DEP0001557BA - Hartmetallegierungen hoher Wärmeleitfähigkeit. - Google Patents

Description

Wolframkarbid-Titankarbid-Kobaltlegierungen gehören bekanntlich zu den derzeit technisch wichtigsten Hartmetallen überhaupt. Sie eignen sich hervorragend zur Bearbeitung langspanender Werkstoffe, wie Stahl aller Art, sind aber auch zur Zerspanung anderer Werkstoffe, wie Guss, Leichtmetallegierungen usw. brauchbar; sie besitzen demnach bei geeigneten Zusammensetzungen auch eine allgemeinere Anwendung, als Wolframkarbid-Kobaltlegierungen.

Den titankarbidhaltigen Wolframkarbid-Kobalt-Hartmetallen haften jedoch einige Eigenschaften an, die ihre Bearbeitung bei der Herstellung spanabhebender Werkzeuge ungünstig beeinflussen und die ausserdem nicht als vorteilhaft bei ihrer Verwendung anzusehen sind. Vor allem ist es die niedrige Wärmeleitfähigkeit, die sich ungünstig auswirkt. Während titankarbidfreie Hartmetallsorten eine Wärmeleitfähigkeit besitzen, die doppelt so gross als die von Stahl - also des

Schneidenträgers - ist, wird dieselbe durch einen Zusatz von Titankarbid zu den WC-Co/Legierungen sehr erheblich erniedrigt. Bei einem Gehalt von 25% TiC ist die Wärmeleitfähigkeit nur noch die Hälfte derjenigen des Stahles, nämlich 0,05 gegenüber 0,10 bei Stahl und 0,19 bei einem WC-Hartmetall mit 6% Kobalt.

Diese niedrige Wärmeleitfähigkeit besitzt den Nachteil, dass sich beim Schleifen der Hartmetallplatten die Wärme an den zu schleifenden Schneiden staut, da sie nur langsam abgeführt wird. Die Folge sind starke örtliche Erwärmungen an den Schneidkanten, die leicht zu Schleifrissen Veranlassung geben. Demzufolge sind WC-Co-Hartmetallegierungen mit höheren TiC-Gehalten überaus schleifempfindlich. Die Schleifempfindlichkeit nimmt mit Erhöhung des Titankarbidgehaltes zu.

Aber auch bei der Anwendung titankarbidhaltiger WC-CO-Hartmetalle, also bei der eigentlichen Zerspanungsarbeit, äussert sich die niedrige Wärmeleitfähigkeit in nachteiliger Weise. Die bei der Zerspanung auftretende Wärmemenge wird nur langsam von der Schneidkante abgeführt, sodass verhältnismässig hohe Schnittemperaturen entstehen.

Alle diese Nachteile lassen sich erfindungsgemäss in einfacher Weise vermeiden, wodurch die an sich sehr bemerkenswerten Eigenschaften der titankarbidhaltigen WC-CO-Hartmetalle weiter vorteilhaft verbessert werden. Es ist nur nötig, den Legierungen einen Stoff hinzugeben, der sich durch eine überaus hohe

Wärmeleitfähigkeit auszeichnet und dessen Zusatz dazu beiträgt, die an sich geringe Wärmeleitfähigkeit der genannten Legierungen zu erhöhen.

Von einem derartigen Stoff muss allerdings gefordert werden, dass er sich mit den harten Karbiden nicht legiert, andernfalls seine Wirksamkeit beeinträchtigt werden würde. Günstig ist es weiterhin, wenn er etwas unterhalb oder bei den Sintertemperaturen schmilzt, damit eine gute Verteilung in der Hartmetallmasse erreicht wird. Er darf ausserdem nur in so geringer Menge vorhanden sein, dass er die sonstigen Eigenschaften der Hartmetalle, wie ihre Härte und Festigkeit, nicht ungünstig beeinflusst.

Alle diese Anforderungen erfüllt in nahezu vollkommener Weise Kupfer. Dieses Metall zeigt eine Wärmeleitfähigkeit von 0,90 die nahezu 10 mal so gross als die von Stahl und fast 20-mal so gross als die einer WC-Co-Legierung mit 25% Titankarbid und 6% Kobalt ist. Bei der Sintertemperatur von Hartmetallen ist Kupfer in flüssiger Phase vorhanden, legiert sich aber nicht mit den Karbiden. Es genügt also auch in dieser Beziehung durchaus den gestellten Anforderungen. Um die gewünschte Wirkung zu erzielen, genügen verhältnismässig geringe Zusätze an Kupfer. Schon Zusätze von 0,5 bis 3% erhöhen die Wärmeleitfähigkeit einer titankarbidhaltigen Hartmetallegierung beträchtlich. Dieselbe Wirkung wie Kupfer übt auch Beryllium aus. Die Härte und Festigkeit der Hartmetallegierung wird durch Zusätze an Kupfer oder

Beryllium in diesen Mengen nur wenig - allerdings im günstigsten Sinne -beeinflusst. Nennenswerte Leistungsverminderungen bei der Zerspanung treten jedoch dadurch nicht auf.

Der Zusatz von Kupfer oder Beryllium zum Hartmetall kann in der verschiedensten Weise erfolgen. Man kann z.B. das Kupfer als feinkörniges Metallpulver vor dem Mahlen hinzufügen oder auch dem Mahlgut in Form der konzentrierten wässrigen Lösung eines Cupro- oder Cuprisalzes hinzusetzen. Bei der meist nach dem Mahlprozess vorgenommenen Nachreduktion des gemahlenen Hartmetallpulvers wird das Kupfersalz zu metallischem Kupfer reduziert. Im übrigen unterscheiden sich die sonstigen Herstellungsbedingungen des Hartmetalles nicht von den üblichen. Auch die Sintertemperatur ist die gleiche wie bei kupferfreien Legierungen.

Bei dem Auflöten der Hartmetallplatten, die kleinere Anteile an Kupfer zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit enthalten, empfiehlt es sich nicht, Kupfer als Lötmittel zu verwenden, da der Kupferanteil der Hartmetallegierung sonst gleichfalls schmelzen würde. Das Auflöten muss vielmehr unter Verwendung entsprechender Bronze- oder Messinglote bei Temperaturen vorgenommen werden, die unterhalb des Schmelzpunktes von Kupfer (1083°C) liegen.

Claims (2)

1. WC-TiC-Co- Hartmetallegierungen oder in ähnlicher Weise aufgebaute Hartlegierungen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbesserung der Wärmeableitung beim Schleif- oder Zerspanungsvorgang Kupfer oder Beryllium in Mengen von 0,5 bis 3% hinzulegiert sind.

2. Verfahren zur Herstellung von Hartmetallegierungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupfer oder Beryllium in Form von wasserlöslichen Salzen vor dem Mahlen zugesetzt und nach dem Mahlprozess eine Nachreduktion bei Temperaturen bis zu 700°C durchgeführt wird.