DE1049107B

DE1049107B - Sintered hard metal alloys

Info

Publication number: DE1049107B
Application number: DER8814A
Authority: DE
Inventors: Dr Konrad Ruthardt
Original assignee: KONRAD RUTHARDT DR
Current assignee: KONRAD RUTHARDT DR
Priority date: 1951-05-22
Filing date: 1952-04-12
Publication date: 1959-01-22

Description

Gesinterte Hartmetallegierungen Sinterhartmetalle, die als Hauptbestandteil Karbide von Metallen aus der IV. bis VI. Gruppe des Periodischen Systems enthalten, haben in der Technik zur Herstellung von Zieh-, Dreh- und Schleifwerkzeugen wachsende Bedeutung erlangt. Bewährt haben sich vor allem Karbide von Wolfram und Titan, und zwar neben den reinen Karbiden auch Mischkristalle aus dem Wolframkarbid WC mit dem Titankarbid Ti C. Als Bindemittel für die spröden Karbidkristalle werden 3 bis 15 % Metalle der Eisengruppe, insbesondere Kobalt, benutzt. Die Sinterhartmetalle für Werkzeuge zur Verarbeitung von kurzspanenden Werkstoffen, also von Guß- und Buntmetallen, bestehen im wesentlichen aus dem Wolframkarbid WC mit Kobaltgehalten von 3 bis 13 °/o. Die Sinterhartmetalle zur Verwendung als Schneidmetalle für die Bearbeitung langspanender Werkstoffe, wie Stahl, enthalten neben Wolframkarbid WC 2 bis 30 ()/o Titankarbid Ti C und 5 bis 130/, Kobalt.Sintered hard metal alloys Sintered hard metals, the main component of which is the carbides of metals from the IV. To VI. Group of the Periodic Table, have become increasingly important in the technology for the manufacture of drawing, turning and grinding tools. Above all, carbides of tungsten and titanium have proven themselves, namely in addition to the pure carbides also mixed crystals of the tungsten carbide WC with the titanium carbide Ti C. 3 to 15 % metals of the iron group, especially cobalt, are used as binders for the brittle carbide crystals. The cemented carbide for tools for processing short-chipping materials, i.e. cast and non-ferrous metals, consist essentially of tungsten carbide WC with cobalt contents of 3 to 13%. The cemented carbides for use as cutting metals for machining long-chipping materials such as steel contain, in addition to tungsten carbide WC, 2 to 30% titanium carbide Ti C and 5 to 130 % cobalt.

Obwohl auf die Entwicklung der Hartmetalle große Mühen und Kosten verwandt und tatsächlich auch Werkstoffe mit unerwarteten Eigenschaften erhalten waren, gelang es jetzt, die Verschleißfestigkeit der außergewöhnlich hohen Beanspruchungen ausgesetzten Werkstoffe noch erheblich zu verbessern. Es wurde die überraschende Beobachtung gemacht, daß die Lebensdauer der aus den gesinterten Hartmetallegierungen hergestellten Werkzeuge bedeutend erhöht werden kann, wenn man den Legierungen Berylliumoxyd oder Zirkoniumdioxyd oder beide Oxyde gemeinsam zusetzt.Though great effort and cost have been placed on the development of cemented carbides related and actually obtained materials with unexpected properties were, it was now possible to increase the wear resistance of the exceptionally high stresses exposed materials can still be improved considerably. It turned out to be the most surprising Observation made that the life of the sintered hard metal alloys Manufactured tools can be significantly increased if one uses the alloys beryllium oxide or zirconium dioxide or both oxides are added together.

Diese Oxyde werden erfindungsgemäß den Hauptbestandteilen der Hartmetallegierungen nur in geringen Mengen, und zwar von 0,01 bis 3 °/o, insbesondere von 0,1 bis 1,50/" zugesetzt. Den Hauptbestandteil bildet wie bisher das Wolframkarbid WC, das bis zu 300/, durch das Titankarbid Ti C ersetzt sein kann. Neben diesem Gehalt an Karbiden weisen die Legierungen in an sich bekannter Weise einen Zusatz der Metalle Eisen, Kobalt und/oder Nickel in Mengen von insgesamt 3 bis 15 °/o, insbesondere von 3 bis 13 °/o Kobalt, auf.According to the invention, these oxides are added to the main constituents of the hard metal alloys only in small amounts, namely from 0.01 to 3%, in particular from 0.1 to 1.50 / " . As before, the main constituent is tungsten carbide WC, which up to 300 /, can be replaced by the titanium carbide Ti C. In addition to this carbide content, the alloys have, in a manner known per se, an addition of the metals iron, cobalt and / or nickel in amounts totaling 3 to 15%, in particular 3 up to 13% cobalt.

Die genannten Oxyde kommen vorteilhaft in Verbindung mit einem kleinen Berylliumzusatz zur Anwendung, und zwar beträgt der Berylliumzusatz hierbei nur 0,01 bis 0,10/,.The oxides mentioned come advantageously in connection with a small one Beryllium addition for use, namely the beryllium addition here is only 0.01 to 0.10 / ,.

Außerdem lassen sich zur Verbesserung der Zähigkeit der Werkstoffe noch Zusätze von Kupfer, Silber und/oder Gold geben, wobei insgesamt nicht mehr als 2 °/o, und zwar vorzugsweise 0,5 bis 1,5 °/o, angewandt werden.It can also be used to improve the toughness of the materials there are still additions of copper, silver and / or gold, with no more in total than 2%, preferably 0.5 to 1.5%, can be used.

Die neuen Hartmetalle werden auf den verschiedenen bekannten Anwendungsgebieten der Hartmetalle mit Vorteil benutzt, wobei die Zusammensetzung der Hauptbestandteile in an sich bekannter Weise dem Anwendungszweck angepaßt ist.The new hard metals are used in the various known fields of application of cemented carbides used to advantage, the composition of the main components is adapted to the intended use in a manner known per se.

Die Abnutzung hochbeanspruchter Werkzeuge aus den Hartmetallegierungen der Erfindung mit einem geringen Zusatz der genannten hochschmelzenden Oxyde ist beim Gebrauch erheblich geringer als von Werkzeugen aus den entsprechenden bekannten Legierungen ohne diesen Oxydzusatz. Die Werkzeuge aus den neuen Legierungen lassen sich deshalb während einer wesentlich längeren Betriebsdauer verwenden. Diese Überlegenheit wird durch die folgenden Beispiele belegt: 1. Eine Legierung der Zusammensetzung 93,6 % Wolframkarbid WC, 60/, Kobalt und 0,40/, Zirkoniumdioxyd ergibt gegenüber dem zirkoniumoxydfreien Werkstoff im übrigen gleicher Zusammensetzung beim Gebrauch als Drehstahl eine um 70 °/o erhöhte Lebensdauer.The wear of highly stressed tools made of the hard metal alloys of the invention with a small addition of the above-mentioned high-melting oxides is considerably less during use than tools made of the corresponding known alloys without this addition of oxide. The tools made from the new alloys can therefore be used for a significantly longer service life. This superiority is demonstrated by the following examples: 1. An alloy with the composition 93.6 % tungsten carbide WC, 60 /, cobalt and 0.40 /, zirconium dioxide, compared to the zirconium oxide-free material, otherwise has the same composition when used as a turning tool / o increased service life.

2. Eine Legierung der Zusammensetzung 93,750/, Wolframkarbid WC, 6 % Kobalt, 0,05 % Beryllium und 0,20/, Zirkoniumdioxyd zeigt ungefähr die gleichen günstigen Eigenschaften wie die im Beispiel 1 genannte Legierung.2. An alloy of the composition 93.750 /, tungsten carbide WC, 6 % cobalt, 0.05 % beryllium and 0.20 /, zirconium dioxide shows approximately the same favorable properties as the alloy mentioned in Example 1.

3. Eine Legierung der Zusammensetzung 93,60/, Wolframkarbid WC, 60/, Kobalt und 0,40/, Berylliumoxyd ergibt gegenüber der berylliumoxydfreien Legierung im übrigen gleicher Zusammensetzung beim Gebrauch als Drehstahl eine um 50 bis 1000/, höhere Lebensdauer. Auch dieser Legierung können die genannten kleinen Berylliummengen zugesetzt werden.3. An alloy with the composition 93.60 /, tungsten carbide WC, 60 /, cobalt and 0.40 /, beryllium oxide has a service life that is 50 to 1000 /, longer than the beryllium oxide-free alloy, which is otherwise of the same composition when used as a turning tool. The small amounts of beryllium mentioned can also be added to this alloy.

Es sind schon Speziallegierungen beschrieben worden, nämlich Legierungen, die zu 39 bis 500/, oder mehr aus einem Karbid eines Elements der IV. Gruppe des Periodischen Systems, also beispielsweise aus Titankarbid oder Zirkonkarbid, bestehen, denen zur Erzielung der notwendigen Feinkörnigkeit die verschiedenartigsten Oxyde zugesetzt wurden. Neben Zirkoniumoxyd werden hierbei zur Lösung der bei den Speziallegierungen auftretenden besonderen Aufgabe die verschiedensten Oxyde genannt, die bei den Legierungen der vorliegenden Erfindung keine Wirkung ergeben, und auch Oxyde, die sogar eine verschlechternde Wirkung ausüben-würden.Special alloys have already been described, namely alloys that consist of 39 to 500 / or more of a carbide of an element of group IV of the Periodic Table, for example titanium carbide or zirconium carbide, which contain the most varied of oxides to achieve the necessary fine grain size were added. In addition to zirconium oxide, the most varied of oxides are mentioned here for solving the special task occurring with the special alloys, which have no effect in the alloys of the present invention, and also oxides which would even have a worsening effect.

Ferner sind schon Sonderlegierungen beschrieben, die abweichend von den üblichen Sinterhartmetallen eine zwischen 1500 und 2000°C schmelzende Zusatzlegierung eines hochschmelzenden Metalls der IV. bis VI. Gruppe des Periodischen Systems mit mindestens einem Metall der Eisengruppe in einer Menge bis zu 300/, enthalten sollen. Bei dem Zusatz der genannten Legierungen tritt nun die Schwierigkeit auf, daB bei den dann erforderlichen Sinterungstemperaturen bereits ein starkes Kornwachstum des Karbidbestandteils zu beobachten ist. Um diese Schwierigkeit bei den genannten Sonderlegierungen zu beheben, hat man bereits einen Zusatz von Oxyden vorgeschlagen, und zwar neben Zirkoniumoxyd von Oxyden, die für die Aufgabe der vorliegenden Erfindung teils unwirksam, teils sogar nachteilig sind, indem sie die Standfestigkeit herabsetzen.Furthermore, special alloys have already been described which, in contrast to the usual sintered carbides, have an additional alloy of a high-melting metal of IV. To VI. Melting between 1500 and 2000 ° C. Group of the periodic table with at least one metal of the iron group in an amount up to 300 /, should contain. When the alloys mentioned are added, the difficulty arises that, at the sintering temperatures required, a strong grain growth of the carbide component can already be observed. In order to remedy this problem with the special alloys mentioned, an addition of oxides has already been proposed, namely in addition to zirconium oxide of oxides, which are partly ineffective and partly even disadvantageous for the purpose of the present invention in that they reduce the stability.

Es ist gegenüber diesem Stand der Technik sehr überraschend, daB gerade das Berylliumoxyd und das Zirkoniumoxyd die technisch wichtigsten Sinterhartmetalle, also Legierungen der gebräuchlichen, bewährten Zusammensetzungen mit Wolframkarbid als Hauptbestandteil in ihrer entscheidenden Eigenschaft, nämlich der Standfestigkeit und damit der Lebensdauer bedeutend verbessern.Compared to this prior art, it is very surprising that precisely beryllium oxide and zirconium oxide are the technically most important cemented carbides, that is, alloys of the usual, proven compositions with tungsten carbide as the main component in their decisive property, namely stability and thus significantly improve the service life.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Sintered hard metal alloys, characterized by a composition of 0.01 to 3 % , in particular 0.1 to 1.5% beryllium oxide and / or zirconium dioxide, 3 to 15 % metals of the iron group, in particular 3 to 13 % cobalt , Remainder tungsten carbide WC, which can be replaced by the titanium carbide Ti C up to 30%.

2. Alloys according to claim 1, characterized in that they contain an addition of 0.01 to 0.1% beryllium.

3. Alloys according to claim 1 or 2, characterized in that they also contain one or more of the metals copper, silver and gold in amounts totaling up to 2 % . Documents considered: German Patent No. 622 522; Austrian Patent No. 145 807; Swiss patents No. 159 719, 162 517; U.S. Patent No. 1822 720.