DE3546851C2

DE3546851C2 - Sinterwerkstoff auf der Basis von Titancarbonitrid

Info

Publication number: DE3546851C2
Application number: DE3546851A
Authority: DE
Inventors: Wilm Dr Heinrich; Ralf Dr Krumphold; Lothar Dr Illgen; Heinz Dr Rebsch; Klaus Dr Voigt; Bernhard Dr Rieger; Gerhard Dr Gille; Walter Dr Foerster; Arnd Dr Beger
Original assignee: HEINRICH WILM DR 95445 BAYREUTH DE
Current assignee: HEINRICH, WILM, DR., 95445 BAYREUTH, DE
Priority date: 1984-03-05
Filing date: 1985-01-22
Publication date: 1995-05-18
Anticipated expiration: 2005-01-23

Description

Die Erfindung betrifft einen Sinterwerkstoff auf der Basis von Titancarbonitrid für Zerspannung und tribologische Beanspruchung.

Nach der DE-Patentanmeldung DE-W 1990 VIa/40b - 18. 12. 52 ist es bekannt, aus Titancarbid als Hartstoff und Titan als Hilfsmetall einen Sinterwerkstoff herzustellen, bei dem der Hartstoff im Endprodukt in seiner Menge nahezu unverändert bleibt. Dazu ist ein duktiles und deshalb sauerstoffarmes Titanhilfsmetall erforderlich. Bei dem Herstellungsverfahren muß folglich die Aufnahme von Sauerstoff vermieden werden. Die zur Einhaltung sehr niedriger Sauerstoffgehalte notwendigen Verfahrensschritte sind technologisch sehr aufwendig, so daß dieser Hartmetalltyp keine praktische Bedeutung erlangt hat.

Durch die DD-PS 1 49 750 sind hochverschleißfeste Sinterwerkstoffe bekanntgeworden, die im Titan 0,5 bis 15 At.-% gelösten Sauerstoff und 0,03 bis 7,5 At.-% gelösten Sauerstoff enthalten. Der Nachteil dieser Sinterwerkstoffe besteht darin, daß deren Verschleißwiderstände verhältnismäßig niedrig sind. Durch Erhöhung des Sauerstoffgehaltes läßt sich zwar die Härte steigern, allerdings tritt dann eine starke Abnahme der Biegefestigkeit ein.

In der US-PS 38 13 227 wird ein Sinterwerkstoff aus 70 bis 97 Masse-% TiN und einem Binder mit 2,5 bis 23 Masse-% Ti, Rest, Al, Cr und Fe, im Verhältnis 5 : 2 : 1 beschrieben, aus dem sich durch Sintern goldfarbene Teile herstellen lassen, die gut polierbar sind und eine hohe Kratzfestigkeit aufweisen sollen. Eine ähnliche Legierung dieser Art ist auch in der US-PS 3 684463 beschrieben, die neben der TiN-Hartstoffphase eine Eisen-Cobalt-Nickel-Bindemetallegierung enthält. Dabei geht es in beiden Fällen darum, den Sauerstoffgehalt im Endprodukt so niedrig wie möglich zu halten. Nachteilig bei diesen Sinterwerkstoffen ist, daß der Fertigungsaufwand zur Vermeidung einer Sauerstoffaufnahme, die sich auf die Biegefestigkeit ungünstig auswirkt, relativ hoch ist.

Nach der DD-PS 1 23 078 und DE-OS 29 02 139 ist es auch bekannt, als Hartstoff ein Oxicarbonitrid einzusetzen, wobei zur Stabilisierung des Sauerstoffs im Sinterwerkstoff die Sinterung in einer CO-Atmosphäre durchgeführt wird, um die auf die unvermeidliche Gasoxidation zurückzuführende Festigkeitsminderung zu vermeiden. Von Nachteil sind dabei die kompliziert aufgebauten bzw. rohstoffaufwendigen Bindemetallanteile, die eine aufwendige Herstellungstechnologie erfordern sowie die Einschränkung der Verwendung als Schneidstoff für die spangebende Bearbeitung von Stahl mit den bei Sinterhartmetallen bereits üblichen Schnittgeschwindigkeiten bis 250 m/min.

In der DE-AS 20 43 411 wird eine metallgebundene Sinterhartstofflegierung beschrieben, die aus 3 bis 35 Gewichtsprozent Bindemetallphase und 65 bis 97 Gewichtsprozent Hartstoffphase besteht. Die Bindemetallphase soll aus einer Legierung von Eisen, Cobalt und/oder Nickel mit Chrom, Molybdän und/oder Wolfram zusammengesetzt sein. Die einen sehr geringen Sauerstoffgehalt aufweisende Hartstoffphase mit Nitriden der Metalle Vanadium, Zirkonium, Tantal, Hafnium und/oder Niob, die teilweise durch Carbide der Metalle Wolfram, Titan, Tantal und/oder Niob ersetzt sind, soll außerdem noch Nitride, Karbonitride und/oder Nitrid-Carbid-Mischkristalle dieser Metalle enthalten. Bei Sinterwerkstoffen dieser Art geht es darum, durch desoxidierend wirkende Metallzusätze, insbesondere von Molybdän, sauerstoffarme Vor- und Endprodukte zu erhalten. Nachteilig hierbei ist die notwendige Anwendung einer komplizierten und damit störanfälligen Technologie zur Desoxidation der Vormaterialien und die wesentlich niedrigere Verschleißfestigkeit gegenüber Sinterwerkstoffen mit oxidischen Komponenten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Eigenschaften der bekannten Sinterwerkstoffe auf der Basis von Titancarbonitrid zu verbessern und deren Anwendungsgebiete zu erweitern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Sinterwerkstoff aus 35,0 bis 99,8 Vol.-% Hartstoff der Grundzusammensetzung (Ti, C, N, O, M) und aus 65,0 bis 0,2 Vol.-% restlichen Phasen der integralen Grundzusammensetzung (Ti, O, M) besteht (M ist eines oder mehrere der Metalle, Kupfer, Mangan, Eisen, Nickel und/oder Cobalt), wobei die Zusammensetzung des gesamten Sinterwerkstoffes in Molbrüchen

Ti_aC_bN_cO_dM_e

innerhalb der Grenzen

a = 0,42 bis 0,84
b = 0,059 bis 0,46
c = 0,012 bis 0,24
d = 0,019 bis 0,14
e = 0,00023 bis 0,11

liegt.

Die Biegefestigkeit von Formköpern aus einem Sinterwerkstoff nach der Erfindung kann dadurch erhöht werden, daß das Verhältnis von Titan zu Kohlenstoff bzw. zu Stickstoff vom Rand zur Mitte des Werkstoffkerns kleiner wird.

Eine Möglichkeit der Variierung der Verschleißeigenschaften des Sinterwerkstoffes über die angegebenen Bereiche der Zusammensetzung hinaus besteht darin, daß er zusätzlich 0,5 bis 10 Masse-% Carbide der Metalle Zirkonium, Hafnium, Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän und/oder Wolfram enthält.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert:

Eine Wendeschneidplatte der Zusammensetzung Ti_0,47C_0,37 N_0,088O_0,057Mn_0,015 mit einem Hartstoffanteil von ca. 99 Vol.-% und dem Anteil restlicher Phasen von ca. 1 Vol.-% wird einer Zerspanungsprüfung unterzogen. Bei v=200 m/min, s=0,45 mm/U und a=2 mm, wobei als Gegenwerkstoff GGL 25 im glatten Schnitt verwendet wird, beträgt nach einer Schnittdauer von 20 min die mittlere Verschleißmarkenbreite B_mittl. ≦0,25 mm und der Kolkverschleiß K ≦0,1. Im Vergleich dazu wird bei sonst gleichen Bedingungen und der Verwendung einer Wendeschneidplatte aus Ti(CN)-Mo₂C-Ni-Hartmetall bereits nach einer Schnittdauer von 12 min das Ende der Standzeit, d. h. eine zulässige mittlere Verschleißmarkenbreite B_mittl. ≧0,5 mm, erzielt.

Claims

1. Sinterwerkstoff auf der Basis von Titancarbonitrid für Zerspannung und tribologische Beanspruchung, dadurch gekennzeichnet, daß er aus 35,0 bis 99,8 Vol.-% Hartstoff der Grundzusammensetzung (Ti, C, N, O, M) und aus 65,0 bis 0,2 Vol.-% restlichen Phasen der integralen Grundzusammensetzung (Ti, O, M) besteht (M ist eines oder mehrere der Metalle Kupfer, Mangan, Eisen, Nickel und/oder Cobalt), wobei die Zusammensetzung des gesamten Sinterwerkstoffes in Molbrüchen Ti_aC_bN_cO_dM_einnerhalb der Grenzena = 0,42 bis 0,84
b = 0,059 bis 0,46
c = 0,012 bis 0,24
d = 0,019 bis 0,14
e = 0,00023 bis 0,11liegt.

2. Sinterwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Titan zu Kohlenstoff bzw. Stickstoff vom Rand zur Mitte des Werkstoffkernes kleiner wird.

3. Sinterwerkstoff nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich 0,5 bis 10,0 Masse-% Carbide der Metalle Zirkonium, Hafnium, Vandium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän und/oder Wolfram enthält.