DD222342A1 - TITANKARBID SINTERED MATERIAL FOR CUTTING AND TRIBOLOGICAL TREATMENT - Google Patents

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 bis etwa 350 m/min fuer Stahl und Guss einsetzbar ist. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe durch einen Sinterwerkstoff geloest, der aus 90 bis 99,8 Vol.-% Hartstoff und 10,0 bis 0,2 Vol.-% restlichen Phasen besteht. Die Zusammensetzung des gesamten Hartmetalls in Molbruechen TiaCbOcMd liegt innerhalb der Grenzen a 0,44 bis 0,61, b 0,34 bis 0,51, c 0,018 bis 0,099 und d 0,00024 bis 0,059. 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.The invention relates to the field of powder metallurgy. The aim of the invention is to combine the good machining properties of the basic types carbide and cutting ceramic largely in one material. The invention has for its object to provide the composition of a sintered material, which can be used up to about 350 m / min for steel and cast iron. According to the invention, the object is achieved by a sintered material which consists of 90 to 99.8% by volume hard material and 10.0 to 0.2% by volume remaining phases. The composition of the total hard metal in molar fractions TiaCbOcMd is within the limits a 0.44 to 0.61, b 0.34 to 0.51, c 0.018 to 0.099 and d 0.00024 to 0.059. For M are the metals Cu, Mn, Fe, Ni and / or Co. Field of application are sintered moldings both for tribological stress as well as for the machining, such. As Mahlkoerper and sealing rings or indexable inserts.

Description

-ζ-, covi ooö ^-ζ-, covi ooö ^

Für M steht mindestens eines der Metalle Kupfer, Mangan, Eisen, Nickel und/oder Kobalt. Charakteristisch für die Zusammensetzung des Hartstoffes im Endprodukt ist dabei, daß das Verhältnis von Titan zu Kohlenstoff vom Rand zur Mitte des Hartstoffkorns kleiner wird. Eine Variante der Erfindung sieht vor, daß der Titankarbid-Sinterwerkstoff zusätzlich 0,5 bis 10,0 Ma.-% Karbide von Metallen der Nebengruppen IVa bis VIa enthält. For M is at least one of the metals copper, manganese, iron, nickel and / or cobalt. Characteristic of the composition of the hard material in the end product is that the ratio of titanium to carbon from the edge to the center of the hard material grain is smaller. A variant of the invention provides that the titanium carbide sintered material additionally contains 0.5 to 10.0% by weight of carbides of metals of subgroups IVa to VIa.

Ausführungsbeispiel '~ ~ ~ —Exemplary embodiment ~ ~ ~ ~ - Beispiel 1example 1

Eine Wendeschneidplatte der Zusammensetzung Ti_a48 C₀₁₄₅ O_0-057 Mn₀₀₁₇ mit einem Hartstoffanteil von ca. 99 Vol.-% und einem Anteil restlicher Phasen von ca. 1 Vol.-%wird einer Zerspannungsprüfung unterzogen. Bei ν = 240m/min,s = 0,3mm/U und a = 2,5 mm, wobei als Gegenwerkstoff Graugruß GGL 25 im glatten Schnitt verwendet wird, beträgt nach einer Schnittdauer von 20 Minuten die mittlere Verschleißmarkenbreite B_mitt|. < 0,3mm und der Kolkverschleiß K < 0,1. im Vergleich dazu wird bei sonst gleichen Bedingungen und der Verwendung einer Wendeschneidplatte ausTiC-Mo₂C-Ni-Hartmetall bereits nach einer Schnittdauer von 8min das Ende der Standzeit, d.h. eine zulässige mittlere Verschleißmarkenbreite B_mittL > 0,6mm erreicht. ' . . .An indexable _{insert of} the composition Ti _a48 C ₀₁₄₅ O _0-0 57 Mn ₀₀₁₇ with a hard material content of about 99% by volume and a proportion of remaining phases of about 1% by volume is subjected to a tensile stress test. At ν = 240m / min, s = 0.3mm / U and a = 2.5mm, using gray cast iron GGL 25 in the smooth cut as the mating material, the average wear mark width B _mitt | after a 20 minute cut. <0.3mm and the crater wear K <0.1. In comparison with this, all other things being equal and the use of an indexable insert made of TiC-Mo ₂ C-Ni carbide reaches the end of the tool life after a cutting time of _{8 minutes} , ie a permissible mean wear _{mark width} B _{mid L} > 0.6 mm. '. , ,

Beispiel 2Example 2

Eine Wendeschneidplatte der im Beispiel 1 genannten Zusammensetzung wird einer weiteren Zerspannungsprüfung unterzogen. Bei V = 220m/mi.n, s = 0,4mm/U und a = 2mm wird Stahl St 60 (nomalgeglüht) im glätten Schnitt zerspannt. Nach einer Schnittdauer von 30 min beträgt die mittlere Verschleißmarkenbreite B_mitt|. < 0,28 mm und der Kolkverschleiß :£ 0,1. Zum Vergleich zeigt eine TiC-Mo₂C-Ni-Wendeschneidplatte bereits nach einer Schnittdauer von 16min eine mittlere Verschleißmarkenbreite B_mitt| > 0,6mm, d.h. das Standzeitende.An indexable insert of the composition mentioned in Example 1 is subjected to a further stress test. At V = 220m / mi.n, s = 0,4mm / U and a = 2mm, steel St 60 (nominally annealed) is cut in a smooth cut. After a cutting time of 30 min, the mean wear _mark width B _mitt |. <0.28 mm and the crater wear: £ 0.1. For comparison, a TiC-Mo ₂ C-Ni indexable insert already shows a mean wear mark width B _mitt | after a cutting time of 16 min > 0.6mm, ie the end of life.

Beispiel 3 \Example 3

Eine Wendeschneidplatte der im Beispiel 1 genannten Zusammensetzung zuzüglich 1,0 Ma.-% Vanadiumkarbid wird einer Zerspannungsprüfung unterzogen. Bei V = 320m/min,s = 0,25mm/U und a = 2mm, wobei als Gegenwerkstoff Stahl C 45 im glatten Schnitt verwendet wird, beträgt nach einer Schnittdauer von 20 min die mittlere Verschleißmarkenbreite B_mitt|. < 0,35 und der Kolkverschleiß K < 0,05. Eine Wendeschneidplatte aus TiC-Mo₂C-Ni-Hartmetall, die bei gleichen Schnittbedingungen zum Vergleich eingesetzt wird, erreicht das Ende der Standzeit, d.h. eine zulässige mittlere Verschleißmarkenbreite ß_mitti. S 0,6 mm, bereits nach 12 min.An indexable insert of the composition mentioned in Example 1 plus 1.0% by weight of vanadium carbide is subjected to a tensile test. At V = 320m / min, s = 0.25mm / rev and a = 2mm, using steel C 45 in the smooth cut as the counter material, the average wear mark width B _mitt | after a cutting time of 20 minutes. <0.35 and the crater wear K <0.05. An indexable insert made of TiC-Mo ₂ C-Ni carbide, which is used for comparison under the same cutting conditions, reaches the end of the service life, ie a permissible average wear mark width ß _mitt i. S 0.6 mm, already after 12 min.

Beispiel 4Example 4

Ein Titankarbid-Sinterwerkstoff der Zusammensetzung Ti₀₄₈ 0_0ψ4β O₀₀₆₆ Mn₀₀₀₈ mit einem Hartstoffanteil von ca. 99 Vol.-% wird einer Verschleißuntersuchung nach dem Stift-Scheibe-System unterzogen. Das Verschleißverhalten bei Trockengleitreibung bei einer Geschwindigkeit von 1,3 m/s und Stahl C 60 als Gegenwerkstoff ist im zugehörigen Diagramm als Kurve 1 dargestellt. Als Vergleich dazu ist das Verschleißverhalten von Titan-Sauerstoff-Sinterwerkstoff mit 2 Ma.-% Sauerstoff als Kurve 2 eingetragen. . -A titanium carbide sintered material of the composition Ti ₀₄₈ 0 _0ψ4β O ₀₀₆₆ Mn ₀₀₀₈ with a hard material _content of about 99% by volume is subjected to a wear test according to the pin-disk system. The wear behavior with dry sliding friction at a speed of 1.3 m / s and steel C 60 as counter-material is shown in the corresponding diagram as curve 1. As a comparison, the wear behavior of titanium-oxygen sintered material with 2 wt .-% oxygen is entered as curve 2. , -

Claims (3)

-1 260 558-1 260 558 Erfindungsansprüche:Invention claims: 1. Titankarbid-Sinterwerkstoff für Zerspannung und tribologische Beanspruchung, gekennzeichnet dadurch, daß er aus 90,0 bis 99,8 Vol.-% Hartstoff der Grundzusammensetzung (Ti, C, O, M) mit zusätzlichen Metallkarbiden und aus 10,0 bis 0,2 Vol.-% restlichen Phasen der integralen Grundzusammensetzung (Ti, O, M) besteht, wobei die Zusammensetzung des gesamten Hartmetalls in Molbrüchen1. Titarbarbid sintered material for cutting and tribological stress, characterized in that it consists of 90.0 to 99.8 vol .-% hard material of the basic composition (Ti, C, O, M) with additional metal carbides and from 10.0 to 0 , 2 vol .-% remaining phases of the integral base composition (Ti, O, M), wherein the composition of the total hard metal in fractions . Ti_aC_bO_cM_d , Ti _a C _b O _c M _d innerhalb der Grenzen ,inside the borders , a: 0,44 bis0,61 .a: 0.44 to 0.61. b: 0,34 bisO,51b: 0.34 to O, 51 c: 0,018 bis 0,099c: 0.018 to 0.099 d: 0,00024 bis0,059d: 0.00024 to 0.059 liegt und für M die Metalle Kupfer, Mangan, Eisen, Nickel und/oder Kobalt stehen.and M is the metals copper, manganese, iron, nickel and / or cobalt. 2. Titankarbid-Sinterwerkstoff nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Verhältnis insbesondere von Titan zu Kohlenstoff vom Rand zur Mitte des Hartstoffkornes kleiner wird.2. titanium carbide sintered material according to item 1, characterized in that the ratio in particular of titanium to carbon from the edge to the center of the hard material grain is smaller. 3. Titankarbid-Sinterwerkstoff nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß er zusätzlich 0,5 bis 10,0 Ma.-% Karbide von Metallen der Nebengruppen IVa bis Via des PSE enthält.3. titanium carbide sintered material according to item 1, characterized in that it additionally contains 0.5 to 10.0 wt .-% of carbides of metals of subgroups IVa to Via of the PSE. Hierzu 1 Seite Zeichnungen For this 1 page drawings Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention 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 Fremdkörper für die Zerspannung, z.B. Wendeschneidplatten.The invention relates to the field of powder metallurgy. Objects for which their application is possible are sintered moldings for tribological stress, for example grinding media and sealing rings. Especially useful is the application for sintered foreign bodies for the cutting, e.g. Indexable inserts. Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions Es sind zahlreiche Werkstbffzusammensetzungen für die Zerspannung und den tribolögischen Versphleiß bekannt, die sich nach den mechanischen Eigenschaften und Gebrauchswerten charakteristisch voneinander unterscheiden. Die bekannten Hartmetalle aus Wolframkarbid-Basis weisen zwar bei hohen Bindemetallanteilen hohe Biegefestigkeiten bis 3500MPa 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. AI₂O₃ mit 300 bis 500MPa. Das Einsatzgebiet dieser Werkstoffe liegt vorzugsweise bei hohen Schnittgeschwindigkeiten, jedoch relativ geringen Spantiefen und Vorschüben und ausschließlich glattem Schnitt.Numerous tooling compositions for machining and tribological polishing are known, which differ characteristically from one another according to mechanical properties and use values. Although the known cemented tungsten carbide carbides have high flexural strengths of up to 3500 MPa at high binder metal contents, their hardness is generally below 1800 HV. The area of application of these carbides is limited to cutting speeds <250m / min. Although binder-metal-free or low-ceramic compositions have higher hardness, but are in bending strength at relatively low values, such as Al ₂ O ₃ with 300 to 500 MPa. The field of application of these materials is preferably at high cutting speeds, but relatively low cutting depths and feeds and exclusively smooth cut. Außerdem sind rohstoffgünstige, insbesondere wolframkarbid- und kobaltfreie bzw. -arme Hartmetalle auf Titankarbid-Basis mit Zusätzen, vorzugsweise von Mo₂C und Nickel, bekannt, z.B. 55 bis 80% TiC, 15% Ni, Rest Mo₂C deren Einsatzgebiet vornehmlich auf Stahl und auf übliche Schnittgeschwindigkeiten bei Hartmetallen beschränkt ist. Weiter von Nachteil ist, daß ein TiC weitgehend stöchiometrischer Zusammensetzung eingesetzt und der schädliche Einfluß des Sauerstoffs ausgeschaltet werden muß.In addition, raw material-friendly, in particular tungsten carbide and cobalt-free or low-carbides based on titanium carbide with additives, preferably of Mo ₂ C and nickel, known, for example, 55 to 80% TiC, 15% Ni, Mo ₂ C rest their field of application primarily on Steel and is limited to usual cutting speeds for hard metals. Another disadvantage is that a TiC largely stoichiometric composition used and the harmful influence of oxygen must be turned off. Nach der am 18.12.1952 bekanntgemachten DE-Patentanmeldung 557033 ist es bekannt, aus Titankarbid und Titan als Hilfsmetall ein Hartmetall herzustellen, wobei der wirksame Hartstoff im Endprodukt in seiner Menge nahezu unverändert bleibt. ^: According to DE patent application 557033, published on 18.12.1952, it is known to produce a cemented carbide from titanium carbide and titanium as auxiliary metal, the amount of active carbide remaining virtually unchanged in the end product in its amount. ^: Dabei wird unbedingt ein duktiles und damit sauerstoffarmes Titanhilfsmetall gefordert. Demzufolge gehen alle Ausführungen zum Herstellungsverfahren davon aus, eine Sauerstoffaufnahme zu vermeiden. Auf die schädliche Wirkung von Sauerstoff in Tic-Basis-Hartmetallen weist der Erfinder selbst hin (Fa.Skaupy: „Metallkeramik", Verlag Chemie, Weinheim/Bergstr., 1950, S. 195). Die zur Einhaltung dieser niedrigen Sauerstoffgehalte erforderlichen Verfahrensschritte sind technologisch sehr aufwendig, so daß dieser Hartmetalltyp keine praktische Bedeutung erlangt hat (Kieffer, R., Kölbl, F.: „Wolframkarbidfreie Hartmetalle", Metallkundliche Berichte, Bd.24, Verlag Technik Berlin, 1951). Ferner sind bindemetallfreie bzw. -arme, heißgepreßte Titankarbid-Werkstoffe für die Zerspannung sowie die tribologische Beanspruchung bekannt Deren Nachteil besteht im hohen technischen Aufwand, den die Heißpreßtechnik erfordert.In this case, a ductile and thus oxygen-poor titanium auxiliary metal is required. Consequently, all statements on the manufacturing process assume that oxygen uptake is to be avoided. The inventor himself points out the detrimental effect of oxygen in Tic-based hard metals (Fa.Skaupy: "Metallceramik", Verlag Chemie, Weinheim / Bergstr., 1950, page 195) .The process steps required to maintain these low oxygen contents are Technologically very complicated, so that this type of carbide has not gained any practical importance (Kieffer, R., Kölbl, F .: "tungsten carbide-free carbides", Metallkundliche Berichte, Bd.24, Verlag Technik Berlin, 1951). Furthermore, binder metal-free or low-carbon, hot-pressed titanium carbide materials for the cutting and the tribological stress are known whose disadvantage is the high technical complexity required by the Heißpreßtechnik. Ziel der Erfindung .^Object of the invention. ^ Ziel der Erfindung ist es, die jeweils guten Zerspannungseigenschaften der Grundtypen Hartmetall und Schneidkeramik weitgehend in einem Werkstoff zu kombinieren bzw. in speziellen Bereichen zu überbieten, verfügbare und preisgünstige Rohstoffe einzusetzen und ihre Herstellung nach der herkömmlichen Hartmetalltechnologie zu ermöglichen.The aim of the invention is to combine the respective good Zerspannungseigenschaften the basic types carbide and cutting ceramics largely in one material or to outbid in specific areas to use available and inexpensive raw materials and to enable their production according to the conventional carbide technology. Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zusammensetzung eines Sinterwerkstoffes anzugeben, der in einem Schnittgeschwindigkeitsbereich bis ca. 350 m/min, sowohl für Stahl als auch für Guß, bei international üblichen bzw. höheren Standzeiten und werkstoffbezogenen Schnittgeschwindigkeiten einsetzbar ist, geringe Anteile an Molybdän, Wolfram oder Kobalt aufweist und zur Herstellung von Werkzeugen bzw. Formteilen weder den Einsatz isostatischer noch der Heißpreßtechnik zwingend erfordert. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Titankarbid-Sinterwerkstoff aus 90,0 bis 99,8 Vol.-% Hartstoff der Grundzusammensetzung (Ti, C, O, M) mit zusätzlichen Metallkarbiden und aus 10,0 bis 0,2 Vol.-% restlichen Phasen der integralen Grundzusammensetzung (Ti, O, M) besteht.The invention has for its object to provide the composition of a sintered material, which is used in a cutting speed range up to 350 m / min, both steel and cast iron, with international standard or higher service life and material-related cutting speeds, low levels of molybdenum , Tungsten or cobalt and for the production of tools or moldings, neither the use of isostatic nor hot pressing technology mandatory. According to the invention the object is achieved in that the titanium carbide sintered material from 90.0 to 99.8 vol .-% hard material of the basic composition (Ti, C, O, M) with additional metal carbides and from 10.0 to 0.2 vol. % remaining phases of the integral base composition (Ti, O, M). Die Zusammensetzung des gesamten Hartmetalls in MolbrüchenThe composition of the total carbide in mol fractions Ti₃ C_b O₀ M_d Ti ₃ C _b O ₀ M _d liegt innerhalb der Grenzenlies within the limits a = 0,44 bis 0,61 ' . . . .a = 0.44 to 0.61 '. , , , b = 0,34 bisO,51b = 0.34 to O, 51 c = 0,018 bis0,099 'c = 0.018 to 0.099 ' d = 0,00024 bis0,059.d = 0.00024 to 0.059.