DEP0001557BA

DEP0001557BA - Hard metal alloys with high thermal conductivity.

Info

Publication number: DEP0001557BA
Authority: DE
Inventors: Curt Dr. Agte
Original assignee: Skoda-Werke, Nationalunternehmen, Pilsen
Publication date: 1950-08-24

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.As is well known, tungsten carbide-titanium carbide-cobalt alloys are currently among the technically most important hard metals. They are ideal for machining long-chipping materials such as all types of steel, but can also be used for machining other materials such as cast iron, light metal alloys, etc.; Accordingly, given suitable compositions, they also have a more general application than tungsten carbide-cobalt alloys.

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 desHowever, the titanium carbide-containing tungsten carbide-cobalt hard metals have some properties which have an unfavorable effect on their machining in the manufacture of cutting tools and which, moreover, are not to be regarded as advantageous in their use. Above all, it is the low thermal conductivity that has an unfavorable effect. While titanium carbide-free carbide types have a thermal conductivity that is twice as high as that of steel - i.e. 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.Cutting edge carrier - is, the same is very considerably reduced by adding titanium carbide to the WC-Co / alloys. With a TiC content of 25%, the thermal conductivity is only half that of steel, namely 0.05 compared to 0.10 for steel and 0.19 for a WC hard metal with 6% cobalt.

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.This low thermal conductivity has the disadvantage that when the hard metal plates are ground, the heat accumulates on the cutting edges to be ground, since it is only slowly dissipated. The result is strong local heating on the cutting edges, which can easily give rise to grinding cracks. As a result, WC-Co hard metal alloys with higher TiC contents are extremely sensitive to grinding. The grinding sensitivity increases as the titanium carbide content increases.

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.But even when using titanium carbide-containing WC-CO hard metals, that is to say during the actual machining work, the low thermal conductivity manifests itself in a disadvantageous way. The amount of heat that occurs during machining is only slowly dissipated from the cutting edge, so that relatively high cutting temperatures arise.

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 hoheAccording to the invention, all these disadvantages can be avoided in a simple manner, as a result of which the properties of the titanium carbide-containing WC-CO hard metals, which are very remarkable in themselves, are further advantageously improved. It is only necessary to add a substance to the alloys which is characterized by an extremely high

Wärmeleitfähigkeit auszeichnet und dessen Zusatz dazu beiträgt, die an sich geringe Wärmeleitfähigkeit der genannten Legierungen zu erhöhen.Characteristic thermal conductivity and its addition helps to increase the inherently low thermal conductivity of the alloys mentioned.

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.A requirement of such a substance must, however, not be alloyed with the hard carbides, otherwise its effectiveness would be impaired. It is also favorable if it melts slightly below or at the sintering temperature so that a good distribution in the hard metal mass is achieved. In addition, it may only be present in such a small amount that it does not adversely affect the other properties of the hard metals, such as their hardness and strength.

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 oderAll of these requirements are met almost perfectly by copper. This metal shows a thermal conductivity of 0.90 which is almost 10 times as large as that of steel and almost 20 times as large as that of a WC-Co alloy with 25% titanium carbide and 6% cobalt. At the sintering temperature of hard metals, copper is present in the liquid phase, but does not alloy with the carbides. In this respect, too, it is absolutely sufficient for the requirements set. Relatively small amounts of copper are sufficient to achieve the desired effect. Additions of just 0.5 to 3% increase the thermal conductivity of a hard metal alloy containing titanium carbide considerably. Beryllium has the same effect as copper. The hardness and strength of the hard metal alloy is determined by additions of copper or

Beryllium in diesen Mengen nur wenig - allerdings im günstigsten Sinne -beeinflusst. Nennenswerte Leistungsverminderungen bei der Zerspanung treten jedoch dadurch nicht auf.Beryllium only slightly influenced in these quantities - albeit in the most favorable sense. However, this does not result in any noticeable reductions in performance during machining.

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.Copper or beryllium can be added to the hard metal in a wide variety of ways. For example, you can add the copper as a fine-grain metal powder before grinding or add it to the ground material in the form of a concentrated aqueous solution of a cupro or cupric salt. In the subsequent reduction of the ground hard metal powder, which is usually carried out after the grinding process, the copper salt is reduced to metallic copper. Otherwise, the other manufacturing conditions for the hard metal do not differ from the usual ones. The sintering temperature is also the same as for copper-free alloys.

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.When soldering the hard metal plates, which contain smaller amounts of copper to increase the thermal conductivity, it is not advisable to use copper as a solder, since otherwise the copper part of the hard metal alloy would also melt. Rather, soldering must be carried out using appropriate bronze or brass solders at temperatures below the melting point of copper (1083 ° C).

Claims

1. WC-TiC-Co hard metal alloys or hard alloys constructed in a similar way, characterized in that copper or beryllium are added in amounts of 0.5 to 3% to improve the heat dissipation during the grinding or machining process.

2. Process for the production of hard metal alloys according to claim 1, characterized in that the copper or beryllium is added in the form of water-soluble salts before the grinding and after the grinding process a post-reduction is carried out at temperatures of up to 700 ° C.