DD223470A1 - Titankarbonitrid-sinterwerkstoff fuer zerspanung und tribologische beanspruchung - Google Patents

Titankarbonitrid-sinterwerkstoff fuer zerspanung und tribologische beanspruchung Download PDF

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DD223470A1
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sintered
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Wilm Heinrich
Ralf Krumphold
Lothar Illgen
Walter Foerster
Klaus Voigt
Bernhard Rieger
Arnd Beger
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Akad Wissenschaften Ddr
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Pulvermetallurgie. Ziel der Erfindung ist es, die guten Zerspanungseigenschaften der Grundtypen Hartmetall und Schneidkeramik weitgehend in einem Werkstoff zu kombinieren. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zusammensetzung eines Sinterwerkstoffes anzugeben, der in einem grossen Schnittgeschwindigkeitsbereich, sowohl fuer Stahl als auch fuer Guss, einsetzbar ist. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe durch einen Sinterwerkstoff geloest, der aus einem Hartstoff und aus restlichen Phasen besteht. Die Zusammensetzung des gesamten Hartmetalls in Molbruechen Tia Cb Nc Od Me liegt innerhalb der Grenzen a 0,44 bis 0,57, b 0,19 bis 0,46, c 0,035 bis 0,24, d 0,019 bis 0,10 und e 0,00023 bis 0,056. Fuer M stehen die Metalle Cu, Mn, Fe, Ni und/oder Co. Anwendungsgebiet sind gesinterte Formkoerper sowohl fuer tribologische Beanspruchung als auch fuer die Zerspanung, wie z. B. Mahlkoerper und Dichtungsringe bzw. Wendeschneidplatten.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Pulvermetallurgie. Objekte, für die ihre Anwendung möglich ist, sind gesinterte Formkörper für tribologische Beanspruchung, beispielsweise Mahlkörper und Dichtungsringe. Besonders zweckmäßig ist die Anwendung für gesinterte Formkörper für die Zerspanung, z.B. Wendeschneidplatten.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Es sind zahlreiche Werkstoffzusammensetzungen für die Zerspanung und den tribologischen Verschleiß bekannt, die sich nach den mechanischen Eigenschaften und Gebrauchswerten charakteristisch voneinander unterscheiden. Die bekannten Hartmetalle auf Wolframkarbid-Basis weisen zwar bei hohen Bindemetallanteilen hohe Biegefestigkeiten bis 3500 MPa auf, ihre Härte liegt aber im allgemeinen unter 1800 HV. Der Einsatzbereich dieser Hartmetalle ist auf Schnittgeschwindigkeiten <250m/min begrenzt. Bindemetallfreie bzw. -arme keramische Zusammensetzungen weisen zwar höhere Härte auf, liegen aber in der Biegefestigkeit bei relativ niedrigen Werten, wie z. B. Al203 mit 300 bis 500 MPa. Das Einsatzgebiet dieser Werkstoffe liegt vorzugsweise bei hohen Schnittgeschwindigkeiten, jedoch relativ geringen Spantiefen und Vorschüben und ausschließlich glattem Schnitt.
Außerdem sind Hartmetalle auf Titankarbonitrid-Basis mit Zusätzen von Molybdän und Nickel bekannt (Kieffer, R., Ettmayer, P.: Entwicklungen auf dem Gebiet der Nitridchemie und nitridhaltigen Hartmetalle, Radex-Rundschau (1982) 4, S.998-1009). Nachteilig ist dabei, daß der schädliche Einfluß des Sauerstoffs ausgeschaltet werden muß. In Weiterentwicklung dieses Hartmetalltyps wurde als Hartstoff ein Oxikarbonitrid eingesetzt (DD-PS 123078, OS 2902139), wobei u.a. zur Stabilisierung des Sauerstoffs im Hartmetall die Sinterung in einer speziellen CO'-Atmosphäre durchgeführt wird, um die auf die übliche Desoxidation zurückzuführende Festigkeitsminderung zu vermeiden. Von Nachteil sind die kompliziert aufgebauten bzw. rohstoffaufwendigen Bindemetallanteile, die aufwendige Herstellungstechnologie sowie die Beschränkung des Einsatzgebietes als Schneidstoff auf Stahl und auf die bei Hartmetallen üblichen Schnittgeschwindigkeiten <250m/min.
Ferner sind bindemetallfreie bzw. -arme, heißgepreßte Titankarbonitrid-Werkstoffe für die Zerspanung sowie die tribologische Beanspruchung bekannt. Deren Nachteil besteht im hohen technischen Aufwand, den die Heißpreßtechnik erfordert.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist es, die jeweils guten Zerspanungseigenschaften der Grundtypen Hartmetall und Schneidkeramik weitgehend in einem Werkstoff zu kombinieren bzw. in speziellen Bereichen zu überbieten, verfügbare und preisgünstige Rohstoffe einzusetzen und seine Herstellung nach der herkömmlichen Hartmetalltechnologie zu ermöglichen.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zusammensetzung eines Sinterwerkstoffes anzugeben, der in einem großen Schnittgeschwindigkeitsbereich, sowohl für Stahl als auch für Guß, bei international üblichen bzw. höheren Standzeiten und werkstoffbezogenen Schnittbedingungen einsetzbar, arm an Molybdän, Wolfram oder Kobalt ist und zur Herstellung von Werkzeugen bzw. Formteilen weder den Einsatz isostatischer noch der Heißpreßtechnik zwingend erfordert. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Titankarbonitrid-Sinterwerkstoff aus einem Hartstoff der Grundzusammensetzung (Ti, C, N, Ο, M) mit zusätzlichen Metallkarbiden und aus restlichen Phasen der integralen Grundzusammensetzung (Ti, 0, M) besteht. Die Zusammensetzung des gesamten Hartmetalls in Molbrüchen Ti, Cb N0 0d M, liegt innerhalb der Grenzen a = 0,44 bis 0,57 b = 0,19 bis 0,46 c = 0,035 bis 0,24 d = 0,019 bis 0,10 e = 0,00023 bis 0,056. Für M steht mindestens eines der Metalle Kupfer, Mangan, Eisen, Nickel und/oder Kobalt. Charakteristisch für die Zusammensetzung des Hartstoffs ist dabei, daß das Verhältnis von Titan zu Kohlenstoff bzw. Stickstoff vom Rand zur Mitte des Hartstoffkornes kleiner wird. Eine Variante der Erfindung sieht vor, daß der Titankarbid-Sinterwerkstoff 0,5 bis 10,0 Ma.-% zusätzliche Karbide von Metallen der Nebengruppen IVa bis Via des PSE enthält.
Ausführungsbeispiel
Eine Wendeschneidplatte der Zusammensetzung Ti0,47 C037 N0>088 O0,0s7 Mn0,0i5 mit einem Hartstoffanteil von ca. 99 Vol.-% und dem Anteil restlicher Phasen von ca. 1 Vol.-% wird einer Zerspanungsprüfung unterzogen. Bei v = 200m/min, s = 0,45 mm/U und a = 2 mm, wobei als Gegenwerkstoff GGL 25 im glatten Schnitt verwendet wird, beträgt nach einer Schnittdauer von 9Dmin Hie mittlere Y/erer-hleiRmarlrerihreite R .... < Π mm nnH Her lOi/ln/ercr-hleiR K < Π 1 Im VernleiVh Hayn wirH hei «r>net

Claims (4)

1. Titankarbonitrid-Sinterwerkstoff für Zerspanung und tribologische Beanspruchung, gekennzeichnet dadurch, daß er aus einem Hartstoff der Grundzusammensetzung (Ti, C, N, O, M) mit zusätzlichen Metallkarbiden und aus restlichen Phasen der integralen Grundzusammensetzung (Ti, 0, M) besteht, wobei die Zusammensetzung des gesamten Hartmetalls in Molbrüchen
TiaCbNcOdM.
innerhalb der Grenzen
a =0,44 bis 0,57
b = 0,19 bis 0,46
с = 0,035 bis 0,24
d = 0,019 bis0,10
e = 0,00023 bis 0,056
liegt, und für M die Metalle Kupfer, Mangan, Eisen, Nickel und/oder Kobalt stehen.
-1- 260 560 7
Erfindungsansprüche:
2. Titankarbonitrid-Sinterwerkstoff nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Verhältnis von Titan zu Kohlenstoff bzw. Stickstoff vom Rand zur Mitte des Hartstoffkorns kleiner wird.
3. Titankarbonitrid-Sinterwerkstoff nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß er 0,5 bis 10,0 Ma.-% zusätzliche Karbide von Metallen der Nebengruppen IVa bis Via des PSE enthält.
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Pulvermetallurgie. Objekte, für die ihre Anwendung möglich ist, sind gesinterte Formkörper für tribologische Beanspruchung; beispielsweise Mahlkörper und Dichtungsringe. Besonders zweckmäßig ist die Anwendung für gesinterte Formkörper für die Zerspanung, z. B. Wendeschneidplatten.
Charakteristik der bekannten technischen Lösungen
Es sind zahlreiche Werkstoffzusammensetzungen für die Zerspanung und den tribologischen Verschleiß bekannt, die sich nach den mechanischen Eigenschaften und Gebrauchswerten charakteristisch voneinander unterscheiden. Die bekannten Hartmetalle auf Wolframkarbid-Basis weisen zwar bei hohen Bindemetallanteilen hohe Biegefestigkeiten bis 3500MPa auf, ihre Härte liegt aber im allgemeinen unter 1800HV. Der Einsatzbereich dieser Hartmetalle ist auf Schnittgeschwindigkeiten < 250 m/min begrenzt. Bindemetallfreie bzw. -arme keramische Zusammensetzungen weisen zwar höhere Härte auf, liegen aber in der Biegefestigkeit bei relativ niedrigen Werten, wie z. B. AI2O3 mit 300 bis 500 MPa. Das Einsatzgebiet dieser Werkstoffe liegt vorzugsweise bei hohen Schnittgeschwindigkeiten, jedoch relativ geringen Spantiefen und Vorschüben und ausschließlich glattem Schnitt.
Außerdem sind Hartmetalle auf Titankarbonitrid-Basis mit Zusätzen von Molybdän und Nickel bekannt (Kieffer, R., Ettmayer, P.: Entwicklungen auf dem Gebiet der Nitridchemie und nitridhaltigen Hartmetalle, Radex-Rundschau (1982)
4, S.998-1009). Nachteilig ist dabei, daß der schädliche Einfluß des Sauerstoffs ausgeschaltet werden muß. In Weiterentwicklung dieses Hartmetalltyps wurde als Hartstoff ein Oxikarbonitrid eingesetzt (DD-PS 123078, OS 2902139), wobei u.a. zur Stabilisierung des Sauerstoffs im Hartmetall die Sinterung in einer speziellen СО-Atmosphäre durchgeführt wird, um die auf die übliche Desoxidation zurückzuführende Festigkeitsminderung zu vermeiden. Von Nachteil sind die kompliziert aufgebauten bzw. rohstoffaufwendigen Bindemetallanteile, die aufwendige Herstellungstechnologie sowie die Beschränkung des Einsatzgebietes als Schneidstoff auf Stahl und auf die bei Hartmetallen üblichen Schnittgeschwindigkeiten < 250 m/min. Femer sind bindemetallfreie bzw. -arme, heißgepreßte Titankarbonitrid-Werkstoffe für die Zerspanung sowie die tribologische Beanspruchung bekannt. Deren Nachteil besteht im hohen technischen Aufwand, den die Heißpreßtechnik erfordert.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist es, die jeweils guten Zerspanungseigenschaften der Grundtypen Hartmetall und Schneidkeramik weitgehend in einem Werkstoff zu kombinieren bzw. in speziellen Bereichen zu überbieten, verfügbare und preisgünstige Rohstoffe einzusetzen und seine Herstellung nach der herkömmlichen Hartmetalltechnologie zu ermöglichen.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zusammensetzung eines Sinterwerkstoffes anzugeben, der in einem großen Schnittgeschwindigkeitsbereich, sowohl für Stahl als auch für Guß, bei international üblichen bzw. höheren Standzeiten und werkstoffbezogenen Schnittbedingungen einsetzbar, arm an Molybdän, Wolfram oder Kobalt ist und zur Hersteilung von Werkzeugen bzw. Formteilen weder den Einsatz isostatischer noch der Heißpreßtechnik zwingend erfordert. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Titankarbonitrid-Sinterwerkstoff aus einem Hartstoff der Grundzusammensetzung (Ti, C, N, O, M) mit zusätzlichen Metallkarbiden und aus restlichen Phasen der integralen Grundzusammensetzung (Ti, O, M) besteht. Die Zusammensetzung des gesamten Hartmetalls in Molbrüchen Ti, Cb Nc Od M, liegt innerhalb der Grenzen a =0,44 bis 0,57
b = 0,19 bis 0,46
с = 0,035 bis 0,24
d = 0,019 bis0,10
e = 0,00023 bis 0,056.
Für M steht mindestens eines der Metalle Kupfer, Mangan, Eisen, Nickel und/oder Kobalt. Charakteristisch für die Zusammensetzung des Hartstoffs ist dabei, daß das Verhältnis von Titan zu Kohlenstoff bzw. Stickstoff vom Rand zur Mitte des Hartstoffkornes kleiner wird. Eine Variante der Erfindung sieht vor, daß der Titankarbid-Sinterwerkstoff 0,5 bis 10,0 Ma.-% zusätzliche Karbide von Metallen der Nebengruppen IVa bis Via des PSE enthält.
Ausführungsbeispiel
Eine Wendeschneidplatte der Zusammensetzung Tio_47 C0i37 N0i088 O0r057 Mn0015 mit einem Hartstoffanteil von ca. 99 Vol.-% und dem Anteil restlicher Phasen von ca. 1 Vol.-% wird einer Zerspanungsprüfung unterzogen. Bei ν = 200m/min, s = 0,45mm/U und a = 2 mm, wobei als Gegenwerkstoff GGL 25 im glatten Schnitt verwendet wird, beträgt nach einer Schnittdauer von 20 min die mittlere Verschleißmarkenbreite Bmittl. < 0,25 mm und der Kolkverschleiß K < 0,1. Im Vergleich dazu wird bei sonst gleichen Bedingungen und der Verwendung einer Wendeschneidplatte aus Ti(CN)-Mo2C-Ni-Hartmetall bereits nach einer Schnittdauer von 12 min das Ende der Standzeit, d.h. eine zulässige mittlere Verschleißmarkenbreite Bmita, > 0,5mm erreicht.
DD26056084A 1984-03-05 1984-03-05 Titankarbonitrid-sinterwerkstoff fuer zerspanung und tribologische beanspruchung DD223470A1 (de)

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