DE3221629C2 - Keramikwerkstoff für Zerspanungswerkzeuge und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
Keramikwerkstoff für Zerspanungswerkzeuge und Verfahren zu dessen HerstellungInfo
- 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
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped 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
- C04B35/56—Shaped 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
- C04B35/563—Shaped 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/10—Shaped 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
- C04B35/111—Fine ceramics
- C04B35/117—Composites
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped 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
- C04B35/56—Shaped 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
- C04B35/5607—Shaped 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
- C04B35/5622—Shaped 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped 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
- C04B35/58—Shaped 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/515—Shaped 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
- C04B35/58—Shaped 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
- C04B35/58007—Shaped 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
- C04B35/58014—Shaped 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/64—Burning or sintering processes
- C04B35/645—Pressure 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.
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.
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.
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.
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
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)
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
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)
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)
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 ... |
-
1981
- 1981-06-08 JP JP56087711A patent/JPS57205364A/ja active Pending
-
1982
- 1982-06-08 DE DE3221629A patent/DE3221629C2/de not_active Expired
-
1984
- 1984-01-13 US US06/569,943 patent/US4526875A/en not_active Expired - Lifetime
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 |