DE69127291T2

DE69127291T2 - Verfahren zur herstellung einer gesinterten karbonitridlegierung zum fein bis mittelfeinfräsen

Info

Publication number: DE69127291T2
Application number: DE69127291T
Authority: DE
Inventors: Ake Oestlund; Rolf Oskarsson
Original assignee: Sandvik AB
Current assignee: Sandvik AB
Priority date: 1990-12-21
Filing date: 1991-12-19
Publication date: 1998-01-02
Anticipated expiration: 2011-12-20
Also published as: ATE156864T1; EP0563182B1; DE69127291D1; JPH06504589A; SE9004118D0; US5561831A; WO1992011395A1; EP0563182A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer gesinterten Carbonitridlegierung mit Titan als Hauptbestandteil für fein- und mittelgrobes Fräsen.
Gesinterte Carbonitridlegierungen auf der Basis hauptsächlich von Titan, die gewöhnlich als Cermets bezeichnet werden, bekamen während der letzten Jahre erhöhte Verwendung zu Lasten des stärker traditionellen Sintercarbids, d.h. von Legierungen auf Wolframcarbidbasis.
Die US-PS 3,971,656 beschreibt die Herstellung einer Legierung mit einem Duplex-Hartbestandteil, wobei der Kern einen hohen Gehalt an Ti und N hat und die umgebende Schale einen niedrigeren Gehalt dieser beiden Elemente hat, was durch einen höheren Gehalt von Metallen der Gruppe VI kompensiert wird, d.h. im Prinzip von Mo und W, und durch einen höheren Kohlenstoffgehalt. Der höhere Gehalt an Mo, W und C hat unter anderem den Vorteil, daß die Benetzung für die Bindephase verbessert wird, d.h.. das Sintem erleichtert wird. Als ein Rohmaterial wird ein Oarbonitrid von Titan und eines Metalles der Gruppe VI verwendet.
Durch Veränderung des Rohmatenais ist es möglich, die Kern-Hüllen-Zusammensetzung zu variieren. Beispielsweise in der schwedischen Patentschrift 459 862 ist gezeigt, wie es möglich ist, (Ti, Ta)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 Gehalte an Stickstoff als die Kerne. Dies führt unter anderem zu einer verbesserten Beständigkeit gegen plastische Verformung.
Weiterhin wurde in der schwedischen Patentan meldung 8902306-3 gezeigt, wie durch Vermischen verschiedener Typen von Kern-Hüllenstrukturen in ein und derselben Legierung Vorteile und Nachteile in einer Weise ausgeglichen werden können, daß optimierte Legierungen erhalten werden.
Die EP-A-2591 92 beschreibt eine gesinterte Legierung, die ein gemischtes Carbonitrid von Titan und wenigstens eines Elements aus der Gruppe, die aus Elementen der Gruppen IV, V und VI ausgenommen Titan besteht, 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 bei einer Temperatur von wenigstens der Sintertemperatur unter Bildung einer festen Lösung von komplexem Carbonitrid, die auch das Element oder die Elemente der Gruppe 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 Gefüge wie auch einzigartige Eigenschaften bei der Herstellung von gesinterten Carbonitridlegierungen auf Titanbasis erhalten werden, wenn man als Rohmaterial komplexes kubisches Carbonitrid verwendet, das Metalle aus den Gruppen IV und V des Periodensystems sowie Kohlenstoff und Stickstoff als der Hauptteil des Pulvergemisches verwendet, so daß > 95% der Menge der Metall in der fertigen Legierung aus diesem komplexen Carbonitrid stammen. Wenigstens zwei, vorzugsweise wenigstens drei der Metalle der Gruppen IV und V sind in der fertigen gesinterten Carbonitridlegierung vorhanden. Vorzugsweise soll der gesamte Stickstoff in dem erwähnten Carbonitrid-Rohmaterial vorhanden sein. Die Erfindung ist in Anspruch 1 definiert.
Speziell sollen als die oben erwähnten Metalle Titan und Tantal in dem Rohmaterial nach der Erfindung vorhanden sein. 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, Einzelcarbide und/oder als Metall + Kohlenstoff zugegeben werden.
Das Rohmaterial nach der Erfindung wird direkt durch Carbonitrieren der Oxide der Metalle oder der Metalle selbst hergestellt. Als ein Ergebnis bekommt man ein Carbonitridpulver mit im wesentlichen gleichachsigen Körnern und einer engen Korngrößenverteilung mit einer mittleren Korngröße von 0,8 - 3 µm, vorzugsweise 1 - 2 µm.
Wie erwähnt, erhält man interessierende Eigenschaften einer gesinterten Carbonitridlegierung, wenn die speziellen Rohmaterialien nach dieser Erfindung verwendet werden. So zeigte sich, daß eine Carbonitridlegierung mit extrem positiven Eigenschaften bei fein- bis mitteigrobem Fräsen mit für solche Legierungen normalen Schneidgeschwindigkeiten, > 250 m/s für Kohlenstoffstahl und niedrig legiertem Stahl und niedriqen Vorschüben, < 0,3 mm/Umdr., erhalten wird, wenn ein komplexes Rohmaterial mit beispielsweise der Zusammensetzung (Ti0,93, Ta0,07) (C0,56, N0,44) verwendet wird. Dieser Effekt wird weiter gesteigert, wenn zusätzlich Niob zugegeben wird, wobei die entsprechende Formel (Ti0,91, Ta0,07, Nb0,02)(C0,57, N0,43) sein wird. Entsprechende Einsätze aus einfachen Rohmaterialien und in genau der gleichen Anlage ergeben wesentlich schlechtere Eigenschaften, unter anderem größere Streuung der Zähigkeit bei der gleichen Verschleißbeständigkeit. Dies bedeutet, daß die Zuverlässigkeit solcher Einsätze erheblich gesenkt wird, was bedeutet, daß sie nicht so effizient sind, wenn man mit begrenzter Mannschaft eine Produktionsform mit erhöhter Bedeutung infolge wachsender Arbeitskosten produziert.
Einer der Gründe für dieses positive Verhalten ist, wie sich zeigte, daß eine erheblich geringer Porosität mit diesem komplexen Rohmaterial im Vergleich mit herkömmlichen Rohmaterialien erhalten wird, ohne daß man irgendein anderes Mittel verwenden müßte, wie HIP&sub1; und dies selbst mit niedngerem Verdichtungsdruck als bei herkömmlichem Material. Dies ist ein großer Vorteil vom Standpunkt der Produktion unter anderem infolge des verminderten Werkzeugverschleißes und der erheblich niedrigeren Gefahr für ungünstige Preßrisse.
Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Herstellung einer Carbonitridlegierung auf Titanbasis mit 3 - 25 Gew.-% Bindephase auf der Basis von Co, Ni und/oder Fe unter Verwendung des oben erwähnten komplexen Rohmaterials. Dieses Rohmaterial wird zusammen mit Carbiden aus der Gruppe VI, wenn überhaupt, und Bindephasenelementen und Kohlenstoffzugabe, wenn überhaupt, und kleineren Zusätzen beispielsweise von TiC, TiN, TaC, VC oder Kombinationen hiervon mit der Folge kleiner Abweichungen in der Zusammensetzung des komplexen Rohmaterials gemahlen, wonach ein Verdichten und Sintern, vorzugsweise in einer inerten Atmosphäre, gemäß bekannten Techniken durchgeführt wird.
Figur 1 zeigt das "Fenster" in dem Zusammensetzungsdiagramm für Gruppe VI-Gruppe V-C-N, ausgedrückt als Molverhältnis, des komplexen Roh materials, welches die oben erwähnten Vorteile zeigt, in starker Vergrößerung, während Figur 2 zeigt, wo in dem gesamten Molverhältnisdiagramm diese kleine Fläche sich befindet.
Metalle der Gruppe IV sind Ti, Zr und/oder Hf und Metalle der Gruppe V sind V, Nb und/oder Ta.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, umfaßt das Fenster den Zusammensetzungsbereich:
0,87 ≤ XIV ≤ 0,97
0,52 ≤ XC ≤ 0,61,
und speziell:
0,89 ≤ XIV ≤ 0,95
0,54 ≤ XC ≤ 0,59.
Das letztere begrenzte Fenster kann in zwei unterteilt werden, eines ohne andere Metalle der Gruppe V als Ta:
0,92 ≤ XIV ≤ 0,95
0,54 ≤ XC ≤ 0,59,
und ein anderes mit anderen Elementen der Gruppe V als Ta, d.h. V und Nb:
0,89 ≤ XIV ≤ 0,92
0,54 ≤ XC ≤ 0,59.
Besonders günstige Eigenschaften bekommt man für die Zusammensetzungen
0,92 ≤ XIV ≤ 0,95
0,54 ≤ XC ≤ 0,58
bzw.
0,89 ≤ XIV ≤ 0,92
0,55 ≤ XC ≤ 0,59.
Für Titan gilt das folgende: XTi > 0,7, vorzugsweise XTi > 0,75.
In den oben angegebenen Molverhältnisses 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 bei < 0,8%, vorzugsweise < 0,5%, zu halten. Die Erfindung umfaßt stöchiometrische wie auch üblich substöchiometrische Carbonitride.

Beispiel

Carbonitridlegierungen auf Titanbasis mit 17,5% Ni + Co-Bindephase wurden unter Verwendung eines komplexen Roh materiales nach der Erfindung,(Ti0,91, T0,04, Nb0,02) (C0,57, N0,43), 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 folgende Porosität nach dem Vermahlen und Sintern zu der gleichen Korngröße wurden erhalten:

Claims

1. Verfahren zur Herstellung einer gesinterten Carbonitridlegierung auf Titanbasis für Feinbearbeitung mit 3-25 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 und wobei mehr als 95% der Menge der Metalle in der fertigen Legierung aus diesem komplexen Carbonitrid stammen und dieses komplexe Carbonitrid die Zusammensetzung

0,87 ≤ XIV ≤ 0,97

0,52 ≤ XC ≤ 0,61

hat, worin XIV der molare Anteil der Elemente der Gruppe IV und XC der molare Anteil an Kohlenstoff ist, das komplexe Carbonitrid im wesentlichen gleichachsige Körner mit einer engen Korngrößenverteilung mit einer mittleren Korngröße von 0,8 - 3µm umfaßt und das komplexe Carbonitrid direkt durch Carbonitrieren der Oxide der Metalle oder der Metalle selbst hergestellt wird.