DE69205075T2

DE69205075T2 - Hartgesinterter Presskörper für Werkzeuge.

Info

Publication number: DE69205075T2
Application number: DE69205075T
Authority: DE
Inventors: Mitsuhiro Goto; Tetsuo Nakai
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1991-06-25
Filing date: 1992-06-24
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2012-06-25
Also published as: DE69205075D1; EP0520403A2; US5395700A; EP0520403A3; EP0520403B1

Description

Kubisches (kristallines) Bornitrid ist nach Diamant das härteste Material, und ein gesinterter Preßkörper aus kubischem Bornitrid (cBN) wird in verschiedenen Schneidwerkzeugen verwendet. Vor kurzem ist ein gesinterter Preßkörper in den Handel gekommen, in dein feine cBN-Partikel unter Verwendung einer Hochdrucksintertechnik durch Metalle oder durch verschiedene kerainische Wertstoffe verbunden sind. Wenn dieser gesinterte Preßkörper als Bearbeitungsschneidplatte verwendet wird, besteht die Schneidplatte aus Verbundwerkstoff, bei dem die harte gesinterte Preßkörperschicht nur im Bereich der Schneidkante angebracht ist und mit einem Werkzeughalter hoher Härte, wie z. B. Sintercarbid verbunden ist.
Ein Beispiel für gesinterte cBN-Preßkörper, die für Schneidwerkzeuge geeignet sind, ist im US-Patent Nr. 4 334 928 - Yazu et al. offenbart, und enthält 80 bis 20 Vol.% cBN und als Restanteil Carbid, Nitrid, Borid und Silizid von Elementen, ausgewählt aus den Gruppen 4a und 5a des Periodensystems, Mischungen der genannten oder Verbindungen in fester Lösung, als Hauptbestandteile enthält. Diese Verbindungen bilden eine fortlaufende Bindungsphase in der Textur des gesinterten Preßkörpers.
In der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 62-228450 wird ein harter gesinterter Preßkörper für Werkzeuge offenbart, bei dem die Härte und Verschleißbeständigkeit einer Schneidkante, die aus dem gesinterten Preßkörper gemacht ist, zur Eliminierung der Beschädigung der Schneidkante verbessert sind. In diesem gesinterten Preßkörper enthält ein Bindemittel 25 bis 50 Gew.% Al, eine Verbindung, die auch Ti enthält, beispielsweise als Ti- Carbid, und 4 bis 40 Gew.% W, das in der Ti-haltigen Verbindung enthalten ist oder als WC enthalten ist. Diese Komponenten reagieren im Sinterverfahren mit cBN, wobei Aluminiumborid, Titanborid und dgl. produziert werden, die dazu dienen, das Bindemittel und cBN oder ein anderes Bindemittel fest zu verbinden.
Das US-Patent Nr. 4 911 756 offenbart einen harten gesinterten Preßkörper für Werkzeuge, der 50 bis 75 Vol.% cBN und 25 bis 50 Vol.% Bindemittel, das 20 bis 50 Gew.% Aluminium, Titancarbonitrid und dgl. enthält, und 4 bis 40 Gew.% Wolfram enthält.
Andere Beispiele für gesinterte cBN-Preßkörper, die für Schneidwerkzeuge geeignet sind, sind im US-Patent Nr. 3 743 489 - Wentorf et al., offenbart und enthalten mehr als 70 Vol.% cBN; der Rest der metallischen Phase besteht aus Aluminium und mindestens einem Legierungselement, ausgewählt aus der aus Nickel, Kobalt, Mangan, Eisen, Vanadium und Chrom sowie Gemischen derselben bestehenden Gruppe.
Ein weiteres Beispiel für gesinterte cBN-Preßkörper, die für Schneidwerkzeuge geeignet sind, ist in dem US-Patent Nr. 4 403 015 - Nakai et al., offenbart; dieses zeigt die Merkmale des allgemeinen Teils von Patentanspruch 1. In diesem Fall wird ein Pulver zur Bildung der Bindungszwischenschicht verwendet. Die Bindungsschicht besteht zu weniger als 70 Vol.% aus cBN, der Restteil besteht hauptsächlich aus einer Verbindung, ausgewählt unter Carbid, Nitrid, Carbonitrid oder Borid von Übergangsmetallen der Gruppen 1a, 5a, 6a des Periodensystems, einem Gemisch dieser oder einer dieser Verbindungen als feste Lösung. Diese Bindungsschicht ist nach dem Pressen oder im Pulverzustand in einer Dicke von weniger als 2 mm auf das Sintercarbid- Substrat aufgebracht; und auf diese Schicht wird ein Pulver zur Bildung des gesinterten Preßkörpers gebracht, welches Diamant oder cBN in einer Menge von über 20 Vol.% enthält; das ganze wird dann unter superhohem Druck und superhoher Temperatur gesintert.
Fig. 4 ist eine Teil-Seitenansicht eines Schneidwerkzeuges des Standes des Technik. In Fig. 4 ist ein Schneidkantenteil (20), der aus gesintertem Verbundstoff besteht, mit einem Werkzeughalter aus Sintercarbid (50) verbunden. Der Schneidkantenteil (20) besteht aus einer Schneidkante (20c), einer Spanfläche (rake face) (20a) und einer Flankenfläche (flank face) (20b). Die Schneidkante (20c) ist eine Grenze der Spanfläche und der Flankenfläche. Fig. 5 ist eine Teil- Querschnittsansicht eines Schneideverfahrens, das eine Schneidplatte des Werkzeugs von Fig. 4 verwendet. Wie in Fig. 5 dargestellt ist, dreht sich ein Arbeitsmaterial (100) mit hoher Geschwindigkeit in Richtung des Pfeils. Das Schneidwerkzeug wird in das sich drehende Arbeitsmaterial bewegt, und es wird ein Span (101) auf der Spanfläche (20a) des Schneidkantenteils (20) erzeugt. Mit fortgesetztem Schneiden bildet sich an der Spanfläche Kolkverschleiß (31), und an der Flankenfläche (20b) entwickelt sich Flankenverschleiß (32). In Fig. 6 ist der Verschleiß an jeder Fläche dargestellt. Der Kolkverschleiß (31) und der Flankenverschleiß (32) haben eine Grenze an der Schneidkante (20c), welche eine Oberfläche des Arbeitsmaterials (100) berührt. Andererseits entwickelt sich an der Grenze des Teils, der mit dem Arbeitsmaterial in Kontakt steht und Luft ausgesetzt ist, Kerbverschleiß (33). Auf diese Weise entwickelt sich am Schneidkantenteil bei fortgesetztem Schneiden eher ein partieller Verschleiß als ein gleichmäßiger Verschleiß.
In diesem Schneidwerkzeug des Standes der Technik weist allerdings der Schneidkantenteil (20) in einer Schneidplatte des Standes der Technik eine gleichmäßige Zusammensetzung des gesinterten cBN-Preßkörpers auf. Da der Verschleiß in nicht gleichmäßiger Weise fortschreitet, wird es eventuell unmöglich, das Schneiden fortzusetzen. Der nicht gleichmäßige Verschleiß verkürzt die mögliche Standzeit.
Die vorliegende Erfindung offenbart ein Schneidwerkzeug, das einen gesinterten cBN-Preßkörper enthält, welcher
a) eine erste cBN-haltige gesinterte Preßkörperschicht und ein erstes Al-haltiges Bindemittelmaterial;
b) eine zweite gesinterte Preßkörperschicht, die etwa 40 bis 65 Vol.% cBN enthält, und ein zweites Bindemittelmaterial, das etwa 2 bis 30 Gew.% Al enthält;
umfaßt, wobei die erste gesinterte Preßkörperschicht mit der zweiten gesinterten Preßkörperschicht verbunden ist, und die erste und die zweite Preßkörperschicht derart mit einem Werkzeughalter verbunden sind, daß die erste gesinterte Preßkörperschicht eine Spanfläche des Schneidwerkzeuges bildet;
dieses Werkzeug ist dadurch gekennzeichnet, daß
(a) der cBN-Gehalt in der ersten gesinterten Preßkörperschicht im Bereich van 75 bis 98 Vol.% liegt, und das erste Bindemittelmaterial etwa 1 bis 40 Gew.% Al enthält;
(b) die Dicke der ersten gesinterten Preßkörperschicht etwa 0,04 bis 0,2 mm ist; und
(c) die Dicke der ersten gesinterten Preßkörperschicht und der zweiten gesinterten Preßkörperschicht zusammen nicht geringer als 0,5 mm ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Schneidwerkzeugs wird erhalten, indem das oben erwähnte erste Bindemittelmaterial, das etwa 2 bis 15 Gew.% Co, etwa 1 bis 5 Gew.% Al und als Rest WC enthält, verwendet wird oder indem ein Bindemittel verwendet wird, das etwa 3 bis 40 Gew.% Al und als Rest mindestens eine Ti-haltige Verbindung, ausgewählt aus der aus (Ti,M)C, (Ti,M)N, (Ti,M)(CN), einem Gemisch der genannten und einer Verbindung der genannten als feste Lösung bestehenden Gruppe, enthält. In diesem Fall ist M ein Übergangsmetall der Gruppen 4a, 5a, 6a des Periodensystems, ausgenommen Ti.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Schneidwerkzeugs wird erhalten, indem das vorstehend genannte zweite Bindemittelmaterial verwendet wird, das etwa 2 bis 30 Vol.% Al und mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus einer aus (Ti,X)C, (Ti,X)N, (Ti,X)(CN), einem Gemisch der genannten und einer Verbindung der genannten als feste Lösung bestehenden Gruppe, enthält. In diesem Fall ist X ein Übergangsmetall der Gruppen 4a, 5a, 6a des Periodensystems, ausgenommen Ti.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schneidwerkzeug bereitzustellen, das eine höhere Beständigkeit gegen Flankenverschleiß, eine höhere Beständigkeit gegen Kolkverschleiß und eine höhere Beständigkeit gegen Kerbverschleiß hat.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Schneidwerkzeugs für Gußeisen mit Kugelgraphit, Schnellarbeitsstahl und Inconel, die mit Schneidwerkzeugmaterialien des Standes der Technik schwer zu schneiden sind.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Konstruktion des gesinterten cBN- Preßkörpers, der eine mögliche Standzeit (Schneidezeit) verlängern wird und einem partiellen Verschleiß vorbeugen wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen offensichtlich, wobei
Fig. 1 eine Ansicht des hart-gesinterten Preßkörpers der Erfindung im Querschnitt zeigt;
Fig. 2 eine Teilseitenansicht eines Schneidwerkzeugs gemäß der Erfindung ist;
Fig. 3 eine Teilquerschnittsansicht eines Schneideverfahrens unter Verwendung eines Schneidwerkzeugs der Erfindung ist;
Fig. 4 eine Teilseitenansicht eines Schneidwerkzeugs des Standes der Technik ist;
Fig. 5 eine Teilquerschnittsansichts eines Schneidverfahrens unter Verwendung des Schneidwerkzeugs, das in Fig. 4 gezeigt ist, darstellt;
Fig. 6 den allgemeinen Verschleißteil der Schneidkante aus dem Verfahren von Fig. 5 zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

Um diese Erfindung zu machen, führten die involvierten Erfinder eine Reihe von Experimenten durch, um einen gesinterten cBN-Preßkörper mit einer langen möglichen (praktikablen) Standzeit (Schneidezeit) zu finden. Der gesinterte cBN-Preßkörper, in dem die cBN-Konzentration in einer gesinterten Preßkörperschicht als Spanfläche sich von der cBN-Konzentration in einer gesinterten Preßkörperschicht als Flankenfläche unterscheidet, hat eine längere Standzeit als ein gesinterter cBN-Preßkörper des Standes der Technik.
Der harte gesinterte Preßkörper für das Schneidwerkzeug der vorliegenden Erfindung verwendet eine erste gesinterte Preßkörperschicht und eine zweite gesinterte Preßkörperschicht. Die erste gesinterte Preßkörperschicht enthält etwa 75 bis 98 Vol.% cBN und das erste Bindemittelmaterial. Das erste Bindemittelmaterial enthält etwa 1 bis 40 Gew.% Al-Element. Die zweite gesinterte Preßkörperschicht enthält etwa 40 bis 65 Vol.% cBN und das zweite Bindemittelmaterial. Das zweite Bindemittelmaterial enthält etwa 2 bis 30 Gew.% Al-Element, und das zweite Bindemittelmaterial bildet eine fortlaufende Matrix.
Ein Verbundstoff, der aus der ersten gesinterten Preßkörperschicht, die mit der zweiten gesinterten Preßkörperschicht verbunden ist, besteht, ist direkt oder über eine bestehende Sintercarbidzwischenschicht (13) mit einem Werkzeughalter verbunden, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Eine Spanfläche des Schneidwerkzeugs ist die Hauptoberfläche der ersten gesinterten Preßkörperschicht.
Nach Diamant ist cBN am härtesten, hat die höchste Wärmeleitfähigkeit und ist chemisch stabil. Wegen der höheren Konzentration an cBN in dem gesinterten Preßkörper ist der gesinterte Preßkörper härter, hat eine höhere Wärmeleitfähigkeit und ist chemisch stabil. Dementsprechend ist die erste gesinterte Preßkörperschicht härter, hat eine höhere Wärmeleitfähigkeit und ist stabiler als die zweite gesinterte Preßkörperschicht. Außerdem reagieren Al oder Metallverbindungen von Al mit cBN und erzeugen Verbindungen wie z. B. AlB&sub2;. Diese Verbindungen dienen dazu, das Bindemittel und cBN oder ein anderes Bindemittel fest zu binden.
Es ist bevorzugt, daß das erste Bindemittelmaterial etwa 3 bis 15 Gew.% Co, etwa 1 bis 5 Gew.% Al und als Rest WC und unvermeidbare Verunreinigungen enthält. Ein weiteres bevorzugtes erstes Bindemittelmaterial würde etwa 3 bis 40 Gew.% Al und als Rest mindestens eine Ti-haltige Verbindung, ausgewählt aus einer Gruppe, die aus den Verbindungen (Ti,M)C, (Ti,M)N, (Ti,M)(CN), einem Gemisch der genannten und einer Verbindung der genannten in fester Lösung besteht, sowie unvermeidliche Verunreinigungen enthält. In diesem Fall ist M ein Übergangsmetall oder -metalle der Gruppen 4a, 5a, 6a des Periodensystems, ausgenommen Ti. Vorzugsweise enthält das zweite Bindemittelmaterial etwa 2 bis 30 Gew.% Al und als Rest mindestens eine Verbindung, ausgewählt aus einer Gruppe, die aus den Verbindungen (Ti,X)C, (Ti,X)N, (Ti,X)(CN), einem Gemisch derselben sowie einer Verbindung davon als feste Lösung besteht, sowie unvermeidliche Verunreinigungen. In diesem Fall ist X ein Übergangsmetall oder -metalle der Gruppen 4a, 5a, 6a des Periodensystems, ausgenommen allerdings Ti. Ein Schneidkantenteil (10) besteht aus der ersten gesinterten Preßkörperschicht (11), der zweiten gesinterten Preßkörperschicht (12) und einem Sintercarbid-Substrat (13), wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Normalerweise wird der Sintercarbid-Substrat während eines Sinterns unter superhohem Druck und superhoher Temperatur an die zweite gesinterte Schicht gebunden. Allerdings kann das Sintercarbid-Substrat, wenn gewünscht, ausgenommen werden. Der Schneidkantenteil (10) ist - wie in Fig. 2 dargestellt - mit der Spitze eines Schneidwerkzeugs (50) verbunden. Eine Hauptoberfläche der ersten gesinterten Preßkörperschicht (11) bildet eine Spanfläche (10a) im Schneidwerkzeug. Die Dicke der ersten gesinterten Preßkörperschicht (11) ist annähernd 0,04 bis 0,2 mm. Die Dicke der ersten gesinterten Preßkörperschicht und der zweiten gesinterten Preßkörperschicht zusammen beträgt mehr als annähernd 0,5 mm.
Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, einen gesinterten Preßkörper unter Verwendung von W als Komponente M und Hf als Komponente X zu bilden. Eine Hauptoberfläche der ersten gesinterten Preßkörperschicht bildet in dieser Erfindung eine Spanfläche. Die cBN-Volumenkonzentration in der ersten gesinterten Preßkörperschicht ist höher als in der zweiten gesinterten Preßkörperschicht. Aufgrund einer Reaktion durch Lufteinwirkung entwickelt sich Kerbverschleiß zwischen dem Arbeitsmaterial und dem Schneidwerkzeug; aufgrund einer Reaktion zwischen dem Arbeitsmaterial und dem Schneidwerkzeugmaterial bei hohen Temperaturen entwickelt sich Kolkverschleiß. Da cBN chemisch stabiler ist als ein Bindemittelmaterial, weist die erste gesinterte Preßkörperschicht eine bessere Beständigkeit gegen Kerbverschleiß sowie eine bessere Beständigkeit gegen Kolkverschleiß auf als die zweite gesinterte Preßkörperschicht.
Andererseits ist die Volumenkonzentration des Bindemittelmaterials in der zweiten gesinterten Preßkörperschicht höher als jene in der ersten gesinterten Preßkörperschicht. Jedes cBN-Partikel ist durch Bindemittelmaterial fest an ein anderes gebunden. Flankenverschleiß entwickelt sich, wenn cBN-Partikel aus dem gesinterten Preßkörper abfallen, da ein Arbeitsmaterial das Schneidwerkzeug scheuert. Dementsprechend hat die zweite gesinterte Preßkörperschicht höhere Beständigkeit gegen Flankenverschleiß als die erste gesinterte Preßkörperschicht.
Daher ist in dieser Erfindung das Schneidwerkzeug so aufgebaut, daß zwei Typen gesinterter Preßkörper in geeigneter Weise so angeordnet sind, daß sie den Verschleißarten entsprechen. Da dieser Aufbau eine Entwicklung von Verschleiß verhindert, wird die Standzeit (Betriebsschneidzeit) ausgedehnt.
Die Dicke der ersten gesinterten Preßkörperschicht beträgt vorzugsweise annähernd 0,04 bis 0,2 mm. Innerhalb des obengenannten Bereichs können die besten Ergebnisse in Bezug auf Verschleißbeständigkeit erhalten werden.
Die Gesamtdicke der ersten gesinterten Preßkörperschicht und der zweiten gesinterten Preßkörperschicht ist vorzugsweise mehr als etwa 0,5 mm. Diese Dicke ist für ein geringes Ausmaß an Flankenverschleiß am besten geeignet.
Die erste gesinterte Preßkörperschicht enthält annähernd 75 bis 98 Vol.% cBN. Wenn die cBN-Konzentration unter etwa 75 Vol.% liegt, entwickelt sich leicht ein Kolkverschleiß, da die chemische Stabilität durch die geringe cBN-Menge reduziert ist. Wenn die cBN-Konzentration mehr als 98 Vol.% beträgt, wird die Menge des Bindemittelmaterials relativ niedrig und die Bindungsfestigkeit der cBN-Partikel wird reduziert.
Die zweite gesinterte Preßkörperschicht enthält annähernd 40 bis 65 Vol.% cBN. Wenn die cBN-Konzentration weniger als etwa 40 Vol.% ist, sind Festigkeit und Härte des gesinterten Preßkörpers reduziert; es entwickelt sich leicht ein Flankenverschleiß, besonders wenn Schnellarbeitsstahl geschnitten wird. Wenn die cBN-Konzentration mehr als 65 Vol.% beträgt, fallen leicht cBN-Partikel aus dem gesinterten Preßkörper, da die geringere Menge an Bindemittelmaterial die Bindungsfestigkeit zwischen cBN- Partikeln und dem Bindungsmaterial vermindert.
In der vorliegenden Erfindung werden vorzugsweise zwei Bindemittelmaterial-Typen für die erste gesinterte Preßkörperschicht verwendet. Der erste Typ des Bindemittelmaterials enthält etwa 3 bis 15 Gew.% Co, 1 bis 5 Gew.% Al und als Rest WC; der zweite Typ des Bindemittelmaterials enthält 3 bis 40 Gew.% Al sowie eine Übergangsmetallverbindung. Diese Bindemittelmaterialien zeigen die vorzügliche Leistungsfähigkeit des ersten Bindemittelmaterials. Die obengenannten Zusammensetzungen sind hinsichtlich der Bindungsfestigkeit der cBN-Partikel durch Bindemittelmaterialien und hinsichtlich der Verschleißbeständigkeit äußerst günstig.
Das zweite Bindemittelmaterial enthält 2 bis 30 Gew.% Al. Wenn die Al-Konzentration unter etwa 2 Gew.% liegt, wird die Bindungsfestigkeit zwischen den cBN-Partikeln und Bindemittelmaterialien aufgrund einer unzureichenden Reaktion zwischen Al und cBN-Partikeln geschwächt. Wenn die Al- Konzentration mehr als 30 Gew.% beträgt, schwächt sich die Beständigkeit gegen Flankenverschleiß aufgrund eines Ansteigens der Menge an umgesetzten Verbindungen z. B. AlB&sub2; ab, erhöht sich die Bindungsfestigkeit zwischen cBN-Partikeln und Bindemittelmaterialien; die Beständigkeit gegen Flankenverschleiß nimmt allerdings ab.
Hinsichtlich der Ti-Verbindungen im ersten Bindemittelmaterial ist es bevorzugt, W als Metall M zu verwenden, da Ti-Verbindungen, die W enthalten, eine ausgezeichnete Verschleißbeständigkeit haben. In Bezug auf die Ti-Verbindungen im zweiten Bindemittelmaterial ist es bevorzugt, Hf als Metall X zu verwenden, da Ti-Verbindungen, die Hf enthalten, eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit aufweisen und daher eine hervorragende Beständigkeit gegen Flankenverschleiß bei Schneiden mit hoher Geschwindigkeit aufweisen.

BEISPIEL 1

Ein Bindemittelmaterialpulver, das aus 5 Gew.% Co-Pulver, 3 Gew.% Al-Pulver und als Rest WC-Pulver bestand, und cBN- Pulver wurden als Ausgangsrohmaterialpulver für die erste gesinterte Preßkörperschicht verwendet. Das Bindemittelpulver und das cBN-Pulver wurden in einem Volumenverhältnis von 15:85 hergestellt. Durch gleichmäßiges Vermischen des hergestellten Pulvers unter Verwendung eines Sintercarbidtopfes und Sintercarbidkugeln wurde ein Rohmaterialpulver, das den gewünschten Partikeldurchmesser hatte, für die ersten gesinterte Preßkörperschicht gebildet.
Zur Bildung eines Carbidpulvers wurden ein Nitridpulver und ein Carbonitridpulver, das Ti- und Al-Pulver enthielt, als Bindemittelpulver der zweiten gesinterten Preßkörperschicht miteinander gemischt, wie dies in Tabelle 1 angegeben ist. Diese Bindemittelpulver und cBN-Pulver wurden in einem Volumenverhältnis von 40:60 hergestellt, und die hergestellten Pulver wurden unter Verwendung eines Sintercarbidtopfes und Sintercarbidkugeln gleichmäßig vermischt. Für die zweite gesinterte Preßkörperschicht wurden Rohmaterialpulver mit dem gewünschten Partikeldurchmesser verwendet. Eine kreisförmige Platte aus Sintercarbid, das aus WC-10 Gew.% Co bestand, wurde in einen Mo-Behälter eingeführt, dann wurden das Rohmaterialpulver für die zweite gesinterte Preßkörperschicht und das Rohmaterialpulver für die ersten gesinterte Preßkörperschicht in dieser Reihenfolge auf die kreisförmige Platte aus Sintercarbid aufgebracht. Dieser Behälter wurde in eine Apparatur mit superhohem Druck und superhoher Temperatur gebracht und unter einem Druck von 50 Kb bei einer Temperatur von 1350ºC 15 Minuten gesintert. Eine Prüfung einer polierten 0berflächen der erhaltenen Verbundstoffe zeigte, daß zwei Schichten der gesinterten cBN- Preßkörper, die den zwei obengenannten Rohmaterialpulver entsprechen, fest miteinander und mit dem Sintercarbid- Substrat verbunden waren.
Die vorstehend genannten Verbundstoffe wurden zu Schneidwerkzeugen verarbeitet derart, daß die erste gesinterte Preßkörperschicht jedes Verbundstoffs eine Spanfläche bildete und die Dicke der ersten gesinterten Preßkörperschicht 0,07 mm war. Die Schneidwerkzeuge, die mit einem Sintercarbid-Werkzeughalter verbunden waren, wurden zum Schneiden der äußeren Teile von Rundstäben, die einen äußeren Durchmesser von 150 mm hatten und aus FCD 70 bestanden (Gußeisen mit Kugelgraphit), verwendet. Die Schneidbedingungen waren wie folgt:
Schnittgeschwindigkeit: 250 m/min
Schnittiefe: 0,25 mm
Vorschubgeschwindigkeit: 0,20 mm/Umdrehung
Typ: naß
Zeit: 20 Minuten
Tabelle 1 zeigt auch Werte für die Breite des Flankenverschleiß an den Schnittkanten und ob ein Ausbröckeln auftrat oder nicht. TABELLE 1 Probe Nr. Zusammensetzung des Bindemittelmaterials in der 2. gesinterten Preßkörperschicht (Gew.%) Ausbröckeln Breite des Flankenverschleißes (mm) Beispiel Vergleichsbeispiel nicht festgestellt Ausbröckeln trat nach 10 Minuten Schneiden auf

BEISPIEL 2

Bindemittelmaterialpulver, die Co-Pulver, Al-Pulver und als Rest WC-Pulver enthielten, wurden für die erste gesinterte Preßkörperschicht verwendet, wie dies in Tabelle 2 angegeben ist. Diese Bindemittelmaterialpulver und cBN-Pulver wurden in einem Volumenverhältnis von 12:88 hergestellt. Durch gleichmäßiges Vermischen der hergestellten Pulver unter Verwendung eines Sintercarbidtopfes und Sintercarbidkugeln wurden Rohmaterialpulver für die erste gesinterte Preßkörperschicht hergestellt.
Dann wurden (Ti,Hf)C-Pulver und Al-Pulver in einem Gewichtsverhältnis von 9:1 als Bindemittelmaterialpulver für die zweite gesinterte Preßkörperschicht hergestellt. Das Bindemittelmaterialpulver und cBN-Pulver wurden in einem Volumenverhältnis von 37:63 hergestellt. Durch gleichmäßiges Vermischen des hergestellten Pulvers unter Verwendung eines Sintercarbidtopfes und Sintercarbidkugeln wurde ein Rohmaterialpulver für die zweite gesinterte Preßkörperschicht gebildet.
Wie in Beispiel 1 wurde eine kreisförmige Platte aus Sintercarbid, die aus WC-10 Gew.% Co bestand, in einen Mo- Behälter gestellt; dann wurde das Rohmaterialpulver für die zweite gesinterte Preßkörperschicht auf die kreisförmige Platte gegeben, danach wurde außerdem das Rohmaterialpulver für die erste gesinterte Preßkörperschicht auf diese aufgebracht. Dieser Behälter wurde in eine Apparatur superhohen Drucks und superhoher Temperatur gebracht und 20 Minuten bei einem Druck von 45 Kb bei einer Temperatur von 1300ºc gesintert. Eine Prüfung einer polierten Oberfläche der erhaltenen Verbundstoffe zeigte, daß zwei Schichten des gesinterten cBN-Preßkörpers, welcher den beiden obigen Rohmaterialpulvern entsprachen, fest miteinander und auch mit dem Sintercarbidsubstrat verbunden waren.
Die obengenannten Verbundstoffe wurden zu Schneidwerkzeugen verarbeitet derart, daß die erste gesinterte Preßkörperschicht jedes Verbundstoffs eine Spanfläche bildete und die Dicke der ersten gesinterten Preßkörperschicht wie in Tabelle 2 angegeben war. Die Schneidwerkzeuge, welche mit einem Sintercarbid-Substrat verbunden waren, wurden zum Schneiden der äußeren Teile von runden Stäben, die einen äußeren Durchmesser von 100 mm hatten und aus Inconel 718 bestanden, verwendet. Die Schneidbedingungen waren wie folgt:
Schnittgeschwindigkeit: 200 m/min
Schnittiefe: 0,20 mm
Vorschubgeschwindigkeit: 0,12 mm/Umdrehung
Typ: naß
Tabelle 2 gibt auch Resultate für eine gemessene Standzeit (Betriebsschneidezeit) und die Gründe für nichtdurchführbares Schneiden an.
In Probe 17 verminderte der geringe Gehalt an Al in dem ersten gesinterten Preßkörper die Bindungsfestigkeit zwischen den cBN-Partikeln, und es trat ein Ausbröckeln auf. In Probe 18 trat ein beachtlicher Kolkverschleiß aufgrund des hohen Al-Gehalts in der ersten gesinterten Preßkörperschicht auf. TABELLE 2 Probe Nr. Die 1. gesinterte Preßkörperschicht Zusammensetzung des Bindemittels (Gew. %) Dicke (mm) Grund für undurchführbares Schneiden Praktikable Standzeit (Minuten) Beispiel Vergleichbeispiel Flankenverschleiß Kerbverschleiß Ausbröckeln
BEISPIEL 3
Ein gemischtes Bindemittelmaterialpulver, das aus 7 Gew.% Co- Pulver, 4 Gew.% Al-Pulver und als Rest WC-Pulver bestand, wurde für die erste gesinterte Preßkörperschicht verwendet. Das Bindemittelmaterialpulver und cBN-Pulver wurden in einem Volumenverhältnis, wie es in Tabelle 3 angegeben ist, hergestellt. Durch gleichmäßiges Vermischen der hergestellten Pulver unter Verwendung eines Sintercarbidtopfes und Sintercarbidkugeln wurden Rohmaterialpulver für die erste gesinterte Preßkörperschicht hergestellt.
Für die zweite gesinterte Preßkörperschicht wurde ein gemischtes Bindemittelmaterialpulver, das aus (Ti, Hf) (CN)- Pulver und Al-Pulver im Gewichtsverhältnis von 9:1 bestand, verwendet.
Das Bindemittelmaterialpulver und cBN-Pulver wurden in einem Volumenverhältnis, wie es in Tabelle 3 angegeben ist, hergestellt. Durch gleichmäßiges Vermischen der hergestellten Pulver unter Verwendung eines Sintercarbidtopfes und Sintercarbidkugeln wurden Rohmaterialpulver für die zweite gesinterte Preßkörperschicht gebildet.
Wie in den ersten beiden Beispielen wurde eine kreisförmige Platte aus Sintercarbid, das aus WC-10 Gew.% Co bestand, in einen No-Behälter gebracht; das Rohmaterialpulver für die zweite gesinterte Preßkörperschicht wurde auf die kreisförmige Platte gegeben und dann wurde das Rohmaterialpulver für die erste gesinterte Preßkörperschicht auf die zweite Schicht gegeben. Dieser Behälter wurde in eine Apparatur superhohen Drucks und superhoher Temperatur eingeführt und unter einem Druck von 45 Kb bei einer Temperatur von 1300ºC 20 Minuten lang gesintert. Eine Untersuchung der polierten Oberfläche der erhaltenen Verbundstoffe zeigte, daß zwei Schichten des gesinterten cBN- Preßkörpers, welche den beiden obengenannten Rohmaterialpulvern entsprachen, fest miteinander und mit dem Sintercarbid-Substrat verbunden waren.
Die oben erwähnten Verbundstoffe wurden zu Schneidwerkzeugen verarbeitet derart, daß die erste gesinterte Preßkörperschicht jedes Verbundstoffes eine Spanfläche bildete und die Dicke der ersten gesinterten Preßkörperschicht 0,05 mm betrug. TABELLE 3 Probe Nr. Verhältnis cBN zu Bindemittel (Vol.%) Die 1. gesinterte Preßkörperschicht Die 2. gesinterte Preßkörperschicht Praktikable Standzeit (Minuten) Beispiel Vergleichsbeispiel
Die Schneidwerkzeuge, welche mit Sintercarbid-Werkzeughaltern verbunden waren, wurden zum Schneiden der äußeren Teile von runden Stäben, die einen äußeren Durchmesser von 100 mm hatten und aus FCD 100 (Glußeisen mit Kugelgraphit) bestanden, eine V-förmige Rille am Rand der runden Stäbe aufwiesen, verwendet. Die Schneidbedingungen waren wie folgt:
Schnittgeschwindigkeit: 120 m/min
Schnittiefe: 0,20 mm
Vorschubgeschwindigkeit: 0,15 mm/Umdrehung
Typ: naß
Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse für eine praktikable Standzeit.
Fig. 1 zeigt den Aufbau eines erfundenen Verbundstoffs (10), der für einen Schneidkantenteil eines Schneidwerkzeugs verwendet wird. Der Schneidteil (10) besteht aus der ersten gesinterten Preßkörperschicht (11) mit einer hohen cBN- Konzentration im Volumenverhältnis und der zweiten gesinterten Preßkörperschicht (12) mit einer geringen cBN- Konzentration im Volumenverhältnis. Die Dicke der ersten gesinterten Schicht beträgt mindestens 0,04 mm und nicht mehr als 0,2 mm.
Fig. 2 ist eine Seitenansicht, in der der in Fig. 1 dargestellte Verbundstoff (10) mit einem Sintercarbid- Werkzeughalter (50) verbunden ist. Die Hauptoberfläche der ersten gesinterten Preßkörperschicht (11) bildet eine Spanfläche (10a). Eine Flankenfläche (Seitenfläche) (10b), die eine Begrenzung der Schneidkante (10c) zwischen der Spanfläche (10a) und der Flankenfläche (10b) hat, wird hauptsächlich durch die zweite gesinterte Preßkörperschicht gebildet. Wie in Fig. 2 dargestellt ist, ist ein Sintercarbid-Substrat (13) vorhanden. Ein solcher Aufbau wird erhalten, wenn die Schneidkante (10c), die aus zwei Schichten gesinterten Preßkörper besteht, mit einem Werkzeughalter verbunden ist. Fig. 3 zeigt einen Querschnitt eines Schneidverfahrens, bei dem ein Arbeitsmaterial mit einem erfindungsgemäßen Schneidwerkzeug geschnitten wird. Die Schneidkante (10c) dringt in die Oberfläche des Werkstücks ein, an der Spanfläche (10a), die aus der ersten gesinterten Preßkörperschicht (11) gemacht ist, entwickelt sich ein Span (101).

BEISPIEL 4

Ein Bindemittelmaterialpulver, das aus 10 Gew.% Al und dem Rest aus (Ti,W)C bestand, und cBN-Pulver wurden zur Bildung von Rohmaterialpulvern verwendet, die für die erste gesinterte Preßkörperschicht eingesetzt wurden. Das Bindemittelmaterialpulver und das cBN-Pulver wurden in einem Volumenverhältnis von 20:80 hergestellt. Durch gleichmäßiges Vermischen des hergestellten Pulvers unter Verwendung eines Sintercarbidtopfes und Sintercarbidkugeln wurde ein Rohmaterialpulver, das den gewünschten Partikeldurchmesser aufwies, für die erste gesinterte Preßkörperschicht entwickelt.
Zur Entwicklung eines Carbidpulvers, wurden ein Nitridpulver und ein Carbonitridpulver, die Ti- und Al-Pulver enthalten, wie in Tabelle 4 angegeben, als Bindemittelmaterialpulver der zweiten gesinterten Preßkörperschicht miteinander vermischt. Diese Bindemittelmaterialpulver und cBN-Pulver wurden in einem Volumenverhältnis von 45:55 hergestellt; die hergestellten Pulver wurden unter Verwendung eines Sintercarbidtopfes und Sintercarbidkugeln gleichmäßig vermischt. Es wurden Rohmaterialpulver, die den gewünschten Partikeldurchmesser aufwiesen, für die zweite gesinterte Preßkörperschicht bereitgestellt. Eine kreisförmige Platte aus Sintercarbid wurde in einen Mo-Behälter eingeführt, dann wurde das Rohmaterialpulver für die zweite gesinterte Preßkörperschicht und das Rohmaterialpulver für die erste gesinterte Preßkörperschicht in dieser Reihenfolge auf die kreisförmige Platte aus Sintercarbid aufgebracht. Dieser Behälter wurde in eine Apparatur superhohen Drucks und superhoher Temperatur gebracht und unter einem Druck von 50 Kb bei einer Temperatur von 1300ºC 15 Minuten lang gesintert. Eine Untersuchung einer polierten Oberfläche der erhaltenen Verbundstoffe zeigte, daß zwei Schichten der gesinterten Preßkörper, die den obigen beiden Rohmaterialpulvern entsprachen, fest miteinander und mit dem Sintercarbid-Substrat verbunden waren. TABELLE 4 Probe Nr. Zusammensetzung des Bindemittelmaterials in der 2. gesinterten Preßkörperschicht (Gew.%) Ausbröckeln Breite des Flankenverschleißes (mm) Beispiel Vergleichsbeispiel nicht festgestellt Ausbröckeln trat nach 10-minütigem Schneiden auf
Die vorstehend erwähnten Verbundstoffe wurden zu Schneidwerkzeugen verarbeitet derart, daß die erste gesinterte Preßkörperschicht jedes Verbundstoffes eine Spanfläche bildete und die Dicke der ersten gesinterten Preßkörperschicht 0,05 mm betrug. Die Schneidwerkzeuge, die mit Sintercarbid-Werkzeughaltern verbunden waren, wurden zum Schneiden der äußeren Teile von runden Stäben, die einen äußeren Durchmesser von 100 mm hatten und aus FCD 80 (Gußeisen mit Kugelgraphit) bestanden, verwendet. Die Schneidbedingungen waren wie folgt:
Schnittgeschwindigkeit: 300 m/min
Schnittiefe: 0,35 mm
Vorschubgeschwindigkeit: 0, 20 mm/Umdrehung
Typ: naß
Zeit: 30 Minuten
Tabelle 4 zeigt die Werte für die Breite des Flankenverschleißes an den Schneidkanten und ob Ausbröckeln auftrat oder nicht.

BEISPIEL 5

(Ti,Hf)C-Pulver und Al-Pulver wurden in einem Gewichtsverhältnis von 9:1 für ein Bindemittelmaterialpulver der zweiten gesinterten Preßkörperschicht hergestellt. Dieses Bindemittelmaterialpulver und cBN-Pulver wurden in einem Volumenverhältnis von 40:60 angesetzt. Durch gleichmäßiges Vermischen der hergestellten Pulver unter Verwendung eines Sintercarbidtopfes und Sintercarbidkugeln wurden Rohmaterialpulver für die zweite gesinterte Preßkörperschicht gebildet. Zur Bildung eines Carbidpulvers, wurden ein Nitridpulver und ein Carbonitridpulver, welche Ti- und Al- Pulver enthielten, für Bindemittelmaterialpulver der ersten gesinterten Preßkörperschicht miteinander vermischt, wie dies in Tabelle 5 angegeben ist. TABELLE 5 Probe Nr. Die 1. gesinterte Preßkörperschicht Grund fuhr undurchführbares Schneiden Praktikable Standzeit (Minuten) Zusammensetzung des Bindemittels (Gew.%) Dicke (mm) Beispiel Vergleichbeispiel Flankenverschleiß Kerbverschleiß
Diese Bindemittelmaterialpulver und cBN-Pulver wurden in einem Volumenverhältnis von 22:78 hergestellt. Durch gleichmäßiges Vermischen der hergestellten Pulver unter Verwendung eines Sintercarbidtopfes und Sintercarbidkugeln wurden Rohmaterialpulver für die erste gesinterte Preßkörperschicht entwickelt.
Wie in Beispiel 4 wurde eine kreisförmige Platte aus Sintercarbid in einen Mo-Behälter eingeführt; dann wurde das Rohmaterialpulver für die zweite gesinterte Preßkörperschicht auf die kreisförmige Platte gegeben, und danach wurde auch das Rohmaterialpulver für die erste gesinterte Preßkörperschicht auf der zweiten Schicht angeordnet. Dieser Behälter wurde in eine Apparatur superhohen Drucks und superhoher Temperatur eingeführt und bei einem Druck von 45 Kb und einer Temperatur von 1300ºC für 20 Minuten gesintert. Eine Untersuchung einer polierten Oberfläche der erhaltenen Verbundstoffe zeigte, daß zwei Schichten des gesinterten cBN-Preßkörpers, welche den obigen beiden Rohmaterialpulvern entsprachen, fest miteinander und mit dem Sintercarbid-Substrat verbunden waren. Die Verbundstoffe wurden zu Schneidwerkzeugen verarbeitet. Die erste gesinterte Preßkörperschicht jedes Verbundstoffes bildete eine Spanfläche; und die Dicke des ersten gesinterten Preßkörpers ist in Tabelle 5 angegeben. Die Schneidwerkzeuge, die mit einem Sintercarbid-Werkzeughalter verbunden waren, wurden zum Schneiden der äußeren Teile von runden Stäben, die einen äußeren Durchmesser von 100 mm hatten und aus Inconel 718 bestanden, verwendet. Die Schneidbedingungen waren wie folgt:
Schnittgeschwindigkeit: 170 m/min
Schnittiefe: 0,20 mm
Vorschubgeschwindigkeit: 0,12 mm/Umdrehung
Typ: naß
Tabelle 5 zeigt die Ergebnisse der gemessenen praktikablen Standzeit und die Gründe für undurchführbares Schneiden. In Probe 43 trat aufgrund der verminderten Dicke in der ersten gesinterten Preßkörperschicht ein Ausbröckeln auf, was zu einer Reduzierung der praktikablen Standzeit führte. In Probe Nr. 45 gab es aufgrund des hohen Al-Gehalts in der ersten gesinterten Preßkörperschicht einen beachtlichen Kolkverschleiß.

BEISPIEL 6

Für die erste gesinterte Preßkörperschicht wurde ein gemischtes Bindemittelmaterialpulver, das aus 15 Gew.% Al- Pulver und als Rest aus (Ti,Hf)C-Pulver bestand, hergestellt. Das Bindematerialpulver und cBN-Pulver wurden in einem Volumenverhältnis, wie es in Tabelle 6 angegeben ist, hergestellt. Nach dem in Beispiel 5 eingesetzten Verfahren wurden Rohmaterialpulver für die erste gesinterte Preßkörperschicht erhalten. Für die zweite gesinterte Preßkörperschicht wurde ein gemischtes Bindemittelmaterialpulver, das aus 10 Gew.% Al-Pulver und dem Rest aus (Ti,W) (CN) bestand, bereitgestellt. TABELLE 6 Probe Nr. Verhältnis cBN und Bindemittel (Vol.%) Praktikable Standzeit (Minuten) Die 1. gesinterte Preßkörperschicht Die 2. gesinterte Preßkörperschicht Beispiel Vergleichsbeispiel (Ausbröckeln)
Dieses Bindemittelmaterialpulver und cBN-Pulver wurden in einem Volumenverhältnis, wie es in Tabelle 6 angegeben ist, hergestellt. Durch gleichmäßiges Vermischen der hergestellten Pulver unter Verwendung eines Sintercarbidtopfes und Sintercarbidkugeln wurden Rohmaterialpulver für die zweite gesinterte Preßkörperschicht gebildet.
Als nächstes wurde eine kreisförmige Platte aus Sindercarbid, die aus WC-8 Gew.% Co bestand, in einen Mo-Behälter eingeführt, das Rohmaterialpulver für die zweite gesinterte Preßkörperschicht auf die kreisförmige Platte aufgebracht und dann das Rohmaterialpulver für die erste gesinterte Preßkörperschicht auf die zweite Schicht aufgebracht. Dieser Behälter wurde in eine Apparatur superhohen Drucks und superhoher Temperatur eingeführt und für 20 Minuten unter einem Druck von 45 Kb bei einer Temperatur von 1250ºC gesintert. Eine Untersuchung einer polierten der erhaltenen Verbundstoffe zeigte, daß zwei Schichten des gesinterten cBN- Preßkörpers, die den beiden obigen Rohmaterialpulvern entsprachen, fest miteinander und mit dem Sintercarbid- Substrat verbunden waren.
Die oben erwähnten Verbundstoffe wurden zu Schneidwerkzeugen derart verarbeitet, daß die erste gesinterte Preßkörperschicht jedes Verbundstoffes eine Spanfläche bildete und daß die Dicke der ersten gesinterten Preßkörperschicht 0,05 mm betrug. Die Schneidwerkzeuge, die mit einem Sintercarbid-Werkzeughalter verbunden waren, wurden zum Schneiden der äußeren Teile von runden Stäben, die einen Außendurchmesser von 100 mm hatten und aus FCD 45 (Gußeisen mit Kugelgraphit) bestanden, verwendet. Die Schneidbedingungen waren wie folgt:
Schnittgeschwindigkeit: 350 m/min
Schnittiefe: 0,30 mm
Vorschubgeschwindigkeit: 0,20 mm/Umdrehung
Typ: naß
Tabelle 6 zeigt die Ergebnisse der gemessenen praktikablen Standzeit.

Claims

1. Schneidwerkzeug, das einen gesinterten cBN-Preßkörper enthält, welcher

a) eine erste cBN-haltige gesinterte Preßkörperschicht und ein erstes Al-haltiges Bindemittelmaterial;

b) eine zweite gesinterte Preßkörperschicht, die etwa 40 bis 65 Vol.% cBN enthält, und ein zweites Bindemittelmaterial, das etwa 2 bis 30 Gew.% Al enthält; umfaßt,

wobei die erste gesinterte Preßkörperschicht mit der zweiten gesinterten Preßkörperschicht verbunden ist, und die erste und die zweite Preßkörperschicht derart mit einem Werkzeughalter verbunden sind, daß die erste gesinterte Preßkörperschicht eine Spanfläche des Schneidwerkzeuges bildet, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) der cBN-Gehalt in der ersten gesinterten Preßkörperschicht im Bereich von 75 bis 98 Vol.% liegt, und das erste Bindemittelmaterial etwa 1 bis 40 Gew.% Al enthält;

(b) die Dicke der ersten gesinterten Preßkörperschicht etwa 0,04 bis 0,2 mm ist; und

(c) die Dicke der ersten gesinterten Preßkörperschicht und der zweiten gesinterten Preßkörperschicht zusammen nicht geringer als 0,5 mm ist.

2. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, in dem das erste Bindemittelmaterial etwa 3 bis 40 Gew.% Al und mindestens eine Ti-haltige Verbindung, ausgewählt unter (Ti,M)C, (Ti,M)N, (Ti,M) (CN), einem Gemisch der genannten und einer festen Lösung einer der genannten Verbindungen, wobei M ein Übergangsmetallelement oder -elemente, (das) die zu einer der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems (gehört) gehören, ausgenommen Ti, enthält.

3. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, in dem das erste Bindemittelmaterial 1 bis 5 Gew.% Al-Element, 3 bis 15 Gew.% Co und als Rest WC enthält.

4. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, in dem das zweite Bindemittelmaterial etwa 2 bis 30 Gew.% Al-Element und mindestens eine Verbindung, ausgewählt unter (Ti,X)C, (Ti,X)N, (Ti,X)(CN), einem Gemisch der genannten und einer der genannten Verbindungen in fester Lösung, wobei X ein Übergangsmetallelement oder -elemente, die zu einer der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems gehören, ausgenommen Ti, darstellt, enthält.

5. Schneidwerkzeug nach Anspruch 1, in dem die zweite gesinterte Preßkörperschicht mit einem Sintercarbid- Substrat verbunden ist.

6. Schneidwerkzeug nach Anspruch 2, in dem das Übergangsmetall M W ist.

7. Schneidwerkzeug nach Anspruch 4, in dem das Übergangsmetall X Hf ist.