SE527173C2

SE527173C2 - Sätt att tillverka en finkorning hårdmetall

Info

Publication number: SE527173C2
Application number: SE0302835A
Authority: SE
Inventors: Per Gustafson; Susanne Norgren; Mats Waldenstroem
Original assignee: Sandvik Intellectual Property
Priority date: 2003-07-25
Filing date: 2003-10-28
Publication date: 2006-01-17
Also published as: IL162686A; US20060029511A1; DE602004008166T2; KR20050013077A; SE0302835D0; US20050025657A1; EP1500713B1; IL162686A0; JP2005042201A; ATE370257T1; SE0302835L; KR101202225B1; DE602004008166D1; EP1500713A1

Description

U 20 25 30 35 40 527 173 2 korntillväxtinhibitorerna som nitrider. För att undvika porbildning vid denitrifiering av nitriderna, utförs sintringen i en kväveatmosfär.

Det är ett ändamål av föreliggande uppfinning att undvika eller minska problemen med den tidigare kända tekniken. Det är dessutom ett ändamål med föreliggande uppfinning att tillhanda- hålla ett hàrdmetallskär med en kombination av hög seghet och högt deformationsmotstånd, tillsammans med en metod att tillverka detsamma.

Det har nu överraskande visat sig att en uttalad korn- förfiningseffekt i kombination med en bättre bindefasfördelning kan erhållas genom införande av kväve som en processgas i sintringsugnen före porslutning. strukturen Fig. l visar i omkring l5OOX ett typiskt exempel på av en "ren" WC-Co-sort, legerad med kväve genom sintring enligt uppfinningen.

Fig. 2 visar i omkring 150OX ett typiskt exempel på strukturen av samma sort sintrad enligt känd teknik.

Fig. 3 visar i omkring l5OOX ett typiskt exempel på strukturen av samma sort, legerad med kväve genom sintring enligt uppfinningen, efter sintring vid reducerad temperatur.

Fig. 4 visar i omkring 15OOX ett typiskt exempel på strukturen efter konventionell sintring vid reducerad temperatur.

Fig. 5 visar i omkring l20OX ett typiskt exempel på strukturen av en WC-Co-sort med innehåll av Cr3C2, legerad med kväve genom sintring enligt uppfinningen, efter sintring vid reducerad tem- peratur.

Fig. 6 visar i omkring l20OX ett typiskt exempel på strukturen av samma sort efter konventionell sintring vid reducerad tempera- tur.

Fig. 7 visar i omkring l20OX ett typiskt exempel på strukturen " (0.25pm) WC-Co-sort, sintring enligt uppfinningen. av en ren" submikron legerad med kväve genom Fig. 8 visar i omkring l20OX ett typiskt exempel på strukturen av samma sort sintrad enligt känd teknik.

Fig. 9 visar i omkring l20OX ett typiskt exempel på strukturen av en submikron O.25pm WC-Co-sort med innehåll av Cr3C2, legerad med kväve genom sintring enligt uppfinningen.

Fig. 10 visar i omkring l20OX ett typiskt exempel på struk- turen av samma sort efter konventionell sintring. 10 15 20 25 30 35 40 527 175 s Fig. ll visar i omkring l20OX ett typiskt exempel på struk- turen av en submikron O.6pm WC-Co-sort med innehåll av Cr3C2, legerad med kväve genom sintring enligt uppfinningen.

Fig. 12 visar i omkring l20OX ett typiskt exempel på struk- turen av samma sort efter konventionell sintring.

Metoden enligt föreliggande uppfinning omfattar blandning, malning och pressning av volframkarbid - koboltkroppar enligt standardförfarande följt av sintring i en process kännetecknad av införande av kväve vid ett tryck av mer än 0.5 atm, företrädesvis mer än 0.75 atm, in i sintringsatmosfären efter avdrivning men före porslutning, företrädesvis före 1000 °C.

I en utföringsform utförs hela sintringsprocess i kväve.

I en alternativ utföringsform ersätts kvävet, efter porslutning, av en skyddande atmosfär av t.ex. argon eller vakuum.

Den resulterande sintrade kroppen kännetecknas av en kornförfinad struktur, reducerad kornstorlek och färre abnorma korn, i kombination med en bättre bindefasfördelning jämfört med sintring enligt normalt förfarande, med en kvävehalt av mer än 0.03 vikt-%, företrädesvis mer än 0.05 vikt-%.

För kornstorlek under 0.5 pm måste den fördelaktiga effekten av kvävelegering kombineras med en tillsats av konventionella korntillväxthämmare från grupperna IVb, Vb och/eller VIb i det periodiska systemet, företrädesvis Cr, V och/eller Ta, helst Cr och/eller Ta, antingen som rena metaller eller föreningar därav utom nitriderna därav, företrädesvis föreningar fria från kväve, helst karbider.

Processen enligt uppfinningen fungerar på rena WC-Co- legeringar såväl som på WC-Co-legeringar innehållande korntillväxthämmare. Men den mest tydliga förbättringen beträffande korntillväxtkontroll har setts för raka WC-Co- legeringar med en sintrad medelkornstorlek av <1.5 um, företrädesvis <1 um men större än 0.5 pm där inga ytterligare korntillväxthämmare är nödvändiga.

Det har därför funnits att införandet av kväve in i sintringsugnen efter avdrivning men före porslutning leder till ett tydligt kväveupptag även för nominellt rena WC-Co-legeringar.

Det har dessutom överraskande funnits att det införda kvävet verkar som en korntillväxthämmare samtidigt som det förbättrar sintringsaktiviteten och därmed den resulterande bindefas- fördelningen. Den har även funnits att det kväveinnehåll som 10 15 20 25 30 35 40 527 173 4 åstadkommits före porslutning blir instängt så snart som tem- peraturen blir tillräckligt hög för porslutning. Förlängd sintringstid i vakuum efter porslutning har funnits att ha endast en mindre effekt på den resulterande kvävehalten i de sintrade provkropparna.

Exempel 1 Från en pulverblandning bestående av 6.0 vikt-% Co, och resten WC med en medelkornstorlek av omkring 1 um med 0.01 vikt-% överstökiometrisk kolhalt, pressades svarvskär CNMGl20408. Skären sintrades med H2 upp till 450OC för avdrivning, vid 450 OC evakuerades ugnen och återfylldes med kväve upp till ett tryck av 0.8 atm. Temperaturen hölls konstant vid 450 OC under kväve- fyllningsproceduren. Efter komplett fyllning ökades temperaturen till 1370 OC med en konstant hastighet av 15 OC /min, varvid kvävetrycket hölls konstant. Vid 1370 °C evakuerades ugnen och återfylldes med en skyddande atmosfär av 10 mbar argon och hölls vid l370°C i 30 minuter följt av ökat Ar-tryck 40 mbar och en temperaturökning upp till den slutliga sintringstemperaturen 1410 °C där temperaturen hölls i ytterligare en timme före svalning och öppning av ugnen.

Strukturen i skären bestod av jämförelsevis fin och jämn volframkarbidkornstorlek i kombination med en god bindefas- fördelning, Fig. 1.

Exempel 2 (referensexempel till Exempel 1) Pressade skär från Exempel 1 sintrades med H2 upp till 450OC för avdrivning, ytterligare i vakuum till 137OOC, sedan fylldes med en skyddande gas av 10 mbar av Ar och hölls vid 1370°C i 30 minuter följt av ökat Ar-tryck 40 mbar och en temperaturökning upp till den slutliga sintringstemperaturen 1410 °C där temperaturen hölls i ytterligare en timme före svalning och öppning av ugnen.

Strukturen i skären bestod av en jämförelsevis mindre fin och jämn volframkarbidkornstorlek i kombination med en acceptabel bindefasfördelning, Fig. 2 Exempel 3 Pressade skär från Exempel 1 sintrades med H2 upp till 450OC för avdrivning, vid 450 OC evakuerades ugnen och återfylldes med kväve upp till ett tryck av 0.8 atm. Temperaturen hölls konstant 10 15 20 25 30 35 40 527 175 s vid 450 OC under kvävefyllningsproceduren. Efter komplett fyllning ökades temperaturen till 1370 OC med en hastighet av 15 OC /min, varvid kvävetrycket hölls konstant. Vid 1370 °C evakuerades ugnen och àterfylldes med en skyddande atmosfär av 10 mbar Argon. Den faktiska sintringen begränsades till en 30 min. hålltid vid 1370 OC följt av svalning och öppning av ugnen.

Strukturen i skären bestod av jämförelsevis fin och jämn volframkarbidkornstorlek i kombination med en acceptabel bindefas- fördelning, Fig. 3.

Exempel 4 (referensexempel till Exempel 3) Pressade skär från Exempel 1 sintrades med H2 upp till 450OC för avdrivning, vidare i vakuum till 1370OC. Vid 1370 fylldes ugnen med en skyddande atmosfär av 10 mbar argon. Den faktiska sintringen begränsades till en 30 min. hålltid vid 1370 OC följt av svalning och öppning av ugnen.

Strukturen i skären bestod av en jämförelsevis mindre fin och jämn volframkarbidkornstorlek i kombination med en oacceptabel bindefasfördelning, Fig. 4.

Exempel 5 Från en pulverblandning bestående av 5.2 vikt-% Co, 0.6 vikt-% Cr3C2 och resten WC med en medelkornstorlek av omkring 1 um med 0.05 vikt-% överstökiometrisk kolhalt, pressades svarvskär CNMG120408. Skären sintrades med H2 upp till 450OC för avdrivning, vid 450 OC evakuerades ugnen och âterfylldes med kväve upp till ett tryck av 0.8 atm. Temperaturen hölls konstant vid 450 OC under kvävefyllningsproceduren. Efter komplett fyllning ökades temperaturen till 1370 OC med en hastighet av 15 OC /min, varvid kvävetrycket hölls konstant. Vid 1370 °C evakuerades ugnen och âterfylldes med en skyddande atmosfär av 10 mbar Argon. Den faktiska sintringen begränsades till en 30 min. hålltid vid 1370 OC följt av svalning och öppning av ugnen.

Strukturen i skären bestod av jämförelsevis fin och jämn volframkarbidkornstorlek i kombination med en god bindefas- fördelning, Fig. 5.

Exempel 6 (referensexempel till Exempel 5) Pressade skär från Exempel 5 sintrades med H2 upp till 450OC för avdrivning, vidare i vakuum till l370OC. Vid 1370 fylldes 10 15 20 25 30 35 40 527 173 6 ugnen med en skyddande atmosfär av 10 mbar argon. Den faktiska sintringen begränsades till en 30 min. hålltid vid 1370 OC följt av svalning och öppning av ugnen.

Strukturen i skären bestod av en jämförelsevis mindre fin och jämn volframkarbidkornstorlek i kombination med en oacceptabel bindefasfördelning, Fig. 6.

Exempel 7 Från en pulverblandning bestående av 10.0 vikt-% Co, och resten WC med en medelkornstorlek av omkring 0.25 pm med 0.01 vikt-% överstökiometrisk kolhalt, pressades svarvskär CNMGl20408.

Skären sintrades med H2 upp till 450OC för avdrivning, vid 450 OC evakuerades ugnen och återfylldes med kväve upp till ett tryck av 0.8 atm. Temperaturen hölls konstant vid 450 OC under kväve- fyllningsproceduren. Efter komplett fyllning ökades temperaturen till 1370 OC med en hastighet av 15 OC /min, varvid kvävetrycket hölls konstant. Vid 1370 °C evakuerades ugnen och återfylldes med en skyddande atmosfär av 10 mbar argon och hölls vid l370°C i 30 minuter följt av ökat Ar-tryck 40 mbar och en temperaturökning upp till den slutliga sintringstemperaturen 1410 °C där temperaturen hölls i ytterligare en timme före svalning och öppning av ugnen.

Skärens struktur bestod av, jämfört med referensen i exempel 8, finare stora volframkarbidkorn i kombination med en god bindefasfördelning, Fig. 7.

Exempel 8 (referensexempel till Exempel 7) Pressade skär från Exempel 7 sintrades med H2 upp till 450OC för avdrivning, ytterligare i vakuum till 1370OC, sedan fyllning med en skyddande gas av 10 mbar av Ar och hölls vid l370°C i 30 minuter följt av ökat Ar-tryck 40 mbar och en temperaturökning upp till den slutliga sintringstemperaturen 1410 °C där temperaturen hölls i ytterligare en timme före svalning och öppning av ugnen.

Strukturen i skären bestod av stora korn och en ojämn volframkarbidkornstorlek i kombination med en acceptabel bindefasfördelning, Fig. 8.

Exempel 9 Från en pulverblandning bestående av 10.0 vikt-% Co, 0.5 vikt-% Cr3C2 och resten WC med en medelkornstorlek av omkring 0.25 pm med 0.05 vikt-% överstökiometrisk kolhalt, pressades svarvskär 10 15 20 25 527 173 7 SNUN. Skären sintrades med H2 upp till 45000 för avdrivning, vid 450 OC evakuerades ugnen och àterfylldes med kväve upp till ett tryck av 0.8 atm. Temperaturen hölls konstant vid 450 OC under kvävefyllningsproceduren. Efter komplett fyllning ökades temperaturen till 1370 OC med en hastighet av 15 OC/min, varvid kvävetrycket hölls konstant. Vid 1370 °C evakuerades ugnen och àterfylldes med en skyddande atmosfär av 10 mbar argon och hölls vid l370°C i 30 minuter följt av ökat Ar-tryck 40 mbar och en temperaturökning upp till den slutliga sintringstemperatur 1410 °C där temperaturen hölls i ytterligare en timme före svalning och öppning av ugnen.

Strukturen i skären bestod av en jämn submikron volframkarbid- kornstorlek och i kombination med nästan inga stora korn och en jämn Co-fördelning Fig 9.

Exempel 10 (referensexempel till Exempel 9) Pressade skär från Exempel 9 sintrades med H2 upp till 4500C vidare i vakuum till 1370°C, skyddande gas av 10 mbar av Ar och hölls vid 1370°C i 30 minuter följt av ökat Ar-tryck 40 mbar och en temperaturökning upp till för avdrivning, sedan fyllda med en den slutliga sintringstemperaturen 1410 °C där temperaturen hölls i ytterligare en timme före svalning och öppning av ugnen.

Strukturen i skären bestod av en mindre jämn submikron volframkarbidkornstorlek och i kombination med några stora WC-korn Fig 10. 10 15 20 25 527 173 s Exempel ll Från en pulverblandning bestående av 10.0 vikt-% Co, 0.5 vikt-% Cr3C2 och resten WC med en medelkornstorlek av omkring 0.6 um med 0.05 vikt-% överstökiometrisk kolhalt, pressades svarvskär SNUN. Skären sintrades med H2 upp till 450OC för avdrivning, vid 450 OC evakuerades ugnen och återfylldes med kväve upp till ett tryck av 0.8 atm. Temperaturen hölls konstant vid 450 OC under kvävefyllningsproceduren. Efter komplett fyllning ökades temperaturen till 1370 OC med en hastighet av 15 OC /min, varvid kvävetrycket hölls konstant. Vid 1370 °C evakuerades ugnen och àterfylldes med en skyddande atmosfär av 10 mbar argon och hölls vid l370°C i 30 minuter följt av ökat Ar-tryck 40 mbar och en temperaturökning upp till den slutliga sintringstemperaturen 1410 °C där temperaturen hölls i ytterligare en timme före svalning och öppning av ugnen.

Strukturen i skären bestod av en jämn submikron volframkarbid- kornstorlek och i kombination med nästan inga av stora korn och en jämn Co-fördelning Fig 11.

Exempel 12 (referensexempel till Exempel ll) Pressade skär från Exempel 11 sintrades med H2 upp till 450OC för avdrivning, vidare i vakuum till l370OC, sedan fylldes med en skyddande gas av 10 mbar av Ar och hölls vid 1370°C i 30 minuter följt av ökat Ar-tryck 40 mbar och en temperaturökning upp till den slutliga sintringstemperaturen 1410 °C där temperaturen hölls i ytterligare en timme före svalning och öppning av ugnen.

Strukturen i skären bestod av en mindre jämn submikron volframkarbidkornstorlek och i kombination med några stora WC-korn Fig 12.

Claims

10 15 20 527 175 9 Krav

1. Sätt att tillverka en finkornig volframkarbid - kobolt- hårdmetall omfattande blandning, malning enligt standardförfarande följt av sintring i en process k ä n n e t e c k n a d av införande av kväve vid ett tryck av mer än 0.5 atm, företrädesvis mer än 0.75 atm, in i sintringsatmosfären efter avdrivning men före porslutning, företrädesvis före lOO0 °C.

2. Metod enligt krav l k ä n n e tve c k n a d av att hela sintringsprocessen utförs i kväve.

3. Metod enligt krav l k ä n n e t e c k n a d av att kvävet efter porslutning ersätts av en skyddande atmosfär av t.ex. argon eller vakuum.

4. Metod enligt något av föregående krav k ä n n e t e c k n a d av tillsättning av konventionella korntillväxtinhibitorer av metaller från grupperna IVb, Vb och/eller Vlb i det periodiska systemet eller föreningar därav utom nitrider företrädesvis Cr, V och/eller Ta, helst Cr och/eller Ta.

5. Metod enligt krav 4 k ä n n e t e c k n a d av att nämnda föreningar är fria från kväve.

6. Metod enligt krav 4 k ä n n e t e c k n a d av att nämnda föreningar är karbider.