SE534073C2

SE534073C2 - Cermet

Info

Publication number: SE534073C2
Application number: SE0802600A
Authority: SE
Inventors: Bo Jansson; Jenni Zackrisson; Tomas Persson
Original assignee: Seco Tools Ab
Priority date: 2008-12-18
Filing date: 2008-12-18
Publication date: 2011-04-19
Also published as: WO2010071586A1; EP2379762B1; US9499884B2; CN102257171B; JP2012512963A; EP2379762A1; CN102257171A; KR101629530B1; EP2379762A4; KR20110095358A; SE0802600A1; US20110262296A1

Abstract

Sammanfattning Föreliggande uppfinning avser en titanbaserad karbonitridlegering innehållande Ti, Nb, Ta, W, C,N och Co. Legeringen innehåller - Co 7 till 21 vikt% - W 14 till 20 vikt% - Ta 5 till 11 vikt% - Nb 2 till 7 vikt% och, - Ti 33 till 50 vikt% varvid det totala N/C viktförhållandet är 0.6 till 0.75, Ta/Nb viktförhållandet 1.8 till 2.1, den re-lativa mättnadsmagnetisering 0.60 till 0.90 och den magnetiska koerciviteten Hc=(l8.2-0.2*Covikt%) +/- E kA/m, där E är 2.0. Uppfinningen även avser ett sätt att tillverka sagda legering.

Description

20 25 30 35 534 073 kontroll av mängden av oupplösta Ti(C,N) kärnor har en ytterligare optimering av de teknolo- giska egenskaperna erhållits. Mera speciellt avser uppfinningen en karbonitziid-baserad hårdfas av specifik sammansättning, for vilken mängden av oupplösta Ti(C,N) kärnor är optimerad för maximal abrasiv slitstyrka, medan Co och Nb innehållen samtidigt optimeras för att ge den öns- kade segheten och motståndet mot plastisk deformation.

Det är ett syfte att skapa och producera ett cermetmaterial med specifik sammansättning och kontrollerad relativ mättnadsmagnetisering och koercivitet för optimal kombination av abrasivt förslitningsmotstånd, seghet och motstånd mot plastisk deformation.

Detta har åstadkommits genom användning av legeringssystemet Ti-Ta-Nb-W-C-N-Co. Ett antal begränsningar har befunnits som ger en optimal kombination av abrasivt fórslitiiingsmotstånd, seghet och motstånd mot plastisk deformation för de avsedda användningsområdena.

Fig. 1 visar mikrostrukturen i detalj och Fig. 2 visar mikrostrukturen i en lägre förstoring av en legering enligt uppfinningen observerad med återspridda elektroner i ett svepelektronmikroskop vari A visar oupplösta Ti(C,N)-kärnor B visar en komplex karbonitridfas, som ibland omger A-kärnoma och C visar Co-bindefasen.

Enligt föreliggande uppfinning har det oväntat visat sig att optimal kombination av abrasivt för- slitningsmotstånd, seghet och motstånd mot plastisk deformation för det avsedda användnings- ornrådet har erhållits vid optimering av mängden av karbonitridbildare upplöst i den Co-baserade bindefasen, förhållandet mellan Ta och Nb och den hårda beståndsdelens komstorlek. Halten upplösta karbonitridbildare i bindefasen kan uttryckas genom S-värdet, mättnadsmagnetiserigen av provet delat med mättnadsmagnetiseringen för sarnma mängd ren Co som i provet. S-värdet beror på halten av upplösta metaller i bindefasen och ökar med minskande mängd av upplösta metaller. Den sintrade komstorleken för de hårda beståndsdelarna kan uttryckas med den magne- tiska koerciviteten.

Co-halten måste väljas för att ge de önskade egenskapema för det avsedda användningsområdet.

Denna kombination erhålls bäst med en Co halt 7 till 21 vikt%, företrädesvis 8 till 15 vikt%. I en utföringsform för ﬂnbearbetningstillämpningar måste Co-halten vara 8 till 10 vikt% och i ytterli- gare en utföringsform för tillämpningar som behöver högre seghet 12 till 15 vikt%.

W-halten måste vara 14 till 22 vikt%, företrädesvis 16 till 19 vikt%.

Ta-halten måste vara 5 till ll vikt%, företrädesvis 6 till 9 vikt%.

Nb-halten måste vara 2 till 7 vikt%, företrädesvis 3 till 5 vikt%.

Ti-halten måste vara 33 till 50 vikt%, företrädesvis 37 till 47 vikt%.

Förhållandet mellan tillsatt Ta vikt% och Nb vikt% måste vara 1.8 till 2.1.

Det totala N/C viktsförhållandet i den sintrade legeringen måste vara i området 0.6 till 0.75. 10 15 20 25 30 534 073 C-halten måste vara reglerat så att den relativa mättnadsmagnetiseringen är inom 0.60 till 0.90, företrädesvis 0.65 till 0.80.

Medelkornstorleken uttryckt som den magnetiska koerciviteten beror på mängden av Co tillsatt och måste vara Hc=(l8.2-0.2*Co vikt-%) +/- E kA/m, där E är 2.0, företrädesvis 1.5 och helst 1.0.

För vissa bearbetningsoperationer som kräver än högre förslitningsmotstånd är det fördelaktigt att belägga kroppen enligt föreliggande uppfinning med en tunn slitstark beläggning med använd- ning av PVD, CVD, MTCVD eller liknande tekniker.

I en annan aspekt av uppfinningen, föreligger ett sätt att tillverka en sintrad titanbaserad karboni- tridlegering. Hårdbeståndsdelspulver av TiCxNpx, med x i området 0.45-0.55 och en FSSS komstorlek av 1 till 2 pm, TaC, NbC och WC blandas med pulver av Co till en sammansättning inom gränserna angivna ovan och pressas till kroppar av önskad form. Sintring utförs i en N2-Ar atmosfär, med ett totaltryck av 10-40 mbar och ett partiellt tryck av NZ av 0.5 till 4 mbar, vid en temperatur i området 1370-1500°C i 0.5-1 tim. Det är inom fackmannens kompetensområde att fastställa genom experiment de nödvändiga betingelsema för att erhålla den önskade mikro- strukturen enligt denna specifikation.

Exempel 1 Tre pulverblandningar av nominell sammansättning (vikt%) Ti 46.4, Ta 8.2, Nb 4.2, W 17.1, Co 9.0, N 6.1 och ett N/C förhållande av 0.69 (Legering A, uppfinning), 0.74 (Legering B, referens) och 0.64 (Legering C, referens) framställdes genom våtmalning av TiC0_5QN0_50 med en komstorlek av 1.25 pm TaC, kornstorlek 2.1 pm NbC, kornstorlek 2.0 pm WC kornstorlek 0.80 pm Co kornstorlek 0.80 pm Presshjälpmedel, PEG.

Pulvren sprejtorkades och pressades till SNUN120408 skär. Skären avdrevs i H2 och sintrades därefter i en N2-Ar atmosfär, totaltryck av 10 mbar och ett partiellt tryck av N; av 1 mbar, i 1.0 tim vid l480°C som följdes av slipning och konventionell eggbehandling. Polerade tvärsnitt av skär bereddes med normala metallograñska tekniker och karakteriserades med användning av svepelektronmikroskopi. Fig. 1 och Fig. 2 visar ett svepelektron mikrofoto av ett sådant tvärsnitt, taget i tillbakaspridd mod. Porositeten bestämdes enligt ISO 4505 standard. Magnetiska egenska- per och hårdhet bestämdes med standardmetoder. 10 15 534 073 4 Relativ mättnads- Koercivitet Mikroporositet Makroporositet magnetiserig Legering A 0.70 17.5 A02-B00-C00 0 Legering B 0.43 15.0 A06-B02-C00 0 Legering C 0.95 19.0 A02-B02-C00 4 Porositetsnivåema för legering B och legering C, som är utanför det föredragna relativa mätt- nadsmagnetiseringsintervall, är skadliga för segheten.

Exempel 2 Fem pulverblandningar bereddes med våtmalning av råmaterial enligt Exempel 1. För legering G och legering H användes en grövre TiC0_5QN()_50 med en kornstorlek av 3.5 pm.

Den nominella sammansättningen (vikt%) visas i följande tabell Co Ti Ta Nb W N C Legering D 13.5 43.4 7.7 3.9 17.6 5.7 8.1 Legering E 13.5 43.6 7.7 4.0 16.9 5.8 8.6 Legering F 18.0 40.8 7.2 3.7 16.9 5.4 8.0 Legering G 20.0 39.0 6.9 3.6 18.1 5.2 7.3 Legering H 20.0 39.5 7.0 3.6 16.9 5.2 7.8 Sintrade skär bereddes och analyserades enligt Exempel 1. Resultaten finns nedan: Relativ Koercivitet Mikroporositet Makroporositet mättnadsmagne- tiserig Legering D 0.59 16.0 A02-B06-C00 6 Legering E 0.75 16.1 A00-B02-C00 0 Legering F 0.76 14.7 A00-B00-C00 2 íering G 0.52 12.7 A04-B04-C00 10 ïgering H 0.69 13.2 A01-B01-C00* 0 * A01 anger porositetsnivå i mellan A00 och A02 * B01 anger porositetsnivå i mellan B00 och B02 534 073 Porositetsnivåenxa hos legeringaxna utanför det föredragna relativa mättnadsmagnetiseringsinter- vallet är höga och, sålunda, skadliga fór segheten.

Claims

10 15 534 073 Krav

1. l. En titanbaserad karbonitridlegering innehållande Ti, Nb, Ta, W, C, N och Co k ä n n e t e c k n a d av att den relativa mättnadsmagnetiseringen är 0.60 till 0.90, företrädesvis 0.65 till 0.80, och den magnetiska koerciviteten l-lc=(l8.2-0.2*Co vikt%) +/- E kA/m, där E är 2.0, helst 1.5 varvid legeringen innehåller: - Co 7 till 21 vikt%, företrädesvis 8 till 15 vikt%, - W 14 till 20 vikt%, företrädesvis 16 till 18 vikt%, - Ta 5 till ll vikt%, företrädesvis 6 till 9 vikt%, - Nb 2 till 7 vikt%, företrädesvis 3 till S vikt%, - Ti 33 till 50 vikt%, företrädesvis 37 till 47 vikt%, med ett totalt N/C förhållande av 0.6 till 0.7 och ett Ta/Nb viktförhållande av 1.8 till 2.1.

2. En titanbaserad karbonitridlegering enligt krav 1 k ä n n e t e c k n a d av att den är belagd med en tunn slitstark beläggning med användning av PVD, CVD, MTCVD eller liknande tekniker.

3. Sätt att tillverka en sintrad titanbaserad karbonitridlegering innehållande Ti, Nb, Ta, W, C, N och Co genom blandning av hårdbeståndsdelspulver av TiCxNLx med x i intervallet 0.45-0.55 och en FSSS kornstorlek av l till 2 pm, TaC, NbC och WC med pulver av Co till en sammansätt- ning och pressning till kroppar av önskad form, sintring i en Ng-Ar atmosfär, k ä n n e t e c k n a t av sagda atmosfär med ett totaltryck av 10-40 mbar och ett partiellt tryck av N; av 0.5 till 4 mbar, vid en temperatur av 1370-l500°C i 0.5-1 tim.