DE112012000533B4

DE112012000533B4 - Hartmetallartikel und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE112012000533B4
Application number: DE112012000533.3T
Authority: DE
Inventors: Igor Yurievich KONYASHIN; Bernd Heinrich Ries; Frank Friedrich Lachmann
Original assignee: Element Six GmbH
Current assignee: Element Six GmbH
Priority date: 2011-01-20
Filing date: 2012-01-17
Publication date: 2019-06-27
Anticipated expiration: 2032-01-18
Also published as: GB2487471A; GB201100966D0; GB2487471B; EP2665571B1; GB2501976B; JP2014508219A; EP2665571A1; US20150050512A1; WO2012098102A1; CN103442831A; RU2013138560A; CA2825178A1; DE112012000533T5; US9297054B2; CN103442831B; GB201304622D0; GB201200686D0; AU2012208677A1; GB2501976A

Abstract

Wolframkarbid-Hartmetallartikel, der aufweist:
einen Kern aus Wolframkarbidkörnern und einem Binder der ausgewählt ist aus Bindermetallen oder Legierungen die ein oder mehrere Bindermetalle aufweisen, wobei die Bindermetalle Kobalt (Co), Nickel (Ni) und Eisen (Fe) sind; und
eine Oberflächenschicht, die eine Außenoberfläche für den Artikel definiert, wobei die Dicke der Oberflächenschicht 2-20 Mikrometer beträgt und die Oberflächenschicht 5 bis 25 Gewichtsprozent Wolfram (W) und 0,1 bis 5 Gewichtsprozent Kohlenstoff (C) aufweist,
wobei der Rest der Oberflächenschicht ein Bindermetall oder eine Legierung aufweist, das/die Kobalt (Co), Nickel (Ni) und/oder Eisen (Fe) aufweist,
wobei die Oberflächenschicht, wie durch optische Mikroskopie oder Rasterelektronenmikroskopie (REM) bestimmt, im Wesentlichen frei von Karbidkörnern ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Hartmetallartikel bzw. Sintercarbide und ein Verfahren zum Herstellen derartiger Artikel.
Die Oberfläche von Wolframkarbid-Kobalt- (WC-Co-) Hartmetallmaterialien, die bis zu 10 Gew.-% Co (nach dem Sintern) enthalten, können sehr wenig Co enthalten und es können nur nackte WC-Körner auf der Oberfläche sichtbar sein. Es ist sehr wahrscheinlich, dass eine derartige Oberfläche eine verringerte Bruchzähigkeit und Festigkeit zeigt, was mit relativ großen Lücken zwischen WC-Körnern mit verringertem Co-Gehalt an der Oberfläche assoziiert werden kann. Derartige Lücken können als Mikrorisse betrachtet werden, die sich bei niedrigen Lasten relativ leicht öffnen, was zum Beginn und zur Ausbreitung weiterer Risse und schließlich zum Ausfall des gesamten Hartmetallartikels führt. Ein anderer Nachteil der Oberflächenschicht, die sehr wenig Co enthält, ist, dass die Benetzbarkeit einer derartigen Schicht durch verschiedene Hartlote dazu neigt, während des Hartlötens sehr schlecht zu sein, was zu einer schlechten Bindung zwischen den Hartmetallartikeln und Stahl führt und dazu neigt, eine schlechte Qualität von hartgelöteten Verschleißteilen und Werkzeugen zu ergeben. Diese Nachteile gelten auch für WC-basierte Hartmetallqualitäten, die Bindermaterial aufweisen, das andere Eisengruppenmetalle und ihre Legierungen (Ni und/oder Fe) aufweist. Es ist wahrscheinlich sehr schwer, die Oberflächenschicht, die wenig oder kein Co enthält, durch Schleifen von Hartmetallartikeln, die eine komplizierte Form haben, zu entfernen. In manchen Fällen kann es wirtschaftlich nicht vernünftig sein, Hartmetallartikel nach dem Sintern zu schleifen.
Das US-Patent Nummer 4 830 930 offenbart einen oberflächenveredelten gesinterten Legierungskörper, der eine Hartphase, die wenigstens ein Element ausgewählt aus der Gruppe, die Karbide der Metalle der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems enthält, und eine Bindephase, die wenigstens ein Element ausgewählt aus den Eisengruppenmetallen enthält, aufweist. Die Konzentration der Bindephase ist an der äußersten Oberfläche am höchsten und nähert sich der Konzentration des inneren Abschnitts.
Die US-Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2004/0211493A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Hartmetallartikels mit einem hohen Co-Gehalt auf der Oberfläche. Das Verfahren weist eine Wärmebehandlung des Hartmetallartikels in einem Vakuum bei 1000 bis 1400°C und das schnelle Kühlen in Stickstoff auf.
Unter einem ersten Aspekt betrachtet wird ein Wolframkarbid-Hartmetallartikel bereitgestellt, der aufweist: einen Kern aus Wolframkarbidkörnern und einem Binder, der aus Kobalt, Nickel, Eisen und Legierungen ausgewählt ist, die ein oder mehrere dieser Metalle enthalten, und eine Oberflächenschicht, die eine Außenoberfläche für den Artikel definiert, wobei die Oberflächenschicht 5 bis 25 Gewichtsprozent Wolfram und 0,1 bis 5 Gewichtsprozent Kohlenstoff aufweist bei einer Dicke der Oberflächenschicht von 2-20 Mikrometern, wobei der Rest der Oberflächenschicht ein Metall oder eine Legierung aufweist, das/die aus Bindermetallen und Legierungen ausgewählt ist aus der Gruppe Kobalt, Nickel und Eisen, und die Oberflächenschicht, wie durch optische Mikroskopie oder Rasterelektronenmikroskopie (REM) bestimmt, im Wesentlichen frei von Karbidkörnern ist.
Vielfältige Kombinationen und Anordnungen werden von dieser Offenbarung vorhergesehen, wofür nicht einschränkende und nicht erschöpfende Beispiele nachstehend beschrieben werden.
In den Beispielanordnungen kann die Oberflächenschicht eine Dicke von wenigstens etwa 1 Mikrometer und höchstens etwa 50 Mikrometer haben und kann Co, Ni und/oder Fe und gelöstes Wolfram und Kohlenstoff umfassen.
Erfindungsgemäß beträgt die Oberflächenschichtdicke wenigstens etwa 2 Mikrometer und höchstens etwa 20 Mikrometer.
In einigen Beispielanordnungen kann die Oberflächenschicht über eine Oberfläche des Artikels im Wesentlichen zusammenhängend sein, und in einigen Anordnungen kann die Oberflächenschicht wenigstens 96%, 97%, 98%, 99% oder 100% des Oberflächenbereichs des Artikels sein.
In einigen Beispielanordnungen kann die Oberflächenschicht im Wesentlichen aus 5 - 25 Gew.-% Wolfram und ungefähr 0,1 - 5 Gew.-% Kohlenstoff, Co, Ni und/oder Fe oder ihren Legierungen und wahlweise Kornwachstumshemmern (zum Beispiel V, Cr, Ta, etc.) bestehen, die ansonsten in den Hartmetallartikeln enthalten sind.
In einigen Beispielanordnungen kann die Oberflächenschicht ungefähr 10 - 15 Gew.-% Wolfram und ungefähr 1 - 4 Gew.-% Kohlenstoff aufweisen. In einer Anordnung kann die Oberflächenschicht ferner ein oder mehr von ungefähr 0,1 - 10 Gew.-% V, ungefähr 0,1 - 10 Gew.-% Cr, ungefähr 0,1 - 5 Gew.-% Ta, ungefähr 0,1 - 5 Gew.-% Ti, ungefähr 0,5 - 15 Gew.-% Mo, ungefähr 0,1 - 10 Gew.-% Zr, ungefähr 0,1 - 10 Gew.-% Nb und ungefähr 0,1 - 10 Gew.-% Hf aufweisen.
In einigen Beispielanordnungen kann der Kristallgitterparameter von Co, Ni und/oder Fe oder ihren Legierungen mit kubisch flächenzentriertem Kristallgitter in der Oberflächenschicht im Vergleich zu entsprechenden Metallen oder Legierungen um wenigstens 0,01 % höher sein. Ohne an diese Theorie gebunden zu sein, kann dies ein Ergebnis von in der Beschichtung gelöstem Wolfram sein.
In einigen Beispielanordnungen kann die Oberflächenschicht unter einer restlichen Zugspannung von ungefähr 10 bis 500 MPa stehen. Diese kann durch das XRD-Streifeinfallverfahren unter Verwendung des sin2ψ-Verfahrens mit gleicher Neigung, wie von M. Fitzpatrick, T. Fry, P. Holdway, et al. in NPL Good Practice Guide Nr. 52: Determination of Residual Stresses by X-ray Diffraction, Ausgabe 2. September 2005, beschrieben, gemessen werden.
In einigen Beispielanordnungen kann es eine Zwischenschicht (oder „Trennschicht“) zwischen der Oberflächenschicht und der Artikelkernregion geben, wobei die Zwischenschicht eine Dicke von 0,5 Mikrometer bis 40 Mikrometer hat und aus WC-Körnern und einem Binder, der Co, Ni und/oder Fe aufweist, besteht; wobei der Bindergehalt in der Zwischenschicht im Vergleich zu der Kernregion um wenigstens 5% höher ist. Der Bindergehalt in der Zwischenschicht kann von der Beschichtung in Richtung der Kernregion allmählich abnehmen.
In einigen Beispielanordnungen kann die Eindruckbruchzähigkeit der Oberflächenschicht um wenigstens 50% höher als bei Hartmetallartikeln ohne Oberflächenschicht sein.
In einigen Beispielanordnungen kann die Querrissfestigkeit von ungeschliffenen Artikeln mit Beschichtung um wenigstens 20% höher als bei ungeschliffenen Artikeln ohne Beschichtung sein.
Das Hartmetall des erfindungsgemäßen Artikels kann Wolframkarbid-Hartmetall bzw. gesintertes WC sein.
Offenbarte Hartmetallartikel können den Aspekt der verbesserten Querrissfestigkeit (TRS) und der Bruchzähigkeit haben. Die Beschichtung kann auch Kornwachstumshemmer (V, Cr, Ta, etc.) enthalten, die ansonsten in den Hartmetallartikeln enthalten sind. Die TRS derartiger Hartmetallartikel hat sich als erheblich verbessert herausgestellt, und die Bruchfestigkeit der Oberflächenschicht kann erheblich verbessert werden. Das Vorhandensein der Oberflächenschicht oder Haut verbessert auch ihre Benetzbarkeit mit Hartloten, was wahrscheinlich zu einer verbesserten Bindung zwischen den Artikeln und zum Beispiel Stahl führt.
Unter einem zweiten Aspekt betrachtet wird ein Verfahren zur Herstellung eines Wolframkarbid-Hartmetallartikels bzw. Sintercarbids gemäß dieser Offenbarung bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst: Ausbilden einer Mischung aus Wolframkarbidkörnern und einem Binder, der aus Kobalt, Eisen und Nickel und Legierungen ausgewählt wird, die ein oder mehrere dieser Metalle enthalten; Pressen der Mischung in die Form eines Artikels; Sintern des Artikels bei einer Sintertemperatur und Kühlen des gesinterten Artikels auf eine Temperatur, bei welcher der Binder im Wesentlichen fest ist, in einem Inertgas, Stickstoff, Wasserstoff oder einer Mischung davon in wenigstens drei Kühlstufen, wobei die Kühlrate der ersten Stufe höher als die der zweiten Stufe ist, welche höher als die der dritten Stufe ist.
Das Sintern des Artikels kann bei einer Temperatur von etwa 1400°C bis 1500°C in einem Vakuum oder Inertgas unter Druck stattfinden. Geeignete Inertgase sind Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon und Radon.
In einer Version des offenbarten Verfahrens kann das Kühlen des Artikels über wenigstens drei Stufen mit einer mittleren Kühlrate von etwa 0,01 bis 4 Grad Celsius pro Minute stattfinden, wobei die Abkühlung der ersten Stufe von der Sintertemperatur auf 1380°C ist, die zweite Kühlstufe von 1380°C bis 1340°C ist und die dritte Kühlstufe von 1340°C bis 1280°C ist, und wobei die Kühlrate in der dritten Stufe von 0,01 bis 1 Grad Celsius pro Minute ist, die Kühlrate in der zweiten Stufe um einen Faktor zwei höher als die der dritten Kühlstufe ist, und die Kühlrate in der ersten Kühlstufe um einen Faktor von wenigstens fünf höher als die der dritten Kühlstufe ist. Der Artikel kann mit der Kühlrate wie der der dritten Stufe von 1280°C bis 1250°C gekühlt werden. Es wurde festgestellt, dass dieses Kühlsystem einen Hartmetallartikel mit einer vorstehend beschriebenen Oberflächenschicht und den Vorteilen der verbesserten Querbruchfestigkeit und Bruchzähigkeit in einer kommerziell annehmbaren Sinterzeit herstellt. Ein Hartmetallartikel mit den vorstehend erwähnten Vorteilen wird hergestellt, ohne die Produktivität zu opfern.
Nicht einschränkende Beispiele werden nachstehend unter Bezug auf die begleitenden Figuren im Detail beschrieben, wobei

1A ein Mikrobild der Oberfläche von K20 nach dem Sintern gemäß dem Beispiel 1 zeigt, und
1B ein Mikrobild der Oberfläche von K20 nach der Bildung der Co-basierten Oberflächenschicht als ein Ergebnis des Sinterns gemäß dem Beispiel 2 zeigt;
2 ein Mikrobild eines metallurgischen Querschnitts zeigt, wobei die Co-basierte Oberfläche auf K20 gemäß dem Beispiel 2 gewonnen wurde;
3A Artikel aus NK07 nach dem Sintern gemäß dem Beispiel 3 zeigt und 3B Artikel aus NK07 mit der Co/Ni-Oberfläche nach dem Sintern gemäß dem Beispiel 4 zeigt, wobei beide bei einer Temperatur von ungefähr 1200°C 2 Minuten lang dem Cu-basierten Hartlot (2168, Brazetech) ausgesetzt waren; und
4 Vickerseindrücke auf der Oberfläche von NK07 nach dem Sintern gemäß dem Beispiel 3 mit einer Last von 30 kg zeigt, 4B Vickerseindrücke auf der Oberfläche von NK07 mit der Co-Ni-basierten Oberflächenschicht nach dem Sintern gemäß dem Beispiel 4 mit einer Last von 30 kg zeigt, und 4C Vickerseindrücke auf der Oberfläche von NK07 mit der Co-Ni-basierten Oberflächenschicht nach dem Sintern gemäß dem Beispiel 4 mit einer Last von 100 kg zeigt.

In den folgenden Beispielen ist Gew. = Gewicht und Min = Minuten
Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel)
Hartmetallartikel der Qualität K20, die WC, 6 Gew.-% Co und 0,2 Gew.-% VC mit einer mittleren WC-Korngröße von grob 1 µm enthielten, wurden 75 Minuten lang (45 Min Vakuum und 30 Min HIP bei 40 Bar) bei 1420°C gesintert. Danach wurden die Artikel in Ar mit einer mittleren Kühlrate von 10 Grad pro Minute abgekühlt. Als ein Ergebnis enthielt ihre Oberflächenschicht WC-Körner und ungefähr 0,5 Gew.-% Co, was durch energiedispersive Röntgenanalyse (EDX) festgestellt wurde. Die Oberfläche des K20-Hartmetallartikels nach dem Sintern ist in 1A gezeigt. Der TRS-Wert (Biegebruchfestigkeit), der unter Verwendung von ungeschliffenen Stangen mit 8 mm Durchmesser und 25 mm Länge festgestellt wurde, war gleich 1740 MPa. Die Eindruckbruchzähigkeit, die bei einer Last von 30 kg erhalten wurde, war gleich 10,1 MPa m 1/2. Die Benetzbarkeit der Oberfläche mit einem Cu-basierten Hartlot (2168, Brazetech) nach der 2 Min langen Wärmebehandlung bei 1200°C war relativ schlecht, da nur ungefähr 40% der Oberfläche einer Platte mit etwa 19x19 mm von dem Lot bedeckt waren.
Beispiel 2
Hartmetallartikel der Qualität K20 wurden 75 Minuten lang (45 Min Vakuum und 30 Min HIP bei 40 Bar) bei 1420°C gesintert. Danach wurde eine Mischung aus 1/3 Argon, 1/3 Wasserstoff und 1/3 Stickstoff mit einem Druck von 1,5 Bar in den Brennofen eingeleitet, und die Artikel wurden mit einer mittleren Kühlrate von 2 Grad pro Minute auf 1250°C herunter gekühlt. Die Kühlrate betrug zwischen 1420°C und 1380°C 4,5 Grad pro Minute, zwischen 1380°C und 1340°C 1 Grad pro Minute und zwischen 1340°C und 1280°C ebenso wie zwischen 1280°C und 1250°C 0,5 Grad pro Minute; danach war die Kühlrate herunter auf die Raumtemperatur ungesteuert. Als ein Ergebnis wurde eine zusammenhängende Co-basierte Oberflächenschicht auf dem Artikel ausgebildet. Das Aussehen der Oberflächenschicht ist in 1B gezeigt, und ein Querschnitt mit der Oberflächenschicht ist in 2 gezeigt, die anzeigt, dass die Oberflächenschichtdicke etwa 3 bis 5 Mikrometer betrug. Es wurden mittels optischer Mikroskopie und REM auf dem Querschnitt des Hartmetallartikels mit der Beschichtung keine WC-Körner in der Co-basierten Beschichtung festgestellt. Gemäß den Ergebnissen der Auger-Elektronenspektroskopie (AES) der Zusammensetzung der Oberflächenschicht, die nach Entfernung von etwa 300 nm (Nanometer) der Oberflächenschicht durch Ar-Ionenzerstäubung erhalten wurde, wurde das Folgende festgestellt (Gew.-%): W - 10,9, V - 3,1, C - 2,7, wobei der Rest Co ist. In diesem Beispiel wurde AES anstatt des in dem Vergleichsbeispiel verwendeten EDX-Verfahrens verwendet, weil die in dem Beispiel 1 erfasste Zone ausreichend dick (in der Größenordnung einiger Mikrometer) sein musste, um die niedrige Co-Konzentration in der gesamten oberflächennahen Schicht des Hartmetallartikels zu messen, während die erfasste Zone in dem Beispiel 2 sehr dünn sein musste, um nur die Zusammensetzung der Co-basierten Beschichtung zu messen (die Dicke der analysierten Schicht nach der Ar-Ionenzerstäubung ist deutlich unter 0,5 µm). Es gab eine Zwischenschicht zwischen der Oberflächenschicht und dem Artikelkern von nahezu 5 µm Dicke, die WC-Körner und Co-basierten Binder aufwies; der mittlere Co-Gehalt in der Zwischenschicht war gleich 10 Gew.-%. Der TRS-Wert, der unter Verwendung von ungeschliffenen Stangen mit 8 mm Durchmesser und 25 mm Länge festgestellt wurde, war gleich 2520 MPa, was im Vergleich zu den Proben des Beispiels 1 um nahezu 45% höher ist. Die Eindruckbruchzähigkeit der Oberflächenschicht der Artikel dieses Beispiels war drastisch verbessert, da keine Palmquist-Risse, welche Risse sind, die sich typischerweise auf Keramikmaterialien während der Vickerseindrücke bilden, in der Nähe der Vickerseindrücke, die bei einer Last von 30 kg erhalten wurden, sichtbar waren. Die Benetzbarkeit der Oberfläche mit einem Cu-basierten Hartlot (2168, Brazetech) bei 2 Min lang in 1200°C war perfekt, da 100% der Oberfläche einer Platte mit etwa 19x19 mm von dem Lot bedeckt waren. XRD-Messungen zeigten an, dass die Oberflächenschicht nur die kubisch flächenzentrierte (fcc) Co-Modifikation aufwies. Der Kristallgitterparameter der Co-basierten Oberflächenschicht wurde als 3,5447 Å festgestellt, was im Vergleich zu dem von reinem Co um 0,017% höher ist. Die Oberflächenschicht war durch eine restliche Zugspannung von -76 MPa gekennzeichnet.
Beispiel 3 (Vergleich)
Hartmetallartikel der Qualität NK07, die WC, 4,8 Gew.-% Co, 2 Gew-.% Ni, 0,3 Gew.-% Cr₃C₂ und 0,3 Gew.-% VC mit einer mittleren WC-Korngröße von grob 0,7 µm enthielten, wurden 75 Minuten lang (45 Min Vakuum und 30 Min HIP bei 40 Bar) bei 1420°C gesintert. Danach wurden die Artikel in Ar mit einer mittleren Kühlrate von 10 Grad pro Minute abgekühlt. Als ein Ergebnis enthielt ihre Oberflächenschicht WC-Körner und nur ungefähr 0,4 Gew.-% Co und 0,2 Gew.-% Ni, was durch EDX festgestellt wurde. Der TRS-Wert, der unter Verwendung von ungeschliffenen Stangen mit 8 mm Durchmesser und 25 mm Länge festgestellt wurde, war gleich 1290 MPa. Die Eindruckbruchzähigkeit, die bei einer Last von 30 kg erhalten wurde, war gleich 9,2 MPa m 1/2. Die Benetzbarkeit der Oberfläche mit einem Cu-basierten Hartlot (2168, Brazetech) bei 2 Min in 1200°C war relativ schlecht, da nur ungefähr 50% der Oberfläche einer Platte mit etwa 19x19 mm von dem Lot bedeckt waren, wie in 3A zu sehen ist.
Beispiel 4
Hartmetallartikel der Qualität K07 wurden 75 Minuten lang (45 Min Vakuum und 30 Min HIP bei 40 Bar) bei 1420°C gesintert. Danach wurde eine Mischung aus 1/3 Argon, 1/3 Wasserstoff und 1/3 Stickstoff mit einem Druck von 1,5 Bar in den Brennofen eingeleitet, und die Artikel wurden mit einer mittleren Kühlrate von 2 Grad pro Minute auf 1250°C herunter gekühlt. Die Kühlrate betrug zwischen 1420°C und 1380°C 4,5 Grad pro Minute, zwischen 1380°C und 1340°C 1 Grad pro Minute und zwischen 1340°C und 1280°C ebenso wie zwischen 1280°C und 1250°C 0,5 Grad pro Minute; danach war die Kühlrate herunter auf die Raumtemperatur ungesteuert. Als ein Ergebnis wurde eine zusammenhängende Co/Ni-basierte Oberflächenschicht auf dem Artikel ausgebildet und die Oberflächenschichtdicke war grob 10 µm. Gemäß den Ergebnissen der AES, die nach der Entfernung von nahezu 300 nm der Oberflächenschicht durch Ar-Ionenzerstäubung erhalten wurden, war die Zusammensetzung der Oberflächenschicht, die Folgende (Gew.-%): W - 12,3, V - 3,4, Cr - 1,9, Ni - 18,1, C - 2,7, wobei der Rest Co ist. Mittels optischer Mikroskopie und REM wurden keine Karbidkörner erfasst. Es gab eine Zwischenschicht zwischen der Oberflächenschicht und dem Artikelkern von nahezu 7 µm Dicke, die WC-Körner und Co/Ni-basierten Binder aufwies; der mittlere Co-Gehalt in der Zwischenschicht war gleich 9 Gew.-% und der Ni-Gehalt war gleich 5 Gew.-%. Der TRS-Wert, der unter Verwendung von ungeschliffenen Stangen mit 8 mm Durchmesser und 25 mm Länge festgestellt wurde, war gleich 1790 MPa, was im Vergleich zu den Proben des Beispiels 3 um nahezu 39% höher ist. Die Eindruckbruchzähigkeit der Oberflächenschicht der Artikel dieses Beispiels war drastisch verbessert, da keine Palmquist-Risse, welche Risse sind, die sich typischerweise auf Keramikmaterialien während der Vickerseindrücke bilden, in der Nähe der Vickerseindrücke, die bei einer Last von 30 kg und 100 kg erhalten wurden, sichtbar waren. Dies ist in 4 im Vergleich zu den langen Palmquist-Rissen auf der Oberfläche von NK07 gemäß dem Beispiel 3 deutlich zu sehen. Die Benetzbarkeit der Oberfläche mit dem Cu-basierten Hartlot (2168, Brazetech) bei 2 Min lang in 1200°C war perfekt, da 100% der Oberfläche einer Platte mit etwa 19x19 mm von dem Lot bedeckt waren, was in 3B zu sehen ist. XRD-Messungen zeigten an, dass die Oberflächenschicht nur die kubisch flächenzentrierte (fcc) Co-Modifikation aufwies. Der Kristallgitterparameter der Co/Ni-basierten Oberflächenschicht wurde als 3,543 Å festgestellt, was im Vergleich zu dem von der Co/Ni-Legierung um 0,011% höher ist. Die Oberfläche war durch eine restliche Zugspannung von -173 MPa gekennzeichnet.
Gewisse Begriffe und Konzepte, wie sie hier verwendet werden, werden nachstehend kurz erklärt.
Mit „im Wesentlichen zusammenhängend“ ist eine Oberflächenschicht, zum Beispiel eine homogene Oberflächenschicht mit wenigstens 95% der Fläche der Oberfläche des Artikels gemeint.
Der Begriff „besteht im Wesentlichen aus“ soll die spezifizierten Materialien ebenso wie die, welche die wesentliche(n) Charakteristik(en) des Hartmetallartikels der Erfindung nicht grundlegend beeinflussen, abdecken.

Claims

Wolframkarbid-Hartmetallartikel, der aufweist: einen Kern aus Wolframkarbidkörnern und einem Binder der ausgewählt ist aus Bindermetallen oder Legierungen die ein oder mehrere Bindermetalle aufweisen, wobei die Bindermetalle Kobalt (Co), Nickel (Ni) und Eisen (Fe) sind; und eine Oberflächenschicht, die eine Außenoberfläche für den Artikel definiert, wobei die Dicke der Oberflächenschicht 2-20 Mikrometer beträgt und die Oberflächenschicht 5 bis 25 Gewichtsprozent Wolfram (W) und 0,1 bis 5 Gewichtsprozent Kohlenstoff (C) aufweist, wobei der Rest der Oberflächenschicht ein Bindermetall oder eine Legierung aufweist, das/die Kobalt (Co), Nickel (Ni) und/oder Eisen (Fe) aufweist, wobei die Oberflächenschicht, wie durch optische Mikroskopie oder Rasterelektronenmikroskopie (REM) bestimmt, im Wesentlichen frei von Karbidkörnern ist.
Wolframkarbid-Hartmetallartikel nach Anspruch 1, wobei die Oberflächenschicht Co, Ni oder Fe und gelösten Wolfram und Kohlenstoff aufweist
Wolframkarbid-Hartmetallartikel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberflächenschicht 10 bis 15 Gewichtsprozent Wolfram (W) und 1 bis 4 Gewichtsprozent Kohlenstoff (C) aufweist.
Wolframkarbid-Hartmetallartikel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberflächenschicht 0,1 bis 10 Gewichtsprozent Vanadium (V) oder Chrom (Cr) aufweist.
Wolframkarbid-Hartmetallartikel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberflächenschicht 0,1 bis 5 Gewichtsprozent Tantal (Ta) oder Titan (Ti) aufweist.
Wolframkarbid-Hartmetallartikel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberflächenschicht 0,5 bis 15 Gewichtsprozent Molybdän (Mo) aufweist.
Wolframkarbid-Hartmetallartikel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Oberflächenschicht 0,1 bis 10 Gewichtsprozent Zirkonium (Zr), 0,1 bis 10 Gewichtsprozent Niob (Nb) und 0,1 bis 10 Gewichtsprozent Hafnium (Hf) aufweist.
Wolframkarbid-Hartmetallartikel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberflächenschicht im Wesentlichen aus 5 bis 25 Gewichtsprozent Wolfram (W) und 0,1 bis 5 Gewichtsprozent Kohlenstoff (C), Kobalt (Co), Nickel (Ni) und/oder Eisen (Fe) oder ihren Legierungen und wahlweise einem Kornwachstumshemmer besteht.
Wolframkarbid-Hartmetallartikel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der eine Zwischenschicht zwischen der Oberflächenschicht und dem Artikelkern aufweist, wobei die Zwischenschicht eine Dicke von 0,5 bis 40 Mikrometer hat und aus Karbidkörnern und einem Binder, der Kobalt (Co), Nickel (Ni) und/oder Eisen (Fe) aufweist, besteht, wobei der Bindergehalt in der Zwischenschicht im Vergleich zu dem des Kerns um wenigstens 5 Prozent höher ist.
Wolframkarbid-Hartmetallartikel nach Anspruch 9, wobei der Bindergehalt in der Zwischenschicht von der Oberflächenschicht zu dem Kern allmählich abnimmt.
Verfahren zur Herstellung eines Wolframkarbid-Hartmetallartikels, das die folgenden Schritte aufweist: (a) Ausbilden einer Mischung aus Wolframkarbidkörnern und einem Binder, der aus Kobalt, Eisen und Nickel und Legierungen, die eines oder mehrere dieser Metalle aufweisen, ausgewählt ist, (b) Pressen der Mischung in die Form eines Artikels, (c) Sintern des Artikels bei einer Sintertemperatur von 1400 bis 1500 Grad Celsius in einem Vakuum oder Inertgas unter Druck, (d) Kühlen des gesinterten Artikels auf eine Temperatur, bei welcher der Binder im Wesentlichen fest ist, wobei das Kühlen in einem Inertgas, Stickstoff, Wasserstoff oder einer Mischung daraus in wenigstens drei Kühlstufen stattfindet, wobei: die mittlere Kühlrate zwischen der Sintertemperatur und 1280 Grad Celsius 0,01 bis 4 Grad Celsius pro Minute ist; die erste Kühlstufe von der Sintertemperatur auf 1380 Grad Celsius ist, wobei die Kühlrate der ersten Stufe höher als die der zweiten Stufe ist und um einen Faktor von wenigstens fünf höher als die der dritten Stufe ist; die zweite Kühlstufe von 1380 Grad Celsius auf 1340 Grad Celsius ist, wobei die Kühlrate der zweiten Stufe um einen Faktor von zwei höher als die der dritten Stufe ist; und die dritte Kühlstufe von 1340 Grad Celsius auf 1280 Grad Celsius ist und die Kühlrate in der dritten Kühlstufe von 0,01 bis 1 Grad Celsius pro Minute ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Kühlen von 1280 Grad Celsius auf 1250 Grad Celsius bei einer Kühlrate stattfindet, welche die gleiche wie bei der dritten Kühlstufe ist.