DE3045054A1 - METHOD FOR PRODUCING CUTTING TOOLS BASED ON SI (DOWN ARROW) 3 (DOWN ARROW) N (DOWN ARROW) 4 (DOWN ARROW) - Google Patents

METHOD FOR PRODUCING CUTTING TOOLS BASED ON SI (DOWN ARROW) 3 (DOWN ARROW) N (DOWN ARROW) 4 (DOWN ARROW)

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DE3045054A1
DE3045054A1 DE19803045054 DE3045054A DE3045054A1 DE 3045054 A1 DE3045054 A1 DE 3045054A1 DE 19803045054 DE19803045054 DE 19803045054 DE 3045054 A DE3045054 A DE 3045054A DE 3045054 A1 DE3045054 A1 DE 3045054A1
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Krishnamoorthy Inkster Mich. Subramanian
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    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/584Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
    • C04B35/593Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride obtained by pressure sintering

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schneidwerkzeugen auf der Basis von SiN ..The invention relates to a method for manufacturing cutting tools based on SiN ..

3 43 4

Schneidwerkzeuge auf der Basis von Si N sind bekannt ; wenn auch die bekannten Schneidwerkzeuge eine hohe Härte und große Standfestigkeit aufweisen, so besitzen die bekannten bzw. bislang vorgeschlagenen Materialien noch eine mangelhafte chemische Stabilität der Sekundär phase. Weiterhin weisen die Schneidwerkzeuge einen noch zu großen Reibungskoeffizienten bei dem bestimmungsgemäßen Gebrauch als Schneidwerkzeug auf.Cutting tools based on Si N are known; albeit the known cutting tools have a high hardness and great stability, so have the known or previously proposed materials still inadequate chemical stability of the secondary phase. Furthermore, the cutting tools have a coefficient of friction that is still too high when used as intended as a cutting tool on.

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Sitz der Gesellschaft: Köln - Registergericht Köln. HRB 84 · Vorsitzender des Aufsichtsrates: Robert A. LutzSeat of the company: Cologne - Cologne registry court. HRB 84 · Chairman of the Supervisory Board: Robert A. Lutz

Vorstand: Peter Weiher, Vorsitzender · Hermann Dederichs - Waldemar Ebers · Hans Wilhelm Gab · Paul A.Guckel - Wilhelm IndenBoard of Directors: Peter Weiher, Chairman Hermann Dederichs - Waldemar Ebers Hans Wilhelm Gab Paul A. Guckel - Wilhelm Inden

Alfred Langer - Hans-Joachim Lehmann ■ Dieter UllspergerAlfred Langer - Hans-Joachim Lehmann ■ Dieter Ullsperger

Fo3?d/üb'=il£9/2Ci0 NovembeFo3? D / ub '= il £ 9 / 2Ci 0 Novembe

Es ist daher die Aufgabe der Erfiadung, ein Verfahren zur Herstellung eines Silir.eiäv/ei.'l'SQiiges ^osauscMagen, bsi dem. als Ergebnis des Vss· fahrens sieh ein ScäseM7v7erl'ssm.g ergibt,, das die Vorteile bekannter Schneid werk senge j näsmlieh hohe Härte raid große Schlagfestigkeit bei hohen Tempsi'ateea3 beibehält jedoch bessere chemische Stabilität aufweist und auch siaea verringerten Reibungskoeffizienten besitzt.It is therefore the task of the invention to provide a process for the production of a Silir.eiäv / ei.'l'SQiiges ^ osauscMagen, bsi dem. as a result of driving Vss · check a ScäseM 7 v7erl'ssm.g results ,, the work the advantages of known cutting senge j näsmlieh high hardness raid large impact resistance at high Tempsi'ateea 3 retains but better chemical stability and also having reduced coefficient of friction has siaea .

Die Aufgabe der Surfindssg \7ird durch die Anwendung der im Hauptamspruch gekennseicMGSes. Verfahrens schritte erreicht 5 sweckmässige Ausgestaltungen ssr Erfasdaag ergeben sich durch die Anwendung der in den Unteransp^üeken gekeanseichneten Verfahrensschritte.The task of the Surfindssg \ 7 is through the application of the main message gekennseicMGSes. Process steps reached 5 angular Refinements ssr Erfasdaag result from the application of the The procedural steps not identified in the sub-aspects.

Es hat sich heraus§sEtsllt3 da^ bei Anweadtmg der erfisKtaagsgemäiBen Verfahr ens schritte die '/©ffteilhaften Eigenschaften voa Schneidwerkzeugen bekannter Herkuaffi beibehalten oder veshessest werden. Ins = besondere besitsea aiiicli die sack dessi erfiiaciGmgsgemäßea Verfahrea hergestellten Sdcmeiav/e^hzsuge eine hoh<s therssiisehe Leitfähigkeit,, einen geringen "iiTärjsiesHisdeiinusigskoeffizienten vna gute Eigenschaften bezüglich der ErzEiMung bsi hohen TeEaperaturesa. Das1 über hinaus weist das nach dem erfiiadaagsgem&ßen Verfahreil hergestellte Schneidwerkzeug kaum eiiisa Brach ©der eine Deformation bei der Benutzung als Werkzeug unter hohen Temperaturen auf. Daau kommt, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren die chemische Stabilität verbessert und der Reibungskoeffizient des Werkzeuges verringert wird. Auch bei hohen Schnittgeschwindigkeiten und bei großem iSerspanungsleistungen ist die Bruchfestigkeit bei hohen Temperaturen größer als bei bekannten Werkzeugen.It has emerged 3 that when the process steps according to the present day are applied, the five-part properties of cutting tools of known origins are retained or improved . The sack dessi erfiiaciGmgsgemäßea Verfahrea prepared Sdcmeiav / e ^ aiiicli hzsuge Ins = special besitsea a Hoh <s therssiisehe conductivity ,, a low "iiTärjsiesHisdeiinusigskoeffizienten VNA good properties with respect to the ErzEiMung bsi high TeEaperaturesa. Prepared The 1 points beyond the SEN according to the erfiiadaags gem & Verfahreil Cutting tool hardly ever broke deformation when used as a tool at high temperatures. As a result, the method according to the invention improves the chemical stability and the coefficient of friction of the tool is reduced higher temperatures than with known tools.

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F ©rd/US = ino/2§0 November 3L9SOF © rd / US = ino / 2§ 0 November 3L9SO

S045054S045054

Die Anwendung der erfindungs gemäßen Scfe.aeife/es.'kaecgs ist besonders vorteilhaft, wenn Gußeisen dudeln Fräsen Drehen oder Bohr es bearbeitet wird. Dabei kann ein dureligeheadei" oder ein w&fcGvhsQckeztsz- Schnitt vorgenommen werden«,The use of the Scfe.aeife / es.'kaecgs according to the invention is particularly advantageous when it is being machined in cast iron doodling, milling, turning or drilling. A dureligeheadei " or a w & fcGvhsQckeztsz- incision can be made ",

Das erfindungsgeniäüe Verfahren soll nachfolgend noch einmal im einzelnen beschrieben werden : The erfindungsgeniäüe method will be described again in detail:

Das Schneidwerkzeug gemäß des? Erfisadiaag ψήζά so hergestellt,, daß zunächst eine Mischung aus Si5N7, - Fuder ν,ηά HfO.. = Puder feergssteilt wird ; danach wird bei holier Tempsffata? die Misclimig eiaem Druck solange ausgesetzt, bis annähernd die theoretisch niögliclies hundert prozentige Verdichtung erreicht ist. Um diese Verdichtung au erreichen, ist der angewendete Druck eine bestimmte Zeit aufrecht su erhalten» Danach wird das sich ergebende Teil bearbeitet, bis es die gewünschte Form eines Schneidwerkzeuges angenommen hat. Bei diesem Verfahren wirkt HfO_ als ein Flußmittel ; seine Anwesenheit in der Mischung ist auf 4 bis 12 Gewichts % der Mischung begrenzt. Als Grundmaterial kann bevorzugt Silikonnitrid-Puder verwendet werden, das einen SiO?- Uberzug (üblicherweise O, 75 bis 1, 5 %) aufweist und das zumindest 85 % ALPHA-Silikonnitrid enthält. An Unreinigkeiten sollten nicht mehr als die folgenden Beträge vorhanden sein : 0, 5 Gewichts % Eisen, 0, 01 Gewichts % Kalzium ; 0, 4 Gewichts % Aluminium, 2 Gewichts % Oxygen und 1,5 Gewichts % freies Silikon. Demnach sollte der gesamte Anteil an Verunreinigungen kleiner als 1 %, ausgenommen jedoch das freie Silikon. Es ist wünschenswert, ein · Puder zu verwenden, das eine mittlere Partikelgröße von 2 bis 2, 5 micron für das Silikonnitrid Puder besitzt. Es ist weiterhin vorteilhaft, ein stabilisiertes Hafniumoxyd-Puder zu verwenden, das eine Reinheit von 99,9 % besitzt und das handelsüblich ist mit einer Partikelgröße von kleiner als 325 mesh The cutting tool according to the? Erfisadiaag ψήζά so produced, that first a mixture of Si 5 N 7 , - Fuder ν, ηά HfO .. = powder is divided into fine grains ; then at holier Tempsffata? The Misclimig is exposed to pressure until approximately the theoretically impossible one hundred percent compression is reached . In order to achieve this compression, the pressure applied must be maintained for a certain period of time. The resulting part is then machined until it has assumed the desired shape of a cutting tool. In this method, HfO_ acts as a flux; its presence in the mixture is limited to 4 to 12 % by weight of the mixture. As a base material, silicon nitride powder can preferably be used, which has an SiO ? - Has coating (usually 0.75 to 1.5 %) and which contains at least 85% ALPHA silicon nitride. Of impurities should not be present as the following amounts: 0, 5% by weight iron, 0, 01% by weight calcium; 0.4 % by weight aluminum, 2 % by weight oxygen and 1.5 % by weight free silicone. Accordingly, the total proportion of impurities should be less than 1%, with the exception of the free silicone. It is desirable to use a powder that has an average particle size of 2 to 2.5 microns for the silicon nitride powder. It is also advantageous to use a stabilized hafnium oxide powder which has a purity of 99.9 % and which is commercially available with a particle size of less than 325 mesh

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Ford/US-1119/20. NovemberFord / US-1119/20. November

fifi

(entspricht 0,046 Millimeter lichte Maschenweite nach DIN 1171). Als stabilisiertes HfO51 wird 88 % HfQ und 12 % Y-O verendet.(corresponds to a clear mesh size of 0.046 millimeters according to DIN 1171). 88 % HfQ and 12% YO are used as stabilized HfO 51.

Das Mischen der verwendeten Puder kann durch eine Kugelmühle erfolgen, die auch die erforderliche Partikelgröße herstellt» Die Kugeln der Kugelmühle können Ύί, WC, Al3O und SiC enthalten. Das Kugelmühlverfahren kann mehrere Tage anhalten und ist so ausse= legen, daß eine Partikelgröße des Puders von etwa I8 5 micron erreicht wird. Dabei tritt eine typiscl ■> Abnutzung der Kugeln oder der anderes Elemente der Kugelmühle eins die etwa 1, 75 bis 2, 5 Gewichts % der fertigen Mischung beträgt. Dieser Anteil stellt die Verunreinigungen dar, die in der sadgültigea Mischung des Puders vorhanden sind.The powders used can be mixed using a ball mill, which also produces the required particle size. The balls in the ball mill can contain Ύί, WC, Al 3 O and SiC. The Kugelmühlverfahren can persist for several days and is ausse = suggest that a particle size of the powder is achieved from about I 8 5 micron. In this occurs typiscl ■> wear of the balls or of the other elements of the ball mill is a s about 1 75 to 2, 5% by weight of the final mixture. This proportion represents the impurities that are present in the sadvaligea mixture of powder.

Das Heißpressen der Pudermischung findet statt bei eineEn Druck zwischenThe hot pressing of the powder mixture takes place at a pressure between

/2 /2/ 2/2

281 und 492 kp/cm , vorzugsweise bei einem Druck von 422 kp/cm bei einer Temperatur zwischen 1.680 und 1 750 Celsius, vorzugsweise bei einer Temperatur von 1 700 Celsius. Die Einwirkungszeit der Temperaturen des Druckes kann dabei 2 bis 8 Stunden, vorzugsweise 6 Stunden b etragen.281 and 492 kgf / cm, preferably at a pressure of 422 kg / cm at a temperature between 1,680 and 1,750 Celsius, preferably at a temperature of 1,700 Celsius. The exposure time of the The temperatures of the pressure can be 2 to 8 hours, preferably 6 hours.

Das Heißpressen wird bevorzugt in einer Graphitform ausgeführt, wobei das Graphit als eine schützende Umgebung für das Werkstück dienft. Es ist jedoch auch möglich, den Preßvorgang in einer Stickstoffatmosphäre durchzuführen. Wird das Werkstück in einer Graphitform behandelt, so ist es günstig, die Pudermischung zunächst mitThe hot pressing is preferably carried out in a graphite mold, with the graphite serving as a protective environment for the workpiece serves. However, it is also possible to carry out the pressing process in a nitrogen atmosphere perform. If the workpiece is treated in a graphite mold, it is beneficial to use the powder mixture first

. 2
einem Druck von 35 kp/cm vorzupressen. Sodann kann eine Pressung
. 2
a pressure of 35 kp / cm. Then a pressing

2
bei einem Druck von 422 kp/cm vorgenommen werden, wobei eine Steigerung auf diesen Wert so vorgenommen wird, daß sich der Druck etwa 70 kp/cm pro Minute erhöht. Die Erhöhung der Temperatur kann
2
at a pressure of 422 kgf / cm, an increase to this value being made so that the pressure increases about 70 kgf / cm per minute. The increase in temperature can

/ dabei stattfinden, wenn das Werkstück schon einem Druck von 35 kp/cm:/ take place when the workpiece already has a pressure of 35 kp / cm:

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ill 9/20, Novemberill 9/20, November

ausgesetzt worden ist. Yon diesem iHunkfc an kann d&nsa die Temperatur bis aaf die E21dteii.1pers.tur von 1 7Ö0 ** Celsius gssteige^t werden. Das Heißpressen ist dabei bei dieser Tesapeira&js· imd feeisi maämalen Druck solange durchzufahren, bis die Yerdiclitmig zumindest 99 %, vorzugsweise 99, 3 % der theoretisch xnögiicIieE DicMe ersieht hat. Οϊΐΐ sicher zu sein; daß dieser Wert en?©acht is'ic kasm de^ Hub des1 '^re£"7OrrichU"iag beobachtet werden Tritt hierbei keine T/esentliek© Terfeiderung innerhalb eisgs bsstisiasatea Zeifiiaisrvallegi auf, so kaan ille Wärme - und Druckbehandlung abgebrochen "-/erden.has been exposed. From this point on, the temperature can rise to a temperature of 1 70 ° Celsius. The hot pressing is to be carried out with this Tesapeira & js · imd feeisi maämalen pressure until the Yerdiclitmig has seen at least 99%, preferably 99.3% of the theoretically possible diameter. Οϊΐΐ to be safe ; that this value en? © eight is'i c kasm de ^ Hub des 1 '^ re £ "7OrrichU" iag are observed. -/earth.

ϊ'ατ το erzeugte Gsgenstand kaasi da;si auf die gewüsiscMa Form £fe sin iSsftseidwes'kzei'.g gebracht v/erdess etv/a dsrcii Aaweadaag von Dia-Siuxnt2shlei£er:, Das so srssugte WeÄseag bestellt sodaaa aus eire ^ •L^piRiär-Matris·= Phase voasilikonnifi^M aiii; siaer iiatergraaularen SokuiT.äcirphass-s dä-3 als Binder für 03.-3 Matrix dieat uad die aus Si H., SiO, -ana HfO,. besiaht, Diese Sekuadüi'phase fördert die chemische Stabilität für daß !»eramisehen Gegesastaad ußd feat aiicli sur Folge, daß ein kleinerer Rsibisigskoeffiaient £bis das Werkssug v/ährend seines Einsatzes als -Schneidwerkzeug vorhaades. ist» Bas Zerreißmodul für ein auf diese Weise erzeugtes Material liegt bei Raumtemperatur zwischen 4 218 und 6 327 kp/cm . Des5 ■Wärmeausdehnungskoeffizient ϊ'ατ το produced object kaasi da; si brought to the known form £ fe sin iSsftseidwes'kzei'.g v / erdes s etv / a dsrcii Aaweadaag from Dia-Siuxnt2shlei £ er :, Das so srssugte WeÄseag ordered from sodireaa • L ^ piRiär-Matris · = phase voasilikonnifi ^ M aiii; siaer iiatergraaularen SokuiT.äcirphass-s dä-3 as a binder for 03.-3 matrix dieat uad from Si H., SiO, -ana HfO ,. besiaht This Sekuadüi'phase promotes chemical stability for that! "eramisehen Gegesastaad USSD feat aiicli sur consequence that a smaller Rsibisigskoeffiaient £ bi s the Werkssug v / hile vorhaades its use as -Schneidwerkzeug. is »The ultimate modulus of tear for a material produced in this way is between 4,218 and 6,327 kp / cm at room temperature. Des 5 ■ coefficient of thermal expansion

0
ist nicht größer als 1 ,.056 pro Celsius iasd die Wärmeleitfähigkeit ist
0
is not greater than 1.056 per Celsius iasd the thermal conductivity

nicht größers als U0 372 kcal/m h ° Celsius (3, 0 BTü/krin°F). Die Härte des Werkzeuges beträgt mindestens 86 Rockwell 45-N, wobeinot greater than U 0 372 kcal / mh ° Celsius (3.0 BTü / krin ° F). The hardness of the tool is at least 86 Rockwell 45-N, where

3 die Dichte etwa 3, 25 bis 3, 5 Gramm pro ein beträgt.3 the density is about 3.25 to 3.5 grams per one.

Das durch das -ärfiadurigsgemäie Verfahren erseugte Schneidwerkzeug kann insbesondare zur Bearbeitung von Gtaßeisea9 in Sonderheit Grauguß, mit gttestigen Ergabnissen verv/eadet "^e^dea. Hier erzielt das Schneidwerkzeug sehr hohe Standzeiten. De? Gegeastaad der Erfindung ist nichtThe cutting tool obtained by the process can be used, in particular, for machining cast iron 9 , especially gray cast iron, with good results. Here the cutting tool achieves very long service lives. The invention is not

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Ford/üS-1119/20 „November 1980Ford / üS-1119/20 "November 1980

nur im Hinblick auf die Schnittgeschwindigkeit and die Üierspanungsleistung mit den KeramiItWerkstoffea vergleichbar., die aia£ der Basis von Silikonnitrid «after Zusatz voa Y^O gefertigt wurden. Die Werkzeuge gemäß des.' Erfindung weisen gegenüber dea bekannten Werkzeugen jedoch eine erhöhte chemische Stabilität auf sowie eisen geringeren Reibungskoeffizieatea. Eise große chemische Stabilität ist desiaalb wichtig, da bei der bestimsauagsgesaäSen Verwendung der Werkzeuge sehr hohe Temperatures im Schaeidbeffeich herrschen. Die hohe Temperatur in diesem Bsreiefe beeisilußt weseatlich das chemische Verhalten^ was wiederum eiaen großes EissfiuS aa£ dea Verschleiß des Plättchens im Schneidwerkzeug hat« Verschiedene Theorien siad entwickelt worden, um die Wechselwirkung im Bereich der VsrbiadungsfiäeSae zwischen dem Werkstück und dem Bartaaetallplättchen su erklären. Bei . Einwirkung von Kräften und hohen Temperaturen in dem Verbiaduagsbereich, tritt beisn Werkzeug ein VersclileiiS ata£5 ausgelöst durch Adhäseion und Abrieb.only with regard to the cutting speed and the machining performance comparable with the ceramic materials, which were manufactured on the basis of silicon nitride after the addition of Y ^ O. The tools according to the. ' In contrast to known tools, however, the invention has increased chemical stability and a lower coefficient of friction. However, great chemical stability is also important, since when the tools are used for the intended purpose, the temperature in the cutting area is very high. The high temperature in this area essentially influences the chemical behavior, which in turn causes a large amount of ice to wear out on the plate in the cutting tool. Various theories have been developed to explain the interaction in the area of the charge level between the workpiece and the metal plate. At . Action of forces and high temperatures in the Verbiaduagsbereich, beisn tool enters VersclileiiS ata £ 5 triggered by Adhäseion and abrasion.

Es kann jedoch auch unter bestimmten Umständen zu einer Diffusion der Komponenten des Werkseuges mit den bearbeiteten Material kommen sowie auch zu einer wechselseitigen Löslichkeit,, Diffusion und Löslichkeit werden beherrscht und beeinflußt voa der Temperatur an der Spitze des Hartmetallplättchens raxd5 was sehr wichtig: ist, von der chemischen Stabilität des Materials des Werkzeuges. Gemäß der Erfindung hat sich e rgeben, daß die Widerstandsfähigkeit gegenüber Verschleiß des Werkzeuges entsprechend der chemischen Stabilität qualitativ abhängig ist von der freien Energie des Materials des Werkzeuges. Dabei hat sich ergeben, daß die Eigenschaften, wie sie sich aus dem periodischen System der Elemente ergeben, sowie die freie Energie des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Werkstoffes kleiner ist als die von Aluminiumoxyd, Titaniumoxyd oder von den anderen KarbidenHowever, it may also, in certain circumstances the Werkseuges lead to a diffusion of the components with the processed material, as well as to a mutual solubility ,, Diffusion and solubility are controlled and influenced VOA the temperature at the top of the hard metal plate raxd 5 which is very important is the chemical stability of the tool material. According to the invention it has been found that the resistance to wear of the tool is qualitatively dependent on the free energy of the material of the tool in accordance with the chemical stability. It has been found that the properties, as they result from the periodic system of the elements, as well as the free energy of the material produced by the method according to the invention is smaller than that of aluminum oxide, titanium oxide or the other carbides

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1119/2&o I^O"/esabsr 190 §11 1 9/2 & o I ^ O "/ esabsr 190 §

oder Nitriden in Verbindung mit AlBsaisfeESj, Titeas Teagstea Silikon. Die freie Energie von Ή&ίηΐηχΓίΟΐιψά vajriie^t; s«yissfeea etwa 125 kcal pro Gramm bei "cn. o. bei 3L§© " C eis ims bis eirsa. 07 kcalo pro Gramm bei 2 000 Celsius .or nitrides in connection with AlBsaisfeESj, Titea s Teagstea silicone. The free energy of Ή & ίηΐηχΓίΟΐιψά vajriie ^ t; s «yissfeea about 125 kcal per gram at" cn. o. at 3L§ © "C eis ims to eirsa. 07 kcal o per gram at 2,000 Celsius.

Jedoch ist die Kenntnis, daß Kafniumoxyd die chemische Stabilität erhöht und den Reibungskoeffizienten in eisesa Werkstoff auf Silikoaaiteid·=■ Basis verringert, nicht ausreichend, um auch vorhersusehens daß die anderen wichtigen physikalischen Eigenscliaftea bei eisern Werkstoff vorhanden sind, der ihn als Material für eia Schneidwerkzeug auszeichnen. Gemäß der Erfindung wurde jedoch erkanafes daß durch die Verwendung von ™ 2 die meisten der gewünschten Eigenschaften eiaes Schneidwerk= stoffes gefördert werden. So ist es beispielsweise durch die Verwendung von Hafniumoxyd möglich, die mechanische Festigkeit, den Wärmeausdehnungskoeffizienten und die thermische Leitfähigkeit so günstig zu beeinflußen, daß die Eigenschaften bei einem thermischen Schock und Beanspruchung bei hoher Temperatur genauso erreicht werden können wie bei der Anwendung von anderen Zusätzen zur Basis aus Silikonnitrid.However, the knowledge that Kafniumoxyd increases the chemical stability and the coefficient of friction in eisesa material on Silikoaaiteid · = ■ Basic reduces, not enough to even before susehen s that the other important physical Eigenscliaftea are present in iron material, which it as material for eia cutting tool. According to the invention, however erkanafe s that are promoted by the use of 2 ™ most of the desired properties eiaes = cutting substance. For example, by using hafnium oxide, it is possible to influence the mechanical strength, the coefficient of thermal expansion and the thermal conductivity so favorably that the properties can be achieved in the same way as when other additives are used in the event of thermal shock and stress at high temperature Silicon nitride base.

Beispiel 1;Example 1;

Es wurde eine Anzahl von kleinen, im Laboratorium gepreßten Barren auf der Basis von Si N hergestellt, jede einige Zentimeter lang und ungefähr 50 bis 15 Millimeter im Durchmesser. Die Barren wurden durch Heißpressen von Silikonnitridpuder mit einem Zusatz von 8 %A number of small bars were pressed in the laboratory made on the basis of Si N, each several centimeters long and about 50 to 15 millimeters in diameter. The ingots were made by hot pressing silicon nitride powder with an addition of 8%

2 Dei einem Druck von 422 kp/cm und einer Temperatur von 1700 .Celsius erzeugt, wobei die Einwirkungsdauer 6 Stunden betrug. Das auf diese Weise hergestellte Material wurde sodann so bearbeitet, daß es als Schneidwerkzeug dienen konnte. Die Testresultate für die Anwendung beim Drehen und Fräsen von Grauguß sind in der Tabelle 1 dargestellt. Beim Drehen wurden Geschwindigkeiten von 305 m/min, bis2 De i a pressure of 422 kp / cm and a temperature of 1700 .Celsius generated, the exposure time being 6 hours. The material thus produced was then machined so that it could serve as a cutting tool. The test results for the application in turning and milling of gray cast iron are shown in Table 1. When turning, speeds of 305 m / min to

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610 m/min, erreicht, wobei die Benutsungszeit 10 Minuten betrug. Dabei war der Verschleiß nicht größer als O5 0254 Millimeter, wobei keine thermisch bedingten Risse oder Deformationen auftraten. Weiterhin wurde bei der Verwendung des Werkzeuges für Fräsarbeiten bei einer Schnittgeschwindigkeit von 1 829 m/min, und einer Zerspanungsleistung von 163, 9 cm /min. über einen Zeitraum von IO Miauten ein Verschleiß von nicht größer als 0, 0762 Millimeter festgestellt. Auch über einen Zeitraum von 67 Minuten war der Verschleiß nicht größer als 0, 4572 Millimeter.610 m / min, achieved, the use time being 10 minutes . In this case, the wear was no greater than 0254 mm O 5, and no thermally induced cracks or deformations occurred. Furthermore, when the tool was used for milling work at a cutting speed of 1,829 m / min and a cutting performance of 163.9 cm / min. Wear of no more than 0.0762 millimeters was found over a period of OK meows. Even over a period of 67 minutes, the wear was no greater than 0.4572 millimeters.

Bei bekannten Werkzeugen auf der Basis von Aluminiumoxyd beträgt der Verschleiß O5 254 Millimeter bei einer Schnittgeschwindigkeit von 305 bis 610 m/min, während eines Zeitraumes von 10 Miauten Anwendung. Derartige bekannte Werkzeuge können jsdoch nicht bis zu einer Schnittgeschwindigkeit von 1 829 m/min, verwendet werden, ohne daß Schwierigkeiten auftreten. Aus dem vorhergehenden wird deutlich, daß das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Schneidwerkzeug insbesondere bei der Anwendung zur Bearbeitung von Gußeisen unerwartet hohe Standzeiten bei hohen Schnittgeschwindigkeiten und guter Schneidleistung aufweist.In known tools based on aluminum oxide, the wear is O 5 254 millimeters at a cutting speed of 305 to 610 m / min, during a period of 10 meows of use. Known tools of this type, however, cannot be used up to a cutting speed of 1,829 m / min without difficulties. It is clear from the foregoing that the cutting tool produced by the method according to the invention, especially when used for machining cast iron, has unexpectedly long service lives at high cutting speeds and good cutting performance.

Beispiel 2;Example 2;

Das gemäß dem Beispiel 1 hergestellte Material wurde in ein übliches Schneidwerkzeug eingesetzt und einem Test unterzogen, wie es dem normalen Produktionsablauf in einer Großfirma entspricht. Dabei wurde ein schwieriges Teil für die Verwendung in einem Getriebe für ein Kraftfahrzeug bearbeitet. Das zu bearbeitende Teil war so ausgelegt, daß nicht unterbrochene Schneidbereiche mit unterbrochenen Schneidbereichen auf anderen Flächen abwechselten. Das Werkzeug wurde solange für dieThe material produced according to Example 1 was converted into a standard Cutting tool used and subjected to a test, as it corresponds to the normal production process in a large company. It was machined a difficult part for use in a transmission for a motor vehicle. The part to be machined was designed so that it was not interrupted Alternate cutting areas with interrupted cutting areas on other surfaces. The tool was made for that long

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Ford/US-II19/20. November 198CFord / US-II19 / 20. November 198C

Bearbeitung von vielen Werkstücken benutzt9 bis es ausfiel. Die AnzsM der mit einem Werkzeug produzierten Teile \waTÜe sedasia festgehaltea,Machining of many workpieces used 9 until it failed. The number of parts produced with a tool \ waTÜe sedasia festhaltea,

Id dem angegebenes Test konnten mit dem Werkzeug, wie es gemäß dem. erfindungsgemäßen Verfaliren hergestellt wurde, 620 Teile pi'oduziert werden. Der Test wurde sodann wiederholt, wobei ein bekanntes Werkzeug Terwendung fand, das aus Alvismasiumossyd bestand, das mit Tungstenkarbit überzogen war. Mit diesem "Wer&aeug konntea 50 Teile gefertigt werden. Aus diesezn Vergleich ivi3?d deutlich, welche Erhöhung der Standzeit durch die Verweaduag des 17erkstoffes gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, erreichbar ist.Id the given test could be done with the tool as per the. Process according to the invention was produced, 620 parts are pi'oduziert. The test was then repeated using a known tool which consisted of alvismasium osside coated with tungsten carbide. With this "who could manufacture 50 parts. From this comparison it is clear what increase in service life can be achieved by using the material according to the method according to the invention."

130040/0931130040/0931

Tafel 1Table 1

Labor - Test - ErgebnisseLaboratory Test Results Art der Schnitt- Vorschub Schnitt-Type of cutting feed cutting Bearbeitung geschwindigkeit (mm/Umdrehung) tiefeMachining speed (mm / revolution) depth

(m/min.) bzw. (mm)(m / min.) or (mm)

(mm/Zahn)(mm / tooth)

Schnitt- Bearbeitungsleiatung zeit (cm /min) (min.)Cut machining line time (cm / min) (min.)

Verschleiß Bemerkungen (mm)Wear remarks (mm)

O C? OO C? O

DrehenTurn

FräsenMilling

610610 0.27940.2794 305305 0.55880.5588 1 8291 829 0.09140.0914 1 8291 829 0.53340.5334

2.54 432.6 102.54 432.6 10

2.54 432.6 102.54 432.6 10

2.54 426.1 672.54 426.1 67

2.54 2 474.4 10.42.54 2 474.4 10.4

0.0152 0.02790.0152 0.0279

0. 4547 0. 07620. 4547 0.0762

keine Wärmerisse und Deformationenno heat cracks and deformations

keine Wärmerisse und Deformationenno heat cracks and deformations

cn O cncn O cn

4>>4 >>

Claims (6)

PatentansprücheClaims 1. Verfahren zur Herstellung von Schneidwerkzeugen auf der Basis von Si „ N , gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte :1. Method of making cutting tools on the base of Si "N, characterized by the following process steps : a) Es wird eine gleichförmige Mischung aus Si N - Puder, das einen Überzug aus SiO_ besitzt und 4 bis 12 Gewichts % HfO - Puder hergestellt ;a) A uniform mixture of Si N powder, which has a coating of SiO_ and 4 to 12 % by weight of HfO powder, is produced; b) die Mischung wird einer Druck- und Hitzebehandlung für einen solangen Zeitraum ausgesetzt, daß eine fast vollständige Verdichtung des Materials erreicht wird ;b) the mixture is subjected to a pressure and heat treatment for a period of time that a almost complete compaction of the material is achieved; c) das Ergebnis wird durch mechanische Bearbeitung in die gewünschte Form eines Schneidwerkzeuges gebracht.c) the result is brought into the desired shape of a cutting tool by mechanical processing. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung zusätzlich bis zu 3, 5 Gewichts % Verunreinigungen, herrührend vom Mahlvorgang der Puder-Mischung aufweist. 2. The method according to claim 1, characterized in that the mixture additionally has up to 3.5 % by weight of impurities resulting from the grinding process of the powder mixture. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verunreinigungen aus W, WC, Al2 0O u™1 SiC bestehen.3. The method according to claim 2, characterized in that the impurities consist of W, WC, Al 2 0 O u ™ 1 SiC . 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Puder der Mischung in einer Kugelmühle hergestellt werden, wobei die Kugelmühle solange läuft, bis eine Partikelgröße von etwa 1,5 micron erreicht ist.4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that that the powder of the mixture are prepared in a ball mill, the ball mill running until a particle size of about 1.5 microns is achieved. 130040/0931130040/0931 Ford/US-1119/20. November 1980Ford / US-1119/20. November 1980 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,5. The method according to claim 1 to 4, characterized in that / 2 daß die Pulver mischung einem Druck von 281, 2 kp/cm bis/ 2 that the powder mixture to a pressure of 281, 2 kp / cm / 2 ο/ 2 ο 457 kp/cm bei einer Temperatur von 1680 bis 1 740 Celsius457 kp / cm at a temperature of 1680 to 1740 Celsius während einer Zeit von 1 bis 8 Stunden ausgesetzt wird.exposed for a period of 1 to 8 hours. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das HfO- - Puder eine Reinheit von 99, 9 % oder mehr besitzt und eine Partikelgröße von unter 325 mesh (O, 046 mm lichte Maschenweite nach DII'" 1171) au£%veist.6. The method according to claim 1 to 5, characterized in that that the HfO- powder has a purity of 99.9% or more and a particle size of less than 325 mesh (0.046 mm clear Mesh size according to DII '"1171) au £% veisted. 130040/0931130040/0931
DE19803045054 1979-12-20 1980-11-29 METHOD FOR PRODUCING CUTTING TOOLS BASED ON SI (DOWN ARROW) 3 (DOWN ARROW) N (DOWN ARROW) 4 (DOWN ARROW) Ceased DE3045054A1 (en)

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