DE4406961C2 - Verschleißbeständiger Schneideinsatz, hergestellt aus einem Cermet auf Titancarbonitrid-Basis - Google Patents
Verschleißbeständiger Schneideinsatz, hergestellt aus einem Cermet auf Titancarbonitrid-BasisInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schneideinsatz, welcher aus
einem Cermet auf Basis von Titancarbonitrid (Titancarbonitrid wird im
folgenden als "TiCN" bezeichnet werden) hergestellt ist, und welcher
sowohl hervorragende Verschleißbeständigkeit als auch Festigkeit
aufweist, um unabhängig davon, ob der Schneidvorgang
kontinuierlich oder intermittierend durchgeführt wird, über einen
langen Verwendungszeitraum hervorragende Schneideigenschaften
ohne Beschädigung wie Bruch oder Splittern zu zeigen.
Wie in den veröffentlichten japanischen Patentschriften Nrn. 62-170452
und 63-83241 offenbart, ist bis jetzt ein Cermet auf TiCN-Basis mit einer
Struktur bekannt, welche 5 bis 30 Vol.-% einer Bindemittelphase, die im
wesentlichen aus Co und/oder Ni besteht, umfasst und worin der
Ausgleich eine harte Dispersionsphase ist, welche enthält:
- a) eine harte Dispersionsphase mit einer Duplex- und/oder Triplexphasenstruktur mit einem Kern, welcher aus einer festen Lösung Carbonitridkomposit mit Titan (im folgenden als "(Ti,M)CN" bezeichnet) und einem oder mehreren Elementen ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus W, Mo, Cr, Ta, Nb, V, Hf und Zr besteht und falls erforderlich
- b) (a') eine harte Dispersionsphase mit einer Einzelphasenstruktur, die gebildet ist aus (Ti,M)CN. Dieser Schneideinsatz wurde zum Beispiel für kontinuierliches oder intermittierendes Schneiden von Stahl verwendet.
In der nachveröffentlichten DE-A-43 39 089 wird ein Schneideinsatz beschreiben, welcher
neben den genannten harten Dispersionsphase mit Duplex- und/oder
Triplex-Struktur eine weitere harte Dispersionsphase mit einer
Einzelphasenstruktur aufweist, welche hauptsächlich aus Titannitrid
zusammengesetzt ist.
Es besteht ein steigender Bedarf, die Lebenszeit von Schneid
werkzeugen und -einsätzen zu verlängern, um der derzeitigen
Entwicklung hinsichtlich Arbeitssicherheit bei Schneidprozessen
und Betriebsautomatisierung gerecht zu werden. Die
obengenannten, bekannten Schneideinsätze aus Cermet auf
TiCN-Basis weisen zwar eine hervorragende Festigkeit auf, und
können daher z. B. beim kontinuierlichen Schneiden von Stahl
ohne Brechen oder Absplittern der Schneidfläche verwendet
werden, dieser Typ von Schneideinsätzen nutzt sich jedoch sehr
schnell ab und wird in kurzer Zeit unbrauchbar.
Unter Berücksichtigung des obengenannten Problems, haben die
Erfinder der vorliegenden Erfindung sehr intensive Untersuchungen
durchgeführt, um ein Schneidwerkzeug aus einem Cermet auf
TiCN-Basis zu entwickeln, welches eine verbesserte
Verschleißbeständigkeit aufweist. Als Ergebnis haben die Erfinder
festgestellt, dass das oben beschriebene, bekannte Schneidwerkzeug
aus einem Cermet auf TiCN-Basis verbesserte Abriebbeständigkeit
aufweist, wenn die folgende harte Dispersionsphase (b) allein oder
zusammen mit der folgenden harten Dispersionsphase
(b') zum Cermet auf TiCN-Basis hinzugefügt wird:
- a) ist eine harte Dispersionsphase mit Duplex- und/oder Tri plexphasenstruktur mit einem Kern, wobei der Kern aus Titancarbonitrid gebildet ist,
- b) (b') ist eine harte Dispersionsphase mit einer Einzelphasenstruktur und ist aus Titancarbonitrid gebildet.
Insbesondere sind die Erfinder durch diese Untersuchung zu der
Feststellung gelangt, dass die Struktur, die die obengenannte Phase (b)
oder Phasen (b) und (b') in einer Menge von 25 bis
70 Vol.-%, bezogen auf die gesamte Struktur, enthält, eine größere
Härte aufgrund der Phase (b) oder Phasen (b) + (b') zeigt, während die
hervorragende Festigkeit durch die Koexistenz der obengenannten
Phase (a) oder Phasen (a) + (a') erhalten werden kann, und die
metallische Bindemittelphase im wesentlichen durch Co und/oder Ni
gebildet wird. Ein aus diesem Cermet auf TiCN-Basis gebildetes
Schneidwerkzeug weist verbesserte Verschleißbeständigkeit auf und
kann ohne Zerbrechen oder Absplittern der Schneidfläche verwendet
werden, sowohl wenn der Schneidvorgang intermittierend durchgeführt
wird, als auch bei einem kontinuierlichen Schneidvorgang.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der oben beschriebenen
Erkenntnis der Untersuchung.
Demgemäß stellt die vorliegende Erfindung ein Schneidwerkzeug
zur Verfügung, welches hervorragende Eigenschaften wie Ver
schleißbeständigkeit und Festigkeit zeigt, welches hergestellt
ist aus einem Cermet auf TiCN-Basis mit einer Struktur, die
umfasst: 5 bis 30 Vol.-% Bindemittelphase, die im wesentlichen
aus Co und Ni besteht, und deren Ausgleich im wesentlichen
eine harte Dispersionsphase ist, worin die harte Dispersionsphase
selektiv die folgenden Phasen (a), (b) und (b'), oder (a), (a') und (b),
oder (a), (a'), (b) und (b') enthalten kann, worin die Phase (b) oder die
Phasen (b) und (b') 25 bis 70 Vol.-% der gesamten Struktur einnehmen.
In der Struktur sind:
- a) eine harte Dispersionsphase mit Duplex- und/oder Triplex phasenstruktur mit einem Kern, wobei der Kern aus (Ti,M)CN ge bildet ist,
- b) (a') eine harte Dispersionsphase mit einer Einzelphasenstruktur, die aus (Ti,M)CN gebildet ist,
- c) eine harte Dispersionsphase mit Duplex- und/oder Triplex phasenstruktur mit einem Kern, wobei der Kern aus TiCN gebildet ist, und
- d) (b') eine harte Dispersionsphase mit einer Einzelphasenstruktur und gebildet aus TiCN,
worin die harten Dispersionsphasen (b) und (b') 25 bis 70 Vol.-%
der gesamten Struktur einnehmen.
Die Koexistenz zwischen der Phase (a) und gegebenenfalls (a') mit der Phase (b)
und gegebenenfalls (b') kann erhalten werden durch Verwenden von TiCN-Pulver
und (Ti,M)CN-Pulver und durch separates Steuern der Partialdrücke der
Stickstoffatmosphäre bei einer Sintertemperatur in dem Bereich von
1000 bis 1200°C, wo das Abgeben von Stickstoff heftig auftritt, und bei
einem Sintertemperaturbereich von 1200°C oder darüber (1420 bis
1600°C), um das Austreten von Stickstoff aus TiCN zu verhindern und so
die Auflösung von W, Mo, Cr, Ta, Nb, V, Hf und Zr in das TiCN zu
vermeiden.
In dem Schneidwerkzeug der vorliegenden Erfindung liegt der Gehalt
oder der Anteil der Bindemittelphase in dem Cermet auf TiCN-Basis
in dem Bereich von 5 Vol.-% bis 30 Vol.-%, weil die
gewünschte Festigkeit nicht erhalten wird, wenn der Gehalt der
Bindemittel phase unter 5 Vol.-% liegt und wenn der Gehalt der
Bindemittelphase 30 Vol.-% überschreitet, sinkt die
Verschleißbeständigkeit drastisch. Die Bindemittelphase kann ein, zwei
oder mehrere Elemente ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus W,
Mo, Cr, Ta, Nb, V, Hf, Zr und Ti, in einer Menge, welche nicht höher ist
als 40 Gew.-%, enthalten, um die Verschleißbeständigkeit zu
verbessern. Liegt ein Element oder mehrere Elemente in einer Menge
über 40 Gew.-% vor, wird die Härte auf einen unannehmbaren Wert
reduziert. Es ist möglich, die Abriebbeständigkeit weiter durch
Verfestigen der Bindemittelphase zu verbessern, indem in der
Bindemittelphase nicht mehr als 10 Vol.-% kleine, harte Teilchen aus TiN
zusätzlich zur obengenannten harten Dispersionsphase dispergiert
vorliegen. Es ist aber nicht bevorzugt, dass diese kleinen, harten
Teilchen in einer Menge über 10 Vol.-% vorliegen, weil die Festigkeit zu
stark reduziert wird. Der Gehalt der harten Phase (b) oder harten Phasen
(b) und (b') ist bevorzugt 25 bis 70 Vol.-%, ein Gehalt unter 25 Vol.-%
verbessert die Verschleißbeständigkeit nicht in der gewünschten Weise,
während eine Menge über 70 Vol.-% eine Reduzierung der Festigkeit
hervorruft, so dass ein leichtes Zerbrechen oder Absplittern der
Schneidfläche auftreten kann.
Beispiele für Ausführungsformen des Schneideinsatzes der vorliegenden
Erfindung werden im folgenden beschrieben.
Verschiedene Materialpulver mit der in Tabelle 1 gezeigten Zu
sammensetzung wurden hergestellt, wobei jedes Pulver eine mittlere
Teilchengröße in dem Bereich zwischen 0,5 und 2 µm aufwies.
Insbesondere beinhalten die Materialpulver Pulver aus Carbiden,
Nitriden und Carbonitriden sowie (Ti,M)CN-Pulver,
TiCN-Pulver, Co-Pulver und Ni-Pulver. Es wurden verschiedene, in Tabelle
1 gezeigte Zusammensetzungen hergestellt. Jede Zusammensetzung
wurde einem Nassmischen mit einer Kugelmühle über 72 Stunden und
nach dem Trocknen einem Druckform-Verfahren,
welches unter einem Druck von 147 MPa (1,5 t/cm2) durchgeführt
wurde, unterzogen, um so einen dicht gepressten Rohkörper herzustel
len. Die so erhaltenen dicht gepressten Rohkörper wurden gesintert, was
unter den folgenden Sinterbedingungen (1) oder (2) durchgeführt
wurde:
- 1. Stickstoff-Atmosphäre von 1,33 Pa (10-2 Torr) wurde aufrechterhalten, bis die Temperatur des kompakten Rohkörpers von Raumtemperatur auf 1100°C erhitzt war, und Stickstoff-Atmosphäre von 1,33 kPa (10 Torr) wurde während des Zeitraums aufrechterhalten, in welchem der dicht gepresste Rohkörper von 1100°C auf eine vorbestimmte Sintertemperatur, die zwischen 1420 und 1600°C lag, erhitzt, bei dieser Sintertemperatur eine Stunde gehalten und auf Raumtemperatur abgekühlt wurde. (Diese Bedingung wird als "Sinter-Bedingung unter Stickstoffatmosphäre" bezeichnet.)
- 2. Der kompakte Rohkörper wurde eine Stunde bei einer vorbestimmten Temperatur, die zwischen 1420 und 1500°C lag, im Vakuum bei 0,133 Pa (10-3 Torr) gehalten und anschließend abgekühlt. (Diese Sinterbedingung wird als "Sinterbedingung im Vakuum" bezeichnet.)
Durch solche Sinterverfahren wurden die Proben Nrn. 1 bis 18 des
erfindungsgemäßen Schneideinsatzes aus Cermet auf TiCN-Basis jeweils
in der Form von Wegwerfspitzen (throw-away tips),
die dem Standard von SNMG 432 entsprechen, erhalten, sowie
Vergleichsproben Nrn. 1 bis 6 des bekannten Schneideinsatzes auf
TiCN-Basis (im folgenden als "handelsübliche Schneideinsätze"
bezeichnet).
Die Strukturen dieser Proben wurden durch analytisches Elek
tronenmikroskop geprüft, um den Gehalt der Bindemittelphase sowie
der Zusammensetzung der harten Dispersionsphase zu messen. Zur
gleichen Zeit wurde die Zusammensetzung des Kerns jeder harten
Dispersionsphase durch einen Auger-Rasterelektro
nenspektroskopieanalysator gemessen. Dann wurden die Flächen
der entsprechenden harten Phasen durch Analyse mittels eines
Bildanalysators der Fotografien aus der Rasterelektronenmikro
skopie (Vergrößerung 4000), hergestellt durch den obengenann
ten spektroskopischen Analysator, bestimmt, und die Volumina
der entsprechenden harten Phasen wurden auf Grundlage der ge
messenen Flächen berechnet.
Diese Proben wurden einem diskontinuierlichen Schneidtest für
trockenen Stahl und einem kontinuierlichen Schneidtest für
trockenen Stahl unterzogen, welche entsprechend unter den folgenden
Bedingungen durchgeführt wurden:
Schneidmaterial: | Rundstab aus Stahl SNCM 439 (Härte: HB 270) mit drei longitudinalen Einschnitten. |
Schneidgeschwindigkeit: | 150 m/min |
Eindringtiefe: | 2,8 mm |
Zugabe: | 0.3 mm/rev. |
Schneidzeit: | 5 Minuten |
Schneidmaterial: | Rundstab aus Stahl SNCM 439 (Härte; HB 270) |
Schneidgeschwindigkeit: | 200 m/min |
Eindringtiefe: | 2 mm |
Zugabe: | 0,3 mm/rev |
Schneidzeit: | 20 Minuten |
Die Tiefe des Verschleißes der Reliefoberfläche wurde auf jeder Probe
nach Abschluss von jedem Test gemessen, wobei die Ergebnisse in
Tabelle 2 gezeigt sind.
Die Ergebnisse der Analyse der metallischen Bindemittelphase und der
harten Dispersionsphase sind in den Tabellen 3 bis 8 gezeigt.
Aus den obigen Tabellen 2 und 8 ist ersichtlich, dass die Proben Nrn. 1
bis 18 des erfindungsgemäßen Schneidwerkzeuges eine hervorragende
Festigkeit aufweisen, wie der Vergleich mit den Proben Nrn. 1 bis 6 der
handelsüblichen Schneidwerkzeuge, die jeweils eine harte
Dispersionsphase mit einer Duplex- und/oder
Triplexphasenstruktur mit einem Kern aus (Ti,M)CN allein mit oder ohne
einer aus (Ti,M)CN gebildeten Einzelphasenstruktur als harte
Dispersionsphase haben. Aufgrund der Koexistenz der harten
Dispersionsphase mit einer Duplex- und/oder TriplexStruktur mit einem
Kern aus (Ti,M)CN, mit oder ohne einer harten Dispersionsphase mit
Einzelphasenstruktur, die aus (Ti,M)CN gebildet ist, und einer harten
Dispersionsphase mit Duplex- und/oder Triplex-Struktur mit einem Kern
aus TiCN, mit oder ohne einer harten Dispersionsphase als Einzelphase
aus TiCN, zeigten die Proben Nrn. 1 bis 18 des erfindungsgemäßen
Schneidwerkzeuges weder Zerbrechen noch Absplittern der
Schneidfläche sowohl bei kontinuierlichen als auch intermittierenden
Schneidverfahren. Es ist auch deutlich, dass eine weitere Verbesserung
der Festigkeit durch Zugabe von nicht mehr als 40 Gew.-% von einem
oder mehreren von W, Mo, Cr, Ta, Nb, V, Hf, Zr und Ti zur
Bindemittelphase oder durch Dispergieren der kleinen Teilchen aus TiN
erhalten werden kann.
Wie beschrieben wurde, zeigen die Schneideinsätze aus Cermet auf
TiCN-Basis der vorliegenden Erfindung sowohl hervorragende
Verschleißbeständigkeit als auch Festigkeit und zeigen daher eine
hervorragende Schneidbeständigkeit über einen langen Ver
wendungszeitraum, ohne zu zerbrechen oder an der Schneidfläche
abzusplittern, unabhängig davon, ob das Schneiden in kontinuierlicher
oder diskontinuierlicher Weise durchgeführt wird.
Claims (4)
1. Verschleißbeständiger Schneideinsatz, hergestellt aus einem
Cermet auf Titancarbonitrid-Basis mit einer Struktur, welche
umfasst: 5 bis 30 Vol.-% einer Bindemittelphase, die im
wesentlichen aus Co und Ni zusammengesetzt ist, und worin
der Ausgleich aus einer harten Dispersionsphase besteht,
wobei die harte Dispersionsphase einschließt:
- a) eine harte Dispersionsphase mit einer Duplex- und/oder Triplexphasenstruktur mit einem Kern, wobei der Kern aus einer festen Lösung von Carbonitridkomposit, bestehend aus Ti und einem oder mehreren Elementen ausgewählt aus W, Mo, Cr, Ta, Nb, V, Hf und Zr, gebildet ist,
- b) eine harte Dispersionsphase mit Duplex- und/oder Tri plexphasenstruktur mit einem Kern, wobei der Kern aus Titancarbonitrid gebildet ist, und
- c) (a') eine harte Dispersionsphase mit einer Einzelphasen struktur und gebildet aus einer festen Lösung von Carbonitridkomposit, bestehend aus Ti und einem oder mehreren Elementen ausgewählt aus W, Mo, Cr, Ta, Nb, V, Hf und Zr, und/oder
- d) (b') eine harte Dispersionsphase mit einer Einzelphasen struktur und gebildet aus Titancarbonitrid,
2. Schneideinsatz nach Anspruch 1, worin die Bindemittelphase
nicht mehr als 40 Gew.-% eines oder mehrerer Elemente
ausgewählt aus W, Mo, Cr, Ta, Nb, V, Hf, Zr und Ti enthält.
3. Schneideinsatz nach Anspruch 1 oder 2, worin die Bindemittel
feine Teilchen aus darin dispergiertem TiN enthält.
4. Schneideinsatz nach Anspruch 1, worin die
Bindemittelphase nicht mehr als 40 Gew.-% eines oder meh
rerer Elemente ausgewählt aus W, Mo, Cr, Ta, Nb, V, Hf, Zr
und Ti enthält, wobei die Bindemittelphase außerdem feine
Teilchen aus darin dispergiertem TiN enthält.
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
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