DE69707584T2

DE69707584T2 - Sinterkarbidkörper mit verbesserten Hochtemperatur- und thermo-mechanischen Eigenschaften

Info

Publication number: DE69707584T2
Application number: DE69707584T
Authority: DE
Inventors: Jan Akerman; Thomas Ericson
Original assignee: Sandvik AB
Current assignee: Sandvik Intellectual Property AB
Priority date: 1996-07-19
Filing date: 1997-07-07
Publication date: 2002-05-16
Anticipated expiration: 2017-07-08
Also published as: BR9704199A; ZA976039B; KR980009489A; CN1177018A; AU715419B2; US6126709A; US6692690B2; EP0819777B1; DE69707584D1; SE9602813D0; CN1091159C; CA2210278C; JPH10121182A; CA2210278A1; US20020148326A1; US6423112B1; SE9602813L; AU2847097A; RU2186870C2; SE518810C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hartmetallkörper, der für Anwendungen geeignet ist, wo extreme zyklische Belastungen und Reibungskräfte auftreten und dabei hohe Temperaturen und rasche thermomechanische Ermüdung erzeugen.
Kontinuierliche Ausschachtungsmethoden zum Schneiden von weichem Gestein, Mineralien und Straßen, wie Straßenabbau, kontinuierlicher Bergwerksbetrieb, Straßen- und Betonplanierung, das Ziehen von Gräben, sind alles Arbeiten, bei denen die Werkzeuge mit Hartmetallmeißeln in einem Moment in Angriff an dem Gestein oder Boden sind und in der nächsten Sekunde in der Luft rotieren, oftmals durch Wasser gekühlt. Dies verursacht eine Menge thermischer Ermüdungsspannungen sowie mechanische Spannungen, was zu Mikroabplatzungen und Brüchen der Hartmetalloberfläche führt, oftmals in Verbindung mit raschem abnutzendem Gleitverschleiß des Meißels bei hoher Temperatur.
Von 0 bis 10 t und von Raumtemperatur bis zu 800 oder 1000ºC in einem Zehntel einer Sekunde werden in der Berührungszone zwischen Gestein und Hartmetallwerkzeugmeißel erzeugt, wenn das Werkzeug in das Gestein eindringt. Dies ist heutzutage nicht unüblich, wenn stärkere Maschinen mit höheren Schneidgeschwindigkeiten in Verbindung mit zu schneidenden immer härteren Mineralien, Kohle oder Boden verwendet werden. Auch in jenen Schlag- oder Drehgesteinsbohranwendungen, wo extreme Wärme erzeugt wird, wie beim Bohren in Eisenerz (Magnetit), welches rasche Bildung von thermischen Rissen verursacht, tritt eine sogenannte "Schlangenhaut" auf.
Die Eigenschaften, die in dem Schneidmaterial absolut wesentlich zu verbessern und optimieren sind, d. h. in dem Hartmetall, sind:
Wärmeleitfähigkeit: Die Fähigkeit des Materials, Wärme, die so hoch wie möglich ist, wegzuführen oder zu leiten.
Wärmeausdehnungskoeffizient: Die lineare Ausdehnung des Materials beim Erhitzen sollte niedrig sein, um eine minimale Wachstumsrate des Wärmerisses zu gewährleisten.
Härte bei erhöhten Temperaturen muß hoch sein, um eine gute Verschleißbeständigkeit bei hohen Temperaturen zu gewährleisten.
Querbruchfestigkeit, TRS, muß hoch sein.
Bruchzähigkeit ist die Fähigkeit eines Materials, katastrophalen Brüchen aufgrund kleiner Risse in der Struktur zu widerstehen. Sie muß hoch sein.
Es ist bekannt, daß das Bindemetall in Hartmetall, d. h. Kobalt (Nickel, Eisen) eine niedrige Wärmeleitfähigkeit und einen hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat. Daher sollte der Kobaltgehalt niedrig gehalten werden. Andererseits hat ein Hartmetall mit hohem Kobaltgehalt eine bessere Festigkeit, TRS, und Bruchzähigkeit, was auch aus mechanischer Sicht erforderlich ist, besonders wenn hohe Schläge und Spitzenbelastungen auf den Hartmetallmeißel gebracht werden, wenn er mit hoher Geschwindigkeit in die Gesteinsoberfläche eindringt, oder wenn mechanische Vibrationen unter harten Schneidbedingungen auftreten.
Es ist auch bekannt, daß eine gröbere Korngröße der WC-Phase günstig für die Leistung des Hartmetalls unter den obenerwähnten Bedingungen wegen der erhöhten Bruchzähigkeit und Querbruchfestigkeit im Vergleich mit feinerkörnigen Hartmetallen ist.
Ein Trend bei der Herstellung von Werkzeugen für Bergwerksanwendungen war daher, den Kobaltgehalt zusammen mit zunehmender Korngröße zu senken und so eine annehmbare mechanische Festigkeit sowie annehmbare Hochtemperaturverschleißeigenschaften zu bekommen. Eine größere Korngröße als 8 bis 10 um bei herab bis 6 bis 8% Co ist mit herkömmlichen Methoden wegen der Schwierigkeit, grobe WC-Kristalle herzustellen, und der Vermahlzeit in den Kugelmühlen, die für das erforderliche Vermischen von Co und WC benötigt werden, und um etliche Porosität zu vermeiden, nicht machbar. Ein solches Vermahlen führt zu einer raschen Verminderung der WC-Korngröße und einer sehr ungleichmäßigen Korngrößenverteilung nach dem Sintern, wenn sich kleine Körner auflösen und auf bereits großen Körnern bei den erforderlichen hohen Temperaturen, um die Gesamtkorngröße zu erreichen, ausgefällt werden. Korngrößen zwischen 1 und 50 um können oftmals gefunden werden. Sintertemperaturen von 1450 bis 1550ºC, die auch benötigt werden, um die Gefahr übermäßiger Porosität wegen der niedrigen Co-Gehalte zu minimieren, werden oftmals verwendet. Eine unannehmbar hohe Porosität wird unvermeidlich das Ergebnis einer zu kurzen Vermahlzeit und/oder Verminderung des Kobaltgehaltes unter 8 Gew.-% sein. Die weite Korngrößenverteilung für die grobkörnigen, herkömmlich erzeugten Hartmetalle ist in der Tat schädlich für die Leistung des Hartmetalls. Cluster kleiner Körner von etwa 1 bis 3 um sowie einzelne abnorm große Körner von 30 bis 60 um wirken als spröde Ausgangspunkte für Risse, wie thermische Ermüdungsrisse, oder Abplatzungen aufgrund mechanischer Überlastung.
Hartmetall wird mit pulvermetallurgischen Methoden hergestellt, die nasses Vermahlen eines Pulvergemisches, welches die harten Bestandteile und Bindephase bildende Pulver enthält, Trocknen des vermahlenen Gemisches zu einem Pulver mit guten Fließeigenschaften, Pressen des getrockneten Pulvers zu Körpern erwünschter Form und schließlich Sintern umfassen.
Das intensive Vermahlen wird in Mühlen unterschiedlicher Größe unter Verwendung von Hartmetallmahlkörpern durchgeführt. Das Vermahlen wird als notwendig angesehen, um eine gleichmäßige Verteilung der Bindephase in dem vermahlenen Gemisch zu erhalten. Es wird angenommen, daß das intensive Vermahlen eine Reaktivität des Gemisches erzeugt, welche die Bildung einer dichten Struktur während des Sinterns weiter fördert. Die Vermahlzeit liegt in der Größenordnung von mehreren Stunden bis zu Tagen.
Die Mikrostruktur nach dem Sintern in einem Material, welches aus einem vermahlenen Pulver hergestellt wurde, ist durch scharfwinkelige WC-Körner mit einer ziemlich breiten WC- Korngrößenverteilung, oftmals mit relativ großen Körnern, gekennzeichnet, was ein Ergebnis des Auflösens von Feinstoffen, Kristallisation und Kornwachstum während des Sinterzyklus ist.
Die her erwähnte Korngröße ist immer die Korngröße des WC nach Jeffrie, gemessen auf einer Photographie eines Querschnittes des gesinterten Hartmetallkörpers. Die WO-A-9 216 656 erwähnt, daß die harte Phase in Cermets, die Gegenstand von Hitzeschock ist, > 4 um, vorzugsweise > 6 um sein sollte.
In den US-Patentschriften Nr. 5 505 902 und 5 529 804 sind Verfahren zur Herstellung von Hartmetall beschrieben, bei denen das Vermahlen im wesentlichen ausgeschaltet wird. Statt dessen werden, um eine gleichmäßige Verteilung der Bindephase in dem Pulvergemisch zu bekommen, die harten Bestandteilskörner mit der Bindephase vorbeschichtet und wird das Gemisch weiter mit Preßmittel vermischt, gepreßt und gesintert. In dem ersterwähnten Patent wird die, Beschichtung mit einer Sol-Gel-Methode hergestellt und im zweiten ein Polyol verwendet. Bei Verwendung dieser Methoden ist es möglich, die gleiche Korngröße und -form wie vor dem Sintern infolge des Fehlens eines Kornwachstums während des Sinterns beizubehalten.
Das Hartmetall nach der Erfindung ist in Anspruch 1 angegeben.
Fig. 1 zeigt in 1200facher Vergrößerung die Mikrostruktur eines WC-Co-Hartmetalls nach dem Stand der Technik mit einer mittleren Korngröße von 8 bis 10 um.
Fig. 2 zeigt in 1200facher Vergrößerung die Mikrostruktur eines WC-Co-Hartmetalls mit einer mittleren Korngröße von 9 bis 11 um.
Es hat sich nun überraschenderweise ergeben, daß es mit den Verfahren der US- Patentschriften Nr. 5 505 902 und 5 529 804 möglich ist, Hartmetall mit extrem grober und gleichmäßiger WC-Korngröße mit ausgezeichneten Härte- zu Zähigkeitseigenschaften bei sehr hohen Temperaturen herzustellen. Durch Strahlmühlenbehandlung, Deagglomerierung und fraktioniertes Sieben von Standardgrobheit-WC und lediglich Verwendung der sehr groben Fraktion sowie Beschichten des WC mit Kobalt nach der Sol-Gel-Technik wurden Hartmetalle mit perfekt gleichmäßiger Korngröße von 13 bis 14 und 17 bis 20 um und einer Porosität geringer als A 02 bis B 02 bei nur 6 Gew.-% Kobalt-Gehalt hergestellt. Dies ist mit herkömmlichen Methoden absolut unmöglich.
IEs wurde weiterhin überraschenderweise gefunden, daß sowohl die mechanischen als auch die Ermüdungs- und thermischen Eigenschaften in Hartmetall, das zum Schneiden härterer Formationen, wie Sandstein und Granit, verwendet wurde, wesentlich verbessert wurden. Das Fehlen von Umkristallisation des WC während des Sinterns, das Fehlen von Kornwachstum und des Auflösens oder Zusammenwachsens von Körnern aufgrund der neuen Technik resultierten in einem sehr festen und kontinuierlichen WC-Skelett mit überraschend guten thermischen und mechanischen Eigenschaften.
Das Aneinandergrenzen des WC-Skeletts ist viel stärker als für ein herkömmlich gemahlenes Pulver von WC-Co. Qualitäten, die durch herkömmliche Verfahren hergestellt wurden, hatten nicht die Leistung beim Schneiden in härteren Formationen, wie Granit und hartem Sandstein, zeigten völlig zusammengefallene Oberflächen, wo das Kobalt geschmolzen war, die länglicheren und hexagonalen WC-Körner werden zerstoßen und fallen zusammen, und ganze Teile des Meißels gleiten wegen der extremen Hitze weg. Risse wuchsen bald so stark, daß innerhalb weniger Minuten der Bruchzustand erreicht wird.
Qualitäten gemäß der Erfindung wurden klar so gestaltet, daß sie in harten Formationen lange Zeiten schnitten, wobei sie ein stabiles Verschleißbild ohne tiefe Risse zeigten. Wegen der starken Aneinandergrenzung des WC-Skeletts fand man, daß die Wärmeleitfähigkeit 134 W/m ºC für eine Qualität mit 6% Co mit einer gleichmäßigen Korngröße von 14 um war. Dies ist überraschend hoch und ein Wert, den man normalerweise für reines WC gibt, was bedeutet, daß diese abgerundeten gleichmäßigen und groben WC-Körner in guter Berührung miteinander stehen, völlig die Leitung von Wärme durch den Hartmetallkörper bestimmen und den Meißelspitzenpunkt überraschend kühl halten, selbst bei hohen Reibungskräften. Die sehr wenigen Korngrenzen WC/WC und WC/Co in einer grobkörnigen Qualität im Vergleich zu einem feinkörnigen Material muß auch eine Menge zu der ausgezeichneten Wärmeleitfähigkeit wegen der Tatsache beitragen, daß die Wärmeüberführung durch eine Korngrenze langsamer als in dem reinen Korn selbst verläuft.
Die Wärmeleitfähigkeit muß höher als 130 W/m ºC für eine Qualität mit 5 bis 7% Kobalt sein.
Das Aneinandergrenzen C sollte > 0,5 sein und wird durch lineare Analyse bestimmt.
worin NWC/WC die Anzahl der Carbid/Carbid- und NWC/Binder die Anzahl der Carbid/Binder- Grenzflächen je Längeneinheit der Bezugslinie ist.
Das Aneinandergrenzen für ein Hartmetall in 6% Co und 10 um, hergestellt nach der Erfindung, ist 0,62 bis 0,66, d. h. muß > 0,6 sein. Für ein herkömmlich hergestelltes Hartmetall mit 6% Co und 8 bis 10 um ist das Aneinandergrenzen nur 0,42 bis 0,44.
Hochtemperaturhärtemessungen zeigten überraschenderweise, daß von 400ºC an die Abnahme der Härte mit zunehmender Temperatur viel langsamer eine gleichmäßige und sehr grobe Hartmetallstruktur ist im Vergleich mit einer Qualität mit feinerer oder gleichmäßigerer Korngröße. Eine Qualität mit 6% Co und 2 um Korngröße mit einer Härte von 1480 HV3 bei Raumtemperatur wurde mit einer Qualität mit 6% Cö und 10 um mit einer Raumtemperaturhärte von 1000 HV3 verglichen. Bei 800ºC hatte die feinkörnige Qualität eine Härte von 600 HV3, und die Qualität nach der Erfindung hatte nahezu die gleiche bzw. 570 HV3.
Die Festigkeitswerte, z. B. die TRS-Werte, liegen bis zu 20% höher und mit einem Drittel der Streuung für einen Körper, der gemäß der Erfindung hergestellt wurde, im Vergleich mit einem herkömmlich hergestellten der gleichen Zusammensetzung und mittleren Korngröße.
Gemäß der vorliegenden Erfindung, die in den Ansprüchen definiert ist, wird nun eine Hartmetallqualität für Gesteinsausschachtungszwecke mit 96 bis 88% WC, vorzugsweise 95 bis 91 Gew.-% WC mit einer Bindephase, die aus nur Kobalt oder Kobalt und Nickel besteht, wobei maximal 25% des Binders Nickel sind, gegebenenfalls mit kleinen Zusätzen an Seltenen Erdelementen, wie Ce und Y, bis zu maximal 2% der Gesamtzusammensetzung bereitgestellt. Die WC-Körner sind wegen des Verfahrens der Beschichtung des WC mit Kobalt abgerundet und nicht umkristallisiert oder mit Kornwachstum oder sehr scharfeckigen Körnern, wie sie herkömmlicherweise bei vermahlenem WC auftreten. Die mittlere Korngröße sollte 10 bis 20 um sein. Um ein Hartmetall mit den obenerwähnten guten thermomechanischen Eigenschaften zu bekommen, muß das Aneinandergrenzen mehr als 0,5 sein, und daher muß das Korngrößenverteilungsband sehr eng sein. Die maximale Korngröße darf niemals das Zweifache des mittleren Wertes überschreiten, noch dürfen mehr als 2% der in der Struktur gefundenen Körner unter der Hälfte der mittleren Korngröße liegen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform, die beim Schneiden von hartem Gestein brauchbar ist, z. B. bei Tunnelbauanwendungen mit Straßenausräumern oder beim Schneiden von harter Kohle, wobei auch die Sandsteindecke und der Sandsteinboden geschnitten werden, ist ein Hartmetall mit einem Bindephasengehalt von 6 bis 8% und einer mittleren Korngröße von 12 bis 18 um vorteilhaft.
Hartmetall für das Abtragen von Stein wird durch Strahlmühlenbehandlung mit oder ohne Sieben eines WC-Pulvers zu einem Pulver mit enger Korngrößenverteilung, worin die feinen und groben Körner entfernt werden, hergestellt. Dieses WC-Pulver wird dann mit Co gemäß einem der obenerwähnten US-Patente beschichtet. Das WC-Pulver wird sorgfältig naß zu einem Schlamm, gegebenenfalls mit mehr Co, um die erwünschte Endzusammensetzung zu erhalten, und Preßmittel vermischt. Außerdem werden, um ein Absitzen der groben WC-Teilchen zu vermeiden, Verdickungsmittel gemäß der schwedischen Patentanmeldung Nr. 9 702 154-7 zugegeben. Das Vermischen soll so geschehen, daß ein gleichmäßiges Gemisch ohne Vermahlen erhalten wird, d. h. es soll keine Verminderung der Korngröße stattfinden. Der Schlamm wird durch Sprühtrocknen getrocknet. Aus dem sprühgetrockneten Pulver werden Hartmetallkörper nach Standardpraxis gepreßt und gesintert.

Beispiel 1

In einem Kohlebergwerk im Witbank-Bereich in Südafrika wurde ein Test mit Punktangriffsmeißeln in einem kontinuierlichen Abbaubetrieb durchgeführt:
Maschine: Joy Continuous Miner HM
Trommelweite: 6 m
Durchmesser: 1,6 m
Schneidgeschwindigkeit: 3 m/sec. Wasserkühlung bei 20 bar von der Rückseite der Werkzeugbox
Werkzeuge: 54 Boxen mit alternierenden Werkzeugen der Varianten A und B
Schäfte: 25 mm Carbid 16 mm Durchmesser mit konischer Spitze
Gangart: Schleifkohle mit hohem Pyritgehalt, Sandsteindecke
Kohlegangarthöhe: 3,8 m
Variante A. 8% Co und 8 bis 10 um WC-Korngröße mit breiter Korngrößenverteilung, herkömmlich hergestellt durch Vermahlen von WC- und Co-Pulver in einer Kugelmühle zusammen mit Preßhilfsmitteln und Mahlflüssigkeit und anschließend sprühgetrocknet. Siehe Strukturphotographie in Fig. 1.
Variante B: 8% Co. und 10 um WC-Korngröße, hergestellt gemäß US-Patentschrift Nr. 5 505 902, wo ein deagglomeriertes und gesiebtes WC-Pulver einer Korngröße von 9 bis 11 um und einer Mengenkorngrößenverteilung (die maximale Korngröße überschritt nicht das Zweifache der mittleren Korngröße, und weniger als 2% der Körner waren geringer als die Hälfte der mittleren Korngröße) mit Co beschichtet wurde und mit Mahlflüssigkeit, Preßmitteln und Verdickern sorgfältig vermischt und dann sprühgetrocknet wurde (siehe die Strukturphotographie in Fig. 2).
Hartmetallkörper wurden durch Pressen und Sintern gemäß herkömmlicher Technik aus beiden Varianten hergestellt und in die Werkzeuge mit J & Ms S-Bronze in dem gleichen Arbeitsgang eingelötet.
Ergebnisse: Nach dem Ausschneiden eines 6 m breiten und 14 m tiefen Abschnittes oder von 520 t Kohle wurden heftige Vibrationen und Lageschwankungen der Maschine wegen großer Steineinschlüsse in der Spitze des Saums bemerkt, und die Decke fiel plötzlich 200 mm. Die Maschine wurde angehalten, und die Werkzeuge wurden inspiziert
Variante A: Elf Werkzeuge mit gebrochenem Hartmetall. Sechs Werkzeuge wurden ausgemustert. 17 Werkzeuge wurden ausgetauscht.
Variante B: Vier Hartmetallbrüche. Drei ausgemusterte Werkzeuge. Sieben Werkzeuge ausgetauscht.
Nach zwei Wechseln wurden alle Werkzeuge herausgenommen. 1300 t Kohle wurden insgesamt geschnitten und dann der Test angehalten.
Variante A. Sieben Werkzeuge gebrochen. Sechzehn Werkzeuge wurden ausgemustert. Vier Werkzeuge waren noch in Ordnung.
Variante B: Zwei Werkzeuge waren gebrochen. Zehn Werkzeuge wurden ausgemustert. Fünfzehn Werkzeuge waren noch in Ordnung.
Variante A: 14 t Kohle je Arbeitsgang wurden erzeugt.
Variante B: 24 t Kohle je Arbeitsgang wurden erzeugt.

Beispiel 2

In einer Testausrüstung bei Voest-Alpine in deren Laboratorien bei Zeltweg in Österreich wurde ein Test in Granitblöcken durchgeführt. Ein Ausleger mit Schneidkopf von einem Alpine Miner AM 85 wurde mit nur einem in einem Stein schneidenden Werkzeug (1 · 1 · 1 m³) verwendet, welches um 90º zu der Schneidrichtung bewegt wurde.

Maschinenparameter:

Schneidgeschwindigkeit: 1,37 m/sec
Schneidtiefe: 10 mm
Abstand: 20 mm
Maximalkraft: 20 t
Stein: Granit mit einer Kompressionsfestigkeit von 138 MPa
Quarzgehalt: 58% Cherchar-Schneidbarkeitsindex:: 3,8
Werkzeuge: 1500 mm lange Straßenräumermeißel mit stufenweise ausgebildetem Schaft von 30 bis 35 mm
Hartmetall: In Einsätze von 35 mm Länge mit einem Durchmesser von 25 mm und einem Gewicht von 185 g eingelötet
Variante A. 6% Co, 9 bis 10 um Korngröße; herkömmlich mit Härte 1080 HV3 hergestellt.
Variante B: 8% Co, 9 bis 10 um Korngröße, auch herkömmlich hergestellt mit Härte 980 HV3.
Variante C: 6% Co, 14 bis 15 um perfekt gleichmäßige Korngröße (d. h. etwa 95% aller Körner im Bereich von 14 bis 15 um), hergestellt nach der Methode, die in Beispiel 1 beschrieben ist, d. h. gemäß der Erfindung mit einer Härte von 980 HV3.
Drei Werkzeuge je Variante wurden bis zu 100 m Länge in dem Stein getestet. Kühlen mit Wasserdüse von hinten. Der Wasserdruck war 100 bar. Die Meißeldrehung betrug 10º/U. Ergebnis:
Das ausgezeichnete Ergebnis im Beispiel 2 infolge der Tatsache, daß das Hartmetall der Variante C bei niedrigeren Temperaturen aufgrund der höheren Wärmeleitfähigkeit arbeitete, führte somit zu einer besseren Härte und Verschleißbeständigkeit. Die TRS-Werte der Variante C waren 2850 ± 100 N/mm², was überraschend höher als jener der Variante B mit der gleichen Härte ist. Dies trägt natürlich auch zu dem überlegenen Ergebnis für das Hartmetall bei, welches gemäß der Erfindung hergestellt wurde. TRS für Variante B: 2500 ± 250 N/mm² und Variante A: 2400 ± 360 N/mm².

Beispiel 3

Meißel für Schlagrohrbohren mit zwei Typen von Hartmetallknöpfen wurden in LKAB's Eisenerz in Kiruna hergestellt und getestet. Das Hartmetall hatte eine WC-Korngröße von 8 um und einen Kobaltgehalt von 6 Gew.-% und einen WC-Gehalt von 94 Gew.-%.
Variante A: Pulver von Co, WC, Preßhilfsmittel und Mahlflüssigkeit in erwünschten Mengen wurden in Kugelmühlen vermahlen, getrocknet, gepreßt und nach herkömmlichen Methoden gesintert. Das Hartmetall hatte eine Mikrostruktur mit breiter Korngrößenverteilung.
Variante B: WC-Pulver wurde in einer Strahlmühle verarbeitet und in das Korngrößenintervall 6,5 bis 9 um getrennt und dann mit Kobalt nach der in der US-Patentschrift Nr. 5 505 902 beschriebenen Methode beschichtet, was zu einem WC-Pulver mit 2 Gew.-% Kobalt führte. Dieses Pulver wurde sorgfältig ohne Vermahlen mit erwünschten Mengen an Kobalt, Verdickungsmitteln, Mahlflüssigkeiten und Preßhilfsmitteln vermischt. Nach dem Trocknen wurde das Pulver verdichtet und gesintert, was zu einer Mikrostruktur mit enger Korngrößenverteilung führte, wobei etwa > 95% aller Körner zwischen 6,5 und 9 um lagen (nicht nach der Erfindung).
Das Aneinandergrenzen für beide Varianten wurde bestimmt:
Variante A: 0,41 Variante B: 0,61
Knöpfe mit einem Durchmesser von 14 mm (Umfang und Frontseite) wurden aus beiden Varianten hergestellt und jeweils zu fünf Meißeln gepreßt. Die Meißel hatten eine flache Stirnfläche und einen Durchmesser von 115 mm. Die Testausstattung war ein Tamrock SOLO 60 mit einen HL 1000 und den folgenden Bohrparametern:
Schlagdruck: etwa 175 bar
Vorschubdruck: 86 bis 88 bar
Drehdruck: 37 bis 39 bar, etwa 60 U/min
Durchdringungsgeschwindigkeit: 0,75 bis 0,95 m/min
Der Test wurde in Magnetiterz durchgeführt, welches hohe Temperaturen und "Schlangenhaut" infolge Wärmeausdehnungen in den Verschleißoberflächen erzeugt, Ergebnisse:
Variante A: Nach 100 m Bohren zeigten die Knöpfe ein Hitzerißbild, und bei Untersuchung eines Querschnittes einer Verschleißoberfläche eines Knopfes von einem Meißel wurden kleine Risse gefunden, die in das Material voranschritten. Diese Risse verursachen kleine Brüche in der Struktur, und die Knöpfe haben kürzere Standzeit. Die mittlere Standzeit nach dem Nachschleifen alle 100 m war bei diesen Meißeln 530 m.
Variante B: Nach dem Bohren von 100 m zeigten die Knöpfe kein oder nur minimales Hitzerißbild, und der Querschnitt der Mikrostruktur zeigte keine Risse, die sich in das Material fortpflanzten. Nur kleine Teile von gerissenen Körnern an der Verschleißoberfläche waren sichtbar. Die mittlere Standzeit für diese Meißel nach dem Nachschleifen alle 200 m war 720 m.

Claims

1. Hartmetall für Gesteinsevakuierzwecke mit 96 bis 98% WC und dem Rest einer Bindephase, die nur aus Kobalt oder Kobalt und Nickel besteht, wobei maximal 25% des Binders aus Ni bestehen, gegebenenfalls mit maximal 2% Seltenen Erdemetallen, worin die WC-Körner abgerundet und nicht umkristallisiert sind oder Kornwachstum oder sehr scharfeckige Körner zeigen, wobei die mittlere Korngröße 10 bis 20 um beträgt, die maximale Korngröße niemals das Zweifache des Mittelwertes übersteigt und nicht mehr als 2% der in der Struktur zu findenden Körner kleiner als die Hälfte der mittleren Korngröße sind und einer gegenseitigen Berührung C < 0,5 ist, wie durch fortgesetzte Analyse bestimmt wird:

worin NWC/WC die Anzahl von Carbid/Carbid ist Und NWC/Binder die Anzahl von Carbid/Bindergrenzen je Mengeneinheit einer Bezugslinie ist.

2. Hartmetall nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Binderphasengehalt von 6 bis 8% und eine mittlere Korngröße von 12 bis 18 um.

3. Hartmetall nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Wärmeleitfähigkeit > 130 W/m ºC für 5 bis 7% Co.