CH507094A - Schichtstoff - Google Patents

Description

  
 



  Schichtstoff
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf   einen    Schichtstoff, der   laus    einer   Hartmetallunterlage    besteht, dessen Oberfläche   mindestens    teilweise einen Überzug aus einem oder   mehreren    weiteren Hartstoffen, insbesondere von hartem   Karbiden,    Boriden, Nitriden oder Siliziden eines oder mehreren Metallen der   III-VIII-    Gruppe des periodischen Systems der Elemente aufweist.



   Diese Schichtstoffe können insbesondere für Werk   Zeuge    der spanabhebenden und   spaniosen    Formgebung sowie allgemein für dem   Verschleiss      ausgesetzten    Formen und Teile   Verwendung      finden.   



   Die Aufbringung von harten Schichten   auf      Stahls    teile,   insbesondere      Schne'idwerkzeuge,    ist bekannt. Eine   Verbindung    von Stahl mit einer harten Schicht bringt jedoch verschiedene Nachteile mit sich:
Der Stahlkörper als Unterlage weist nur eine   ver-    hältnismässig geringe Härte auf. Dies gilt auch für gehärtete Teile, da auch mit den heute üblichen Verfahren nur Härten bis zu 68 Rc erreicht werden könneu. Durch die Beschichtung wird wohl die Ober   flächenhärte    gesteigert, nicht jedoch   diejenige    des Kernes.

  Das heisst, dass bei grossen spezifischen Flächenbe- lastungen, das unter der harten Schicht liegende Material verformt wird, wodurch die   aufgebrachte    Schicht ihre Abstützung verliert. Die Folge davon ist das   Auf    treten von Rissen,   Idie    nach einer kurzen Zeit zu einer Abbröckelung   der    harten Schicht führt.



   Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die Wärmeausdehnung   jedes    Grundmaterials und der   Deckschicht    verschieden   voneinander    sind. Bei hohen Temperaturen, wie sie besonders bei den   spanabhebenden      und    spanlos   verformenden    Werkzeugen auftreten, führt dies zu gro ssen Spannungen in   den    Grenzschichten. Da bei den genannten Verformungsvorgängen grosse Temperatur   wechsel    auftreten, führen diese wechselnden Spannungen wiederum bald zu Rissen und Abblätterungen.



   Die   Wärmefestigkeit    der Stahlunterlage ist relativ sehr gering. Oberhalb zirka   5000 C    sinkt die   Dauer-    belastbarkeit schon beträchtlich ab und bei 8000 C weisen   diese    Teile nur noch so geringe   Festigkeiten       auf,      dass    sie für praktisch alle Verwendungszwecke un    brauchbar    sind.   Beispielsweise    treten jedoch bei der spanabhebenden Bearbeitung Spitzentemperaturen bis zu 13000 C auf, die mir durch ein wesentlich tempera turbeständigeres   Grundmaterial,    im Sinne der Erfin dung ein Hartmetall, aufgefangen werden   kann.   



   Die heute   bekannten    Verfahren   zur    Aufbringung    emer      harten.Schicht    auf einer Unterlage benötigen im allgemeinen eine Temperatur, die über 7000 C liegt.



   Es besteht somit   immer    die Gefahr, dass sich die Stahl teile   bieim    Aufbringen   der    harten Schicht verziehen.



   Es   müssen    daher peinlich genau   einzuh1altende    Vorbe handlungen   durchgeführt      werden,    um ein Verziehen der Stahlteile zu vermeiden.



   Beim Aufbringen der   Hartschicht    muss sodann im    allgemeinen    mit einer   Entkohlung      der      äussersten      Stahl-    schicht gerechnet werden, d. h. 1diese   entkohlte    Schicht weist   nochmals    eine geringere Härte auf als die darun    terliegende    nicht   entkohite    Stahlpartie, was wiederum nur geringere spezifische Belastungen   zulässt.   



   Alle diese wesentlichen Nachteile können nun   um-    gangen werden, wenn als Unterlage Hartmetalle ver    wendet    werden.



     Hartmetalle bestehen      bekanntlich    aus einem Hart stoff, zum Beispiel Karbid, Nitrid, Silizid oder Borid,    gewöhnlich      einem    Karbid der Metalle   der      IV-VI-       Gruppe    des periodischen Systems der Elemente oder aus einem Gemisch von verschiedenen Karbiden und einem Metallbinder, vorzugsweise Kobalt, Nickel, Eisen oder Molybdän   oder      einer      Legierung    derselben.



   Die chemische   ZusLam,mensetzung    solcher   H1artme-    talle kann   dabei    im besonderen wie folgt   angegeben    wer den:
Anteil der Hartstoffe: 97-70 Gewichtsprozente    Anteil der Binder:    3-30   Gewichtsprozente   
Es ist bekannt, dass die Härte   des    Hartmetalls mit abnehmendem Bindergehalt zunimmt. Ebenfalls ist be-   kannt,    dass leider die Zähigkeit dadurch ganz beträcht  lich abnimmt.

  Um eine Zerstörung der Hartmetall Teile, verursacht durch   Ausbrüche    und Risse, im Einsatz solange als möglich   herauszuzögern,    sieht man sich daher gezwungen, üblicherweise einen Bindergehalt von mindestens   4 S    anzustreben, wobei die zähen   Sorten    sogar Bindergehalte von über   l0 S    aufweisen. Je höher jedoch der   Binderanteil    ist, um so schneller tritt ein Verlust des Hartmetall-Teiles durch Abrieb auf. Das ist darauf zurückzuführen, dass der Binder aus dem Hartmetall   herausgelöst    wird und die   Hartstoffkörner    dadurch ihren Halt verlieren.



   Um gleichzeitig die Härte und die Zähigkeit zu steigern, wurden die   verschiedensten    Vorschläge gemacht. Zum Beispiel versuchte man, im   Keyrn    des Hartmetalls einen wesentlich höheren   Bindergehalt    anzustreben als in der Arbeitsschicht.   Bezeichnen1derweise    glaubte man jedoch, dass auch diese Deckschicht   immer    noch einen gewissen   Bindergehait      aufweisen    müsse.



  Diese Überlegung basiert auf der Annahme, dass ein Hartstoff, wie er in der   HartmetalSTechni1k    verwendet wird, in jeder beliebigen Dicke immer einen Binder -aufweisen muss, da er sonst die hier üblichen hohen Belastungen nicht aushalten kann.



   Die Erfindung Igeht nun von der Überlegung aus, dass bei einer dünnen Schicht,   verbunden    mit einer genügenden Verankerung mit der Unterlage, ein zusätzliches Bindermaterial überflüssig ist.



   Der   erfindungsgem ässe    Schichtstoff,   besterlend    aus einer   Hartmetallunterfage    und mindestens einer weiteren Hartstoffschicht, ist nun   dadurch    gekennzeichnet, dass die   Hartmetaliunterlage    aus einem   oder    mehreren Hartstoffen und mindestens einem Binder und die   andere    Hartstoffschicht aus   1bindeRrewiflm    Hartstoff besteht.



   Die Kombination von Hartmetall   als    Unterlage bzw.



  Grundkörper und Hartstoff ohne Binder   als      Deek-    schicht, bringt wesentliche Vorteile:
Die Zähigkeit des Hartmetalls als solche bleibt erhalten, da der Bindergehalt in   inden      üblichen      Grenzen    gehalten werden kann. In vielen Fällen kann die Zähigkeit des Hartmetalls sogar gesteigert werden, ohne dass die Gefahr eines erhöhten   Verschleisses    eintritt.



   Die reine   Hartstoffschicht    weist wesentlich günstigere Gleit- und Korosionseigenschaften als das reine Hartmetall auf, was zwangläufig zu einer erhöhten   Lebensdauer      des    Schichtstoffes führt.



   Der Binder wird nicht mehr aus   dem      Hartnietall    herausgelöst, da die Hartstoffschicht   diesen    schützt.



   Die bereits erwähnten Nachteile bei der Verwendung von Stahlunterlagen können   daher    vermieden werden.



   Beispiel
Ein Schneidwerkzeug aus Hartmetall mit   12 %    Co als   Binder    für die spanabhebende Bearbeitung von Stahl wurde einerseits unbeschichtet und   anderseits    beschichtet mit einer Dicke von 0,005 mm TiC in einem Drehversuch eingesetzt. Die Zerspanungsbedingungen   sowie    der zu zerspanende Werkstoff waren für beide Versuchsplatten gleich. Nach zehn Minuten Drehdauer   wurden    der   Fre,iflächen-    und   Kolkverschl'e'iss      aus1ge-    messen. Die unbeschichtete Platte wies einen so grossen Abrieb auf, dass sie aus dem Versuch   genommen    wurde.



  Mit der beschichteten Platte wurden weitere Drehversuche unternommen, bis die totale Drehdauer sechzig Minuten betrug. Die Ausmessung des Freiflächen- und Kolkverschleisses ergab auch dann noch einen geringeren Abrieb als -bei der unbeschichteten Platte nach 10 Minuten.



   PATENTANSPRUCH I
Schichtstoff,   bestehend    aus einer Hartmetallunterlage und mindestens einer weiteren Hartstoffschicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartmetallunterlage aus einem oder mehreren Hartstoffen und mindestens   einem    Binder und die andere Hartstoffschicht aus bin   jderfreiem Hartstoff besteht.   



   UNTERANSPRÜCHE
1. Schichtstoff nach Patentanspruch I,   dadurch    ge   kennzeichnet,    dass der   bindemittelfreie    Hartstoff mindestens teilweise aus Karbiden, Boriden, Nitriden oder Siliziden der Metalle der III-VIII-Gruppe des periodi   schen    Systems bestehen.



   2. Schichtstoff nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet,   diass    der Hartstoff Titancarbid ist.



   3. Schichtstoff nach   Patentanspruch    I,   dadurch    gekennzeichnet,   dass    die Dicke der binderfreien Hartstoffschicht mindestens   0,001      mm,      vorzugsweise    0,002-0,008 mm beträgt.

 

   4. Schichtstoff nach Patentanspruch I oder Unter   anspruch    1, dadurch gekennzeichnet, dass der binder- freie   Hartstoff    aus einem Hartstoffgemisch besteht.



   5. Schichtstoff nach Patentanspruch I,   dadurch    gekennzeichnet, dass die   Hartmetallunterlage    einen Gehalt von   2-50 %,    vorzugsweise 3-30 %,   Binder      aufweist.   



   PATENTANSPRUCH II    Verwendung    des Schichtstoffes nach Patentanspruch I für Werkzeuge 1der   spanabhetbenden    und spanlosen   Formgebung.   

**WARNUNG** Ende DESC Feld konnte Anfang CLMS uberlappen**.



   

Claims (1)

1. **WARNUNG** Anfang CLMS Feld konnte Ende DESC uberlappen **. lich abnimmt. Um eine Zerstörung der Hartmetall Teile, verursacht durch Ausbrüche und Risse, im Einsatz solange als möglich herauszuzögern, sieht man sich daher gezwungen, üblicherweise einen Bindergehalt von mindestens 4 S anzustreben, wobei die zähen Sorten sogar Bindergehalte von über l0 S aufweisen. Je höher jedoch der Binderanteil ist, um so schneller tritt ein Verlust des Hartmetall-Teiles durch Abrieb auf. Das ist darauf zurückzuführen, dass der Binder aus dem Hartmetall herausgelöst wird und die Hartstoffkörner dadurch ihren Halt verlieren.

   Um gleichzeitig die Härte und die Zähigkeit zu steigern, wurden die verschiedensten Vorschläge gemacht. Zum Beispiel versuchte man, im Keyrn des Hartmetalls einen wesentlich höheren Bindergehalt anzustreben als in der Arbeitsschicht. Bezeichnen1derweise glaubte man jedoch, dass auch diese Deckschicht immer noch einen gewissen Bindergehait aufweisen müsse.

   Diese Überlegung basiert auf der Annahme, dass ein Hartstoff, wie er in der HartmetalSTechni1k verwendet wird, in jeder beliebigen Dicke immer einen Binder -aufweisen muss, da er sonst die hier üblichen hohen Belastungen nicht aushalten kann.

   Die Erfindung Igeht nun von der Überlegung aus, dass bei einer dünnen Schicht, verbunden mit einer genügenden Verankerung mit der Unterlage, ein zusätzliches Bindermaterial überflüssig ist.

   Der erfindungsgem ässe Schichtstoff, besterlend aus einer Hartmetallunterfage und mindestens einer weiteren Hartstoffschicht, ist nun dadurch gekennzeichnet, dass die Hartmetaliunterlage aus einem oder mehreren Hartstoffen und mindestens einem Binder und die andere Hartstoffschicht aus 1bindeRrewiflm Hartstoff besteht.

   Die Kombination von Hartmetall als Unterlage bzw.

   Grundkörper und Hartstoff ohne Binder als Deek- schicht, bringt wesentliche Vorteile: Die Zähigkeit des Hartmetalls als solche bleibt erhalten, da der Bindergehalt in inden üblichen Grenzen gehalten werden kann. In vielen Fällen kann die Zähigkeit des Hartmetalls sogar gesteigert werden, ohne dass die Gefahr eines erhöhten Verschleisses eintritt.

   Die reine Hartstoffschicht weist wesentlich günstigere Gleit- und Korosionseigenschaften als das reine Hartmetall auf, was zwangläufig zu einer erhöhten Lebensdauer des Schichtstoffes führt.

   Der Binder wird nicht mehr aus dem Hartnietall herausgelöst, da die Hartstoffschicht diesen schützt.

   Die bereits erwähnten Nachteile bei der Verwendung von Stahlunterlagen können daher vermieden werden.

   Beispiel Ein Schneidwerkzeug aus Hartmetall mit 12 % Co als Binder für die spanabhebende Bearbeitung von Stahl wurde einerseits unbeschichtet und anderseits beschichtet mit einer Dicke von 0,005 mm TiC in einem Drehversuch eingesetzt. Die Zerspanungsbedingungen sowie der zu zerspanende Werkstoff waren für beide Versuchsplatten gleich. Nach zehn Minuten Drehdauer wurden der Fre,iflächen- und Kolkverschl'e'iss aus1ge- messen. Die unbeschichtete Platte wies einen so grossen Abrieb auf, dass sie aus dem Versuch genommen wurde.

   Mit der beschichteten Platte wurden weitere Drehversuche unternommen, bis die totale Drehdauer sechzig Minuten betrug. Die Ausmessung des Freiflächen- und Kolkverschleisses ergab auch dann noch einen geringeren Abrieb als -bei der unbeschichteten Platte nach 10 Minuten.

   PATENTANSPRUCH I Schichtstoff, bestehend aus einer Hartmetallunterlage und mindestens einer weiteren Hartstoffschicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartmetallunterlage aus einem oder mehreren Hartstoffen und mindestens einem Binder und die andere Hartstoffschicht aus bin jderfreiem Hartstoff besteht.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Schichtstoff nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass der bindemittelfreie Hartstoff mindestens teilweise aus Karbiden, Boriden, Nitriden oder Siliziden der Metalle der III-VIII-Gruppe des periodi schen Systems bestehen.

   2. Schichtstoff nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, diass der Hartstoff Titancarbid ist.

   3. Schichtstoff nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der binderfreien Hartstoffschicht mindestens 0,001 mm, vorzugsweise 0,002-0,008 mm beträgt.

   4. Schichtstoff nach Patentanspruch I oder Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der binder- freie Hartstoff aus einem Hartstoffgemisch besteht.

   5. Schichtstoff nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Hartmetallunterlage einen Gehalt von 2-50 %, vorzugsweise 3-30 %, Binder aufweist.

   PATENTANSPRUCH II Verwendung des Schichtstoffes nach Patentanspruch I für Werkzeuge 1der spanabhetbenden und spanlosen Formgebung.