DE2901871A1

DE2901871A1 - Hartmetallverschleissteil und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2901871A1
Application number: DE19792901871
Authority: DE
Inventors: Wilfried Dr Mader; Friedrich Dipl Ing Zeman
Original assignee: Vereinigte Edelstahlwerke AG
Current assignee: Vereinigte Edelstahlwerke AG
Priority date: 1978-01-30
Filing date: 1979-01-18
Publication date: 1979-08-02
Also published as: JPS54110989A; ATA62178A; SE7900134L; FR2415668A1

Description

PATENTANWÄLTE DIPU-INC, WCLF D. OEDEKOVEN __

.-CMcM. cn. ο. D-iKüGnuBErt / y U I O / I

8 0 0 0 M Ü U C 11 e N 2 Telefon 089-221273

18. Januar 1979 2/Ha

Vereinigte Edelstahlwerke Aktiengesellschaft (VEW)

Wien, Österreich

Hartmetallverschleißteil und Verfahren zu seiner Herstellung

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Die Erfindung betrifft einen Hartmetallverschleißteil, insbesondere für Werkzeuge, mit einem auf einem Hartmetall-Grundkörper aus Verbindungen des Titans mit Kohlenstoff und Stickstoff aufgebauten Überzug sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Hartmetallverschleißteile·

Hartmetallteile werden sowohl zur spanenden als auch zur spanlosen Formgebung eingesetzt. Um die Lebensdauer solcher Teile zu erhöhen, können diese gemäß der OE-PS 318 934 mit einer Überzugsschicht versehen werden, die aus einem Nitrid oder Karbonitrid der Metalle der Gruppen IVa bis VIa des periodischen Systems der Elemente - vorzugsweise des Titans besteht. Die Nitride oder Karbonitride wurden dabei ebenso wie die schon früher bekannten Karbide durch thermische Zersetzung eines metallhalogenidbeladenen Gasgemisches auf der Oberfläche des Hartmetallteiles abgeschieden. Überzüge auf Nitrid- oder Karbonitridbasis sollten einen höheren Widerstand gegen Kolkung und damit eine verbesserte Standzeit von Hartmetall-Schneidplatten bewirken.

Die OE-PS 312 952 geht davon aus, daß infolge eines unterschiedlichen Mechanismus von Kolk- und Freiflächenverschleiß die Beschichtung von Hartmetallteilen "nur mit Titannitrid oder Titankarbonitrid in der Praxis nicht zu optimalen Ergebnissen führt. Aus diesem Grund werden gemäß der OE-PS 312 952 Hartmetallteile mit einem aus Verbindungen des Titans mit Kohlenstoff und Stickstoff bestehenden Überzug in der Weise versehen, daß in der Nahe des Grundkörpers der Gehalt an Kohlenstoff und in der Nähe der freien Oberfläche der Gehalt an Stickstoff am größten ist.

Dieser strukturelle Aufbau der Hartstoffschicht hat jedoch den Nachteil, daß die bei der Titankarbidbildung an der Oberfläche des Grundkörpers auftretende Etaphasenschicht zu einer Versprödung des Überzuges führt.

Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Schwierigkeit und stellt sich die Aufgabe, einen Hartmetallverschleißteil mit einem auf einem Hartmetall-Grundkörper aus Verbindun-

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gen des Titans mit Kohlenstoff und Stickstoff aufgebauten Überzug zu schaffen, der eine verbesserte Beständigkeit sowohl gegenüber Kolk- als auch Freiflächenverschleiß sowie eine gegenüber den bekannten Überzügen erhöhte Zähigkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Überzug in der Nähe des Grundkörpers den höchsten Gehalt an Stickstoff und in der Nähe der freien Oberfläche den höchsten Gehalt an Kohlenstoff aufweist.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem Grundkörper und dem aus Titannitrid und Titankarbid bestehenden Überzug eine Übergangsschicht bzw. Grenzschicht aus Titankarbonitrid vorhanden.

Die Erfindung umfaßt des weiteren ein Verfahren zur Herstellung der beschriebenen Hartmetallverschleißteile durch Abscheiden von Titanverbindungen auf einen Hartmetall-Grundkörper aus der Gasphase. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine kohlenwasserstofffreie Stickstoff-Titanhalogenid-Wasserstoff-Mischung auf den Grundkörper zur Einwirkung gebracht wird, wobei an der Grenzfläche unter Bildung von Titankarbonitrid Kohlenstoff aus der Hartmetalloberfläche entnommen wird, sodann unter weiterer Einwirkung der Stickstoff-Titanhalogenid-Wasserstoff-Mischung Nitride auf der Karbonitridschicht abgelagert werden, und schließlich eine Kohlenwasserstoff-Titanhalogenid-Wasserstoff-Mischung zur Einwirkung gebracht wird, wobei eine äußere, aus reinem Titankarbid bestehende Schicht abgelagert wird.

Vorteilhaft geht man in der Weise vor, daß in der Titanhalogenid enthaltenden Gasmischung Stickstoff allmählich durch Kohlenwasserstoff, insbesondere durch Methan, ersetzt wird.

Als erste Schicht bildet sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Titankarbonitridschicht, indem Kohlenstoff aus der Oberfläche des Hartmetall-Grundkörpers in die sich abscheidende Nitridschicht diffundiert, ohne daß eine die Zähigkeit der Beschichtung ,negativ beeinflussende Etaphasenschicht entsteht. Gleichzeitig wird die Haftung verbessert.

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Durch weitere Einwirkung des Stickstoff-Titanhalogenid-Wasserstoff-Gemisches wird weiteres Titannitrid niedergeschlagen, und schließlich wird durch Ersatz des Stickstoffs durch Kohlenwasserstoff, insbesondere Methan, eine äußere Schicht Titankarbid abgeschieden.

In der Überzugschicht verläuft der Zähigkeitsabfall gleichmäßig über die Titannitridschicht zur Titankarbidschicht, während die Verschleißfestigkeit in vorteilhafter Weise gegenüber einem direkt mit Titankarbid beschichteten Hartmetallteil kontinuierlich zunimmt. Wird daher ein Werkstück mit einem erfindungsgemäßen Hartmetallverschleißteil zerspant, so wird der Spandruck durch Titankarbid - die härteste der Schichten - aufgefangen, pflanzt sich durch die etwas zähere Titannitridschicht fort und wird sodann auf den noch zäheren Hartmetall-Grundkörper übertragen. Auf diese Weise kommt der Titannitrid-Zwischenschicht eine Dämpfungsfunktion zu, welche die Kolkung der harten Außenschicht vermindert. Gleichzeitig bietet aber das Titankarbid infolge seiner Härte den besten Widerstand gegen Freiflächenverschleiß. So wird durch den beschriebenen Aufbau der Schichten eine optimale Leistung und Standfestigkeit speziell bei der Zerspanung von Werkstücken aus niedrig- und unlegierten Stählen erreicht.

Durch das folgende Beispiel wird die Herstellung eines erfindungsgemäßen Hartmetallverschleißteiles näher erläutert:

Nach dem Einbringen der zu beschichtenden Hartmetallteile in den Ofen wird die Luft aus diesem durch Spülen mit einem getrockneten Gasstrom aus Stickstoff und Wasserstoff, welcher in einem mit TiCl. gefüllten Sättigungsgefäß mit dem Titanchlorid beladen wurde, verdrängt. Anschließend wird die Temperatur auf 900° C erhöht und die Durchflußgeschwindigkeit des Wasserstoffes bei Normaldruck auf 250 l/h, die des Stickstoffes auf 950 l/h eingestellt. Diese Bedingungen werden vier Stunden lang aufrechterhalten, das Gasgemisch wird vor dem Durchleiten mit Titantetrachlorid gesättigt. Hierauf wird die Temperatur weiter auf 1010° C gesteigert und der Stickstoff allmählich durch Methan ersetzt, bis ein titantetrachlorid-gesättigtes Gasgemisch aus Wasserstoff und Methan die Anlage unter einem

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Druck von 8 kPa durchströmt, was einen Zeitraum von 2 Stunden in Anspruch nimmt. Die Durchsatzmenge an Wasserstoff beträgt 330 l/h und an Methan 15 l/h. Die Verweilzeit der Hartmetallteile ab Beginn der Beschichtung mit reinem Titankarbid beträgt 5 Stunden.

Die auf diese Weise auf die Hartmetall-Grundkörper aufgebrachte Schicht ist insgesamt 7 um stark. Die metallographische Untersuchung des Überzuges zeigt eine 2 um starke Titannitrid-Schicht, die in eine Schicht von 1 pm Titankarbonitrid und diese wieder in eine 4 um starke Titankarbid-Schicht übergeht.

Durch die erfindungsgemäße Beschichtung war beim Zerspanen eine Erhöhung der Leistung um etwa 50 % gegenüber Wendeschneidplatten, die nur mit Titankarbid oder mit Titannitrid beschichtet waren, bei gleichzeitig geringerer Ausbruchsneigung gegeben.

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Claims

Patentansprüche :

Hartmetallverschleißteil, insbesondere für Werkzeuge, mit einem auf einem Hartmetall-Grundkörper aus Verbindungen des Titans mit Kohlenstoff und Stickstoff aufgebauten Überzug, dadurch gekennzeichnet, daß der überzug in der Nähe des Grundkörpers den höchsten Gehalt an Stickstoff und in der Nähe der freien Oberfläche den höchsten Gehalt an Kohlenstoff aufweint-..
2. Hartmet a] Ivor i-chio ißtoi I η,τ-h Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,· daß zwischen dem Grundkörper und dem aus Titannitrid und Titankarbid bestehenden Überzug eine Übergangsschicht bzw. Grenzschicht aus Titankarbonitrid .vorhanden ist.
3. Verfahren zur Herstellung eines Hartmetallverschleißteiles nach Anspruch 1 durch Abscheiden von Titanverbindungen auf einem Ilartmetall-Grundkörper aus der Gasphase, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst eine kohlenwasserstofffreie Stickstoff-Titanhalogenid-Wasserstoff-Mischung auf den Grundkörper zur Einwirkung gebracht wird, wobei an der Grenzfläche unter Bildung von Titankarbonitrid Kohlenstoff aus der Hartmetalloberfläche entnommen wird, sodann unter weiterer Einwirkung der Stickstoff-Titanhalogenid-Wasserstoff-Mischung Nitride auf der Karbonitridschicht abgelagert werden, und schließlich eine Kohlenwasserstoff-Titanhalogenid-Wasserstoff-Mischung zur Einwirkung gebracht wird, wobei eine äußere, aus reinem Titankarbid bestehende Schicht abgelagert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Titanhalogenid enthaltenden Gasmischung Stickstoff allmählich durch Kohlenwasserstoff, insbesondere durch Methan, ersetzt wird.

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