DE3301839C2

DE3301839C2 - Metallkeramik mit hoher Zähigkeit auf Titannitridbasis

Info

Publication number: DE3301839C2
Application number: DE3301839A
Authority: DE
Inventors: Junichiro Hajima Gifu Suzuki; Yoshihiro Iwakura Aichi Yamamoto
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 1982-01-25
Filing date: 1983-01-20
Publication date: 1984-10-25
Also published as: JPS6212299B2; DE3301839A1; US4563215A; JPS58126954A

Abstract

Eine Metallkeramik mit hoher Zähigkeit auf Titannitridbasis umfaßt (Gewichtsprozent) 42 bis 95% TiN, 2 bis 20% einer oder mehrerer der Substanzen Mo, W und ihrer Karbide, 2,85 bis 30% Ni, Co oder einer Mischung daraus, und 0,15 bis 8,0% Al ↓4C ↓3, mit unvermeidlichen Verunreinigungen als dem verbleibenden Rest, wobei die Hälfte oder weniger des TiN ersetzt werden kann durch eines oder mehrere der Karbide und/oder Karbonitride von Metallen der Gruppen IVa und Va des Periodischen Systems, unter der Bedingung, daß der Gehalt an TiN nicht weniger als 30% in der Metallkeramik beträgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Material für Schneidwerkzeuge mit hoher Zähigkeit und Festigkeit, das hervorragende Widerstandsfähigkeit gegen Abrieb und plastische Deformation aufweist.

Die JP-OS 54-30 209 beschreibt ein Schneidwerkzeugmaterial, das durch Hinzufügung von AIN zu einer Metallkeramik (Cermet) auf TiC-Basis, die TiN enthält, erhalten wird. Obwohl diese Metallkeramik hinsichtlich Schneideigenschaften und mechanischer Eigenschaften verbessert ist, weist sie noch immer keine genügende |

Festigkeit auf, da das Basismaterial an sich noch geringere Festigkeit hat, trotz der Tatsache, daß die Hinzufügung von AlN einen gewissen Beitrag zur Erhöhung der Festigkeit liefert Es wird daher gegenwärtig kaum für schwere Schneidanwendungen, Fräsen mit hohem Vorschub oder intermittierendes Schneiden eingesetzt. Im Gegensatz dazu weisen Metallkeramiken auf der Basis von TiN überragende Bruchfestigkeit auf und vertragen thermische Schockbeanspruchungen; da das TiN an sich jedoch ungenügende Benetzbarkeit hinsichtlich Verträglichkeit mit einem Bindemetall aus der Gruppe der Eisenmetalle aufweist, haben sie eine vergrößerte Anzahl von Poren, so daß ihre Festigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Abrieb und plastische Deformation ungenü-

gend ist. I

In der DE-PS 12 95 855 ist ein Werkstoff beschrieben, der Nitride wie beispielsweise TiN, AIN, sowie andere |

Aluminiumverbindungen als Hauptkomponenten der nicht-metallischen Phase aufweist, und z. B. mittels eines S'/iterverfahrens und Warmpressens hergestellt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Metallkeramik auf Titannitridbasis bereitzustellen, die hohe Zähigkeit aufweist und die Beschränkung der bisher bekannten Metallkeramiken überwindet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Metallkeramiken gemäß der vorliegenden Erfindung weisen deutlich verbesserte Schneideigenschaften gegenüber den bekannten Metallkeramiken auf.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Vorzugsweise beträgt der Anteil an TiN 35 bis 91 Gew.-% oder auch 35 bis 70 Gew.-%. Der Anteil an AI₄C₃ beträgt vorzugsweise 0,5 bis 7 Gew.-% oder auch 03 bis 1, 5 Gew.-%, während der Anteil an W, Mo und/oder ihren Karbiden vorzugsweise 4,7 bis 17 Gew.-% beträgt. Der Anteil an Ni und/oder Co kann vorzugsweise 4 bis 23 Gew.-% betragen, oder auch 4 bis 18 Gew.-%. Die so hergestellte Metallkeramik weist eine Rockwell-Härte H RA von zumindest 88,0 oder auch 913 oder mehr auf.

Die erfindungsgemäße Zufügung von AI4C3 zu den Metallkeramiken auf Titannitridbasis verbessert die Verträglichkeit hinsichtlich Benetzbarkeit des TiN mit Bindemetallen aus der Gruppe der Eisenmetalle, so daß die entstehenden Sinterkörper eine verringerte oder begrenzte Anzahl von Poren aufweisen. Dies nat Verbesserungen in mechanischer Festigkeit und den Schneideigenschaften zur Folge, die einen Einsatz für Höchstleistungsschneiden, Fräsen mit hohem Vorschub, intermittierendes Schneiden thermische Beanspruchungen ermöglicht. Beträgt jedoch der Anteil verwendeter Substituenten mehr als 5O</o des TiN, so sinkt relativ der Anteil von TiN mit der Folge, daß der Vorteil des TiN nicht ausgenutzt wird und so ein Abfall der Festigkeit entsteht. Aus dem gleichen Grund wird der gewünschte Effekt auch bei einem Anteil von Substituenten von der Hälfte oder mehr des TiN nicht erreicht, falls der TiN-Anteil in der Metallkeramik weniger als 30% beträgt.

Metallkeramiken gemäß der vorliegenden Erfindung können zulässigerweise unvermeidbare Verunreinigungen gemäß folgender Aufstellung enthalten:

O₂ < 1,0%, Fe < 1,5%, Cr < 0,5% und Spuren von Na. Ca, Si, Cu, S, Mg, P, B und ähnlichen.

Diese Verunreinigungen können von Anfang an in den Ausgangsmaterialien enthalten sein, aber auch während des Verarbeitungsprozesses dazukommen.

Beispiele
(Prozentangaben bedeuten Gewichtsprozent)

Im Handel erhältliche puderfeine Ausgangsmaterialien für Sinterkörper für Schneidwerkzeuge, wie sie in Tabelle I aufgeführt sind, wurden mit 1 % Paraffin als Bindemittel gemischt und zu den in Tabelle 2 angegebenen Mischungen zusammengestellt, und daraufhin mit Azeton als organischem Lösungsmittel in einer Edelstahlkugclmühle mit extra harten Kugeln na!3 gemischt. Die erhaltene puderfeine Mischung wurde nachfolgend ge-

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trocknet, bei einem Druck von 2 t/cm² verdichtet und bei einer Temperatur von 1450 bis 1500° C während einer Stunde in einer Argon-Atmosphäre von 10 Torr gesintert, um so Schneidwerkzeug-Plättchen zu erhalten, deren Härte und Biegefestigkeit dann gemessen wurden. Die Plättchen wurden dann weiter in Stücke von einer Größe von SNGN 120 408 geschnitten (ISO, 12,7 - 12,7 - 4,76 mm, Arbeitsende R 0,8 mm), poliert und Schneid versuchen unterworfen, unter Bedingungea wie sie in Tabelle 3 angegeben sind. Um einen Vergleich zu ermöglichen, wurden Referenzversuche mit Zusammensetzungen, die von denen gemäß der vorliegenden Erfindung abwichen, unter sonst identischen Bedingungen unternommen.

Tabelle 1

Teilchengröße μπι

C-Anteil usw. Gewichtsprozent*)

Grad Verunreinigungen***)

Gewichtsprozent**)

TiC TiCN

1.5

N 21,2

19,7

TiC/TiN = 50/50

WC	2.0	6,15
Mo₂C		53
TaC	I.V	63
HfC	1.5	6,2
NbC	2,0	IU
ZrC	1,2	11.5
VC	2,0	18,9
Mo	0,7	—
W	03	-
Ni	1.5
Co	U	_
AUCj	3,0	—
Anmerkungen:
*) N-AnteilbeiTiN
**) Reinheit
	***) falls keine Angabe, Spurenantei!

993Ί 032 O₂, C

99,70 0,29 O₂, N₂

99,08 0,76 O₂,0.16 Fe

0,5 O₂,0,1 Mo₁Fe₁Cr

0,07 Fe

93,85 0 « Nb, 0,22 Fe, 0,12 Ti

98,62	—
98,26	—
98,11	1,04 Hf, 0,5 O₂, N₂, Fe
9835	0,4 Fe, 0,25 Al, 0,2 Cr, 0,16 Ti, 0,15 Ta
9936	0,58 O₂, Fe
99,21	—
99,06	0,75 O₂,0,1 Co₁Fe₁S
99,75	0,5 O₂,0,14 Ni, C, Fe₁ Na, Cu
99,72	1,45 O₂,0,65 N₂,0,1 Fe

Claims

33 Ol 839 Patentansprüche:

1. Metallkeramik mit hoher Zähigkeit auf Titannitridbasis, gekennzeichnet durch 42 bis 95% Titannitrid, 2 bis 20% eines oder mehrerer der Metalle Molybdän, Wolfram und ihrer Karbide, 2,85 bis 30% Nickel und/oder Kobalt und 0,15 bis 8% AUC₃ und der Rest in Form unvermeidbarer Verunreinigungen aus weniger als 1% Sauerstoff, weniger als 1,5% Eisen, weniger als 0.5% Chrom sowie Spuren von Natrium, Kalzium, Silicium, Schwefel, Kupfer, Magnesium, Phosphor und Bor.

2. Metallkeramik gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hälfte oder weniger des Gewichtsanteils des TiN durch eines oder mehrere der Karbide und/oder Karbonitride von Metallen der Gruppen IVa

ίο und Va des periodischen Systems ersetzt ist, wobei der Anteil von TiN nicht weniger als 30% in der Metallkeramik beträgt.

3. Metallkeramik gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Karbide und/oder Karbonitride der Metalle aus den Gruppen IVa und Va des Periodensystems eines oder mehrere aus der Gruppe von TiC, ZrC, HfC, VC. NbC, TaC und TiCN sind.