DE1231017B

DE1231017B - Gesinterte Hartmetall-Legierung fuer verschleissfeste und gleichzeitig zaehe Schneidwerkzeuge

Info

Publication number: DE1231017B
Application number: DES53921A
Authority: DE
Inventors: Fall Johan Olof Willia Ohlsson
Original assignee: Sandvikens Jernverks AB
Current assignee: Sandvik AB
Priority date: 1956-06-19
Filing date: 1957-06-18
Publication date: 1966-12-22

Description

Gesinterte Hartmetall-Legierung für verschleißfeste und gleichzeitig zähe Schneidwerkzeuge Gesinterte Hartmetall-Legierungen bestehen im wesentlichen aus Wolframkarbid und Titankarbid (mit oder ohne Gehalt an Tantal und/oder Niobkarbid) und einem Hilfsmetall oder Bindemetall, das vorzugsweise aus der Eisengruppe des Periodischen Systems gewählt wird, z. B. Kobalt, Nickel und Eisen. Das Gefüge setzt sich aus folgenden Phasen zusammen: y-Phase, bestehend aus einer festen Lösung von Wolframkarbid, Tantal-Niob-Karbid (sofern anwesend) in Titankarbid, ß-Phase, bestehend aus einem Hilfs- oder Bindemetall, gewöhnlich Kobalt und Nickel, und a-Phase, bestehend aus Wolframkarbid. Für Schneidwerkzeuge für Stahl wurden Hartmetall-Legierungen, die über 30 bis 700/" Titankarbid, 0,5 bis 450/" Tantalkarbid, 0,5 bis 4501" Wolframkarbid und 0,5 bis 30°/o Hilfsmetall (Kobalt, Nickel, Eisen) enthalten, wobei die Summe von Wolframkarbid und Tantalkarbid mindestens 250/, beträgt, verwendet.
Für Werkzeuge im Hüttenbetrieb sind weiterhin Legierungen bekannt, die im wesentlichen aus Wolframkarbiden mit einem oder mehreren Metallen der Eisengruppe, wie Kobalt oder Nickel, in Mengen bis zu 200/0 bestehen und 2 bis 50010 Mischkristalle enthalten, die aus Karbiden oder Karbiden und Nitriden gebildet sind. Solche Mischkristalle sind unter anderem Titankarbid-Tantalkarbid. Gesinterte Hartmetall-Legierungen mit 1 bis 30 % Hilfsmetall, 2 bis 400/0 Titankarbid, 0,5 bis 150/, Karbiden des Tantals, Mobs, Vanadiums, Molybdäns allein oder zu mehreren und Rest Wolframkarbids sind ebenfalls bekannt.
Für Arbeitsstähle von Werkzeugmaschinen zum Bearbeiten von Stahl wurden Hartmetall-Legierungen verwendet, die aus 5 bis 70/, Kobalt und einem Titankarbidgehalt, z. B. 20 bis 300/" bestehen. Als Haupttypen solcher Legierungen für diesen Zweck werden nachstehend die ungefähren Mengenverhältnisse erwähnt.

Gewichtsprozent

TiC ................... 25 36

TaC ................... - 2

Co .................... 6 6

WC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rest Rest

Die Legierungen des Typs A haben relativ einwandfreie Festigkeitseigenschaften, während ihre Verschleißfestigkeit geringer als diejenige ist, die durch die Legierungen des Typs B erreichbar sind, wobei letztere jedoch den Nachteil geringer Biegefestigkeit aufweisen.
An Hartmetall-Legierungen, die für die Bearbeitung von Stahl dienen, müssen in vielen Fällen aber hohe Anforderungen hinsichtlich der Festigkeit, Verschleißfestigkeit und hinsichtlich der Zähigkeit gestellt werden.
Es wurde nun gefunden, daß ihrer stofflichen Zusammensetzung nach an sich bekannte Legierungen aus 30 bis 45 % Titankarbid, 1 bis 3 % Tantalkarbid und/oder Niobkarbid, 8 bis 11 % Hilfsmetall (Kobalt, Nickel und/oder Eisen), Rest Wolframkarbid als Werkstoff für verschleißfeste und gleichzeitig zähe Schneidwerkzeuge, insbesondere zur Bearbeitung von langspanendem Material, wie Stahl, besonders gut geeignet sind, wenn der volumenmäßige Anteil des nicht in fester Lösung der Karbide ineinander vorliegenden Wolframkarbides, d. h. die aus dem restlichen ungelösten Wolframkarbid bestehende Phase, 0 bis 0,501, des Volumens des Hilfsmetalls beträgt (bezogen auf alle Bestandteile des Gefüges, d. h. a, ß und y, entspricht diese Bedingung der Formel: 100 - ß > y > 100 - 1,5 ß; doch ist die obige Darstellung einfacher). .
Die verwendete Hartmetall-Legierung besitzt eine hohe Biegefestigkeit,.-,eine hohe Verschleißfestigkeit und gleichzeitig eine höhere Zerspanungsleistung. Letztere hängt von der Menge der Mischkristalle ab. Je höher diese ist, desto geringer ist der Volumenanteil ungelöster Wolframkarbide.
Der Neigung zur Verformung der Schneidkante, die bei hohem Bindemetallgehalt auftreten kann, wenn zu starken Temperatursteigerungen führende hohe Schneidgeschwindigkeiten benutzt werden, wird durch den Zusatz von@TaC/NbC entgegengewirkt.
Hierbei ist zu erwähnen, daß, wo in dieser Beschreibung und den beifolgenden Ansprüchen ein Gehalt der Legierung an TaC/NbC erwähnt wird, dies bedeuten soll, daß die Legierung entweder eine oder beide Verbindungen TaC und NbC enthält und daß, wo bei dem Ausdruck TaC/NbC eine Prozentzahl auftritt, dies den Gehalt an (TaC -E- NbC) in der Legierung bedeutet.
Das Bindemittel besteht gewöhnlich hauptsächlich ganz aus Co und/oder Ni. Es hat sich gezeigt, daß bei dem relativ hohen Anteil von TiC in der Legierung gemäß der Erfindung es vorteilhaft sein kann, Ni als Bindemetall zu verwenden, da Ni eine größere Fähigkeit hat, TiC aufzulösen als Co.

Im Vergleich mit bekannten Hartmetall-Legierungen zur Endbearbeitung von Werkstoffen wie Stahl besitzt die verwendete Legierung einen erhöhten Mengenanteil an ß-Phase. Dies hat sich als bedeutsam erwiesen, weil eine Steigerung . der Festigkeit des Hartmetalls erreicht werden -soll; 'während gleichzeitig die Verschleißfestigkeit aufrechterhalten oder sogar erhöht wird, d. h. Widerstand gegen Verschleiß sowohl als auch gegen Auskolkung. Beispiel 1

TiC . . . . . . :: . . . . : . .' . . . 40 Gewichtsprozent

TaC/NbC .. . ,. ..: _ . . . . . 2 Gewichtsprozent

Co . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Gewichtsprozent

WC . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Gewichtsprozent Die Legierung bestand. aus etwa 9 Volumprozent ß-Phase und etwa 91 Volumprozent y-Phase. Beispiel 2

TiC ............... 36 Gewichtsprozent

TaC/NbC . . . . . ... . . . 2 Gewichtsprozent

Co . . . . . . . .-. . . ." .... 9,5 Gewichtsprozent `

WC . . . . . . . . . . . . 52,5 Gewichtsprozent

Die Legierung bestand aus etwa 9 Volumprozent ß-Phase, etwa 90-Volumprozent -y-Phase und etwa 1 Volumprozent a-Phase.

B_eispJel 3

TiC ................. 35 Gewichtsprozent

Co . . . . . . . . , . . . . . 9 Gewichtsprozent

WC ...... . .. ....... 54 Gewichtsprozent

TaC/NbC . . . . . . ... . . . . 2 Gewichtsprozent

Die Legierung bestand aus etwa 9 Volumprozent ß-Phase, etwa 90 Volumprozent y-Phase und etwa 1 Volumprozent ca-Phase.

Die Zeichnung zeigt schematisch den Abnutzungsbetrag als Funktion der Schneidgeschwindigkeit für drei Hartmetalle A, B und D, wovon die beiden ersten bereits bekannt sind und das letztere das gemäß der Erfindung verwendete ist, wenn Flußstahl mit einem C-Gehalt von 0,84 Gewichtsprozent und einer Härte HB = 230 gedreht wird. Der Abnutzungsbetrag wird definiert als die maximale Kratertiefe (Auskolkungstiefe) in Mikron, und die Schneidgeschwindigkeit wird in m/min angegeben. Der Vorschub betrug 0,51 mm/ Umdr., die Schneidtiefe 1,0 mm, und bei allen Versuchen, welche eine Grundlage für die Kurven bildeten, betrug die Länge der Spanabhebung 1000 m.
Die gewichtsmäßige Zusammensetzung der Hartirietalle betrug:

A B D

TiC . . . . . . . . . 250/, 360/, 400/"

TaC/NbC .... - 20/. 20/0

Co . . . , . . . . . . 611/. 60/0 100/,

WC . . . . . . . . . 69()/o 560/, 480/,

Die Legierung D bestand aus etwa 9 Volumprozent ß-Phase und etwa 91 Volumprozent y-Phase.
Das Diagramm zeigt, daß die erfindungsgemäß verwendete Legierung D einen beträchtlich höheren Verschleißwiderstand als die früher bekannten Legierungen A und B hatte. Die Legierungs A, welche den niedrigsten Verschleißwiderstand aufwies, konnte höheren Geschwindigkeiten als 190 m/min nicht widerstehen. Es ist auch zu erwähnen, daß die Legierungen A und D im wesentlichen dieselbe Zähigkeit zeigten, während die Legierung B eine beträchtlich geringere Zähigkeit aufwies.

Claims

Patentansprüche: 1. Verwendung einer gesinterten Hartmetall-Legierung auf Basis Wolframkarbid, Titankarbid, Tantalkarbid/Niobkarbid und Hilfsmetall, bestehend aus 30 bis 45 % Titankarbid, 1. bis 30/, Tantalkarbid und/oder Niobkarbid, 8 bis 11% Hilfsmetall aus Kobalt Nickel und/ oder Eisen, Rest Wolframkarbid, mit der Maßgabe, daß der volumenmäßige Anteil des nicht in fester Lösung der Karbide ineinander vorliegenden Wolframkarbides, d. h, die aus dem restlichen ungelösten Wolframkarbid bestehende Phase, 0 bis < 0,5 des Volumens der Hilfsmetallphase beträgt, als Werkstoff für verschleißfeste und gleichzeitig zähe Schneidwerkzeuge, insbesondere zur Bearbeitung von langspanendem Material, wie Stahl.
2. Verwendung einer gesinterten Hartmetall-Legierung nach Anspruch 1, deren Hilfsmetallgehalt 9 bis 10,5% beträgt, für den Zweck nach Anspruch 1.
3. Verwendung einer gesinterten Hartmetall-Legierung nach den Ansprüchen 1 und 2, deren Titankarbidgehalt 35 bis 45 0/0, vorzugsweise 36 bis 42 % beträgt, für den Zweck nach Anspruch 1.
4. Verwendung einer gesinterten Hartmetall-Legierung nach den Ansprüchen 1 bis 3, wobei das Hilfsmetall aus Kobalt und/oder Nickel besteht, für den Zweck nach Anspruch 1.
5. Verwendung einer gesinterten Hartmetall-Legierung nach Anspruch 1, bestehend aus 36 bis 42 °/o Titankarbid, 1 bis 3 °/o Tantalkarbid und/oder Niobkarbid, 9 bis 110/0 Kobalt und/oder Nickel, Rest Wolframkarbid, für den Zweck nach Anspruch 1. In Betracht gezogene Druckschriften: Österreichische Patentschrift Nr. 175 219; schweizerische Patentschrift Nr. 296 732; französische Patentschrift Nr. 749190; britische Patentschriften Nr. 443 303, 708 525; R.Kieffer und P. Schwarzkopf, Hartstoffe und Hartmetalle, 1953, S.156, 198, 201, 481, 482, 484.