DE3016971A1 - Gesintertes presstueck und verfahren zur herstellung desselben - Google Patents

Gesintertes presstueck und verfahren zur herstellung desselben

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Description

Patentanwälte — *£■ -'*: I"".'.".: : DIpl.-Ing. E. Eder --.:.- ■...__- .-_„*-_-
Dipl.-Ing. K. Schiesbhkö . 3016971
8 Mönchen 40, EilsabethstraBe 34 ■ ·
Sumitomo Electric Industries Ltd. Osaka (Japan)
Gesintertes Preßstück und Verfahren zur Herstellung desselben
Die Erfindung bezieht sich auf ein gesintertes Preßstück für äußerst harte Werkzeuge sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
Bornitrid in der. Hochdruckform weist eine große Härte, eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit und eine geringe Reaktivität gegenüber Eisengruppenmetallen bei erhöhter Temperatur auf. Demgemäß ziehen daraus hergestellte Preßstücke gegenwärtig die Aufmerksamkeit auf sich,- da es sich um eines der. besten Materialien für spanabhebende Werkzeuge:handelt.
Von den Erfindern dieser Anmeldung wurden zahlreiche Forschungsarbeiten.mit gesinterten Preßstücken für spanabhebende Werkzeuge durchgeführt, welche, in der Lage sind, das äußerste., an den heraus ragenden Eigenschaften des Bornitrids in der Hochdruckform zur. Geltung zu bringen.
Der erste Erfolg, der sich einstellte, bestand, in einem gesinterten Preßstück, in.dem Carbide, Nitride, Boride und Suizide, der XVa, Va, VIa. Übergangsmetalle des Periodensystems., oder, eine gegenseitige feste Lösung davon' eine, kontinuierliche Phase.bildeten, die kubisehe Bornitridkristalle; die der Hochdruckform des Bornitrids, angehörten, (nachstehend kurz als CBN bezeichnet), banden. Die Erfinder stellten damit ein gesintertes Preßstück für äußerst harte spanabhebende Werkzeuge zur Verfügung, das eine äußerst hohe Temperaturbeständigkeit und Verschleißfestigkeit, aufwies und in der Lage war, seine hohe Wärmeleitfähigkeit und insbesondere seine Beständigkeit gegenüber einer plötzlichen Temperaturänderung bei erhöhter Temperatur beizubehalten. 0300 50/0662 -5-
Die Erfinder unterwarfen das gesinterte Preßstück verschiedenen spanabhebenden Versuchen. Als Ergebnis stellte sich heraus, daß CBN ein herausragendes Material darstellt hinsichtlich seines Widerstands gegenüber einem Ankleben oder Haften auch bei der langsamen spanabhebenden Bearbeitung, wenn Schnellaufstahl benutzt wurde. Ausgehend von dieser Feststellung sehlugen die Erfinder ein gesintertes Preßstück für äußerst harte spanabhebende Werkzeuge vor, in dem Al3O3, AlN, SiC, Si^N·, B4C, ein Gemisch davon oder eine gegenseitige Verbindung' davon, eine kontinuierliche Phase bildet, die die CBN-Kristalle bindet.
Ein gesintertes Preßstück auf. der Grundlage dieses zweiten Vorschlags wurde verschiedenen spanabhebenden Versuchen unterworfen. Als Ergebnis stellte sich heraus, daß dieses gesinterte Preßstück bei. weitem die besten Eigenschaften aufwies, 'insbesondere im Hinblick auf die Bearbeitung von Gußeisen. Dieses Ergebnis stellt die Anmeldung dar.
Gußeisen wird im allgemeinen mit einem Sintercarbidwerkzeug der. Serien K nach der JIS-Klassifikation mit einer Schneidgeschwindigkeit von etwa 70 bis 150 m/min spanabhebend bearbeitet, während mit einem keramischen Werkzeug,.das im wesentlichen aus AlJ^3 besteht, die Schneidgeschwindigkeit 300 bis 600 m/min beträgt.
Anders als die allgemeinen Stähle weist Gußeisen in seinem Innern ausgefälltes Graphit auf. Da seine Struktur sozusagen nicht gleichmäßig ist, ist die bearbeitete Oberfläche, verglichen mit der von Stahl, weniger glatt. Dies stellt insbesondere bei der Nachbearbeitung ein ernstes Problem dar. Es besteht daher ein erheb-
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liches Bedürfnis nach einem Werkzeug, durch das eine bessere Oberflächenbearbeitung möglich ist.· · <■
Darüber hinaus, wenn es auch nicht notwendig sein mag, es zu erwähnen, sind die meisten Gußeisenteile Bauteile von verschiedener Gestalt, beispielsweise Gehäuse oder dergleichen. Da sie sehr dünne Abschnitte aufweisen können, ist es schwierig die Dimensionen genau beizubehalten, und zwar wegen der Deformation oder Formänderung während der spanabhebenden Bearbeitung. Dadurch ergibt sich ein weiteres. Problem, beim Nachbearbeiten. .
Nach den vorstehend, erwähnten. Gesichtspunkten weisen die herkömmlichen Werkzeuge in folgender Hinsicht Nachteile auf.
Wenn ein Sintercarbid-Werkzeug eingesetzt wird, ist es schwierig eine zufriedenstellende Oberflächenbearbeitung zu erhalten. Außerdem wird das Werkzeug schnell abgenutzt und-wertlos, wenn es bei einer Geschwindigkeit um 300 bis 600- m/min eingesetzt wird. Obgleich ein keramisches Werkzeug, das im wesentlichen aus Al^Oo besteht, eine spanabhebende Bearbeitung mit einer ziemlich zufriedenstellenden Oberflächenbearbeitung bei hoher Geschwindigkeit gestattet, ist es für die Nachbearbeitung.wegen der mangelnden Stabilität.der Genauigkeit der Dimensionen des bearbeiteten Produkts . ungeeeignet. Wenn es im Bedarfsfall benutzt wird, muß sich der spanabhebenden Bearbeitung ein weiteres Verfahren, beispielsweise ein Honen oder dergleichen, anschließen.
Es wurde gefunden, daß das gesinterte.Preßstück nach
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der Erfindung Gußeisen mit einer besseren Oberflächenbearbeitung spanabhebend bearbeitet als ein herkömmliches Werkzeug, daß es in der Lage ist, eine spanabhebende Bearbeitung bei einer hohen. Geschwindigkeit um 300 bis 600 m/min standzuhalten und es ermöglicht, eine hohe Dimensionsgenauigkeit bei der Bearbeitung dünner Teile zu erreichen.
Eine derartige glattere Oberflächenbearbeitung ist aufgrund der Tatsache zu erwarten, daß sowohl das Bornitrid in der Hochdruckform wie das. Al2O3, durch die das erfindungsgemäße, gesinterte Preßstück hauptsächlich gebildet wird, einen großen.Widerstand einer Adhäsion entgegensetzen. Die Möglichkeit der spanabhebenden. Bearbeitung bei hoher. Geschwindigkeit ist also aufgrund der Tatsache voraussehbar, daß sowohl das Bornitrid in der Hochdruckform, wie das Al3O3 bei hohen Temperaturen beständig sind, wobei es beim Al51O3 bekannt, ist, daß es einen glasartigen Film mit einem niedrigen Schmelzpunkt, dem sogenannten "Belag", zusammen.mit Fe, Si usw. in dem Material bildet, das spanabhebend bearbeitet wird und dadurch das Werkzeug schützt. Der Grund für die Dimensionsgenauigkeit ist nicht so leicht zu erklären. Als Ergebnis einer genauen Untersuchung der Kante des Werkzeuges nach der spanabhebenden Bearbeitung sind jedoch die Erfinder zu folgender, vorlaufigen Schlußfolgerung gelangt.
Das herkömmliche Werkzeug aus keramischem Material, das hauptsächlich aus Al3O3 besteht, weist durch seinen Verschleiß eine leicht auseinandergedruckete Kante auf, die stumpf ist gegenüber ihrer ursprünglichen Schärfe und relativ abgerundet. Demgegenüber behält die Kante eines erfindungsgemäßen gesinterten Preßstücks ihre
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Schärfe bei, auch wenn sie abgenutzt ist. Das keramische, hauptsächlich, aus Al3O3 bestehende Werkzeug ist vermutlich wegen einer Verminderung der Schärfe und einer Zunahme des Schneidwiderstandes aufgrund des Abstumpfens der. Kante nicht in. der Lage, mit Präzision zu arbeiten.
Es ist vorstellbar, daß.das Abstumpfen der Kante eines keramischen A^O-,-Werkzeuges aufgrund einer plastischen Verformung bei hoher.Temperatur während des Schneidens erfolgt, während das. erfindungsgemäße, gesinterte Werkstück solche Verformungen, nicht, aufweist, da es hauptsächlich aus der Hochdruckform.des Bornitrids, besteht, das eine.große Temperaturbeständigkeit.besitzt.
Die Erfinder haben eine genauere Untersuchung eines gesinterten Preßstücks,. das nach dem besagten zweiten Vorschlag aus CBN und Α1~Ο3 bestand, durchgeführt. Als Ergebnis wurde festgestellt, daß die Eigenschaften des Werkzeuges nicht nur durch den Gehalt an.CBN und Al3O3 in dem gesinterten Preßstück stark beeinflußt werden, sondern ebenso die halbe Breite der Röntgenstrahlung der CuKaf-Strahlung des Al3O3 (116) in dem gesinterten Preßstück. Dies sei nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
In Fig. 1 ist die Beziehung zwischen der Sintertemperatur und der halben Breite der Röntgenstrahlungsbeugung.der CuK£*-Strahlung des Al3O3 (116) des gesinterten CBN-Al2O,.-PreßStücks, das unter einem Druck von 50 bis 60 Kp gesintert wurde, dargestellt. In der Zeichnung bedeuten (a) ein gesintertes Preßstück,- das bei 12OO° C gesintert wurde und (b) ein gesintertes. Preßstück, das bei 1080° C gesintert wurde, wobei das Al2O3-Pulver
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gegen ein anderes Pulvermaterial ausgetauscht wurde.
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Fig. 2 betrifft die Herstellungsbedingungen des erfindungsgemäßen gesinterten Preßstücks. Darin ist der stabile Bereich in dem Druck-^Temperatur-Phasen-Diagramm des CBN dargestellt.
Die halbe Breite eines Materials bei der Röntgenstrahlungsbeugung hängt .im allgemeinen von der Teilchengröße dieses Materials sowie von dem Spannungs- oder Bindungszustand mit anderen Materialien ab.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, fällt, die halbe. Breite des Al0O- (116) des gesinterten CBN-Al0O-.-PreßStücks, das unter einem Druck von 50 bis 60 Kp gesintert wurde, obgleich sie bis B konstant ist, danach ab, und zwar entsprechend der Erhöhung der Sintertemperatur. Genauer gesagt, es wird keine Verminderung der halben Breite zwischen A und B beobachtet, da eine Umsetzung zwischen CBN und Al0O3 oder zwischen den letzteren kaum erfolgt, während es den Anschein hat, daß zwischen B und C die halbe Breite aufgrund des Entstehens, einer. Reaktion zwischen CBN und Al0O-, oder zwischen den letzteren im Verlauf des Sinterns abnimmt. Wenn die .Temperatur C übersteigt ist eine Verminderung, der halben Breite jedoch kaum noch zu beobachten, trotz der Reaktion zwischen CBN und.Al3O3 oder zwischen den letzteren.
Es wurden spanabhebende Werkzeuge aus dem gesinterten Preßstück nach Fig. 1 hergestellt und verschiedenen Tests unterworfen. Jene innerhalb des Bereichs zwischen A und B, d. h. jene, deren halbe Breiten in der Gegend von 0,65 deg liegen, wurden schnell abgenutzt, so als ob das gesinterte Preßstück in seine Teilchen zerfällt.
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Der Verschleiß war nach einer bestimmten Zeitspanne der spanabhebenden Bearbeitung außerordentlich groß.
Die gesinterten Preßstücke in dem. Bereich zwischen A und B, d. h. jene, die halbe Breiten unter 0,6 deg haben, werden im Vergleich dazu weniger abgenutzt. Die abgenutzte Oberfläche war. verhältnismäßig glatt und ein Herausfallen von.Teilchen wurde nicht andeutungsweise festgestellt. Bei einer genaueren Untersuchung stellte sich jedoch heraus,-daß der Verschleiß zunahm, wenn die halbe.. Breite von 0,3 deg auf 0,2 deg herabgesetzt wurde. Insbesondere wenn die halbe Breite kleiner als 0,14 deg. war, war das Ausmaß des Verschleises erheblieh größer als bei 0,2 deg. Weiterhin wurde ein gesintertes Preßstück (b), das unter dem gleichen Druck von 50 Kb unter Einsatz eines anderen Pulvermaterials als Al«0--Pulver gesintert wurde, jedoch die gleiche halbe Breite wie das gesinterte Preßstück (a) der Fig. 1 besaß,- Schneidtests unterworfen. Als Ergebnis zeigte sich, daß beide gesinterten Preßstücke praktisch die gleichen.Eigenschaften aufwiesen.
Wenn auch die Beziehung.zwischen der.halben Breite und den Eigenschaften des.Werkzeuges.nicht völlig klar ist, kann dafür jedoch folgende Erklärung, gegeben werden.
Wie vorstehend beschrieben, erfolgt in den gesinterten Preßstücken in dem Bereich zwischen-A und B mit halben Breiten um 0,65 deg, was durch die Sintertemperatur nicht variiert wird, das Sintern kaum zwischen CBN und Al-O- oder zwischen den. letzteren. Derartige gesinterte Preßstücke haben dabei den Anschein,, als ob sie zu Teilchen zerfallen würden und werden .stark ab-
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genutzt. Auf der. anderen Seite wird zwischen B und C die halbe Breite mit. fortschreitendem Sintern reduziert, wobei in der Praxis zufriedenstellende Werkzeugeigenschaften dann erhalten werden, wenn die halbe Breite unter 0,600 deg liegt. Da das Teilchenwachstum des Al3O3 jedoch gleichzeitig mit Fortschreiten des Sinterns verläuft, scheinen die.Werkzeugeigenschaften sich zu verschlechtern, wenn die halbe Breite unter 0,2OO deg abfällt. Es ist auch denkbar, daß Reaktionsprodukte (beispielsweise AlB2, AlßO x usw.), die an den CBN-Al2O3-Berührungsflachen.gebildet.werden, mit ansteigender Sintertemperatur-zunehmen. Diese Reaktionsprodukte., die spröde sind, führen.dann dazu, daß die CBN-Teilchen während der spanabhebenden Bearbeitung leicht wegfliegen.
Um dem erfindungsgemäßen, gesinterten Preßstück daher die Möglichkeit zu geben, seine. Eigenschaften voll zu entfalten, sollte die halbe Breite der Röntgenstrahlungsbeugung der CuK«x-Strahlung des Al3O3 (116) in dem gesinterten Preßstück im Bereich zwischen 0,600 deg und 0,200 deg liegen..Es gehört zum Fachwissen, daß die Eigenschaften, des gesinterten Preßstücks durch eine Verminderung, der Größe seiner Teilchen verbessert werden können. Dazu.ist es erforderlich,.daß das Pulvermaterial als Teilchen sehr, kleiner Größe vorliegt. Es sind verschiedene, gesinterte Preßstücke hergestellt worden, in denen die Teilchengröße des CBN geändert wurde. Als Ergebnis dieser Tests wurde festgestellt, daß die Werkzeugeigenschaften sehr zufriedenstellend sind, wenn die Teilchengröße kleiner als 5 pm ist. Schneidtests mit verschiedenen Materialien haben gezeigt, daß ein gesintertes Preßstück, das 20 bis 55 Vol.-% CBN enthält, besonders zufriedenstellende Schneid-
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eigenschaften bezüglich Gußeisen aufweist.
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Wenn das erfindungsgemäße gesinterte Preßstück als Schneidwerkzeug verwendet wird, reicht es aus/ wenn die Kante des Werkzeuges .eine harte Schicht aufweist, die BN in der Hochdruckform mit hoher Verschleißfestigkeit enthält.
Es ist deshalb im Hinblick auf die Kosten und die Festigkeit des Werkzeuges von Vorteil, ein zusammengesetztes gesintertes Preßstück herzustellen,., indem eine harte Schicht an einen Träger, aus Sintercarbid oder Sintermetall gebunden wird.
Die Dicke der harten Schicht des. zusammengesetzten gesinterten Preßstücks sollte den Betriebsbedingungen des Schneidwerkzeuges und an die Form des Werkzeuges angepaßt werden. Im allgemeinen ist es jedoch für das erfindungsgemäße gesinterte Preßstück ausreichend, wenn die Schicht eine Dicke von mehr als 0,5 mm aufweist.
Das Sintercarbid oder. Sintermetall,, das als Träger verwendet wird, ist vorzugsweise ein Sintercarbid bzw. Sintermetall auf WC-Basis mit einer hohen Stabilität, Wärmeleitfähigkeit und Zähigkeit. Um ein solches zusammengesetztes Preßstück zu erhalten, wird zunächst der Träger aus Sintercarbid in der vorgegebenen Form aus Sintercarbid.hergestellt. Ein Pulvergemisch, das im wesentlichen aus zusammengesetztem keramischem Material besteht und Bornitrid in der Höchdruckform sowie Al3O3 oder ein hauptsächlich aus Al3O3 bestehendes Pulver enthält, um die harte Schicht zu ergeben,, die die Kante des Werkzeugs darstellt,, wird mit dem Träger entweder in Pulverform oder nach dem Pressen in Berührung gebracht.
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worauf das Ganze in einer Hochstdruckvorrichtung heiß gepreßt wird, wodurch die harte Schicht in die.Lage versetzt wird, zu sintern und gleichzeitig sich mit dem Sintercarbidträger zu verbinden. 5
Der Sintercarbidträger enthält ein Metall, wie Co oder dergleichen, als Bindemittelphase. Dieses Bindemittelmetall schmilzt, wenn die Temperatur, bei der die flüssige Phase auftritt, überschritten wird während des Heißpressens. Wenn der Gehalt des Bornitrids in der Hochdruckform in dem Pulver, das die harte Schicht bildet, größer ist als im Falle, des erfindungsgemäßen gesinterten Preßstücks, beispielsweise wenn das Pulver nur aus Bornitrid in der Hochdruckform besteht, weisen die Bornitridteilchen der Hochdruckform eine sehr große Stabilität auf und sind nicht.leicht zu.verformen. Die Teilchen bleiben demzufolge auch unter, hohem Druck im Abstand voneinander, um es der vorstehend erwähnten flüssigen Phase des.Sintercarbidtragers zu ermöglichen, einzudringen- Beim erfindungsgemäßen gesinterten Preßstück, ist das Bornitrid in der Hochdruckform durch Al2O3 bzw. keramische Stoffe, die im wesentlichen aus Al2O3 bestehen und Carbide, Nitride, Carbonitride von Metallen der Gruppen IVa, Va und VIa des Periodensystems oder Aluminiumnitrid (AlN) aufweisen, gebunden, welche Bindemittelmaterialien eine kontinuierliche Bindemittelphase in dem gesinterten Preßstück bilden. Da Al3O3 und die zusammengesetzten keramischen Stoffe weniger stabil sind als das Bornitrid in der. Hochdruckform, werden sie unter extrem hohem Druck verformt und einem Pulverpreßkörper einverleibt, so daß praktisch kein freier Raum darin zurückbleibt, bevor die flüssige Phase in dem Träger aus Sintercarbid auftritt. Demnach tritt bei dem erfindungsgemäßen gesinterten Preßstück
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dasjenige Phänomen nicht auf, daß die flüssige Phase, die in dem Träger aus Sintercarbid während des Heißpreßvorganges unter extrem hohem Druck entsteht, in die harte Schicht eindringt, und dadurch, die Struktur der harten Schicht, verändert, so daß deren Verschleißfestigkeit abnimmt.
Um ein zusammengesetztes gesintertes Preßstück aus Bornitrid in der Hochdruckform sowie Al3O3 oder einem im wesentlichen aus Al3O3 bestehenden keramischen. Material herzustellen, werden Bornitridpulver in-der Hochdruckform und A^O3-PuI ver bzw. ein Pulver eines keramischen Materials, das hauptsächlich aus A^O3 besteht, mit einer Kugelmühle oder dergleichen, vermischt, worauf das Pulvergemisch, so wie.es ist, oder nach dem Pressen in eine bestimmte Form bei Normaltemperatur gesintert wird, und zwar unter hohem Druck und hoher Temperatur in einer Hochstdruckvorrichtung. Die Höchstdruckvorrichtung ist vom Gürtel- oder Riementyp oder dergleichen, wie sie zur Synthese von Diamanten verwendet wird.
Ein Graphitrohr, wird als Heizung.verwendet,, in die ein Isolator, wie Talg, NaCl oder dergleichen hineingesteckt wird, so daß er das"Pulvergemisch aus Bornitrid in der Hochdruckform umgibt. Um die Graphitheizung wird ein Druckmedium angebracht,, wie Pyrophelit.oder dergleichen. Der Sinterdruck· und die Sintertemperatur werden vorzugsweise im stabilden Bereich.des kubischen.Bornitrids gehalten, wie in Fig. 2 dargestellt. Dieser stabile Bereich stellt jeoch nur eine Bezugsgröße dar,.da die exakten Gleichgewichtslinien nicht.genau genug bekannt sind. In Fig. 2 stellt (A) den stabilen Bereich.des kubischen Bornitrids, dar, und (B) den stabilen JBereich des hexagonalen Bornitrids. Das Merkmal, welches das er-
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findungsgemäße gesinterte Preßstück kennzeichnet und den Nutzen der Erfindung ausmacht, besteht darin, daß die temperaturbeständige Zusammensetzung des Al3O3 oder die Zusammensetzung des keramischen Materials, das im wesentlichen aus Al3O3 besteht, dem gesinterten Preßstück, eine kontinuierliche. Phase verleihen.
Genauer gesagt, nimmt bei dem erfindungsgemäßen gesinterten Preßstück ein zähes temperaturbeständiges Material die Form einer kontinuierlichen Bindemittelphase an, indem es . zwischen die Teilchen des extrem harten Bornitrids in der Hochdruckphase hineinfließt, sowie eine metallische Co-Phase, die~ die Bindemittelphase in WC-Co-Sintercarbiden darstellt, wodurch dem gesinterten Preßstüök Zähigkeit verliehen wird. Um ein gesintertes Preßstück zu erhalten, das eine derartige Struktur aufweist, hat es sich experimentell als erforderlich herausgestellt, den Sshalt- des Bornitrids in der Hochdruckform unterhalb 80 Vol.-% festzulegen. Die untere Grenze des Gehalts des Bornitrids in der Hochdruckform in dem er£indungsgemäßen gesinterten Preßstück beträgt 2O Vol.-%. Falls der Gehalt des Bornitrids unter diese Grenze absinkt, können die Eigenschaften, die das Bornitrid in der. Hochdruckform verleiht., von dem Werkzeug nicht mehr erhärtet, werden. Insbesondere bei der spanabhebenden Bearbeitung von Gußeisen zeigt das gesinterte Preßstück, das 2o bis 55 Vc-I4-% Bornitrid in der Hochdruckform enthält, hervorragende Schneideigenschaften»
Insbesondere.wenn das gesinterte Preßstück für die Verwendung in einem Schneidwerkzeug bestimmt ist, ist die Größe der Kristallteilchen vorzugsweise kleiner als einige pm. Ein feines Pulver von einigen pn oder unter
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1 yum enthält Sauerstoff in großer Menge. Der meiste Sauerstoff liegt dabei im allgemeinen auf der Oberfläche des Pulvers als Verbindung vor, die einem Hydroxid mehr oder weniger ähnlich ist. Diese einem Hydroxyd ähnliche Verbindung löst sich durch Erhitzen auf und entweicht als Gas. Das Gas kann von dem System leicht entfernt werden, wenn das zu sinternde Material nicht abgeschlossen ist. Wenn das Material dagegen unter extrem hohem. Druck gesintert .wird, wie es bei der Erfindung der. Fall ist, ist es indessen für das Gas fast unmöglich, aus, dem Heizsystem zu entweichen. Es gehört zum Fachwissen in der Pulvermetallurgie, daß. eine vorausgehende, Entgasungsbehandlung, in einem.solchen Fall durchzuführen ist. Wenn.die.Entgasungstemperatur jedoch nicht genügend erhöht werden kann, ergibt sich ein schwieriges Problem und einen solchen Fall stellt die Erfindung dar. Mit anderen:Worten,.wenn eine mögliche Umwandlung von Bornitrid in·der.Hochdruckform in die Niederdruckform berücksichtigt wird, ist die Entgasungstemperatur an ihrer oberen Grenze.
Das Pulver wird durch folgende Schritte entgast. Zunächst werden physikalisch absorbiertes Gas und Feuchtigkeit bei niedriger'Temperatur entfernt, dann.werden chemisch absorbiertes Gas und Hydroxyde aufgelöst, so daß die Oxyde zurückbleiben. Da Bornitrid- in der Hochdruckform bis etwa 11OO° C stabil, ist, kann es zumindest so weit vorerwärmt werden.- Falls eine vorhergehende Entgasung durch Erhitzen erfolgt,., bleibt. also der restliche. Teil des Gases in Form eines.Oxyds zurück. Zum Rückgängigmachen werden vorzugsweise die gesamte Feuchtigkeit und der Sauerstoff bei der Vorbehandlung entfernt, da es wünschenswert ist, daß in dem gesinterten Preßstück so wenig an.gasförmigen Bestandteilen.vor-
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liegen, wie nur möglich, Deshalb wird die Entgasungsbehandlung bei einer Temperatur unter 1100° im Vakuum nach-der Erfindung durchgeführt.
Bei dem erfindungsgemäßen gesinterten Preßstück werden Al^O3 oder eine temperaturbeständige Verbindung, die hauptsächlich aus Al^O3 besteht, als Bindemittel für das Bornitrid in der Hochdruckform verwendet- Weiterhin kann eine Metallphase, wie Mo, W, Ti, Ni, Co, Fe. usw. als dritte Phase zusätzlich zu der temperaturbeständigen Verbindung enthalten, sein. Den Hauptbestandteil der Bindemittelphase stellt jedoch die temperaturbeständige Verbindung dar, die hauptsächlich aus Al3O3 besteht. Der Volumenanteil der Metallphase sollte geringer sein als der der Phase aus der temperaturbeständigen Verbindung. Wenn der Gehalt der Metallphase den der Verbindungsphase übertrifft, so verschlechtert sich die Temperaturbeständigkeit und Verschleißfestigkeit des gesinterten Preßstücks und es weist nicht mehr die für ein Werkzeug erforderlichen Eigenschaften auf.
Darüber hinaus kann das. erfindungsgemäße gesinterte Preßstück als Zusatz solche Elemente enthalten, wie sie für die Synthese von. Bornitrid in der Hochdruckform
verwendet werden und von denen man annimmt, daß sie unter hohem Druck gegenüber hexagonalem Bornitrid oder Bornitrid in der Hochdruckform löslich sind, beispielsweise Alkalimetalle, wie Li usw., Erdalkalimetalle, wie Mg usw., P, Sn, Sb, Al, Cd, Si und die vorstehend erwähnten Verbindungen, wie MgO, AlN oder dergleichen.
Das Nitrid in der Hochdruckform, das als. Material für das erfindungsgemäße gesinterte Preßstück .verwendet
wird, wird durch Synthese aus hexagonalem Bornitrid unter extrem hohem Druck erhalten..Demnach besteht die Mög-
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lichkeit, daß hexagonales Bornitrid als Verunreinigung in dem Pulver des Bornitrids in der Hochdruckform zurückbleibt. Da die Teilchen des Bornitrids in der ' Hochdruckform dem hydrostatischen Druck nicht ausgesetzt sind, bis das Bindemittelmaterial zwischen jedes der Teilchen hineinfließt, wenn das .Sintern unter extrem hohem Druck erfolgt,-besteht weiterhin die Möglichkeit, daß eine Rückbildung in das hexagonale Bornitrid als Ergebnis des Erwärmens auftritt. Wenn das erwähnte Element,, das einen, katalytischen Effekt auf das hexagonale Bornitrid, ausübt, dem..Pulvergemisch zugesetzt wird, kann diese. Rückbildung wirksam ausgeschlossen werden.
Das erfindungsgemäße gesinterte Preßstück mit seiner hohen Härte, Zähigkeit, Temperaturbeständigkeit und Verschleißfestigkeit, ist für die ,'verschiedensten Werkzeuge geeignet, beispielsweise als Durchzugmatrize, Überzugsmatrize, Bohrerspitze oder dergleichen von spanabhebenden Werkzeugen ganz zu schweigen.
Nachstehend ist die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert.
Das Material in den Beispielen ist in allen Fällen kubisches Bornitrid. Jedoch wird praktisch das gleiche Ergebnis erhalten, wenn CBN ersetzt.wird durch Wurtzitbornitrid (WBN), einem Gemisch aus CBN und WBN oder wenn CBN teilweise durch Diamanten ersetzt wird.
Beispiel 1
CBN-PuIver mit einer mittleren Teilchengröße von 7/um und AljOj-Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von 1 yum wurden in einem Verhältnis von 60. Vol.-% zu 40
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Vol.-%· gemischt und in einem Mörser vollständig vermischt. Das Pulvergemisch, dem 2 % Kampfer zugegeben wurden, wurde zu. einem Probestück mit einem äußeren Durchmesser von 10 mm und einer Höhe, von 1,5 mm gepresst, Das Probestück wurde in einen Behälter aus nicht rostendem Stahl gegeben. Der Behälter wurde durch Erhitzen in
-4 einem Vakuumofen mit einem Vakuum von 10 Torr und bei einer Temperatur von 1100° C 20 min entgast. Danach wurde der Behälter in eine Höchstdruckvorrichtung vom Gürteltyp gegeben. Als Druckmedium wurde Pyrophelit verwendet, während ein Graphitrohr die Heizung bildete. Zwischen die Graphitheizung und das Probestück wurde NaCl gesteckt. Der Druck wurde auf 55 Kb erhöht, und dann die Temperatur auf 1400° C. Nachdem dieser Zustand 30 min aufrechterhalten worden war, wurde die Temperatur erniedrigt und der Druck langsam gesenkt. Das so erhaltene gesinterte Preßstück wies einen Außendurchmesser von etwa 10 mm und eine Dicke von etwa 1 mm auf. Das gesinterte Preßstück.wurde zu einer ebenen Flächen mit einer Diamantenschleifeinrichtung geschliffen und dann mit .Diamantenpaste poliert.
Bei der mikroskopischen Betrachtung der polierten Oberfläche stellte sich heraus, daß das gesinterte Preßstück eine vollkommen Kompakte Struktur mit zwischen die CBN-Teilchen geflossenem Al^O., aufwies. Die Härte des gesinterten Preßstücks wurde mit einem Mikro-Vickers-Härtemeßgerät gemessen. Der Mittelwert betrug 3200. Das gesinterte Preßstück wurde mit einem Diamantschneidwerkzeug geschnitten, um ein Schneidfragment oder -Stückchen zu ergeben.· Das Schneidstückchen wurde auf einen Metallträger aufgeschweißt.
Zu Vergleichszwecken wurde ein Schneidwerkzeug der
- 20 -
030050/0662
gleichen Form aus Sintercarbid KlO nach der ^IS-Klassifikation hergestellt. Die Schneidtests wurden-mit FC20-Gußeisen durchgeführt, das eine Härte von H aufwies > und. zwar unter den folgenden Bedingungen: Schneidgeschwindigkeit 100 m/min, Schnittiefe 0,2 mm, Vorschub 0,1 mm/U. Als Ergebnis stellte sich heraus, daß die Oberflächenrauhigkeit bei KlO 15 yum R-^vx betrug, während sie bei dem erfindungsgemäßen gesinterten Preßstück 6 yum R14J^x war, das nach 100 min langem Schneiden sich leicht auf 7-^um.verschlechterte. Eine Betrachtung der Kante, des Werkzeuges nach dem Schneiden zeigte, daß an dem Freiwinkel des K10-Werkzeuges zähe Aufbackungen vorhanden waren, während bei dem erfindungsgemäßen gesinterten Preßstück,solche Aufbackungen nicht beobachtet wurden.
Beispiel 2
Entsprechend den Zusammensetzungen, die in Tabelle 1 angegeben sind, wurden CBN-PuIver und keramisches Pulver vermischt. Das CBN-PuIver wies eine mittlere Teilchengröße von 4 ^um auf.
Tabelle 1
CBN Binde
No. Vo 1.-% mittel
A 75 Al2O3
B 55 Al2O3
C 35 Al2O3
D 60
E 40 70%Al
Binde- Tempemittel Druck ratur Vol.--* Kb 0C
60 1400
55 1400
40 1300
55 1400
55 1400
0 300 50/0662
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In der in Beispiel 1 beschriebenen Weise wurden aus diesem Pulvergemisch Probepreßstücke hergestellt. Die Probestücke wurden in. aus Mo hergestellte Behälter gegeben und der. gleichen Vorbehandlung, wie im Beispiel 1 unterworfen. Danach wurden die Probestücke in einer Höchstdruckeinrichtung unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1 gesintert. Die Temperatur wurde 20 min bei allen Probestücken aufrechterhalten.
In der gleichen Weise wie nach dem Beispiel 1 wurden Schneidstückchen hergestellt. Jedes Stückchen wurde an eine Ecke eines rechteckigen Stücks aus Sintercarbid angeschweißt. Zu Vergleichszwecken wurde ein im Handel erhältliches keramisches Werkzeug (das als W bezeichnet wird) hergestellt, das im wesentlichen aus Al3O3 bestand, sowie ein keramisches A^O^-Werkzeug (das als B bezeichnet wird), das TiC enthielt.
Die Schneidtests wurden mit FC25-Gußeisen mit einer Härte von H01,250 durchgeführt,- Das Werkstück wurde zu einem Rohr mit einem Außendurchmesser von 80 mm, einem Innendurchmesser von 70 mm und einer Dicke von 5 mm geformt, so daß.die Dimensionsgenauigkeit nach der spanabhebenden Bearbeitung untersucht werden konnte. Die spanabhebende Bearbeitung, wurde an dem Innendurchmesserteil unter folgenden Bedingungen durchgeführt: Schneidgeschwindigkeit 400 m/min, Schnittiefe 0,1 mm, Vorschub 0,1 mm/U. Nach der spanabhebenden Bearbeitung wurde die Rundabweichung und Oberflächenrauhigkeit des Innendurchmesserteils untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
- 22 -
030050/0662
- 22 -
Tabelle 2
No. Oberflächenrauhigkeit
Rmax Mikron		 Rundabweichung
Mikron
A 5 1-2
B 4 1-2
C 6 3-4
D 4 1-2
E 6 3-4
W 8 7-8
B 7 6-7
Beispiel 3
Es wurden Pulvergemische hergestellt, die jeweils 60 Vol.-% CBN-PuIver mit einer mittleren Teilchengröße von 7 pm aufwiesen, wobei.der Rest die in Tabelle 3 angegebenen Komponenten enthielt.
Tabelle 3
Oc No. Bindemittel Druck Temperatur
2b Vol.-SS · Kb °C
P A12°3 35 %/ Mo 5 % ' 40 ll0° G Al0O0 38 %, TiO 2 % 40 1200
In der gleichen Weise wie im Beispiel 1. wurde das zu Probestücken gepreßte Pulvergemisch in Mo-Behälter gegeben und anschließend unter den in Tabelle 3 angegebenen Bedingungen gesintert.. Die so erhaltenen gesinter-
0300 50/0662
ten Preßstücke wurden mit Diamantenpaste poliert. Jedes gesinterte Preßstück wies eine kompakte Struktur auf.
Beispiel.4
5
Zu Al2O_-Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von 1 um wurden 2 Gew.-% MgO-PuIver mit einer mittleren Teilchengröße von 1 um gegeben. Zu diesem Pulvergemisch, wurden ferner 65 Vol*-% bzw. 35 Vol.-% CBN-PuIver mit einer mittleren Teilchengröße von 4 /um gegeben, um ein gesintertes Preßstück mit einem Außendurchmesser von 10 mm und einer Dicke von 1 mm in der in Beispiel 1 geschilderten Weise zu erhalten, außer daß der Sinterdruck 50 Kb und die Temperatur 1300° C betrug.
In der gleichen Weise wie im Beispiel 1 wurden Schneidwerkzeuge hergestellt. Die Schneideigenschaften mit denjenigen aus handelsüblichem schwarzem keramischem Material aus Al2O3-3O%TiC verglichen, die Schneidtests wurden mit FC20 30 min lang unter folgenden Bedingungen durchgeführt: Schneidgeschwindigkeit 400 m/min, Schnitttiefe 2 mm, Vorschub 0,36 mm/U. Die Seitenverschleißbreite des Werkzeugs aus schwarzem keramischem Material betrug 0,30 mm, während diejenige des erfindungsgemäßen gesinterten Preßstücks 0,21 mm im Falle von 65 % CBN und 0,19 mn im'Fall von 35 % CBN betrug.
Beispiel 5
Ein Kohlenstoff nitridpul ver, das aus Ti(N ,.C ^) g, Al„0 -Pulver, metallischem Al-Pulver und metallischem Ti-Pulver zusammengesetzt war, wurde im Verhältnis von 25,, 70, 30 und 2 Gew.-% vermischt. Das Pulvergemisch wurde gepreßt, in einem Vakuumofen 30 min bei 100° C gehalten und dann abkühlen gelassen. Das so erhaltene Probestück wurde mit einer Kugelmühle pul-
0 300 50/066 2 - 24 -
verisiert, um ein feines. Pulver zu ergeben, das eine mittlere Teilchengröße von 0,3 pxa aufwies. CBN-Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von 3 ^um wurde mit diesem Pulver vermischt, das hauptsächlich aus Al2O-, besteht, so daß der CBN-Gehalt 60 Vol.-% betrug. Das Pulvergemisch wurde zu einem Preßstück mit einem Durchmesser von 10 mm und einer Dicke von 1,5 mm gepreßt, das mit einer Scheibe mit einem Durchmesser von 10 mm und einer Dicke von 3 mm in Berührung gebracht wurde, die aus WC-6 SSCo-S inter carbid hergestellt worden war. Das Ganze wurde in einer Hochstdruckvorrichtung unter einem Druck von 4O Kb und bei einer Temperatur von 1200° C 20 min lang in.der gleichen Weise wie im Beispiel 1 gesintert. Das so erhaltene gesinterte Preßstück bestand aus einer CBN-haltigen Schicht mit einem Durchmesser von 1 mm, die fest mit der Scheibe aus Sintercarbid verbunden war. Das gesinterte Preßstück wurde zerschnitten, auf einen Träger aus Sintercarbid aufgeschweißt und anschließend poliert, um ein Schneid-Stückchen zu erhalten. Ein Schneidtest mit einem CF20-Äquivalent zeigte, daß die Seitenverschleißbreite 0,15 mm betrug.
Beispiel 6
CBN-Pulver mit einer mittleren.Teilchengröße von 2 farn Al2O3-Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von 1 pm wurden in einem Verhältnis von 45 : 55 Vol.-% gemischt und dann .in. einem Mörser gleichmäßig ver-rmischt. Das Pulver wurde in einen nicht rostenden Stahlbehälter gestopft,■der am Boden einen Innendurchmesser von 10,0 mm und einen Außendurchmesser von. 14,0 mm aufwies. Eine WC-.lSXCo-Legierung-Scheibe mit einem Innendurchmesser von 9,9 mm und einer Dicke von 3 mm
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wurde darüber angeordnet. Weiterhin wurde darauf ein luftdurchlässiger Körper mit einem Außendurchmesser von 10,0 mm und einer Dicke von. 2 mm angeordnet, der aus -100 mesh bis + 200 mesh Eisenpulver bestand. Das Rohr aus nicht rostendem Stahl wurde verstopft und eine Platte aus reinem Kupfer wurde darauf angeordnet. Das Ganze wurde bei 100°.G unter einem Vakuum von 10" Torr in einem Vakuumofen erhitzt. Nach dem Entgasen, wozu dieser Zustand eine.Stunde aufrechterhalten wurde, wurde die Temperatur erhöht und 10 min bei.1100 C gehalten, was dazu führte, daß das Kupfer.in den Eisenpulverpreßkörper eindrang und das .Pulvermaterial in einem luftdichten Zustand aufrechterhielt.
Das Ganze wurde in eine Hochstdruckvorrichtung vom Gürteltyp gegeben. Pyrophelit wurde als Druckmedium verwendet, während ein Graphitrohr die Heizung bildete. NaCl wurde zwischen das Probestück und die Graphitheizung gestopft. Der Druck wurde zunächst auf 55 Kb erhöht, und danach die Temperatur, die 20 min auf 1100° C gehalten wurde. Die Temperatur wurde erniedrigt und dann der Druck langsam gesenkt. .Das so erhaltene gesinterte Preßstück wies einen Außendurchmesser von etwa 10 mm und eine Dicke von etwa 1 mm auf. Es war mit dem WC-15%Co-Sintercarbid fest verbunden. Das gesinterte Preßstück wurde mit einer Diamantenschleifeinrichtung zu. einer ebenen Fläche geschliffen und danach mit Diamantenpaste poliert. Die Betrachtung unter einem optischen Mikroskop.zeigte, daß das gesinterte Preßstück eine vollkommen kompakte Struktur mit zwischen den CBN-Teilchen fließendem Al3O3 aufwies. Als halbe Breite der Beugung der CuKot-Strahlung des A^O3 (116) des gesinterten Preßstücks wurden 0,525 deg gemessen. Eine Untersuchung mit einem Mikro-Vickersr-Härte-Meßge-
030050/06 6 2 - 26 -
rät zeigte, daß.das gesinterte. Preßstück eine mittlere Härte von 3400 aufwies. Das gesinterte Preßstück wurde mit einem Diamantschneidwerkzeug zu einem Schneidfrag- ! ment oder -Stückchen geschnitten, welches auf einen Stahlträger, aufgeschweißt wurde.
Zu Vergleichszwecken wurde ein Schneidwerkzeug der gleichen Form aus.KlO-Sintercarbid nach der JIS-Klassifikation hergestellt. Es wurde ein Schneidtest mit CF20-Gußeisen. mit.einer Härte von Ηητ,22Ο.unter folgenden Bedingungen, durchgeführt:. Schneidgeschwindigkeit 100 m/min,. Schnittiefe 0,2 mm, Vorschub 0,1 mm/U. Es ergab sich, daß die Oberflächenrauhigkeit bei der spanabhebenden Bearbeitung mit dem ΚΙΟτ-Wer.kzeug 15 /um R.,AV betrug., während sie bei dem erfindungsgemäßen
MAX
gesinterten Preßstück 4 /um R^ χ betrug. Die Oberflächenrauhigkeit verschlechterte sich nur gering auf 6 ium R nach einer spanabhebenden Bearbeitung von 120 min. Eine Betrachtung der Kante des Werkzeugs nach der spanabhebenden Bearbeitung zeigte, daß an dem Freiwinkel des K10-Werkzeuges zähe Aufbackungen vorhanden waren, während bei dem erfindungsgemäßen gesinterten Preßstück solche Aufbackungen nicht beobachtet wurden.
Beispiel 7
Entsprechend den Zusammensetzungen, die in Tabelle 4 angegeben sind, wurden CBN-Pulver und Al2O3-Pulver vermischt. Die mittlere Teilchengröße des Al^O3 betrug 1 ium. Die Pulvergemische wurden in der gleichen Weise wie im Beispiel 6 vorbehandelt und anschließend in einer Hochstdruckvorrichtung unter, den in Tabelle angegebenen Bedingungen gesintert. Die Wärmeeinwirkungsdauer betrug jeweils 2O min. In Tabelle 5 sind die Er-
- 27 030050/0662
gebnisse der Schneidtests und.Messungen der halben Breite der CuKot-Strahlungsbeugung des Al3O-S (116) angegeben.
CBN 55 Al0O0 Tabelle 4 Druck Temperatur
U VoL-% 35" T "^ ft/ Kb 6 C
'■Ρ 20
CQ 80 CBN Mittl.
ω
It		 65 Teilchengr.
A 40 45 Mikron 55 . 1100
to
α)		 B 35 65 60 1200
U C 40 80 50 1300
<ΰ D 50 20 3 55 1350
C
•Η
CQ		 E 35 2 50 1200
ο F 60 3 55 900
• G 65 4 60 1550
O) H 60 5 60 1600
β I 50 . 3 60 1700
Ό 2
•Η 3
M
ω		 4
Die Schneidtests wurden mit FC25-Gußeisen durchgeführt, das eine Härte von H__250.aufwies und zu einem Rohr mit
Ro
einem Außendurchmesser von 150 mm und einem Innendurchmesser von 70 mm geformt war, und zwar jeweils 15 min unter folgenden Bedingungen: Schneidgeschwindigkeit 400m/min, Schnittiefe 0,1 mm, Vorschub.0,15 mm/U.
030050/06 62
- 28 -
Halbe Breite · Seitenverder CuKöt-Strah- schleißlungsbeugung breite des Al3O3 (116) nun deg
Rauhigkeit der bearbeiteten Oberfläche Rmax Mikron
I
O) 		A 0,530 . 0,12
B O,45O 0,09
Q) -P
CS CO
:cd ca
E (l)
n\ Lj		 C
D		 0,0362
0,330 -		 0,10
0,18
lngsg«
:es P]		 E 0,445 0,16
Erfindi
sinteri		 F
G
H		 0,651
0,178
0,140		 0,30
0,25
0,40
I 0,123 0,45
Weißes keramisches
Material
Schwarzes keramisches
Material.		 0,50
O,27
4 4 5 6 5
Zum Vergleich sind in Tabelle 5 auch die Ergebnisse von Versuchen-mit einem handelsüblichen.keramischen Werkzeug (weißes keramisches Material), das im wesentlichen aus Al3O3 besteht, sowie mit einem keramischen Al5O--Werkzeug (schwarzes keramisches Material), das TiC enthält, angegeben. Die Tabelle, verdeutlicht die Überlegenheit der erfindungsgemäßen gesinterten Preßstücke, deren halbe.Breite des Al3O3 (116) im Bereich zwischen O,600 deg und 0,200 deg liegt.
Beispiel 8
Entsprechend den Zusammensetzungen, die in Tabelle 6 angegeben sind, wurden CBN-,Pulver und Al2O3-Pulver ver-
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- 29 -
mischt. Die mittlere Teilchengröße des Al3O3 betrug 1 pn. Das Pulvergemisch wurde nach der. gleichen Vorbehandlung wie im Beispiel 6 in einer Höchstdruckvorrichtung unter den in Tabelle 6 angegebenen Bedingungen gesintert. Die Betrachtung des so erhaltenen gesinterten Preßstücks zeigte, daß das Al2O- im kontinuierlichen. Zustand vorlag und die Struktur kompakt war. Die Tabelle 6 gibt auch die Messungen der halben Breite der Beugung der. CuKtÄ-Strahlung der gesinterten Preßstücke wieder.
Zur Durchführung der Schneidversuche wurden Schneidwerkzeuge in der gleichen Weise hergestellt wie im Beispiel 6, Als Werkstück wurde vergüteter SKDllr-Stahl mit einer Härte von HD_63 verwendet. Die Versuchsbedingungen waren folgendermaßen: Schneidgeschwindigkeit 100 m/min, Schnittiefe 0,1 mm, Vorschub 0,10 mm/U. Zum Vergleich wurde KOl-Sintercarbid nach der JIS-Klassifikation gleichzeitig getestet. Nach 10 min langer spanabhebender Bearbeitung wurde bei den erfindungsgemäßen gesinterten Preßstücken L, M und N eine Seitenverschleißbreite von 0,08 mm bzw. 0,1 mm bzw. 0,12 mm. gemessen, während diejenige, die bei den.gesinterten· Preßstücken J und K gemessen wurde, 0., 2 mm bzw. 0,3 mm betrug. KOl-Sintercarbid war nicht in der Lage, vollständig zu schneiden.
M φ
CBN
Τ3 -P -PIj
ecm
•Η ·Η
M-I tO φ*
M Φ
35 IO 80 60 40
Tabelle 6
Al 0 CBN Mittl. Vol.-* Teilchen- - - größe • Mikron
Druck Tempe-Kb ratur
65 90 20 40
30 3 2 3
60 0 30 0 55O/066 ^°
1200 1300 1100 1200 1300
Halbe Breite der CuK*- Strahlungsbeugung des Al2O3(IlO) deg
0,44
0,356
0,540
0,452
0,361
Beispiel 9
Zu Al2O3-PuIver mit einer mittleren Teilchengröße von i 1 jum wurden 2 Gew.-% MgO-Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von 1 pm und dann 50 Vol.-% CBN-Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von 4 yum gegeben. Das Pulvergemisch, dem 2 % Kampfer zugesetzt worden war, wurde zu einem Probestück mit einem Außendurchmesser von 10 mm und einer Höhe von.1,5 mm gepreßt. Das gepreßte. Probestück wurde in einem aus Mo hergestellten Behälter gegeben, ..entgast und anschließend in der gleichen Weise wie.im Beispiel 6 gesintert, um ein . gesintertes Preßstück mit einem Außendurchmesser von 10 mm und.einer Dicke" von 1 mm zu erhalten. Das Sintern wurde mit einem Druck von 50 Kb und bei einer Temperatur von 1300° C durchgeführt. Als halbe Breite des Al3O3 (116) wurden 0,380 deg gemessen.
Das so erhaltene gesinterte Preßstück wurde mit einem Diamantschneidwerkzeug zerschnitten, um. ein Schneidstückchen zu ergeben. Die Schneideigenschaften des Stückchens wurden mit jenen eines handelsüblichen, kaltgepreßten, im wesentlichen aus Al2O3 bestehenden, keramischen Werzeug verglichen. Die Versuche wurden mit FC20 unter folgenden Bedingungen, durchgeführt: Schneidgeschwindigkeit 400 m/min, Schnittiefe 2 mm, Vorschub 0,36 mm/U, Schneiddauer. 30 min. Die Seitenverschleißbreite, die genossen wurde, betrug O,3O mm, während sie bei dem erfindungsgemäßen gesinterten Preßstück 0,02 mm betrug.
Beispiel 10
Zu Al9O--Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von
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- 31 -
wurden 10 Gew.-ä; AlN-Pulver mit einer mittleren Teilchengröße von 0,5jüm und dann 45 Vol.-% CBN-PuIver mit einer mittleren Teilchengröße von 5 yum gegeben. Das Pulvergemisch wurde in.einen aus Mo hergestellten Behälter gegeben, entgast und bei 55 Kb und 1250° C in der gleichen Weise wie im Beispiel 6 gesintert. Die halbe Breite des Al3O3 (116), die bei dem gesinterten Preßstück durch Beugung, der CuKoL-Strahlung gemessen wurde, betrug 0,400 deg.
Das so erhaltene gesinterte Preßstück wurde mit einem Diamantschneidwerkzeug zerschnitten, um ein Schneidstückchen zu erhalten. Das Schneidstückchen wurde mit FC35 unter folgenden Bedingungen 15 min lang getestet:
Schneidgeschwindigkeit 300 m/min, Schnittiefe 1 mm, Vorschub 0,30 mm/U. Zum Vergleich wurde TiC-haltiges keramisches Al2O3-Material unter den gleichen Bedingungen einem Test unterworfen. Bei dem handelsüblichen keramischen Material ergab sich eine Seitenverschlöißbreite von 0,45 mm, während die des .erfindungsgemäßen gesinterten Preßstücks 0,19 mm betrug.
Patentanwälte
DIpl.-Ing. E. Eder
Dlpl.-Ing. K. Schiesohke
8 München 40, EllsabethstraBe
030050/066 2

Claims (8)

  1. Dipl.-lng. E. Eder
    Dlpl.-ing. K. Schieschke
    München 40, EllsabethstraBe 34
    Sumitomo Electric Industries Ltd. Osaka (Japan)
    Gesintertes Preßstück und Verfahren zur Herstellung desselben
    Patentansprüche
    ι" y. Gesintertes.Preßstück für äußerst harte Werkzeuge aus 20 bis 80 VoL-% Bornitrid in der Hochdruckform, wobei der Rest aus Al-O., oder einem zusammengesetzten keramischen Stoff besteht, der im wesentlichen aus Al2°3 besteht und Carbide und Nitride der Metalle der Gruppen IVa, Va, VIa des Periodensystems der Elemente, eine gemeinsame feste Lösung davon oder ein Gemisch davon enthält, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Rest eine kontinuierliehe Phase in der Struktur des gesinterten Preßstücks darstellt.
    . 030050/0662
  2. 2. Gesintertes Preßstück nach Anspruch 1, dadurch g ekennz e i chnet, daß das äußerst harte gesinterte Preßstück eine Dicke von mehr als 0,5 mm aufweist und direkt mit einem Träger verbunden ist, der aus .Sintercarbid hergestellt, ist.
  3. 3. Gesintertes Preßstück für äußerst harte Werkzeuge aus 20 bis 80 Vol.-% kubischem Bornitrid, wobei der Rest aus Al3O3 besteht und eine kontinuierliche
    Phase in der Struktur des gesinterten Preßstücks bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die halbe Breite des (116) der Rontgenstrahlungsbeugung einer CuKo<-Strahlung der AljO-j-Kristalle in dem gesinterten Preßstück im Bereich zwischen 0,600 deg und 0,200 deg liegt, wobei die Teilchengröße des kubischen Bornitrids kleiner als 5 ^im ist.
  4. 4. Gesintertes Preßstück nach Anspruch 3, dadurch g ekennz e lehnet, daß das äußerst harte, gesinterte .Preßstück eine Dicke von mehr als 0,5 mm aufweist und direkt mit einem Träger verbunden ist, der aus Sintercarbid hergestellt ist.
  5. 5. Gesintertes Preßstück nach Anspruch 3, dadurch g ekennzeichnet, daß das kubische Bornitrid 20 bis 55 Vol.i-SS ausmacht.
  6. 6. Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Preßstücks für äußerst harte Werkzeuge, bei dem ein Pulvergemisch, das sich aus 20 bis 80 Vol.-% Bornitrid-Pulver in der Hochdruckform und einem.Rest zusammensetzt, der aus Al2O3~Pulver oder dem Pulver eines zusammengesetzten keramischen.Stoffs besteht, der im wesentlichen aus Al2O3-PuIver besteht und
    0 30050/0662 - 3 -
    Carbide und Nitride der Metalle der Gruppen IVa, Va, VIa des Periodensystems, der Elemente, eine gemeinsame feste Lösung davon oder ein Gemisch davon enthält, vermischt und gesintert wird, so wie es vorliegt, oder nach dem Pressen mit einem hohen Druck und bei hoher Temperatur in einer Höchstdruckvorrichtung, dadurch . g e k e η η ζ e i chnet, daß der zusammengesetzte, keramische Stoff eine kontinuierliche Phase, in der Struktur des gesinterten Preßstücks darstellt.
  7. 7. Verfahren zur. Herstellung eines gesinterten Preßstücks für äußerst harte Werkzeuge, bei dem ein Pulvergemisch, das sich aus 20 bis 80 Vol.-% kubisehem Bornitridpulver und einem Rest aus Al2O^- Pulver zusammensetzt, gesintert wird, so wie es vorliegt, oder nach dem Pressen mit einem hohen Druck und bei einer hohen Temperatur in einer Höchstdruckvorrichtung, in der ein festes Druckmittel angewendet wird, dadurch gekennzei chnet, daß die halbe Breite des (116) der Röntgenstrahlungsbeugung einer CuKoC-Strahlung der Al-O^-Kristalle in der Struktur, die aus einer kontinuierlichen Phase des besagten Restes besteht, im Bereich zwischen 0,6OO deg und 0,200 deg liegt, wobei die Teilchengröße des kubischen Bornitrids kleiner als 5 pm ist.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das kubische Bornitrid 20 bis 55 Vol.-% ausmacht.
    Patentanw&ltt
    Dip!.-k»9· E. Eder
    Dlpl.-IngOK. Schieechke
    6 MQncheflWW EllsabethitraBe 34
    030050/06S2
DE19803016971 1979-05-01 1980-05-02 Gesintertes presstueck und verfahren zur herstellung desselben Granted DE3016971A1 (de)

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