JP2024518384A - Manufacturing method of sintered carbonized body - Google Patents

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Abstract

本発明は、焼結炭化物体の製造方法であって、混合および/または粉砕プロセス、有利には湿式粉砕プロセスで、炭化タングステン粉末(WC粉末)と、コバルト粉末(Co)、ニッケル(Ni)およびアルミニウム(Al)を含む金属バインダー材料とを混合して粉末混合物を形成し、粉末混合物の少なくとも一部からプレス加工により未焼結圧縮体を製造し、未焼結圧縮体を焼結工程で温度および圧力の作用下で焼結させ、焼結工程に続く冷却工程の後に焼結炭化物体が形成される方法に関する。耐摩耗性の向上と同時に高い破壊強度をも特徴とする焼結炭化物体の容易に制御可能でかつ信頼性の高い製造方法を創作するため、本発明によれば、金属間化合物相材料としてニッケルアルミナイド、有利にはニッケルアルミナイド粉末、特にNi3Al粉末を混合および/または粉砕プロセスに添加することが提供される。The present invention relates to a method for the manufacture of sintered carbide bodies, comprising mixing tungsten carbide powder (WC powder) with a metallic binder material comprising cobalt powder (Co), nickel (Ni) and aluminium (Al) in a mixing and/or grinding process, preferably a wet grinding process, forming a powder mixture, producing a green compact from at least a part of the powder mixture by pressing, sintering the green compact under the action of temperature and pressure in a sintering step, and forming a sintered carbide body after a cooling step following the sintering step.To create an easily controllable and reliable method for the manufacture of sintered carbide bodies, characterized by an increased wear resistance and at the same time a high fracture strength, according to the present invention, it is provided to add nickel aluminide as intermetallic phase material to the mixing and/or grinding process, preferably nickel aluminide powder, in particular Ni3Al powder.

Description

本発明は、焼結炭化物体の製造方法であって、混合および/または粉砕プロセス、有利には湿式粉砕プロセスで、炭化タングステン粉末(WC粉末)と、コバルト粉末(Co)、ニッケル(Ni)およびアルミニウム(Al)を含む金属バインダー材料とを混合して粉末混合物を形成し、粉末混合物の少なくとも一部からプレス加工により未焼結圧縮体を製造し、未焼結圧縮体を焼結工程で温度および圧力の作用下で焼結させ、焼結工程に続く冷却工程の後に焼結炭化物体が形成される、方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a sintered carbide body, comprising mixing tungsten carbide powder (WC powder) with a metal binder material comprising cobalt powder (Co), nickel (Ni) and aluminium (Al) in a mixing and/or grinding process, preferably a wet grinding process, to form a powder mixture, producing a green compact from at least a part of the powder mixture by pressing, sintering the green compact under the action of temperature and pressure in a sintering step, and forming a sintered carbide body after a cooling step following the sintering step.

欧州特許第2691198号明細書には、焼結炭化物材料、すなわち硬質合金体(炭化タングステン材料)およびその製造方法が記載されている。この公知の製法によれば、粗結晶粒炭化タングステンと、化学量論量よりも多い割合の炭素およびコバルト粉末とを含む粉末を混合する。さらに、この粉末に粉末状のタングステンを加える。タングステン粉末およびコバルト粉末は、約1μmの平均粒径を有していた。粗結晶粒炭化タングステンは、40.8μmの平均粒径を有していた。 EP 2 691 198 describes a sintered carbide material, i.e. a hard alloy body (tungsten carbide material) and a method for its production. According to this known method, a powder containing coarse-grained tungsten carbide and a larger than stoichiometric proportion of carbon and cobalt powder is mixed. Powdered tungsten is then added to this powder. The tungsten powder and the cobalt powder had an average grain size of about 1 μm. The coarse-grained tungsten carbide had an average grain size of 40.8 μm.

次いで、この粉末をボールミルで粉砕し、これにヘキサンおよびパラフィンワックスを加えた。この混合物からプレス加工により未焼結圧縮体を製造し、次いで、この未焼結圧縮体を焼結させた。焼結工程後、得られた焼結炭化物材料を熱処理に供した。その際、これを600℃まで加熱し、この温度で10時間保持した。 The powder was then ground in a ball mill, to which hexane and paraffin wax were added. A green compact was produced from the mixture by pressing, and the green compact was then sintered. After the sintering process, the resulting sintered carbide material was subjected to a heat treatment, in which it was heated to 600°C and held at this temperature for 10 hours.

後続の冷却工程の後に、焼結炭化物材料を分析に供した。その際、焼結炭化物材料は結合相中にナノ粒子を有し、ナノ粒子は10nm未満のサイズを有することが判明した。ナノ粒子は、イータ相(CoC)もしくは(CoC)またはシータ相(CoC)によって形成されていた。ナノ粒子の粒度は、10nm未満であった。 After a subsequent cooling step, the cemented carbide material was subjected to analysis, where it was found to have nanoparticles in the binder phase, the nanoparticles having a size of less than 10 nm. The nanoparticles were formed by eta phase ( Co3W3C ) or ( Co6W6C ) or theta phase ( Co2W4C ). The grain size of the nanoparticles was less than 10 nm .

ナノ粒子は、結合相の強化を伴うことが判明した。これにより、焼結炭化物材料の硬度を高めることができる。これらの素材の欠点は、ナノ粒子の熱安定性が欠如していることにある。これにより、高温用途や高温入力が発生する用途には、限られた範囲でしか適していない。 Nanoparticles have been found to be associated with a strengthening of the binder phase, which can increase the hardness of cemented carbide materials. The drawback of these materials is the lack of thermal stability of nanoparticles, which makes them only suitable to a limited extent for high temperature applications or applications where high temperature inputs are present.

岩石加工や、アスファルトやコンクリートの切削加工の際には、摩擦により工具表面に非常に高い温度が発生する。硬質材料の炭化タングステンは、このような温度でも高温硬度が高く、こうした温度にはさほど影響を受けない。しかし、金属バインダーの強度は、このような温度で劇的に低下する。金属バインダーの強度が低下すると、使用による応力の結果、摩滅・摩耗の増加や結合相の溶出が起こる。その結果、炭化タングステン結晶粒を硬質合金中に保持できなくなる。 During rock processing and cutting of asphalt and concrete, friction generates very high temperatures on the tool surface. The hard material tungsten carbide is not significantly affected by these temperatures, as it has a high hot hardness even at these temperatures. However, the strength of the metal binder decreases dramatically at these temperatures. When the strength of the metal binder decreases, the stresses of use result in increased wear and tear and dissolution of the binding phase. As a result, the tungsten carbide grains can no longer be held in the hard alloy.

本発明の課題は、耐摩耗性の向上と同時に高い破壊強度をも特徴とする焼結炭化物体の容易に制御可能でかつ信頼性の高い製造方法を創作することである。 The objective of the present invention is to create an easily controllable and reliable method for producing sintered carbide bodies that are characterized by high fracture strength while at the same time having improved wear resistance.

この課題は、金属間化合物相材料としてニッケルアルミナイド、有利にはニッケルアルミナイド粉末、特にNiAl粉末を混合および/または粉砕プロセスに添加することによって解決される。 This problem is solved by adding nickel aluminide, preferably nickel aluminide powder, in particular Ni 3 Al powder, as intermetallic phase material to the mixing and/or milling process.

本発明の趣意において、ニッケルアルミナイドとは、少なくともNiおよびAlを含み、NiおよびAlが結晶構造において互いに結合している金属間化合物相材料であり得る。 For the purposes of this invention, nickel aluminide can be an intermetallic phase material that contains at least Ni and Al, where the Ni and Al are bonded to each other in the crystal structure.

本発明の範囲において、ニッケルアルミナイドとは、合金化ニッケルアルミナイド(例えば、スズと合金化したニッケルアルミナイド)とも理解される。 Within the scope of the present invention, nickel aluminides are also understood to mean alloyed nickel aluminides (e.g. nickel aluminides alloyed with tin).

本発明の趣意において、ニッケルアルミナイドとは、特に粉末状の非晶質材料とも理解される。 In the sense of the present invention, nickel aluminide is also understood to mean an amorphous material, especially in powder form.

ニッケルアルミナイドは、作業安全または労働者保護の観点から特別な注意を払う必要なく、混合または粉砕プロセスに添加することができる。特に、Alを単体の形態で添加した場合に必要となる脱酸は不要である。さらに、これにより、混合および/または粉砕プロセスにニッケルアルミナイドを正確な計量供給量で添加するだけでよくなり、その結果、信頼性および再現性のある製造が容易に可能になる。 Nickel aluminide can be added to the mixing or grinding process without the need for special precautions in terms of work safety or worker protection. In particular, no deoxidation is required, as would be necessary if Al were added in elemental form. Furthermore, this allows the nickel aluminide to be added to the mixing and/or grinding process in precisely metered amounts, which in turn facilitates reliable and reproducible production.

本発明による方法により、すでに強化結合相を有しており、かつ/または強化結合相を形成する準備がなされている焼結炭化物材料、特に硬質合金(特に、例えば「超硬合金」として知られている)を製造することができる。いずれの場合も、結合相は、添加されたニッケルアルミナイドのNiおよびAlの含有により生じる金属間化合物相材料により強化される。 The method according to the invention makes it possible to produce cemented carbide materials, in particular hard alloys (e.g. known as "hard metals"), which already have a reinforcing binder phase and/or are prepared to form a reinforcing binder phase. In both cases, the binder phase is strengthened by the intermetallic phase material resulting from the Ni and Al content of the added nickel aluminide.

本発明の好ましい一変形例によれば、焼結された焼結炭化物体に対する、焼結工程に続く冷却工程および/または熱処理が、焼結炭化物体において焼結炭化物体の結合相に金属間化合物相材料が形成されるように制御されることを提供することができ、ここで、金属間化合物相材料の少なくとも一部は、好ましくは構造式(M,Y)(Al,X)に従って形成されており、ここで、M=Niであり、Y=Coおよび/または他の成分であり、X=タングステンおよび/または他の成分である。 According to one preferred variant of the invention, it can be provided that the cooling step and/or the heat treatment of the sintered carbide body subsequent to the sintering step is controlled so that in the sintered carbide body, intermetallic phase materials are formed in the binder phase of the sintered carbide body, at least part of which is preferably formed according to the structural formula (M,Y) 3 (Al,X), where M=Ni, Y=Co and/or other elements and X=tungsten and/or other elements.

ここで、有利には、冷却工程の間に、焼結体を400℃と焼結体のソルバス温度との間の範囲の温度範囲で0.25~24時間保持することが提供可能である。この場合、金属間化合物相材料が、結合相の効果的な強化を達成するのに十分な量およびサイズで確実に形成される。 Here, it is advantageously possible to provide that during the cooling step, the sintered body is held at a temperature ranging between 400°C and the solvus temperature of the sintered body for 0.25 to 24 hours, in order to ensure that intermetallic phase material is formed in sufficient quantity and size to achieve an effective strengthening of the binder phase.

金属間化合物相材料がすでに冷却工程で形成され、結合相中に存在する場合、これは直ちに結合相を強化する。この結果、方法操作が特に容易になる。 If intermetallic phase material is already formed during the cooling process and is present in the bonding phase, this immediately strengthens the bonding phase. This makes the process particularly easy to operate.

焼結炭化物材料が、焼結プロセス後に結合相中に溶解元素NiおよびAlを有する場合、焼結炭化物材料を熱処理することにより金属間化合物相材料を形成することができ、この金属間化合物相材料により結合相が強化され、所望の耐摩耗性の向上が生じる。 When the cemented carbide material has dissolved elements Ni and Al in the binder phase after the sintering process, the cemented carbide material can be heat treated to form an intermetallic phase material that strengthens the binder phase and provides the desired improved wear resistance.

ここで、この熱処理中に、例えば結合相の元素Ni、Co、WおよびAlの少なくとも一部が結合して金属間化合物相材料が形成される。この金属間化合物相材料の少なくとも一部は、構造式(M,Y)(Al,X)に従って形成されていてよく、ここで、M=Niであり、Y=Coおよび/または他の成分であり、X=タングステンおよび/または他の成分である。 During this heat treatment, for example, at least a portion of the binder phase elements Ni, Co, W and Al combine to form an intermetallic phase material, at least a portion of which may be formed according to the formula (M,Y) 3 (Al,X), where M=Ni, Y=Co and/or other elements, and X=tungsten and/or other elements.

ここで、焼結炭化物材料の熱処理は、金属間化合物相材料を想定どおりに形成するのに適した様々な方法で行うことができる。 Here, heat treatment of the cemented carbide material can be carried out in a variety of ways suitable for forming the intermetallic phase material as desired.

ここで、特に、熱処理、特に焼結炭化物材料への外部からの熱の導入であってよい。熱処理は、例えば、活性源が熱さまたは冷たさを発生させ、この活性源が材料に熱を導入するかまたは材料から熱を除去することによって生じさせることができる。したがって、例えば、金属間化合物相材料の形成を、焼結炭化物材料が導入された炉内で行うことができる。また、焼結炭化物材料の表面の少なくとも一部を加熱装置、例えばバーナーに曝すことも考えられる。 Here, in particular, there may be a heat treatment, in particular the introduction of heat from outside into the sintered carbide material. The heat treatment may, for example, be caused by an active source generating heat or cold, which introduces heat into the material or removes heat from the material. Thus, for example, the formation of the intermetallic phase material may take place in a furnace into which the sintered carbide material is introduced. It is also conceivable to expose at least a part of the surface of the sintered carbide material to a heating device, for example a burner.

また、焼結炭化物材料において熱を発生させるために、焼結炭化物材料にエネルギーを導入する励起源が存在することも考えられる。これは、例えば誘導コイルやレーザー装置であってよい。 It is also contemplated that there is an excitation source that introduces energy into the cemented carbide material to generate heat in the cemented carbide material. This may be, for example, an induction coil or a laser device.

また、受動的な加熱によって、すなわち、焼結炭化物材料を有利には想定どおりの運転状態で、または焼結炭化物材料が加工、特に利用される方法工程の過程で使用することによって熱を発生させることも考えられる。 It is also conceivable to generate heat by passive heating, i.e. by using the sintered carbide material, preferably during the intended operating conditions or during the processing, in particular the method steps, in which the sintered carbide material is used.

ここで、例えば、焼結炭化物材料の想定どおりの利用、特に想定どおりの使用、特に工具の使用時に生じるように、例えば摩擦によって焼結炭化物材料において熱が発生する。工具の場合、工具は、加工対象物に対して相対的に(例えば、路面切削用チゼルの場合には、この路面切削用チゼルが路面に対して相対的に)動かされ、これにより摩擦エネルギーが発生し、これによって焼結炭化物材料において熱が発生する。その際に生じる熱を用いて、焼結炭化物材料における金属間化合物相材料の少なくとも部分的な形成による結合相の自己強化効果を達成することができる。 Here, heat is generated in the sintered carbide material, for example by friction, as occurs, for example, during the intended use of the sintered carbide material, in particular during the intended use, in particular during the use of a tool. In the case of a tool, the tool is moved relative to the workpiece (for example, in the case of a road cutting chisel, the road cutting chisel is moved relative to the road surface), which generates frictional energy and thus heat in the sintered carbide material. The heat generated in this case can be used to achieve a self-reinforcing effect of the binder phase by at least partial formation of intermetallic phase material in the sintered carbide material.

想定どおりの運転状態とは、金属間化合物相材料の形成に適した運転温度での、運転に適した焼結炭化物材料の使用と理解することもできる。 The intended operating conditions can also be understood as the use of a cemented carbide material suitable for operation at an operating temperature suitable for the formation of intermetallic phase material.

また、焼結炭化物材料が支持体、例えば工具の基体や担体に施与される方法工程の過程で焼結炭化物材料が受動的に加熱されることも考えられる。その際に生じる熱を利用して、金属間化合物相材料を形成することができる。ここで、考えられる接合方法は、溶接法、例えば摩擦溶接法、電子ビーム溶接法、ろう付け法、例えば硬ろう付け法、炉中ろう付け法、誘導ろう付け法、拡散ろう付け法、クラッド法、例えば爆着である。 It is also conceivable that the sintered carbide material is passively heated during the process step in which it is applied to a support, for example a tool base or carrier. The heat generated in this case can be used to form an intermetallic phase material. Possible joining methods here are welding methods, for example friction welding, electron beam welding, brazing methods, for example hard brazing, furnace brazing, induction brazing, diffusion brazing, cladding methods, for example explosive bonding.

金属間化合物相材料は、金属バインダー中に結晶性のインターカレーションを形成する。 The intermetallic phase material forms crystalline intercalations in the metal binder.

この金属間化合物相材料は、それがインターカレートされている金属バインダー材料に比べて、特に高温で著しく高い強度を有する。摩耗攻撃を受ける焼結炭化物材料の表面において、金属間化合物相材料は、例えば土壌掘削工具で使用される際に金属バインダー材料のエロージョンや溶出を低減する。 This intermetallic phase material has significantly higher strength, especially at high temperatures, than the metal binder material in which it is intercalated. At the surface of the cemented carbide material subjected to wear attack, the intermetallic phase material reduces erosion and dissolution of the metal binder material, for example when used in earth-excavating tools.

土壌掘削工具の動きや、ほぐされた土質や残った土質によって、焼結炭化物材料に摩滅負荷や機械的負荷が生じる。その際、焼結炭化物材料中の炭化タングステン結晶粒は、この摩耗攻撃に対して十分な耐摩耗性を発揮する。ここで、先行技術において問題となるのは、バインダー材料の強度が炭化タングステンよりも著しく低いことである。今や、金属間化合物相材料が、結合相に組み込まれているかあるいは結合相中で形成されるため、金属バインダー材料の急速なエロージョンや溶出が阻止される。 The movement of the soil excavation tool and the loosened and remaining soil materials cause abrasive and mechanical loads on the cemented carbide material. The tungsten carbide grains in the cemented carbide material are then sufficiently resistant to this abrasive attack. The problem in the prior art is that the strength of the binder material is significantly lower than that of tungsten carbide. Now, the intermetallic phase material is incorporated or formed in the binder phase, which prevents rapid erosion and dissolution of the metallic binder material.

さらに、驚くべきことに、金属間化合物相材料によって焼結炭化物材料の内部構造も強化可能であることが判明した。強い衝撃様応力が発生した場合、金属間化合物相材料の結晶によって、炭化タングステン結晶粒をつなぐ結合相の領域における炭化タングステン結晶粒の摺動、ひいては結合相の過剰な塑性変形が低減または阻止される。特に、この場合、金属間化合物相材料の個々の結晶は、互いに支持しあっている。このことは特に、工具の使用温度が高い場合に大きな利点となる。例えば、結合相においてCoを使用した場合、このような温度では、結合相中のCoの強度が低下するが、金属間化合物相材料は、依然としてバインダー材料に十分な支持を確実に提供する。 Furthermore, it has surprisingly been found that the internal structure of the cemented carbide material can also be strengthened by the intermetallic phase material. In the event of strong shock-like stresses, the crystals of the intermetallic phase material reduce or prevent the sliding of the tungsten carbide grains in the region of the binder phase connecting them and thus excessive plastic deformation of the binder phase. In particular, in this case, the individual crystals of the intermetallic phase material support one another. This is of great advantage, especially at high tool operating temperatures. For example, if Co is used in the binder phase, at such temperatures the strength of Co in the binder phase decreases, but the intermetallic phase material still ensures that it provides sufficient support for the binder material.

全体として、本発明による方法により、完成した焼結炭化物材料の耐摩耗性の著しい向上が達成可能であることが判明した。例えば焼結炭化物材料を路面切削機用丸シャンク型チゼルの切削チップの形態で使用すると、耐摩耗性が最大50%向上することが試験により判明した。このような耐摩耗性の大幅な向上を、アスファルトやコンクリートの路面の切削時に達成できることが判明した。 Overall, it has been found that the method according to the invention allows a significant increase in the wear resistance of the finished sintered carbide material to be achieved. For example, tests have shown that when sintered carbide material is used in the form of cutting tips in round shank chisels for road milling machines, the wear resistance can be increased by up to 50%. It has been found that such a significant increase in wear resistance can be achieved when milling asphalt and concrete road surfaces.

焼結炭化物材料により特に、特に農業、林業、あるいは路面建設、鉱業またはトンネル建設の分野で、植物材料、鉱物材料または建築材料の処理、ほぐし、運搬および加工用の工具の作業領域を構築することができる。 Sintered carbide materials can in particular be used to construct the working areas of tools for the treatment, loosening, transport and processing of plant, mineral or building materials, in particular in agriculture, forestry or in the fields of road construction, mining or tunnel construction.

焼結炭化物材料中に金属間化合物相材料が存在する場合、本発明による一変形例によれば、焼結炭化物材料中の金属バインダー材料の割合が、1~28重量%、有利には1~19重量%であることが提供可能である。その際、不可避不純物を除いて、この金属バインダー材料の全割合またはほぼ全割合がCoで形成されていてよい。このような材料選択により、特に強靭な結合相が得られ、この結合相は、既存の金属間化合物相材料や形成される金属間化合物相材料によって効果的に強化される。 If intermetallic phase materials are present in the sintered carbide material, then according to one variant of the invention it can be provided that the proportion of metal binder material in the sintered carbide material is 1 to 28% by weight, preferably 1 to 19% by weight. In this case, the entire or almost entire proportion of this metal binder material, with the exception of unavoidable impurities, can be formed by Co. Such a material selection results in a particularly tough binder phase, which is effectively reinforced by existing or forming intermetallic phase materials.

本発明の一変形例によれば、焼結炭化物材料中の元素NiおよびAlの合計が、焼結炭化物体の少なくとも1つの領域において、1~28重量%、有利には1.5~19重量%であることが提供可能である。この範囲のデータは、存在し得る金属間化合物相材料のNiおよびAlと、結合相に溶解したNiあるいはAlとの双方を考慮したものである。このような組成物により、特に課される要求が高度である硬質合金製の土壌掘削用工具を製造することができる。 According to one variant of the invention, it can be provided that the sum of the elements Ni and Al in the cemented carbide material is 1-28% by weight, advantageously 1.5-19% by weight, in at least one region of the cemented carbide body. This range of data takes into account both the Ni and Al of the intermetallic phase material that may be present, and also the Ni or Al dissolved in the binder phase. Such a composition makes it possible to manufacture earth-digging tools made of hard alloys, for which particularly high demands are imposed.

このような焼結炭化物材料を製造できるようにするために、本発明の可能な一変形例によれば、未焼結圧縮体が、70~95重量%、有利には80~95重量%の炭化タングステン(WC)と、1~28重量%、有利には1~19重量%のコバルト(Co)と、1~28重量%、有利には1.5~19重量%のニッケルアルミナイドとを、有利には金属間化合物相材料として含むことが提供可能である。 In order to be able to produce such a sintered carbide material, according to one possible variant of the invention, it can be provided that the green compact contains, as intermetallic phase materials, 70-95% by weight, preferably 80-95% by weight, of tungsten carbide (WC), 1-28% by weight, preferably 1-19% by weight, of cobalt (Co) and 1-28% by weight, preferably 1.5-19% by weight, of nickel aluminide.

焼結炭化物材料中に金属間化合物相材料が存在しないか、またはわずかしか存在しない場合、本発明の一変形例によれば、焼結炭化物材料中の結合相の割合が5~30重量%、有利には5~20重量%であることが提供可能である。この場合、結合相の半分または大部分は、金属バインダー材料Coによって形成されていてよい。さらに、AlおよびNiが金属バインダー材料として結合相に溶解していてよい。最後に、さらなる元素および不可避不純物も結合相中に存在し得る。 If no or only little intermetallic phase material is present in the sintered carbide material, then according to one variant of the invention it can be provided that the proportion of binder phase in the sintered carbide material is 5 to 30% by weight, preferably 5 to 20% by weight. In this case, half or the majority of the binder phase may be formed by the metallic binder material Co. Furthermore, Al and Ni may be dissolved in the binder phase as metallic binder materials. Finally, further elements and unavoidable impurities may also be present in the binder phase.

本発明によれば、不可避不純物を除いて、結合相が、Co、Ni、Al以外に他の成分、特に溶解したW、Cおよび/またはFeを含むことも提供することができる。 According to the present invention, it is also possible to provide that the binder phase contains other elements besides Co, Ni and Al, in particular dissolved W, C and/or Fe, excluding inevitable impurities.

本発明によれば、任意に結合相中に存在する金属間化合物相材料は、構造式(M,Y)(Al,X)に従って形成することができ、または金属間化合物相材料は、完成した焼結炭化物材料中の元素組成に基づいて、この構造式に従って形成することができ、ここで、M=Niであり、Y=Coおよび/または他の成分であり、X=タングステンおよび/または他の成分である。 In accordance with the present invention, the intermetallic phase material optionally present in the binder phase may be formed according to the structural formula (M,Y) 3 (Al,X), or the intermetallic phase material may be formed according to this structural formula based on the elemental composition in the finished cemented carbide material, where M=Ni, Y=Co and/or other components, and X=tungsten and/or other components.

金属間化合物相材料が結合相中に存在する場合、少なくとも金属間化合物相材料の結晶の大部分において、Y=Coであり、X=Wであることが有利である。したがって、焼結炭化物材料中の結合相中の溶解成分の組成は、熱処理または熱の作用により金属間化合物相材料がこのように形成し得るように選択されている(上記参照)。 When intermetallic phase material is present in the binder phase, it is advantageous that Y=Co and X=W, at least in the majority of the crystals of the intermetallic phase material. The composition of the soluble components in the binder phase in the cemented carbide material is therefore selected so that the intermetallic phase material can thus form by heat treatment or the action of heat (see above).

さらに、金属間化合物相材料(Al,X)の晶子の一部またはすべてについて、Xは、Wの形態のみならず、Moおよび/またはNbおよび/またはTiおよび/またはTaおよび/またはCrおよび/またはVの形態でも存在することができる。したがって、完成した焼結炭化物材料中の結合相中の溶解成分の組成は、熱処理または熱の作用により金属間化合物相材料がこのように形成し得るように選択することができる(上記参照)。 Furthermore, for some or all of the crystallites of the intermetallic phase material (Al,X), X can be present not only in the form of W, but also in the form of Mo and/or Nb and/or Ti and/or Ta and/or Cr and/or V. The composition of the dissolved components in the binder phase in the finished cemented carbide material can therefore be selected such that the intermetallic phase material can thus be formed by heat treatment or by the action of heat (see above).

本発明によれば、結合相が、2つ以上の金属間化合物相材料もしくは単一の金属間化合物相材料のみを含むこと、および/または焼結炭化物材料が、2つ以上の金属間化合物相材料もしくは単一の金属間化合物相材料のみが熱処理もしくは熱の作用によって形成されるように調製されていることが提供可能である。 According to the invention, it is possible to provide that the binder phase comprises two or more intermetallic phase materials or only a single intermetallic phase material, and/or that the cemented carbide material is prepared such that two or more intermetallic phase materials or only a single intermetallic phase material is formed by heat treatment or the action of heat.

好ましい本発明の一構成によれば、結合相が、以下の化学元素組成:
Ni>25重量%、Al>4重量%、残部Coおよび溶解したバインダー成分、例えばWおよび/またはC、
有利には、Ni>35重量%、Al>5重量%、残部Coおよび溶解したバインダー成分、例えばWおよび/またはC、
特に好ましくは、Ni>40重量%、Al>6.5重量%、残部Coおよび溶解したバインダー成分、例えばWおよび/またはC
を有することが提供可能である。
According to a preferred embodiment of the invention, the binder phase has the following chemical element composition:
Ni>25 wt.%, Al>4 wt.%, balance Co and dissolved binder components such as W and/or C;
Advantageously, Ni>35% by weight, Al>5% by weight, balance Co and dissolved binder components such as W and/or C;
Particularly preferred is a composition containing Ni>40 wt.%, Al>6.5 wt.%, the remainder Co and dissolved binder components such as W and/or C.
It is possible to provide for the device to have the following:

ここで、これらのデータは、結合相中の各物質の総含有量に関するものである。したがって、これらのデータは、溶解形態の各元素および/またはさらに金属間化合物相材料中に結合した状態で存在する各元素も考慮したものである。 Here, these data relate to the total content of the respective substances in the binder phase. These data therefore take into account the respective elements in dissolved form and/or also present in a bonded state in the intermetallic phase material.

指定されたデータの値により、結合相の効果的な強化効果が得られることが判明した。 The specified data values were found to provide an effective strengthening effect of the bonding phase.

金属間化合物相材料による結合相の最適な強化を生じさせることができるようにするために、本発明の範囲において、Niの重量割合に対するAlの重量割合の比が>0.10、有利には>0.12であることが提供可能である。 In order to be able to produce an optimal strengthening of the binder phase by the intermetallic phase material, it is possible within the scope of the present invention to provide that the ratio of the weight percentage of Al to the weight percentage of Ni is >0.10, advantageously >0.12.

ここで有利には、Niの重量割合に対するAlの重量割合の比が≦0.46、有利には≦0.18、特に好ましくは≦0.16であることも提供可能である。 Here, it is advantageously possible to provide that the ratio of the weight proportion of Al to the weight proportion of Ni is ≦0.46, preferably ≦0.18, particularly preferably ≦0.16.

Niの重量割合に対するAlの重量割合の比に関する上記のデータは、全重量割合を考慮したものであり、すなわち、溶解元素AlおよびNiと、金属間化合物相材料中のAlおよびNi(存在する場合)との双方を考慮したものである。AlおよびNiの重量割合の検出は、通常のICP測定によって行うことができる。 The above data on the ratio of the weight percentage of Al to the weight percentage of Ni take into account the total weight percentages, i.e. both the dissolved elements Al and Ni and the Al and Ni in the intermetallic phase material (if present). The detection of the weight percentages of Al and Ni can be carried out by conventional ICP measurements.

考えられる本発明の一変形例は、焼結炭化物材料が少なくとも2つの体積領域を有し、第1の体積領域において、単位体積に対する金属間化合物相材料の相対的な割合が、第2の体積領域よりも大きくなるように構成されている。少なくとも2つの体積領域の構成により、焼結炭化物材料の特性、特に工具特性に狙いどおりに影響を与えることができる。例えば、高度の摩滅・摩耗に曝されているゾーンは、金属間化合物相材料の相対的な割合が高い体積領域を有することができる。対照的に、特殊な靭性要件を満たす必要があるゾーンは、金属間化合物相材料の相対的な割合が低い体積領域を有することができる。完全を期すために、第1の体積領域と比較して金属間化合物相材料の相対的な割合が低い第2の体積領域が、金属間化合物相材料を含まない場合もあることをここで指摘しておく。 One possible variant of the invention is that the sintered carbide material has at least two volume regions, the first volume region having a higher relative proportion of intermetallic phase material per unit volume than the second volume region. The configuration of at least two volume regions allows targeted influence of the properties of the sintered carbide material, in particular the tool properties. For example, a zone exposed to high levels of wear and abrasion can have a volume region with a higher relative proportion of intermetallic phase material. In contrast, a zone that has to meet special toughness requirements can have a volume region with a lower relative proportion of intermetallic phase material. For completeness, it is pointed out here that the second volume region, which has a lower relative proportion of intermetallic phase material compared to the first volume region, may not contain any intermetallic phase material.

考えられる本発明の代替的な一形態は、金属間化合物相材料の相対的な割合が高い第1の体積領域が、焼結炭化物材料の表面の少なくとも1つの領域と境を接しているように構成されている。このようにすると、焼結炭化物材料の表面に高い耐摩滅性が生じる。有利には、第2の体積領域は、焼結炭化物材料の表面に隣接して配置されておらず、焼結炭化物材料の内部に存在する。これにより、高い破壊安定性が確保される。 In one possible alternative form of the invention, the first volume region having a high relative proportion of intermetallic phase material is arranged to be bounded by at least one region of the surface of the cemented carbide material. In this way, high wear resistance is created at the surface of the cemented carbide material. Advantageously, the second volume region is not located adjacent to the surface of the cemented carbide material, but is present in the interior of the cemented carbide material. This ensures high fracture stability.

また、第1の体積領域と比較して金属間化合物相材料の相対的な割合が低いかまたは金属間化合物相材料を含まない第2の体積領域が、焼結炭化物材料の表面の少なくとも1つの領域と境を接しており、有利には第1の体積領域が焼結炭化物材料の表面に隣接していないことも提供可能である。これにより、良好な寿命を達成するために、工具使用中にその切削輪郭が切削作業に最適に適合する工具を製造することができる。特に、いわゆる再研磨効果を実現することができる。 It is also possible to provide that the second volume region, which has a lower relative proportion of intermetallic phase material compared to the first volume region or is free of intermetallic phase material, borders at least one region of the surface of the cemented carbide material, and preferably the first volume region is not adjacent to the surface of the cemented carbide material. This makes it possible to produce a tool whose cutting contour is optimally adapted to the cutting task during tool use in order to achieve a good service life. In particular, a so-called re-sharpening effect can be realized.

考えられる本発明の一変形例は、結合相、特に金属バインダー材料および/または金属間化合物相材料が、Nbおよび/またはTiおよび/またはTaおよび/またはMoおよび/またはVおよび/またはCrを含み、有利には、これらの材料のうち1つ以上が、結合相中に溶解した形態で、および/または炭化物の形態で存在するように構成されている。これにより、既存の金属間化合物相材料および/または熱の作用もしくは熱処理によって形成される金属間化合物相のソルバス温度および強度の向上を達成することができる。その結果、焼結炭化物材料の強度はそのままで、必要となる金属間化合物相材料が少なくて済む。あるいは添加によってバインダー強度が向上し、ひいては熱間強度が向上する。 A possible variant of the invention is that the binder phase, in particular the metallic binder material and/or the intermetallic phase material, comprises Nb and/or Ti and/or Ta and/or Mo and/or V and/or Cr, advantageously one or more of these materials being present in the binder phase in dissolved form and/or in the form of carbides. This allows for an increase in the solvus temperature and strength of the existing intermetallic phase material and/or the intermetallic phase formed by the action of heat or heat treatment to be achieved. As a result, less intermetallic phase material is required while the strength of the sintered carbide material remains the same. Alternatively, the addition increases the binder strength and thus the hot strength.

しかし、前述の成分の1つ以上が、金属間化合物相材料の少なくとも一部の結晶格子に組み込まれていること、または熱による処理(熱処理もしくは熱の作用)によって金属間化合物相材料の結晶格子に組み込むことができることも考えられる。例えば、チタン原子(または前述の群の別の材料)は、金属間化合物相材料の結晶格子中で主にAlまたはWの格子サイトを占め、Wと同様に金属間化合物相材料の析出温度を上昇させる。 However, it is also contemplated that one or more of the aforementioned components are incorporated into at least a portion of the crystal lattice of the intermetallic phase material, or can be incorporated into the crystal lattice of the intermetallic phase material by thermal treatment (heat treatment or the action of heat). For example, titanium atoms (or another member of the aforementioned group) will occupy primarily Al or W lattice sites in the crystal lattice of the intermetallic phase material, and similarly to W, will increase the precipitation temperature of the intermetallic phase material.

それにより、金属間化合物相材料が焼結炭化物材料中に存在する場合、一方では、すでに高温で析出が開始されるため、金属間化合物相材料を焼結プロセス中により効果的に析出させることができ、なぜならば、この場合、拡散速度が著しく高いためである。 Thereby, if intermetallic phase materials are present in the sintered carbide material, on the one hand, they can be precipitated more effectively during the sintering process, since precipitation starts already at high temperatures, since in this case the diffusion rate is significantly higher.

他方では、すでに述べたように、焼結炭化物材料のソルバス温度が上昇するため、この措置により高い熱間強度が達成される。換言すれば、焼結炭化物材料中の金属間化合物相材料を再溶解させ得るのに必要な温度が上昇する。 On the other hand, as already mentioned, this measure achieves higher hot strength, since the solvus temperature of the cemented carbide material is increased; in other words, the temperature required to be able to remelt the intermetallic phase material in the cemented carbide material is increased.

本発明によれば、結合相中のMoおよび/またはNbおよび/またはTiおよび/またはTaおよび/またはCrおよび/またはVの割合が≦15at%であることも提供可能である。上述の元素は、原則として炭化物を形成する。本発明の範囲において、今や、これらの元素が溶解度積および炭素に対する該元素の親和性に応じて結合相に少量溶解しており、その結果、これらの元素を金属間化合物相材料の結晶格子中に取り込むことができ、かつ/またはこれらの元素が金属結合相中に溶解し得るように、材料組成が選択されていることが提供可能である。結合相の靭性が高い焼結炭化物材料が望まれる場合には、炭化物形態の割合を少量に抑えることが望ましい。その場合、材料が合計で≦15at%の割合で存在することが望ましい。 According to the invention, it is also possible to provide that the proportion of Mo and/or Nb and/or Ti and/or Ta and/or Cr and/or V in the binder phase is ≦15 at%. The above-mentioned elements form carbides as a rule. Within the scope of the invention, it is now possible to provide that the material composition is selected such that these elements are dissolved in small amounts in the binder phase depending on their solubility product and their affinity for carbon, so that they can be incorporated into the crystal lattice of the intermetallic phase material and/or that they can dissolve in the metallic binder phase. If a sintered carbide material with a high toughness of the binder phase is desired, it is desirable to limit the proportion of carbide forms to small amounts. In that case, it is desirable for the material to be present in a total proportion of ≦15 at%.

さらに、チタン(および/またはMoおよび/またはNbおよび/またはTiおよび/またはTaおよび/またはCrおよび/またはV)がタングステンの役割を引き継ぐため、焼結炭化物材料の製造のための粉末混合物(特に、未焼結圧縮体の粉末混合物)を、炭素割合に関して化学量論的に調整できることが有利である。 Furthermore, it is advantageous that the powder mixtures for the production of sintered carbide materials (in particular the powder mixtures of green compacts) can be adjusted stoichiometrically with respect to the carbon proportion, since titanium (and/or Mo and/or Nb and/or Ti and/or Ta and/or Cr and/or V) takes over the role of tungsten.

本発明の一構成変形例によれば、粉末混合物(特に、未焼結圧縮体の粉末混合物)において、炭素割合が化学量論量となるように、または化学量論量よりも少なくなるように調整されていることが提供可能である。この措置により、化学量論量よりも多い炭素割合に起因する焼結素材におけるグラファイト析出が阻止あるいは最小化される。本発明者らは、このようなインターカレーションが焼結炭化物材料の破壊強度に不利な影響を及ぼすことを認識した。 According to one variant of the invention, it is possible to provide that the carbon content in the powder mixture (in particular the powder mixture of the green compact) is adjusted to be stoichiometric or less than stoichiometric. This measure prevents or minimizes graphite precipitation in the sintered material, which would be caused by a carbon content greater than stoichiometric. The inventors have recognized that such intercalation has a detrimental effect on the fracture strength of the sintered carbide material.

本発明によれば、焼結炭化物材料中の炭素割合が、
化学量論量(重量%)-0.003×バインダー含有量(重量%)からC化学量論量(重量%)-0.012×バインダー含有量(重量%)まで
の範囲であり、有利には、
化学量論量(重量%)-0.005×バインダー含有量(重量%)からC化学量論量(重量%)-0.01×バインダー含有量(重量%)まで
の範囲であることが特に提供可能である。
According to the invention, the carbon percentage in the cemented carbide material is
C stoichiometric amount (wt%)-0.003 x binder content (wt%) to C stoichiometric amount (wt%)-0.012 x binder content (wt%), advantageously
A range from C stoichiometric amount (wt%) - 0.005 x binder content (wt%) to C stoichiometric amount (wt%) - 0.01 x binder content (wt%) is particularly provideable.

本発明の範囲において、上述の有利な効果は、粗結晶粒硬質合金の場合に特に顕著である。したがって、本発明の好ましい一構成変形例において、分散炭化タングステンが、DIN ISO 4499 Part 2に準拠して測定した平均粒径が1~15μmの範囲、有利には1.3~10μmの範囲、特に好ましくは2.5~6μmの範囲である結晶粒の形態で焼結炭化物材料中に存在することが提供される。 In the context of the present invention, the above-mentioned advantageous effects are particularly pronounced in the case of coarse-grained hard alloys. In one preferred variant of the present invention, it is therefore provided that the dispersed tungsten carbide is present in the sintered carbide material in the form of grains whose average grain size, measured according to DIN ISO 4499 Part 2, is in the range of 1 to 15 μm, preferably in the range of 1.3 to 10 μm, particularly preferably in the range of 2.5 to 6 μm.

有利には、結合相中または未焼結圧縮体中のFeの最大割合が5重量%であり、かつ/またはバインダー材料中に他の不可避不純物が存在することが提供されている。 Advantageously, it is provided that the maximum proportion of Fe in the binding phase or in the green compact is 5% by weight and/or that other unavoidable impurities are present in the binder material.

既存のまたは熱処理もしくは熱の作用によって形成される金属間化合物相(M,Y)(Al,X)が、ICSD(Inorganic Crystal Structure Database、無機結晶構造データベース)による結晶構造L1(空間群221)を有することが提供されている場合、焼結炭化物体が高負荷に曝された際に、金属間化合物相の結晶が金属バインダー材料中で互いに効果的に支持しあうことができる結合相の微細構造が生じる。 If it is provided that the intermetallic phase (M,Y) 3 (Al,X), existing or formed by heat treatment or the action of heat, has the crystal structure L12 (space group 221) according to ICSD (Inorganic Crystal Structure Database), when the sintered carbide body is subjected to high loads, a microstructure of the binder phase arises in which the crystals of the intermetallic phase can effectively support each other in the metallic binder material.

有利には、好ましくは土壌掘削工具の用途では、既存のまたは熱処理もしくは熱の作用によって形成される金属間化合物相材料が1500nmの最大サイズ、有利には1000nmの最大サイズを有することが提供されている。 Advantageously, and preferably for use in earth excavation tools, it is provided that the intermetallic phase material, existing or formed by heat treatment or the action of heat, has a maximum size of 1500 nm, advantageously a maximum size of 1000 nm.

本発明の好ましい一構成変形例によれば、焼結炭化物材料が、イータ相および/またはAlを含まないかまたは可能な限り含まないことが提供可能である。本発明者らは、イータ相の最大割合またはAlの最大割合は、焼結炭化物材料全体に対して最大で0.6体積%であることが望ましいことを認識した。双方の物質が焼結炭化物材料中に存在する場合、イータ相材料とAlとの合計が最大で0.6体積%であると有利である。 According to one preferred configuration variant of the invention, it can be provided that the cemented carbide material is free or as free as possible from eta phase and/or Al 2 O 3. The inventors have realized that it is desirable for the maximum proportion of eta phase or the maximum proportion of Al 2 O 3 to be at most 0.6% by volume relative to the total cemented carbide material. If both substances are present in the cemented carbide material, it is advantageous for the sum of eta phase material and Al 2 O 3 to be at most 0.6% by volume.

Alおよび/またはイータ相材料の粒径は、好適には最大でWCの平均粒度の5倍であり、その際、WCの平均粒度ならびにAlおよび/またはイータ相材料の粒径は、切片法(DIN ISO 4499 Part 2に準拠)によって決定することができる。 The grain size of the Al2O3 and / or eta phase material is preferably at most 5 times the average grain size of the WC, whereby the average grain size of the WC and the grain size of the Al2O3 and/or eta phase material can be determined by the intercept method (in accordance with DIN ISO 4499 Part 2).

焼結炭化物材料の靭性は、イータ相あるいはAlにより悪影響を受ける可能性がある。イータ相の割合が高い場合、焼結炭化物材料は、条件付きではあるが、課される要求が高度である土壌掘削工具の使用に適している。Alについても同様である。 The toughness of the cemented carbide material can be adversely affected by the eta phase or by Al2O3 . If the proportion of eta phase is high, the cemented carbide material is conditionally suitable for use in earth-digging tools where high demands are placed on it. The same is true for Al2O3 .

本発明の上述の課題は、作業領域を有する基体を備え、該作業領域に、請求項1から22までのいずれか1項にしたがって製造された焼結炭化物材料からなる少なくとも1つの作業要素が、有利には材料接続による接合で、特にろう付けによる接合で、特に硬ろう付けによる接合で保持されている、工具、特に細砕工具、土壌掘削工具であって、有利には路面切削機用、リサイクラー用、スタビライザー用、農業もしくは林業用の土壌掘削機用の工具、特に細砕工具、土壌掘削工具の製造方法によっても解決される。 The above-mentioned object of the present invention is also achieved by a method for manufacturing a tool, in particular a grinding tool, a soil excavation tool, preferably for a road mill, a recycler, a stabilizer, an agricultural or forestry soil excavator, which comprises a base body having a working area, in which at least one working element made of a sintered carbide material manufactured according to any one of claims 1 to 22 is held, preferably by a material connection, in particular by a brazing connection, in particular by a hard brazing connection.

有利には、作業領域内の焼結炭化物材料は、切削チップ、刃または切削エッジまたは加工エッジを有する切削体を形成する。焼結炭化物材料が防護用被覆材であることも考えられる。 Advantageously, the sintered carbide material in the working area forms a cutting body having a cutting tip, blade or cutting or working edge. It is also conceivable that the sintered carbide material is a protective covering.

したがって、上述したように、本発明によれば、作業要素が、有利には少なくとも1つの刃および/もしくは少なくとも1つの切削チップを有する切削要素の形態で、または摩耗保護要素、特に保護プレート、保護バー、保護ピン、保護突起もしくは保護ボルトの形態で形成されていることが提供可能である。 Thus, as mentioned above, it is possible according to the invention to provide that the working element is advantageously formed in the form of a cutting element having at least one cutting edge and/or at least one cutting tip, or in the form of a wear protection element, in particular a protective plate, a protective bar, a protective pin, a protective lug or a protective bolt.

本発明の特に好ましい用途は、工具が、切削工具、切削用チゼル、特に路面切削用チゼルまたは採鉱用チゼル、すき刃、耕運機チップ、ドリル工具、特にアースドリル、破砕工具、例えば破砕用チゼルまたは破砕用バー、マルチング工具、木材チッピング工具またはシュレッダー工具、分別工具、例えばスクリーンであることが提供される場合に生じる。 Particularly preferred applications of the present invention arise when it is provided that the tool is a cutting tool, a cutting chisel, in particular a road cutting chisel or a mining chisel, a ploughshare, a cultivator tip, a drill tool, in particular an earth drill, a crushing tool, for example a crushing chisel or a crushing bar, a mulching tool, a wood chipping tool or a shredder tool, a sorting tool, for example a screen.

本発明のさらに特に好ましい使用は、切削用チゼルが、チゼルヘッドとそれに直接または間接的に連結されたチゼルシャフトとを有し、チゼルヘッドに作業要素が保持されているように構成されている。 A further particularly preferred use of the present invention is configured such that the cutting chisel has a chisel head and a chisel shaft connected directly or indirectly thereto, and a working element is held on the chisel head.

例えば、作業要素が、本発明による焼結炭化物材料によって形成されており、この作業要素が、例えばPCD材料からなる超硬質切削チップの支持体を形成していることも提供可能である。 For example, it is possible to provide that the working element is formed by a sintered carbide material according to the invention, which forms a support for an ultra-hard cutting tip, for example made of PCD material.

上記のように、焼結炭化物材料は、強化結合相を有する硬質合金であることができる。この強化は、焼結プロセスでの冷却中に金属間化合物相材料が析出することによって達成することができ、かつ/または焼結プロセスに続く熱プロセスで金属間化合物相材料を形成し、その際、焼結炭化物材料を、焼結炭化物材料における金属間化合物相材料の析出を可能にする温度とする場合に達成することができる。 As noted above, the cemented carbide material can be a hard alloy having a strengthening binder phase. This strengthening can be achieved by precipitation of intermetallic phase material during cooling in the sintering process and/or can be achieved when the intermetallic phase material is formed in a thermal process subsequent to the sintering process, where the cemented carbide material is brought to a temperature that allows for the precipitation of intermetallic phase material in the cemented carbide material.

本発明による硬質合金の製造には、原料の初期秤量時の公称組成として、70~95重量%のWC、1~28重量%の金属バインダーおよび1~28重量%のニッケルアルミナイド(例えば金属間化合物相)を選択することができる。金属バインダーは、元素Co、および任意にFeおよび/または他の成分を含むことができる。金属間化合物相は、有利には、初期秤量時にはNiAlである。 For the production of hard alloys according to the invention, the nominal composition of the raw materials at the initial weighing may be selected as follows: 70-95 wt. % WC, 1-28 wt. % metallic binder and 1-28 wt. % nickel aluminide (e.g. intermetallic phase). The metallic binder may contain the element Co, and optionally Fe and/or other components. The intermetallic phase is advantageously Ni3Al at the initial weighing.

本発明の課題はまた、焼結炭化物材料の製造方法であって、まず第1の方法工程で、分散形態の炭化タングステン70~95重量%、有利には80~95重量%と結合相とを含む焼結炭化物材料前駆体、特に硬質合金を製造し、ここで、結合相は、金属バインダー材料を含み、金属バインダー材料は、Coを含み、結合相は、溶解元素NiおよびAlを含み、結合相は、以下の化学元素組成:
Ni>25重量%、Al>4重量%、残部Coおよび溶解したバインダー成分、例えばWおよび/またはC、
有利には、Ni>35重量%、Al>5重量%、残部Coおよび溶解したバインダー成分、例えばWおよび/またはC、
特に好ましくは、Ni>40重量%、Al>6.5重量%、残部Coおよび溶解したバインダー成分、例えばWおよび/またはC
を有し、さらなる方法工程で、焼結炭化物材料前駆体を熱処理に供することにより、結合相中に金属間化合物相材料を含む焼結炭化物材料を形成し、ここで、金属間化合物相材料の少なくとも一部は、構造式(M,Y)(Al,X)に従って形成されており、ここで、M=Niであり、Y=Coおよび/または他の成分であり、X=タングステンおよび/または他の成分である、方法により解決される。
The subject of the invention is also a method for producing a cemented carbide material, in which in a first method step a cemented carbide material precursor, in particular a hard alloy, is produced which comprises 70-95% by weight, preferably 80-95% by weight, of tungsten carbide in dispersed form and a binder phase, the binder phase comprising a metallic binder material which comprises Co, the binder phase comprising the dissolved elements Ni and Al, the binder phase having the following chemical element composition:
Ni>25 wt.%, Al>4 wt.%, balance Co and dissolved binder components such as W and/or C;
Advantageously, Ni>35% by weight, Al>5% by weight, balance Co and dissolved binder components such as W and/or C;
Particularly preferred is a composition containing Ni>40 wt.%, Al>6.5 wt.%, the remainder Co and dissolved binder components such as W and/or C.
and in a further method step subjecting the cemented carbide material precursor to a heat treatment to form a cemented carbide material comprising an intermetallic phase material in a binder phase, wherein at least a portion of the intermetallic phase material is formed according to the structural formula (M,Y) 3 (Al,X), where M=Ni, Y=Co and/or other constituents, and X=tungsten and/or other constituents.

ここで、熱処理は、少なくとも1つの加熱工程または少なくとも1つの冷却工程を含むことができる。 Here, the heat treatment can include at least one heating step or at least one cooling step.

本発明によれば、有利には、熱処理後に、金属間化合物相材料(M,Y)(Al,X)の結晶の少なくとも一部が、ICSD(Inorganic Crystal Structure Database、無機結晶構造データベース)による結晶構造L12(空間群221)を有することが提供可能である。 According to the invention it is advantageously possible to provide that after the heat treatment at least some of the crystals of the intermetallic phase material (M,Y) 3 (Al,X) have the crystal structure L12 (space group 221) according to ICSD (Inorganic Crystal Structure Database).

結合相の特に効果的な強化を達成できるようにするために、特に焼結炭化物材料としての粗結晶粒硬質合金において、有利には、金属間化合物相材料の少なくとも一部が、(検鏡試片について切片法により測定された)1500nmの最大サイズ、有利には1000nmの最大サイズを有することが提供可能である。 In order to be able to achieve a particularly effective strengthening of the binder phase, in particular in coarse-grained hard alloys as cemented carbide materials, it is advantageously possible to provide that at least a portion of the intermetallic phase material has a maximum size of 1500 nm (measured by the section method on microscopic specimens), advantageously a maximum size of 1000 nm.

好適には、本発明による方法により製造された焼結炭化物材料の少なくとも一領域、有利には金属間化合物相材料が存在する領域の保磁力HcMが次のとおりであることが提供可能である:
HcM[kA/m]>(1.5+0.04×B)+(12.5-0.5×B)/D+4[kA/m]、
有利には、HcM[kA/m]>(1.5+0.04×B)+(12.5-0.5×B)/D+6[kA/m]、
特に好ましくは、HcM[kA/m]>(1.5+0.04×B)+(12.5-0.5×B)/D+10[kA/m]
ここで、Bは、焼結炭化物材料中の結合相の割合(重量%)であり、Dは、DIN ISO 4499 Part 2に準拠した切片法により決定された分散WCの粒度である。
Advantageously, it can be provided that the coercivity HcM of at least one region of the cemented carbide material produced by the method according to the invention, advantageously in the region where the intermetallic phase material is present, is:
HcM [kA/m]>(1.5+0.04×B)+(12.5−0.5×B)/D+4 [kA/m],
Advantageously, HcM [kA / m] > (1.5 + 0.04 × B) + (12.5 - 0.5 × B) / D + 6 [kA / m],
Particularly preferably, HcM [kA/m]>(1.5+0.04×B)+(12.5−0.5×B)/D+10 [kA/m]
where B is the proportion of binder phase in the cemented carbide material (wt.%) and D is the grain size of the dispersed WC determined by the intercept method according to DIN ISO 4499 Part 2.

結合相にCoを含み、金属間化合物相材料を含まない一般的な硬質合金の場合、保磁力は通常、所与のバインダー含有量でWCの平均粒度を間接的に決定するために用いられる。本発明によれば、金属間化合物相材料は、保磁力を著しく増大させる。したがって、保磁力は、間接的に、インターカレートされた金属間化合物相材料による結合相の強化の指標として評価することができる。保磁力が高いほど、金属バインダー材料と金属間化合物相材料とWCとの間の界面の合計が大きい。析出した金属間化合物相材料の数が多いと、特に高温で(特に高い工具使用温度で)、結合相中で金属間化合物相材料の個々の結晶が互いに良好に支持しあう。 For typical hard alloys containing Co in the binder phase and no intermetallic phase material, the coercivity is usually used to indirectly determine the average grain size of WC at a given binder content. According to the present invention, the intermetallic phase material significantly increases the coercivity. Thus, the coercivity can be indirectly evaluated as an indicator of the strengthening of the binder phase by the intercalated intermetallic phase material. The higher the coercivity, the greater the sum of the interfaces between the metal binder material, the intermetallic phase material and the WC. The greater the number of precipitated intermetallic phase materials, the better the support of the individual crystals of the intermetallic phase material to each other in the binder phase, especially at high temperatures (especially at high tool use temperatures).

焼結炭化物材料の少なくとも一領域の保磁力HcM[kA/m]>(1.5+0.04×B)+(12.5-0.5×B)/D+4[kA/m]は、主に上述の摩耗保護用途、例えば摩耗防護に用いることができる。 At least one region of the sintered carbide material has a coercivity HcM [kA/m] > (1.5 + 0.04 x B) + (12.5 - 0.5 x B)/D + 4 [kA/m], which can be used primarily for the above-mentioned wear protection applications, e.g. wear protection.

焼結炭化物材料の少なくとも一領域の保磁力、有利にはHcM[kA/m]>(1.5+0.04×B)+(12.5-0.5×B)/D+6[kA/m]は、主に上述の、課される要求が高度である土壌掘削工具に用いることができる。 The coercivity of at least one region of the sintered carbide material, preferably HcM [kA/m] > (1.5 + 0.04 x B) + (12.5 - 0.5 x B)/D + 6 [kA/m], can be used primarily in the above-mentioned earth-digging tools where high demands are imposed.

焼結炭化物材料の少なくとも一領域の保磁力、有利にはHcM[kA/m]>(1.5+0.04×B)+(12.5-0.5×B)/D+10[kA/m]は、主に上述の高性能工具に用いることができる。 The coercivity of at least one region of the sintered carbide material, preferably HcM [kA/m] > (1.5 + 0.04 x B) + (12.5 - 0.5 x B)/D + 10 [kA/m], can be used primarily for the high-performance tools mentioned above.

本発明の一構成変形例によれば、焼結炭化物材料の少なくとも一領域の保磁力は、焼結炭化物材料と同じ組成およびWC粒度を有する硬質合金体の保磁力よりも20%高く、その際、結合相は、金属Coバインダーのみから形成されており、この金属バインダーは、金属間化合物相材料を含まないことも提供可能である。 According to one variant of the invention, the coercivity of at least one region of the cemented carbide material is 20% higher than the coercivity of a hard alloy body having the same composition and WC grain size as the cemented carbide material, and it is also possible to provide that the binder phase is formed only from a metallic Co binder, which does not contain any intermetallic phase material.

よって、同じ組成を有する硬質合金体は、分散形態の炭化タングステン70~95重量%と結合相とを含む硬質合金体であって、結合相は、金属バインダー材料を含むが金属間化合物相材料を含まず、焼結炭化物材料中の金属バインダー材料の割合は、5~30重量%であり、バインダー材料は、それ以外は、本発明による焼結炭化物材料のバインダー材料と同じまたはほぼ同じ組成を有する。 Thus, a hard alloy body having the same composition is a hard alloy body comprising 70-95% by weight of dispersed tungsten carbide and a binder phase, the binder phase comprising a metallic binder material but no intermetallic phase material, the proportion of metallic binder material in the sintered carbide material being 5-30% by weight, the binder material otherwise having the same or nearly the same composition as the binder material of the sintered carbide material according to the invention.

上述したように、保磁力は、結合相中の金属間化合物相材料の割合に関する示唆あるいは徴候を間接的に示す。したがって、保磁力は、結合相の強化の程度を間接的に示す。 As mentioned above, coercivity indirectly indicates the degree of strengthening of the binder phase.

本発明の範囲において、本発明による方法により製造された焼結炭化物材料は、温度800℃、ひずみ速度0.001[1/s]における焼結炭化物材料の熱間圧縮強度が≧1650[MPa]となるように、かつ/または温度800℃、ひずみ速度0.01[1/s]における焼結炭化物材料の熱間圧縮強度が≧1600[MPa]となるように構成されていてよい(直径8mm、高さ12mmの円筒形試験片についての測定)。結合相の割合が5~7重量%であり、WCの割合が93~95重量%の範囲であり、有利にはこの場合、WCが、2~5μmの範囲の平均粒径を有する粗結晶粒の形態で存在する焼結炭化物材料により、特に路面切削用チゼルの切削チップを製造することができる。 In the scope of the present invention, the sintered carbide material produced by the method according to the present invention may be configured such that the sintered carbide material has a hot compressive strength of ≥ 1650 [MPa] at a temperature of 800 ° C and a strain rate of 0.001 [1 / s] and / or such that the sintered carbide material has a hot compressive strength of ≥ 1600 [MPa] at a temperature of 800 ° C and a strain rate of 0.01 [1 / s] (measured on cylindrical test pieces with a diameter of 8 mm and a height of 12 mm). With a sintered carbide material in which the proportion of the binder phase is 5-7 wt. % and the proportion of WC is in the range of 93-95 wt. %, advantageously in this case WC is present in the form of coarse grains with an average grain size in the range of 2-5 μm, cutting tips, in particular for road cutting chisels, can be produced.

本発明の特に好ましい一変形例は、ニッケルアルミナイド、有利にはNiAl粉末を溶融冶金プロセスで製造すること、および/または溶融冶金プロセスで製造された材料としてのニッケルアルミナイド、有利にはNiAl粉末を混合および/または粉砕プロセスに添加することを提供する。 A particularly preferred variant of the invention provides for producing nickel aluminide, preferably Ni3Al powder, in a molten metallurgical process and/or adding nickel aluminide, preferably Ni3Al powder, as a material produced in a molten metallurgical process to the mixing and/or grinding process.

平均粒径FSSS<70μm、有利には平均粒径FSSS<45μmのニッケルアルミナイド、有利にはNiAl粉末を混合および/または粉砕プロセスに添加することが提供される場合、混合および/または粉砕プロセスにおける粉末混合物の特に良好な加工性が得られる。 Particularly good processability of the powder mixture in the mixing and/or grinding process is obtained if provision is made to add nickel aluminide, preferably Ni3Al powder, with an average particle size FSSS<70 μm, preferably with an average particle size FSSS<45 μm, to the mixing and/or grinding process.

本発明の一変形例によれば、調製工程、有利には第1の粉砕工程で、ニッケルアルミナイドを、粉砕液、ならびに粗結晶粒炭化タングステンであって、有利には平均粒径FSSSが>20μmであり、特に好ましくは平均粒径FSSSが30~60μmの範囲にある、例えば巨結晶および/または単結晶炭化タングステンの形態の粗結晶粒炭化タングステンと混合して、ニッケルアルミナイドから、破砕ニッケルアルミナイド、有利には破砕ニッケルアルミナイド粉末、特に破砕NiAl粉末を形成することが提供可能である。これにより、ニッケルアルミナイドの効果的な細砕が達成される。 According to one variant of the invention, it is possible to provide that in the preparation step, advantageously in the first grinding step, nickel aluminide is mixed with a grinding liquid and with coarse-grained tungsten carbide, preferably with a mean grain size FSSS of >20 μm, particularly preferably with a mean grain size FSSS in the range of 30-60 μm, for example in the form of macrocrystalline and/or monocrystalline tungsten carbide, in order to form crushed nickel aluminide, advantageously crushed nickel aluminide powder, in particular crushed Ni 3 Al powder, from the nickel aluminide, whereby an effective comminution of the nickel aluminide is achieved.

ここで、方法操作は、例えば、調製工程および/または後続の粉砕工程で、加圧助剤、少なくとも1つの合金成分および/またはコバルト粉末を添加し、これをニッケルアルミナイドおよび/または破砕ニッケルアルミナイドと混合するというように構成されていてよい。 Here, the method operations may, for example, consist of adding a pressing aid, at least one alloying component and/or cobalt powder and mixing this with the nickel aluminide and/or crushed nickel aluminide during the preparation step and/or the subsequent grinding step.

特に良好な細砕性能を達成するためには、調製工程の粉砕混合物中のニッケルアルミナイドの割合が8~50重量%の範囲、有利には9~25重量%の範囲であることが提供されると有利である。 To achieve particularly good grinding performance, it is advantageous to provide that the proportion of nickel aluminide in the grinding mixture of the preparation process is in the range of 8 to 50% by weight, preferably in the range of 9 to 25% by weight.

特に好ましくは、調製工程で得られた予備粉砕物に後続の粉砕工程でWC粉末を添加して、得られる粉砕混合物中のWC粉末の割合が70~95重量%の範囲となるようにすること、および後続の粉砕工程で破砕ニッケルアルミナイドを粉砕して微破砕ニッケルアルミナイドを得ることが提供可能である。 It is particularly preferred to add WC powder to the pre-ground product obtained in the preparation step in a subsequent grinding step so that the proportion of WC powder in the resulting ground mixture is in the range of 70 to 95% by weight, and to grind the crushed nickel aluminide in the subsequent grinding step to obtain finely ground nickel aluminide.

ここで、有利なことに、微破砕ニッケルアルミナイドは、焼結体中の金属間化合物相の分布をより均一にする。さらに、添加されるWCの粉砕プロセスがより短いため、WC構造、特にWC粗結晶粒構造がWC粉末においてより良好に保持される。 Advantageously, the finely crushed nickel aluminide makes the distribution of the intermetallic phase in the sintered body more uniform. Furthermore, the WC structure, especially the WC coarse grain structure, is better preserved in the WC powder, since the milling process of the added WC is shorter.

有利には、本発明の一変形例によれば、未焼結圧縮体は、液相焼結プロセスによって炉内で1350℃~1550℃の範囲の焼結温度で焼結される。 Advantageously, according to one variant of the invention, the green compact is sintered in a furnace by a liquid phase sintering process at a sintering temperature in the range of 1350°C to 1550°C.

結合相の特に効果的な強化は、結合相中の金属間化合物相材料の少なくとも一部が、(検鏡試片について切片法により測定された)1500nmの最大サイズ、有利には1000nmの最大サイズを有することが提供される場合、および/または結合相中の金属間化合物相材料(M,Y)(Al,X)の結晶の少なくとも一部が、ICSD(Inorganic Crystal Structure Database、無機結晶構造データベース)による結晶構造L12(空間群221)を有することが提供される場合に達成可能である。 A particularly effective strengthening of the binder phase can be achieved if it is provided that at least a portion of the intermetallic phase material in the binder phase has a maximum size of 1500 nm, advantageously a maximum size of 1000 nm (measured by sectioning on microscopic specimens) and/or if it is provided that at least a portion of the crystals of the intermetallic phase material (M,Y) 3 (Al,X) in the binder phase have the crystal structure L12 (space group 221) according to ICSD (Inorganic Crystal Structure Database).

考えられる方法の一変形例は、粉砕および/または混合プロセスにおいて、金属間化合物相材料としてアトマイズニッケルアルミナイド、有利にはアトマイズNiAl粉末を処理することである。この材料は、取り扱いが容易である。この材料は、所望の微細結晶粒構造を得るのにかかる粉砕の手間が少なくて済む。 One possible method variant is to process atomized nickel aluminide, preferably atomized Ni3Al powder, as the intermetallic phase material in the milling and/or mixing process. This material is easy to handle. It requires less milling effort to obtain the desired fine grain structure.

有利には、混合および/または粉砕プロセスが、少なくとも2つの混合および/または粉砕工程を有する多段プロセスであり、有利には、ニッケルアルミナイドを最後の粉砕および/または混合工程の前に添加することが提供可能である。 Advantageously, the mixing and/or grinding process is a multi-stage process having at least two mixing and/or grinding steps, and advantageously it is possible to provide that the nickel aluminide is added before the last grinding and/or mixing step.

製造(測定方法の説明を含む)
製造:
以下に、結合相に金属間化合物相材料を含む焼結炭化物材料を粉末冶金プロセスルーチンで製造することができる製造方法について説明する。粉末冶金プロセスルーチンは、加圧可能な粉末混合物を製造するプロセス工程と、成形するプロセス工程と、最終的に焼結させてコンパクトで緻密な焼結炭化物体を得るプロセス工程とに分けられる。
Manufacturing (including explanation of measurement methods)
Production:
The following describes how cemented carbide materials containing intermetallic phase material in the binder phase can be produced by a powder metallurgy process routine, which is divided into the process steps of producing a pressable powder mixture, compacting, and finally sintering to obtain a compact dense cemented carbide body.

粉末混合物の製造の出発原料として、様々な粒度のWC粉末を使用することができ、特に粒径FSSS>25μmの粗結晶粒WCを使用することができる。結合相の出発粉末は、超微粒子コバルト粉末(FSSS 1.3μm)およびニッケルアルミナイド、有利にはニッケルアルミナイド粉末、特にNiAl粉末である。 As starting material for the production of the powder mixture, WC powders of various grain sizes can be used, in particular coarse-grained WC with a grain size FSSS>25 μm. The starting powders of the binder phase are ultrafine-grained cobalt powder (FSSS 1.3 μm) and nickel aluminide, preferably nickel aluminide powder, in particular Ni 3 Al powder.

例えば、ニッケルアルミナイド粉末(Ni-Al粉末)、例えばアルミニウム含有量が約13.3重量%のNi-13Al粉末を使用することができる。Ni-Al粉末の粒径は、FSSS<70μmであり、好ましくはFSSS 45μm未満である。狙いどおりの炭素含有量を調整してバランスをとるために、W金属粉末(FSSS<2μm)およびカーボンブラックを使用する。結合相とTi、Ta、Mo、Nb、V、Crなどの合金元素との合金化には、それらの炭化物粉末または粒径<3μmのW含有混合炭化物を使用する。 For example, nickel aluminide powder (Ni-Al powder), e.g. Ni-13Al powder with an aluminum content of about 13.3 wt. %, can be used. The particle size of the Ni-Al powder is FSSS<70 μm, preferably FSSS<45 μm. To adjust and balance the targeted carbon content, W metal powder (FSSS<2 μm) and carbon black are used. To alloy the binder phase with alloying elements such as Ti, Ta, Mo, Nb, V, Cr, their carbide powders or W-containing mixed carbides with particle size<3 μm are used.

粉末混合物の製造を、先行技術により、有利には硬質合金球を備えたボールミルでの湿式粉砕によって行う。粉砕媒体として、エタノールおよびヘキサンを使用する。他の可能な粉砕媒体は、アセトン、または適切な抑制剤を含む水性媒体であろう。 The powder mixture is produced according to the prior art by wet grinding, preferably in a ball mill equipped with hard alloy balls. As grinding media, ethanol and hexane are used. Other possible grinding media would be acetone, or an aqueous medium with suitable inhibitors.

バインダー含有量が>15%である焼結炭化物材料の粉末混合物の製造では、バインダー含有量が高く、再結晶化が促進されるため、1回の粉砕工程で十分である。一方で、バインダー含有量が15%以下の場合には、Ni-Al粉末を効果的に粉砕し、粉砕工程中の酸化物の形成を最小限に抑えるために、多段湿式粉砕プロセスが有利である。 For the production of powder mixtures of cemented carbide materials with binder contents >15%, a single grinding step is sufficient due to the high binder content and enhanced recrystallization. On the other hand, for binder contents below 15%, a multi-stage wet grinding process is advantageous to effectively grind the Ni-Al powder and minimize oxide formation during the grinding process.

第1の方法工程では、Ni-Al粉末を、粉砕液、および平均粒径FSSS>20μm、好ましくは30~60μmの粗結晶粒炭化タングステンと集中的に混合する。必要に応じて、加圧助剤、少量の合金成分およびコバルト粉末をすでにここでも添加することができる。 In the first method step, the Ni-Al powder is intensively mixed with the grinding liquid and coarse-grained tungsten carbide with an average grain size FSSS>20 μm, preferably 30-60 μm. If necessary, pressing aids, small amounts of alloying components and cobalt powder can already be added here.

粉砕パラメータ(時間、粉砕材料に対する粉砕球の比、粉砕媒体)およびWCとNi-Al粉末との比は、焼結炭化物材料において設定されるWC粒度によって異なる。 The grinding parameters (time, ratio of grinding balls to grinding material, grinding media) and the ratio of WC to Ni-Al powder vary depending on the WC grain size set in the cemented carbide material.

第2の方法工程では、この予備粉砕物に所定の粒度のWC原料50~80重量%を添加して混合するが、その際、凝集物を低減し、かつ可能な限り均質な混合物を得ることに主眼が置かれる。 In the second process step, 50-80% by weight of WC raw material of a given particle size is added to the pre-grind and mixed, with the main focus on reducing agglomerates and obtaining as homogeneous a mixture as possible.

合金調整および加圧助剤の添加が第1の粉砕工程(予備粉砕VM)でまだ実施されていない場合には、これを第2の方法工程で実施することもできる。 If alloy adjustment and addition of pressing aid have not yet been carried out in the first grinding step (pre-grinding VM), this can also be carried out in the second method step.

湿式粉砕で得られたスラリーを先行技術により乾燥させて、プレスに適した粉末に変換させる。好ましくは、これを噴霧乾燥法によって行う。 The slurry obtained by wet milling is dried by conventional techniques and converted into a powder suitable for pressing. Preferably, this is done by spray drying.

成形を、有利には直接的に、機械式、油圧式または電気機械式のプレス機による軸方向プレスによって行う。 The forming is preferably carried out directly by axial pressing in a mechanical, hydraulic or electromechanical press.

焼結を、真空中で、好ましくは工業用焼結HIP炉で1350~1550℃で行い、この炉では、液相焼結の後に不活性ガスの導入によって過圧を発生させ、その際に、場合により存在する残留気孔を除去することができる。 Sintering is carried out in a vacuum at 1350-1550 °C, preferably in an industrial sintering HIP furnace, in which an overpressure is generated after liquid phase sintering by introducing an inert gas, in which any residual porosity present can be removed.

図4に、3重量%のCoおよび3重量%のNiAlについてのWC-Co-NiAlの相図を例示的に示し、この相図は、これらの析出物の形成を示している。 FIG. 4 shows an exemplary phase diagram of WC-Co-Ni 3 Al for 3 wt. % Co and 3 wt. % Ni 3 Al , which illustrates the formation of these precipitates.

融液の凝固後、最初は、WC、ならびにCo、Ni、Al、WおよびCの固溶体のみが存在する。ソルバス温度未満になるとようやく、この固溶体から金属間化合物相材料が析出し、その際、金属間化合物相材料は、構造式(M,Y)(Al,X)に従って形成されており、ここで、M=Niであり、Y=Coおよび/または他の成分であり、X=タングステンおよび/または他の成分である。これらの金属間化合物相材料を、走査型電子顕微鏡で視認可能とすることができる。 After solidification of the melt, initially only WC and a solid solution of Co, Ni, Al, W and C are present. Only below the solvus temperature do intermetallic phase materials precipitate out of the solid solution, with the intermetallic phase materials being formed according to the structural formula (M,Y) 3 (Al,X), where M=Ni, Y=Co and/or other elements, and X=tungsten and/or other elements. These intermetallic phase materials can be visible with a scanning electron microscope.

図2および図3には、硬質合金の形態の本発明による2つの異なる焼結炭化物材料が、このような走査型電子顕微鏡画像により示されている。このような硬質合金の結合相を明瞭に認めることができ、金属間化合物相材料(明色の相)10と金属バインダー材料30(暗色)とが識別できる。WC結晶粒20は、結合相を介して互いに結合されている。 In Fig. 2 and Fig. 3, two different cemented carbide materials according to the invention in the form of hard alloys are shown by such scanning electron microscope images. The binder phase of such hard alloys can be clearly seen, and the intermetallic phase material (light phase) 10 and the metallic binder material 30 (dark phase) can be distinguished. The WC grains 20 are bonded to each other via the binder phase.

金属間化合物相材料が結合相中に均一に分布していることが判明し、その際、金属間化合物相材料の結晶は、立方体形状を有し、有利には1500nmより小さい。金属間化合物相材料(M,Y)(Al,X)の結晶は、ICSD(Inorganic Crystal Structure Database、無機結晶構造データベース)による結晶構造L1(空間群221)を有する。 It has been found that the intermetallic phase material is uniformly distributed in the binder phase, with the crystals of the intermetallic phase material having a cubic shape and preferably smaller than 1500 nm. The crystals of the intermetallic phase material (M,Y) 3 (Al,X) have the crystal structure L1 2 (space group 221) according to ICSD (Inorganic Crystal Structure Database).

このような焼結炭化物材料を、鋼製の基体に接合することができ、それにより、該焼結炭化物材料は、工具、例えば細砕工具、土壌掘削工具であって、有利には路面切削機用、リサイクラー用、スタビライザー用、農業もしくは林業用の土壌掘削機用の工具の作業要素を形成する。この場合、この作業要素は、工具の作業領域に配置されている。基体との接合は、ろう付けによる接合で、特に硬ろう付けによる接合で行われる。この場合、ろう付け接合部を形成するために、工具に熱が加えられる。その後、工具は、例えば水および油のエマルジョン中で急冷される。 Such sintered carbide materials can be bonded to a steel substrate, whereby they form the working elements of tools, for example grinding tools, soil excavation tools, preferably for road mills, recyclers, stabilizers, agricultural or forestry soil excavators. In this case, the working elements are arranged in the working area of the tool. The joining to the substrate is carried out by brazing, in particular by hard brazing. In this case, heat is applied to the tool in order to form the brazed joint. The tool is then quenched, for example in a water and oil emulsion.

ろう付け工程で金属間化合物相材料が少なくとも部分的に再び溶解することにより、金属間化合物相材料の各成分は、急冷硬化後に焼結炭化物材料中に溶解成分として存在する。したがって、このようにして、焼結炭化物材料前駆体が形成される。 Due to the at least partial re-melting of the intermetallic phase material during the brazing process, the components of the intermetallic phase material are present as dissolved components in the cemented carbide material after quench hardening. Thus, in this way, a cemented carbide material precursor is formed.

この焼結炭化物材料前駆体は、すでに何度か上述したように、次いで熱処理に供される。ここで、熱処理によって焼結炭化物材料に熱が導入される場合があり、その際、温度は、ソルバス温度未満でかつ有利には400℃超であることが望ましい。処理時間、すなわち熱処理が行われる時間は、0.25~24時間である。熱処理時に焼結炭化物材料の少なくとも一部の領域で金属間化合物相材料が再び形成されることで、結合相の強化が生じる。 This sintered carbide material precursor is then subjected to a heat treatment, as already mentioned above on several occasions. Here, heat can be introduced into the sintered carbide material by the heat treatment, the temperature being preferably below the solvus temperature and preferably above 400° C. The treatment time, i.e. the time during which the heat treatment is carried out, is 0.25 to 24 hours. Intermetallic phase material is again formed in at least some regions of the sintered carbide material during the heat treatment, resulting in a strengthening of the binder phase.

ここで、熱処理は、熱源を用いて焼結炭化物材料に狙いどおりに熱を導入する能動的な工程であってよい。有利には、熱処理は受動的に行われ、その際、例えば工具の使用中に焼結炭化物材料前駆体が被加工物、例えば道路の路面舗装と接触する。この接触時に焼結炭化物材料前駆体に熱が導入されることで、焼結炭化物材料前駆体を、金属間化合物相材料が形成される温度にする。このようにして、工具は、本発明により自動的に強化され、その際、摩耗を受ける領域に本発明による焼結炭化物材料が形成される。 Here, the heat treatment can be an active process in which heat is introduced into the sintered carbide material in a targeted manner using a heat source. Advantageously, the heat treatment is carried out passively, for example when the sintered carbide material precursor comes into contact with a workpiece, for example a road pavement, during use of the tool. During this contact, heat is introduced into the sintered carbide material precursor, bringing it to a temperature at which an intermetallic phase material is formed. In this way, the tool is automatically strengthened according to the invention, with the sintered carbide material according to the invention being formed in the areas subject to wear.

上記のようにして構成された焼結炭化物材料が、焼結プロセスで製造され、この焼結プロセスで金属間化合物相が形成されることも考えられる。次いで、この生成物を、有利には金属間化合物相が少なくとも部分的に再び溶解するソルバス温度より高い温度にすることができる。次いでこの材料を急冷して、焼結炭化物材料前駆体を形成する。その後、この焼結炭化物材料前駆体を熱処理に供することで、本発明による焼結炭化物材料が形成される。 It is also conceivable that the cemented carbide material configured as described above is produced by a sintering process in which the intermetallic phase is formed. The product can then be advantageously brought to a temperature above the solvus temperature at which the intermetallic phase at least partially re-dissolves. The material is then quenched to form a cemented carbide material precursor. The cemented carbide material precursor is then subjected to a heat treatment to form the cemented carbide material according to the invention.

金属間化合物相材料を結合相中に容易に析出可能とするために、有利には、結合相中の(M,Y)(Al,X)含有量が≧40%であり、その際、炭素割合が化学量論量となるようにまたは化学量論量よりも少なくなるように調整されていることが提供可能である。 In order to facilitate precipitation of the intermetallic phase material in the binder phase, it can be advantageously provided that the (M,Y) 3 (Al,X) content in the binder phase is ≧40%, with the carbon proportion being adjusted to be stoichiometric or less than stoichiometric.

結合相においてタングステンが高度に溶解しているほど、金属間化合物相の析出が安定することが判明した。これは、金属間化合物相材料の結晶構造に「CoW」が取り込まれ、析出範囲が高温にシフトするためである。 It was found that the higher the solubility of tungsten in the binder phase, the more stable the precipitation of the intermetallic phase was, because the crystal structure of the intermetallic phase material was filled with " Co3W ", shifting the precipitation range to higher temperatures.

ここでは元素Mo、Nb、Cr、V、および特にTi、Taも同様の効果を示し、これらを合金に少量(バインダー中で<15at%)加えることができる。 Here the elements Mo, Nb, Cr, V and especially Ti, Ta show a similar effect and can be added to the alloy in small amounts (<15 at% in the binder).

使用可能な合金量は、金属炭化物のそれぞれの溶解度積に依存する。その大きさが無視できるものであっても、結晶粒微細化効果に起因するものではない、驚くほど明確な効果が示された。 The amount of alloy that can be used depends on the solubility product of each of the metal carbides. Even if the magnitude is negligible, a surprisingly clear effect has been shown that is not due to a grain refinement effect.

安定性の向上および析出挙動の改善に基づいて、合金に他の元素を添加することで、バインダー中の金属間化合物相材料の割合を減少させることができ、40%未満にすることも可能である。さらに、例えばTiやTaの存在下では、これらの元素が安定剤としてのタングステンの役割を引き継ぐため、炭素割合を化学量論量よりも少なくなるように調整する必要がなくなる。 Based on the improved stability and precipitation behavior, the addition of other elements to the alloy allows the proportion of intermetallic phase material in the binder to be reduced, even below 40%. Furthermore, in the presence of, for example, Ti and Ta, these elements take over the role of tungsten as a stabilizer, making it unnecessary to adjust the carbon proportion below the stoichiometric amount.

金属間化合物相材料の析出が熱間強度に及ぼす影響は、熱間圧縮試験によって印象的に示すことができる。図1は、試験温度およびひずみ速度を変えた場合の、それぞれバインダーを6%含む硬質合金の熱間圧縮強度を示している。特に800℃の試験温度では、金属間化合物相材料により強度が約40~50%増加している。 The effect of the precipitation of intermetallic phase materials on hot strength can be impressively demonstrated by hot compression tests. Figure 1 shows the hot compression strength of a hard alloy containing 6% binder at different test temperatures and strain rates. In particular, at a test temperature of 800°C, the intermetallic phase materials increase the strength by about 40-50%.

本発明による焼結炭化物材料の試料について物理的特性値を測定し、これらは、素材およびその素材の特性の特性評価に役立つ。 Physical property values are measured on samples of the sintered carbide material according to the invention, which serve to characterize the material and its properties.

硬質合金の場合、保磁力HcMおよび比飽和磁化4psの測定は、非破壊検査法として確立されている。 For hard alloys, the measurement of the coercive force H cM and the specific saturation magnetization 4 ps is an established non-destructive testing method.

両測定パラメータを、Foerster社製Koerzimat(登録商標)1.097を用いた本発明による焼結炭化物材料の特性評価についても決定する。 Both measurement parameters are also determined for the characterization of the sintered carbide material according to the invention using Förster Koerzimat® 1.097.

素材の特性評価のためのもう1つのパラメータは密度であり、これを、アルキメデスの原理に従って秤量により決定する。 Another parameter for the characterization of materials is density, which is determined by weighing according to Archimedes' principle.

素材の硬度を、金属組織学的に準備された研磨済み試料の硬質合金について、有効な規格に準拠して決定する。有利には、試験荷重10kpのビッカースHV10硬さ試験を用いる(ISO 3878)。 The hardness of the material is determined for hard alloys on metallographically prepared polished samples in accordance with valid standards. Advantageously, the Vickers HV10 hardness test with a test load of 10 kp is used (ISO 3878).

同様に、研磨済み試料について、焼結素材の気孔率(DIN-ISO 4499-4規格)および酸化アルミニウム粒子を光学顕微鏡によって確認し、評価する。AあるいはBの気孔率の比較画像を用いて微細構造中の酸化アルミニウムの体積%割合を推定することができ、その際、A08あるいはB08は、およそ0.6体積%の体積割合に相当する。イータ相の光学顕微鏡試験では、これを規格(DIN-ISO 4499-4)に準拠して村上試薬でエッチングする。WCの平均粒度の決定を、DIN ISO 4499-2に準拠して行う。この場合、SEM(走査型電子顕微鏡)画像を切片法で評価する。 Similarly, the porosity of the sintered material (DIN ISO 4499-4) and the aluminium oxide particles are checked and evaluated by optical microscopy on the polished samples. Comparative images of the A or B porosity can be used to estimate the volume percentage of aluminium oxide in the microstructure, where A08 or B08 corresponds to a volume percentage of approximately 0.6% by volume. For optical microscopy examination of the eta phase, this is etched with Murakami's reagent according to the standard (DIN ISO 4499-4). The average grain size of the WC is determined according to DIN ISO 4499-2. In this case, the SEM (scanning electron microscope) images are evaluated by the section method.

バインダー中の金属間化合物相の割合および析出粒子の最大サイズも同様にSEM画像によって決定するが、ただし、インレンズBSE検出器を使用する。このために、試料の数カ所で画像を撮影し、代表的な断面について画像処理および階調値区切りによる面積割合の決定によって評価を実施する。 The proportion of intermetallic phases in the binder and the maximum size of the precipitated particles are also determined by SEM imaging, but using an in-lens BSE detector. For this purpose, images are taken at several points on the sample and an evaluation is carried out on representative cross sections by image processing and determination of the area proportion by gray-scale division.

実施例:
以下の表に、本発明による焼結炭化物体の実施例を示す。本表に示す実施例は、原則として、上述と同様の方法によって製造することができる:

Figure 2024518384000002
Example:
The following table shows examples of sintered carbonized bodies according to the invention, which in principle can be produced by the same methods as described above:
Figure 2024518384000002

Figure 2024518384000003
Figure 2024518384000003
Figure 2024518384000004
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Figure 2024518384000005
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よって、上記の説明にしたがって、本発明は、分散形態の炭化タングステン70~95重量%、有利には80~95重量%と結合相とを含む焼結炭化物材料、特に硬質合金であって、結合相は、金属バインダー材料を含み、金属バインダー材料は、Co、溶解Niおよび溶解Alを含み、結合相は、任意に金属間化合物相材料を含むことができ、金属間化合物相材料が存在する場合、金属間化合物相材料は、構造式(M,Y)(Al,X)に従って形成されており、ここで、M=Niであり、Y=Coおよび/または他の成分であり、X=タングステンおよび/または他の成分であり、結合相は、以下の化学元素組成:Ni>25重量%、Al>4重量%、残部Coおよび溶解したバインダー成分、例えばWおよび/またはCを有する、焼結炭化物材料に関する。 Thus, in accordance with the above explanation, the present invention relates to a cemented carbide material, in particular a hard alloy, comprising 70-95% by weight, advantageously 80-95% by weight, of tungsten carbide in dispersed form and a binder phase, the binder phase comprising a metallic binder material which comprises Co, dissolved Ni and dissolved Al, the binder phase optionally comprising an intermetallic phase material, if present, being formed according to the structural formula (M,Y) 3 (Al,X), where M=Ni, Y=Co and/or other components, X=tungsten and/or other components, the binder phase having the following chemical element composition: Ni>25% by weight, Al>4% by weight, balance Co and dissolved binder components, e.g. W and/or C.

以下、図5から図12に示す実施形態例を参照して、本発明をより詳細に説明する。 The present invention will now be described in more detail with reference to the embodiment examples shown in Figures 5 to 12.

試験温度およびひずみ速度を変えた場合の、それぞれバインダーを6%含む硬質合金の熱間圧縮強度を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the hot compressive strength of a hard alloy containing 6% binder when the test temperature and strain rate are changed. 硬質合金の形態の本発明による焼結炭化物材料を示す図である。FIG. 1 shows a cemented carbide material according to the invention in the form of a hard alloy. 硬質合金の形態の本発明による焼結炭化物材料を示す図である。FIG. 1 shows a cemented carbide material according to the invention in the form of a hard alloy. 3重量%のCoおよび3重量%のNiAlについてのWC-Co-NiAlの相図である。1 is a phase diagram of WC-Co-Ni 3 Al for 3 wt % Co and 3 wt % Ni 3 Al. チゼルチップの垂直断面図である。FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of the chisel tip. 図5によるチゼルチップを、図5のVI-VIと記された断面線に沿って示す図である。6 shows the chisel tip according to FIG. 5 along the section line marked VI-VI in FIG. 5. 図5~図6によるが、ただし組織組成を変更したチゼルチップ50の垂直断面図である。7 is a vertical cross-sectional view of a chisel tip 50 according to FIGS. 5-6, but with a modified texture. 図5~図6によるが、ただし組織組成を変更したチゼルチップ50の垂直断面図である。7 is a vertical cross-sectional view of a chisel tip 50 according to FIGS. 5-6, but with a modified texture. 図5~図6によるが、ただし組織組成を変更したチゼルチップ50の垂直断面図である。7 is a vertical cross-sectional view of a chisel tip 50 according to FIGS. 5-6, but with a modified texture. 図5~図6によるが、ただし組織組成を変更したチゼルチップ50の垂直断面図である。7 is a vertical cross-sectional view of a chisel tip 50 according to FIGS. 5-6, but with a modified texture. 図5~図6によるが、ただし組織組成を変更したチゼルチップ50の垂直断面図である。7 is a vertical cross-sectional view of a chisel tip 50 according to FIGS. 5-6, but with a modified texture. 図5~図6によるが、ただし組織組成を変更したチゼルチップ50の垂直断面図である。7 is a vertical cross-sectional view of a chisel tip 50 according to FIGS. 5-6, but with a modified texture.

図5から図12は、焼結炭化物材料40の形態のチゼルチップ50を示している。これらのチゼルチップ50は、好適には切削工具、特に切削チゼル、丸シャンク型チゼル、路面切削用チゼル、採鉱用チゼルなどに使用される。 Figures 5 to 12 show chisel tips 50 in the form of a sintered carbide material 40. These chisel tips 50 are preferably used in cutting tools, in particular cutting chisels, round shank chisels, road cutting chisels, mining chisels, etc.

チゼルチップ50は、鋼体に接合され、有利にはろう付けされるように形成および準備されている。この目的のために、鋼体は通常、シャンク、有利には丸シャンクが一体成形されたヘッドを有する。シャンクから離れる方向に向かって、ヘッドは、チゼルチップ50のための収容部を有する。チゼルチップ50を、この収容部内または収容部上に固定することができる。 The chisel tip 50 is formed and prepared to be joined, preferably brazed, to the steel body. For this purpose, the steel body usually has a head with an integrally molded shank, preferably a round shank. Towards the direction away from the shank, the head has a receiving portion for the chisel tip 50. The chisel tip 50 can be fixed in or on this receiving portion.

チゼルチップ50は、一体的に構成されており、ベース部51を有する。ベース部51により、チゼルチップ50を鋼体に接合することができる。有利には、ベース部51は、接合面51.1を有する。チゼルチップ50を鋼体に固定するために、接合面51.1と鋼体との間に硬ろう付け接合のろう付け材料を配置することができる。 The chisel tip 50 is constructed in one piece and has a base part 51. The base part 51 allows the chisel tip 50 to be joined to the steel body. Advantageously, the base part 51 has a joining surface 51.1. In order to fix the chisel tip 50 to the steel body, a brazing material for a hard brazing joint can be arranged between the joining surface 51.1 and the steel body.

チゼルチップ50と鋼体との間のろう付けギャップの厚さをできるだけ一定に保つために、接合面51.1の領域でチゼルチップ50にスペーサ51.2が成形されており、このスペーサ51.2が、接合面51.1を越えて突出し、接合面51.1がろう付けプロセスのために鋼体の合わせ面から距離を置いて保持されるように鋼体に載るように形成されていることが提供可能である。 In order to keep the thickness of the brazing gap between the chisel tip 50 and the steel body as constant as possible, it is possible to provide that a spacer 51.2 is molded on the chisel tip 50 in the region of the joining surface 51.1, which spacer 51.2 is formed so as to protrude beyond the joining surface 51.1 and rest on the steel body in such a way that the joining surface 51.1 is held at a distance from the mating surface of the steel body for the brazing process.

さらに、接合面51.1の領域に1つ以上の凹部52が存在することが提供可能である。ここで、凹部は、有利には、接合面51.1の凸状の丸みを介してくぼんだ部分に移行するように構成されていてよく、このくぼんだ部分は、好適には凹状の谷状部として形成されている。凹部52により、チゼルチップ50に必要となる材料を低減することができる。さらに、凹部52は、接合面51.1の領域における余分なろう付け材料のための貯留部を形成する。 It can furthermore be provided that one or more recesses 52 are present in the region of the joining surface 51.1. Here, the recesses can advantageously be configured to transition via a convex radius of the joining surface 51.1 into a concave portion, which is preferably formed as a concave valley. The recesses 52 make it possible to reduce the material required for the chisel tip 50. Furthermore, the recesses 52 form a reservoir for excess brazing material in the region of the joining surface 51.1.

ベース部51は、有利には円周方向の縁部51.3を有し、この縁部51.3は、少なくとも一部の領域において凸形状として形成されていてよく、縁部51.3は、ベース部51と移行部53との間の移行部として形成されていてよい。 The base portion 51 preferably has a circumferential edge 51.3, which may be formed as a convex shape at least in some areas, and the edge 51.3 may be formed as a transition between the base portion 51 and the transition portion 53.

移行部53は、凹状領域53.1として形成される第1の領域を有する。また、切頭錐体状のジオメトリ、または凹状領域53.1と少なくとも部分的に切頭錐体状のジオメトリとからなる組み合わせが提供されていてもよい。第1の領域により、チゼルチップ50は、ベース部51からチゼルチップ50の先端部54に向かう方向に先細状となる。 The transition 53 has a first region formed as a concave region 53.1. A truncated cone-shaped geometry or a combination of the concave region 53.1 and an at least partially truncated cone-shaped geometry may also be provided. The first region causes the chisel tip 50 to taper in a direction from the base 51 towards the tip 54 of the chisel tip 50.

移行部53は、さらに、ベース部51の反対側で第1の領域に続く円筒状領域53.2を有することもできる。図5に示すように、少なくともチゼルチップ50の領域において、第1の領域と円筒状領域との間の移行部は連続的に、有利にはチゼルチップの長手中心軸線の方向に連続的に微分可能であるように形成されているため、連続性の途切れは回避される。 The transition 53 may further have a cylindrical region 53.2 that continues to the first region on the opposite side of the base 51. As shown in FIG. 5, at least in the region of the chisel tip 50, the transition between the first region and the cylindrical region is formed so as to be continuously differentiable, preferably continuously in the direction of the longitudinal central axis of the chisel tip, so that a break in continuity is avoided.

チゼルチップ50は、有利には移行部53の領域にくぼみ53.3を有することができる。これらは、材料を低減するとともに、工具の使用中に掘り崩される土壌材料の排出を最適化する役割を果たす。 The chisel tip 50 can advantageously have recesses 53.3 in the region of the transition 53. These serve to reduce material and optimize the evacuation of the soil material that is undermined during use of the tool.

チゼルチップ50は、移行部53に、有利には円筒状領域53.2に続く先端部54を有する。接続部54.1は、凸状湾曲部として形成されていてよい。接続部54.1にはテーパ状部54.2が続いており、このテーパ状部54.2は末端部54.3へと移行する。末端部54.3は、有利には凸状湾曲部の形態、特に好ましくは球状キャップの形態で形成されている。 The chisel tip 50 has a tip 54 which is preferably continuous with a cylindrical region 53.2 at the transition 53. The connection 54.1 may be formed as a convex bend. The connection 54.1 is followed by a tapered section 54.2 which transitions into an end section 54.3. The end section 54.3 is preferably formed in the form of a convex bend, particularly preferably in the form of a spherical cap.

図6は、チゼルチップ50の断面図および上面図である。チゼルチップ50の円周上に均一に分布するように配置されているくぼみ53.3を、はっきりと視認することができる。 Figure 6 shows a cross-sectional view and a top view of the chisel tip 50. The indentations 53.3, which are evenly distributed around the circumference of the chisel tip 50, are clearly visible.

チゼルチップ50は、少なくとも1つの第1の体積領域70と少なくとも1つの第2の体積領域60とを有する。 The chisel tip 50 has at least one first volume region 70 and at least one second volume region 60.

第2の体積領域60において、焼結炭化物材料40は、結合相の金属バインダー材料30を介して互いに結合している炭化タングステン結晶粒(WC結晶粒)20を含む。第2の体積領域60には、金属間化合物相材料10が存在しないか、または金属間化合物相材料10が、有利には30重量%/単位体積未満、有利には25重量%/単位体積未満、特に好ましくは15重量%/単位体積未満の濃度で存在することが提供可能である。 In the second volume region 60, the cemented carbide material 40 comprises tungsten carbide grains (WC grains) 20 which are bonded to one another via the metal binder material 30 of the bonding phase. It is possible to provide that in the second volume region 60, no intermetallic phase material 10 is present or that the intermetallic phase material 10 is present in a concentration of preferably less than 30% by weight/unit volume, preferably less than 25% by weight/unit volume, particularly preferably less than 15% by weight/unit volume.

第1の体積領域70において、焼結炭化物材料40は、結合相の金属バインダー材料30を介して互いに結合している炭化タングステン結晶粒(WC結晶粒)20を含む。第1の体積領域70に、金属間化合物相材料10は、有利には≧30重量%/単位体積、有利には30~70重量%/単位体積の範囲、特に好ましくは35~60重量%/単位体積の範囲、さらに好ましくは40~50重量%/単位体積の範囲の濃度で存在する。 In the first volume region 70, the cemented carbide material 40 comprises tungsten carbide grains (WC grains) 20 bonded together via the metal binder material 30 of the bonding phase. In the first volume region 70, the intermetallic phase material 10 is preferably present in a concentration of ≧30% by weight/unit volume, preferably in the range of 30-70% by weight/unit volume, particularly preferably in the range of 35-60% by weight/unit volume, and even more preferably in the range of 40-50% by weight/unit volume.

金属間化合物相材料は、構造式(M,Y)(Al,X)に従って形成されており、ここで、M=Niであり、Y=Coおよび/または他の成分であり、X=タングステンおよび/または他の成分である。結合相は、以下の化学元素組成を有する:Ni>25重量%、Al>4重量%、残部Coおよび溶解したバインダー成分、例えばWおよび/またはC。 The intermetallic phase material is formed according to the structural formula (M,Y) 3 (Al,X), where M=Ni, Y=Co and/or other elements, and X=Tungsten and/or other elements. The binder phase has the following chemical element composition by weight: Ni>25%, Al>4%, balance Co and dissolved binder elements such as W and/or C.

第1の体積領域70における、単位体積に対する金属間化合物相材料の相対的な割合Yは、第2の体積領域60よりも大きい。 The relative proportion Y of intermetallic phase material per unit volume in the first volume region 70 is greater than that in the second volume region 60.

図面に示すように、第1の体積領域70および第2の体積領域60は、焼結炭化物材料40の表面の少なくとも1つの領域と境を接することができる。 As shown in the drawings, the first volume region 70 and the second volume region 60 can border at least one region of the surface of the cemented carbide material 40.

金属間化合物相材料10の相対的な割合が高い第1の体積領域70は、チゼルチップ50の表面の一部、特にテーパ状部54.2および/または末端部54.3の先端部54を形成する。 The first volumetric region 70, which has a high relative proportion of intermetallic phase material 10, forms part of the surface of the chisel tip 50, particularly the tip 54 of the tapered portion 54.2 and/or the terminal portion 54.3.

先端部54から出発して、さらに、第1の体積領域70がベース部51まで延在している場合もある。有利には、ベース部51の領域を第2の体積領域60により形成することも可能である。金属間化合物相材料10の含有量が相対的に低い、または金属間化合物相材料10を含まない第2の体積領域60は、有利には移行部53の領域に配置されている。図6に示すように、第1の体積領域70と第2の体積領域60との双方が、移行部53の領域においてチゼルチップ50の表面に隣接している場合もあり得る。 Starting from the tip 54, the first volume region 70 may further extend to the base 51. Advantageously, the region of the base 51 may also be formed by the second volume region 60. The second volume region 60, which has a relatively low content of intermetallic phase material 10 or is free of intermetallic phase material 10, is advantageously arranged in the region of the transition 53. As shown in FIG. 6, both the first volume region 70 and the second volume region 60 may be adjacent to the surface of the chisel tip 50 in the region of the transition 53.

図5および図6に示す実施形態例による第1および第2の体積領域70,60の配置は、以下の技術的利点を有する:
先端部54が第1の体積領域70によって形成されていることにより、この場合には特に摩耗のリスクがある領域において高い耐摩滅性が提供される。
The arrangement of the first and second volumetric regions 70, 60 according to the example embodiment shown in Figures 5 and 6 has the following technical advantages:
Due to the tip 54 being formed by the first volume region 70, in this case a high wear resistance is provided, particularly in the region at risk of wear.

摩耗のリスクがない領域では、靭性が向上し、したがって破壊安定性が向上する。 In areas where there is no risk of wear, toughness and therefore fracture stability is improved.

さらに、体積領域60,70により、例えばチゼルチップの再研磨を支援する特定の摩耗形態が狙いどおりに調整可能であることが考えられる。 Furthermore, it is contemplated that the volume regions 60, 70 allow for targeted adjustment of a particular wear pattern, for example to assist in resharpening the chisel tip.

図7から図12は、チゼルチップ50のさらなる構成変形例を示す。ここで、チゼルチップ50は、図5および図6に示すチゼルチップ50と基本的に同一に構成されている。この点に関して、繰り返しを避けるために上記の説明が参照され、相違点のみを説明する。図7から図12によるチゼルチップ50は、特に、第1および第2の体積領域70,60の配置および構成が異なる。 Figures 7 to 12 show further configuration variants of the chisel tip 50. Here, the chisel tip 50 is configured essentially identically to the chisel tip 50 shown in Figures 5 and 6. In this respect, reference is made to the above description in order to avoid repetition, and only the differences are described. The chisel tip 50 according to Figures 7 to 12 differs in particular in the arrangement and configuration of the first and second volume regions 70, 60.

図7に示すように、第1の体積領域70は、先端部54の領域に配置されており、有利には部分的に移行部53の円筒状領域53.2に配置されている。しかし、第1の体積領域70が先端部54の領域にのみ配置されていることも考えられる。この場合、第1の体積領域70は、先端部54の領域において摩滅・摩耗を効果的に防ぐ。 As shown in FIG. 7, the first volume area 70 is arranged in the area of the tip 54, preferably partially in the cylindrical area 53.2 of the transition 53. However, it is also conceivable that the first volume area 70 is arranged only in the area of the tip 54. In this case, the first volume area 70 effectively protects against wear and tear in the area of the tip 54.

図8は、第1の体積領域70が完全にまたは部分的にチゼルチップ50内に配置されていてよいことを示している。第1の体積領域70は、この場合、有利には移行部53の全領域にわたってチゼルチップ50の長手中心軸線の方向に延在するように構成されていてよい。すでに上述したように、第1の体積領域70は、金属間化合物相材料10の存在により、特に高いせん断強度を特徴とする。このようにして、破断のリスクがある移行領域53は、第1の体積領域70によって効果的に強化される。 8 shows that the first volume region 70 may be arranged completely or partially within the chisel tip 50. The first volume region 70 may in this case be configured to extend in the direction of the longitudinal central axis of the chisel tip 50, preferably over the entire area of the transition 53. As already mentioned above, the first volume region 70 is characterized by a particularly high shear strength due to the presence of the intermetallic phase material 10. In this way, the transition region 53, which is at risk of fracture, is effectively reinforced by the first volume region 70.

それとは逆に、図9に示すように、第2の体積領域60を完全にまたは部分的にチゼルチップ50内に配置することも可能である。この場合、第1の体積領域70は、第2の体積領域60を有利には完全に取り囲む。摩滅を特に効果的に防ぎ、移行部53の領域におけるチゼルチップ50の破損を阻止するために、第1の体積領域は、チゼルチップ50の表面を完全にまたはほぼ完全に形成している。チゼルチップ50の長手中心軸線に対して横方向に大きく広がっているため、第1の体積領域70は、軸方向の高い曲げ抵抗モーメントをも提供する。 Conversely, as shown in FIG. 9, it is also possible to arrange the second volume area 60 completely or partially within the chisel tip 50. In this case, the first volume area 70 advantageously completely surrounds the second volume area 60. To prevent wear and tear particularly effectively and to prevent breakage of the chisel tip 50 in the region of the transition 53, the first volume area completely or almost completely forms the surface of the chisel tip 50. Due to its large extent transverse to the longitudinal central axis of the chisel tip 50, the first volume area 70 also provides a high axial bending resistance moment.

図10は、図7による変形例の発展形態において、金属間化合物相材料10の相対的な割合が高い第1の体積領域70が、先端部54の領域および移行部53を超えて延在することが可能であり、それによって、第1の体積領域70が、先端部54および移行部の表面を有利には完全に形成する場合もあることを示している。第1の体積領域70は、図10に示すように、ベース部51まで、またはベース部51内にも導かれる。 Figure 10 shows that in a development of the variant according to Figure 7, the first volume region 70 with a high relative proportion of intermetallic phase material 10 can extend beyond the region of the tip 54 and the transition 53, whereby the first volume region 70 may advantageously completely form the surfaces of the tip 54 and the transition. The first volume region 70 can also be led up to or into the base 51, as shown in Figure 10.

図11は、第1の体積領域70が、先端部54の末端部54.3からベース部51まで、連続した体積領域を形成するようにチゼルチップ50内に延在してもよいことを示している。 Figure 11 shows that the first volume region 70 may extend within the chisel tip 50 from the distal end 54.3 of the tip 54 to the base 51 to form a continuous volume region.

図12は、図5および図6による実施形態例とは逆に、第1および第2の体積領域70,60が入れ替わっていることも提供可能であることを示す。 Figure 12 shows that it is also possible to provide an embodiment in which the first and second volume regions 70, 60 are interchanged, contrary to the embodiment shown in Figures 5 and 6.

上記の図面は、概略的な図示として理解されるべきである。これは特に、第1あるいは第2の体積領域70,60が、図面に示されるように正確に鮮明に画定されているのではなく、2つの体積領域70,60の間に移行部が形成されている場合のことである。 The above figures should be understood as schematic illustrations. This is especially the case when the first or second volume regions 70, 60 are not precisely sharply defined as shown in the figures, but rather a transition is formed between the two volume regions 70, 60.

図5から図12までに示す焼結炭化物材料40を製造または形成するために、本発明によれば、まず第1の方法工程で、分散形態の炭化タングステン70~95重量%、有利には80~95重量%と結合相とを含む焼結炭化物材料前駆体、特に硬質合金を製造する方法が用いられる。結合相は、少なくともCoを金属バインダー材料として含むとともに、溶解元素NiおよびAlを含む。結合相は、以下の化学元素組成:
Ni>25重量%、Al>4重量%、残部Coおよび溶解したバインダー成分、例えばWおよび/またはC
を有する。
In order to produce or form the cemented carbide material 40 shown in Figures 5 to 12, according to the invention, a method is first used in a first method step to produce a cemented carbide material precursor, in particular a hard alloy, which comprises 70-95 wt. %, preferably 80-95 wt. %, of tungsten carbide in dispersed form and a binder phase. The binder phase comprises at least Co as metallic binder material and also the dissolved elements Ni and Al. The binder phase has the following chemical element composition:
Ni>25wt%, Al>4wt%, balance Co and dissolved binder components such as W and/or C
has.

さらなる方法工程で、焼結炭化物材料前駆体を上記で説明したような熱処理に供することにより、少なくとも第1の体積領域70において結合相中に金属間化合物相材料10を含む焼結炭化物材料40を形成する。金属間化合物相材料10は、構造式(M,Y)(Al,X)に従って形成されており、ここで、M=Niであり、Y=Coおよび/または他の成分であり、X=タングステンおよび/または他の成分である。 In a further method step, the cemented carbide material precursor is subjected to a heat treatment as described above to form a cemented carbide material 40 including intermetallic phase material 10 in a binder phase in at least a first volumetric region 70. The intermetallic phase material 10 is formed according to the structural formula (M,Y) 3 (Al,X), where M=Ni, Y=Co and/or other elements, and X=tungsten and/or other elements.

この目的のために、さらなる方法工程で、焼結炭化物材料前駆体を、熱処理の間に、400℃とソルバス温度との間の温度範囲で0.25~24時間の期間にわたって保持することができる。個々の体積領域60,70を狙いどおりに形成するために、例えば、レーザーまたは誘導コイルを用いて狙いどおりの加熱を行うことができる。 For this purpose, in a further method step, the sintered carbide material precursor can be held during heat treatment in a temperature range between 400° C. and the solvus temperature for a period of 0.25 to 24 hours. To form the individual volume regions 60, 70 in a targeted manner, the targeted heating can be carried out, for example, by means of a laser or an induction coil.

Claims (22)

焼結炭化物体の製造方法であって、混合および/または粉砕プロセス、有利には湿式粉砕プロセスで、炭化タングステン粉末(WC粉末)と、コバルト粉末(Co)、ニッケル(Ni)およびアルミニウム(Al)を含む金属バインダー材料とを混合して粉末混合物を形成し、前記粉末混合物の少なくとも一部からプレス加工により未焼結圧縮体を製造し、前記未焼結圧縮体を焼結工程で温度および圧力の作用下で焼結させ、前記焼結工程に続く冷却工程の後に焼結炭化物体が形成される方法において、
金属間化合物相材料としてニッケルアルミナイド、有利にはニッケルアルミナイド粉末、特にNiAl粉末を前記混合および/または粉砕プロセスに添加することを特徴とする、方法。
A method for producing a sintered carbide body, comprising mixing tungsten carbide powder (WC powder) with a metal binder material comprising cobalt powder (Co), nickel (Ni) and aluminium (Al) in a mixing and/or grinding process, preferably a wet grinding process, to form a powder mixture, producing a green compact from at least a part of said powder mixture by pressing, sintering said green compact under the action of temperature and pressure in a sintering step, and forming a sintered carbide body after a cooling step following said sintering step,
A method, characterized in that nickel aluminide, preferably nickel aluminide powder, in particular Ni 3 Al powder, is added as intermetallic phase material to said mixing and/or grinding process.
焼結された前記焼結炭化物体に対する、前記焼結工程に続く冷却工程および/または熱処理を、前記焼結炭化物体において前記焼結炭化物体の結合相に金属間化合物相材料が形成されるように制御し、ここで、前記金属間化合物相材料の少なくとも一部は、好ましくは構造式(M,Y)(Al,X)に従って形成されており、ここで、M=Niであり、Y=Coおよび/または他の成分であり、X=タングステンおよび/または他の成分である、請求項1記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein a cooling step and/or a heat treatment subsequent to the sintering step of the sintered carbide body is controlled to form an intermetallic phase material in the binder phase of the sintered carbide body, at least a portion of which is preferably formed according to the structural formula (M,Y) 3 (Al,X), where M=Ni, Y=Co and/or other elements, and X=Tungsten and/or other elements. 前記冷却工程の間に、前記焼結体を400℃と前記焼結体のソルバス温度との間の範囲の温度範囲で0.25~24時間保持する、請求項1または2記載の方法。 The method according to claim 1 or 2, wherein during the cooling step, the sintered body is held at a temperature range between 400°C and the solvus temperature of the sintered body for 0.25 to 24 hours. 前記未焼結圧縮体が、70~95重量%、有利には80~95重量%の炭化タングステン(WC)と、1~28重量%、有利には1~19重量%のコバルト(Co)と、1~28重量%、有利には1.5~19重量%のニッケルアルミナイドとを金属間化合物相材料として含む、請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the green compact comprises 70-95 wt%, preferably 80-95 wt%, tungsten carbide (WC), 1-28 wt%, preferably 1-19 wt%, cobalt (Co), and 1-28 wt%, preferably 1.5-19 wt%, nickel aluminide as intermetallic phase materials. 前記ニッケルアルミナイド、有利には前記NiAl粉末を溶融冶金プロセスで製造し、かつ/または溶融冶金プロセスで製造された材料としての前記ニッケルアルミナイド、有利には前記NiAl粉末を前記混合または粉砕プロセスに添加する、請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the nickel aluminide, preferably the Ni3Al powder, is produced by a molten metallurgical process and/or the nickel aluminide, preferably the Ni3Al powder, as a material produced by a molten metallurgical process is added to the mixing or grinding process. 平均粒径FSSS<70μm、有利には粒径FSSS<45μmの前記ニッケルアルミナイド、有利には前記NiAl粉末を前記粉砕および/または混合プロセスに添加する、請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。 The method according to any one of the preceding claims, wherein the nickel aluminide, preferably Ni3Al powder, having an average particle size FSSS<70 μm, preferably having a particle size FSSS<45 μm, is added to the grinding and/or mixing process. 調製工程、有利には第1の粉砕工程で、前記ニッケルアルミナイドを、粉砕液、ならびに粗結晶粒炭化タングステンであって、有利には平均粒径FSSSが>20μmであり、特に好ましくは平均粒径FSSSが30~60μmの範囲にある、例えば巨結晶および/または単結晶炭化タングステンの形態の粗結晶粒炭化タングステンと混合して、前記ニッケルアルミナイドから、破砕ニッケルアルミナイド、有利には破砕ニッケルアルミナイド粉末、特に破砕NiAl粉末を形成する、請求項1から6までのいずれか1項記載の方法。 7. The method according to claim 1, wherein in a preparation step, preferably a first grinding step, the nickel aluminide is mixed with a grinding liquid and coarse-grained tungsten carbide, preferably having an average particle size FSSS of >20 μm, particularly preferably having an average particle size FSSS in the range of 30 to 60 μm, for example in the form of macrocrystalline and/or monocrystalline tungsten carbide, to form crushed nickel aluminide, preferably crushed nickel aluminide powder, in particular crushed Ni 3 Al powder, from the nickel aluminide. 前記調製工程および/または後続の粉砕工程で、加圧助剤、少なくとも1つの合金成分および/またはコバルト粉末を添加し、これを前記ニッケルアルミナイドおよび/または前記破砕ニッケルアルミナイドと混合する、請求項7記載の方法。 The method of claim 7, wherein a pressing aid, at least one alloying component and/or cobalt powder is added and mixed with the nickel aluminide and/or the crushed nickel aluminide during the preparation step and/or the subsequent grinding step. 前記調製工程の粉砕混合物中のニッケルアルミナイドの割合が、8~50重量%の範囲、有利には9~25重量%の範囲である、請求項7または8記載の方法。 The method according to claim 7 or 8, wherein the proportion of nickel aluminide in the ground mixture of the preparation step is in the range of 8 to 50% by weight, preferably in the range of 9 to 25% by weight. 前記調製工程で得られた予備粉砕物に後続の粉砕工程でWC粉末を添加して、得られる粉砕混合物中のWC粉末の割合が70~95重量%の範囲となるようにし、前記後続の粉砕工程で前記破砕ニッケルアルミナイドを粉砕して微破砕ニッケルアルミナイドを得る、請求項7から9までのいずれか1項記載の方法。 The method according to any one of claims 7 to 9, wherein WC powder is added to the pre-ground product obtained in the preparation step in a subsequent grinding step so that the proportion of WC powder in the resulting ground mixture is in the range of 70 to 95% by weight, and the crushed nickel aluminide is crushed in the subsequent grinding step to obtain finely crushed nickel aluminide. 前記未焼結圧縮体を、液相焼結プロセスによって炉内で1350℃~1550℃の範囲の焼結温度で焼結させる、請求項1から10までのいずれか1項記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 10, wherein the green compact is sintered in a furnace by a liquid phase sintering process at a sintering temperature in the range of 1350°C to 1550°C. 前記焼結温度での前記液相焼結プロセス中に、前記コバルトおよび前記金属間化合物相を融液中で少なくとも部分的に互いに溶解させ、前記冷却および/または前記熱処理時に前記金属間化合物相材料が前記結合相中に形成され、前記金属間化合物相材料は、構造式(M,Y)(Al,X)に従って形成されており、ここで、M=Niであり、Y=Coおよび/または他の成分であり、X=タングステンおよび/または他の成分である、請求項1から11までのいずれか1項記載の方法。 12. The method of any one of claims 1 to 11, wherein during the liquid phase sintering process at the sintering temperature, the cobalt and the intermetallic phase are at least partially dissolved together in the melt, and upon cooling and/or heat treatment, the intermetallic phase material is formed in the binder phase, the intermetallic phase material being formed according to the structural formula (M,Y) 3 (Al,X), where M=Ni, Y=Co and/or other elements, and X=tungsten and/or other elements. 前記結合相中の前記金属間化合物相材料の少なくとも一部が、(検鏡試片について切片法により測定された)1500nmの最大サイズ、有利には1000nmの最大サイズを有する、請求項1から12までのいずれか1項記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 12, wherein at least a portion of the intermetallic phase material in the binder phase has a maximum size (measured by sectioning on microscopic specimens) of 1500 nm, preferably 1000 nm. 前記結合相中の前記金属間化合物相材料(M,Y)(Al,X)の結晶の少なくとも一部が、ICSD(Inorganic Crystal Structure Database、無機結晶構造データベース)による結晶構造L12(空間群221)を有する、請求項1から13までのいずれか1項記載の方法。 14. The method of claim 1, wherein at least a portion of the crystals of the intermetallic phase material (M,Y) 3 (Al,X) in the binder phase have the crystal structure L12 (space group 221) according to ICSD (Inorganic Crystal Structure Database). 前記粉砕および/または混合プロセスにおいて、金属間化合物相材料としてアトマイズニッケルアルミナイド、有利にはアトマイズNiAl粉末を処理する、請求項1から14までのいずれか1項記載の方法。 15. The method according to claim 1, wherein in the grinding and/or mixing process, atomized nickel aluminide, preferably atomized Ni3Al powder, is processed as intermetallic phase material. 前記混合および/または粉砕プロセスが、少なくとも2つの混合および/または粉砕工程を有する多段プロセスであり、有利には、前記ニッケルアルミナイドを最後の粉砕および/または混合工程の前に添加する、請求項1から15までのいずれか1項記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 15, wherein the mixing and/or grinding process is a multi-stage process having at least two mixing and/or grinding steps, and preferably the nickel aluminide is added before the last grinding and/or mixing step. 前記混合および/または粉砕プロセスで、Nbおよび/またはTiおよび/またはTaおよび/またはMoおよび/またはVおよび/またはCrを処理し、焼結された焼結炭化物材料の前記結合相、特に前記金属バインダー材料(30)および/または前記金属間化合物相材料(10)が、Nbおよび/またはTiおよび/またはTaおよび/またはMoおよび/またはVおよび/またはCrを含み、有利には、前記材料のうち1つ以上が、前記結合相中に溶解した形態で存在する、請求項1から16までのいずれか1項記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 16, wherein the mixing and/or grinding process involves processing Nb and/or Ti and/or Ta and/or Mo and/or V and/or Cr, and the binder phase of the sintered cemented carbide material, in particular the metallic binder material (30) and/or the intermetallic phase material (10), comprises Nb and/or Ti and/or Ta and/or Mo and/or V and/or Cr, advantageously one or more of said materials being present in dissolved form in the binder phase. 前記焼結炭化物材料(40)中の炭素割合が、化学量論量となるようにまたは化学量論量よりも少なくなるように調整されている、請求項1から17までのいずれか1項記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 17, wherein the carbon proportion in the cemented carbide material (40) is adjusted to be stoichiometric or less than stoichiometric. 前記焼結炭化物材料(40)中の前記炭素割合が、
化学量論量(重量%)-0.003×バインダー含有量(重量%)からC化学量論量(重量%)-0.012×バインダー含有量(重量%)まで
の範囲であり、有利には、
化学量論量(重量%)-0.005×バインダー含有量(重量%)からC化学量論量(重量%)-0.01×バインダー含有量(重量%)まで
の範囲である、請求項18記載の方法。
The carbon percentage in the cemented carbide material (40) is
C stoichiometric amount (wt%)-0.003 x binder content (wt%) to C stoichiometric amount (wt%)-0.012 x binder content (wt%), advantageously
20. The method of claim 18, wherein the binder content ranges from C stoichiometry (wt%) - 0.005 x binder content (wt%) to C stoichiometry (wt%) - 0.01 x binder content (wt%).
前記結合相中のMoおよび/またはNbおよび/またはTiおよび/またはTaおよび/またはCrおよび/またはVの割合が、≦15at%である、請求項1から19までのいずれか1項記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 19, wherein the proportion of Mo and/or Nb and/or Ti and/or Ta and/or Cr and/or V in the binder phase is ≦15 at%. 分散炭化タングステン(WC結晶粒20)が、DIN ISO 4499 Part 2に準拠して測定した平均粒径が1~15μmの範囲、有利には1.3~10μmの範囲、特に好ましくは2.5~6μmの範囲である結晶粒の形態で前記焼結炭化物材料(40)中に存在する、請求項1から20までのいずれか1項記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 20, wherein the dispersed tungsten carbide (WC grains 20) is present in the cemented carbide material (40) in the form of grains having an average grain size, measured according to DIN ISO 4499 Part 2, in the range of 1 to 15 μm, preferably in the range of 1.3 to 10 μm, particularly preferably in the range of 2.5 to 6 μm. 前記焼結炭化物材料の前記結合相中のFeの最大割合が<5重量%であり、かつ/または前記結合相中に他の不可避不純物が存在する、請求項1から21までのいずれか1項記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 21, wherein the maximum proportion of Fe in the binder phase of the cemented carbide material is <5 wt. % and/or other unavoidable impurities are present in the binder phase.
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