DE2923213B2

DE2923213B2 - Schneidplatte für die spanabhebende Bearbeitung und deren Herstellung

Info

Publication number: DE2923213B2
Application number: DE2923213A
Authority: DE
Inventors: Ulf Dr. 7066 Baltmannsweiler Dworak; Dipl.-Chem. Dr. Hans 7307 Aichwald Olapinski
Original assignee: Feldmuehle AG
Current assignee: Cerasiv GmbH Innovatives Keramik Engineering
Priority date: 1979-06-08
Filing date: 1979-06-08
Publication date: 1981-04-16
Also published as: GB2054418B; DE2923213A1; SE444930B; IT8012550A0; DE2923213C3; JPS596274B2; JPS565374A; FR2544711A1; GB2054418A; SE8004098L; IT1133425B; CH650485A5; US4331048A; FR2544711B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schneidplatte für die spanabhebende Bearbeitung von Werkstücken wie Wellen, Achsen usw. aus Metall, insbesondere von Einsatz- und Vergütungsstählen, — bevorzugt für den Einsatz bei Schnittgeschwindigkeiten > 500 m/min — bestehend aus bei hoher Temperatur gesintertem Aluminiumoxid mit Zusätzen von Zirkonoxid.

Bei der spanabhebenden Bearbeitung haben sich Schneidplatten auf der Basis von gesintertem Aluminiumoxid in den letzten Jahrzehnten in hervorragender Weise bewährt und einen immer stärker zunehmenden Anteil in der Palette der Schneidwerkstoffe gesichert, insbesondere bei Bearbeitungsvorgängen mit hohen Schnittgeschwindigkeiten und dadurch bedingt hohen Temperaturen. Trotz der hohen Härte und Verschleißfestigkeit von Schneidplatten aus Aluminiumoxid ist man jedoch bemüht, diesen Werkstoff weiter zu verbessern, da ihm eine gewisse Sprödigkeit eigen ist, auf Grund deren das Standvermögen der schneidenden Kanten der Schneidplatte nicht voll befriedigt.

Es skid deshalb bereits eine ganze Reihe von Vorschlägen gemacht worden, die verhältnismäßig spröden Schneidplatten auf der Basis von Aluminiumoxid durch Zusätze duktiler zu machen, d. h. ihre Bruchfestigkeit zu erhöhen. Solche Zusätze können einmal in Metallen bestehen und führen dann zu den sogenannten Cermets. Sehr bewährt haben sich auch Zusätze von Metallcarbiden, -nitriden und -boriden, wie beispielsweise Titancarbid, durch die insbesondere die Verschleißfestigkeit erhöht wird.

Ein älterer eigener, in der DE-AS 23 07 654 gemachter Vorschlag der Anmelderin schlägt als Schneidplattenwerkstoff Zirkonoxid vor — und zwar ein teilstabilisiertes Zirkonoxid mit einem kubischen Phasenanteil von 75—95%. In der DE-OS 27 41 295 ist diese Anregung erneut aufgegriffen und dahingehend abgewandelt worden, daß in eine Matrix aus «-Aluminiumoxid 0,5 bis 35 Gew.-% solchen teilstabilisierten Zirkonoxids eingelagert werden. Dadurch hat sich die Formstabilität solcher Schneidplatten bereits vergrö-Bern lassen. Durch den verhältnismäßig hohen Stabilisatorgehalt von 4 Gew.-% Calciumoxid wird aber die Warmfestigkeit dieser Schneidplatten so stark herabgesetzt, daß ihre Leistung bei hohen Schnittgeschwindigkeiten sogar unter der einer reinen Aluminiumoxidkeramik liegt.

Die Problematik, die hinsichtlich dieser mit Zusätzen versehenen Aluminiumoxid-Schneidkeramik besteht, liegt generell darin, daß bei zu geringen Mengen an Zusätzen der erwünschte Effekt, beispielsweise die Sprödigkeit zu verhindern, zu gering ist, bei größeren Zusatzmengen die Temperaturbelastbarkeit, wie sie durch hohe Schnittgeschwindigkeiten gegeben ist, wieder zurückgeht.

Die vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diesen Teufelskreis zu durchbrechen und eine Schneidplatte zu schaffen, deren Leistung deutlich erhöht ist, d. h. die eine höhere Standmenge ermöglicht, also eine größere Stückzahl pro Schneidplatte und

Zeiteinheit Ganz besonders tritt diese Notwendigkeit bei der Bearbeitung von Stahlteilen insbesondere aus Einsatz- und Vergütungsstählen wie Wellen, Achsen u. ä. zu bearbeitenden Werkstücken auf.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Schneidplatte für die spanabhebende Bearbeitung, die aus bei hohen Temperaturen gesintertem Aluminiumoxid mit Zusätzen von Zirkonoxid besteht, indem erfindungsgemäß bei dieser Schneidplatte nachfolgende Merkmale kombiniert sind: !0

a) die stoffliche Zusammensetzung aus
70—90Gew.-% Aluminiumoxid,
10—30 Gew. °/o Zirkonoxid,

0,1 —0,5 Gew.-% Magnesiumoxid,
wobei sonstige oxidische Verunreinigungen weniger als 0,6 Gew.-% ausmachen und
sich alle Anteile auf 100 ergänzen,

b) eine Porosität von weniger als 2%,

c) eine mittlere Korngröße < 1,7 μΐη,

d) eine Bruchzähigkeit K/_c bei Raumtemperatur von mindestens 190 N/mm³/² und von 140 N/mm³/² bei 1000° C,

gemessen an aus Schneidpiatten herausgeschnittenen prismatischen Stäbchen von 2,5 mm Breite, _,_ 3,5 mm Höhe und 12 mm Länge, versehen mit einem Sägeschnitt von 120 μΐη Breite, 0,8 + 0,1 mm Tiefe und einem Kerbradius zwischen 50 und 60μπι.

Sinterkörper mit einer Matrix aus den unterschied- η lichsten Materialien, darunter auch Aluminiumoxid und eingelagerten Teilchen aus unstabilisiertem Zirkonoxid sind an sich bekannt, beispielsweise aus der DE-OS 25 49 652 und dort für Gasturbinenelemente vorgeschlagen worden, bei denen es auf hohe Temperatur-Wechselbeständigkeit ankommt. Es war aber gänzlich überraschend, daß durch das Zusammenwirken aller beanspruchten Merkmale bei einer Schneidplatte Eigenschaften erhalten werden, die insbesondere in der Bearbeitung von Stahl eine wesentlich höhere Leistung ·»< > ermöglichen als alle bisher bekannten Schneidplatten und dies ganz besonders bei hohen Schnittgeschwindigkeiten, d. h. solchen von 500 m/min und mehr. Dies war insbesondere deshalb überraschend, weil bei Schneidplatten gänzlich anders geartete Beanspruchungen vorliegen als beispielsweise bei Gasturbinen und bei Schneidplatten insbesondere hoher Verschleiß sowie Kantenbelastungen auftreten und Wechselwirkungen zum bearbeiteten Werkstoff, die im allgemeinen durch erhebliche Zusätze duktilisierender Werkstoffe negativ so beeinflußt werden.

Es läßt sich z. Zt. im einzelnen noch nicht feststellen, welchem dieser Merkmale die größere Bedeutung zukommt. Von ganz erheblichem Einfluß ist, daß die einzelnen stofflichen Bestandteile jeweils in sehr reiner Form vorliegen und der Gehalt an Magnesiumoxid einen bestimmten Wert nicht überschreitet. Die geringen Mengen von 0,1 —0,5 Gew.-% Magnesiumoxid reichen aus, um in bekannter Weise ein ungezügeltes Kornwachstum zu verhindern. Andererseits liegt durch «ι die geringe Menge an Magnesiumoxid und die ganz geringen Mengen sonstiger oxidischer Verunreinigungen das dem Aluminiumoxid zugefügte Zirkonoxid im Ausgangsmaterial in seiner monoklinen Form vor. Beim Sintervorgang wandelt es sich in die tetragonale Phase ^hr> um, die als solche beim Abkühlen an sich reversibel in die monokline zurückverwandelt wird. Von erheblichem Einfluß ist wahrscheinlich die Tatsache, daß durch die verhältnismäßig geringe Korngröße von weniger als 1 μιτι, bevorzugt sogar weniger als 0,5 μιτι, die Umwandlung in die monokline Phase zurückgehalten wird und dadurch latent Spannungen in das Kristailgefüge eingebaut werden, die geeignet sind, einen großen Teil der Kräfte, die bei der spanabhebenden Bearbeitung auftreten, abzufangen.

Ganz wesentliche Bedeutung für die erhöhte Schneidleistung und insbesondere die Kantenfestigkeit der Schneidplatte nach der Erfindung kommt dem Merkmal einer geringen Porosität von weniger als 2% zu, vorzugsweise ist diese sogar kleiner als 1,0%. Dabei wird durch geeignete Maßnahmen dafür gesorgt, daß diese Poren als solche möglichst klein sind, vorzugsweise im Medianwert <2 μπτ.

Weiter von ganz entscheidendem Einfluß ist die Bruchzähigkeit Ki_c von mindestens 190 N/mm³/² bei Raumtemperatur und vor allem die Tatsache, daß bei 1000° C, also Temperaturen, die bei der spanabhebenden Bearbeitung unter hohen Schnittgeschwindigkeiten leicht auftreten, die Bruchzähigkeit K/_c noch immer mindestens 140 N/mm³/² beträgt. Vorzugsweise liegt die Bruchzähigkeit Ki_c bei Raumtemperatur sogar bei mehr als 200 N/mm³/² und bei 1000° C mindestens bei 150N/mm³/2.

Die erforderliche geringe Porosität der Schneidplatte nach der Erfindung geht Hand in Hand mit einer hohen Dichte des Materials die mindestens ca. 98% der theoretischen Dichte ausmacht. Bei einem bevorzugten Anteil von 13 bis 17 Gew.-% an Zirkonoxid beträgt die Dichte vorzugsweise mindestens 4,1 bei einer in üblicher Weise gesinterten Schneidplatte.

Der hohe /C/^Wert garantiert, daß beim Schneidvorgang und den dabei auftretenden hohen Kantenbelastungen auf die Schneidplatte kein Ausbrechen von Körnern aus dem Kristallverbund erfolgt und dadurch eine höhere Standzeit des Werkzeuges gegeben ist bzw. damit Materialien bei hohen Geschwindigkeiten bearbeitet werden können, die bisher der konventionellen Schneidkeramik nicht wirtschaftlich verfügbar waren.

Es war vollkommen überraschend, daß mit dem verhältnismäßig hohen Anteilen an Zirkonoxid, das an sich die Temperaturbelastbarkeit erniedrigt, höhere Standmengen erreicht werden, wenn in der beanspruchten Weise alle Merkmale kombiniert sind und dadurch ein Korngefüge erreicht ist, das gegenüber allen bisher bekannten Schneidplatten optimale Eigenschaftskombinationen aufweist. Von ganz besonderer Bedeutung ist dabei der dichte und feste Kornverbund, der so gut ist, daß selbst bei Überbelastungen nicht mehr ganze Ecken der Schneidplatte wegbrechen und damit zur Unbrauchbarkeit der Schneidplatte führen.

Um diese ganz besondere und bisher nicht für möglich gehaltene Eigenschaftskombination zu erzielen, die verantwortlich ist für die wesentlich höhere spezifische Belastbarkeit der Schneidkanten, ist das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Schneidplatte von ganz besonderer Bedeutung.

Ein bevorzugtes Verfahren besteht darin, daß

70—90 Gew.-% Aluminiumoxid mit einem AI2O3-Gehalt von mindestens 99% und einer mittleren Korngröße eines Medianwertes < 1,0 μιτι,
10—30Gew.-% Zirkonoxid mit einem ZrCVGehalt von mindestens 99% und einer mittleren Korngröße eines Medianwertes < 1,0 μιη und
0,1 —0,5 Gew.-% reines Magnesiumoxid,
wobei die oxidischen Verunreinigungen dieses

Ausgangspulvergemisches weniger als 0,6 Gew.-% betragen,

unter Zusatz von Preßhilfsmitteln innig miteinander vermischt werden, aus dem Gemisch Schneidplatten der gewünschten geometrischen Form gepreßt und bei Temperaturen von 1500 bis 1600°C für eine Zeitdauer von mindestens 3 Stunden gesintert werden. Vorzugsweise wird der Formkörper bei einer Sintertemperatur zwischen 1520 und 1560°C für eine Zeitdauer von 6 bis 10 Stunden gesintert.

Ganz allgemein besteht eine Abhängigkeit zwischen der Sinterzeit und der Sintertemperatur dahingehend, daß bei tieferen Sintertemperaturen längere Sinterzeiten gewählt werden, bei höheren Temperaturen dagegen kürzere Sinterzeiten. Unterhalb 150O⁰C Sintertemperatur weist der Formkörper im allgemeinen aber nicht mehr die erforderliche hohe Dichte und die erforderliche geringe Porosität auf. Oberhalb von 1600° C dagegen nimmt das Kornwachstum merklich zu, die Korngröße im fertigen Sinterprodukt steigt in der mittleren Korngröße auf über 1,7 μίτι, der homogene Aufbau im Kristallgefüge geht zurück und damit verschlechtern sich die Eigenschaften der Schneidplatte, insbesondere bei den angestrebten hohen Schnittgeschwindigkeiten, beträchtlich.

Auf die Notwendigkeit der Verwendung sehr reiner Ausgangsmaterialien war bereits weiter oben hingewiesen worden. Besonders günstige Ergebnisse, insbesondere hinsichtlich der Standzeit der Schneidplatten werden erhalten, wenn die Reinheit sowohl des verwendeten Aluminiumoxids als auch des Zirkonoxids noch höher liegt und der AbC^-Gehalt bzw. ZrOyGehalt sogar den Wert von 99,9% überschreiten. Hinsichtlich des ZKVGehaltes ist freilich darauf hinzuweisen, daß von diesem eventuelle Anteile an Hafniumoxid mit umfaßt werden. Bekanntlich sind beide Elemente und deren Verbindungen in ihren Eigenschaften so eng verwandt, daß sie in der Natur zusammen vorkommen und nur schwer voneinander zu trennen sind. Der Hafniumoxidanteil, der bis zu 2% betragen kann, wird deshalb üblicherweise nicht abgetrennt. Die Angaben 99 Gew.-% und 99,9 Gew.-°/oZr0₂ beziehen sich deshalb auf ZK>2 + HfO2 zusammen.

Dabei ist ganz wesentlich — und hier unterscheidet sich der Anmeldegegenstand von bisher vorbekannten Schneidplatten auf der Basis von Aluminiumoxid und Zirkonoxid — daß die sonstigen oxidischen Verunreinigungen wie S1O2, Calciumoxid u. ä. in dem Ausgangspulvergemisch weniger als 0,6 Gew.-°/o ausmachen, bevorzugt liegen sie sogar noch eine Zehnerpotenz unter diesem Wert. Um das zu gewährleisten, muß natürlich auch das als Kornwachstumshemmer zugesetzte Magnesiumoxid sehr rein sein. Vorteilhafterweise wird ein Aluminiumoxidpulver eingesetzt, dem bereits bei der Herstellung die erforderliche Menge an reinem Magnesiumoxid beigegeben worden ist

Von ganz wesentlichem Einfluß ist natürlich auch die Ausgangsgröße der pulverförmigen Ausgangsmaterialien. Um zu dem sehr feinen und gleichmäßigen Gefügeaufbau zu kommen, liegt der Medianwert des Aluminiumoxids und des Zirkonoxids unter 1,0 μΐη, beim Zirkonoxid bevorzugt sogar unter 0,5 μηι. Unter Medianwert wird dabei folgendes verstanden:

Die Teilchengrößenverteilung wird üblicherweise in einer Summenverteilung in der Weise dargestellt, daß die Größenparameter gegen die prozentuale Häufigkeit bis auf 100% aufgetragen werden. Entsprechende Summenverteilungskurven werden üblicherweise dadurch in vereinfachter Form gekennzeichnet, daß der Medianwert angegeben wird. Der Medianwert ist definiert als der Schnittpunkt der Summenkurve mit der 50%-Linie der Häufigkeitsfunktion und bezeichnet damit die durchschnittliche Größe (Teilchengröße oder Porengröße), bei der 50% größer und 50% kleiner als diese sind.
Das Verpressen des Ausgangspulvergemisches erfolgt zweckmäßig bei einem Preßdruck von mindestens 6000 N/cm², bevorzugt bei einem solchen von 12 000 bis 16 000 N/cm². Auch hier besteht eine gewisse Gesetzmäßigkeit dahingehend, daß bei niederem Preßdruck etwas höhere Sintertemperaturen gewählt werden, bei höherem Preßdruck etwas niedrigere Sintertemperaturen.

Als Preßhilfsmittel sind die verschiedensten Stoffe geeignet. Bewährt haben sich insbesondere Polyvinylalkohole, die zweckmäßig in 1 %iger Lösung angewendet

2n werden. Die Preßfeuchte des Ausgangspulvers liegt bei ca. 4 Gew.-°/o.

Von erheblichem Einfluß auf die Güte der Schneidplatte, insbesondere ihre hohe Dichte und geringe Porosität, sind auch die Aufheiz- und Abkühlrate, d. h.

die Zeit, in der der gepreßte Grünling auf die angegebene Sintertemperatur aufgeheizt wird und die Zeit, in der er wieder auf Raumtemperatur heruntergekühlt wird. Vorzugsweise beträgt diese Aufheiz- und Abkühlrate ca. 200° C pro Stunde.

jo Zweckmäßig werden die Schneidplatten nach der Erfindung in oxidierender Atmosphäre gebrannt und darin liegt gegenüber den vorbekannten Schneidplatten mit zugesetzten Carbiden bzw. Nitriden ein ganz erheblicher Vorteil. Durch den Gehalt an Carbiden und

ij Nitriden können diese Schneidplatten lediglich in reduzierender bzw. inerter Atmosphäre oder in Vakuum gesintert werden, was natürlich einen viel größeren apparativen Aufwand erfordert und diese Schneidplatten sehr teuer macht. Selbstverständlich lassen sich aber

4(i die Schneidplatten gemäß dem Anmeldegegenstand auch nach anderen Verfahren sintern, beispielsweise im Heißpreßverfahren. In diesem Fall sind die Sinterzeiten wesentlich kürzer und die Temperaturen im Schnitt um ca. 100⁰C höher.

4") Wie bereits mehrfach ausgeführt, ist ein ganz wesentliches Merkmal der Schneidplatten der Erfindung der hohe /Gr-Wert, insbesondere der bei 1000⁰C, d. h. bei den bei hohen Schnittgeschwindigkeiten auftretenden hohen Temperaturen. In der graphischen

Darstellung sind die JwcWerte einer ZrC>2- und TiC-haltigen Al2O₃-Sinterkeramik gemäß DE-OS 27 41 295 (Kurve 1) gegenübergestellt einer solchen nach der Erfindung (Kurve 2). Dabei zeigt sich deutlich, daß die /C/c-Werte bei Raumtemperatur weitgehend übereinstimmen, mit steigenden Temperaturen aber die des Standes der Technik sehr viel rascher sinken als die des Anmeldegegenstandes.

Nachfolgend wird die Bestimmung des Aw_rWertes (kritischer Spannungsintensitätsfaktor), der ein Maß für

bo die Bruchzähigkeit ist, erläutert

Probenabmessungen

Es werden prismatische Stäbchen der Breite S= 2,5 mm, der Höhe 1^=3,5 mm und der Länge es L= 12 mm aus Schneidplatten zurechtgeschnitten. Anschließend wird mit einer diamantbesetzten Kupferscheibe ein rißsimulierender Sägeschnitt mit einer Breite d= 120 μπι und einer Tiefe a = 0,8 ±0,1 mm über

die Breite B bei LIl angebracht. Der Kerbradius beträgt zwischen 50 und 60 μίτι.

Vesuchsdurchführung

Die gekerbte Probe wird in einem Dreipunkt-Biegeversuch bis zum Bruch belastet. Sie ist dabei über einen Abstand 5= 11 mm auf der Breite hochkant aufgelegt und wird mit der Prüflast an der dem Sägeschnitt gegenüberliegenden Seite beaufschlagt. Die Durchbiegungsgeschwindigkeit an der Stelle des größten Biegemoments beträgt 0,25 mm/min.

Der Bruchwiderstandswert K/_c wird nach der Beziehung

Λ/,-Wert = o_hUV~ä ■ y
ermittelt. Hierin bedeuten

OhB -

IBW¹

die auf den Querschnitt (W ■ B) bezogene Biegebruchfestigkeit und y eine tabellierte Konstante, die nur vom a/ W-Verhältnis abhängt Feist die Bruchlast.

Die Probenabmessungen und die Versuchsdurchführung sind in Anlehnung an die ASTM-Vorschrift E 399-72 für Standard-Testmethoden zur Bestimmung des Bruchwiderstandes an metallischen Werkstoffen festgelegt worden. Keramische Werkstoffe verhalten sich hinsichtlich der Einstellung des vorausgesetzten ebenen Dehnungszustande? und der Ausbildung plastischer Zonen unkritisch. Die Simulation von scharfen Rissen durch feine Sägeschnitte stellt eine gebräuchliche Erleichterung bei /C/c-Wert-Messungen an keramischen Werkstoffen dar (siehe T. R. Wishaw et al., Eng. Fract. Mech„ 1 [1968], 191, R. F. Pabst, Dissertation, Stuttgart, 1972, R. L Bertolotti, 2. Amer. Ceram. Soc, 56 [1973], 107).

Die Herstellung einer Schneidplatte nach der Erfindung wird nachfolgend an einem Beispiel beschrieben:

42 kg Al₂O₃ mit einem MgO-Gehalt von 0,2 Gew.-% werden mit 7,5 kg unstabilisiertem ZrO₂ in destilliertem Wasser dispergiert und zum Erreichen einer homogenen Durchmischung 30 min in einer Kugelschwingmühle gemahlen. Nach der Mahlung wird unter Zusatz von von 1% Polyvinylalkohol die Suspension 10 min mit 500 U/min intensiv gerührt und über ein 40^m-Sieb abgesiebt. Die gesiebte Suspension wird in einem Sprühtrockner getrocknet und granuliert. Das granulierte und damit rieselfähige Pulver wird auf automatischen Pulverpressen bei einem Preßdruck von 12 000 N/cm² zu Schneidplatten der gewünschten geometrischen Form gepreßt mit einer Gründichte von 2,52 g/cm³. Nach diesem Formgebungsvorgang werden die Formkörper bei 1550°C und einer Haltezeit von 8 Stunden gesintert. Die Aufheiz- und Abkühlrate beträgt 200°/h. Nach dem Sintern werden die Schneidplatten durch Bearbeitung mit Diamant-Schleifscheiben auf ihre endgültige Schneidplattengeometrie, entsprechend den

ι η Normvorschriften SNG, geschliffen und gefast.

Die Schneidplatte gemäß diesem Beispiel weist nachfolgende Eigenschaften auf:

eine Dichte von 4,17 g/cm³,

eine Porosität von 0,5%,

eine mittlere Korngröße mit einem Medianwert von 1,45 μΐη,

eine Härte nach Vickers von 19 700 N/mm²,
eine Biegebruchfestigkeit von 580 N/mm²,

eine Bruchzähigkeit von 201 N/mm³/² bei Raumtemperatur und
eine Bruchzähigkeit von 150 N/mm³/² bei 1000° C.

Sämtliche Korngrößenangaben in dieser Beschreibung sind bestimmt nach der Methode von Synder-Graff.

Eine solche Schneidplatte hält eine wesentlich höhere spezifische Belastung der Schneidecken aus. Die Prüfung der Schneideckenbelastbarkeit erfolgt im sogenannten Vorschubtest.

Dieser besteht darin, daß bei vorgegebener Schnittiefe a — in diesem Fall von 3 mm — und unter bestimmtem Anstellwinkel — in diesem Fall = 85° — und bei einer bestimmten Schneidplattengeometrie —

Ji in diesem Fall Typ SNGN 120 816 T (0,2 χ 20°) - der Vorschubwert so lange gesteigert wird, bis die Schneidplatte gerade noch ohne Bruch eine Eingriffszeit von 10 min übersteht bei einer Schnittgeschwindigkeit von 500 m/min.

Eei den obengenannten Testbedingungen ergab sich für die Schneidplatte gemäß dem Beispiel ein Vorschubwert von 0,70 mm/Umdrehung.

Ein so hoher Vorschubwert bedeutet gegenüber vorbekannten Schneidplatten auf Basis von AI2O3 allein oder auf Basis von ZrO₂- und TiC-haltiger Schneidkeramik gemäß DE-OS 27 41 295 in der Praxis eine ganz erhebliche Steigerung der mit einer Schneidplatte zu bearbeitenden Werkstücke. So hat sich gegenüber einer AI2O3 und gegenüber einer Al₂O3-ZrO2-TiC-Keramik die Stückzahl auf das 6fache steigern lassen — ermittelt am Beispiel einer Hinterachswelle aus 41 Cr4V90.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schneidplatte für die spanabhebende Bearbeitung von Werkstücken wie Wellen, Achsen usw. aus Metall, insbesondere von Einsatz- und Vergütungsstählen — bevorzugt für den Einsatz bei Schnittgeschwindigkeiten >500 m/min —, bestehend aus bei hoher Temperatur gesintertem Aluminiumoxid mit Zusätzen von Zirkonoxid, gekennzeichnet durch die Kombination nachfolgender Merkmale:

a) die stoffliche Zusammensetzung aus 70—90 Gew.-% Aluminiumoxid, 10—30 Gew.-% Zirkonoxid, 0,1 —0,5 Gew.-% Magnesiumoxid,

wobei sonstige oxidische Verunreinigungen weniger als 0,6 Gew.-% ausmachen und sich alle Anteile auf 100 ergänzen

b) eine Porosität von weniger als 2%

c) eine mittlere Korngröße < 1,7 μπι

d) eine Bruchzähigkeit Kj_c bei Raumtemperatur von mindestens 190 N/mm³/² und von mindestens 140 N/mm³/² bei 1000° C, gemessen an aus Schneidplatten herausgeschnittenen prismatischen Stäbchen von 2,5 mm Breite, 3,5 mm Höhe und 12 mm Länge, versehen mit einem Sägeschnitt von 120 μπι Breite, 0,8 ±0,1 mm Tiefe und einem Kerbradius zwischen 50 und 60 μπι.

2. Schneidplatte nach Anspruch 1, dadurch w gekennzeichnet, daß die mittlere Korngröße zwischen 1,4 und 1,6 μπ» liegt und 90% aller Körper in diesem Größenbereich liegen.

3. Schneidplatte nach einem der Ansprüche 1 und

2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bruchzähigkeit r> Kic bei Raumtemperatur mindestens 200 N/mm³/², bei 1000° C mindestens 150 N/mm³/² beträgt.

4. Schneidplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem bevorzugten Anteil von 13 bis 17 Gew.-% Zirkonoxid die Dichte ■"> mindestens 4,1 g/cm³ beträgt.

5. Verfahren zum Herstellen einer Schneidplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß

70—90 Gew.-% Aluminiumoxid mit einem -t"> Al₂O₃-Gehalt von mindestens 99% und einer mittleren Korngröße eines Medianwertes < 1,0 μίτι,

10—30 Gew.-% Zirkonoxid mit einem ZrO₂-Gehalt von mindestens 99% und einer mittleren >o Korngröße eines Medianwertes < 1,0 μηι und 0,1 bis 0,5 Gew.-% reinem Magnesiumoxid, wobei die oxidischen Verunreinigungen dieses Ausgangspulvergemisches weniger als 0,6 Gew.-% betragen, Ί-

unter Zusatz von Preßhilfsmitteln innig miteinander vermischt werden, aus dem Gemisch Schneidplatten der gewünschten geometrischen Form gepreßt und bei Temperaturen von 1500 bis 1600° C für eine Zeitdauer vcn mindestens 3 Stunden gesintert ·>< > werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Formkörper bei einer Sintertemperatur von 1520 bis 1560°C für eine Zeitdauer von 6 bis 10 Stunden gesintert werden. ^h-'

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizrate auf die Sintertemperatur und die Abkühlrate nach erfolgter Sinterung auf Raumtemperatur bei ca. 200° /Stunde liegt

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in oxidierender Atmosphäre gesintert wird.