DE4033214A1

DE4033214A1 - Schneid- und bohrelemente

Info

Publication number: DE4033214A1
Application number: DE4033214A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Sartor
Original assignee: Hilti AG
Current assignee: Hilti AG
Priority date: 1990-10-19
Filing date: 1990-10-19
Publication date: 1992-04-23
Also published as: DK0481917T3; US5186724A; EP0481917B1; EP0481917A1; DE59107887D1

Description

Für das vibrationsfreie Bohren und Schneiden in natürlichem Gestein, wie Felsformationen oder in Baustoffen, wie Beton und Ziegel werden Werkzeuge benutzt, deren Schneiden mit Hartstoffen wie Karbiden, Nitriden, Karbid-Nitrid-Mischpha sen, Diamant und ähnlichen besetzt sind. Als Hartstoffe werden häufig Stoffe wie natürlicher, synthetischer oder polykristalliner Diamant, B₄ C, SiC, TiC, BN, TiN, Al₂O₃, ZrO₂, Hartmetall usw. verwendet. Dabei werden meist Diamant oder Hartmetall für Beton und Hartgestein-Bearbeitung, für weichere Baustoffe SiC, Al₂O₃ usw. eingesetzt. Häufig sind die abrasiv wirkenden feinen Partikel dieser Materialien in eine Matrix eingebettet. Diese abrasive Teilchen enthalten den Matrizes werden nachfolgend, unabhängig davon, ob sie auf Trägern wie Bohrschäften, Scheiben und dergleichen an geordnet sind oder auch nicht, als Schneid- und Bohrelemente bezeichnet. Die Schneid- und Bohrelemente können je nach dem Schneid- bzw. Bohrzweck unterschiedliche Formen aufweisen. Z.B. die Form von Hohlbohrkronen, von Ringen, Stiften, Platten, Segmenten und anderen einfachen und komplexen Form körpern, bei Trennscheiben z. B. Segment-, Ring- oder Scheiben form, die Form von Bohr-Schneidköpfen, Platten, Zylindern und dergleichen.

Die Matrixwerkstoffe sind ebenso wie die darin eingela gerten, abrasiven Partikel bzw. Teile einem Verschleißprozeß unterworfen, wobei der Verschleiß von den je weiligen Bearbeitungsbedingungen, namentlich der Härte des zu schneidenden oder zu bohrenden Materials abhängt. Um nun die Bohrwerkzeuge und damit vor allen Dingen die Schneid und Bohrelemente den Anforderungen unterschiedlicher Verwen dungszwecke anzupassen, wäre eine Vielzahl unterschiedlicher Matrixwerkstoffe erforderlich. Dies ist für die Praxis aus naheliegenden Gründen wenig wünschenswert und kaum durch führbar. Die Suche nach einem universell brauchbaren Matrix werkstoff blieb, bisher insbesondere auch bei Berücksichti gung wirtschaftlicher Gesichtspunkte, ohne Erfolg.

Überraschenderweise wurde nun eine Lösung gefunden, die das Problem mit einem Matrix-Werkstoff einheitlicher stofflicher Zusammensetzung löst.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht in der Verwendung von durch Auslagerung auf verschiedene Härten bzw. Festigkeiten härtbaren Kupferlegierungen als Matrizes zur Herstellung von in der Matrix mit abrasiven Teilchen beladenen Formkörpern als Bohr- und Schneidelemente für Bohr- und Schneidzwecke.

Der besondere Vorteil dieser Lösung besteht darin, daß durch Verwendung von nur einer Cu-Legierung auf der Her steller-, gegebenenfalls auch Verwenderseite durch eine dem spezifischen Verwendungszweck angepaßte Wärmebehandlung, namentlich isotherme Alterung, also Auslagerung, mit ab rasiven Teilchen besetzte Matrixwerkstoffe mit der jeweils erforderlichen Härte herstellbar sind. Auf diesem Weg ge lingt es, unter Verwendung einer einzigen Matrix-Zusammen setzung den jeweiligen Anwendungserfordernissen entspre chende Schneid-Bohrelemente herzustellen bzw. bereitzuhal ten. Die Formkörper können von der eingangs beispielhaft beschriebenen Art sein.

Die Einstellung unterschiedlicher Härten und Festigkeiten bei Kupferlegierungen durch Auslagerung ist bekannt (Heubner und Wassermann, Z. Metallkunde, 1962, 152; Werkstoffhandbuch Nichteisenmetalle, VDI-Verlag; Niedriglegierte Kupferlegie rungen, Deutsches Kupferinstitut; Non-Ferrous Metals and Alloys, V. Sedlacek, Verlag Elsevier; U. Zwickler, Z. Me tallkunde, 1962, S. 709: Untersuchungen über das Ausschei dungsverhalten übersättigter Kupfer-Titan-Mischkristalle). Bevorzugt für den vorliegenden Verwendungszweck sind ins besondere Kupferlegierungen wie Kupfer-Berylliumlegierungen mit ca. 1 bis 2 Gew.-% Be, auch mit geringen Anteilen, Ko balt, z. B. CuBe2, CuBe2Co, Kupfer-Titanlegierung mit ca. 1 bis 6 Gew.-% Ti, z. B. CuTi4, Kupfer-Chromlegierungen mit bis zu 1 Gew.-% Cr, auch mit Anteilen Zirkon, z. B. CuCr, CuCrZr, Kupfer-Nickel-Siliziumlegierungen mit ca. 1-5 Gew.-% Ni und bis zu 1,5 Gew.-% Silizium, z. B. CuNi3Si, CuNi3Sil, Kupfer- Mangan-Nickellegierungen mit ca. 20 Gew.-% Mn und 20 Gew.-% Ni, z. B. CuMn20Ni20 und dergleichen.

Für die Auslagerung, also die isothermische Alterung, werden Temperaturen im Bereich von 200 bis 600°C, insbesondere 300 bis 550°C bevorzugt. Die Dauer der Behandlung beträgt im all gemeinen 5 bis 120 Minuten oder auch mehr.

Die Einbettung der abrasiven Teilchen, wie zuvor definiert, oder von Gemischen hiervon erfolgt in bekannter Weise. Dies kann z. B. durch Sintern, Heißpressen (Drucksintern) oder durch ein anderes hierfür geeignetes Verfahren geschehen.

Als eingelagertes, abrasives Teilchen steht Diamant im Vor dergrund. Es können jedoch auch andere Hartstoffe eingela gert sein.

Gegenstand der Erfindung sind auch abrasive Stoffe, nament lich Diamant eingebettet enthaltende Matrizes, also derar tige Schneid- und Trennelemente, sowie mit solchen Schneid und Trennelementen bestückte Werkzeuge, wobei die Schneid und Trennelemente herstellbar sind nach einem der vorge nannten Verwendungsverfahren.

Die gehärteten Matrixwerkstoffe können Härten von beispiels weise 100 HV bis in den Bereich von beispielsweise 350 HV oder sogar mehr aufweisen.

Die nachfolgenden Beispiele dienen der Erläuterung der Er findung:

Beispiel 1 Fertigungsablauf

Heißpressen

1. Pulvermischen:
Matrixwerkstoff CuTi₄-Pulver mit Diamanten als Hartstoff
2. Heißpressen: (Drucksintern)
- - Druck: ca. 200-300 bar
- - Temperatur: ca. 750°-850°C
3. Ausscheidungshärten:
- - Lösungsglühen: ca. 700°-1000°C, ca. 10 bis 60 min.
- - Dieser Vorgang kann mit dem Heißpreßprozeß durchgeführt werden.
- - Auslagern: Je nach dem Matrixwerkstoff muß der Temperatur-Zeitverlauf gewählt werden - ca. 200°- 600°C/5-120 min.
  CuTi4
  Variante 1: 550°C, 10 min → 300 HV (Härte)
  Variante 2: 360°C, 10 min → 200 HV

Beispiel 2 Fertigungsablauf:

Konventionelle Sintertechnik

1. Pulvermischen:
Matrixwerkstoff CuTi4-Pulver mit Diamanten als Hartstoffe und Gleitmittelzugabe (Preßhilfsmittel)
2. Kaltpressen:
- - Füllen der Form
- - Pressen (ca. 4-7 t/cm²)
- - Freilegen des Grünlings
3. Sintern:
Zwischen 800 und 1200°C im Vakuum- oder Schutzgasofen
4. Ausscheidungshärten:
- - Lösungsglühen: 700 bis 1000°C, ca. 10 bis 60 min.
  Dieser Vorgang kann mit dem Sinterprozeß durchgeführt werden.
- - Auslagern: Je nach dem Matrixwerkstoff muß die Temperatur/Zeit gewählt werden.
  CuTi₄
  Variante 1: 550°C, 10 min → 300 HV (Härte)
  Variante 2: 360°C, 10 min → 200 HV
  (Literaturangaben)

Claims

1. Verwendung von durch Auslagerung härtbaren Cu-Le gierungen als Matrixwerkstoff zur Herstellung von im Matrixwerkstoff abrasiven Teilchen aufweisenden Form körpern für Bohr- und Schneidzwecke.

2. Verwendung gemäß Patentanspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß als Kupferlegierungen Legierungen der Zusammensetzung Cu-Ti mit 1 bis 6 Gew.-% Titan, Cu-Be mit 1 bis 2 Gew.-% Be und gegebenenfalls geringen An teilen Kobalt, Cu-Cr mit bis zu 1 Gew.-% Cr und gege benenfalls Anteilen an Zirkon, Cu-Ni-Si mit 1 bis 5 Gew.-% Ni und bis zu 1,5 Gew.-% Si oder Cu-Mn-Ni mit ca. 20 Gew.-% Mn und 20 Gew.-% Ni verwendet werden.

3. Verwendung gemäß einem der vorhergehenden Patentan sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslagerungen im Bereich von 200° bis 600°C erfolgen.

4. Formkörper als Elemente für Bohr- und Schneidzwecke mit einer abrasive Teilchen enthaltenden, gehärteten Cu-Le gierungs-Matrix, herstellbar nach einem Verwendungs verfahren gemäß einem der vorhergehenden Patentan sprüche.