DE60006893T2 - Verfahren zur Herstellung eines verbesserten fein körnigen Sinterkarbidkörper aus WC-Co - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines verbesserten fein körnigen Sinterkarbidkörper aus WC-Co Download PDF

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Methode zur Herstellung feinkörnigen WC-Co-Hartmetalls.
  • Der traditionelle Weg zur Herstellung von feinkörnigem Hartmetall ist der, die erwünschten Mengenverhältnisse von WC, Co und Kornwachstumsinhibitoren sowie Preßmittel, wie PEG oder A-Wachs, im einer Kugelmühle mit Mahlkörpern aus WC-Co (um unerwünschte Verunreinigungen in dem Material zu vermeiden) in Alkohol/Wasser oder in irgendeiner anderen Mahlflüssigkeit heftig naß zu vermahlen. Die endgültige Korngröße des Wolframcarbids wird während dieses Verfahrens bestimmt. Carbid ist oftmals stark agglomeriert, und dies gilt auch für das Kobaltpulver. Das Mahlverfahren ist oftmals sehr langwierig, um
    • 1. die endgültige Korngröße des Wolframcarbids zu bestimmen,
    • 2. eine gleichmäßige Dispersion der Kornwachstumsinhibitoren zu bekommen und so Kornwachstum in irgendeinem Teil zu vermeiden, und
    • 3. das Kobalt gleichmäßig dispergiert zu haben, um Porosität und Kobaltlachen in dem gesinterten Material zu vermeiden.
  • Nach dem Vermahlen muß der Schlamm getrocknet werden, oftmals in einem Sprühtrockner, um ein freifließendes Pulver zu bekommen. Dieses Pulver wird dann zu Rohlingen gepreßt und gesintert, worauf es zu den Endabmessungen geschliffen und oftmals beschichtet wird.
  • In der Regel werden für Untermikronmaterial Korngrößeninhibitoren verwendet. Cr3C2 und/oder Kombinationen von VC + Cr3C2 werden für feinere Korngrößen benutzt. Alle kubischen Carbide in den Gruppen IV und V des Periodensystems wirken als Korngrößeninhibitoren für WC-Co-Legierungen: TiC, ZrC, HfC, VC, NbC, TaC, doch auch das hexagonale Mo2C und das orthorhombische CR3C2' der Gruppe VI. Für WC-Co-Legierungen mit einer gesinterten mittleren Korngröße von 1,0 bis 1,6 μm für das Wolframcarbid ist TaC ein sehr üblicher Korngrößenstabilisator/Kornwachstumsinhibitor, doch auch NbC wird oftmals in Kombination mit TaC benutzt. Mo2C kann auch verwendet werden, beide in dem Submikron- und Mikronbereich (0,8 bis 1,6 μm). Beispielsweise beschreibt die WO-A-9 913 120, daß bis zu 3 Gew.-% Vanadin und/oder Chrom, Titan und/oder Niob beim Mischen nur in der Form von Carbiden zugegeben werden.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die obenbeschriebenen Herstellungsnachteile zu vermeiden und auch die Leistung für das gesinterte Material, hauptsächlich die Zähigkeit, zu steigern. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hartmetalls auf der Basis von WC-Co mit einer gesinterten mittleren WC-Korngröße von 0,6 bis 1,4 Mikron, mit einem Gehalt bis zu 3 Gew.-% Vanadin und/oder Cr, Ti und Ta und/oder Nb als einen absichtlich zugesetzten Korngrößeninhibitor.
  • Die Erfindung ist durch Anspruch 1 angegeben und besteht aus den folgenden Grundkonzepten:
    • – Ein gut definiertes WC-Rohmaterial mit engverteilter Korngröße und abgerundeter Morphologie wird verwendet, in welchem seine endgültige (gesinterte) Korngröße bereits bestimmt ist, wenn es über Reduktion und Karburierung erzeugt wird. Das WC muß in einzelne Körner deagglomeriert oder leicht zu deagglomerieren sein. Wenn ein Hartmetall mit einer gesinterten mittleren WC-Korngröße von 1,3 μm erwünscht ist, muß das ursprüngliche WC eine mittlere Korngröße von etwa (1,0 bis) 1,2 μm haben, da ein bestimmtes kleines, aber gesteuertes Kornwachstum niemals vermieden werden kann.
    • – Ein gut definiertes Co-Rohmaterial mit enger Korngrößenverteilung und auch abgerundeter Morphologie und einem mittleren Korngrößenäquivalent wie oder kleiner als die mittlere WC-Korngröße, mit welcher es vermischt wird, wird ausgewählt. Das Kobaltpulver muß auch leicht zu deagglomerieren sein. Dieses Co-Rohmaterial enthält bereits wenigstens den Metallteil der Korngrößeninhibitoren, d. h. die Zugabe des Korngrößeninhibitors ist Teil des Co-Pulverproduktionsverfahrens. Dies bedeutet, daß auch das Kobalt für die fertige gesinterte Legierung zugeschnitten wird, da die Menge und Type von Kornwachstumsinhibitorzusätzen sowohl von der endgültigen (gesinterten) WC-Korngröße als auch der Menge der erwünschten Bindephase abhängen.
    • – Eine kurze Mahlzeit, die eher ein Vermischen und Vermengen als ein traditionelles Vermahlen ist.
  • Die Verwendung der oben aufgelisteten Konzepte ergibt ein Hartmetall mit besserer Produktionswirtschaftlichkeit kombiniert mit besseren Verdichtungseigenschaften (weniger Risse und bessere Toleranzen, d. h. bessere Formstabilität) und erhöhter Zähigkeit. Die Steigerung der Zähigkeit beruht auf einer besseren Morphologie mit mehr abgerundeten und weniger dreieckigen und prismatischen WC-Körnern. Mit den Kornwachstumsinhibitoren dort, wo sie erwünscht/benötigt sind, d. h. an den Berührungsflächen zwischen Co und WC, kann die Menge an Kornwachstumsinhibitoren oftmals vermindert werden. Da diese Inhibitoren, besonders VC, bekanntermaßen die Zähigkeit vermindern, kann eine Abnahme dieser Elemente, aber noch der gleiche Effekt erzielt werden, da sie dort, wo sie benötigt werden, angeordnet sind, wodurch eine bessere Zähigkeit erhalten werden kann.
  • Beispiel 1
  • Zwei Pulveransätze wurden hergestellt, einer gemäß üblicher Technologie und einer gemäß der Erfindung.
  • Bekannte Technologie
    • 89,5 Gew.-% WC, 0,8 μm (FSSS)
    • 10,0 Gew.-% Co – Standard (1,5 μm)
    • 0,5 Gew.-% Cr3C2
    • Vermahlungszeit: 30 h
  • Erfindung
    • 89,5 Gew.-% WC, 0,70 μm (FSSS)
    • 10,43 Gew.-% Co-Cr (0,65 μm)
    • 0,07 Gew.-% C (Kohlenstoffkompensation)
    • Vermahlungszeit: 3 h
  • Die Co-Cr-Legierung nach der Erfindung enthält Co und Cr in den Mengenverhältnissen 10/0,43 und ist leicht zu deagglomerieren wie auch das WC gemäß der Erfindung.
  • Die Mühlen und die Gesamtmenge an Pulver in den Mühlen waren identisch. Die Schlämme wurden mit den gleichen Verfahrensparametern sprühgetrocknet.
  • Die beiden Pulver wurden zu Einsatzrohlingen, SNUN 120 308, in Werkzeugen für 18 %ige Schrumpfung beim Sintern gepreßt.
  • Der verdichtende Druck war 145 MPa für das Pulver, das gemäß der existierenden Technik hergestellt wurde, und 110 MPa für Pulver nach der Erfindung.
  • Der erwünschte Verdichtungsdruck ist 100 ± 20 MPa.
  • Die gepreßten kompakten Körper wurden dann in dem gleichen Ansatz gesintert und hatten die gleiche Härte wie im gesinterten Zustand, 1600 ± 25 HV3.
  • Beispiel 2
  • Von den gleichen Pulvern wie in Beispiel 1 wurden Teststücke 5,5 × 6,5 × 21 mm hergestellt. Sie wurden zusammen gesintert und dann in einem Dreipunktbiegetest mit den folgenden Ergebnissen, Mittelwerten, geprüft.:
    Bekannte Technik Erfindung
    2725 ± 300 MPa 3250 ± 200 MPa
  • Beispiel 3
  • Zwei Legierungen mit der gleichen Zusammensetzung wurden hergestellt, eine nach der vorliegenden Erfindung und eine nach der bekannten Methode.
  • Bekannte Technologie
    • 93,5 Gew.-% WC, 1.2 μm (FSSS)
    • 6,0 Gew.-% Co – Standard (1,5 μm)
    • 0,5 Gew.-% TaC
    • Vermahlungszeit: 40 h
  • Erfindung
    • 93,5 Gew.-% WC, 1,0 μm (FSSS)
    • 6,4 Gew.-% Co-Ta 0,8, μm
    • 0,1 Gew.-% Co (Kohlenstoffkompensation)
    • Vermahlungszeit: 4 h
  • Die beiden Varianten wurden gemäß Beispiel 1 hergestellt. Beim Pressen der gleichen Testeinsätze, SNUN 120 308, war der Verdichtungsdruck für 18 % Schrumpfung 160 MPa für das Pulver nach der existierenden Methode und 115 MPa für das Pulver nach der Erfindung. Nach dem Sintern hatten beide Varianten die gleiche Härte, 1750 ± 245 HV3.

Claims (2)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Hartmetalls auf WC-Co-Basis mit einer gesinterten mittleren WC-Korngröße von 0,6 bis 1,4 Mikron und mit einem Gehalt von bis zu 3 Gew.-% Vanadin und/oder Cr, Ti und Ta und/oder Nb als ein absichtlich zugesetzter Korngrößeninhibitor, wobei ein gut deagglomeriertes oder leicht zu deagglomerierendes WC-Pulver mit abgerundeter Morphologie mit dem gut deagglomerierten oder leicht zu deagglomerierenden Bindemittelpulver auf Kobaltbasis vermischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittelpulver eine Kobaltlegierung und wenigstens einer der Metallkornwachstumsinhibitoren ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Co-Pulver eine mittlere Korngröße gleich wie oder kleiner als jene des WC-Pulvers hat.
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