WO2003083149A1 - Hartmetall-oder cermet-schneidwerstoff sowie dessen verwendung - Google Patents

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Walter Lengauer
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/005—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides comprising a particular metallic binder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F2005/001—Cutting tools, earth boring or grinding tool other than table ware

Definitions

  • the invention relates to a hard metal or cermet cutting material for machining chrome-containing metal workpieces, such as e.g. Austenites, Ni-based alloys, stones or steels, with a hard material phase containing carbides, nitrides and / or carbonitrides and a 3 to 25 mass% binder phase made of iron, cobalt and nickel.
  • chrome-containing metal workpieces such as e.g. Austenites, Ni-based alloys, stones or steels
  • a hard material phase containing carbides, nitrides and / or carbonitrides and a 3 to 25 mass% binder phase made of iron, cobalt and nickel.
  • the invention further relates to a use of the hard metal or cermet cutting material for machining metal workpieces.
  • the binder In hard metals such as cermets, the binder is used to form a liquid phase at sintering temperature, which is in equilibrium with the hard material phase and can wet it.
  • the liquid binding phase is said to have considerable solubility for the hard material phase with the sintering temperature, but is said to be eliminated again on cooling. Reactions of the binder phase with the hard material phase, which lead to the consumption or degradation of the binder phase, should be avoided as far as possible.
  • the binder phase should have mechanical properties which correspond to the intended use and the temperatures prevailing here in such a way that the binder leads to the hardest and toughest cohesion of the hard metal or cermet body.
  • the hard metal or cermet cutting material has a binder phase with 10 mass% to 75 mass% Co, 10 mass% to 75 mass% Ni, 5 mass% to 30 mass% Cr,> 20 mass% to 60 mass% Fe, where the sum of the metals Co, Ni, Cr and Fe does not exceed 100%.
  • the binder phase can additionally contain up to 5% by mass of V, Mo and / or Al, up to the solubility limit Ti, W, Ta / Nb, Zr and / or Hf and up to 15% by mass of Mn. Oxygen, nitrogen and / or boron can furthermore be present in the binder to the maximum solubility.
  • the carbon content in the cutting material is adjusted so that there is no ⁇ and no C porosity.
  • the binder phase preferably has no hexagonal components.
  • the hard metal or cermet body is based on the inventive core idea that there is no difference or only the smallest possible difference in the concentrations of the lying components between workpiece and tool between the metal to be machined and the cutting material. This is intended to minimize interdiffusion of the cobalt from the hard metal or cermet cutting material on the one hand and the alloy elements of the steel on the other hand during machining.
  • the binding phase of the cutting material must also contain chromium in addition to iron, nickel and cobalt, whereby good wettability of nickel and cobalt is the reason for the minimum 10 and maximum 75% content in the binder phase.
  • the rest iron and nickel with at least 4% by weight, but not more than 36% by weight nickel or iron , the ratio Ni / Fe should be between 1.5: 1 to 1: 1.5 is inevitably contained in the binder in the present material for machining Cr.
  • an fcc structure is formed in the binder described.
  • the tendency of the cutting material to stick can only be avoided if there is significant Cr content in the binder.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hartmetall- oder Cermet-Schneidwerkstoff zum Zerspa­nen von Chrom- legierten Stahlwerkstücken, mit einer Carbide, Nitride und/oder Carbonitride enthaltenden Hartstoffphase und einer Binderphase aus Eisen, Cobalt und Nickel. Um bei Zerspanungsoperationen ein Verkleben des Schneidwerkstoffes zu verhindern, wird vorgeschlagen, dass die Binderphase 10 Massen% bis 75 Massen% Co, 10 Massen% bis 75 Massen% Ni, 5 Massen% bis 30 Massen% Cr, > 20 Massen% bis 60 Massen% Fe enthält, wobei die Summe an Co, Ni, Cr und Fe 100 Massen% nicht übersteigt.

Description

Beschreibung
Hartmetall- oder Cermet-Schneidwerkstoff sowie dessen Verwendung
Die Erfindung betrifft einen Hartmetall- oder Cermet-Schneidwerkstoff zum Zerspanen von Chrom-haltigen Metallwerkstücken, wie z.B. Austeniten, Ni-Basislegierun- gen, Steinten oder Stählen, mit einer Carbide, Nitride und/oder Carbonitride enthaltenden Hartstoffphase und einer 3 bis 25 Massen%igen Binderphase aus Eisen, Cobalt und Nickel.
Die Erfindung betrifft ferner eine Verwendung des Hartmetall- oder Cermet- Schneidwerkstoffes zur zerspanenden Bearbeitung von Metallwerkstücken.
In Hartmetallen wie in Cermets dient der Binder dazu, bei Sintertemperatur eine flüssige Phase zu bilden, die im Gleichgewicht mit der Hartstoffphase bestehen und diese benetzen kann. Die flüssige Bindephase soll eine beachtliche Löslichkeit für die Hartstoffphase mit der Sintertemperatur haben, soll dieselbe jedoch beim Abkühlen wieder ausscheiden. Reaktionen der Bindephase mit der Hartstoffphase, die zur Aufzehrung bzw. zum Abbau der Binderphase führen, sollen möglichst unterbleiben. Weiterhin soll die Binderphase mechanische Eigenschaften besitzen, die dem Einsatzzweck und den hierbei herrschenden Temperaturen derart entsprechen, dass der Binder für einen möglichst harten und zähen Zusammenhalt des Hartmetalloder Cermetkörpers führt.
Es ist auch bereits bekannt, dass zur Erhöhung der Korrosionsfestigkeit von Hartmetallen Cr3C2 mit ca. 8 bis 18 % Nickel als Binder dienen können.
Bei Zerspanungsoperationen wie dem Drehen, Fräsen oder Bohren von Stahlsorten, insbesondere austenitischen Stählen, ist häufig ein Verkleben des Hartmetall- oder Cermet-Schneidwerkstoffes mit dem Stahlwerkstück festzustellen, was wegen dem daraus resultierenden erhöhten Verschleiß des Schneidwerkzeuges sowie der schlechten Bearbeitungsqualität am Werkstück unerwünscht ist. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schneidwerkstoff und ein Verfahren anzugeben, mit denen dieser Nachteil behoben wird.
Erfindungsgemäß besitzt der Hartmetall- oder Cermet-Schneidwerkstoff eine Binderphase mit 10 Massen% bis 75 Massen% Co, 10 Massen% bis 75 Massen% Ni, 5 Massen% bis 30 Massen% Cr, > 20 Massen% bis 60 Massen% Fe, wobei die Summe der Metalle Co, Ni, Cr und Fe 100 % nicht übersteigt.
Weiterbildungen dieses Schneidwerkstoffes sind in den Ansprüchen 2 bis 5 beschrieben.
So kann die Binderphase zusätzlich bis zu jeweils 5 Massen% V, Mo und/oder AI, bis zur Löslichkeitsgrenze Ti, W, Ta/Nb, Zr und/oder Hf sowie bis zu 15 Massen% Mn enthalten. Weiterhin können im Binder Sauerstoff, Stickstoff und/oder Bor bis zur maximalen Löslichkeit enthalten sein. Der Gehalt an Kohlenstoff im Schneidwerkstoff ist so eingestellt, dass keine η- und keine C-Porosität vorliegen. Vorzugsweise besitzt die Binderphase keine hexagonalen Anteile.
Grundsätzlich liegt dem Hartmetall- oder Cermetkörper der erfinderische Kerngedanke zugrunde, dass zwischen dem zu bearbeitenden Metall und dem Schneidwerkstoff bezüglich des Cr-Gehaltes keine oder nur eine möglichst geringe Differenz in den Konzentrationen der Liegerungsbestandteile zwischen Werkstück und Werkzeug vorliegt. Hiermit soll eine Interdiffusion des Cobalts aus dem Hartmetalloder Cermet-Schneidwerkstoff einerseits und den Legierungselementen des Stahles andererseits beim Zerspanen minimiert werden. Zu diesem Zweck muss die Bindephase des Schneidwerkstoffes neben Eisen, Nickel und Cobalt auch Chrom enthalten, wobei eine gute Benetzbarkeit von Nickel und Cobalt Ursache für den mindestens 10 und maximal 75 %igen Gehalt in der Binderphase ist. Anders als bei dem aus der WO 99/10549 bekannten Co-Ni-Fe-Binder mit 40 bis 90 Gew.% Cobalt, Rest Eisen und Nickel mit wenigstens 4 Gew.%, aber nicht mehr als 36 Gew.% Nickel bzw. Eisen, wobei das Verhältnis Ni/Fe zwischen 1 ,5 : 1 bis 1 : 1 ,5 liegen soll, ist bei dem vorliegenden Werkstoff zum Zerspanen Cr zwingend im Binder enthalten. Anders als eine Cobalt-Binderphase mit einer hexagonalen Struktur, bildet sich bei dem beschriebenen Binder eine fcc-Struktur aus. Allerdings kann die Klebneigung des Schneidwerkstoffes nur bei signifikanten Cr-Gehalten im Binder vermieden werden.
Obwohl die Mechanismen der Reaktionen und Wechselwirkungen zwischen den im Stahl enthaltenen Metallen und Kohlenstoff sehr komplex sind, hat sich überraschenderweise beim Zerspanen von Cr-haltigen Metallwerkstücken mittels eines Schneidwerkstoffes gezeigt, dass optimale Ergebnisse dann erzielt werden konnten, wenn der Cr-Anteil in der Binderphase des Schneidwerkstoffes dem Cr-Anteil in dem Werkstückstoff annähernd gleich ist.

Claims

Patentansprüche
1. Hartmetall- oder Cermet-Schneidwerkstoff zum Zerspanen von Chrom-legierten Stahlwerkstücken, mit einer Carbide, Nitride und/oder Carbonitride enthaltenden Hartstoffphase und einer Binderphase aus Eisen, Cobalt und Nickel, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Binderphase 10 Massen% bis 75 Massen% Co, 10 Massen% bis
75 Massen% Ni, 5 Massen% bis 30 Massen% Cr, > 20 Massen% bis
60 Massen% Fe enthält, wobei die Summe an Co, Ni, Cr und Fe
100 Massen% nicht übersteigt.
2. Hartmetall- oder Cermet-Schneidwerkstoff nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Binderphase zusätzlich bis zu jeweils 5 Massen% V, Mo und/oder AI, bis zur maximalen Löslichkeit Ti, W, Ta/Nb und/oder bis zu
15 Massen% Mn enthält.
3. Hartmetall- oder Cermet-Schneidwerkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Binder O, N und/oder B bis zur maximalen Löslichkeit enthalten sind.
4. Hartmetall- oder Cermet-Schneidwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der C-Gehalt im Schneidwerkstoff so eingestellt sind, dass keine η-Phase und keine C-Porosität vorliegen.
5. Hartmetall- oder Cermet-Schneidwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Binderphase keine.hexagonalen Anteile besitzt.
6. Verwendung des Hartmetall- oder Cermet-Schneidwerkstoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur zerspanenden Bearbeitung von Stahlwerkstücken, vorzugsweise von Werkstücken aus Cr-haltigen Legierungen. Verwendung eines Schneidwerkstoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur zerspanenden Bearbeitung von chromhaltigen Metallwerkstücken, dadurch gekennzeichnet, dass der Chrom-Anteil in der Binderphase des Schneidwerkstoffes nicht größer ist als der Chrom-Anteil in der Stahllegierung des Werkstückes.
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