DD267063A1 - Sinterhartmetallegierung, insbesondere fuer schneidplatten zur holz- und kunststoffbearbeitung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sinterhartmetallegierung, insbesondere fuer Schneidplatten zur Holz- und Kunststoffbearbeitung. Das Anwendungsgebiet der Erfindung sind Sinterhartmetallegierungen fuer Schneidplatten, insbesondere zur spanenden Holz- und Kunststoffbearbeitung sowie zur Bearbeitung von Holzspanplatten durch Fraesen, Saegen, Hobeln oder Bohren. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Sinterhartmetallegierungen auf der Basis von Wolframcarbid, dem weitere Metallcarbide von Metallen der IV. bis VI. Nebengruppe des Periodensystems der Elemente, vorzugsweise Tantalcarbid zugesetzt sein koennen und einer Cobalt-Chrom-Legierung als Bindemetallphase, die Zusammensetzung der Bindemetallphase im Sinne der Erhoehung der Verschleissfestigkeit der gesamten Hartmetallegierung gegen vorwiegend abrasive Beanspruchung zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemaess dadurch geloest, dass die Bindemetallphase aus 4 bis 6 Ma.-% Cobalt und 0,5 bis 1 Ma.-% Chrom bezogen auf die Gesamtzusammensetzung der Sinterhartmetallegierung einen Zusatz von 0,5 bis 1,5 Ma.-% Kupfer enthaelt.

Description

Titel der Erfindung ·

Sinterhartmetallegierung insbesondere für Sohneidplatten zur Holz- und Kunatetoffbearbeitung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Das Anwendungsgebiet der Erfindung sind Sinterhartmetalllegierungen für Sohneidplatten, insbesondere zur spanenden Holz- und Kunststoffbearbeitung sowie zur Bearbeitung von Holzspanplatten duroh Fräsen, Sägen, Hoboln oder Bohren

Charakteristik der bekannten teohnisohen Lösungen

\& ist bekannt, daß niohtmetallisohe abrasive Werkstoffe, wie beispielsweise Holzspanplatten aus Holzspänen mit härtbarem Plastklebstoff, ein völlig anderes Zerspanungsverhalten im Vergleich zu metalli&ohen Werkstoffen haben. Plastantoile verhindern die Wärmeabfuhr, so daß diese über den Sohneidstoff erfolgen muß. Sohiohtenförmige Strukturen von Werkstoffen, in denen die Festigkeit der Einzelfaser größer als die des Verbundee ist, bewirken bei der Zerspanung eine elantisohe Verformung, die den Versohleiß des HM-Sohneidstoffs duroh thermisches Herauslösen der Bindemetallphase zur Folge hat, wodurch das Karbidekelett freigelegt wird und ausbrioht.

Daraus ist ersiohtlioh, daß an eine für die Zerspanung abrasiver Werkstoffe geeignete Sohneidlegierung besondere Anforderungen gestellt werden müssen.

Bs werden solohe Sohneidlegierungen verwendet, die einen niedrigen Bindemetallgehalt haben, beispielsweise WC-Co-Hartmetalle mit geringen Zusätzen an TiC und/oder TaC. Der Bindemetallgehalt liegt dabei zwischen 3,5 bis 6,0 % Kcbalt. Derartige Sohneidstoffe haben den Naohteil, daß beim Zernpanungsprozeß die Kobaltanteile herausgelöst werden und das freigelegte Karbidskelett ausbrioht.

In der DD-PS 152 811 wurde deshalb vorgesohlagen, Hartmetallsohneidplatten aus WC-Co-Sinterlegierungen mit oder ohne geringe TaC-Zu sät zi e in einer Paokung aus pulverf örmigem Chromoarbid und Aluminiumoxid (DD-PS 208 174) einer Diffusionsbehandlung bei einer Temperatur zwisohen 1100 ⁰C und 1260 ⁰C über eine Zeit von 2 bis 3 Stunden sau unterziehen, wobei die Bindemetallphaee duroh diffundiertes Chromoarbid verfestigt wird. Der geringe Chromoarbidanteil, der in die Bindemetallphaao diffundiert, reioht Jedooh nicht aus, das Herauslösen der Bindemetallphase bei den Temperaturen dee Spanungsvorganges völlig zu verhindern. Der Versohleiß derartiger WC-Co-Hartmetalle ist unter gleichen Spanungsbedingungen geringer als bei nioht diffusionsbehandelten Hartmetallsohneidplatten desselben Legierungstyps. Nachteilig an diesem Verfahren der Diffusionsbehandlung sind die verhältnismäßig langen zv.~ sätzliohen Behandlungszeiten und die dadurch entstehenden hohen Energiekosten. Bei der Entwioklung dor vorstehend besohriebenen Diffusionsbehandlung wurde davon ausgegangen, daß geringe Zusätze von Chromoarbid zu WC-Co-Hartmetallegierungen deren Verschleißfestigkeit gegen abrasive Sohneidenbelastung erhöhen ohne dabrti deren Zähigkeit zu beeinträohtigen, die für die verhältnismäßig kleinen Werkzeugkeilwinkel an Werkzeugen der Holz- und Kunststoffbearbeitung unbedingt gewährleistet sein muß. Die Diffusionsbehandlung mit Chromoarbid wurde dem direkten Zusatz von Chromoarbidpulver mit der Begründung vorgezogen, daß es pulvermetallurgisch sehr sohwierig sei, die in Betraoht kommenden geringen Pulverzusätze innerhalb der Hartmetallmisohung gleichmäßig zu ver-

teilen, woduroh sioh im fertig geeinterten Formkörper Bereiohe untersohiedlloher Konzentration und damit untereohiedlioher Eigenschaften ergeben können.

Aus der DE-OS 14 83 230 und aus der EPA 62 311 iet zu entnehmen, daß die Herstellung disperser Pulwrmisohungen mit sehr kleinen Pulverzusätzer. beim gegenwärtigen Stand der Mahl- und Mischungsteohnik von Hetallpalvern durchaus zu beherrschen ist. In diesen Erfindungsbesohreibungen ist auoh die Wirkung von Legierungszusätzen zum Cobalt-Bindemetall in WC-Co-Sinterhartmetallen beschrieben. Dabei geht es um

die Erhöhung der Härte, der Zähigkeit und der Verschleißfestigkeit von Harometallegierungen duroh den Zusatz von Chrom und weiteren Zusatzelementen zu der Bindemotallkomponente auf der Basis von Cobalt.

In der EPA 62 311 wird eine WC-Basis-Hartmetallegierung beschrieben, deren Bindemetallphase aus einer Chrom-Aluminium-Niokel-Cobalt-Legierung besteht, wobei der Zusatz von Aluminium und ein minimaler Sauerstoffgehalt die Besonderheit dieser Legierung darstellen sollen. Über die Wirkung des Zusatzes voii Aluminium zur Bindemetallphase gibt es ausführliche Untersuchungen von Nishigaki u.a., die unter dem Titel "Bindephasenverfostigung duroh Aussoheidungshärtung von WC-Co-Ni-Cr-Al-Hartlegierungen" (Proceedings of the 11. International Planaee Seminar 1985, Vol. 2, S. 487 - 509) beschrieben sind.

Diese Untersuchungen haben ergeben, daß sioh duroh den Zusatz von Aluminium zu einer Bindemetallphase aus Co-Ni-Cr dio Härte, sowie die Wärme- und Korrosionsbeständigkeit von WC-Basis-Hartmetallegierungen verbessern lassen, aber nioht odor nur unwesentlich deren Versohleißverhalten bei ier Bearbeitung nichtmetallischer stark abrasiv wirkender Werkstoffe insbesondere soloher mit niedriger Wärmeleitfähigkeit.

Ziel der Erfindung

Es iat das Ziel der Erfindung, das Versohialßverhalten von Y'C-Basis-Hartmetallegierungen mit einer überwiegend aua Cobalt bestehenden Bindemetallphase, insbesondere für das Anwendungsgebiet von Sohnoidplatten für die spangebende Holz- und Kunststoffbearbeitung oder für' die Bearbeitung von Verbundwerkstoffen aus Holz und Plaste wie beispielsweise kunstharzgebundener Spanplatten zu verbessern, um dadurch die Qualität der bearbeiteten Werkstüo'cfläohe zu erhöhen und die V/orkzeugkoaten aufgrund der Veiiängerung des Sohneidenstandweges zu senken.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde; bei Sinterhartmetallegierungen auf der Basis von Wolframoarbld, dem weitere Metalloarbide von Metallen der IV. bis VI. Nebengruppe des periodisohen Systems der Elemente, vorzigeweise Tantaloarbid, zugesbtzt sein können und einer Cobalt-Chrom-Legierung als Bindemetallphase, die Zusammensetzung der Bindemetallphase im Sinne der Erhöhung der Verschleißfestigkeit der gesamten Hartmetallegierung gegen vorwiegend abrauive Beanspruchung zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Bindemetallphase aus k bis 6 Maase-ft Cobalt und 0,5 bifl 1 MasBe-% Chrom bezogen auf die Gesamtzusammensetzung dor Sinterhartmetallegierung einen Zusatz von 0,5 bie 1,5 Mf\sse-/4 Kupfer enthält.

Als besonders günstig für Sohneidplatten zur Bearbeitung von Holzspanplatten hat sich eine Sinterhartmetallegierung von

4,7 Masse-'/. Cobalt

0.6 Masse-% Chrom

υ, . Masse-% Kupfer

0,6 Masse-?. Tantaioarbid

Rest Wolframcarbid erwiesen.

In einer Sinterhartmetallegierung auf dor Basis von Wolframoarbid ale wesentlichem Härteträger mit einer Bindemetallphase aus der erfindungBgemäßen Cobalt-Chrom-Kupfer-Legierung wird die duroh Chrom verfestigte Auegangslegierung duroh den erfindungsgomäßen Zusatz von Kupfer in ihren physikalisohen liigensohaf ten, wie Zähigkeit, Karte und Wärmeleitfähigkeit verändert. Bei der ßeeamtlegierung wurde an daraus gesintorten Sohneidplatten gegenüber oiner Vergleiohslegiorung ohne Kupferzusatz bei etwa gleich großer Härte oine höhere Biegebruohfestigkeit und eine bessere Wärmeleitfähigkeit festgestellt. Diese Verbesserungen» der phyeialisohen EigenBohaften bewirkt der Kupferzusat¹* dumh Mischkristallverfectigung und/oder Aushärtungsvorgänge des Bindemetalle während der Abkühlung des Sinterkörpera aus der Sintertemperatur. Gegenüber dem erst j η letzter Zeit bekannt gewordenen Zusatz von Aluminium zur Bindemetallphase hat der Kupferzusatz den besonderen Vorteil, daß die Sinterhartmetallegierung die vorteilhaften Eigenschaften auoh in höheren Temperaturbereichen beibehält und aufgrund ihrer größeren Wärmeleitfähigkeit die Wegführung der Wärme aus dem Sohneidenbereioh. Die Erhöhung der Zähigkeit der Sinterhartmetalllegierung mit der erfindungsgemäßen Bindemetallphaae gemessen an der Biegebruohfeutigkeit ermöglicht es auoh, die für die Holz- und Kunststoffbearbeitung erforderliohon verhältnismäßig kleinen Keilwinkel an der Werkzeugschneide einzuhalten, ohne daß beim Zerspanungsvorgang Rißbildungen und Ausbrüche an der Sohneidkante auftreten. Es wurde auoh festgestellt, daß die Sohneidplatten aus der Sinterhartmetallegierung nach der Erfindung einen sehr feinen und griffigen Sohneidensoharfsohliff aufweisen, wie er für die Holz- und Kunststoffbearbeitung zur Erzielung hoher Bearbeitungsfläohenqualität notwendig ist. Die damit verbundene Sohneidhaltigkeit der Werkzeugsohneide gewährleistet einen sowohl spanungsteohnisoh wie auoh apanungs-ökonomisch optimalen Werkzeugeinsatz.

Die Herstellung der Sinterhai'tmetalleglerung mit der erfindungsgemäßen Bindemotallphase erfolgt naoh der allgemeinen Teohnologi« dsr Hartmetalle ohne zusätzliche Wärme- oder

Diffusionsbehandlungen, so dai3 keine zusätzlichen Verfahrenskosten entstehen bzw. dieee verringern sich infolge der weggefallenen Nachbehandlung.

AusfUhrungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an zwei AusfUhrungsbeispielen näher erläutert:

AusfUhrungebeispiel 1:

Bs wurde eine feingemahlene Pulvermisohung aus 92,8 Masse-? WC, 0,6 Maseo-7. TaC, !>, 4 Masse-7« Co, 0,6 Masse-7« Cr, 0,6 Masse-3 Cu hergestellt, zu Sohneidplatten verpreßt und unter Vakuum gesintert. An den Sohnoidplatten wurde eine Härte von 93.9 ΗΠΛ und eine apeuifisohe magnetische Sättigung von 40 Gauß om³g gemessen. Die verhältnismäßig nied-

— 1 rige magnetieohe Sättigung gögeriüber 100 Gauß om³g bei der Vergleioh3legierung ohne Kupferzusatz ist ein Maßstab iUr die durch den Kupferzusatz bewirkte Verfestigung der Bindemetallphase. Zur besseren Übersicht werden nachstehend die neue Sinterhartmetallegierung 1 und die beiden Vergleichslegierungen ohne Kupferzueatz 'd, diff usio^abehandelt mit Cr„Cp und 3 unbehandelt tabellarisch wiederge dben:

Legierungszusammensetzung in Masse-7«

Co

Cr

Cu TaC

WC

Härte (HRA)

spez. magn Sättigung (Gauß om³g"¹)

1	5	Λ	0	,6	0,6	0	,6	92	,0	93	,9	40
2	5	,4		-	-	0	,6	94	,0	92	CVJ	95
3	5			-	-	0	,6	94	,0	92	,0	100

Daraus ist eraiohtlioh, daß die neue Legierung mit Kupferzusatz einen zu 60 % verfestigten Bindemetallanteil bei einem Härteanstieg um 1,9 Rookwelleinhoiten gegenüber der anverfeetigten Legierung 3 ohne Kupferzusatz und 1 ., 7 Rookwelleinheiten gegenüber der duroh Cr,Cg-diffueionsverfestigten Legierung ohne Kupferzusatz aufweiet. Die Sohneidplatten aus der neuen Legierung 1 wurden den beiden Vergleiohölegierungen 2 und 3 im Spanungsversuoh gegenübergestellt. Ee waren folgende Spanungsbedingungen vorhanden:

- Werkstoffart: kunBtharzgebundene Spanplatte 16 mm

diok

- Bearbeitungsart: Formatfrasen

- Werkzeugdrehzahl: 6000 U/min

- Voreohub: 24 m/min

- Sohnittiefe: 7,5 mm

- Standweg: 426 m

Am Ende dos Standweges wurden die Sohneidenvsreohloißmarken breiten gemessen. Diese waren bei:

Legierung 1: 0,02 mm Legierung 2: 0,05 mm Legierung 3: 0,1 mm

Das bedeutet, daß die neue Sinterhartmetalleglerung gegenüber der Vergleiohslegierung 2 eine G »eigerung der Versohleißfestig· keit um 150 % und gegenüber der Vergleichslegierung 3 um 400 % auf v/eiat.

Auat'ührungsbeiBpiel 2:

Es wurde eine feingemahlene Pulvermieohung aus 94,2 Maase-% WC, 0,6 Masse-% TaC, 4 Masse-ß Co, 0,6 Masse-% Cr, 0,6" Masse % Cu hergestellt, zuibhneidplatten verpreßt und im Vakuum ge sintert. An den Sohnoidplatten wurdb eine Härte von 94,5 HRA und eine epezifisohe magnetische Sättigung von 28 Gauß om^

gemessen. In diosom Falle ist die magnetisohe Sättigung bei dor neuen Sinterhartmetallegierung gegenüber einer Vergleichslbgiorung ohne Kupferzusatz mit 70 öauß om³g ebenfalls wesentloh niedriger, so daß die Bindemetallphase eine entsprechende Verfestigung aufweist. In der nachstehenden Tabelle sind dio Zusammensetzungen der neutiu Sinterhartmetallegierung 1, einer Vergleiohslegierung 2 gegenübergestellt.

Nr Legierungszusammensetzung H .'Ir Le epea. inagn.

. _{M {/} Sättigung

in Masse--*

Co Cr Cu TaC WC (HRA) (Gauß om'g"¹

1	4	0,6	0	,6	0,6	94,2	94	,5	28
2	4	-		-	0,6	95,4	92	,2	70

Daraus ist ersiohtlioh, daß die neue Legierung mit Kupferzusatz einen zu 52 % verfeetigten Bindemetallanteil bei einem Härteanstieg un 2,3 Rookwelleinheiten gegenüber der unverfestigten Legierung ohne Kupferzusatz aufweist. Die Sohneidplatten aus der neuen Legierung 1 wurden Sohneidplatton au» der Verpleiohslegievung 2 ohne Kupferzusatz gegenübergestellt. Bei den Vergleichsversuohen waren folgende Spanungsbedingungen vorhanden:

- Werkstoffarten: a) OPV-besohichtote Spanplatten

b) OPV-Pampas-besohiohtete Sohneldplatten

- Bearbeitungoart: Pormatfrasen

- Werkzeugdrehzahl: 6000 U/min

- Vorsohub: 24 m/min

- Sohnittiefe: 7,5 mm

- Standwege: Werkstoff a) 267 m

Werkstoff b) 1315 m

Am Ende dor Standwege wurden die Sohneidenversohloißmarkenbreilen gemessen. Diene waren bei

Legierung 1 Werkstoffart a) 0,05 mm

Werkstoffart b) 0,04 mm

OCh

Logierung 2 Werkstoffart u) 0,12 mm

Werkatoffart b) 0,11 mm

Das bedeutet, daß dio neue Sinterhartmetallegierung 1 gegenüber dor unverfeetigten Vergleioheiogierung 2 Steigerungen der Verschleißfestigkeit von 140 bis 175 % ,1e naoh Art des bearbeiteten Werketoffee aufweist.

Claims (1)

1. Patentansprtlohe

   Sinterhartmetallegiorang, insbesondere für Schneidplatte zu Holz- uad Kunststoffbearbeitung auf der Basis von Wolframoarbid, dem weitere Carbide von Metallen der IV. bis VI. Nobengruppe deo Periodensystems der Elemente, vorzugsweise Tantaloarbid zugesetzt sein können, und einer Cobalt-Chrom-Legierung als Bindemetallphase, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindeniötallphaue aus k bis 6 Masse-?« Cobalt und 0,5 bis 1 MaBse-% Chrom bezogen auf die Geeam ,zusammensetzung der Rinterhartmetallegierung einen Zusatz von 0,5 bis 1,5 Masae-% Kupfer Tnthält.

   Sinterhartmetallegierung naoh Anapruoh 1, gekennseiohnet durch folgende Zusammensetzung.

   4,7 Maase-% Cobalt

   0,6 Maese-Jl Chrom

   0,6 Maese-'/ί Kupfer

   0,6 Masse--/i Tantaloarbid

   ReBt Wolframof.rbid