DE3221629C2 - Keramikwerkstoff für Zerspanungswerkzeuge und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Keramikwerkstoff für Zerspanungswerkzeuge und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number
DE3221629C2
DE3221629C2 DE3221629A DE3221629A DE3221629C2 DE 3221629 C2 DE3221629 C2 DE 3221629C2 DE 3221629 A DE3221629 A DE 3221629A DE 3221629 A DE3221629 A DE 3221629A DE 3221629 C2 DE3221629 C2 DE 3221629C2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
component
zrc
zrn
tln
product
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
DE3221629A
Other languages
English (en)
Other versions
DE3221629A1 (de
Inventor
Kenji Nagoya Aichi Sakurai
Yamamoto Yoshihiro
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
Publication of DE3221629A1 publication Critical patent/DE3221629A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE3221629C2 publication Critical patent/DE3221629C2/de
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • 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
    • C04B35/56Shaped 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 carbides or oxycarbides
    • C04B35/563Shaped 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 carbides or oxycarbides based on boron carbide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • 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
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C04B35/111Fine ceramics
    • C04B35/117Composites
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • 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
    • C04B35/56Shaped 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 carbides or oxycarbides
    • C04B35/5607Shaped 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 carbides or oxycarbides based on refractory metal carbides
    • C04B35/5622Shaped 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 carbides or oxycarbides based on refractory metal carbides based on zirconium or hafnium carbides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • 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
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • 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
    • C04B35/58007Shaped 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 refractory metal nitrides
    • C04B35/58014Shaped 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 refractory metal nitrides based on titanium nitrides, e.g. TiAlON
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • 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
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64Burning or sintering processes
    • C04B35/645Pressure sintering

Abstract

Keramische Werkstoffe für Zerspanungswerkzeuge sind beschrieben, welche aus einer geformten Pulvermischung aus a) Al ↓2O ↓3, b) TiN und c) wenigstens einem der Stoffe ZrC, Zr und ZrN bestehen, wobei die Komponente a) zwischen 25 und 80% des Gesamtvolumens der Komponente c) zur Komponente b) maximal 0,5 beträgt. Das eingeformte Pulver wird unter Vakuum oder unter Schutzgas gesintert. Ferner ist ein Verfahren zur Herstellung dieser Pulvermischung beschrieben.

Description

4. Verfahren zum Herstellen eines keramischen Werkstoffes für ein Zerspanungswerkzeug, bei welchem eine Pulvermischung eingeformt wird, welche a) Al2O3, b) TlN und c) wenigstens einen der Stoffe ZrC, Zr und ZrN enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Komponente a) ein Anteil zwischen 25 und 80% des Gesamtvolumens der Pulvermischung zugewiesen wird und daß das Volumenverhältnis der Komponente c) zur Komponente b) auf maximal 0,5 eingestellt wird, und daß das elngeformte Pulver unter Vakuum oder unter Schutzgas gesintert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Komponente a) ein Anteil von 30 bis 65% des Gesamtvolumens des eingeformten Pulvers zugewiesen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Sintern bei einer Temperatur von 1600 bis 1700° C durchgeführt wird.
Die Erfindung betrifft einen neuen keramischen Werkstoff für Zerspanungswerkzeuge und ein neues Verfahren zu dessen Herstellung. Insbesondere schafft die Erfindung Keramikwerkstoffe auf der Grundlage von Al2O3-TlN sowie ein Verfahren zu deren kostengünstiger Herstellung unter Verwendung eines Verfahrens der Pulvermetallurgie anstelle des herkömmlichen Helßpressens oder Isostatischen Helßpressens.
1() Keramische Werkzeuge sind In jüngerer Zelt zum Zerspanen von Werkstoffen mit hoher Härte, wie von Walzenwerkstoffen verwendet worden. Bei diesem Zerspanungsvorgang wird jedoch als Folge der sehr hohen Härte des Werkstückes die Schneidkante warm. Bei den herkömmlichen Werkzeugen aus hochreiner Tonerde treten plastische Verformungen und spanender Verschleiß der Schneidkante als Folge der geringen Wärmeleitfähigkeit dieser Werkzeuge auf.
Als spezifisches Beispiel für ein Walzenmaterial sei Gußelsen mit Kugelgraphit genannt, welches aus 3,0 bis 3,3% Kohlenstoff, 0,68% Chrom, 3,5% Nickel, 0,65% Molybdän, Rest Elsen besteht (alle Angaben In Gewichtsprozent).
Es Ist aus der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 89 410/75 bekannt, Al^-TlN-Keramlkwerkstoffe durch Drucksintern einer Al2O3/TlN-Mlschung (mit 60 bis 95 Vol.-% Al2O3 und einem TlN-Gehalt von 5 bis 40 Vol.-96) mittels eines Heißpreßverfahrens oder eines Isostatischen Heißpreßverfahrens herzustellen. Die derart hergestellten Keramikwerkstoffe weisen eine hohe Oxidationsbeständigkeit und eine hohe Verschleißfestigkeit auf und sind folglich ausgezeichnete Verspanungswerkzeuge. Da jedoch das Heißpressen ein Einformen und Sintern einer Ausgangsmischung in einer Graphitform sowie ein Zerspanen und Bearbeiten der derart erzielten keramischen Platte mit einem Diamant-Werkzeug umfaßt, hat dieses bekannte Verfahren den Nachteil, daß es bei Verwendung für die Industrielle Fertigung die Fertigungskosten erhöht. Das Isostatische Heiß pressen umfaßt üblicherweise ein Verpressen eines geformten Erzeugnisses zwecks Sinterung oder eines gesinterten Erzeugnisses mit einem Druckgas, um ein dichtes Erzeugnis zu erzielen. Ist das geformte Erzeugnis oder das gesinterte Erzeugnis porös als Folge des Eindringens des Druckgases In das Innere des Erzeugnisses, so kann dieses Erzeugnis nicht verdichtet werden. Aus diesem Grunde ist es erforderlich, das Isostatische Helßpressen erst nach einer Bedeckung der Oberfläche des Erzeugnisses oder einem vorhergehenden Sintern des Erzeugnisses auf eine Dichte von wenigstens 95%, wobei die Luftporen geschlossen werden, anzuwenden. Dieses erschwert und verteuert jedoch die industrielle Produktloh keramischer Werkstoffe mit Hilfe des Isostatischen Heißpressens.
Die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 126566/80 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von keramischen Werkstoffen für Zerspanungswerkzeuge mit 80 bis 95% Al2O3, Rest TiN, ZrC, Zr und/oder ZrN. Diese Keramikerzeugnisse haben jedoch gleichfalls keine befriedigenden Gebrauchseigenschaften, da beispielsweise Ihre Wärmeleitfähigkeit als Folge des geringen TlN-Antells, der zwecks Steigerung der Wärmeleitfähigkeit zugefügt wurde, nur gering Ist. Auch die Festigkeit dieser Erzeugnisse ist unzureichend für die Verwendung als Zerspanungswerkzeug für Werkstoffe mit hoher Härte, wie Walzenmaterialien, selbst wenn die Beständigkeit gegen plastische Verformung und gegen spanenden Verschleiß der Schneidkante deutlich Im Vergleich zu herkömmlichen hochreinen Tonerdewerkzeugen verbessert 1st.
Die Erfindung verfolgt das Ziel, kostengünstige keramische Werkstoffe für auf pulvermetallurgischem Wege erzeugte Zerspanungswerkzeuge zu schaffen, welche sich durch eine zufriedenstellende Wärmeleitfähigkeit und hohe Festigkeit auszeichnen. Innerhalb dieser Aufgabe verfolgt die Erfindung das Ziel ein Verfahren zur *5 Herstellung der erfindungsgemäßen keramischen Werkstoffe zu schaffen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die Im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.
Folglich Ist ein keramischer Werkstoff geschaffen worden, welcher die Komponenten Al2O3, TlN sowie
wenigstens einen der Stoffe ZrC, Zr und ZrN umfaßt, wobei Al2O3 (Komponente a) 25 bis 80* des Gesamtvolumens der Ausgangspulvermischuag einnimmt und das Volumenverhältnis der dritten Komponente (einer der Stoffe ZrC, Zr und ZrN) zu TlN (Komponente b) 0,5 oder weniger beträgt.
Das Verfahren zum Herstellen des erfindungsgemaßen Werkstoffes für ein Zerspanungswerkzeug umfaßt die folgenden Schritte: Einformen einer Pulvermischung enthaltend a) zwischen 25 und 80 Vci.-% Al2O3, Rest b) TlN und c) wenigstens einen der Stoffe ZrC, Zr und ZrN, wobei das Voiumenverhältnls der Komponente c) zur Komponente b) 0,5 oder weniger beträgt; und Sintern des eingeformten Pulvers Im Vakuum oder unter Schutzgas.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. In dieser zeigt >o
Flg. 1 iAn graphisches Scbaubild der Beziehung zwischen der Sintertemperatur und der scheinbaren relativen Dichte der Keramikwerkstoffe nach Beispiel 1 und
Flg. 2 ein graphisches Schaubild der Beziehungen zwischen dem TlN-Gehalt und der Wärmeleitfähigkeit sowie der Reißfestigkeit In Querrichtung der keramischen Werkstoffe gemäß Beispiel 2.
Der Grund dafür, daß das Sintern erfindungsgemäß im Vakuum oder in einer Schutzgasatmosphäre erfolgt, is liegt darin, daß die Komponenten b) und c) leicht oxidierbar sind. Das Sintern erfolgt üblicherweise zwischen 1550 und 1750° C und vorzugsweise im Bereich von 1600 bis 1700° C. Bei Temperaturen von weniger als 160O0C verläuft der Sintervorgang gelegentlich unzureichend, wohingegen bei Temperaturen oberhalb 170O0C das Kornwachstum rasch fortschreitet, wodurch die physikalischen Eigenschaften und die Zerspanungseigenschaften des Werkstoffes beeinträchtigt werden.
Als Komponente c) Ist ZrC bevorzugt. Zusätzlich zu den genannten Komponenten a), b) und c) können Zusätze wie MgO, CaO, ZrO2, SlO2 und Y2O3, die typischerweise beim Sintern von Al2O3 verwendet werden, gleichfalls im Keramikwerkstoff vorhanden sein.
Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung in größerem Detail. Beispiel 1
Eine Pulvermischung, bestehend aus 54,6 Vol.-% Al2O3-Pulver, 0,4 Vol.-% MgO-Pulver, 43 Vol.-% TlN-Pulver und 2 Vol.-96 eines der Stoffe ZrC, Zr sowie ZrN, jeweils Im Handel erhältlich, wurde In eine Edelstahl-Kugelmühle eingebracht und dort 40 Std. lang mittels superharten legierten Stahlkugeln und Alkohol vermählen. -W Nach Verflüchtigung des Alkohols wurden 2% Kampfer als Formungshilfsmittel zugegeben. Anschließend wurde die Mischung unter einen Druck von 2 t/cm2 In eine Form eingeformt, welche unter Berücksichtigung der zu erwartenden Schrumpfung so ausgewählt worden war, daß nach Brennen des geformten Erzeugnisses ein gesintertes Erzeugnis mit den Abmessungen 13x13x5 (mm) vorlag. Nach Austreiben des Kampfers durch Erwärmen auf etwa 400° C wurde das geformte Erzeugnis In einen Vakuum-Sinterofen (Graphitheizung) einge- 1S setzt und In einer Argonatmosphäre bei einem Druck von 133 χ 1(H bar eine Stunde lang bei 1500 bis 17000C gesintert. Bei jeder Sintertemperatur wurde die scheinbare relative Dichte des Sintergutes gemessen, wodurch das Schaubild gemäß F1 g. 1 erhalten wurde. In FI g. 1 bezeichnen die Symbole O, Δ, D die gesinterten Erzeugnisse, für welche ZrC, Zr bzw. ZrN verwendet wurden, wohingegen das Symbol · ein Sintererzeugnis bezeichnet, welchem weder ZrC, noch ZrN noch Zr zugefügt worden war.
Die scheinbare relative Dichte wurde wie folgt ermittelt: Unter der Voraussetzung, daß der ermittelte Wert der scheinbaren Dichte eines gesinterten Erzeugnisses, erhalten durch Sintern einer Mischung aus
Al2O3 a (Gew.-%)
TlN b (Gew.-%)
einer der Stoffe ZrC, Zr und ZrN c (Gew.-%)
d' beträgt, so ergibt sich die theoretische Dichte d zu:
d = a + b + c
abc
— + — + — φα φο φζ
worin ¥>a, pb und *>c die jeweiligen Dichten "on (a) Al2O3, (b) TlN und (c) ZrC, Zr und ZrN bezeichnen. Folglich ergibt sich die relative Dichte zu
a b c_
100
d cpa + <pb + tpc
Wenngleich vorstehend ZrC, Zr und ZrN lediglich einzeln zu dem Al2O3 und TlN hinzugegeben wurden, ergaben sich ähnliche Ergebnisse bei Zusatz in Form einer Mischung aus zwei oder drei dieser Verbindungen mit der Maßgabe, daß Ihre Gesamtmenge 2 Vol.-% ausmacht.
Flg. 1 zeigt, daß der Zusatz von ZrC, Zr und ZrN in sehr gelingen Mengen von 2 Vol.-96 zu einer deutlichen Steigerung der scheinbaren relativen Dichte führt. Die Gründe dafür dürften In folgendem zu sehen sein:
1) Während des Sintervorganges wandeln sich ZrC, Zr und ZrN teilweise In ZrO2 um, wodurch der Sintervorgang beschleunigt wird.
2) Es bilden sich Zwischenprodukte aus dem ZrC, Zr und ZrN und den niedrigen Oxiden (beispielsweise ZrO) oder den höheren Oxiden (beispielsweise ZrO2), wodurch die Bindung zwischen Al2O) und TiN gesteigert wird.
Wird keiner der Stoffe ZrC, Zr oder ZrN zugesetzt, so erfolgt ein drastisches Kornwachstum unter Schließung der Leerstellen, so daß selbst bei noch gesteigerten Sintertemperaturen keine weitere Steigerung der Dichte erreicht wird.
Beispiel 2
Es wurde unter Verwendung der gleichen Materlallen wie In Beispiel 1 eine Pulvermischung hergestellt. In welcher 20 Vol.-% des TlN durch ZrC ersetzt war. Das TlN wurde mit Hilfe von 0,5 Vol.-% MgO an das Al2O5 gebunden, so daß TiN/Al2O3 5/95 bis 80/20 betrug. Die Pulvermischung wurde 2 Stunden lang In der gleichen Welse wie bei Beispiel 1 bei Temperaturen von 1600 bis 1700° C gesintert. Das derartig erhaltene gesinterte Erzeugnis wurde auf seine Wärmeleitfähigkeit (K) und auf seine Reißfestigkeit In Querrichtung (TRS) untersucht. Der Einfluß des TlN-Gehaltes auf die Wänne!e!t&h!gke4t 1st in Flg. 2 als ausgezogene Linie aufgetragen, wohingegen der Einfluß des TiN-Gehaltes auf die Reißfestigkeit in Querrichtung in Flg. 2 als gestrichelte Linie aufgetragen 1st. Die Biegefestigkeit wurde entsprechend japanischer Industrienorm B4104 (1970) ermittelt. Aus Fig. 2 geht hervor, daß innerhalb eines TlN/Al2O3-Berelches von 20/80 bis 75/25, also innerhalb des erfindungsgemäßen Bereiches, sowohl die Reißfestigkeit In Querrichtung als auch die Wärmeleitfähigkeit hoch sind. Dieses besagt deutlich, daß die Temperaturschockbeständigkeit Innerhalb des vorstehenden Bereiches groß ist. Der Grund dafür liegt darin, daß die Wärmeschockbeständigkeit umgekehrt proportional Ist zu dem Wärmedehnungskoeffizienten und dem Elastizitätsmodul, wohingegen die Wärmeschockbeständigkeit proportional 1st der Reißfestigkeit In Querrichtung und der Wärmeleitfähigkeit.
Beispiel 3
Al2O3, TiN, ZrC, Zr und ZrN mit den In der nachfolgenden Tafel 1 zusammengestellten Eigenschaften wurden In den sich aus der nachfolgenden Tafel 2 ergebenden vorbestimmten Mischungsverhältnissen miteinander vermischt. Die Mischung wurde sodann eingeformt und der Kampfer wurde In der gleichen Welse ausgetrieben, wie In Beispiel 1 beschrieben. Das Formstück wurde auf 1250° C erwärmt und einem Druck von 6,66 bis 13,3Pa ausgesetzt und 3OmIn. auf 1250° C gehalten. Anschließend wurde Argongas bei einem Druck von 50 mmHg eingeleitet und wurde die Temperatur des Formteils auf 1650° C erhöht. Das Sintern erfolgte über einen Zeltraum von 4Std. bei dieser Temperatur von 165O0C. Das gesinterte Erzeugnis wurde mit einem Diamant-Abziehstein bearbeitet, um einen quaderförmlgen Span mit einer Größe von 12,7x12,7x4,8 mm, einem Nasendurchmesser von - 0,8 mm und einer Fase von 25° χ 0,10 mm zu erzielen. Der Span wurde auf seine physikalischen Eigenschaften und sein Zerspanungsverhalten untersucht. Die Ergebnisse sind In der folgenden Tafel 2 zusammengestellt.
Tafel 1
Tafel 2 Reinheit (VoI.-*) 22 5 Kohlenstoff Stickstoff Mittlere Mittlere ) Bemerkung erfindungsgemäßes
AI2O, TIN ZrC ZrN Zr gehalt gehalt Korngröße KomgrOBe Erzeugnis
45 (*) 73 25 7 (*) (*) (μπί Gun) erfindungsgemäßes
Al2O3 99,99 0,3 1,6 196MgO Erzeugnis
68 22 5 5 zugefügt erfindungsgemäßes
TiN 21,7 1,2 1,7 Erzeugnis
50 ZrC 68 30 5 11,6 1,4 erflndungagemäßes
ZrN 13,2 1,2 1,6 Erzeugnis
Zr 99,8 60 3,5
55 1,4
Probe- Zusammensetzung Relative Rockwell Zerspanungs- Bemerkung
Dichte Härte test
(%) (45N)
60 A 98,9 89,5 V5 (mm)
0,16
B 99,2 89,3
0,18
65 C 98,5 89,7
0,17
D 99,3 90,0
0,15
(Vol.-*) TlN ZrC ZrN Zr Relative 32 21 629 Mittlere Zerspanungs Bemerkung
Al1O1 32 8 Dichte Korngröße test
Fortsetzung 60 (*) Rockwell (um) Ve (mm)
42 3 10 99,0 Harte 1,6 0,14 erfindungsgemäßes
r 45 (45N) Erzeugnis
50 15 98,9 89,6 1,3 0,12 erfindungsgemäßes
35 Erzeugnis
Probe Zusammensetzung 55 17 98,8 90,2 1,5 0,13 erfindungsgemäßes
28 Erzeugnis:
55 13 4 98,2 89,2 1,8 0,12 erfindungsgemäßes
E 28 Erzeugnis
11 4 98,5 88,9 1,7 0,12 erfindungsgemäßes
F 85 Erzeugnis
20 30 5 99,1 89,0 1,9 0,28 außerhalb der
G 45 Erfindung
25 40 96,5 89,8 2,1 Bruch nach außerhalb der
H 35 55 Sek. Erfindung
80 10 96,3 87,0 2,5 Bruch nach außerhalb der
I 10 35 Sek. Erfindung:
40 97,5 86,6 2,0 0,38 außerhalb der
J 60 Erfindung
99,3 87,8 2,6 0,30 gesintert durch
K Warmpressen
88,4
L
M
N
In Tafel 2 bezeichnet Ve den Betrag des Flankenverschleißes nach 4mlnütlger Zerspanung, wobei der Zerspanungstest unter den folgenden Bedingungen durchgeführt wurde:
Probekörper
Maschine Zerspanungsgeschwindigkeit Vorschub Spantiefe Lebensdauerbestimmung
SKD 11 (HÄC63)
140 0 χ 2001 Probestab
Drehbank
100 m/mln.
0,2 mm je Umdrehung
0,5 mm
bestimmt durch den Flankenabrieb nach 4mlnütlgem Zerspanen
Aus Tafel 2 ist zu erkennen, daß die Proben A bis I, In welchen jede Komponente innerhalb der erflndungsgemäßen Bereiche liegt, ausgezeichnete Eigenschaften und eine ausgezeichnete Lebensdauer aufweisen Im Vergleich mit den Proben J bis M, bei welchen wenigstens eins der Komponenten einen außerhalb der Erfindung liegenden Gehaltsbereich aufweist, sowie im Vergleich mit der Probe N, welche aus einer Mischung mit bekannter Zusammensetzung besteht, welche warmverpreßt wurde. SKD 11 1st ein durch die japanische Industrienorm G4404 (1972) definierter Spezial-Werkzeugstahl mit folgender Zusammensetzung: 1,4 bis 1,6% Kohlenstoff, 11 bis 1396 Chrom, 0,8 bis 1,2% Molybdän, 0,2 bis 0,5« Vanadium, Rest Elsen (alle Prozentangaben beziehen sich auf Gewichtsprozent).
Es versteht sich aus den vorstehenden Beispielen, daß die Al2O3-Komponente anteilsmäßig innerhalb eines Bereiches von 25 bis 80 Vol.-* liegen soll. Ist der Anteil dieser Komponente geringer als 25 VoL-96, so sind die Sintereigenschaften schlecht. Nimmt diese Al2O3-Komponente andererseits mehr als 80 Vol.-% ein, so sind die Wärmeleitfähigkeit und die Reißfestigkeit in Querrichtung unzureichend, derart, daß das Zerspanen von Werkstoffen hoher Härte, wie beispielsweise von Walzenwerkstoffen durch das Auftreten plastischer Verformungen sowie durch Spanabrieb an der Schneidkante beeinträchtigt wird. Ferner müssen auch die Proportionen der Komponenten (c), d. h. wenigstens eines der Stoffe ZrC, Zr und/oder ZrN so gewählt sein, daß das Volumenverhältnis der Komponente (c) zur Komponente (b) 0,5 oder weniger beträgt. Bei höheren Proportionen sind die Sintereigenschaften schlecht und kann das gesinterte Erzeugnis nicht als Zerspanungswerkzeug verwendet werden. . ■ ^ ■■■■■'. ;^;v ;
Wie vorstehend beschrieben, ermöglicht das Verfahren nach der Erfindung die Herstellung von keramischen Werkstoffen auf Basis Al2O]-TlN, welche sich durch äußerst befriedigende Betriebseigenschaften auszeichnet.
Ein Vergleich betriebswichtiger Eigenschaften des erfindungsgemlßen Werkstoffes sowie der aus den beiden eingangs genannten japanischen Offenlegungsschriften bekannten keramischen Werkstoffe (A]2O3-TlN gemäß japanischer Offenlegungsschrlft 89410/75 mit 60 bis 95 Vol.-* Al1O1 bzw. AIjO3-TiN, ZrN, Zr, ZrC entsprechend japanischer Offenlegungsschrlft 126566/80 mit 80 bis 95 Vol.-* Al2O]) erbrachte folgende Ergebnisse:
Tafel 3
Werkstoff Gehalt an Reißfestigkeit Wärmeleit
gemäß AI2Oj in Querrichtung fähigkeit
(N/mm!) KxIOO
(W/cm "C)
JP-OS 60-95 <75O < 35,59
89410/75
JP-OS 80-95 <650 < 29,31
126566/80
Erfindung 25-80 650-800 29,31 bis 39,78
Das Zerspanen von Werkstoffen mit hoher Härte, wie von Walzenwerkstoffen, und das Naß-Zerspanen generell erfordert eine überlegene Temperaturwechselfestigkeit. Die keramischen Werkstoffe nach der Erfindung genügen den diesbezüglichen Anforderungen.
Unter Zerspanungsbedingungen kann die Temperaturwechselbeständigkeli aiier Probekörper ermittelt werden als Koeffizient der Wärmespannungsbeständigkeit R', und zwar nach folgender Gleichung:
n, _ k of (1-μ)
R - ~Ei
worin k die Wärmeleitfähigkeit, σ die Reißfestigkeit In Querrichtung, μ das Polsson'sche Verhältnis, E den Elastizitätsmodul und a den Wärmedehnungskoeffizienten bezeichnet. Die vorstehend In Tafel 3 zusammengestellten Daten lassen erkennen, daß der gemäß JP-OS 89410/75 hergestellte Werkstoff hinsichtlich Wärmeleitfähigkeit sowie hinsichtlich Reißfestigkeit in Querrichtung Werte aufweist, die mit denen des erfindungsgemäßen Werkstoffes weltgehend ähnlich sind. Beim Verfahren nach dem Stand der Technik ist jedoch, wie bereits erwähnt, ein kostenintensives Heißverpressen erforderlich. Beim Verfahren gemäß JP-OS 126566/80 ist die Wärmeleitfähigkeit und die Reißfestigkeit In Querrichtung
3d schlechter als beim erfindungsgemäßen Werkstoff. Folglich Ist auch der R'-Wert dieses bekannten Werkstoffes schlechter als der entsprechende Wert des erfindungsgemäßen Werkstoffes.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Keramischer Werkstoff für Zerspanungswerkzeuge aus einer gesinterten, geformten Pulvermischung umfassend a) Al2O3, b) TlN und c) wenigstens einen der Stoffe ZrC, Zr und ZrN, dadurch gekenn-
.5 zeichnet, daß die Komponente a) zwischen 25 und 80% des Gesamtvolumens der Pulvermischung einnimmt und daß das Volumenverhältnis der Komponente c) zur Komponente b) maximal 0,5 beträgt.
2. Keramischer Werkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente a) 30 bis 65« des Gesamtvolumens des geformten Pulvers einnimmt.
3. Keramischer Werkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das pulverförmlge keramische Gemisch geformt und der Formkörper bei einer Temperatur von 1600 bis 1700° C gesintert worden
DE3221629A 1981-06-08 1982-06-08 Keramikwerkstoff für Zerspanungswerkzeuge und Verfahren zu dessen Herstellung Expired DE3221629C2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP56087711A JPS57205364A (en) 1981-06-08 1981-06-08 Manufacture of cutting tool ceramics

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE3221629A1 DE3221629A1 (de) 1983-02-03
DE3221629C2 true DE3221629C2 (de) 1984-11-29

Family

ID=13922485

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE3221629A Expired DE3221629C2 (de) 1981-06-08 1982-06-08 Keramikwerkstoff für Zerspanungswerkzeuge und Verfahren zu dessen Herstellung

Country Status (3)

Country Link
US (1) US4526875A (de)
JP (1) JPS57205364A (de)
DE (1) DE3221629C2 (de)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4961757A (en) * 1985-03-14 1990-10-09 Advanced Composite Materials Corporation Reinforced ceramic cutting tools
US4591363A (en) * 1985-07-31 1986-05-27 Silverman Warren J Process of making a coated abrasive for diamond grinding wheels
US4731349A (en) * 1985-08-26 1988-03-15 General Electric Company Process of producing alumina-titanium carbide ceramic body
US4789277A (en) * 1986-02-18 1988-12-06 Advanced Composite Materials Corporation Method of cutting using silicon carbide whisker reinforced ceramic cutting tools
US4770673A (en) * 1987-10-09 1988-09-13 Corning Glass Works Ceramic cutting tool inserts
JPH04502347A (ja) * 1988-12-16 1992-04-23 クルップ・ヴィディア・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング 硬質金属複合体およびその製造方法
DE3842439A1 (de) * 1988-12-16 1990-06-21 Krupp Widia Gmbh Hartmetallverbundkoerper und verfahren zu seiner herstellung
US5017524A (en) * 1989-02-13 1991-05-21 Iscar Ltd. Ceramic cutting tool
US5002439A (en) * 1990-02-14 1991-03-26 Advanced Composite Materials Corporation Method for cutting nonmetallic materials
IT1239221B (it) * 1990-02-19 1993-09-28 Keramont Italia Composizioni ceramiche refrattarie ed elettroconduttrici e procedimento per la loro preparazione
CA2057222C (en) * 1990-12-19 1998-05-19 Keith G. Shupe Fiber placement delivery system
SE507706C2 (sv) * 1994-01-21 1998-07-06 Sandvik Ab Kiselkarbidwhiskerförstärkt oxidbaserat keramiskt skär
US20040048012A1 (en) * 1996-11-18 2004-03-11 Weder Donald E. Polymeric materials having a matte finish on a surface thereof

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE759202A (fr) * 1969-11-21 1971-04-30 Du Pont Articles de joaillerie a base de nitrures
JPS53130208A (en) * 1977-04-20 1978-11-14 Nippon Tungsten Production of material for cutting tool
DE2741295C2 (de) * 1977-09-14 1989-12-14 Fried. Krupp Gmbh, 4300 Essen Keramischer Formkörper
JPS6041017B2 (ja) * 1978-06-13 1985-09-13 日本特殊陶業株式会社 切削工具用セラミック焼結体とその製法
JPS6025385B2 (ja) * 1979-03-19 1985-06-18 日本特殊陶業株式会社 切削工具用セラミックスの製造方法
JPS55126567A (en) * 1979-03-23 1980-09-30 Hitachi Metals Ltd Cutting tool material and its manufacture
JPS55158162A (en) * 1979-05-22 1980-12-09 Hitachi Metals Ltd Cutting tool material and its manufacture
JPS569274A (en) * 1979-07-04 1981-01-30 Ngk Spark Plug Co Cutting tool ceramic and its manufacture
JPS5617978A (en) * 1979-07-19 1981-02-20 Ngk Spark Plug Co Manufacture of ceramics for cutting tool
JPS5617979A (en) * 1979-07-20 1981-02-20 Ngk Spark Plug Co Ceramic sintered body for cutting tool
SE417818B (sv) * 1979-09-03 1981-04-13 Sandvik Ab Keramisk legering vesentligen omfattande aluminiumoxid samt nitrider och/eller karbonitrider av en eller flera metaller tillhorande grupperna iv b, v b och vi b i periodiska systemet samt en eller flera ...

Also Published As

Publication number Publication date
JPS57205364A (en) 1982-12-16
DE3221629A1 (de) 1983-02-03
US4526875A (en) 1985-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3016971C2 (de)
DE3344050C2 (de)
DE69920621T2 (de) Verfahren zur herstellung von sinterteilen
DE3205877C2 (de)
DE3221629C2 (de) Keramikwerkstoff für Zerspanungswerkzeuge und Verfahren zu dessen Herstellung
DE2741295C2 (de) Keramischer Formkörper
DE2923213B2 (de) Schneidplatte für die spanabhebende Bearbeitung und deren Herstellung
DE3010545C2 (de) Gesinterte Keramik, insbesondere für Zerspanungswerkzeuge, und Verfahren zur Herstellung derselben
DE4106001C2 (de) Gleit- bzw. Schiebematerial und Verfahren zu seiner Herstellung
DE2511242A1 (de) Schneidwerkzeug mit laminiertem karbideinsatz
DE3346873A1 (de) Metallkeramik fuer schneidwerkzeuge und daraus hergestellte schneidplaettchen
DE69433475T2 (de) Kugel- und rollenlager
DE3027401A1 (de) Gesinterter keramikkoerper fuer schneidwerkzeuge und verfahren zu dessen herstellung
DE19757681C2 (de) Auf kubischem Bornitrid basierendes Sintermaterial und Verfahren zu seiner Herstellung
EP0330913A2 (de) Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Hartmetallkörpers und gesinterter Hartmetallkörper
DE2511241A1 (de) Beschichteter und teilweise laminierter einsatz fuer schneidwerkzeuge
DE3121440C2 (de)
EP0214679A1 (de) Korrosionsfeste Hartmetall-Legierung
DE4406961C2 (de) Verschleißbeständiger Schneideinsatz, hergestellt aus einem Cermet auf Titancarbonitrid-Basis
DE112020003057T5 (de) EInsatz und Schneidewerkzeug
DE2937740C2 (de)
DE3529265C2 (de)
DE2630687C2 (de)
DE3843712C2 (de) Titanborid-Keramikmaterial und Verfahren zu seiner Herstellung
DE4007825A1 (de) Sinterkeramik auf metalldiboridbasis und verfahren zu ihrer herstellung

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
D2 Grant after examination
8363 Opposition against the patent
8365 Fully valid after opposition proceedings
8339 Ceased/non-payment of the annual fee