DE3936129C2 - Klingenteil aus zementiertem Carbid auf Basis von Wolframcarbid für Schneidwerkzeuge sowie Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents

Klingenteil aus zementiertem Carbid auf Basis von Wolframcarbid für Schneidwerkzeuge sowie Verfahren zur Herstellung desselben

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Description

Die Erfindung betrifft einen Klingenteil aus zementiertem Carbid auf Basis von Wolframbcarbid (WC) für Schneidwerkzeuge, welcher eine überlegene plastische Wärmeverformungsbeständigkeit aufweist und demgemäß eine überlegene Schneidleistung über einen langen Zeitraum erbringt, wenn der Klingenteil zum Hochgeschwindigkeitsschneiden unter hoher Hitzeerzeugung an der Schnittkante sowie zum Schneiden unter hoher Belastung, wie zum Schneiden unter hoher Zufuhr und zum Tiefschneiden, verwendet wird.
Die JP-OSen 52-110 209 und 52-131 909 beschreiben einen herkömmlichen Klingenteil aus zementiertem Carbid auf Basis von WC mit einem zementierten Carbidsubstrat auf Basis von WC und einem harten Überzug darauf. Das zementierte Carbidsubstrat weist die folgende Zusammensetzung in Gew.-% auf (nachfolgend bezeichnet % Gew.-%):
eine oder mehrere Komponenten aus Kobalt (Co), Nickel (Ni) und Eisen (Fe) als eine die Binderphase bildende Komponente: 5 bis 15%,
eines oder mehrere von Carbiden, Nitriden und Carbonitriden von Metallen der Gruppen IVA, VA und VIA des Periodensystems, als eine die dispergierte Phase bildende Komponente: 5 bis 40%, und
der Rest: WC und unvermeidbare Verunreinigungen.
Der Oberflächenbereich des zementierten Carbidsubstrates schließt eine Oberflächenerweichungsschicht ein in der eine Co-Poolphase entsprechend dem Bereich der Kobaltanreicherung in der Oberfläche gemäß Fig. 2 ausgebildet ist. Der harte Überzug wird durch Anwendung eines chemischen Standard-Dampfabscheidungsverfahrens oder eines physikalischen Dampfabscheidungsverfahrens gebildet und enthält eine Schicht aus einer oder mehreren Schichten von zwei oder mehr Carbiden, Nitriden, Carbonitriden, Bornitriden, Oxycarbiden, Oxynitriden und Oxycarbonitriden der selben Metalle der Gruppen IVA, VA und VIA, wie auch aus Aluminium-(Al)-oxiden mit einer Durchschnitts-Schichtdicke von 2 bis 20 µm.
Im oberflächenbeschichteten Klingenteil des zementierten Carbids auf Basis von WC gemäß JP-OS 53-131 909 wird das zementierte Carbidsubstrat durch Hitzebehandlung eines im Vakuum gesinterten Körpers hergestellt, und zwar in einer Carburierungsatmosphäre von CH₄ + H₂ bei einer Temperatur von nicht weniger als 1400°C über einen vorbestimmten Zeitraum. Ferner kann, wie in JP-OS 61-34 103 offenbart, das zementierte Carbidsubstrat auf Basis von WC hergestellt werden, indem man unter Bedingungen sintert, bei denen der Körper bei einer Temperatur von nicht weniger als 1400°C in einem Vakuum von nicht größer als 10-1 mbar über einen vorbestimmten Zeitraum gehalten wird, die Atmosphäre in obige Carburierungsatmosphäre überführt wird und der Körper von der Sinterendtemperatur auf eine vorbestimmte Temperatur mit einem Temperaturgradienten von 0,5°C/Min. bis 2,5°C/Min gekühlt wird. Diese Substrate werden hergestellt, indem man diejenigen, die einmal gesintert sind, einer Behandlung in einer Carburierungsatmosphäre unterwirft, und es wird ein WC-Skelett mittels Sintern stark und fest gebildet. Deshalb wird bei der anschließenden Behandlung in der Carburierungsatmosphäre eine Oberflächenerweichungsschicht gebildet, in welcher Härte und Co-Gehalt eine gemäßigte Abänderung von der Substratoberfläche ins Innere des Substrates aufweisen, und die Co-Poolphase in der Oberflächenerweichungsschicht zeigt sich in Form dispergierter Klumpen.
In Fällen, in denen der herkömmliche, Oberflächenbeschichtete Klingenteil aus zementiertem Carbid auf Basis von WC insbesondere zum Hochgeschwindigkeitsschneiden unter hoher Hitzeerzeugung an der Schnittkante oder zum Schneiden unter hoher Belastung bei hoher Zufuhr des Schnittgutes sowie zum Tiefschneiden verwendet wird, tritt innerhalb relativ kurzer Zeit plastische Verformung ein, was die Standzeit des Klingenteils beendet.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Klingenteil aus zementiertem Carbid auf Basis von WC zur Verfügung zu stellen, der insbesondere bezüglich der plastischen Wärmeverformungsbeständigkeit überlegen ist.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung des genannten Klingenteils bereitzustellen.
Gemäß einem ersten Erfindungsgegenstand wird ein Klingenteil aus zementiertem Carbidsubstrat für Schneidwerkzeuge zur Verfügung gestellt, bestehend aus einer harten dispergierten Phase aus 5 bis 60 Gew.-% mindestens einer Verbindung ausgewählt aus einem Carbid von Titan, Tantal und Wolfram, einem Carbonitrid von Titan, Tantal und Wolfram, einem Carbid von Titan, Tantal, Niob und Wolfram, und einem Carbonitrid von Titan, Tantal, Niob und Wolfram, 3 bis 10 Gew.-% einer Binderphase aus Kobalt, und als Rest Wolframcarbid und unvermeidbare Verunreinigungen, wobei das Substrat aus einer Oberflächenerweichungsschicht und einem Innenteil zusammengesetzt ist, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Oberflächenerweichungsschicht eine Kobalt-Poolphase aufweist, die dem Bereich der Kobaltanreicherung parallel zur Oberfläche des Substrats gemäß Fig. 2 entspricht, wobei sich die Konfiguration der Kobalt-Poolphase in Form einer lateral ausgebreiteten, plattenähnlichen Schicht befindet, und eine im allgemeinen parallel zur Oberfläche verlaufende Phase aus Kobalt-Ansammlungen aufweist, und aus einem äußeren Bereich mit einem bezüglich der Tiefe von der Substratoberfläche im wesentlichen konstanten Härteverlauf, und aus einem inneren Bereich mit einem auf die Härte des Innenteils ansteigenden Härteverlauf aufgebaut ist, wobei der Härteverlauf innerhalb eines durch die folgenden Grenzwerte bestimmten Bereichs liegt: eine minimale Vickers-Härte von 650 an der Substratoberfläche, 700 in einer Tiefe von 15 µm, 1400 in der Tiefe von 60 µm, 1400 in einer Tiefe von 1000 µm, und eine maximale Vickers-Härte von 1000 an der Substratoberfläche, 1030 in einer Tiefe von 6 µm, 1900 in einer Tiefe von 30 µm, 1900 in einer Tiefe von 1000 µm, und die Härte der Oberflächenerweichungsschicht 30 bis 70% der Härte des Innenteils, und der Kobaltgehalt der Oberflächenerweichungsschicht 300 bis 800% des Kobaltgehalts im Innenteil beträgt.
Gemäß einem zweiten Erfindungsgegenstand wird ein Verfahren zur Herstellung des genannten Klingenteils bereitgestellt, wobei man Kobaltpulver mit Wolframcarbidpulver und einem Pulver aus mindestens einer Verbindung ausgewählt aus einem Carbid von Titan, Tantal und Wolfram, einem Carbonitrid von Titan, Tantal und Wolfram, einem Carbid von Titan, Tantal, Niob und Wolfram, und einem Carbonitrid von Titan, Tantal, Niob und Wolfram, unter Erhalt eines Festkörpers mit Grünfestigkeit vermischt, und den Festkörper mit Grünfestigkeit bei einer Temperatur von 1280°C bis 1380°C in einer Carburierungsatmosphäre aus CH₄ oder CH₄/H₂ bei einem Druck von 0,13 bis 13,3 mbar in einer solchen Weise sintert, daß die Sintertemperatur mit einem Temperaturgradienten von 0,2°C/min bis 2°C/min abfällt.
Fig. 1 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen der Tiefe von der Substratoberfläche aus und der Vickers-Härte zeigt;
Fig. 2 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen der Tiefe von der Substratoberfläche aus und dem Co-Gehalt zeigt;
Fig. 3 ist eine Darstellung, die Härteverteilungskurven für Substratoberflächenerweichungsschichten für verschiedene, beschichtete Schneide-Inserts zeigt; und
Fig. 4 ist eine Darstellung, die Kobalt-Gehalt-Verteilungskurven für die Oberflächenerweichungsschichten der obigen Schneide-Inserts zeigt.
Der oberflächenbeschichtete Klingenteil aus zementiertem Carbid auf Basis von WC gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein zementiertes Carbidsubstrat auf Basis von WC und einen harten Überzug mit einer Durchschnitts-Schichtdicke von 2 bis 20 µm auf dem Substrat. Der harte Überzug wird durch ein chemisches oder physikalisches Dampfabscheidungsverfahren gebildet und umfaßt eine oder mehrere harte Überzugsschichten aus einer Verbindung mindestens eines Metallelementes ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ta, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Cr, Mo, W, Al und Si, und aus mindestens einem Nicht-Metallelement, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Bor (B), Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff.
Das zementierte Carbidsubstrat auf Basis von WC weist die folgende Zusammensetzung auf:
Co als eine die Binderphase bildende Komponente: 3 bis 10%,
eine jede Komponente aus einem Carbid und Carbonitrid von Titan (Ti), Tantal (Ta) und W sowie aus einem Carbid und Carbonitrid von Ti, Ta, Niob (Nb) und W (nachfolgend jeweils bezeichnet als (Ti, Ta, W)C, (Ti, Ta, W)CN, (Ti, Ta, Nb, W)C und (Ti, Ta, Nb, W)CN, wobei diese synthetisch angezeigt werden durch [Ti, Ta, (Nb), W]C·N), und zwar als eine die dispergierte Phase bildende Komponente: 5 bis 60%, und
der Rest: WC als eine dieselbe dispergierte Phase bildende Komponente sowie unvermeidbare Verunreinigungen.
Das Substrat setzt sich aus einem Oberflächenbereich, der als eine Oberflächenerweichungsschicht dient, sowie einem Innenbereich zusammen. Der Oberflächenteil weist einen Außenbereich, in dem die Härte relativ niedrig ist und die Änderung der Härte bezüglich der Tiefe von der Substratoberfläche aus im allgemeinen konstant oder nur graduell verändert in Richtung des Inneren der Oberfläche bleibt, sowie einen zweiten Bereich auf, in welchem die Härte abrupt auf das hohe Härteniveau des Innenbereiches ansteigt. Ferner ist die Schicht des harten Überzuges, der auf der Oberfläche des Substrates abgeschieden wird, aus einem jeden von Titancarbid, Titannitrid und Titancarbonitrid hergestellt.
Im obigen Klingenteil weist die Kobalt-Komponente die Wirkung auf, daß die Festigkeit des Substrates ansteigt. Die Co-Komponente kann jedoch die gewünschte Festigkeit nicht gewährleisten, wenn der Gehalt der Co-Komponente weniger als 3% beträgt, sie kann dann auch nicht die Verteilung der Co-Poolphase in der Oberflächenerweichungsschicht auf einen gewünschten Zustand bringen. Falls der Gehalt der Co-Komponente 10% übersteigt, nimmt die Abnutzungsbeständigkeit des Substrates ab. Demgemäß ist der Gehalt der Co-Komponente begrenzt auf 3 bis 10%. Ferner ergibt die [Ti, Ta (Nb), W]C·N-Komponente nicht nur eine Verbesserung der Abnutzungsbeständigkeit des Substrates, sondern sie ist auch wesentlich zur Bildung der gewünschten Co-Poolphasenverteilung in der Oberflächenerweichungsschicht unter geeigneten Sinterbedingungen. Falls [Ti, Ta, (Nb), W]C·N jedoch weniger als 5% beträgt, ist es unmöglich, die angestrebten funktionellen Wirkungsvorteile zu erreichen. Wenn der Gehalt 60% übersteigt, nimmt die Festigkeit des Substrates ab. Somit wird Gehalt auf 5 bis 60% festgelegt.
Vom Standpunkt einer Verbesserung der plastischen Wärmeverformungsbeständigkeit aus betrachtet, ist es bevorzugt, daß in der Beziehung zwischen der Tiefe von der Substratoberfläche aus und der Vickers-Härte, gezeigt in Fig. 1, die vorgenannten Bereiche im Substratoberflächenteil eine Härteverteilung innerhalb eines Bereiches Aufweisen, der durch eine obere Begrenzungslinie, die die Punkte A, B, C und D in Fig. 1 miteinander verbindet, und eine untere Begrenzungslinie, die die Punkte A′, B′, C′ und D′ miteinander verbindet, umschlossen wird.
Aus ähnlichem Grund wird außerdem der Co-Gehalt im Oberflächenteil des Substrates gemäß der Beziehung zwischen der Tiefe von der Oberfläche aus und dem Co-Gehalt, gezeigt in Fig. 2, eingestellt, so daß ein Außenbereich, in welchem der Co-Gehalt in Relation extrem hoch ist und die Änderung im Co-Gehalt im allgemeinen konstant oder nur graduell verändert in Richtung des Inneren der Oberfläche bleibt, und ein Innenbereich vorliegen, in welchem der Co-Gehalt abrupt zum inneren Co-Gehalt hin abnimmt. Vorzugsweise sollte der Co-Gehalt eine Co-Gehaltsverteilung innerhalb eines Bereiches aufweisen, der durch eine obere Begrenzungslinie, die die Punkte a, b, c, d, e und f miteinander verbindet, und eine untere Begrenzungslinie, die die Punkte a′, b′, c′, d′, e′ und f′ miteinander verbindet, umschlossen ist.
In einem bevorzugten erfindungsgemäßen Klingenteil beträgt ferner der Prozentsatz der Härte des Oberflächenteils, bezogen auf die Härte des Innenteils des Substrates, 30 bis 70% und bevorzugter 30 bis 50%. Außerdem beträgt der Prozentsatz des Co-Gehaltes des Oberflächenteils, bezogen auf den Co-Gehalt des Innenteils des Substrates, 300 bis 800% und bevorzugter 500 bis 800%. In einem bevorzugten Klingenteil, der diesen Bedingungen Genüge leistet, befindet sich die Konfiguration der Co-Poolphase, die dem Bereich der Kobaltanreicherung parallel zur Oberfläche des Substrats gemäß Fig. 2 entspricht, in der Oberflächenerweichungsschicht in Form einer lateral ausgebreiteten, plattenähnlichen Schicht, und es wird beobachtet, daß die plastische Hitzeverformungsbeständigkeit weiter verbessert wird.
Falls andererseits der Prozentsatz der Härte weniger als 30% beträgt oder der Härteprozentsatz 70% übersteigt und ferner der Prozentsatz des Co-Gehaltes weniger als 300% beträgt oder der Prozentsatz des Co-Gehaltes 800% übersteigt, wird die Konfiguration der Co-Poolphase nicht als eine lateral ausgebreitete, plattenähnliche Schicht ausgebildet.
Das Herstellungsverfahren des Klingenteils aus zementiertem Carbid gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet, daß man WC und ein jedes von [Ti, Ta, (Nb), W]C·N in Form eines einfachen Pulvers, eines Komposit-Festlösungspulvers oder in Form von beiden mit Kobalt vermischt, um einen Festkörper mit Grünfestigkeit zu ergeben, und den Festkörper mit Grünfestigkeit bei einer Temperatur von 1280 bis 1380°C, wobei man sich um den Koexistenzbereich der festen und flüssigen Phase der Binderphase bewegt, in einer Carburierungsatmosphäre von CH₄ oder CH₄ und H₂ sintert, in welcher der Druck 0,13 bis 13,3 mbar beträgt, und zwar in der Weise, daß die Sinteranfangstemperatur oberhalb der Sinterendtemperatur liegt und daß die Temperatur mit einem Temperaturgradienten von 0,2°C/Min bis 2°C/Min. abfällt.
Die obigen Sinterbedingungen werden empirisch festgelegt. Falls Atmosphärendruck, Sintertemperatur und der Temperaturgradient außerhalb der jeweiligen obigen Bereiche liegen, ist es unmöglich, den erfindungsgemäßen Klingenteil zu erhalten.
Anschließend wird ein harter Überzug auf die Oberfläche des zementierten Carbidsubstrates auf Basis von WC mittels eines chemischen oder physikalischen Standard-Dampfabscheidungsverfahrens abgeschieden, wobei die erste, direkt auf der Substratoberfläche gebildete Schicht auf ein jedes von Titancarbid, Titannitrid und Titancarbonitrid beschränkt ist. Durch diese Auswahl an Verbindungen wird das Haftvermögen des harten Überzuges an die Substratoberfläche verbessert. Zudem wird, falls eine oder mehrere Schichten, enthaltend Al₂O₃, auf obiger erster Schicht gebildet werden, die Abnutzungsbeständigkeit des Klingenteils weiter verbessert.
Wie vorstehend beschrieben, weist der Klingenteil des zementierten Carbids auf Basis von WC für Schneidwerkzeuge gemäß der vorliegenden Erfindung eine vorbestimmte Härteverteilung auf, die durch die Co-Poolphase in der, in der Substratoberfläche gebildeten Oberflächenerweichungsschicht gegeben ist, dadurch wird der Klingenteil bezüglich der plastischen Hitzeverformungsbeständigkeit überlegen. Wenn der Klingenteil in Schneidwerkzeugen für Hochgeschwindigkeitsschneiden unter hoher Hitzeerzeugung an der Schnittkante oder zum Schneiden unter hoher Belastung, wie zum Schneiden unter hoher Zufuhr, zum Tiefschneiden oder dergleichen, verwendet wird, weisen demzufolge die Schneidwerkzeuge nützliche industrielle Eigenschaften auf, indem sie überlegene Schneidleistungen über verlängerte Zeiträume erbringen.
Der erfindungsgemäße Klingenteil des zementierten Carbids auf Basis von WC für Schneidwerkzeuge sowie das Verfahren für dessen Herstellung werden nun im einzelnen anhand eines Beispiels beschrieben.
Beispiel
Es werden die folgenden Verfahren 1 bis 7 und die folgenden Vergleichsverfahren 1′ bis 4′ durchgeführt. Das heißt, es wurden Rohmaterialpulver von (Ti0,71 W 0,29)(C0,69 N0,31)-Pulver, (Ta0,83 Nb0,17)C-Pulver, (Ti0,32 Ta0,15 Nb0,18 W 0,35)C-Pulver, (Ti0,58 W0,42)C-Pulver, TiC-Pulver, TiN-Pulver, TaC-Pulver, NbC-Pulver und (Ti0,39 Ta0,20 W0,41)C-Pulver, jeweils mit einer Durchschnittsteilchengröße von 1 µm, sowie WC-Pulver mit einer Durchschnittsteilchengröße von 3,5 µm und Co-Pulver mit einer Durchschnittsteilchengröße von 1,2 µm hergestellt. Diese Rohmaterialpulver wurden miteinander zu Zusammensetzungen, die in Tabelle 1 angegeben sind, vermischt. Nach Naßvermischen der Rohmaterialpulver über 72 Stunden in einer Kugelmühle und Trocknen wurden die Pulver unter einem Druck von 10 kg/mm² zu Festkörpern mit Grünfestigkeit verpreßt, jeweils mit einer Konfiguration gemäß SNMG 120 408 der ISO-Standards. Anschließend wurden die Festkörper mit Grünfestigkeit unter den in Tabelle 1 angegebenen Bedingungen gesintert. In den Vergleichsverfahren 1′ und 2′ wurden die Festkörper mit Grünfestigkeit nach dem Vakuumsintern getrennt hitzebehandelt und zwar unter den folgenden Bedingungen: Umgebungsdruck: 13,3 mbar Zusammensetzung des Umgebungsgases: CH₄ + H₂, Erhitzungstemperatur: 1430°C, Haltezeit: 30 Minuten und Kühlung: Ofenkühlung. Zementierte Carbidsubstrate auf Basis von WC wurden mit den jeweiligen Komponentenzusammensetzungen, Härten und Co-Gehalten des Innenteils der Oberflächenbereiche sowie mit der Härte und dem Co-Gehalt der Außenbereiche des Oberflächenbereiches der Oberflächenerweichungsschichten, wie dies in Tabellen 2 und 3 angegeben ist, hergestellt. Die Substrate wurden dann gewaschen. Die Substrate wurden auf 0,06 mm rundgeschliffen, und es wurden harte Überzüge gebildet, die eine Zusammensetzung und Durchschnitts-Schichtdicke aufwiesen, wie jeweils in Tabelle 3 angegeben. Die oberflächenbeschichteten Schneide-Inserts 1 bis 7 aus erfindungsgemäßem zementierten Carbid auf Basis von WC (nachfolgend als "Schneide-Inserts der Erfindung" bezeichnet) und die oberflächenbeschichteten Vergleichs-Schneide-Inserts 1′ bis 4′ aus zementiertem Carbid auf Basis von WC (nachfolgend als "Vergleichs-Schneide-Inserts" bezeichnet) wurden alle in dieser Weise hergestellt.
Die Vergleichs-Schneide-Inserts 1′ bis 4′ wurden jeweils durch die Vergleichsverfahren 1′ bis 4′ unter herkömmlichen Sinterbedingungen hergestellt.
Von den verschiedenen Schneide-Inserts, die gemäß der obigen Herstellverfahren erhalten wurden, wurde eine Untersuchung der Härteverteilung und der Co-Gehaltsverteilung an den Schneide-Inserts 1, 4 und 6 gemäß der vorliegenden Erfindung und den Vergleichs-Schneide-Inserts 2′ und 4′ durchgeführt. Die Untersuchung ergab die in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ergebnisse. Der Härteprozentsatz und der Co-Gehaltsprozentsatz wurden ebenfalls für jedes Schneide-Insert untersucht, und die Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt. Die in Fig. 3 gezeigte Härte basiert auf Mikro-Vickers-Messungen (Belastung: 200 g) an einer abgeschrägten Oberfläche mit einem Winkel von 10°. Ferner basiert der Co-Gehalt in Fig. 4 auf einer Messung durch EPMA an Querschnitten der Inserts.
Gemäß der Ergebnisse, die in Tabellen 2 und 3 angegeben und in Fig. 3 und 4 dargestellt sind, weisen die Schneide-Inserts 1 bis 7 gemäß der Erfindung Härteprozentsätze und Kobaltgehalt-Prozentsätze im zementierten Carbidsubstrat auf Basis von WC innerhalb der jeweiligen Bereiche von 30 bis 70% und von 300 bis 800% auf, und die Schneide-Inserts zeigen Härteverteilungen und Co-Gehaltverteilungen innerhalb der jeweiligen Bereiche, die in Fig. 3 und 4 dargestellt sind. Im Gegensatz dazu ist ersichtlich, daß für jedes der Vergleichs-Schneide-Inserts die Härteprozentsätze und die Co-Gehaltsprozentsätze des zementierten Carbidsubstrates von den obigen Bereichen abweichen und die Härteverteilungen und die Co-Gehaltsverteilungen ebenfalls von den in Fig. 3 und 4 dargestellten Bereichen abweichen.
Es wurden Querschnitte der Oberflächenerweichungsschicht eines jeden der vorgenannten Schneide-Inserts unter einem Mikroskop für metallurgische Zwecke betrachtet, wobei sich herausstellte, daß für jedes der Schneide-Inserts 1 bis 7 gemäß der vorliegenden Erfindung eine Co-Poolphase vorlag, die eine parallel zur Substratoberfläche lateral ausgebreitete, plattenähnliche Schicht darstellte. Für die Vergleichs-Schneide-Inserts 1′ bis 4′ war die Struktur jedoch so, daß die Co-Poolphase dispergiert in Form von Klumpen vorlag.
Es wurden die folgenden Versuche an den verschiedenen Schneide-Inserts durchgeführt.
Trockener, kontinuierlicher Hochgeschwindigkeits-Schneidetest mit Stahl unter den folgenden Bedingungen:
Werkstück: Rundstab aus einer Stahllegierung (JIS. S45C; Brinell-Härte: 240)
Schnittgeschwindigkeit: 280 m/Min
Zufuhrgeschwindigkeit: 0,2 mm/Umdrehung
Schnittiefe: 3 mm
Trockener, kontinuierlicher Hochzufuhr-Schneidetest mit Stahl unter den folgenden Bedingungen:
Werkstück: Rundstab aus einer Stahllegierung (JIS. SNCM 439; Brinell-Härte: 350)
Schnittgeschwindigkeit: 120 m/Min
Zufuhrgeschwindigkeit: 0,95 mm/Umdrehung
Schnittiefe: 3 mm
Trockener, kontinuierlicher Hochvolumen-Schneidetest mit Stahl unter den folgenden Bedingungen:
Werkstück: Rundstab aus einer Stahllegierung (JIS. SNCM 439; Brinell-Härte: 270)
Schnittgeschwindigkeit: 180 m/Min
Zufuhrgeschwindigkeit: 0,4 mm/Umdrehung
Schnittiefe: 7 mm
Die Schneidezeit in den Versuchen wurde als die Zeit ermittelt, nach der eine Flankenabtragungsweite einer Schnittkante von 0,4 mm eintrat. Die Messegebnisse sind ebenfalls in Tabelle 3 aufgeführt.
Aus den Ergebnissen der Tabelle 3 ist ersichtlich, daß alle Schneide-Inserts 1 bis 7 gemäß der vorliegenden Erfindung überlegene Schneidleistungen über einen langen Zeitraum zeigten, während dem für die Schnittbedingungen des Hochgeschwindigkeitsschneidens unter hoher Hitzeerzeugung in der Schnittkante, des Schneidens unter hoher Zufuhr und des Tiefschneidens keine plastische Formung auftrat. Im Gegensatz dazu war der Zustand der Vergleichs-Schneide-Inserts 1′ bis 4′ der, daß mindestens einige der obigen, durch * in Tabelle 2 angegebenen Bedingungen außerhalb der Bereiche der vorliegenden Erfindung lagen, was auch zeigte, daß die Inserts die Dauer ihrer Benutzbarkeit nach relativ kurzer Zeit erreichten und zwar unter Auftreten plastischer Verformung.

Claims (6)

1. Klingenteil aus einem zementierten Carbidsubstrat für Schneidwerkzeuge,
bestehend aus einer harten dispergierten Phase aus
5 bis 60 Gew.-% mindestens einer Verbindung ausgewählt aus einem Carbid von Titan, Tantal und Wolfram, einem Carbonitrid von Titan, Tantal und Wolfram, einem Carbid von Titan, Tantal, Niob und Wolfram, und einem Carbonitrid von Titan, Tantal, Niob und Wolfram,
3 bis 10 Gew.-% einer Binderphase aus Kobalt, und als Rest Wolframcarbid und unvermeidbare Verunreinigungen,
wobei das Substrat aus
einer Oberflächenerweichungsschicht und
einem Innenteil zusammengesetzt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Oberflächenerweichungsschicht eine Kobalt-Poolphase aufweist, die dem Bereich der Kobaltanreicherung parallel zur Oberfläche des Substrats gemäß Fig. 2 entspricht, wobei sich die Konfiguration der Kobalt-Pool­ phase in Form einer lateral ausgebreiteten, plattenähnlichen Schicht befindet, und
eine im allgemeinen parallel zur Oberfläche verlaufende Phase aus Kobalt-Ansammlungen aufweist, und
aus einem äußeren Bereich
mit einem bezüglich der Tiefe von der Substratoberfläche im wesentlichen konstanten Härteverlauf, und
aus einem inneren Bereich
mit einem auf die Härte des Innenteils ansteigenden Härteverlauf aufgebaut ist,
wobei der Härteverlauf innerhalb eines durch die folgenden Grenzwerte bestimmten Bereichs liegt:
eine minimale Vickers-Härte von
650 an der Substratoberfläche,
700 in einer Tiefe von 15 µm
1400 in der Tiefe von 60 µm,
1400 in einer Tiefe von 1000 µm, und
eine maximale Vickers-Härte von
1000 an der Substratoberfläche,
1030 in einer Tiefe von 6 µm,
1900 in einer Tiefe von 30 µm,
1900 in einer Tiefe von 1000 µm, und
die Härte der Oberflächenerweichungsschicht 30 bis 70% der Härte des Innenteils, und
der Kobaltgehalt der Oberflächenerweichungsschicht 300 bis 800% des Kobaltgehalts im Innenteil beträgt.
2. Klingenteil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein harter Überzug mit einer Durchschnittsdicke von 2 bis 20 µm auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden ist, wobei der harte Überzug aus mindestens einer Schicht einer Verbindung mindestens eines Metallelements ausgewählt aus Ta, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Cr, Mo, W, Al und Si, und aus mindestens einem Nicht-Metallelement ausgewählt aus Bor, Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff zusammengesetzt ist.
3. Klingenteil gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Oberfläche des Substrats in direktem Kontakt stehende Schicht des harten Überzugs aus mindestens einer Verbindung ausgewählt aus Titancarbid, Titannitrid und Titancarbonitrid zusammengesetzt ist.
4. Klingenteil gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Oberflächenerweichungsschicht eine Kobaltverteilung innerhalb eines durch die folgenden Grenzwerte bestimmten Bereichs aufweist:
ein maximaler Kobaltgehalt von 44% an der Substratoberfläche, 43% in einer Tiefe von 10 µm, 38% in einer Tiefe von 20 µm, 14% in einer Tiefe von 100 µm, 10% in einer Tiefe von 500 µm, 10% in einer Tiefe von 1000 µm, und
ein minimaler Kobaltgehalt von 21% an der Substratoberfläche, 20% in einer Tiefe von 5 µm, 18% in einer Tiefe von 10 µm, 4% in einer Tiefe von 20 µm, 3% in einer Tiefe von 100 µm, 3% in einer Tiefe von 1000 µm.
5. Verfahren zur Herstellung eines Klingenteils gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Kobaltpulver mit Wolframcarbidpulver und einem Pulver aus mindestens einer Verbindung ausgewählt aus
einem Carbid von Titan, Tantal und Wolfram,
einem Carbonitrid von Titan, Tantal und Wolfram,
einem Carbid von Titan, Tantal, Niob und Wolfram, und
einem Carbonitrid von Titan, Tantal, Niob und Wolfram,
unter Erhalt eines Festkörpers mit Grünfestigkeit vermischt, und den Festkörper mit Grünfestigkeit bei einer Temperatur von 1280°C bis 1380°C in einer Carburierungsatmosphäre aus CH₄ oder CH₄/H₂ bei einem Druck von 0,13 bis 1,33 mbar in einer solchen Weise sintert, daß
die Sintertemperatur mit einem Temperaturgradienten von 0,2°C/min bis 2°C/min abfällt.
6. Verfahren gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man ferner einen harten Überzug mit einer Durchschnittsdicke von 2 bis 20 µm auf der Substratoberfläche abscheidet, wobei der harte Überzug mindestens eine mit der Oberfläche des Substrats in direktem Kontakt stehende Schicht, zusammengesetzt aus mindestens einer Verbindung ausgewählt aus Titancarbid, Titannitrid und Titancarbonitrid, aufweist.
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