SE461916B - Legering baserad paa karbonitrid foer skaerande verktyg och metod foer framstaellning av denna - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 461 916 2 Enligt uppfinningen föreligger nu en sintrad karbonitrid innehållande 75-97 vikt-% av en hård karbanitriakomponent och 3-25 vikt-% bindemetall, där den hårda komponenten inne- håller titan som den viktigaste metallkomponenten. I den hårda komponenten ingår vidare 10-40 vikt-%, företrädesvis 20-30 vikt-%, av en eller båda av wolfram och molybden samt 3-25 vikt-%, företrädesvis 5-15 vikt-% tantal jämte icke- metalliska komponenter av kol och kväve, varvid halten av kväve är 5-40 vikt-%, företrädesvis 15-35 vikt-% av de icke- metalliska komponenterna. Bindemetallen utgörs av minst ett element ur en grupp bestående av järn, kobolt och nickel.

Legeringen kan vidare innehålla upp till 20 vikt-%, före- trädesvis 4-10 vikt-% vanadin-karbid och upp till 1 %, före- trädesvis 0.1 - 0.4 vikt-% aluminium.

Karbonitridkomponenten hos legeringen är en tvåfasblandning innehållande en titan- och tantal-rik karbonitrid fast lös- ning som är kvävefattig och en annan fas som är rik på komponenter av grupp VI metaller samt kväverik. Den två- fasiga mikrostrukturen bildar en struktur hos vilken den titan- och tantal-rika fasen är omgiven av den fas som är rik på grupp VI metaller samt bildar den huvudsakliga g: ns- ytan med bindelegeringen. Grupp VI metallerna inkluderar Cr, Mo och W. vid en alternativ utföringsform av uppfinningen är Ta helt eller delvis ersatt av Nb. Den sintrade karbonitridlege- ringen med kännetecken enligt ovanstående beskrivning har bättre motståndsförmåga mot förslitning och plastisk defor- mation än tidigare kända sintrade karbonitridlegeringar.

TiC baserade hårdmetaller med tillsatser av andra karbider såsom WC och Mo2C för att förbättra vätningsegenskaperna bildar i allmänhet en tvâfasstruktur bestående av nästan oförändrade TiC-kärnor med en ytzon rik på WC och Mo2C som bildar den huvudsakliga gränsytan med bindefasen. 10 15 20 25 30 35 3 461 916 Den sistnämnda fasen som är en fast lösning är emellertid benägen för korntillväxt under sintringen och följaktligen erhålls en tämligen stor kornstorlek. Detta är till förfàng för både hàllfasthets- och slitstyrkeegenskaperna.

Tillsatser av TiN reducerar korntillväxten drastiskt hos TiC baserade hârdmetaller väsentligen på grund av att den sekundära fasen i kontakt med bindemedlet, nu består av en karbonitrid som är mindre benägen för upplösning i binde- fasen. TiN har därför en gynnsam effekt på hállfasthet och brottseghet hos legeringen. TiN har också en högre termisk ledningsförmåga än TiC och följaktligen ökas den termiska ning vid en given kombination av skärdata.

TiN har därför en gynnsam inverkan på motståndet mot ter- misk sprickbildning, temperaturstyrda förslitningsmekanis- mer såsom upplösning/diffusionsförslitning samt motståndet mot plastisk deformation.

Mo2C och WC förbättrar vätningsegenskaperna hos den hårda fasen vilket förbättrar hállfastheten hos legeringen. Molyb- den och wolfram reducerar också tendensen till plastisk deformation pà grund av en fast lösningsförstärkning eller härdning av bindelegeringen.

VC och Al har visat sig ytterligare förbättra fasslitstyr- kan vid tillsats till legeringen enligt uppfinningen.

För att ytterligare öka motståndet mot plastisk deformation är det väsentligt att också undersöka den hårda komponen- tens betydelse. Den består väsentligen av centrala kärnor, rika på titan och kol från TiC ràmaterialet, omgivna av en sekundär fas som väsentligen är en karbonitrid rik på de andra legeringselementen. TiC kärnorna upptar således en ganska stor volymandel av den hårda komponenten. 10 15 20 25 30 35 461 916 4 Plastisk deformation av verktyget vid högre temperaturer kommer att äga rum både i bindefasen och den hårda fasen.

Hårdheten hos TiC är ganska låg och mycket underlägsen den hos WC vid höga temperaturer även om motsatsen råder vid rumstemperatur.

Det är ett ändamål hos föreliggande uppfinning att förbätt- ra motståndet mot plastisk deformation genom att förbättra varmhårdheten hos TiC kärnorna. jämte Ti i kärnorna hos kornen enligt ovanstående beskriv- ning så erhålles en avsevärd ökning beträffande motståndet mot plastisk deformation. Ta kan delvis ersättas av Nb.

Kornstorleken är i allmänhet <5/um med huvuddelen av kor- nen <2/um.

Uppfinningen är ytterligare illustrerad genom figurerna 1, 2 och 3, som utgör SEM (Scanning Electron Microscope) foton av legeringar utnyttjande "tillbakaspridda elektroner" vid en förstoring av 4000 gånger.

Figur 1 visar en legering enligt tidigare känd teknik. A hänvisar till kärnor av TiC.

Figur 2 och 3 visar legeringar enligt uppfinningen där B är (Ti,Ta,Nb)0-kännm och C är (Ti,Ta)C-kärnor.

Figur 1, 2 och 3 visar att antalet TiC-kärnor reduceras drastiskt när legerat TiC-pulver användes. TiC-kärnorna framstår som svarta och (Ti,Ta)C samt (Ti,Ta,Nb)C-kärnorna framstår som gråa beroende på det högre genomsnittliga atom- numret hos de senare.

Uppfinningen består också av en metod för tillverkning av en sintrad legering innehållande karbider och nitrider av Ti, Ta och/eller Nb. Metoden innefattar uppvärmning av en f: 10 15 20 25 30 5 461 916 primär pulverblandning av TiC och (Ta,Nb)C och/eller TaC under sådana betingelser att den resulterande primära pro- dukten in ehàller en fast lösning av (Ti,Ta)C eller (Ti,Ta,Nb)C. Nämnda produkt krossas till pulver, varpå pulv- ret blandas med karbider och/eller nitrider av metaller valda ur grupperna IV, V och VI företrädesvis Ti, W, V, Mo samt med en eller flera av Co, Ni och Fe som bindemedel i Exempel 1 Pulver av fasta lösningar enligt uppfinningen framställdes med användning av TiC, (Ta,Nb)C 80/20 och TaC pulver som Exempel 2 Wolframkarbid, titankarbid, molybdenkarbid,tantalniobkarbid (80/20 vikt-%), titan-tantal-niob-karbid (80/16/4 vikt-%) (Exempel 1) och titan-tantal-karbid (80/20 vikt-%) (Exempel 1) samt järngruppmetaller tjänstgörande som bindemedel an- vändes i de proportioner som är angivna i tabell 1 nedan för att ge prover med samma generella sammansättning. Pulv- metallkulor i 30 h. Det torkade pulvret blev därefter pres- Sat, sintrat i vakuum vid 141o°c i 90 minuter. 10 15 20 25 30 461 916 6 Tabell 1 Prov nr 1 2 3 (tidigare känd teknik) Sammansättning, vikt-% WC 16,3 -------- --> Mo2C 9,5 -------- --> TiC 37,5 7,7 15,1 (Ti,Ta)C (80/20) - - 29,7 (Ti,'.r~a,Nb)c (80/16/4) 37,1 - (Ta,Nb)C (80/20) 7,3 - - TiN 12,0 ----- --> VC 4,0 -------- --> Co 7,9 -------- --> Ni 5,5 ----------> HV3 1598 1615 1599 Figur 1-3 visar mikrostrukturen hos proven 1-3, resp.

Exemgel 3 Pâ väsentligen samma sätt som i Exempel 2 framställdes skärplattor med sammansättningar enligt tabell 2 användande en sintringstemperatur av 1430°C. 10 15 20 25 30 _35 1 461 916 Tabell 2 Prov nr 4 5 5 (tidigare känd teknik) Sammansättning, vikt-% WC 16,2 --------- --> Mo2C 9,5 --------- --> TiC 30,3 2,0 9,0 (Ti,Ta)C (80/20) - - 28,4 (Ti,Ta,Nb)C (80/16/4) 35,4 - (Ta,Nb)C (80/20) 7,1 - - TiN 15,9 -------- --> vc s, o --------- --> Co 7,8 --------- --> Ni 5,2 --------- --> Exemgel 4 Sammansättningarna enligt Exempel 2 användes för att be- stämma_skärlivslängden vid maskinbearbetning av stål SS 2541 vid skârhastighet 370 m/min och en matningshastig- het av 0,20 mm/varv och ett skärdjup av 1,5 mm. Skärtyp var TNMG 160408-QF. Kriterium för skärlivslängden var dålig ytfinish hos arbetsstycksmaterialet förorsakat av små brist- ningar vid den sekundära skäreggen till följd av plastisk deformation. Den genomsnittliga skärlivslängden bestämdes vid nio tester.

Prov Skärlivslängd, min 1 (tidigare känd teknik) 6,0 2 10,6 3 13,5 10 15 20 461 916 8 Exemgel 5 Verktyg av typ SNGN 120404 tillverkades från sammansättning- arna 4, S och 6 och användes för maskinbearbetning av SS 2541 vid en skärhastighet av 500 m/min vid en matnings- hastighet av 0,15 mm/varv och skärdjupet 0,5 mm. Kriterium för skärlivslängden var brott förorsakat av en föregående plastisk deformation av huvudskäreggen.

Den genomsnittliga skärlivslängden bestämdes vid sju olika tester.

Skärlivslängd, min 4 (tidigare känd teknik) 3,9 5 7,3 6 10,0 Såsom framgår av Exempel 4 och 5 har sammansättningarna enligt uppfinningen, prov 2, 3, 5 och 6, visat ett ökat motstånd mot plastisk deformation.

Claims (6)

1. 0 15 20 25 30 35 l. .

2. Legering enligt kravet 1, kännetecknad av, 9 461 916 Patentkrav Legering för skärande verktyg innehållande 75-97 vikt-% av en hård karbonitridkomponent och 3-25 vikt-% binde- metall, där nämnda hårda komponent innehåller titan som den metalliska huvudbestándsdelen, 10-40 vikt-% före- trädesvis 20-30 vikt-% av den ena eller båda av wolfram och molybden samt 3-25 vikt-% företrädesvis 5-15 vikt-% tantal och icke-metalliska beståndsdelar av kol och kväve, varvid kväveandelen är 5-40 vikt-% företrädesvis 15-35 vikt-% av de icke-metalliska betåndsdelarna och bindemetallen utgörs av minst ett element valt från en grupp bestående av järn, kobolt och nickel, kännetecknat av, att karbonitridkomponenten hos legeringen är en tvàfasblandning innehållande en titan- och tantalrik fas som är kvävefattig samt en annan fas som är rik på grupp VI metallkomponenter samt kväverik, varvid tvåfasbland- ningen bildar en struktur där den titan- och tantalrika fasen är omgiven av den fas som är rik på grupp VI-metal- ler och bildar den huvudsakliga gränsytan med bindelege- ringen. att den inne- håller upp till 20 vikt-% företrädesvis 4-10 vikt-% vana- dinkarbid. .

3. Legering enligt något av föregående krav, kännetecknad av, att den innehåller upp till l % företrädesvis 0.1 - 0.4 vikt-% Al.

4. Legering enligt något av föregående krav, kännetecknad av, att Ta är helt eller delvis ersatt av Nb.

5. Legering enligt något av föregående krav, kännetecknad av, att legeringen innefattar andra hårda enfaskomponen- ter såsom WC. 461 916 1°

6. Metod för framställning av en sintrad legering innehål- lande karbider och nitrider av Ti, Ta och/eller Nb, kännetecknad av, att en pulverblandning av TiC samt (Ta,Nb)C och/eller TaC upphettas under sådana betingel- ser att den resulterande produkten inneháller en fast lösning av (Ti,Ta)C eller (Ti,Ta,Nb)C, varefter man krossar nämnda produkt till ett pulver, blandar pulvret med karbider och/eller nitrider av metaller valda ur är känt enligt tidigare teknik.