DE602004012521T2 - Sinterkarbideinsatz und Method zu dessen Herstellung. - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hartmetallwerkzeug für die spanende Metallbearbeitung oder die Metallumformung, welches durch Sintertechniken hergestellt ist. Spezieller betrifft die Erfindung ein Hartmetallwerkzeug, welches durch Sintertechniken hergestellt wird, wobei zwei unterschiedliche Mikrostrukturzonen mit komplementären Eigenschaften vorliegen.
  • In Hartmetallen haben die Korngröße sowie der Binderphasen-(z. B. Kobalt-)Gehalt jeweils einen Einfluß auf die Leistungsfähigkeit des Verbundstoffs. Beispielsweise führt eine kleinere oder feinere Korngröße des Wolframcarbids zu einem verschleißbeständigeren Material. Eine Steigerung des Kobaltgehalts führt typischerweise zu einer Steigerung der Zähigkeit.
  • Hartmetalle mit einer feinen Korngröße werden durch die Aufnahme von Kornverfeinerem in das anfängliche Pulvergemisch hergestellt. Ein solches Hartmetall hat in seiner gesamten Mikrostruktur eine feine Korngröße. Ein Hartmetall mit einer groben Korngröße wird durch Sintern ohne die Aufnahme irgendwelcher Kornverfeinerer hergestellt, da in einem Hartmetall, wie einem WC-Co-Verbundstoff, die WC-Körner dazu neigen, während des Sinterns gröber zu werden. Ein solches Hartmetall hat in seiner gesamten Mikrostruktur eine grobe Korngröße. Es versteht sich, daß diese harten Körper eine insgesamt einheitliche Mikrostruktur haben.
  • Hartmetallprodukte werden weithin in Werkzeugen für die Metallbearbeitung sowie für verschiedene Kaltformungsvorgänge von Materialien, wie Stählen, Kupferlegierungen, Verbundstoffmaterialien usw., verwendet. Beispiele des letztgenannten Werkzeugtyps sind Drahtziehwerkzeuge, bei denen es sich um einen Hartmetallstift handelt, der üblicherweise in einen Stahl- oder Metallhalter eingesetzt wird. Solche Werkzeuge sollten eine harte und verschleißbeständige Oberflächenzone haben, die auch die folgenden zusätzlichen Eigenschaften aufweisen sollte: gute Wärmeleitfähigkeit, kleiner Reibungskoeffizient, d. h. sie kann selbstschmierend sein oder die Schmierung mit einem Kühlmittel unterstützen, gute Korrosionsbeständigkeit, Beständigkeit gegen die Bildung von Mikrorissen und hohe Zähigkeit.
  • Hartmetallkörper mit wenigstens zwei verschiedenen Mikrostrukturzonen sind auf dem Gebiet bekannt. Beispielsweise sind Bohrer mit einem Kern aus einer zähen Hartmetallqualität und einer Beschichtung aus einer verschleißbeständigeren Qualität in der EP-A-951 576 offenbart.
  • Die EP-A-194 018 betrifft ein Drahtziehwerkzeug, das aus einer mittleren Schicht mit grobkörnigen Wolframcarbidteilchen und einer peripheren Schicht mit feinkörnigeren Wolframcarbidteilchen besteht. Anfangs haben die Schichten den gleichen Kobaltgehalt. Nach dem Sintern ist der Kobaltgehalt in der grobkörnigen Schicht in der Mitte reduziert.
  • Die EP-A-257 869 offenbart eine Gesteinsbohrkrone, die aus einem verschleißbeständigen Spitzenabschnitt und einem zähen Kern ausgebildet ist. Der Spitzenabschnitt besteht aus einem Pulver mit geringem Co-Gehalt und einer feinen WC-Korngröße, und der Kernabschnitt besteht aus einem Pulver mit hohem Co-Gehalt und groben WC-Körnern. Über den Co-Gehalt in den beiden Abschnitten nach dem Sintern wird nichts offenbart. Auch in diesem Fall ist jedoch der Co-Gehalt in dem grobkörnigen Abschnitt zugunsten des Co-Gehalts in der feinkörnigen Schicht reduziert. Eine ähnliche Offenbarung ist in der US 4,359,335 zu finden.
  • Ein alternativer Ansatz wird in der US 4,843,039 offenbart, welche Hartmetallkörper bevorzugt für Schneidwerkzeugeinsätze für die Metallbearbeitung offenbart. Die Körper umfassen einen Kern aus Hartmetall, welcher Eta-Phase enthält, umgeben von einer Oberflächenzone aus Hartmetall, die frei von Eta-Phase ist und einen geringen Gehalt an Kobalt in der Oberfläche und einen höheren Gehalt an Kobalt neben der Eta-Phasen-Zone aufweist. Die US 4,743,515 ist ähnlich, betrifft jedoch Gesteinsbohren und Mineralschneiden.
  • Die US 5,623,723 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Hartmetallkörpers mit einer verschleißbeständigen Oberflächenzone. Das Verfahren umfaßt die folgenden Stufen: Bereitstellen eines Preßkörpers aus Hartmetall, Plazieren eines Pulvers aus Kornverfeinerer auf wenigstens einen Anteil der freiliegenden Oberfläche des Preßkörpers und Hitzebehandeln des Preßkörpers und des Kornverfeinererpulvers, so daß der Kornverfeinerer in Richtung der Mitte des ungesinterten Preßkörpers diffundiert, wobei von der freiliegenden Oberfläche aus, auf der der Kornverfeinerer plaziert war, nach innen eine Oberflächenzone gebildet wird und eine innere Zone gebildet wird. Im Ergebnis wird ein Hartmetallkörper erhalten, der eine Oberflächenzone aufweist, welche eine Korngröße hat, die kleiner ist, jedoch einen Co-Gehalt hat, der höher ist als derjenige des inneren Anteils des Körpers. Das bedeutet, daß die erhöhte Verschleißbeständigkeit, die als Ergebnis der kleineren WC-Korngröße erhalten wird, in gewissem Umfang durch die Steigerung des Co-Gehalts verloren wird.
  • Daher besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, ein Hartmetallwerkzeug mit einer Oberflächenzone mit geringem Binderphasengehalt und feiner WC-Korngröße und somit hoher Verschleißbeständigkeit sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben bereitzustellen.
  • Es wurde nun überraschend herausgefunden, daß es möglich ist, aus einem einzelnen Gemisch aus Wolframcarbid und Binderphase einen Hartmetallkörper mit einem Oberflächenanteil mit einer kleineren Korngröße und geringerem Kobaltgehalt als im inneren Anteil zu erhalten.
  • 1 ist ein Diagramm, welches die Härte (HV3) und den Kobaltgehalt gegenüber dem Abstand von der Kante in einem Einsatz gemäß der Erfindung zeigt.
  • 2 ist ein Diagramm, welches den Chromgehalt gegenüber dem Abstand von der Kante in einem Einsatz gemäß der Erfindung zeigt.
  • 3 ist eine Mikroskopaufnahme, die die Mikrostruktur bei einem Abstand von 100 μm von der Kante (FEG-SEM, 20000x, BSE-Modus) in einem Einsatz gemäß der Erfindung zeigt.
  • 4 ist eine Mikroskopaufnahme, die die Mikrostruktur bei einem Abstand von 3 mm von der Kante (FEG-SEM, 20000x, BSE-Modus) in einem Einsatz gemäß der Erfindung zeigt.
  • 5 ist ein Diagramm, welches den Kobaltgehalt gegenüber dem Abstand von der zuvor mit Cr3C2 beschichteten Oberfläche und auch den Chromgehalt gegenüber dem Abstand von der zuvor mit Cr3C2 beschichteten Oberfläche in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • 6 ist eine Mikroskopaufnahme, die die Mikrostruktur bei einem Abstand von 100 μm von der Oberfläche, wo das Cr3C2-Pulver plaziert war, zeigt (FEG-SEM, 15000x, BSE-Modus).
  • 7 ist eine Mikroskopaufnahme, die die Mikrostruktur bei einem Abstand von 3 mm von der Oberfläche, wo das Cr3C2-Pulver plaziert war, zeigt (FEG-SEM, 15000x, BSE-Modus).
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Hartmetallwerkzeug für die spanende Metall bearbeitung oder die Metallumformung bereitgestellt, welches harte Bestandteile in einer Binderphase aus Co und/oder Ni umfaßt, die wenigstens einen Oberflächenanteil mit einer Dicke von 0–2000 μm, bevorzugt 5–1200 μm, bevorzugter 10–800 μm, am meisten bevorzugt 10–300 μm, und einen inneren Anteil umfaßt, wobei in dem Oberflächenanteil die Korngröße kleiner ist als in dem inneren Anteil und der Binderphasengehalt geringer ist als derjenige im inneren Anteil und der Cr-Gehalt höher ist als derjenige im inneren Anteil. Spezieller beträgt der Binderphasengehalt des Oberflächenanteils < 1, bevorzugt < 0,92, bevorzugter < 0,85 des Binderphasengehalts im inneren Anteil, und die WC-Korngröße des Oberflächenanteils beträgt < 1, bevorzugt < 0,9, bevorzugter < 0,8 der WC-Korngröße im inneren Anteil. Vorzugsweise enthält der Oberflächenanteil Cr, so daß das Verhältnis zwischen dem Parameter A = ((Gew.-% Cr/Gew.-% Binderphase) + 0,01) im Oberflächenanteil und dem Parameter B = ((Gew.-% Cr/Gew.-% Binderphase) + 0,01), entnommen an dem Teil des Körpers, der durch den geringsten Cr-Gehalt gekennzeichnet ist, A/B > 1,5, bevorzugt A/B > 3,0 ist.
  • In einer ersten Ausführungsform liegt die WC-Korngröße der Oberflächenzone im Submikrometerbereich.
  • In einer zweiten Ausführungsform beträgt die WC-Korngröße des inneren Anteils 1–3 μm.
  • In einer dritten Ausführungsform ist die Zusammensetzung des Hartmetalls WC + Co mit einem Binderphasengehalt > 1,5 Gew.-%, bevorzugt > 5 Gew.-%, jedoch < 25 Gew.-%, bevorzugt < 15 Gew.-%.
  • In einer vierten Ausführungsform enthält das Hartmetall zusätzlich 0–30, bevorzugt 0,2–16, am meisten bevorzugt 0,4–9 Vol.-% γ-Phase.
  • In einer fünften Ausführungsform ist das Hartmetallwerkzeug ein Schneidwerkzeugeinsatz für die Metallbearbeitung. Für den Fachmann auf dem Gebiet ist es offensichtlich, daß die Erfindung auch auf andere Hartmetallschneidwerkzeuge, wie Schaftfräser und Bohrer, angewandt werden kann.
  • In einer sechsten Ausführungsform ist das Hartmetallwerkzeug ein Kaltformungswerkzeug. Weitere Verwendungsbeispiele von Hartmetall in Formungsanwendungen stammen aus so verschiedenen Gebieten wie dem Formen von Getränkedosen, Bolzen, Nägeln und anderen Anwendungen, die einem Fachmann auf dem Gebiet bekannt sind.
  • Alle diese Ausführungsformen können Kornverfeinerer, wie VC und Cr3C2, enthalten.
  • Das Hartmetallwerkzeug kann weiterhin mit einer verschleißbeständigen Beschichtung versehen werden, wie sie auf dem Gebiet bekannt ist und die eine Dicke von bevorzugt 1–40 μm, bevorzugter 1–15 μm hat.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Hartmetallkörpers für die spanende Metallbearbeitung oder die Metallumformung, wie z. B. einen Schneidwerkzeugeinsatz für die spanabhebende Bearbeitung oder ein Kaltformungswerkzeug, mit einer verschleißbeständigen Oberflächenzone, wobei das Verfahren die folgenden Stufen umfaßt:
    • – Bereitstellen eines Preßkörpers aus Hartmetall, hergestellt aus einem einzelnen Pulver, welches Pulver, die harte Bestandteile bilden, gegebenenfalls Kornverfeinerer, wie VC und Cr3C2, und Binderphase aus Co und/oder Ni umfaßt,
    • – Plazieren eines Pulvers aus Kornverfeinerer auf wenigstens einem Anteil der freiliegenden Oberfläche des Preßkörpers durch Eintauchen, Sprühen, Anstreichen, Aufbringen eines dünnen Bandes oder auf andere Weise, wobei der Kornverfeinerer, der vorzugsweise irgendein Chromcarbid (Cr3C2, Cr23C6 und Cr7C3 oder Gemische davon) oder ein Gemisch aus Chrom und Kohlenstoff oder anderen Verbindungen, die Chrom und Kohlenstoff und/oder Stickstoff enthalten, ist.
    • – Sintern des Preßkörpers und des Kornverfeinererpulvers, so daß der Kornverfeinerer von der (den) Oberfläche(n), auf der (denen) Kornverfeinerer plaziert war, weg diffundiert, wobei eine Gradientenzone entsteht, die durch einen geringeren Kobaltgehalt, einen höheren Chromgehalt und einen geringeren WC-Gehalt im Vergleich zum inneren Anteil gekennzeichnet ist,
    • – gegebenenfalls Aufgeben eines isostatischen Gasdrucks während der finalen Sinterstufe, um einen dichten Körper zu erhalten,
    • – gegebenenfalls Reduzieren der Dicke des Oberflächenanteils unter Verwendung von Schleifen oder irgendeinem anderen mechanischen Verfahren,
    • – gegebenenfalls Entfernen unerwünschter Carbide und Graphite von der Oberfläche unter Verwendung von Schleifen oder irgendeinem anderen mechanischen Verfahren,
    • – gegebenenfalls Abscheiden einer verschleißbeständigen Beschichtung, wie sie auf dem Gebiet bekannt ist,
    • – falls das Werkzeug ein Schneideinsatz ist, gegebenenfalls Durchführen einer Kantenbehandlung, wie sie auf dem Gebiet bekannt ist.
  • Der Kohlenstoffgehalt des Hartmetallpreßkörpers soll unter Berücksichtigung des Kohlenstoffbeitrags aus dem aufgebrachten Chromcarbid bestimmt werden. Im Falle von γ-Phase enthaltendem Hartmetall muß die Löslichkeit von Chrom in der γ-Phase ausgeglichen werden. Es können auch Preßkörper verwendet werden, die zu einer Eta-Phase enthaltenden Mikrostruktur führen würden. Das Sintern soll für eine optimale Zeitdauer durchgeführt werden, um die gewünschte Struktur und einen Körper mit geschlossenen Poren, bevorzugt einen dichten Körper, zu erhalten. Diese Zeitdauer ist abhängig von der Korngröße von WC und der Zusammensetzung des Hartmetalls und kann daher nicht näher definiert werden. Es liegt im Bereich der Kenntnisse des Fachmanns auf dem Gebiet, zu bestimmen, ob die erforderliche Struktur erhalten wurde, und die Sinterbedingungen gemäß der vorliegenden Beschreibung zu modifizieren. Falls notwendig, kann der Körper bei einer niedrigeren HIP-Temperatur im Vergleich zur Sintertemperatur und bei einem Druck von 1–100 MPa nachträglich HIP-behandelt werden.
  • Alternativ wird das Kornverfeinererpulver auf einem gesinterten Körper plaziert, der anschließend bei einer Temperatur, die höher ist als diejenige für das Vorsintern, hitzebehandelt wird, um die gewünschte Struktur zu erhalten.
  • Beispiel 1
  • Gepreßte Hartmetallpreßkörper des Modells B-SNGN120408 wurden wie folgt hergestellt: Ungesinterte Preßkörper wurden aus einem Pulver mit der Zusammensetzung 90 Gewichts-% WC und 10 Gewichts-% Co gepreßt. Das WC-Rohmaterial war feinkörnig mit einer mittleren Korngröße von 0,25 μm (FSSS). Die Spanflächen wurden mit einer Cr3C2 enthaltenden dünnen Schicht (0,02 g Cr3C2/cm2) beschichtet. Danach wurden die Preßkörper bei 1370°C für 30 Minuten gesintert, und anschließend wurde der äußere 1 mm tiefe Anteil mittels Schleifen entfernt. Ein Querschnitt eines gesinterten und geschliffenen Rohlings wurde untersucht. 1 zeigt ein Diagramm der Härte und des Kobaltgehalts gegenüber dem Abstand von der Kante. Der Kobaltgehalt ist in der Nähe der Kante am geringsten und nimmt mit zunehmendem Abstand zu, während die Härte in der Nähe der Kante am größten ist und mit dem Abstand abnimmt. 2 zeigt ein Diagramm des Chromgehalts gegenüber dem Abstand von der Kante. Der Chromgehalt ist in der Nähe der Kante am höchsten und nimmt mit dem Abstand ab. Die Kobalt- und Chromgehalte wurden unter Verwendung von EPMA (Elektronensonden-Mikroanalysator) gemessen. 3 ist eine Mikroskopaufnahme, die die Mikrostruktur bei einem Abstand von 100 μm von der Kante zeigt (FEG-SEM, 20000x, BSE-Modus). 4 ist eine Mikroskopaufnahme, die die Mikrostruktur bei einem Abstand von 3 mm von der Kante zeigt (FEG-SEM, 20000x, BSE-Modus). Die WC-Korngröße 100 μm von der Kante und 3 mm von der Kante wurde mit 0,28 μm bzw. 0,36 μm gemessen (arithmetischer Mittelwert von Werten der linearen Schnittpunkte).
  • Beispiel 2
  • Gepreßte Hartmetallpreßkörper des Modells B-SNGN120408 wurden wie folgt hergestellt: Ungesinterte Preßkörper wurden aus einem Pulver mit der Zusammensetzung 94 Gewichts-% WC und 6 Gewichts-% Co gepreßt. Das WC-Rohmaterial war relativ feinkörnig mit einer mittleren Korngröße von 0,25 μm (FSSS). Die Spanflächen wurden mit 0,007 g/cm2 Cr3C2 beschichtet.
  • Die gepreßten Preßkörper mit Cr3C2-Schichten wurden bei 1350°C für 30 Minuten gesintert und bei 1300°C und 6 MPa für 30 Minuten nachträglich HIP-behandelt. Ein Querschnitt eines gesinterten Rohlings wurde untersucht. Auf der Oberfläche wurde kein Cr3C2 beobachtet. Die nachfolgende Tabelle zeigt HV3, den Kobaltgehalt, den Chromgehalt und die WC-Korngröße für dieses Beispiel:
    HV3 100 μm von der Kante 1720
    HV3 3 mm von der Kante 1520
    Co-Gehalt 100 μm von der Kante, Gew.-% 4,0
    Co-Gehalt 3 mm von der Kante, Gew.-% 6,5
    Cr-Gehalt 100 μm von der Kante, Gew.-% 0,7
    Cr-Gehalt 3 mm von der Kante, Gew.-% < 0,05
    WC-Korngröße 100 μm von der Kante, μm 0,7
    WC-Korngröße 3 mm von der Kante, μm 0,9
  • Beispiel 3
  • Gepreßte Hartmetallpreßkörper des Modells B-SNGN120408 wurden wie folgt hergestellt: Ungesinterte Preßkörper wurden aus einem Pulver mit der Zusammensetzung 90 Gewichts-% WC und 10 Gewichts-% Co gepreßt. Die Spanflächen wurden mit einer Cr3C2 enthaltenden dünnen Schicht (0,01 g Cr3C2/cm2) beschichtet. Danach wurden die Preßkörper bei 1370°C für 30 Minuten gesintert. Ein Querschnitt eines gesinterten Rohlings wurde untersucht. Auf der Oberfläche wurde kein Cr3C2 beobachtet. Die nachfolgende Tabelle zeigt HV3, den Kobaltgehalt, den Chromgehalt und die WC-Korngröße für dieses Beispiel:
    HV3 100 μm von der Kante 1450
    HV3 3 mm von der Kante 1280
    Co-Gehalt 100 μm von der Kante, Gew.-% 7,5
    Co-Gehalt 3 mm von der Kante, Gew.-% 11
    Cr-Gehalt 100 μm von der Kante, Gew.-% 0,4
    Cr-Gehalt 3 mm von der Kante, Gew.-% < 0,05
    WC-Korngröße 100 μm von der Kante, μm 1,1
    WC-Korngröße 3 mm von der Kante, μm 1,4
  • Beispiel 4
  • Gepreßte Hartmetallpreßkörper des Modells B-SNGN120408 wurden wie folgt hergestellt: Ungesinterte Preßkörper wurden aus einem Pulver mit der Zusammensetzung 90 Gewichts-% WC und 10 Gewichts-% Co gepreßt. Das WC-Rohmaterial war feinkörnig mit einer mittleren Korngröße von 0,25 μm (FSSS). Die Spanflächen wurden mit einer Cr3C2 enthaltenden dünnen Schicht (0,018 g Cr3C2/cm2) beschichtet. Danach wurden die Preßkörper bei 1410°C für 60 Minuten gesintert. Ein Querschnitt eines gesinterten Rohlings wurde untersucht. Auf der Oberfläche wurde kein Cr3C2 beobachtet. Die nachfolgende Tabelle zeigt HV3, den Kobaltgehalt, den Chromgehalt und die WC-Korngröße für dieses Beispiel:
    HV3 100 μm von der Kante 1750
    HV3 4 mm von der Kante 1480
    Co-Gehalt 100 μm von der Kante, Gew.-% 9,0
    Co-Gehalt 4 mm von der Kante, Gew.-% 10,5
    Cr-Gehalt 100 μm von der Kante, Gew.-% 0,5
    Cr-Gehalt 4 mm von der Kante, Gew.-% 0,1
    WC-Korngröße 100 μm von der Kante, μm 0,32
    WC-Korngröße 4 mm von der Kante, μm 0,58
  • Beispiel 5
  • Gepreßte Hartmetallpreßkörper des Modells B-SNGN120408 wurden wie folgt hergestellt: Ungesinterte Preßkörper wurden aus einem Pulver mit der Zusammensetzung 94 Gewichts-% WC und 6 Gewichts-% Co gepreßt. Das WC-Rohmaterial lag im Submikrometerbereich. Die gepreßten Preßkörper wurden bei 1370°C gesintert. Die gesinterten Rohlinge wurden zum Modell SNKN1204 EN geschliffen und mit einem dünnen, Cr3C2 enthaltenden Band (0,01 g/cm2) auf der Freifläche beschichtet und bei 1390°C für 15 Minuten erneut gesintert. Ein Querschnitt eines gesinterten Rohlings wurde untersucht. Auf der Oberfläche wurde kein Cr3C2 beobachtet. Die nachfolgende Tabelle zeigt HV3, den Kobaltgehalt, den Chromgehalt und die WC-Korngröße für dieses Beispiel:
    HV3 100 μm von der Kante 1820
    HV3 3 mm von der Kante 1700
    Co-Gehalt 100 μm von der Kante, Gew.-% 5,0
    Co-Gehalt 3 mm von der Kante, Gew.-% 6,5
    Cr-Gehalt 100 μm von der Kante, Gew.-% 0,22
    Cr-Gehalt 3 mm von der Kante, Gew.-% < 0,05
    WC-Korngröße 100 μm von der Kante, μm 0,4
    WC-Korngröße 3 mm von der Kante, μm 0,6
  • Beispiel 6
  • Gepreßte Hartmetallpreßkörper des Modells B-SNGN120408 wurden wie folgt hergestellt: Ungesinterte Preßkörper wurden aus einem Pulver mit der Zusammensetzung 77 Gewichts-% WC, 6 Gewichts-% TaC, 2 Gewichts-% NbC, 4 Gewichts-% TiC und 11 Gewichts-% Co gepreßt. Die Preßkörper wurden mit einem dünnen, Cr3C2 enthaltenden Band (0,02 g/cm2) beschichtet und bei einer Sintertemperatur von 1370°C für 30 Minuten gesintert und danach bei 1200°C und 100 MPa für 60 Minuten HIP-behandelt. Der Kobaltgehalt und die WC-Korngröße waren in der Nähe der Kante im Vergleich zum Inneren bedeutend kleiner, wie durch die nachfolgenden HV3-Werte verifiziert wurde:
    HV3 100 μm von der Kante 1470
    HV3 3 mm von der Kante 1300
  • Beispiel 7
  • Einsätze wurden wie folgt hergestellt:
    Zusammensetzung: 91,6 Gewichts-% WC + 0,23 Gewichts-% TaC + 0,16 Gewichts-% NbC + 8,0 Gewichts-% Co
    Modell: CNMG120408-QM
    Sintertemperatur: 1370°C
  • Die Einsätze erhielten eine abgerundete Schneidkante und wurden danach in zwei Varianten aufgeteilt. Variante A wurde gemäß der Erfindung auf der Spanfläche mit Cr3C2 unter Verwendung einer Anstreichtechnik beschichtet (0,01 g/cm2). Variante B wurde nicht mit Cr3C2 beschichtet.
  • Während der restlichen Herstellung wurden die beiden Varianten zusammen und in der gleichen Weise behandelt, was erneutes Sintern bei 1390°C für 15 Minuten, Strahlen, Reinigen und Beschichten mit einer 4 μm dicken TiAlN PVD-Schicht umfaßte. Querschnitte jeder Variante wurden untersucht. Zwischen der TiAlN-Schicht und dem Hartmetallmaterial auf Variante A wurde kein Cr3C2 beobachtet. Die nachfolgende Tabelle zeigt den Kobaltgehalt, den Chromgehalt und die WC-Korngröße für dieses Beispiel:
    Variante A Variante B
    Co-Gehalt 100 μm von der Kante, Gew.-% 7,0 8,0
    Co-Gehalt 3 mm von der Kante, Gew.-% 8,5 8,0
    Cr-Gehalt 100 μm von der Kante, Gew.-% 0,2 < 0,05
    Cr-Gehalt 3 mm von der Kante, Gew.-% < 0,05 < 0,05
    WC-Korngröße 100 μm von der Kante, μm 0,55 0,7
    WC-Korngröße 3 mm von der Kante, μm 0,7 0,7
  • Die Einsätze wurden in einem speziell ausgestalteten Plandrehvorgang getestet, um die Beständigkeit gegen plastische Verformung zu vergleichen, wie folgt:
    Werkstück: Inconel 718
    Schnittiefe: 1 mm
    Vorschub: 0,25 mm/U.
    Schneidgeschwindigkeit: 80–140 m/Min.
    Ergebnis (maximale Schneidgeschwindigkeit, um plastische Verformung unter 0,25 mm zu halten):
    Variante A: 120 m/Min.
    Variante B: 100 m/Min.
  • Diese Ergebnisse zeigen, daß die Behandlung von Variante A gemäß der Erfindung die beste Beständigkeit gegen plastische Verformung ergibt.
  • Beispiel 8
  • Gepreßte Hartmetallpreßkörper wurden wie folgt hergestellt: Ein zylindrischer ungesinterter Preßkörper wurde aus einem Pulver mit der Zusammensetzung 96,7 Gewichts-% WC und 3,3 Gewichts-% Co und 0,2% VC gepreßt. Das WC-Rohmaterial war relativ feinkörnig mit einer mittleren Korngröße von 0,8 μm (FSSS). Eine Oberfläche wurde mit einer Cr3C2 enthaltenden dünnen Schicht beschichtet (0,02 g Cr3C2/cm2). Danach wurden die Preßkörper bei 1370°C für 30 Minuten gesintert. Ein Querschnitt des gesinterten Körpers wurde untersucht. Die Kobalt- und Chromgehalte wurden unter Verwendung von EPMA (Elektronensonden-Mikroanalysator) gemessen. 5 ist ein Diagramm, welches den Kobaltgehalt gegenüber dem Abstand von der zuvor mit Cr3C2 beschichteten Oberfläche zeigt. Der Kobaltgehalt ist in der Nähe der Oberfläche am geringsten und nimmt mit zunehmendem Abstand zu und zeigt eine Tendenz zur Bildung einer Co-reicheren Zone zwischen der Oberfläche und der Hauptmasse. 5 zeigt auch den Chromgehalt gegenüber dem Abstand von der zuvor mit Cr3C2 beschichteten Oberfläche. Der Chromgehalt ist in der Nähe der Oberfläche am höchsten und nimmt mit dem Abstand ab. 6 ist eine Mikroskopaufnahme, die die Mikrostruktur bei einem Abstand von 100 μm von der Ober fläche, wo das Cr3C2-Pulver plaziert war, zeigt (FEG-SEM, 15000x, BSE-Modus). 7 ist eine Mikroskopaufnahme, die die Mikrostruktur bei einem Abstand von 3 mm von der Oberfläche, wo das Cr3C2-Pulver plaziert war, zeigt (FEG-SEM, 15000x, BSE-Modus). Die nachfolgenden Werte zeigen den Kobaltgehalt, den Chromgehalt und die WC-Korngröße. Die WC-Korngröße wurde als arithmetischer Mittelwert von Schnittpunktwerten gemessen.
    Co-Gehalt 100 μm von der Oberfläche, Gew.-% 2,6
    Co-Gehalt 3 mm von der Oberfläche, Gew.-% 3,3
    Cr-Gehalt 100 μm von der Oberfläche, Gew.-% 0,6
    Cr-Gehalt 3 mm von der Oberfläche, Gew.-% < 0,05
    WC-Korngröße 100 μm von der Oberfläche, μm 0,35
    WC-Korngröße 3 mm von der Oberfläche, μm 0,44

Claims (11)

  1. Hartmetallwerkzeug für die spanende Metallbearbeitung oder die Metallumformung, welches harte Bestandteile aus Wolframcarbid (WC) in einer Binderphase aus Co und/oder Ni umfaßt und wenigstens einen Oberflächenanteil und einen inneren Anteil aufweist, wobei die Korngröße der harten Bestandteile aus WC in dem Oberflächenanteil geringer ist als in dem inneren Anteil, der Binderphasengehalt in dem Oberflächenanteil niedriger ist als in dem inneren Anteil und der Chromgehalt in dem Oberflächenanteil höher ist als in dem inneren Anteil.
  2. Hartmetallwerkzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Binderphasengehalt des Oberflächenanteils < 1, vorzugsweise < 0,92, besonders bevorzugt < 0,85 von demjenigen in dem inneren Anteil ist.
  3. Hartmetallwerkzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die WC-Korngröße des Oberflächenanteils < 1, vorzugsweise < 0,9, besonders bevorzugt < 0,8 von demjenigen in dem inneren Anteil ist.
  4. Hartmetallwerkzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberflächenanteil Cr enthält, so daß das Verhältnis zwischen dem Parameter A = ((Gew.-% Cr/Gew.-% Binderphase) + 0,01) in dem Oberflächenanteil und dem Parameter B = ((Gew.-% Cr/Gew.-% Binderphase) + 0,01), entnommen an dem Teil des Körpers, der durch den geringsten Cr-Gehalt gekennzeichnet ist, A/B > 1,5, vorzugsweise A/B > 3,0 ist.
  5. Hartmetallwerkzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberflächenanteil bis zu 2000 μm, vorzugsweise 5–1200 μm, bevorzugter 10–800 μm, besonders bevorzugt 10–300 μm dick ist.
  6. Hartmetallwerkzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung des Hartmetalls WC + Co mit einem Binderphasengehalt > 1,5 Gew.-%, vorzugsweise > 5 Gew.-%, aber < 25 Gew.-%, vorzugsweise < 15 Gew.-%, ist.
  7. Hartmetallwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung des Hartmetalls WC + Co mit einem Binderphasengehalt > 1,5 Gew.-%, vor zugsweise > 5 Gew.-%, aber < 25 Gew.-%, vorzugsweise < 15 Gew.-%, und mit einem Gamma-Phasengehalt von 0–30, vorzugsweise 0,2–16 Vol.-% ist.
  8. Hartmetallwerkzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug ein Schneidwerkzeugeinsatz ist.
  9. Hartmetallwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug ein Kaltformungswerkzeug ist.
  10. Hartmetallwerkzeug nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es eine verschleißbeständige Beschichtung aufweist.
  11. Verfahren zur Herstellung eines Hartmetallwerkzeuges nach einem der vorangegangenen Ansprüche mit den nachfolgenden Stufen: – Bereitstellen eines Preßkörpers aus Hartmetall aus einem einzelnen Pulver; – gegebenenfalls Vorsintern des Preßkörpers und Schleifen desselben zu einer gewünschten Form und Größe; – Plazieren eines Pulvers aus Kornverfeinerer, welcher Kohlenstoff und/oder Stickstoff enthält, auf wenigstens einem Anteil der freiliegenden Oberfläche des Preßkörpers/vorgesinterten Rohlings, vorzugsweise Cr enthaltend; – Sintern des Preßkörpers/vorgesinterten Rohlings und des Kornverfeinererpulvers, so daß der Kornverfeinerer in Richtung der Mitte des Körpers diffundiert, wobei von der freiliegenden Oberfläche aus, auf der der Kornverfeinerer plaziert war, nach innen eine Oberflächenzone gebildet wird und eine innere Zone gebildet wird; – gegebenenfalls Aufgeben eines isostatischen Gasdrucks während der finalen Sinterstufe, um einen dichten Körper zu erhalten; – gegebenenfalls nachträgliche HIP-Behandlung bei einer Temperatur unterhalb der Sintertemperatur und bei einem Druck von 1–100 MPa; – gegebenenfalls Schleifen zu einer endgültigen Form; – gegebenenfalls Abscheiden einer verschleißbeständigen Beschichtung; – gekennzeichnet dadurch, daß das Sintern für einen solchen Zeitraum durchgeführt wird, daß ein dichter Körper mit einem Oberflächenanteil mit einer kleineren Korngröße und einem geringeren Kobaltgehalt als in dem inneren Anteil erhalten wird.
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