Description

Firma SANDVIK AKTIEBOLAG, Fack, S-811 01 Sandviken 1, Schweden

Hartmetallkörper

Die Erfindung betrifft einen gesinterten Hartmetallkörper mit wesentlich erhöhter Verschleißfestigkeit, die durch Boronisierung des Hartmetalls erhalten ist.

Gesinterte Hartmetallkörper aus wenigstens einem Karbid neben Bindermetall haben eine vielseitige Anwendung in der Industrie. Sie werden z.B. zum Schneiden oder für Einzelteile verwendet, die einem starken Verschleiß ausgesetzt sind. Ein großer Verschleißwiderstand ist selbstverständlich eine wichtige Eigenschaft in vielen dieser Anwendungen.

Es ist bekannt, daß Diffusionszonen von Bor oder dünne Schichten aus Boriden, Karbiden oder Nitriden auf Hartmetall die Oberflächenhärte eines Einzelteils beträchtlich vergrößern. Auch Diamantpulver oder kubisches Bornitrid, möglicherweise zusammen mit einer aus Kobalt, Nickel, Titan oder anderen Metallen bestehenden Binderphase, sind als Schichten auf Hartmetall oder als homogene Körper verwendet worden.

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Die erwähnten Körper sind insbesondere für solche Anwendungen entwickelt worden, die eine hohe Verschleißfestigkeit fordern. In diesen Anwendungen blättern die aufgebrachten Schichten verhältnismäßig oft ab (oder sie splittern, wenn sie dick sind), und zwar aufgrund mechanischer Spannungen. Ferner können die verbesserten Hochtemperatureigenschaften (wie chemische Stabilität, Öxidationseigenschaften) der Borid- Karbid- oder Nitridschichten im Vergleich zu unbehandeltem Hartmetall nicht ausgenutzt werden, wenn die Arbeitstemperatur unter etwa 600° C liegt, was bei Anwendungen außerhalb des Bereiches der spanabhebenden Metallbearbeitung oft der Fall ist. Produkte, die Diamant- oder kubisches Bornitrid in Form von Schichten oder als feste Körper enthalten, sind ausschließlich Materialien, die aufgrund der angewendeten Verfahren hohe Herstellungskosten besitzen.

In den bisher bekannten Produkten mit Diffusionszonen aus Bor in Hartmetall haben die boronisierten Zonen eine ungenügende Qualität und eine unzufriedenstellende Dicke. Oft ist die Oberflächenzone so dünn gewesen, daß sie aufgrund der Abnutzung frühzeitig durchgebrochen ist. Das bedeutet, daß die erhöhte Verschleißfestigkeit der Oberflächenzone nicht vollständig ausgenutzt ist. Außerdem bedeuten dicke Oberflächenzonen, daß Arbeitsvorgänge, wie Polieren, Schleifen, Läppen usw. nach dem Boronisieren durchgeführt werden können.

Beim Boronisieren von Hartmetall sind Verfahren angewendet worden, die normalerweise für das Boronisieren von Stahl angewendet worden sind, was bedeutet, daß der Prozeß nicht so gut kontrolliert worden ist, wie es für das Boronisieren von mehrphasigen Materialien, wie Hartmetall, erforderlich ist. Außerdem ist die

Qualität des Hartmetalls für den Boronisiervorgang nicht optimal gewesen.

Materialien, die Bor enthalten und als Bor-Donatoren beim Boronisieren verwendet werden, sind in allen drei Aggregatzuständen vorhanden. Bei Stahl sind gute Ergebnisse erzielt worden durch Pakkungsverfahren unter Verwendung von gepulverten Borverbindungen oder -phasen zusammen mit z.B. Aluminiumoxidpulver und möglichen "Aktivatoren".Sehr geringe Fortschritte sind aber erzielt worden mit Verfahren, welche die flüssigen Phasen ausnutzen (Salzschmelzen) , möglicherweise unter Verwendung der Elektrolyse. Die hohe Viskosität solcher Phasen bedeutet, daß die Prozeßbedingungen schwer zu kontrollieren gewesen sind.

Außerdem ist es nicht möglich gewesen, das Gasboronisieren, das das beste Verfahren ist, das die besten Kontrollbedingungen bietet, in bester Weise anzuwenden. So ist es oft nicht möglich gewesen, eine zu heftige Boronisierung zu vermeiden, was unter anderem eine beträchtliche Versprödung der boronisierten Oberflächenzone und die Anwesenheit von freiem Bor auf der Hartmetalloberfläche bedeutet. Es sind auch zu dünne Zonen erhalten worden. Der Grund ist, daß nur zwei Gruppen von gasförmigen Borverbindungen bekannt sind, wie die Borane und die Bortrihalogenide, von denen die Borane sehr giftig und teuer sind, während man bei der Verwendung von Bortrihalogeniden angenommen hat, daß sie zu einer starken Korrosion des Substrates führen.

Gemäß der Erfindung ist nun aber überraschenderweise festgestellt worden,daß ausgezeichnete Ergebnisse beim Boronisieren

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von Hartmetall erreicht werden können, wenn die Zusammensetzung und die Struktur des Hartmetalls in gewisser Weise eingestellt oder optimiert werden.

Das bevorzugt als zu boronisierendes Material verwendete Hartmetall enthält neben Binde-metall ein Karbid als Hauptkomponente. Die Karbide sollen WC sein zusammen mit geringen Zusätzen kubischer Karbide, wie VC, TiC, TaC, Mo₃C; ZrC, NbC und/oder Cr₃C₃. Das Bindemetall besteht hauptsächlich aus Kobalt oder Nickel oder Mischungen aus diesen Metallen. Der Gehalt an Bindephase kann zwischen 6 bis 40 Vol.-% variieren, jedoch ist ein Gehalt von 8 bis 20 Vol.-% erwünscht.

Der Gehalt beträgt vorzugsweise mehr als 15 Vol.-%. Für die Erzielung eines günstigen Ergebnisses gemäß der Erfindung ist es wichtig, daß die mittlere Korngröße der WC-Körner zwischen 0,2 bis 1,5 um und vorzugsweise zwischen 0,2 bis 1 μΐη liegt. Zweckmäßig sollte die mittlere Korngröße höchstens 0,8 pm betragen, d.h. es soll sich um eine sehr feinkörnige Hartmetallqualität handeln.

Der Hauptzweck der zusätzlichen Karbide (VC,TiC, TaC, NbC, ZrC, Mo_C und/oder Cr^C₃) besteht darin, die mittlere Korngröße des die Hauptkomponente darstellenden Karbides zu reduzieren. Da diese in Co gelösten zusätzlichen Karbide auf das Wachsen der Boronisierungszone eine verhindernde bzw. verzögernde Wirkung haben, sollten sie jedoch auf einem möglichst niedrigen Gehalt gehalten werden. Es hat sich gezeigt, daß der Gehalt an zusätzlichen Karbiden höchstens 1/2, vorzugsweise höchstens 1/4, des Bindephasen-Kontaktes sein soll, wenn die Gehalte in Volumenprozent angegeben sind. Es ist aber überraschend, daß gute Ergebnisse mit Hartmetall er-

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halten worden sind, das eine so geringe Korngröße aufweist, daß Zusätze, welche den eigentlichen Boronisierungsprozeß verhindern oder verzögern, in ihrer Eigenschaft als Wachstumsverhinderer der Karbidkörner zu benutzen sind. Die Gehalte an zusätzlichen Karbiden sollten wenigstens 0,1% und vorzugsweise wenigstens 0,2% betragen. Gehalte von 0,3 bis 5,0% und oft 0,4 bis 2,0% haben sich als geeignet erwiesen.

Eine typische Analyse eines verwendeten Hartmetalls ist:

Co	10_f0 Vol.-%
Ni	<0,20 Vol.-%
Fe	<0,20 Vol.-%
TiC, TaC, NbC	0,70 Vol.-%
WC	Rest

mittlere Korngröße von WC: 0,8 μπι

Die sorgfältig justierte mittlere Korngröße der Karbidphase, die eine Hauptkomponente des Hartmetallmaterials ist, ist erforderlich, um günstige Ergebnisse in dem Boronisiervorgang zu erhalten. Es hat sich gezeigt, daß bei verhältnismäßig hohen Temperaturen, wie sie normalerweise beim Boronisieren verwendet werden, noch eine Korngrenzendiffusion und nicht die Massendiffusion (Bulk diffusion) stattfindet, welche die Geschwindigkeit des Wachsens der boronisierten Zone bestimmt. Es ist auch festgestellt worden, daß das an sich bekannte Phänomen, daß eine abnehmende Karbid-Korngröße des Hartmetalls (bei ungeänderten anderen Strukturparametern) zu einem erhöhten Verschleißwiderstand führt, verstärkt wird, wenn es die Verschleißfestigkeit bzw. den Verschleißwiderstand der boronisierten Oberflächenzone betrifft.

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ι O

; Allgemein wird beim Boronisieren von Hartmetall die Festigkeit

ι des Materials -gemessen mit Hilfe der Biegefestigkeitsuntersuchung von Proben- verringert nachdem das Material boronisiert worden ist. Es ist nunmehr aber überraschend festgestellt worden, daß diese Abnahme am kleinsten ist, wenn die Testprobe aus feinkörniger Hartmetallqualität hergestellt ist und der Gehalt an Bindemetall, das ist normalerweise der Co-Gehalt, des Hartmetalles klein ist. Als Beispiel kann erwähnt werden, daß ein zehnfacher Anstieg der Verschleißfestigkeit erreicht worden ist, während gleichzeitig die Abnahme der Biegefestigkeit weniger als 10% betrug. Dies bedeutet normalerweise ein großer Anstieg der Lebensdauer oder eine große Verbesserung der Qualität des Hartmetalls.

Oberflächenzonendicken von 1 bis 100 μΐη, vorzugsweise 20 bis 80 μπι, • mit sehr guter Gleichförmigkeit, können mit guter Verfahrenswirtschaftlichkeit erhalten werden, wenn man von dem Hartmetall ausgeht, das in der vorhergehenden Beschreibung angegeben ist. Bei Zonentiefen über 100 μπι ist die Gefahr der Beschädigung der HartmetaJLlteile erhöht. Normalerweise sind Boronisierungszonen mit einer Dicke oberhalb 30 μπι hergestellt worden. Dies sind beträchtlich tiefere Zonen, als sie vorher möglich gewesen sind, ohne das Hartmetall zu beschädigen.

Boronisierte Hartmetallkörper gemäß der Erfindung werden im einzelnen in Anwendungen benutzt, in denen die Arbeitstemperatur unterhalb etwa 700° C liegt, oder in solchen Anwendungen, in denen nur leichte Dimensionsabweichungen aufgrund von Abnutzung toleriert werden können. Dies bedeutet unter anderem Körper oder Einsätze zum Schneiden bei niedrigen Temperaturen, z.B. für das Fräsen von Aluminiumlegierungen, und Verschleißteile, die nur gering-

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fügig abgenutzt sind.

Das genannte Boronisieren des Hartmetalls erfolgt zweckmäßig mit Hilfe der CVD-Technik (Chemical Vapor Deposition - Ablagerung aus der Dampfphaser), womit eine Behandlung des Hartmetallkörpers oder des Substrates bei erhöhter Temperatur in einem Reaktor oder einem Reaktionsgefäß durch eine Gasmischung gemeint ist, die Bortrihalogenit, Wasserstoff und möglicherweise ein inertes Gas enthält. Die Behandlung oder die Reaktion ist im wesentlichen eine Reduktion des Bortrihalogenids durch Wasserstoffgas. Falls Bortrichlorid verwendet wird, kann die Reaktion durch folgende Formel dargestellt werden.

2 BCl₃ + 3H₂ = 2B + 6 HCl

wobei B nicht notwendigerweise nur elementares B bedeutet. Aus der Reaktionsformel ergibt sich, daß das Gleichgewicht von Änderungen in der Konzentration von HCl stark beeinflußt wird.

Bei früher bekannten Verfahren zum Boronisieren von Hartmetall . ist festgestellt worden, daß die Ablagerung von Bor in den meisten Fällen zu schnell erfolgt ist und daß der Niederschlag von elementarem Bor in der Gasphase oder auf dem Hartmetall stattgefunden hat. Solche Beschichtungen, die normalerweise amorph sind, sind brüchig und besitzen eine wirklich unzufriedenstellende Oberfläche^ latte.

Bei Hartmetallkörpern gemäß der Erfindung ist den erwähnten Nachteilen entgegengewirkt worden, oder sie sind ausgeschaltet durch Anwendung einer hohen Konzentration an Wasserstoffhalogenid (z.B. HCl), wodurch es möglich gewesen ist, das Boronisierungspotential

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des Prozeß-Gases zu verringern, d.h. die Konzentration oder den Gehalt an Bortrihalogenid in dem Gas. Dieses Boronisieren ist auf einem Hartmetallsubstrat angewendet worden, das bezüglich seiner Zusammensetzung und seiner Struktur optimiert worden ist. Die erhöhte Konzentration an Wasserstoffhalogenid bewirkt aber eine Korrosion des Hartmetalls. Dieses weitere Problem ist gelöst worden durch Veränderung des "Boronisierungspotentials" des Prozeß-Gases während des tatsächlichen Verlaufes der Boronisierung. In einem ersten Schritt wird ein geringer Zusatz an Wasserstoffhalogenid angewendet, wenn die Möglichkeit des Substrates, Bor aufzunehmen, groß ist (das Vermögen, Bor aufzunehmen, nimmt ab mit erhöhten Gehalten an Bor in dem Substrat), und es wird eine dünne boronisierte Zone gebildet, welche das Hartmetall gegen weitere Korrosion schützt. Dies ermöglicht eine Erhöhung der Konzentration an Wasserstoffhalogenid in einem oder mehreren weiteren Schritten, was gemäß den obigen Darlegungen das "Boronisierungspotential" verringert und dazu beiträgt, eine überboronisierung zu vermeiden.

In dem Boronisierungsprozeß werden die Hartmetallkörper auf 750 bis 1 000° C erhitzt, jedoch hat sich üblicherweise eine Temperatur zwischen 850° C und 925° C als besonders geeignet erwiesen. Es ist festgestellt worden, daß bei der Behandlung des Hartmetallsubstrates bei hohen Temperaturen, das heißt oberhalb etwa 950° C, eine große Gefahr besteht, daß die Körper beschädigt werden. Risse werden oft in Ecken gebildet, und aus kinetischen Gründen kann eine unerwünschte Boroninsierung des Karbids durch Steuerung der Prozeßvariablen nicht ausreichend vermieden werden. Andererseits hat es sich als ungünstig herausgestellt, das Hartmetallsubstrat bei einer niedrigen Temperatur zu beschichten, d.h. unterhalb etwa 750° C. Der Hauptgrund ist der, daß das Wachsen der Boronisierzone

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so gering wird, daß die Länge der Prozeßzeit unannehmbar ist. Der Prozeß kann vorzugsweise bei Atmosphärendruck durchgeführt werden, jedoch sind Überdruck und unteratmosphärischer Druck unter gewissen Umständen angewendet worden.

Die günstigen Steuermöglichkeiten des Gas-Boronisierprozesses, die ausgezeichnete Reprodruktionsmöglichkeit und die Gleichförmigkeit der Zonendicke durch das gesamte Reaktionsgefäß und zwischen verschiedenen Boronisier-Fabrikationen haben dazu beigetragen, daß die Zonendicke sehr gut folgendermaßen beschrieben werden kann. Es ist aufgrund einer parabolischen Gleichung, die von dem Fick¹-schen zweiten Gesetz in üblicher Weise abgeleitet ist, für nicht stationäre Diffusionsverläufe in bezug auf die Zeit t und aufgrund einer Exponentialfunktion bezüglich der Zeit in dem für die Boronisierung verwendeten wirklichen Temperatürinterval1: Y²/t = exp (A + B)

wobei bedeuten: y = die Zonendicke (in ixm)

t = die Zeit (Stunden) T = die Temperatur (⁰K)

Bei Werten von A zwischen 20 bis 4 0 und von B zwischen 1 bis 3, ist die obige Gleichung gültig für diejenigen Hartmetallsubstrate, die mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens vorzugsweise boronisiert werden können.

In den folgenden Beispielen werden die Eigenschaften von Hartmetallkörpern gemäß der Erfindung näher erläutert. In den Beispielen werden Ergebnisse von Vergleichstests dargestellt, und es sind Prozeßbedingungen beschrieben, die für die Herstellung der Produkte

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angewendet worden sind.

Beispiel 1

Es wurden Hartmetallkörper, von denen einige eine Zusammensetzung gemäß der früher angegebenen Analyse hatten, während die übrigen eine Zusammensetzung gemäß der unten angegebenen Analyse hatten, durch einen Boronisierungsprozeß behandelt, der in Beispiel 3 näher beschrieben ist. (Die Temperatur betrug aber 850° C).

Co 10,0 Vol.-%

Ni <0,20 Vol.-%

Fe <0,20 Vol.-%

TiC <0,10 Vol.-%

TaC <0,10 Vol.-%

NbC <0,10 Vol.-%

WC Rest

WC Korngröße 3,9 um (Mittel)

Während der Behandlung erhielt die Boronisierungszone der Hartmetallkörper der erstgenannten Qualität (mit einer mittleren Korngröße von 0,8 um) eine mittlere Tiefe von 37 um, während die Körper der Qualität mit einer WC-Korngröße von 3,9 um eine mittlere Zonentiefe von nur 14 um erhielten, was unzufriedenstellend war.

Die Zonentiefe hatte eine Variation von - um durch die Charge (gemessen auf einem polierten Abschnitt in einem Metallmikroskop nach dem Ätzen mit Marbel¹ s-A'tzmittel) . Der Mittelwert und die Abweichung wurden an 10 Körpern von verschiedenen Höhen in der Charge gemessen, und zwar entsprechend "oben", "Mitte" und "Boden". Durch aufeinanderfolgendes Schleifen der boronisierten Oberflächenzone konnte eine Phasenanaylse durchgeführt werden, und zwar an verschiedenen Zonentiefen, mit Hilfe der Röntgenstrahlen-Diffraktion. Es wurde nachgewiesen, daß die boroninsierte Zone aus drei Unterzonen bestand. Auch die Härte wurde unter Verwendung eines Vicker-Diamanten und einer Belastung von 0,4 9 N gemessen.

Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle angegeben (angegeben

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Unterzone Nr. von der Ober fläche	Grenzen oder Unterzone μΐη
1	0-3
2	3-24
3	24-37
Substrat	_

nur für Produkte gemäß der Erfindung)

Phasen in der Härte (Mittel-Phasenanalyse wert)HV(0,49N)

WC, CoB, W₂B₅ 3200

WC, CoB, WCoB- 2700 Phasen

WC, W₀Co₀, B, 2600 WC, Co 17 00

Die boronisierten Körper wurden zusammen mit nicht boronisierten Körpern der gleichen Qualität auf Verschleiß getestet, und zwar nach einem Verfahren CCPA (Cemented Carbide Producers Association) P-112, in welchem der Hartmetallkörper gegen den Umfang einer sich drehenden Stahlscheibe gedrückt wird, die teilweise in einen Schlamm aus Aluiminiumoxid und Wasser hineinreichte. Der Verschleiß wurde nach 20 und 200 Umdrehungen für die verschiedenen Hartmetallkörper gemessen.

Hartmetallkörper boronisiert Verschleiß(mm³) 200 Umdrehungen mit WC-Korngröße 20 Umdrehungen

0,8 μια nein 1 ,25 12,30

0,8 μπι ja 0,04 0,38

3,9 μπι nein 7,70 75,40

3,9 μπι ja 1 ,20 68,50

Aus den Ergebnissen ist ersichtlich, daß die Hartmetallqualität mit der kleineren Korngröße eine beträchtlich bessere Verschleißfestigkeit hatte als die Qualität mit größerer Korngröße, insbesondere bei ausgedehnten Testzeiten.

Auch Festigkeitstests in Form von Richtungs-Festigkeits-Prüfung gemäß SIS 112618 wurden auf den boronisierten und den nichtboronisierten Körpern der gleichen Qualitäten durchgeführt, und es wurden auch 20 Körper pro Variante aetestet. Die folgenden Ergeb-

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nisse wurden erhalten:

Karbid-Korngröße boronisiert Festigkeit Relativwert

ÖBb (N/mm² )

0,8 nein 1660 1,0

0,8 ja 1570 0,95

3,9 nein 2150 1,0

3,9 ja 1525 0,71

Aus den Ergebnissen ist ersichtlich, daß die Abnahme der Festigkeit aufgrund der Boronisierung sehr gering war (5%) bei der feinkörnigen Hartmetallqualität, während die Abnahme beträchtlich war (30%) bei der grobkörnigen Qualität.

Beispiel 2

Hartmetall-Schneideinsätze in einer Qualität mit einer Zusammensetzung gemäß der früher angegebenen Analyse wurden entsprechend dem Beispiel 3 boronisiert. Die boronisierten Hartmetalleinsätze wurden zusammen mit unbehandelten Einsätzen der gleichen Qualität und auch mit Einsätzen, die aus einer 500 μπι dicken Schicht aus Diamant bestanden, die auf ein Hartmetallsubstrat mit 60 Vol.-% Co aufgebracht worden war, in einem Stirnfräsvorgang getestet.
Das geschnittene Material war ein Kokillenguß, enthaltend 88 Gew.-% Al und 12 Gew.-% Si.

Schnittdaten:	Hartmetall	Karbonisiertes	Diamant
Einsatzmaterial:		Hartmetall
Geschwindigkeit (m/s)	980	980	980
Schnitt-Tiefe (mm)	0,4	4	4
Vorschub (mm/Umdr.)	0,6	0,6	0,6
Zahl der Einzelteile	4.000	90.000	120.000

Die Zahl an Einzelheiten, die zu schneiden möglich waren, wurde durch die Abmessungstoleranzen und die Forderungen nach Oberflä-

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chenglätte des Barrens bestimmt. Wenn also der Einfluß der zerstörenden Erscheinung, wie die Flankenabnützung der Schneidkante zu groß geworden ist, können die gewünschten Abmessungstoleranzen und Oberflächenglätte nicht erreicht werden. Wenn die Flankenabnutzung usw. zu einer stumpfen Kante führen, nehmen auch die Verschleißkräfte beträchtlich zu (ungefähr 50%) . Wie sich aus den Ergebnissen zeigt, wurde ein großer Vorteil durch die Boronisierung erreicht. So zeigten die boronisierten Schneideinsätze etwa die gleiche Qualität bei dem Schneidvorgang wie die beträchtlich teureren Diamanteinsätze.

Beispiel 3

Hartmetallkörper (Düsen mit den Abmessungen 0y = 19,90 mm, 0i = 4,39 mm, Höhe = 27,5 mm und innere Oberf 1 ächenrauiigkeit Ra = 0,20) wurden aus Hartmetallqualität hergestellt, enthaltend 16,6 Vol.-% Co, 0,70 Vol.-% Cr₃C₃, Rest WC mit einer mittleren

Korngröße von WC = 0,6 μκι. In dem Boronisierungsprozeß wurden die Körper auf eine Temperatur von 910° C erhitzt, und zwar während einer Stunde in einer Gasmischung von 2% BCl- und Rest H₃.

Während dieser Periode des Boronisierungsvorgangs wurde eine boronisierte Zone erhalten, die gegen Korrosion schützte. Danach wurde dem Gas auch eine geringe Menge an HCl zugesetzt. Fünf Stunden später wurde der Gehalt an HCl um einige Prozent erhöht. Nach weiteren acht Stunden wurde der Ofen abgeschaltet und nur ein geringer Kühlstrom von H_? beibehalten.

Die boronisierten Hartmetallkörper hatten eine mittlere Oberflächenzonentiefe von 72 um. Die Oberflächenrauhigkeit der inneren Lochwandungen hatte sich aufgrund der Behandlung nicht geändert.

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Die Hartmetallkörper, d.h. die boronisierten Körper und auch die unbehandelten Körper, der obengenannten Qualität wurden in einer Anwendung getestet, in welcher eine Masse, die unter anderem 10 Gew.-% SiO₂-Teilchen, wobei 30% der Teilchen in dem Größenintervall von 44 bis 50 um lagen und 70% der Teilchen in dem Grössenintervall kleiner als 44 um lagen,enthielt, durch die Düse gepreßt wurde', wobei eine Relativgeschwindigkeit zwischen Düse und Masse von 14 bis 18 m/s aufrechterhalten wurde. Die zugelassene Abnutzung des inneren Durchmessers betrug 120 um. Es wurde ein mittlerer Lebensdaueranstieg von 1 700% für die boronisierten Körper erreicht, und zwar im Vergleich mit unbehandeltem Hartmetall.

Beispiel 4

Es wurden Hartmetallkörper durch den Boronisierungsprozeß gemäß Beispiel 3 behandelt (wobei die Temperatur jedoch 850° C betrug), wobei einige Hartmetallkörper eine Zusammensetzung gemäß der früher erwähnten Analyse hatten, während der Rest die unten angegebene Zusammensetzung aufwies:

Co 23,0 Vol.-%

Ni <0,20 Vol.-%

Fe <0,20 Vol.-%

TiC <0,10 Vol.-%

TaC <0,10 Vol.-%

NbC <0,10 Vol.-%

WC Rest

WC Korngröße 3,5 um (Mittel)

In dem Boronisierungsprozeß erhielten die Hartmetallkörper der erstgenannten Qualität (mit einer mittleren Korngröße von 0,8 um) eine mittlere Tiefe der boronisierten Zone von 37 um, während die Körper der gröberen und kobaltreichen Qualität nur eine mittlere Zonentiefe- von 12 um erhielten.

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Es wurden Festigkeitstests in der Form von Biegefestigkeitstests gemäß SIS 112618 durchgeführt, und zwar sowohl bei den boronisierten als auch bei den unbehandelten Körpern der gleichen Qualität. Es wurden pro Variante 20 Körper getestet. Dabei haben sich die folgenden Ergebnisse gezeigt:

Korngröße Co Vol.-% Gew.-% boronisiert Festigkeit Relativwert

Bb (N/mm²)

0,8	10	6	nein	1660	1,0
0,8	10	6	ja	1570	0,95
3,9	23	15	nein	2800	1,0
3,9	23	15	ja	1480	0,53

Aus den Ergebnissen ist ersichtlich, daß der erhöhte Gehalt an Co eine weitere Abnahme der Festigkeit (ungefähr 50%) in dem boronisierten Körper im Vergleich zu dem entsprechenden unbehandelten Material im Vergleich mit den Ergebnissen nach Beispiel 1 hervorgerufen hat. Dies ist äußerst bemerkenswert, da eine Erhöhung an Bindemetall in Hartmetall im allgemeinen einen Anstieg der Biegefestigkeit des Materials bewirkt.

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Claims

28. September 1978 A 18378 B/ib PATENTANSPRÜCHE

1. Gesinterter Hartmetallkörper aus wenigstens einem Karbid, wie z.B. Wolframkarbid, und einer Binderphase, die im wesentlichen aus Kobalt und/oder Nickel besteht, wobei der Hartmetallkörper mit einer boronisierten Oberflächenzone mit einer Dicke von 1 bis 100 μΐη, vorzugsweise 20 bis 80 um, versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Hartmetall kleine Zusätze an kubischen Karbiden, wie VC, TiC, TaC, Mo„C, ZrC, NbC und/oder Cr-C„ enthält, daß der Gehalt an Binderphase 6 bis 40%, vorzugsweise 8 bis 20%, des Volumen des Körpers enthält und daß die mittlere Korngröße des Wolframkarbides 0,2 bis 1,5 um, vorzugsweise 0,2 bis 1 ixm, beträgt.

2. Hartmetallkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Binderphase geringer als 15 Vol.-% ist.

3. Hartmetallkörper nach Anspruch 1 od er 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Korngröße des Wolframkarbides höchstens 0,8 um beträgt.

4. Hartmetallkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an zusätzlichem Karbid wenigstens

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(BLZ 70O304OO) KontoNr 25464Θ (BLZ 70O30600) Konto Nr 26t 3OO (BLZ 7OOIOO8O) Konto Nr 2Ο9Ο4 SOO

Telegrammadresse Patentsenior

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0,1%, vorzugsweise 0,2%, beträgt.

5. Hartmetallkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an zusätzlichem Karbid höchsten 1/2, vorzugsweise höchstens 1/4, des Gehaltes an Binderphase beträgt.

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