DE1288791B

DE1288791B - Verwendung einer Sinterhartmetallegierung zum Zerspannen von Gusseisen und Stahl

Info

Publication number: DE1288791B
Application number: DES91820A
Authority: DE
Inventors: Iggstroem Stig Anders Olof; Ohlsson Fall Johan Olo William
Original assignee: Sandco Ltd
Current assignee: Sandco Ltd
Priority date: 1963-07-01
Filing date: 1964-07-01
Publication date: 1969-02-06
Also published as: SE301725B; GB1061166A; US3245763A; FR1398360A; BE649910A; NL6407375A; DK106949C

Description

1 2

Gesinterte Hartmetallegierungen bestehen meistens nisses ungewöhnlich feinkörnig ist. Dies ist von großer

im wesentlichen aus Wolframkarbid und Titankarbid Bedeutung für das Erzielen der gewünschten wertvollen

(mit oder ohne Gehalt an Tantal- und/oder Niob- Eigenschaften bezüglich der Schneidfähigkeit der Le-

karbid) und einem Bindemetall wie Kobalt und/oder gierung beim Zerspanen. Für diesen Zweck soll die

Nickel, wobei die Karbide die y-Phase und das Binde- 5 Korngröße innerhalb eines solchen Bereiches liegen,

metall die /S-Phase bilden. daß die Koerzitivkraft, die leicht meßbar ist, nicht

Es wurde nun gefunden, daß ihrer stofflichen Zu- weniger als 200 und vorzugsweise nicht weniger als

sammensetzung nach an sich bekannte Legierungen 220 Oersted beträgt, zumindest, wenn die Bindephase

mit 60 bis 80 Volumprozent Wolframkarbid, 10 bis in der Hauptsache durch Co gebildet wird. In der 25% Titankarbid, 0 bis 20% Tantalkarbid, Niob- io Regel soll die Korngröße einen solchen Wert

karbid und/oder Vanadinkarbid, 0 bis 10% Chrom- haben, daß die Koerzitivkraft 230 bis 330 Oer-

karbid, Zirkoniumkarbid und/oder Hafniumkarbid, sted ist.

0 bis 5 % Molybdän und/oder Molybdänkarbid, Rest Es ist allgemein bekannt, daß die Koerzitivkraft sich

mindestens 7,5 Volumprozent Kobalt und/oder Nickel zur Korngröße der Karbidkörner in einem Sinter- und gegebenenfalls auch Eisen, wobei die Gesamt- 15 hartmetall in der Weise verhält, daß eine Verringerung

menge von Kobalt, Nickel und Eisen 9,5% nicht der Korngröße zu einer Zunahme der Koerzitivkraft

überschreitet und der Gehalt an Eisen nicht höher als führt, und umgekehrt. Es ist daher möglich, die

6 % ist, als Werkstoff zum Zerspanen sowohl von Guß- Koerzitivkraft zur Bestimmung der Korngröße zu

eisen als auch von Stahl besonders gut geeignet sind, verwenden. Von dieser allgemeinen Regel gibt es bewenn die mittlere Korngröße der Karbidkörner 20 stimmte Abweichungen. Eine große Menge Fe in der

kleiner als 1,6 Mikron, vorzugsweise kleiner als Bindemetallphase setzt die Koerzitivkraft herab,

1,5 Mikron, ist und gleichzeitig die Legierung in der während einige komplexe Carbide als 97-Phase die

Weise hergestellt ist, daß sie in Volumprozent 37,5 Koerzitivkraft erhöhen. Auch Ni kann Abweichungen

± 7,5 y-Phase (Karbidmischkristall), 8,5± 1 % von dieser Regel ergeben.

/Ϊ-Phase (Bindemetall) enthält, während der Rest in 35 Die erfindungsgemäße Legierung kann die gleichen der Hauptsache aus α-Phase (Wolframkarbid) be- überlegenen Eigenschaften auch dann erzielen, wenn steht, wobei unbedeutende Mengen einer oder mehrerer Co ganz oder teilweise durch Ni ersetzt ist oder wenn zusätzlicher Phasen, wie ^-Phase ebenfalls vorhanden Co und/oder Ni teilweise durch Fe substituiert sind, sein können. Eine charakteristische Eigenschaft der Diese Substitution soll, wie erwähnt, nur so weit geerfindungsgemäß zu verwendenden Legierung besteht 30 trieben werden, daß die ß-Phase ihr flächenzentriertsomit darin, daß sie ein sehr feinkörniges Gefüge in kubisches und/oder hexagonales dicht gepacktes Gitter Verbindung mit der genannten Phasenverteilung hat. beibehält. Ferner soll die Korngröße der Korngröße Die y-Phase zeichnet sich in diesem Zusammenhang einer Legierung mit Co oder mit Co und bis zu 0,5 Vodadurch aus, daß sie aus einem oder mehreren ku- lumprozent je von Ni und Fe als Bindemetall entbischen Carbiden, wie TiC, TaC, NbC, VC, ZrC und 35 sprechen, wobei die Zusammensetzung und das HfC zusammengesetzt ist und in fester Lösung einen Phasengefüge sonst gleich sind und die letztgenannte nicht unwesentlichen Teil an WC enthält. Die /S-Phase Legierung eine solche Korngröße hat, daß die Koerziist eine Bindemetallphase, die beispielsweise Co ent- tivkraft mindestens 200 und vorzugsweise mindestens hält, während die «-Phase aus reinem WC besteht 220 Oersted beträgt. Die Bestimmung der Korngröße und gegebenenfalls einen kleinen Anteil Mo in fester 40 in solchen Legierungen, in welchen Co, wie erwähnt, Lösung enthält. Außerdem können geringere Mengen ganz oder teilweise substituiert ist, kann dadurch geanderer Phasen auftreten, z. B. eine aus Mo₂C be- schehen, daß die Gefüge dieser Legierungen in einem stehende Phase. Licht- oder Elektronenmikroskop mit dem Gefüge Besonders gute Ergebnisse wurden erzielt, wenn die einer obenerwähnten Legierung verglichen wird, die y-Phase in Volumprozent 40 ± 5 % betrug. Es wurde 45 Co oder Co und höchstens 0,5 Volumprozent Ni festgestellt, daß die ß-Phase ein fiächenzentriert- oder Fe in der Bindemetallphase enthält, kubisches und/oder hexagonal dicht gepacktes Kristall- Um die gewünschten Qualitäten hinsichtlich der gitter haben soll. Deshalb soll das Bindemetall zweck- Verschleißfestigkeit und der Zähigkeit zu erzielen, mäßigerweise einen größeren Anteil an Co und/oder muß die erfindungsgemäße Legierung, wie erwähnt, Ni enthalten. Das Bindemetall kann ferner Fe ent- 50 mit Rücksicht auf den verhältnismäßig hohen Gehalt halten, wobei das Co und/oder Ni teilweise durch Fe an y-Phase ungewöhnlich feinkörnig sein. Die mittlere substituiert sind, vorzugsweise höchstens bis zu einem Korngröße der Karbidkörner soll daher unter 1,6 Misolchen Ausmaß, daß die Bindemetallphase nicht ihr krön und vorzugsweise unter 1,5 Mikron liegen. Als vorerwähntesflächenzentriert-kubischesund/oder hexa- untere Grenze kann 0,5 Mikron genannt werden, gonal dicht gepacktes Gitter verliert. 55 Normalerweise soll die mittlere Korngröße innerhalb Für den Fachmann bestehen keine besonderen des Bereiches von 0,7 bis 1,4 Mikron liegen. Für beSchwierigkeiten, die vorerwähnten engen Phasen- stimmte sehr zähe Sorten hat sich der Bereich von 0,8 bereiche bei der Herstellung der Legierung zu erzielen, bis 1,2 Mikron als besonders geeignet erwiesen, da die charakteristischen Merkmale der Legierung und Die stöchiometrische Zusammensetzung der Leihr Gefüge exakt definiert sind und in an sich bekannter 60 gierung ist für das Erreichen der gewünschten Eigen-Weise von der Sintertemperatur, der Dauer des Sinter- schäften natürlich ebenfalls wichtig. Diese Zusammenprozesses und den Eigenschaften des Ausgangsmate- setzung ist innerhalb der vorerwähnten Grenzen zu rials für die Herstellung abhängig sind. Das Her- wählen. Der Gehalt von WC in Volumprozent soll stellungsverfahren bildet daher keinen Teil der Er- daher innerhalb des Bereiches von 60 bis 80% liegen, findung. 65 In der Regel hat sich der innere Bereich von 65 bis Außer dem erwähnten Verhältnis zwischen den 75% als besonders geeignet erwiesen. Die Legierung Phasen soll die Legierung, wie erwähnt, ein Korn- soll ferner 10 bis 25, vorzugsweise 15 bis 25 Volumgefüge haben, das hinsichtlich dieses Phasenverhält- prozent TiC enthalten. Die Legierung kann ferner bis

zu 20 Volumprozent TaC₅ NbC und/oder VC enthalten. Wenn sie nur TaC und/oder NbC enthält, soll der Gehalt an diesen Legierungselementen normalerweise 15°/o nicht überschreiten. Vorzugsweise enthält die Legierung eine verhältnismäßig geringe Menge, nämlich 0,5 bis 10% TaC und/oder NbC. Außerdem kann die Legierung bis zu 10 Volumprozent Cr₂C₃, ZrC und/oder HfC und bis zu 5 % Mo enthalten. Das Mo wandelt sich zumindest teilweise in Karbid, wie Mo₃C₂ und MoC beim Sintern der Legierung um. In diesem Zusammenhang kann erwähnt werden, daß geringe Mengen Mo eine feste Lösung in der «-Phase bilden kann, welche aus WC besteht. Der Gehalt an Co und/oder Ni soll höchstens 9,5 Volumprozent betragen. Diese können, wie erwähnt, teilweise durch Fe substituiert werden, jedoch nur so weit, daß die Bindemetallphase nicht ihr flächenzentriert-kubisches und/oder hexagonal dicht gepacktes Gitter verliert. Der Fe-Gehalt soll höchstens 6 Volumprozent betragen und der Gesamtgehalt an Co und/oder Ni und Fe 9,5 Volumprozent. Gewöhnlich beträgt der Gehalt an Fe höchstens 1 oder 0,5 Volumprozent. Der Gehalt an Bindemetall, das ganz oder zu einem großen Teil aus Co und/oder Ni mit oder ohne einem bestimmten Teil von Fe besteht, soll mindestens 7,5 und höchstens 9,5 Volumprozent sein. Der Bereich von 8 bis 9 Volumprozent hat sich als besonders geeignet erwiesen.

Um die vorerwähnte überraschende Verbesserung der Schneidfähigkeit sowohl für Gußeisen als auch für Stahl zu erzielen, muß die Legierung die voranstehend angegebene Zusammensetzung haben. Das Gefüge der Legierung hinsichtlich der Phasenzusammensetzung und die Korngröße sind für das Ergebnis von entscheidender Bedeutung, und es müssen ferner die in diesem Zusammenhang vorangehend angegebenen Bedingungen gleichzeitig erfüllt werden.

Im folgenden sind Beispiele von Zusammensetzungen und Phasenverhältnissen in Volumprozent von zwei erfindungsgemäßen Legierungen angegeben:

10

TiC

(Ta, Nb) C

Co

WC

Mittlere Korngröße

Koerzitivkraft

y-Phase

/5-Phase

α-Phase

20,0% 1,5% 8,5% 70,0% 1,3 Mikron 240 Oersted 41,0% 8,5 % 50,5%

22%

9% 69%

1,2 Mikron

260 Oersted

44%

9%

47%

Nachfolgend sind einige Vergleichsbeispiele von Arbeitsversuchen mit einer erfindungsgemäßen Legierung und mit anderen Legierungen angegeben, die für den

ao vorliegenden Zweck als geeignet betrachtet werden. In der nachfolgenden Tabelle bezieht sich die Spalte A auf die erfindungsgemäße Legierung, während die Spalten B bis G sich auf Vergleichslegierungen beziehen. Die Legierungen B, C, D und F sind Beispiele von Legierungen, welche üblicherweise zum Zerspanen von Gußeisen verwendet werden, während die Legierung E zur sogenannten universalen Bearbeitung bestimmt ist, d. h. sowohl zur Bearbeitung von Gußeisen als auch von Stahl, und die Legierung G zur Bearbeitung von Stahl bestimmt ist. Die Legierungsgehalte und die Phasenmengen sind in der Tabelle in Volumprozent angegeben. Es kann hervorgehoben werden, daß die Legierungen C und F feinkörnig sind, jedoch einen Gehalt an y-Phase haben, der nur 4 bzw. 2 Volumprozent beträgt.

Daten

Legierungen
i D

TiC

(Ta₅Nb) C

Co

WC

Koerzitivkraft in Oersted

y-Phase

^-Phase

α-Phase

Mittlere Korngröße
in Mikron

20,0
1,5
8,5

70,0
240

41,0
8,5

50,5

1,3

5,0
9,0

86,0
190
7,0
9,0

84,0

1,9

2,5

6,5

91,0

290

4,0

6,5

89,5

1,4 3,0
10,0
87,0
180

4,5
10,0
85,5

8,1

7,0
8,0
8,5

76,5
150

24,0
8,5

67,5

2,7

1,0

10,5

88,5

270

2,0

10,5

87,5

1,0

19,0 10,0 13,0 58,0 125 50,0 13,0 37,0

2,2

Mit den vorgenannten Sinterhartmetallegierungen 55 B e i s ρ i e 1 1

wurden praktische Versuche und Vergleiche durch-

geführt. Der folgende Bericht über diese Versuche _Λ4. . , ,. . . _ _o

umfaßt die Beispiele 1 bis 3, welche sich auf die Be- ^Matenal ^aues perhtisches Gußarbeitung von Gußeisen beziehen, während das Bei- fi^{sen HB 22Ü} (Brineli-

spiel4 sich auf die Bearbeitung von Stahl bezieht. 60 Harte)

Die Verschleißfestigkeit der Legierungen wurde durch Werkstück Bremstrommel

Messung des Verschleißes an der Seitenfläche und an _Arbeitsweise Schruppen

der Stirnfläche des Schneideinsatzes bestimmt, d. h.

des Flankenverschleißes und der Auskolkung. Aus Schnittgeschwindigkeit 93 m/Min.

den Beispielen ist deutlich erkennbar, daß die Verschleiß- 65 Vorschub 0,32 mm je Umdrehung

festigkeit der erfindungsgemäßen Legierung im Ver- . „

gleich zu den anderen geprüften Legierungen wesent- acnnittiele I mm

lieh verbessert ist. Vorschublänge 35 mm je Werkstück

Zahl der Werkstücke .. Flankenverschleiß, mm Auskolkung in Mikron

Legierungsqualität ABIC

20

0,31 54

20 0,50 131

20 0,43 170 Flankenverschleiß, mm

Legierungsqualität A E I G

0,25 70

0,37 180

0,32 95

Beispiel 2

Material Gußeisen GG 26 (nach

DIN 1961)

Werkstück Nabe

Arbeitsweise Innendrehen, geschruppte

Fläche

Schnittgeschwindigkeit 148 m/Min.

Vorschub 0,2 mm je Umdrehung

Schnittiefe 3 bis 5 mm

Vorschublänge 40 mm je Werkstück

Zahl der Werkstücke .. Flankenverschleiß, mm Auskolbung in Mikron

Legierungsqualität AiB D

18 0,31 111

18 1,34 185

18 1,66 213

Beispiel 3

Material Gußeisen SIS 0115

(schwedische Normen)

Werkstück Rohr, 0 200 mm

Arbeitsweise Außendrehen

Vorschub 0,25 mm je Umdrehung

Schnittiefe 1,5 mm

Vorschublänge 200 mm

Schnittgeschwindigkeit,

m/Min

Flankenverschleiß, mm Auskolkung in Mikron Schnittgeschwindigkeit,

m/Min

Flankenverschleiß, mm Auskolkung in Mikron

Leg A	erungsqual B
220	220
0,42	0,62
20	25
240	240
0,51	0,77
25	34

220 0,73 28

240 0,81 38

35

40

45

Beispiel4

Material Kohlenstoffstahl 1 °/₀ C,

HB 280 (Brinell-Härte)

Werkstück Welle, 0 100 mm

Arbeitsweise Außendrehen

Schnittgeschwindigkeit 110 m/Min.

Vorschub 0,45 mm pro Umdrehung

Schnittiefe 1,5 mm

Vorschublänge .... .. 750 mm

55 Auskolkung in Mikron

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung einer feinkörnigen, gesinterten Hartmetallegierung auf Basis Wolframkarbid, Titankarbid und Hilfsmetall, bestehend aus 60 bis 80 Volumprozent Wolframkarbid, 10 bis 25 Volumprozent Titankarbid, 0 bis 20 Volumprozent Tantalkarbid, Niobkarbid und/oder Vanadinkarbid, 0 bis 10 Volumprozent Chromkarbid, Zirkoniumkarbid oder Hafniumkarbid, 0 bis 5 Volumprozent Molybdän und/oder Molybdänkarbid, Rest mindestens 7,5 Volumprozent Kobalt und/ oder Nickel, gegebenenfalls auch Eisen, wobei der Gesamtbetrag von Kobalt, Nickel und Eisen höchstens 9,5 und der von Eisen höchstens 6 % ist, mit der Maßgabe, daß die mittlere Korngröße der Karbidkörner weniger als 1,6 Mikron und vorzugsweise weniger als 1,5 Mikron beträgt und daß die Legierung so hergestellt ist, daß sie 37,5 ± 7,5 Volumprozent y-Phase, 8,5 ± 1 Volumprozent /3-Phase enthält, als Werkstoff für Schneidwerkzeuge zum Zerspanen sowohl von Gußeisen als auch von Stahl.

2. Verwendung einer feinkörnigen, gesinterten Hartmetallegierung nach Anspruch 1, deren y-Phase 40 ± 5,0 Volumprozent beträgt, für den Zweck nach Anspruch 1.

3. Verwendung einer Hartmetallegierung nach Anspruch 1 oder 2, deren mittlere Korngröße der Karbidkörner größer als 0,5 Mikron ist, für den Zweck nach Anspruch 1.

4. Verwendung einer Hartmetallegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, deren Gehalt an Tantalkarbid und/oder Niobkarbid 0 bis 15%, vorzugsweise 0,5 bis 10 °/o beträgt, für den Zweck nach Anspruch 1.

5. Verwendung einer Hartmetallegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, deren Titankarbidgehalt 15 bis 25% beträgt, für den Zweck nach Anspruch 1.

6. Verwendung einer Hartmetallegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, deren Bindemetallgehalt 7,5 bis 9,5, vorzugsweise 8 bis 9 % beträgt, für den Zweck nach Anspruch 1.

7. Verwendung einer Hartmetallegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, deren Eisengehalt nicht mehr als 1,0 % beträgt, für den Zweck nach Anspruch 1.

8. Verwendung einer Hartmetallegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, deren Wolframkarbidgehalt 65 bis 75% beträgt, für den Zweck nach Anspruch 1.