SE467210B - Saett att framstaella verktygsmaterial foer skaerande bearbetning - Google Patents

Description

15 20 25 30 467 210 2 det hos ett kärnmaterial av stål. Detta utförande löser som sagt också slipproblemen på ett ekonomiskt tillfredsstäl- lande vis.

Det har nu emellertid visat sig att behov föreligger av ett material med avsevärt förbättrad slitstyrka som verktygs- material vid skärande bearbetning jämfört med snabbstål, men som också går att bearbeta med konventionella spånavskil- jande verktyg, dvs svarvning, fräsning och borrning, för att manufakturera det önskade verktyget. Det hårdmaterial som refererats till ovan har givetvis visat sig vara mindre lämpligt i detta avseende.

Försök att 'gradera upp' snabbstål har gjorts i och med att s.k. partikelmetallurgi kommit med i bilden. Partikelmetal- lurgin i sig har givit stora fördelar gentemot den klassiska smältmetallurgin med framställning av stora göt, som sedan valsats till önskad dimension. Med partikelmetallurgin har betydligt större mängder karbider kunnat användas i snabb- stålen än genom 'götmetallurgin'. Den praktiska gränsen för snabbstål i legeringshänseende ligger vid max cirka 2.3% C, 7% Mo, 6.5% W och 6.5% V förutom det sedvanliga krom-inne- hållet 4%. Till detta kommer en kobolttillsats vars övre gräns ligger vid cirka 12% innan sprödhetsbeteendet blir alltför uttalat. Material enligt ovan, som ligger på den praktiska gränsen innan man får utskiljning av stora primära karbider i smältan, finns kommersiellt tillgängligt och är mycket bra snabbstål då det gäller slitstyrka. Det är upp- byggt av väl avvägda legeringstillsatser samt med en väl kontrollerad medelkornstorlek av"l-2/um.

I och med partikelmetallurgins intåg har man även försökt att öka hårdämnesandelen i 'enklare' snabbstål typ M2 (0,9 % C, 4.0 % Cr, 5.0 % Mo, 6.5 % W, 2 % V, rest Fe jämte normala föroreningar) genom att helt enkelt först framställa ett snabbstålspulver genom granulering och sedan blanda in extra hárdämnen i form av elementära pulver, t.ex. rena karbider och främst då TiC och sedan fortsätta processen på samma p\ 10 15 20 25 30 35 467 210 3 sätt som om de extra hårdämnena inte var tillsatta, t.ex. kallisostatisk pressnig (CIP) + varmisostatisk pressning (HIP) + varmvalsning. Sådana försök har inte lett till någon större framgång, eftersom de tillsatta hårdämnena inte för- delar sig jämnt i materialet utan gärna klumpar ihop sig till grupper och oftast förekommer i långa stråk i bear- betningsriktningen och då ger upphov till svagheter i mate- rialet väl så allvarliga som de karbidstråk som förekommer i konventionella snabbstål som en följd av segringar vid stel- nandet av stora göt. Verktyg tillverkade ur sådant material kännetecknas av betydligt mer uttalat sprödhetsbeteende än de partikelmetallurgiska snabbstålen, som diskuterats ovan, men samtidigt av att slitstyrkan för många applikationer inte är bättre på grund av att stora områden är mjuka och ger upphov till ojämna eggar med snabb förslitning i form av 'raviner' som underminerar och ger upphov till totalhave- rier., Hårdmaterialet enligt svenskt patent 7505630-9 (publ. nr. 392 482) har i sig en böjbrotthållfasthet motsvarande de högst legerade snabbstålen, som finns på marknaden. Det har nu visat sig att man kan öka hårdämnesandelen till önskad nivå i snabbstålspulver genom att sätta till detta hård- material eller, om man vill uttrycka sig tvärtom, sänka hårdämnesinnehállet i hårdmaterialet genom att 'späda ut' det med snabbstålspulver och därvid erhålla de önskade för- delarna, dvs ett material med avsevärt förbättrad slitstyr- kebeteende jämfört med snabbstål men som fortfarande är bearbetbart medelst svarvning, fräsning, borrning etc utan att erhålla de negativa egenskaperna i form av sämre makro- seghetsbeteende och alltför ojämn fördelning mellan hårdare och mjukare partier.

Material med ovanstående_egenskaper är speciellt önskvärt då man skall framställa verktyg vars manufakturering innebär att stora_materialmängder ska avlägsnas men också verktyg av den typ där det 'rena' hårdmaterialet används, t.ex. pinn- fräsar, borrar, brotschar, kuggbearbetningsverktyg, gäng- 10 15 20 25 30 35 467 210 4 verktyg, etc, men där man kan offra litet av slitstyrkan för att få ett bättre seghetsbeteende. Inget material är ju heltäckande utan varje materialtyp har sina speciella nischer och applikationsområdenu Den nu aktuella uppfinningen går alltså ut på att problemen med ogynnsam fördelning av hàrdämnen och bindefas som upp- står då rena hárdämnen tillsätts ett snabbståls- eller annat stålpulver kan undvikas genom att pulver innehållande såväl hårdämnen som bindefas blandas med sagda stâlpulver. Det har dock visat sig att det måste vara pulver av den typ som angetts, dvs 30-70% volymprocent extremt finkorniga hård- ämnen. Så kallat konventionellt'hàrdmetallpulver på WC-Co bas fungerar inte utan ger samma nackdelar som rena hård- ämnen. De två pulvertyperna som uppfinningen avser, dvs snabbstålspulver och pulver med 30-70 volymprocent hårdämnen enligt tidigare beskrivning har visat sig ha en överraskande god blandbarhet och 'deagglomereringsförmåga' som ger denna materialkombination unika egenskaper.

Enligt uppfinningen skall vardera pulvertypen utgöras av 25-75 företrädesvis 30-70 volymprocent av blandningen. Hård- materialpulvret innehåller 30-70 volymprocent hårdämnen baserade på karbider, nitrider, oxider och/eller borider av Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo och/eller W och en bindemetall baserad på Fe, Ni och/eller Co. Snabbstålspulvret kan utgö- ras av såväl kända, kommersiellt tillgängliga kvaliteter som nyutvecklade snabbstålstyper. Med fördel väljes en relativt enkel legeringskvalitet exempelvis typ M2 med analys enligt ovan men även koboltlegerade snabbstål som har bättre hög- temperaturegenskaper används med fördel då applikationen ställer denna typ av krav.

Pulvren kompakteras i fast fas varvid snabbstålspulvret dessförinnan granulerats. Kompakteringen sker lämpligen medelst blandning/malning + kallisostatisk pressning (CIP) + varmextrusion. 10 15 20 25 30 467 210 5 Vid kompakteringen, dvs i första hand varmextrusion, bör temperaturen ej överstiga 1250 OC företrädesvis max 1200 OC för att sintring och korntillväxt av hårdämnena i hårdmate- - rialpulvret skall kunna undvikas. Det har visat sig att den extremt fina kornstorleken normalt 0.04-0.7/um hos hård- ämnena i hårdmaterialet ej förändras genom processgången enligt uppfinningen. Även kornstorleken hos hárdämnena i tsnabbstålspulvret (vilken normalt är betydligt högre än i hárdmaterialet eller av storlekordningen l-2/um) förändras ej nämnvärt vid framställningsmetodiken enligt uppfinningen.

Pulver enligt uppfinningen ger efter varmkompaktering ämnen som är förvånansvärt lätta att bearbeta med skärande verktyg och som även är överraskande lätta att svetsa till stål med friktionssvetsmetod. Detta låter sig endast med stora svå- righeter göras om ämnena istället hade framställts från pulver med enbart det 50%-iga hårdämnesinnehàllet. Ett svet- sat skaft ger betydligt lägre åtgång av det dyra hårdmate- rialet och är följaktligen ekonomiskt fördelaktigt över en viss diameter.

Pulver enligt uppfinningen kan givetvis användas för att framställa kompoundverktyg enligt svenskt patent 8302735-9 (publ. nr. 440 753) varvid den ena delen utgöres av sagda pulver och den andra delen av snabbstál eller verktygsstál.

Verktyg enligt uppfinningen lämpar sig mycket väl för skikt- beläggning medelst t.ex. PVD-teknik, eftersom materialet 'bär upp' skiktet betydligt bättre än snabbstàl och följakt- ligen samspelet skikt-substrat är överlägset snabbstàls- alternativet.

Exempel 1 Cirka 50 viktprocent inertgasgranulerat snabbstàlspulver, typ M2, blandades med 50 viktprocent hårdmaterialpulver innehållande 24.5% Ti, 7% N, 0.6% C, 7.5% Co, 6% W, 5% Mo, 4% Cr och rest Fe (och däri normalt förekommande övriga 10 15 20 25 30 35 467 210 6 legeringselement och föroreningar) i en vanlig hushålls- assistent under 60 minuter varigenom erhölls ett pulver av vilket ämnen för varmextrusion kallisostatpressades vid H* 200 MPa. Ämnenas mått var ø69.5x300 mm. Ämnena vakuum- glödgades vid 1200 OC i 2 h, varefter de inneslöts i extru- sionskapslar av kolstål øi 70 mm och med 3 mm godstjocklek.

Kapslarna evakuerades och förslöts, varefter de värmdes till 1150 OC under 1 h och extruderades till rundstång ø24 mm. Ur denna rundstång tillverkades pinnfräsar som egenskapsmässigt låg i området mellan snabbstål och hårdmaterialet ifråga, dvs överlägsen slitstyrka gentemot snabbstål, mycket bra seghetsbeteende i relation till det höga hårdämnesinnehållet (dvs mycket bättre än de högst legerade snabbstålen på mark- naden) men ändå god bearbarhet.

Exempel 2 Exempel 1 upprepades men med användning av vattengranulerat snabbstålspulver, vars kolhalt kompenserats för att klara av den kolförlust som blir följden vid reduktionen av oxider under vakuumglödgningen runt 1200 OC. Även dessa försök gav överlägsna verktyg jämfört med snabbstål.

Exempel 3 Fyrskäriga pinnfräsar i dimension 12 mm i ett material en- I ligt föreliggande uppfinning har framställts och provats i skärande bearbetning i maskinstål och seghärdningsstål.

Verktygen kunde produceras i utrustning lika den som normalt används för motsvarande snabbstålsverktyg och med samma produktivitet. Prestanda hos verktygen vid normal användning visade på två gånger högre möjliga skärdata och samtidigt i genomsnitt två gånger längre livslängd än motsvarande snabb- stålsverktyg. Vid provocerad provning dvs vid högre skärdata och därmed högre skäreggstemperaturer var livslängdsskill- naden 10-faldig. I samtliga prov kunde även bättre ytor erhållas. fi.

Claims (6)

10 15 20 25 30 467 210 7 Patentkrav

1. Sätt att framställa verktygsmaterial för skärande bearbetning, k ä n n e t e c k n a t av att en blandning av 25-75 % volymprocent av ett förlegerat hårdmaterialpulver innehållande 30-70 volymprocent hárdämnen med en medelkorn- -storlek av 0.04 - 0.70 um samt baserade på karbider, nitrider, oxider och/eller borider av Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo och/eller W och en bindemetall baserad på Fe, Ni och/ eller Co samt 75-25 volymprocent granulerat snabbstàlspulver kompakteras i fast fas, företrädesvis medelst blandning/ malning, kallisostatisk pressning (CIP) och varmextrusion.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att materialet används solitt i ett verktyg.

3. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att materialet ingår såsom en del i ett kompoundverktyg, som dessutom innehåller en del av snabbstål eller verktygsstàl.

4. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t svetsat skaft. av att verktyget är försett med

5. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t koboltlegerat. av att snabbstålspulvret är

6. Sätt enligt något av kraven 1 - 4, k ä n n e t e c k n a t av att snabbstålspulvret är av typ M2 innehållande 0.9 % C, 0.4 % Cr, 5.0 % Mo, 6.5 % W, 2 % V, rest Fe jämte normala föroreningar.