SE453649B - Verktyg i form av en kompoundkropp bestaende av en kerna och ett holje - Google Patents

Description

15 20 25 30 h! U1 455 649 2 Varmisostatisk tryckning ger heller ingen genombearbetning av kroppen, vilket t ex'extrusion ger. En sådan knådning ger bättre hållfasthetsegenskaper åt kroppen. "c Föreliggande uppfinning avser dels skärande, sågande, stan- sande, klippande, formande, osv, verktyg såsom stansar, knivar, sågar, skrapor, hobbyverktyg o dyl men även hållan- de, riktande verktyg såsom styrlinjaler och liknande.

I motsats mot verktyget enligt nämnda svenska patentansökan nr 8302735.9 är verktyget enligt uppfinningen (som tidigare nämnts) så uppbyggt att kärnan består av det hårdämnesrika materialet medan höljet utgörs av det mjukare materialet.

Det hårdämnesrika materialet ligger härvid egenskapsmässigt mellan hårdmetall och snabbstål samt innehåller 30-70 vol-% hårdämnen i form av karbider, nitrider och/eller karbonitri- der av Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo och/eller W i en grund- massa baserad på Fe, Ni och /eller Co. Höljet kan utgöras av en legering baserad på Fe, Ni och/eller Co vanligen stål och företrädesvis då verktygsstâl eller rostfritt stål.

Vanligen är kärnmaterialets grundmassa baserad på Fe. Nor- malt består materialet huvudsakligen av titannitrid i en grundmassa av snabbstålstyp (samt de däri normalt förekom- mande karbidtyperna), varvid de anrikade hårdämnena har en kornstorlek < 1/um, företrädesvis < 0,5/um.

Det har enligt uppfinningen visat sig möjligt att plastiskt bearbeta finkorniga hårdämnesrika material med 30-70 vol-% hårdämnen även medelst varmvalsning förutsatt att materia- let föreligger i kompoundutförande. Den yttersta gränsen av kompoundutförande har visat sig ligga vid "normal" extru- sionskapsel, dvs med en godstjocklek av 3 mm för en extru- sionskapsel med diametern 76 mm. Vid extrusion av en fyr- kantstång 17x17 mm erhålls då ett ytterhölje som varierar mellan 1,0 och 1,5 mm på sidorna. Vid försiktig hantering och ett tillräckligt oxidationsresistent material i höljet har denna stång kunnat valsas ner till en godstjocklek av 10 15 20 25 30 3 453 649 ca l mm hos hårdämnesmaterialet utan att kantbrakor upp- stått. Efter valsningen avlägsnades den kvarvarande delen av höljet-kapseln genom betning. Om höljet-kapseln istället avlägsnades färg valsningen kunde ett sprickfritt material ej åstadkommas, utan kantbrakor uppkom i ett tidigt skede. Även om undre gränsen för godstjockleken hos extrusions- kapseln visat sig ligga vid cirka 3 mm (för en extrusions- kapsel med 76 mm ytterdiameter), så används företrädesvis en godstjocklek av minst 7-8 mm för dessa kapslar för att få en kompoundstång, innehållande en kärna med 30-70 vol-% finkornigt hårdämne, som relativt lätt låter sig varmval- SäS .

Genom att placera hårdmaterialet symmetriskt eller osymmet- riskt i vad som kan betraktas som en kapsel av ett mjukare material, som agerar som hållare i samband med själva ex- trusionen och dessutom blir en integrerad del av själva verktygsmaterialet, kan unika egenskaper uppnås. Genom val av olika material med den "sega" uppgiften i kompoundproduk- ten, erhålls olika egenskaper. Hàrdmaterialet har oftast relativt låg värmeutvidgningskoefficient och kan därigenom ges ett gynnsamt spänningstillstånd. Vid exempelvis val av rostfritt stål, som har mycket hög längdutvidgningskoeffi- cient erhålls ett mycket kraftigt grepp på hårdmaterialet.

Avsikten med en hårdämneslegering med 30-70 vol-% submik- rona hårdämnen var främst, att åstadkomma ett material för vassa eggar hos verktyg o dyl. Problem uppkom dock att manu- fakturera skärande verktyg med ekonomiskt rimliga metoder.

En lösning har dock presenterats i svensk patentansökan 8302735.9 då det gäller pinnfräsar, borrar, brotschar och liknande verktyg för skärande bearbetning av metaller. Före- liggande uppfinning har nu löst problemet även för tunnare verktyg som stansar, knivar, sågar, osv. Det har överras- kande nog visat sig möjligt även för icke yrkesmän att bear- beta fram skarpa eggar som uppvisat förvànansvärda egen- skaper. Som exempel kan nämnas att pappersknivar slipats -cv-.-..'.'... . . 10 15 20 25 30 h! UI 453 649 _ 4 fram ur den tidigare nämnda valsade materialstàngen med godstjockleken ca 1 mm. Vidare har hobbyverktyg som färg- skrapor med komplicerad form tagits fram i kompoundutföran- de och uppvisat överlägsna egenskaper i form av bibehållen skarp egg och förmåga att hålla sig rena från pàsmetning av färg, speciellt då värmning använts för att avlägsna gammal färg. Olika formstàl och skrapverktyg med överlägsna egen- skaper i form av väl bibehållen.slitstark skarp egg kombine- rad med att verktygen tål en stor elastisk utböjning vid ranvändningen har framställts.

Då de hàrdämnesrika materialen har lagts in osymmetriskt har det även visat sig att vid extrusion av platta profiler ställer profilen in sig på visst sätt och därvid gärna ”styr ut" det hárdämnesrika materialet mot sidorna. Detta har visat sig bero pà att en gynnsammare materialflytning härigenom erhålls genom själva extrusionsmunstycket.

Kompoundhalvfabrikat i form av extruderad plattprofil har visat sig förvånansvärt lätt att valsa ner till bandstål, vilket kommer att visas i exemplen senare. Sådana band har kunnat buntas samman i paket och ur bandpaketen har det visat sig möjligt att, med hjälp av konventionella bearbet- ningsmetoder för stål, fräsa/slipa fram t ex ságblad med de relativt små arbetande delarna i härdämnesrikt material, en produkt som det tidigare ej varit möjligt att framställa.

Detta har varit möjligt pga att de bearbetande verktygen, dvs fräs- och/eller slipverktygen, ej "upplever" hàrdämnes- materialet i den omfattning, som det faktiskt är närva- rande, utan bara "ser" en liten del genom den växelvisa uppbyggnaden. Det har också visat sig att slipskivor erhål- ler en självrensande effekt genom att arbeta i tätt liggan- de alternativt hårda och mjuka områden. Bland de tillämp- ningar som med fördel kan utgå från kompoundband enligt uppfinningen märks bl a knivar för avancerade tillämp- ningar, t ex för kirurgiska ändamâl och då tunna, skarpa eggar krävs, t ex så kallade yrkesrakblad. Även vanliga rakblad ligger inom möjligheternas gräns. 10 15 20 25 30 5 » 453 649 Band med en osymmetrisk placering av det hårdämnesrika mate- rialet enligt tidigare beskrivning har även visat sig vara ett utmärkt material för framställning av tunna verktyg för skärande bearbetning av metall och trä, t ex stickskär. Ett vanligt problem med tunna skärverktyg är brott som följd av alltför stor undanfjädring. Genom att placera vårt skärmate- rial på ett ryggmaterial av fjäderstàl klarar verktyget en stor utböjning före brott.

Band med en sträng hàrdmaterial i varje ända av tvärsnitts- profilen kan med fördel valsas till en något timglasformad profil av tvärsnittsytan, dvs med en midja. Ur ett sådant band kan man med fördel slipa fram hårdmaterialet och även slipa in en s k rill dvs en urtagning i dess överkant. Häri- genom fås ett vändbart sparskär för avstickning och andra svarvoperationer, t ex framtagning av tunna spår.

Nedanstående exempel visar vad som går att åstadkomma inom ramen för kompound-kroppar enligt uppfinningen: Exempel 1 Ett ämne med diameter 69 il mm pressades kallisostatiskt vid 200 MPa. Det använda hårdmaterialpulvrets sammansätt- ning var 24,5 % Ti, 7 % N, 0,6 % C, 7,5 % Co, 6 % W, 5 % Mo, 4 % Cr och rest Fe (och normalt förekommande övriga legeringsämnen och föroreningar). Ett sådant pulver innehål- ler cirka 50 vol-% submikrona hårdämnen i form av TiN. Det sålunda kallisostatiskt pressade ämnet placerades i en extrusionskapsel av rostfritt stål med innerdiameter 70 mm och med godstjockleken 3 mm. Kapseln svetsades igen och evakuerades genom ett smalt evakueringsrör under värmning vid 60000, varefter evakueringsröret tillslöts. Slutligen skedde extrusion efter värmning vid 1150°C i 45 min genom ett munstycke 17x17 mm. Den sålunda erhållna profilen valsa- des stegvis ner till en total godstjocklek av cirka 1,5 mm på följande vis: 10 15 20 25 30 In UI 453 649 e Ämnet vërmdes till en temperatur mellan 1125 och 1l50°C.

Första sticket kördes med 50 % reduktion, varefter reduk- tionsgraden successivt minskades till storleksordningen 20 % per stick. Denna valsning fortgick ner till en tjocklek av 3,5 mm. Efter svalning och rengöring granskades ämnena.

Inga defekter kunde upptäckas. Efter förnyad värmning till l150°C skedde försiktig reducervalsning ner till en gods- tjocklek av l,5 mm hos hårdmaterialet. Resterande kapsel- material avlägsnades lätt genom betning ca 15 min i 30 % HNoB, 5 s HF och 65 s H20 vie; ca 5o°c. Ur de så er- hållna banden har olika produkter som pappersknivar, färg- skrapor etc manufakturerats. Dessa produkter utmärks främst av att en mycket skarp egg erhålls, och att denna egg bibe- hålls skarp på ett helt annat sätt än konkurrerande mate- rial, t ex verktygsstàl och snabbstàl. Detta gäller främst vid användning i starkt nötande arbetsmaterial.

Exempel 2 För att åstadkomma kompoundband med relativt små mängder hàrdämnesmaterial i mitten framställdes först en extrusions- kapsel av rostfritt stål, SS2333 enligt figur 1. Ytterdia- metern var 77 mm och centrumhàlets diameter 50 mm. Kapselns längd var ca 200 mm. En kärna av hàrdämnesmaterial kall- isostatpressades vid 200 MPa och putsades till så att den lagom gled ner i kapseln. En bakplugg med diametern 50 mm insköts ungefär 10 mm i kapseln, varefter det hela svet- sades igen. Efter värmning till 117500 60 min skedde ex- trusion genom en dyna 42x8 mm. Härvid erhölls en tvärsnitts- profil enligt figur 2. Denna plattstång valsades efter värm- ning till 1190°C med 50 % reduktion i höjdled i första sticket. Då erhölls ett band 47x4 mm. Efter andra sticket var måtten 48,7xl,9 mm och efter det tredje 50,8xl,3 mm.

Därefter fördes valsarna mot varandra och efter fjärde och sista sticket var bandets dimension 52,5x0,96 mm. Dimensio- nen hos hàrdämnesmaterialet var 32,9x0,35 mm. 'ln .av 10 15 20 25 30 ma@d.3 453 649 Motsvarande extrusionskapsel som i föregående exempel men tillverkad av kniv- eller rakbladsstál och med centrum- hàlets diameter 40 mm fylldes för hand med hårdämnespulver, vilket då givetvis ger lägre fyllnadsgrad. Kapseln försegla- des på samma sätt som enligt förra exemplet. Efter värmning till ll50°C, 60 min, extruderades genom en dyna 24x6 mm.

Härvid erhölls en tvärsnittsprofil hos hàrdämnesmaterialet 10x2,0 mm enligt figur 3. Pá,grund av det lägre hàrdämnes- innehållet var det inga problem att valsa ner till motsva- rande tjocklek som i förra exemplet.

Exempel 4 För osymmetrisk placering av hàrdämnesmaterialet gjordes en extrusionskapsel med två hål enligt figur 4. Hàlen hade diametern 25 mm och centrumavstàndet mellan dem var 40 mm.

Kapselmaterialet var SS 2333, dess ytterdiameter 77 mm och längd cirka 200 mm. Pulvret fylldes för hand i de tvâ hå- len. Efter försegling enligt föregående exempel värmdes till 1l75°C under 60 min, varefter extrusion genom en dyna 24x8 mm utfördes. Ämnet riktades in i dynan genom att ett spår slipats i bakplattan som riktmärke. Då erhölls en plattstáng med tvärsnitt enligt figur 5. Stángen svalnades, blästrades och värmdes på nytt till 1190°C, varefter den valsades i fyra stick till 36,6x0,95 mm. Placeringen av hårdämnesmaterialet visas i tvärsnitt i figur 6. Utbred- ningen av hàrdmaterialet var 8x0,25 mm.

Exempel 5 Som exempel på att även andra former av hârdämnesmaterialet än runt kan förekomma som utgàngsform före extrusionen, gjordes ett försök med avsikten att åstadkomma skarpa hörn hos hárdmaterialet efter varmbearbetningen. Kärnan utforma- des då i fyrkant enligt figur 7. Resultatet efter extrusion blev då inte ellipsformat utan rektangulärt tvärsnitt er- 10 453 649 8 hölls, figur 8. En sådan profil är lämplig att frilägga medelst betning efter avslutad varmbearbetning.

Exemgel 6 Ett billigare sätt att göra ett "fyrkanthàl" som samtidigt ger avrundade hörn (och även något "vågig" profil hos hård- ämnet i den extruderade stången) och därigenom mindre spän- ningskoncentrationer i hörnen ifråga visas i figur 9. Först borras fyra mindre hål, som får utgöra hörnen, och därefter borras ett större centrumhål. Skarpa kanter bryts givetvis, så att sidorna jämnas till i den utsträckning som behövs för den önskade profilen. fu »r

Claims (4)

10 15 20 25 30 35 453 649 Patentkrav

1. Verktyg i form av en kompoundkropp bestående av kärna resp hölje, k a n n e t e c k n a t av att kärnan utgörs av ett material, som egenskapsmassigt ligger mellan hård- metall och snabbstål, och som innehåller 30-70 vol-% sub- mikrona hàrdämnen i form av karbider, nitrider och/eller karbonitrider av Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo och/eller W i en grundmassa baserad på Fe, Ni och/eller Co samt att höljet utgörs av en legering baserad på Fe, Co och/eller Ni, varvid verktyget är så utbildat att höljet endast del- vis omger kärnan, vilken på den fria delen är utformad med minst en skarp egg.

2. Verktyg enligt krav l, k å n n e t e c k n a t av att höljet utgörs av stål, företrädesvis verktygsstål eller rostfritt stål.

3. Verktyg enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t legering med 30-70 vol-% hårdämnen bestående huvudsakligen av att materialet i kärnan består av en av titannitrid i en grundmassa av snabbstàlstyp (samt de däri normalt förekommande karbidtyperna), varvid de anri- kade hårdämnena har en kornstorlek av <1/um, företrädesvis <0.5/u m.

4. Verktyg enligt nagot av föregående krav, k å n n e - t e c k n a t serad på Fe. av att kärnmaterialets grundmassa är ba-