DE2433737B2

DE2433737B2 - Hartmetallkörper, Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung

Info

Publication number: DE2433737B2
Application number: DE2433737A
Authority: DE
Inventors: Johannes 4250 Bottrop Kolaska; Heinz Dipl.-Chem. Dr.Rer.Nat. 4033 Hoesel Roettger
Original assignee: Fried Krupp AG
Current assignee: Fried Krupp AG
Priority date: 1974-07-13
Filing date: 1974-07-13
Publication date: 1979-09-06
Also published as: JPS5841338B2; DE2433737A1; JPS5134808A; FR2277791A1; DE2433737C3; FR2277791B1; US3999953A; GB1506915A

Description

Die Erfindung betrifft einen Hartmetallkörper, ein Verfahren zu seiner Herstellung und seine Verwendung.

Es sind bereits Hartmetallkörper bekannt, die aus einem Hartmetallgrundkörper sowie einer Hartstoff -oberflächenschicht bestehen und sich durch eine hohe Oberflächenhärte und Verschleißfestigkeit auszeichnen. Der Hartmetallgrundkörper ist aus den Bindemetallen Eisen, Kobalt und/oder Nickel sowie aus mindestens einem als Hartstoff wirkenden Carbid zusammengesetzt. Die Hartstoffoberflächenschicht besteht aus Carbiden, Nitriden, Carbonitriden und/oder Oxiden und wird üblicherweise aus gasförmigen Verbindungen in einem getrennten Arbeitsgang auf dem Hartmetallgrundkörper abgeschieden (CVD-Beschich'oingsverfahren). Die mit einer Hartstoffschicht versehenen Hartmetallkörper haben den Nachteil, daß zu ihrer Herstellung ein aufwendiges Verfahren notwendig ist und daß die Hartstoffoberflächenschicht mit dem Hartmetallgrundkörper häufig nur eine Verbindung von ungenügender Festigkeit eingeht. Die Hartstoffoberflächenschicht löst sich insbesondere bei großer Zähigkeitsbeanspruchung in unerwünschter Weise vom Hartmetallgrundkörper ab.

Ferner sind Hartmetallkörper bekannt, die aus mindestens zwei Hartmetallschichten von unterschiedlicher Zusammensetzung bestehen und als Sandwich-Hartmetalle bezeichnet werden. Die Körper werden durch Pressen von mindestens zwei Hartmetallschichten und anschließendes Sintern des Preßlings hergestellt. Die Sandwich-Hartmetalle können für viele Metallbearbeitungsprozesse wegen ihrer ungenügenden Festigkeitseigenschaften nicht verwendet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen ί HartmetaUkörper zu schaffen, der eine verschleißfeste, korrosionsbeständige Oberflächenschicht besitzt, die auf einfache Weise erzeugt werden kann und sich auch bei großer Zähigkeitsbeanspruchung nicht vom Hartmetallkörper ablöst.

ίο Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Hartimetallkörper aus den Phasen Wolframcarbid und Kobalt besteht, wobei ein Konzentrationsgefälle des Wolframcarbids von der Außenfläche in Richtung zum Inneren des Hartme tallkörpers in einer Stärke von 1 bis 300 μηι besteht. Die Konzentration des Wolfrauncarbids nimmt also innerhalb einer Oberflächenschicht, die *~ne Dicke von 1 bis 300 μπι hat, vom Inneren des Hartmetallkörpers nach außen hin zu und ist in dieser Schicht immer größer als im Innern des Hartmetallkörpers. Da der entsprechend der Erfindung gestaltete Hartmetallkörper keine scharfe Schichtgrenze aufweist, ist die äußere Schicht, weiche sich durch das Konzentrationsgefälle des Wolframcarbids auszeichnet, beson- ders fest mit dem Hartmetallkörper verbunden.

Die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Hartmetallkörpers werden in vorteilhafter Weise dadurch variiert, daß das Wolframcarbid ganz oder teilweise durch Titancarbid, Zirkoncarbid, Hafniumcarbid,

κι Vanadiumcarbid, Niobcarbid und/oder Tantalcarbid und daß das Kobalt ganz oder teilweise durch Eisen und/oder Nickel ersetzt ist.

Der Hartmetallkörper wird nach der Erfindung dadurch hergestellt, daß ein aus Carbid- und Bindeme-

j -, tallphase bestehender Formkörper während oder nach dem Sintern 0,5 bis 24 Stunden bei einer Temperatur von 1000 bis 1600° C und einem Druck von 1 bis 1000 Torr mit einem kohlenmonoxidhaltigen Gas behandelt wird, das weitgehend frei von Sauerstoff ist

M) und 1 bis 100% Kohlenmonoxid enthält. Die Gaszusammensetzung wird hauptsächlich beeinflußt durch die eingebrachte Kohlenmonoxidmenge und durch eventuell aus dem Hartmetallkörper entweichende Gase. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird

4-, erreicht, daß auf Oberflächen-Vergütungsverfahren, wie beispielsweise die Titancarbidabscheidung aus der Gasphase, verzichtet werden kann und daß ein Hartmetallkörper mit verbesserten Verschleißeigenschaften zur Verfügung steht.

-,o Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Eine als Schneidwerkzeug zu verwendende Wendeplatte wurde aus einer Hartmetallmischung der Zusammensetzung 70% WC 20% TiC+ TaC 10% Co geformt und entspre-

·-,·-, chend der Erfindung bis 1200° C entgast und ab 1200° C mit reinem Kohlenmonoxid unter einem Druck von 200 Torr beaufschlagt. Die Sinterung erfolgte in einer Stunde bei 1450° C ebenfalls unter 200 Torr Kohlenmonoxid.

en Die Eigenschaften der entsprechend der Erfindung beschaffenen und hergestellten Wendeplatte wurden mit den Eigenschaften verglichen, die ein Werkzeug gleicher Form aufweist, das aus der gleichen Hartmetallmischung in bekannter Weise durch einstündiges

_h-, Sintern bei 1450° C hergestellt wurde. Die Prüfung beider Wendeplatten erfolgte durch einen Drehversuch im glatten und unterbrochenen Schnitt unter den folgenden Bedingungen und erbrachte die nächste-

henden Ergebnisse:
Prüfbedingungen bei glattem Schnitt;

Bearbeiteter Werkstoff:

Schnittgeschwindigkeit:

Schnittiefe:

Vorschub:

Drehzeit:

Einstellwinkel:

Stahl C 85

ν = 120 m/min

a = 2 mm

s = 0,25 mm/U T = 15 min K = 75°

Leistungsergebnis bei glattem Schnitt:

a) erfindungsgemäße Wendeplatte: Verschleißmarkenbreite: VB 0,71 mm

b) Vergleichswendeplatte:
Verschleißmarkenbreite: VB = 0,83 mm

platte wurde aus einer Hartmetallmischung der Zusammensetzung 70% WC 20% TiC+ TaC 10% Co geformt, gesintert und danach entsprechend der Erfindung eine halbe Stunde bei 1400° C nachbehandelt, wobei die Probe während des Aufheizens ab 2100° C bis zum Ende der halbstündigen Sinterung bei 1400° C mit 500 Torr Kohlenmonoxid beaufschlagt wurde. Die Eigenschaften der erfindupgsgemäßen Wendeplatte wurden ermittelt. Anschließend wurde die Oberflächenschicht der Wendeplatte in einer Stärke von 0,3 mm abgeschliffen und es wurden die Eigenschaften der abgeschliffenen Wendeplatte als Vergleichswerte ermittelt. Die Prüfung der beiden Werkzeuge erfolgte durch einen Drehversuch im glatten Schnitt unter den folgenden Bedingungen und erbrachte die nachstehenden Ergebnisse:

Prüfungsbedingungen bei unterbrochenem Schnitt: Prüfbedingungen bei glattem Schnitt:

Bearbeiteter Werkstoff:
Drehbedingungen:

Schnittgeschwindigkeit:

Schnittiefe:

Vorschub:

Anzahl der Überläufe:

Anzahl der Anschnitte:

Stahl C 45 KN Es wurden auf einen Lochkreisdurchmesser von 190 nun 4 Stäbe aus dem Werkstoff mit den Abmessungen 40 mm Durchmesser und 60 mm Länge achspartJlel eingespannt und von innen nach außen plangedreht.

ν = 150 m/min

a = 2 mm

s = 0,25 mm/U JOO
64 ■ 10³

Bearbeiteter Werkstoff:
Schnittgeschwindigkeit:
Schniitiefe:
Vorschub:
Drehzeit:
Einstellwinkel:

Stahl C 85

ν = 120 m/min

a = 2 mm

s = 0,25 mm/U
T=IO min
K = 60°

Leistungsergebnisse bei unterbrochenem Schnitt:

a) erfindungsgemäße Wendeplatte: Verschleißmarkenbreite: VB = 0,22 mm

b) Vergleichswendeplatte:
Verschleißmarkenbreite: VB = 0,38 mm

Eine als Schneidwerkzeug einzusetzende Wende-Leistungsergebnis bei glattem Schnitt:

a) erfindungsgemäße Wendeplatte:
Kolktiefe: KT = 106 um
Kolkbreite: KB = 0,70 mm
Verschleißmarlcenbreite: VB = 0,38 mm

b) Vergleichswendeplatte:

Kolktiefe: KT = 169 μπι

Kolkbreite: KB = 1,17 mm

Verschleißmarkenbreite: VB = 0,43 mm

Die Ergebnisse der Werkzeugprüfung zeigen, daß die entsprechend der Erfindung beschaffenen und hergestellten Hartmetall körper gegenüber bekannten Hartmetallkörpern verbesserte Eigenschaften aufweisen, die sich sowohl bei Verschleiß- als auch bei Zähigkeitsbeanspruchung günstig auswirken.

Claims

Patentansprüche:

1. Hartmetallkörper, dadurch gekennzeichnet, daß er aus den Phasen Wolframcarbid und Kobalt besteht, wobei ein Konzentrationsgefälle des Wolframcarbids von der Außenfläche in Richtung zum Inneren des Hartmetallkörpers in einer Stärke von 1 bis 300 μπι besteht.

2. Hartmetallkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wolframcarbid ganz oder teilweise durch Titancarbid, Zirkoncarbid, Hafniumcarbid, Vanadiumcarbid, Niobcarbid und/oder Tantalcarbid ersetzt ist.

3. Hartmetallkörper nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kobalt ganz oder teilweise durch Eisen und/oder Nickel ersetzt ist.

4. Verfahren zur Herstellung des Hartmetallkörpers nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus Carbid- und Bindemetallphase bestehender Formkörper während oder nach dem Sintern 0,5 bis 24 Stunden bei einer Temperatur von 1000 bis 1600° C und einem Druck von 133,3 bis 133 300 P mit einem kohlenmonoxidhaltigen Gas behandelt wird, das weitgehend frei von Sauerstoff ist und 1 bis 100% Kohlenmonoxid enthält.

5. Verwendung des Hartmetallkörpers nach den Ansprüchen 1 bis 3 zur Bearbeitung von Stahl und ähnlichen Materialien.