DE69125626T2

DE69125626T2 - Verfahren zur herstellung einer gesinterten karbonitridlegierung zur intermittierenden bearbeitung schwer bearbeitbarer materialien

Info

Publication number: DE69125626T2
Application number: DE69125626T
Authority: DE
Inventors: Rolf Oskarsson; Gerold Weinl
Original assignee: Sandvik AB
Current assignee: Sandvik AB
Priority date: 1990-12-21
Filing date: 1991-12-19
Publication date: 1997-07-24
Anticipated expiration: 2011-12-20
Also published as: ATE151473T1; EP0563203B1; JPH06504588A; WO1992011396A1; EP0563203A1; SE9004119D0; DE69125626D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer gesinterten Carbonitridlegierung mit Titan als Hauptbestandteil, die besonders für intermittierende Bearbeitung schwer zu bearbeitender Werkstoffe geeignet ist.
Gesinterte Carbonitridlegierungen hauptsächlich auf der Basis von Titan, die gewöhnlich als Cermets bezeichnet werden, bekamen während der letzten Jahre erhöhte Verwendung auf Kosten des herkömmlicheren Sintercarbids, d. h. von Legierungen auf der Basis von Wolframcarbid.
Die US-3 971 656 beschreibt die Herstellung einer Legierung mit einem Duplex- Hartbestandteil, worin der Kern einen hohen Gehalt an Ti und N hat und die umgebende Hülle einen niedrigeren Gehalt dieser beiden Elemente besitzt, was durch einen höheren Gehalt an Metallen der Gruppe VI, d. h. im Prinzip Mo und W, und durch höheren Kohlenstoffgehalt ausgeglichen wird. Der höhere Gehalt an Mo, W und C hat unter anderem den Vorteil, daß die Benetzung der Bindephase verbessert, d. h. das Sintern erleichtert wird. Als ein Rohmaterial wird ein Carbonitrid von Titan und eines Metalls der Gruppe VI verwendet.
Durch Veränderung des Rohmaterials ist es möglich, die Kern-Hüllen-Zusammensetzung zu variieren. Beispielsweise in der schwedischen Patentveröffentlichung Nr.459 862 ist gezeigt, wie es möglich ist, (Ti, R)C als ein Rohmaterial zu verwenden, um eine Duplexstruktur mit Kernen mit einem hohen Gehalt an Titan und Tantal, aber einem niedrigen Gehalt an Stickstoff zu bekommen. Die umgebenden Hüllen haben höhere Gehalte an Metallen der Gruppe VI, d. h. Molybdän und Wolfram, und höhere Stickstoffgehalte als die Kerne. Dies führt unter anderem zu einer verbesserten Beständigkeit gegen plastisch Verformung.
Außerdem wurde in der schwedischen Patentanmeldung Nr.8 902 306-3 gezeigt, wie durch Vermischen verschiedener Typen von Kern-Hüllenstrukturen in ein und derselben Legierung Vorteile und Nachteile in solcher Weise abgeglichen werden können, daß man optimierte Legierungen erhält.
Die EP-A-259 192 beschreibt eine gesinterte Legierung, die ein gemischtes Carbonitrid von Titan und wenigstens eines Elementes aus der Gruppe jener Elemente, aus denen die Gruppen IV, V und VI bestehen, mit Ausnahme von Titan in einer Bindephase auf der Basis von Co und/oder Ni umfaßt. Die Legierung wird durch Vermischen von Pulvern der Hartbestandteile, Erhitzen des Gemisches in einer Stickstoffatmosphäre auf eine Temperatur von wenigstens Sintertemperatur unter Bildung einer festen Lösung eines komplexen Carbonitrids, die auch die Elemente der Guppe VI umfaßt, Vermahlen der festen Lösung, um ein Carbonitridpulver zu erhalten, welches mit Co und/oder Ni vermischt und gesintert wird, hergestellt.
Es zeigte sich nun, daß einzigartige Strukturen sowie einzigartige Eigenschaften bei der Herstellung gesinterter Cabonitridlegierungen auf Titanbasis erhalten werden, wenn man komplexes kubisches Carbonitridrohmaterial aus Metallen der Gruppen IV und V des Periodensystems sowie Kohlenstoff und Stickstoff als Hauptbestandteil des Pulvergemisches derart, daß > 95 % der Menge der Metalle der fertigen Legierung aus dem komplexen Carbonitrid kommen, verwendet. Wenigstens zwei, vorzugsweise wenigstens drei der Metalle aus den Gruppen IV und V sind in der fertigen gesinterten Carbonitridlegierung vorhanden. Vorzugsweise soll der gesamte Stickstoff in dem erwähnten Carbonitridrohmaterial vorliegen. Die Erfindung ist in Anspruch 1 definiert.
Insbesondere sollen als die obenerwähnten Metalle Titan und Tantal in dem Rohmaterial nach der Erfindung vorliegen. Vorzugsweise sind auch Vanadin, Niob und zweckmäßig auch Zirkonium und Hafnium in der komplexen Carbonitridform vorhanden, wenn sie Teil der fertigen gesinterten Legierung sind. Metalle aus der Gruppe VI, Cr, Mo und W, sollen, wenn sie vorhanden sind, als Mehrfachcarbide, Einfachcarbide und/oder Metall plus Kohlenstoff zugegeben werden.
Das Rohmaterial nach der Erfindung wird direkt durch Carbonitrierung der Oxide der Metalle oder der Metalle selbst hergestellt. Als ein Ergebnis wird ein Carbonitridpulver mit im wesentlichen äquiaxialen Körnern und einer engen Korngrößenverteilung mit einer mittleren Korngröße von 0,8 bis 3 µm, vorzugsweise 1 bis 2 µm erhalten.
Wie erwähnt, bekommt man interessante Eigenschaften einer gesinterten Carbonitridlegierung, wenn die speziellen Rohmaterialien nach dieser Erfindung verwendet werden. So zeigte sich, daß eine Carbonitridlegierung mit extrem positiven Eigenschaften bei intermittierender Bearbeitung von schwierig zu bearbeitenden Materialien, welche eine Neigung zu einem Verbund haben, erhalten wird, wenn ein Rohmaterial beispielsweise mit der Zusammensetzung (Ti&sub0;,&sub9;&sub3;,Ta&sub0;,&sub0;&sub7;)(C&sub0;,&sub4;&sub8;,N&sub0;,&sub5;&sub2;) verwendet wird. Diese Wirkung wird weiter erhöht, wenn zusätzlich Vanadin zugegeben wird, wobei die entsprechende Formel (Ti&sub0;,&sub8;&sub8;,Ta&sub0;,&sub0;&sub6;,V&sub0;,&sub0;&sub6;)(C&sub0;,&sub5;&sub1;,N&sub0;,&sub4;&sub9;) sein wird. Entsprechende Einsätze aus einfachen Rohmaterialien und in genau der gleichen Einrichtung ergeben beachtlich reduzierte Eigenschaften unter anderem bezüglich der Zähigkeit, größere Streuung bei der gleichen Verschleißbeständigkeit. Dies bedeutet, daß die Zuverlässigkeit solcher Einsätze beachtlich geringer ist, was bedeutet, daß sie nicht so wirksam sind, wenn man mit begrenzter Mannschaft eine Produktionsform mit erhöhter Bedeutung infolge abnehmender Arbeitskosten produziert.
Einer der Gründe für dieses positive Verhalten ist, wie sich zeigte, daß man eine erheblich geringere Porosität mit diesem komplexen Rohmaterial im Vergleich mit herkömmlichen Rohmaterialien bekommt, ohne daß man irgendein anderes Mittel, wie HIP, verwenden muß, und dies mit sogar niedrigerem Verdichtungsdruck als für herkömmliches Material. Dies ist ein großer Vorteil vom Standpunkt der Produktion unter anderem infolge verminderten Werkzeugverschleißes und erheblich niedrigerer Gefahr von ungünstigen Preßrissen.
Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Herstellung einer Carbonitridlegierung auf Titanbasis mit 3 bis 25 Gew.% Bindephase auf der Basis von Co, NI und/oder Fe unter Verwendung des obenerwähnten komplexen Rohmatenals. Dieses Rohmaterial wird zusammen mit Carbiden aus der Gruppe VI, wenn überhaupt, und Bindephaseelementen und gegebenenfalls Kohlenstoffzugabe und kleineren Zusätzen beispielsweise von TiC, TiN, TaC, VC oder Kombinationen hiervon infolge kleiner Abweichungen in der Zusammensetzung des komplexen Rohmatenals vermahlen, wonach gemäß bekannten Techniken verdichtet und gesintert wird, vorzugsweise in einer inerten Atmosphäre.
Fig. 1 zeigt das Uvfensteruu in dem Zusammensetzungsdiagramm für Gruppe 1V-Gruppe V - C-N, ausgedrückt als Molverhältnis, des komplexen Rohmatenals, welches die obenerwähnten Vorteile zeigt, in starker Vergrößerung, während Fig. 2 zeigt, wo in dem gesamten Molverhältnisdiagramm dieser kleine Bereich liegt.
Metalle der Gruppe IV sind Ti, Zr und/oder Hf, und Metalle der Gruppe V sind V, Nb und/oder Ta.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umfaßt das Fenster den Zusammensetzungsbereich:
0,84 ≤ XIV ≤ 0,97
0,44 ≤ XC ≤ 0,55
insbesondere
0,86 ≤ XIV ≤ 0,95
0,46 ≤ XC ≤ 0,53
Das letztere eingeschränkte Fenster kann in zwei unterteilt werden, eines ohne andere Metalle der Gruppe V als Ta:
0,905 ≤ XIV ≤ 0,95
0,46 ≤ XC ≤ 0,53
und ein anderes mit anderen Elementen der Gruppen V als Ta, d. h. V und Nb:
0,86 ≤ XIV ≤ 0,905
0,46 ≤ XC ≤ 0,53
Besonders gute Eigenschaften erhält man für die Zusammensetzungen:
0,91 ≤ XIV ≤ 0,95
0,46 ≤ XC ≤ 0,50
insbesondere
0,86 ≤ XIV ≤ 0,90
0,49 ≤ XC ≤ 0,53
Für Titan gilt xTi > 0,7, vorzugsweise xTi > 0,75.
In den oben angegebenen Molverhältnissen für Kohlenstoff und Stickstoff können übliche Mengen an Sauerstoff vorhanden sein, d. h. Kohlenstoff und Stickstoff ersetzen, selbst wenn es erwünscht ist, solche Sauerstoffmengen niedrig, < 0,8 %, vorzugsweise < 0,5 %, zu halten. Die Erfindung umfaßt stöchiometrische wie auch üblicherweise substöchiometrische Carbonitride.

Beispiel

Carbonitridlegierungen auf Titanbasis mit 17,5 % Ni + Co-Bindephase wurden unter Verwendung eines komplexen Rohmaterials nach der Erfindung (Ti&sub0;,&sub8;&sub8;,Ta&sub0;,&sub0;&sub6;,Nb&sub0;,&sub0;&sub6;)(C&sub0;,&sub5;&sub1;,N&sub0;,&sub4;&sub9;) sowie unter Verwendung von einfachem Rohmaterial: TiN, TiC und VC hergestellt. In beiden Fällen wurden auch WC und Mo&sub2;C zusätzlich zu Co und Ni zugegeben. Der folgende Verdichtungsdruck und die folgenden Porosität nach dem Vermahlen und Sintern zu der gleichen Korngröße wurden erhalten:

Claims

Verfahren zur Herstellung einer gesinterten Carbonitridlegierung auf Titanbasis für Feinbearbeitung mit 3 bis 25 Gew. % Bindephase durch Vermahlen, Pressen und Sintern eines Pulvergemisches nach bekannter pulvermetallurgischer Technik, wobei der Hauptteil des Pulvergemisches ein komplexes kubisches Carbonitridpulver ist, das aus Metallen der Gruppen IV und V des Periodensystems sowie Kohlenstoff und Stickstoff besteht, wobei mehr als 95 % der Menge dieser Metalle in der fertigen Legierung aus diesem komplexen Carbontrid kommen und dieses komplexe Carbonitrid die Zusammensetzung

0,86 ≤ XIV ≤ 0,97

0,44 ≤ XC ≤ 0,55

hat, worin XIV der molare Anteil der Elemente der Gruppe IV ist und Xc der molare Anteil von Kohlenstoff ist, das komplexe Carbonitrid im wesentlichen äquiaxiale Körner mit einer engen Korngrößenverteilung mit einer mittleren Korngröße von 0,8 bis 3 µm umfaßt und das komplexe Carbonitrid direkt durch Carbonitrierung der Oxide der Metalle oder der Metalle selbst erhalten wird.