DD208482A3

DD208482A3 - Schneideinsatz aus tantalcarbid enthaltendem sinterhartmetall

Info

Publication number: DD208482A3
Application number: DD23807182A
Authority: DD
Inventors: Joerg Heinrich; Wolfgang Weitz; Hartmut Westphal; Klaus Voigt
Original assignee: Joerg Heinrich; Wolfgang Weitz; Hartmut Westphal; Klaus Voigt
Priority date: 1982-03-11
Filing date: 1982-03-11
Publication date: 1984-05-02
Also published as: CS248281B1; CS128883A1; BG42285A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schneideinsatz aus Tantalcarbid enthaltendem Sinterhartmetall, insbesondere fuer die Strahlbearbeitung, bei dem von einem bekannten Sinterhartmetall aus Wolframcarbid und/oder Titancarbid mit mindestens einem Bindemetall der Eisengruppe ausgegangen wird. Es ist das Ziel der Erfindung, bei solchen Schneideinsaetzen die Rohstoffkosten ohne Einbusse der Gebrauchseigenschaften zu senken. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Schneideinsaetzen aus Tantalcarbid enthaltendem Sinterhartmetall den Gehalt an Tantalcarbid im Vergleich zu den bekannten Schneideinsaetzen dieser Art zu erringern, aber deren Schneidhaltigkeit bzw. Temperaturwechselbestaendigkeit beizubehalten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass die Randzone des Schneideinsatzes aus der in iher Kristallstruktur unveraenderten Sinterhartmetall-Basislegierungmit durch einen Diffusionsprozess unter Mischkristallbildung zulegiertem Tantalcarbid besteht.

Description

Schneideinsatz aus Tantalcarbid enthaltendem Sinterhartmetall

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung "betrifft einer. Schneideinsatz aus Tantalcsr-"bid enthaltendem Sinterhartmetall, insbesondere für die Stahlbearbeitung _s bei dem von einem bekannten Sinterhartmetall aus Wolframcarbid und/oder Titancarbid mit mindestens einem Bindemetall der Eisengruppe' als Basislegierung ausgegangen Trird*

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind Schneideinsätze aus Sinterhartmetall auf der Basis von Wolframcarbid und/oder Titancarbid mit Cobaltbinder bekannt j die einen Legierungsausat3 τ on xantalcarbid enthalten., durch den deren Temperatuxvrachsslbeständigkeit erhöht vrird* Bei Schneideinsätsen aus der Basislegierung ohne Tantalcarbid treten schon bei verhältnismäßig niedrigen thermischen Belastunger. Ixainmrisse an. der Werkseanschneide auf, wodurch diese sehen nach kurzer Standseit ausbricht und vorzeitig zum Erliegen kommt, Die Zammri.3e:ärofindlichkeit "5'on Schneideinsätsen ist besonders unter den S er spa— naiig ab e dingung en des unt3rbroch.en.an Schnittes., wie er bei

ο π ¹^ ι H ö.Ü/ I Ü

Präswerkzeugen vorhanden ist, bestimmend für die Länge der Standzeit * Aas diesem Grunde haben spezielle Präshartmetalle für die Stahlbearbeitimg einen hohen Tantalcarbidge-.halt»

Auch bei Hartmetallen auf der Basis von Titancarbid mit Molybdäncarbid und Έ±cke!binder wird durch Zulegieren von Tantalcarbid eine Verbesserung der Teaperaturwechsel-f e-~ stiskeit erreichte

Diesen Vorteilen der verbesserten Teinperaturwachselbeständigkeit von Schneideinsatzen aus Tantalcarbid enthaltendem Sinterhartmetall steht gegenüber₉ daß es sich bei Tantal um... ein selten vor kommendes Schwermetall handelt, bei dem die Gewinnungskosten und als.Polge davon auch die Beschaffungskosten stark angestiegen sind, was sich entsprechend auf die Höhe der Werkseugkosten bei der Anwendung solcher Schneideinsatzs auswirkt* Ss sind deshalb bei vielen Iferkzeugherstellem Bestrebungen zu verzeichnen,, solche Schneideinsätze herzustellen, 'die keinen oder nur einen niedrigen Tantalcarbidzusats enthalten und möglichst dieselben Ge-- "brauehsr- bzw«· Sohneideigenschaften aufweisen,- wie Schneid— einsätze aus Tantalcarbid enthaltendem Sinterhartmetall,

Eine solche Srsatslosung: könnte, ein Schneideinsatz aas einem Sinterhartmetall nach der AT-PS 27ö 792 sein^ in dem Tantalcarbid durch.Mischkristalle aus IFioocarbid und Hafniuacarbid ersetzt-werden soll, wobei das Uiobcarbia bis zu 30 % Tantalcarbid enthalten soll., Ss hat sich jedoch, gezeigt, da3 eine annehmbare Tamperaturwechselbeständigkeit nur in den unteren Anteilsoereichen der Substitutions-carbide vorhanden ist» SehneideinsStze„ in deren Hart stoff pha.sa mehr als 30 % Tantalcarbid 'ersetzt ist, weisen mit steigendem Anteil des Substitutionsraischcarbides 7ersprSanngen auf ^ Da auß-srdesi. der Gehalt an Tantalcarbid ia Hp,fniua—/"Hiob—Misciicerbid noch verhältn^ ssäLSiff· hoch ist, stellen diese Schneideinsätze keine guten Ersatzlösimgen dar₉

R Q7 1 Π

!lach der DS-AS 1247 671 ist auch daran gedacht worden, die Härte in der Oberflächenone von Hartmetall!ormkorpern gegenüber- dem Kern dadurch, zu steigern, daß man die PuI-vermischung, aus der der Formkörper gefertigt wird, im Oberflächenbereich mit einer größeren Konzentration von Hart st of fen.·, wie Wolframcarbid, Titancarbid, Tantalcarbid zusammensetzt als im Kern, Dieser Weg wurde jedoch wegen Yerspröaung des Hartmetalles in der Oberflachensone verworfen»

In der GB-PS 1457 181 wird ein Wolframcarbid-Sclmeidwerk™ zeug beschrieben, das durch ein in seine Oberfläche hineindiffundiertes Metall der Gruppe IY S oder Y B des ?SE gekennzeichnet ist* Bei dieses Diffusionsvorgang soll es unmittelbar unter der Oberfläche des Schnaid^erkseuges zu einer Reduktion des Wolframcaroiaes des Basiswerkstoffes und sur Bildung von Carbiden des eindiffundierten IT B— oder YB-Metalles'(wozu auch. Tantal gehört) kommen» In der Erfindungsbeschreibung wird angenommen., daJ3 das entstehende Wolfram in die Bindemstallphe.se eintritt und deren Schmälstesrperatur erhöht* Nachteilig, ist, däS die Diffusion eines IY 3~ oder YB-Metaliss in ein WC-3asis-Hartmetall dia Reduktion dar WC-Phase zur PoIg-- hat, wobei das WG x£oe? die Cobaltphas-e Sohlen-Stoff an das sich bildende Carbid abgibt. Kohlenstoffdeficit is System W/Co/C führt

Zusammensetzung Co^W-G, Die Ausbildung dieser in der .Hart; matalltechnik gefurcht eten Störphase führt zum Yerlust dar Duktilität der Binä^metallphasa und damit zur Yerspro dung des Harinnetallkorpers, wodurch dieser für eine prak-

ΓΛ ""J "3

Ziel der Erf indan.

ο

Ss ist das Ziel' der Erfindung, hei Schneideinsätzen aus Tantalcarbid enthaltendem Sinterhartmetall für die spanende Metallbearbeitung die Rohstoffkosten ohne Einbuße der Gebrauchseigenschaften su senken.

Darlegung des Wesens der Erfindung/

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei eines Schneideinsatz' auf. der Basis von Wolframcarbid und/oder Titancarbid mit einem Bindenietall der Eisengruppe und einem legierixngszusatz Von Tantalcarbid, den Gehalt an Tantalcarbid im Vergleich zu den bekannten Schneideinsätzen dieser Art zu verringern, aber deren Schneidhaltigkeit bz?/„ Temperaturwechselbeständigkeit beizubehalten*

Diese Aufgabe wird erfindungsgesäß dadurch gelöst, daß die Randsone des Schneideinsatzes aus der in ihrer Kristallstruktur unveränderten Sinterhartsietäll-Basislegierung rait durch •einen Diffusionsprozeß unter Mischkristallbildung sulegiertem Tantalcarbid besteht«

Aus Gründen der- Schneidenstabilität ist es zweckmäßig, daß die Dicke- der mit- Tantalcarbid angereicherten Handzone aus der Sinterharirmetall-Diffusionslegierung 10 — SOOyum vorzugsweise 20 - 200/Dia beträgt«

Ein weiteres Anwendungsgebiet der Schneideinsätse mit der nach der Erfindung' mit Tantalcarbid angereicherten Handzone ist darin zu- sehen, daß auf der mit Tantalcarbid angereicherten Randzone des Schneideinsatses verschleißfeste Oberflächenschicht en aus Carbiden, Nitriden., Boriden und/oder Oxiden aufgebracht sind«

2 3 ο U / ä ο 5

Wie sich aus dieser erfindur-gsgemäSen Lösung der zugrundeliegenden Aufgabenstellung ergibt, ist der Schneideinsatz aus einer Basis-Sinterhartmetallegierurag aus Wolframcarbid und/oder Tixancarbid mit mindestens einem Bindemetall 'der Eisengruppe gebildet, deren grundsätzliche Struktur im gesamten Querschnitt vorhanden ist und die nur in einer begrenzten Randzone mit Tantalcarbid angereichert ist» Diese Anreicherung mit Tantalcarbid ist durch eine Diffusionsiegierung, d» h* durch Lesung des Tantalcarbides in dem sogenannten Wirtsgitter der Basislegierung vorhanden« Als solch« Wirts-gitter für Tantalcarbid sind Hart st of fkri stalle und/ oder Mischkristalle geeignet, in denen sich Tantalcarbid lösen kann, wie ζ * B* Titancarbid,. Wclframcarbid/Titancarbid-Mischkristalls oder Titancarbid-Moljbdäncarbid-Mischkristalle» Dabei kommt es besonders darauf an₃ daJ3 Tantalcarbid als Zusatzcarbid mit den Carbiden der Basislegierung Wolframcarbid und/oder Titancarbid gesättigte Mischkristalle bildet«

Fertigungstechnisch wird bei der Herstellung der erfindungsgeinäßen Schneideinsätae so verfahren, daß zunächst nach der üblichen Kartsietalltechnologie SinterhartmetallkorOer in der Form der betreffenden Schneidei.nss.tze hergestellt wer— ei en ί

Im ersten Verfahrensschritt wird auf diese Sinterhartnstallkörper eine etvra 5 ~ 10 /um dicke Tantalcarbia-Oberf lachenschicht nach einem der genannten Beschichtungsverfahren aufgebracht* Im zweiten "erfahrensschritt werden die mit Tantalcarbid beschichteten SinterhartmetallkörDer einer Tennoe— ~**ρturbehaxidl'in*³*- ~*n i"*"¹—rter odex' reduzier—^^·er J^'tmosOhäre oberhalb der legierungsspezifischen eutektischen Temperatur untersogen« Diese BehardlunZrstemOerci^ur iTiLifl also oberhalb dsr~"T9mOer-^a,·"·

ständig in die Randsone des Sinterhartmetallkörpers eindiffundiert« Dementsprechend ist auch die Behandlungsaeit festzulegen*

Ss ist folglich festzustellen, daß sich in Abhängigkeit von der Basislegierung, der Dicke der aufgebrachten.(Tantalcarbid« Oberflächenschicht und dein angewendeten Temperatur-Zeit-Regime bei der Temperaturbehandlung in der Randzone des Schneideinsatzes ein Phasengleichgewicht einstellt, das für den Bereich der Werkseugschneiden maßgebend ist, Die erfindungsgemäßen Schneideinsatze mit tantalcarbidlegierter Eandsone sind in ihren physikalischen Prüfwerten mit Schneideinsätzen aus durchgehend tantalcarbidlegierten Sinterhartmetallen gleichwertig« Sie haben aber demgegenüber den Torteil, daß die Rohstoffkosten durch die geringere Einsatzmenge an teurem Tantalcarbid wesentlich niedriger Sagen» Bei Spanungsversuchen ??urde festgestellt, daß die erfindungsgemäßen Schneideinsätze besonders beim Fräsen von Stählen und beim Drehen mit unterbrochenem Schnitt oder stark schwankender Schneidenbelastungen eine wesentlich geringere ITeigung zur Ausbildung τοη Kammrissen zeigen als vergleichbare Schneideinsätze aus durchgehend tantal-

carbidlegiertan Hartmetallegierungen*

Ausführungsbeispiele

Im folgenden werden Herstellung, Struktur und Eigenschaften von Schneideinsätzen nach der Erfindung an drei Ausführungsbeispielen näher erläutert:

Beispiel 1:

Als Wendeschneidplatten gestaltete Sinterhartmstallkörper, die aus einer Sinterhsrtmetallegierung zu 82 % Wolframcarbid, 9 % Titancarbid und 9 % Cobalt bestanden, wurden mittels eines BeSchichtungsverfahrens aus der Gasphase (CYD)

_Λ ^ η η ^ « η

^ O O U / I

mit einer 8/um dicken Tantalcarbidschicht versehen,, Anschließend wurden die "beschichteten Sintarhartmetallkörpar "bei 1320 C unter Yakuuni teaperaturbehandelt«, Die Untersuchung der so hergestellten Wendeschneidplatten mit der Slektronenstrahlziikro sonde zeigte., daß im schneidennahen Bereich in einer et~?a 80 /um dicken Randzone et?/a 12 % Tantalcarbid sulegiert -worden waren« Die Eigenschaften der erfindungsgeraäßen Wendeschneidplatten wurden in eines Drehversuch festgestellt und mit den Eigenschaften von Wendeschneidplatten aus einer durchgehend mit Tantalcarbid legierten Sinterhartraetallegierung, bestehend aus 74,5 % WC, 5 % TiC, 12 % TaC und 8,5 % Co verglichen.

Prüfbedingungen: 3s wurden 4 Stehbolzen aus Stahl C 60 mit

öi yiari "Hl¹Tr¹^^r;"ι ο Q c: λ-^ Trr\~f\ P, C) V^Tf) TTO "¹^ "ΐ "ο '^νπ ο*λ" —·, α /"·I^

außen plazigedreht.

— 1 Schnittgeschwindigkeit: ~r = 60 rn.*inin.

Vorschub: s = 0,5

Schnittiefe: a = 1 mm

Leistungsergebnis: Die Messung der TsrschlaiiSmarkenbreite

nach der Bearbeitung von ~'e 30 Werkstücken seigte bei den bekannten wie bei den erfindungsgemäßen Wende~

schneidclatten die gleiche Groß

o-

c;

Beispiel 2:

Auf eins Ansahl der erfindungsgesiäßeti Wendeschneidplatten To^ Be~' s"oie"i 1 "TU"**de nach der Teinioeraturbeha^'dlurs; unter &i wenilung eines CYD-Yerfahrens eine S/um dicke 'Titancarbidschicht aufgebracht« Diesa Wendeschneidplatten wurden mit den im gleichen Durchgang beschichteten Yergleichs-Wendeschneidplatten vom Beispiel 1 in einers. ?räsversuch verglich en *

Prüfbedingungen; Es wurden Blöcke aus Stahl C 60 in der Abmessung 1000 s -300 mm mit einem Fräskopf von 315 sin Durchmesser plangefräst»

Schnittgeschwindigkeit: ν = 140 irumin" Vorschub pro Zahn : s = 0,15 mra/ü Schnittiefe : a = 2 mm

Leistungsergebnis: Standweg der bekannten Wendeschneidplatten 25 m

Standweg der erfindungsgemäßen Wendeschneidplatten 40 in

Die bekannten. Wendeschneidplatten wiesen am. Standwegende verstärkte KaisrnrißbilduiLg auf,

Beispiel 3 *

Wendeschneidplatten aus einer wolframcarbidfreien Sinterhartmetall agierung, bestehend aus 68 % Titancarbid und 12 % llolybdän-Molybdäucarbid und. 20 %.IIickel wurden im CYD-Verfahren bei 850 °C mit einer 5/um dicken. Tantalcarbidschicht versehen und dann bei 1300⁰C eine Stunde unter Wasserstoffatmosphäre temperatürbehändeIt„ Anschließend wurden sie noch mit einer 6/um dicken Ti tanca.ro id schicht versehen* Die Untersuchungen mit der Elektronenstrahlmikrosonde seigten^ daß die Wendeschneidplatten unterhalb der TiC-Oberflächenschicht eine etwa 40 /um dicke Randzone aufrsesen, in der TO % Tantal™ carbid durch Diffusion zulegiert worden waren« Diese erfindungsgemaflen Wendeschneid"platten wurden im Drehve: such bei ununterbrochenem Schnitt mit den.bekaxmten Wendeschneidplatten aus einer Sinterhartmetallegierung von 63 % Titancarbid, 12 % Molybdän-MoIjbdäncarbid und 20 % Hickel,, die ebenfalls mit TiC beschichtet waren, verglichen*

?rü f "bedingungen: üs vrurde eine Stahlrolle aus St aiii G 6θ am.

Umfang überdreht *

Schnittgesch.windigkeit: ύ - 1 50 laminin Vorschub : s = 0,3 nnn/ü

Schnittiefe : a = 3 mm

Leistungsergebnis: Die Messung der VerschleiStnarkanbreite

nach, einer Drehzeit von 60 min ergab

bekannte 'ivendeschneidplatte: B = 0_so1 nun

erfindungsgemäße Wende-

schneidplatte: B = 0,40 mm.

Claims

1* Schneideinsatz aus Tantalcarbid enthaltendem Sinterhartmetall auf der Basis von Sinterhartiaetall-Legiarungen aus Wolframcarbid und/oder Titancarbid mit mindestens einem Bindemetall der Eisengruppe, dadurch gekennzeichnet, daß die Randzone des Schneideinsatzes aus der in . ihrer Kristallstruktur unveränderten Sinterhartmetall™ Basislegierung mit durch einen Diffusionsprozeß unter Mischkristallbildung zulegiertes Tantalcarbid besteht*

1 Π

J U ίο

rfindungsanspruch

Er-p

'2· Schneideinsatz aus Tantalcarbid enthaltendem Sinterhartmetall nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der mit Tantalcarbid angereicherten Randsone aus der Sinterhartmetall-Biffusionslegierung 10 - 800 /Um, vorzugsweise 20 - 200 ,-um 'betragt.

3« Schneideinsatz aus Tautalcarbid enthaltendem Sinterhartmetall nach den¹ Punkten 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der.mit" Tantalcarbid angereicherten Randzone des Schneideinsatzes verschleißfeste Oberflachenschichten aus Garbiden, Nitriden, Boricsn und/oder Oxiden aufgebracht sind.