DE2830010C2

DE2830010C2 - Metall-Keramik-Werkstoff auf der Basis von Titancarbid

Info

Publication number: DE2830010C2
Application number: DE2830010A
Authority: DE
Inventors: Kenichi Urawa Saitama Nishigaki
Original assignee: Mitsubishi Kinzoku Tokyo KK; Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1977-08-11
Filing date: 1978-07-07
Publication date: 1982-12-16
Also published as: US4514224A; JPS5823457B2; JPS5430209A; DE2830010A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Metall-Keramik-Werkstoff mit einem Gehalt an Titancarbid. Zirkoncarbid. Titannitrid und mindestens einem Metall der Eisengruppe sowie gegebenenfalls Wolfram-, Molybdän-, Tantal- und oder Niobcarbid.

Es wurden bereits die verschiedensten Versuche unternommen, die Zähigkeit sowie die Abnutzungs- und Korrosionsbeständigkeit von Metall-Keramik-Werkstoffen auf der Basis von Titancarbid zu verbessern. In jüngster Zeil wurde ein verbesserter Melall-Keramik-Werkstoff auf der Basis von Titancarbid entwickelt, der Titannitrid (TiN) oder Titancarbonitrit (TiCN) zugesetzt enthält. TiN ist neben Zirkonnitrid (ZrN) unter den Übergangsmetallnitriden eines der stabilsten Nitride. Es weist eine hervorragende Festigkeit bei hohen Temperaturen und eine hohe Härte. z.B. eine Vickers-Härte von 19 124 N mm², aufund ist Titancarbid (TiC) hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit überlegen. TiCN besitzt ähnlich gute Eigenschaften wie TiN. Es wurde somit davon ausgegangen, daß man durch Zusatz von derart gute Eigenschaften aufweisenden TiN oder TiCN zu einem Meti'll-Keramik-Werkstoff auf der Basis von Titancarbid das Kornwachstum in der dispergieren Phase zum Zeitpunkt des Sinterns des betreffenden MetaII-Keramik-Werkstoffs stark inhibieren und folglich die Zähigkeit des Metall-Keramik-WerksiofTs auf der Basis von Titancarbid verbessern könne.

Die DE-OS 2630687 beschreibt einen Metall-Keramik-Wrrkstoff der eingangs beschriebenen Art. Zusätzlich enthält ei jedoch wenigstens 48 Gew.-% Aluminium-3.) 0.2 bis 5.0 Gew.-% Zirkoncarbid,
4.) 0,1 bis 5,0 Gew.-% Aluminiumnitrid und
5.) zum Rest Tantalcarbid und,oder Niobcarbid mit einen Gehalt von 3 bis 50 Gew.-% Titancarbid (bezogen auf den Tantal- und/oder Niobcarbid-Gehalt) und

(B) 5 bis 30 Gew.-% mindestens eines Metalls der Eisengruppe enthält. Als Metall dieser Eisengruppe wird Nickel bevorzugt verwendet.

ίο Die dem erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Werkstoff einverleibten Metalle der Eisengruppe bilden für die erwähnte dispergierte Phase eine Bindemittelphase. Der Begriff »Bindemiltelphase« wird daher, wenn es zur Erläuterung der Erfindung zweckmäßig erscheint, herangezogen.

Erfindungsgemäß lassen sich die Festigkeit dei dispergierten Phase als solcher, die Benetzbarke.t der dispergierten Phase durch die Bindemittelphuse und die Hochtemperatureigenschaften der Bindemittclphase uls soleher eines Titannitrid enthaltenden üblichen Metall-Keramik-Werkstoffs auf der Basis von Titancarbid verbessern. Hierbei erhält man einen bei der Umgebungstemperaturhervorragende Eigenschaften aufweisenden Metall-Keramik-Werkstofl". der darüber hinaus i'uch noch eine gute Kriechbeständigkeit, Abnutzungsbeständigkeit, Hitze- und Korrosionsbeständigkeit. Schlagfestigkeit bei hohen Temperaturen und insbesondere vorzügliche Biegefestigkeit aufweist. Diese Eigenschaften befähigen ihn, als Werkstoff für stark hitzeerzeugende Hochgeschwindigkeitswerkzeuge. Warmschmiedewerkzeuge und Warmwalzen oder -rollen verwendet zu werden.

(a) Wenn einem Titancarbid (TiC) und Titannitrid (TiN) einschließlich einer festen Lösung von TiC und TiN als Bestandteil der dispergierten Phase enthaltenden Metall-Keramik-Werkstoff auf der Basis von Titancarbid eine relativ geringe Menge Zirkoncarbid (ZrC) zugesetzt wird, dann werden die Härte der dispergierten Phase verbessert und die Zwischenkornfestigkeit zwischen der dispergierten Phase und der durch mindestens ein Metall der Eisengruppe gebildeten Bindemiltelphase erhöht, was insgesamt zu einer merklichen Verbesserung der Abnutzungsbeständigkeit des Metall-Keramik-Werkstoffs führt.
So zeigt beispielsweise ein gesinterter Meiall-Kerarriik-Werkstoff, dessen dispergierte Phase TiC+10 Gew.-% TiN enthält, eine Vickers-Härte von lediglich 23537N mm'. Dagegen zeigt ein gesinterter Metall-Keramik-WerkstofT. dessen dispergierte Phase TiC+10 Gew.-% TiN + 1 Gew-% ZrC enthält, rlne Vickers-Härte von 2893! N mm².

Wie bereits erwähnt, erreicht man durch einen Chromcarbid (Cr,C,)-7usatz eine ähnliche Wirkung wie durch einen ZrC-Zusatz. andererseits wird jedoch in ersterem Fall die Zähigkeit des Metall-Keramik-Werkstoffs be-

tur. weshalb häufig sein poröser Charakter deutlich wird. Daraus resultieren offenbar die relativ niedrigen Biegefestigkeitswerte von 686 bis 882 N mm².

Die Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, den eingangs beschriebenen Metall-Keramik-Wcrkstoff so weiterzubilden, daß er insbesondere gute Biegefes'.igkeitswerte aufweist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Metali-Keramik-Werkstoff(A) 70 bis 95 Gew.-% einer dispergierten Phase aus
1.) 10 bis 25 Gew.-% Titannitrid.
2.) 10 bis 30 Gew.-% Wolfram, Molybdän, Wolframcarbid und/oder Molybdäncarbid,

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gierten Phase Cr₁C₂ zuzusetzen.

(b) Tantalcarbid (TaC) und Niobcarbid (NbC) besitzen im Vergleich zu TiC und TiN eine höhere Festigkeit bei hohen Temperaturen Ein Zusatz von TaC und oder NbC zu der dispergierten Phase eines Metatl-Keramik-Werkstoffs auf der Basis von Titancarbid, das als Werkstoff für Hochgeschwindigkeitsschneidwcrkzeuge, deren Schneidkante während des Schneidvorgangs eine recht hohe Temperatur annimmt, verwendet werden soll, kann folglich die Hochtemperaturfestigkeit des Metall-Kcramik-Werkstoffs deutlich verbessern.

(c) Wenn einem Metall-Keramik-Werkstoff auf der Basis von Titancarbid Wolfram (W), Molybdän (Mo),

Wolframcarbid (WC) und/oder Molybdäncarbid (Mo₁C) zugesetzt wird, wird die Benetzbarkeit der dispergierten Phase durch die Bindemittelphase verbessert, wodurch sich insgesamt die Zähigkeit des Metall-Keramik-Werkstoffs verbessern läßt.

(d) Von Aluminiumnitrid (AlN) wird angenommen, daß es in der Regel gegenüber Metallen der Eisengruppe. z.B. Eisen. Nickel und Kobalt, die Bestandteile einer Bindemittelphase darstellen, eine niedrige Benetzbarkeit besitzt. Somit wurde bisher noch kein Versuch gemacht, einem Metall-Keramik-Werkstoff auf der Basis von Titancarbid AIN zuzusetzen.

Wenn jedoch AlN gemeinsam mil TiC und TiN vorliegt, kann AIN gegenüber Metallen der Eisengruppe eine sehr hohe Benetzbarkeit aufweisen. Hierbei bildet AlN zusammen mit den sonstigen Bestandteilen hauptsächlich eine dispergierte Phase. Ein Teil des AIN zersetzt sich zu Aluminium (AI), das seinerseits in der Bindemittelphase unter Bildung einer festen Lösung darin in Lösung geht. Wenn die Bindernitlelphase hauptsächlich Nickel (Ni) enthält, fji't in der Bindemittelphase eine ;■'-Phase NijAl(Ti) mit feinem, mit dem Ni-Korn verträglichem Korn aus, wodurch die Bindemitieiphase verfestigt wird. Ferner verbessert der Hauptteil des AIN, das zusammen mit den sonstigen Bestandteilen eine dispergierte Phase bildet, die Festigkeit der dispergierten Phase. Darüber hinaus wird, sofern AI in der geschilderten Weise gemeinsam mit TiC und TiN vorliegt, die Benetzbarkeit der dispergierten Phase verbessert. Da Al einen relativ kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten und Reibungskoeffizient-Ti aufweist, werden schließlich durch den AIN-Zusatz die Beständigkeit gegen thermische Schocks und die Abnutzunesbeständigkeit bei hohen Temperaturen des Metall-Keramik-Werkstoffs auf der Basis von Titancarbid stark verbissen.

Somit ist es möglich, durch den AI-Zusatz zu der dispergierten Phase die Festigkeit der dispergierten Phase und der Bindemittelphase zu verbessern. Wenn dagegen die Bindemittelphase als einen Bestandteil AI enthält, wie dies im üblichen Metall-Keramik-Werkstoff auf der Basis von Titancarbid der Fall ist. ist die Wirkung des AI-Zusatzes auf eine Verfestigung lediglich der Bindemittelphase, nicht aber der dispergierten Phase (wie bei dem AIN-Zusatz) beschränkt.

im folgenden werden die Grjnoe für eine Begrenzung der chemischen Zusammensetzung der erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Werkstoffe näher erläutert.

(A) Dispergierte Phase:
I. Titannitrid-Gehalt:

Wie bereits erwähnt, vermindert Titannitrid (TiN) bei einem als Werkstoff für ein Schneidwerkzeug verwendeten Metall-Keramik-Werkstoff auf der Basis von Titan

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Schneidwerkzeug und dem zu schneidenden Werkstück. Auf diese Weise verbessert es die Abnutzungsbeständigkeit, insbesondere die Beständigkeit gegen Kraterabnutzung des Metall-Keramik-Werkstoffs auf der Basis von Tilancarbid. Ferner inhibiert es das Kornwachstum der Titancarbid (TiC)-Phase.

Bei einem TiN-Gehalt unter 10 Gew.-% stellen sich jedoch die geschilderten Wirkungen nicht in der gewünschten Weise ein. Folglich sollte also eine TiN-Untergrenze von mindestens IO Gew.-% eingehalten werden. Andererseits kommt es bei einem TiN-Gehalt-von über 25 Gew.-% nicht nur zu einer Beeinträchtigung der die Bindemittelphase zu verfestigen. Ein erfindungsgemäßer Metall-Keramik-Werkstoff ist somit insbesondere auch dadurch gekennzeichnet, daß der dispergierten Phase kein Cr₃C₂ zugesetzt ist bzw. daß die dispergiene Phase kein Cr₃C₂ enthält.

4. Gehalt an Aluminiumnitrid:

Aluminiumnitrid (AlN) verbessert die Sinteruugseigenschaften eines Metall-Keramik-Werkstoffs auf du Basis von Titancarbid und. sofern es gemeinsam mit TiC und TiN vorliegt, in starkem Maße die Benetzbarkeit der dispergierten Phase durch die Bindemittelphase. Auf diese Weise verfestigt es sowohl die dispergierte Phase als auci; die Bindemittelphase und verbessert deutlich die Beständigkeit gegen thermische Schocks und die Abnutzungsbeständigkeil des Metall-Keramik-Werkstoffs bei hohen Temperaturen. Das wesentlichste Merkmal eines erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Werkstoffs besteht darin, daß die dispergierte Phase AIN zugesetzt enthält. Bei einem AIN-Gehalt von unter 0,1 Gew.-% stellen sich die geschilderten Wirkungen nicht in der gewünschten Weise ein. Folglich sollte eine AIN-Untergrenze von mindestens 0,1 Gew.-% eingehalten werden. Bei einem AIN-Gehalt von über 5,0 Gew.-% kommt es zu einer Reaktion des durch Teilzerset/une von AlN gebildeten Benetzbarkeit der dispergierten Phase durch die Bindemiltelphase. was eine Zäh;gkeitsabnahme des Metall-Keramik-Werkstoffs auf der Basis von Titancarbid zur Folge hat. sondern auch zu einer Erniedrigung der Abnutzungsbeständigkeit. Aus diesem Grunde sollte eine TiN-Obergrenze von 25 Gew.-% eingehalten werden.

2. Gehalt an Wolfram, molybdän und.oder deren
Carbiden:

Wolfram (W). Molybdän (Mo) und deren Carbide (WC und Mo₂C) verbessern bekanntlich die Benetzbarkeit der dispergierten Phase durch die Bindemittelphase und folglich die Zähigkeit eines Meta'I-Kt amik-Werkstoffs auf der Basis von Titancarbid.

Wenn jedoch der Gehalt von W, Mo, WC und oder Mo₂C unter 10 Gew.-% liegt, stellen sich die geschilderten Wirkungen nicht in der gewünschten Weise ein. FoIglieh soüte eine Untergrenze an mindestens einem der genannten Bestandteile von mindestens 10 Gew.-% eingehalten werden. Wenn andererseits der Gehait an mindestens einem dieser Bestandteile über 30 Gew.-% liegt, verringern sich die Oxidationsbeständigkeit und Abnut-Zungsbeständigkeit des Metall-Keramik-Werkstoffs. Folglich soüte eine Obergrenze an mindestens einem der genannten Bestandteile an 30 Ge\v.-% eingehalten werden.

3. Gehalt an Zirkoncarbid:

der dispergierten Phase sowie die Zwischenkornfestigkeit zwischen der dispergierten Phase und der Bindemittelphase und folglich in erheblichem Maße die Abnutzungsbeständigkeit. Hitzebeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit des Metali-Keramik-Werkstoffs.

Bei einem ZrC-Gehalt von unter 0,2 Gew.-% stellen sich die geschilderten Wirkungen nicht in der gewünschten Weise ein. Folglich sollte eine ZrC-Unlergrenze von mindestens 0,2 Gew.-% eingehalten werden. Bei einem ZrC-Gehalt von über 5,0 Gew,-% kommt es jedoch zu einer Abnahme der benetzbarkcit der dispergierten Phase durch die Bindemittelphase, was zu einer Zähigkeits-

verringerung des Metall-Keramik-Werkstoffs führt. Die ZrC-Obergrenze sollte folglich bei 5.0 Gew.-% liegen.

Es gibt einen üblichen Metall-Keramik-Werkstoff auf der Basis von Titancarbid. der Chromcarbid (Cr₃C₂) enthält. Letzteres besitzt einzeln oder in Kombination mit ZrC eine ähnliche Wirkung, wie sie für ZrC beschrieben wurde. Sicherlich lassen sich durch Cr₃C₂ die Härte der dispergierten Phase sowie die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit der Bindemitielphase durch das durch Teilzersetzung von Cr₃C, gebildete und in der Bindemittelphase unter Bildung einer festen Lösung mit dieser in Lösung gegangene Chrom verbesse: ;. der Cr₃C,-Zusatz beeinträchtigt jedoch die Zähigkeit d« betreffenden Werkstoffs. Wenn Aluminium (A.!) wie in. ' η üblichen Metall-Keramik-Werkstoff aul der Basi -on Titancarbid. als ein Bestandteil der Bir-deminc-'-.. ase vorhanden ist. treten keine Probleme auf. »V ..... jedoch wie bei einem erfindungsgemäßen Ns- taü-Keramik-Werkstoff Aluminiumnitrid (AlN) .,Is ein Bestandteil der dispergierten Phase vorhanden ^-. geht das durch Teilzersetzung von Cr₃C, gebildete Chrom (Cr) vorzugsweise in der Bindemittelphase unter Bildung einer festen Lösung mit dieser in Lösung. Dadurch wird ein 'rtfüsunggehen des durch Teilzersetzung vor AIN gebildeten Al in der Bindemittelphase verhindert. Somit wird es unmöglich. Al mit einem einen Bestandteil der Bindemitielphase bildenden Metall der Eisengruppe unter Ausbildung einer intermetallischen Verbindung. Dies führt dazu, daß der Meiall-Keramik-Werkstoff auf der Basis von Titancarbid spröde wird. Folglich sollte eine AIN-Obergrenze von 5.0 Gew.-% eingehalten werden.

5. Menge des Titancarbid-Ersatzes durch Tantalcarbid und oder Niobcarbid:

Tantalcarbid (TaC) und Niobcarbid (NbC) verbessern bekanntlich die Hochtemperaturfestigkeitseigenschaft von Titancarbid (TiC) und ferner die Festigkeit der Bindemittelphase durch Teilzersetzung von TaC und NbC gebildetes Tantal (Ta) und Niob (Nb). die sich beide in der Bindemittelphase unter Bildung einer festen Lösung mit dieser lösen.

Wenn jedoch die Menge an TaC- und/oder NbC-Ersatz für TiC unter 3 Gew.-% liegt, stellen sich die geschilderten Wirkungen nicht in der gewünschten Weise ein. Folglich sollte eine Untergrenze für die Ersatzmenge von mindestens 3 Gew.-% eingehalten werden. Wenn andererseits die Ersatzmenge über 50 Gew-% liegt, sinken die Abnutzungsbeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit des Metall-Keramik-Werkstoffs auf der Basis von Titancarbid. Folglich sollte eine Obergrenze für die Ersatzmenge von 50 Gew.-% eingehalten werden.

6. Menge an dispergierter Phase:

Die die beschriebene chemische Zusammensetzung aufweisende dispergierte Phase bildet einen unabdingbaren Bestandteil dafür, daß der Met jll-Keramik-Werkstoff eine ausgezeichnete Abnutzungsbeständigkeit und hohe Hitzebeständigkeit erhält

Wenn jedoch die Menge an dispergierter Phase unter 70 Gew.-% liegt, läßtsich die gewünschte Abnutzungsbeständigkeit des Metall-Keramik-Werkstoffs nicht sicherstellen. Es sollte folglich eine Untergrenze an dispergierter Phase von mindestens 70 Gew.-% eingehalten werden. Wenn andererseits die Menge an dispergierter Phase 95 Gew.-% übersteigt, kommt es zu einer Abnahme der dispergierten Phase duich die Bindemittelphase und zur

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65 Bildung zahlreicher Poren in dem Mctall-Keramik-Werkstoff, was zu einer Verringerung seiner Zähigkeit führt. Es sollte folglich eine Obergrenze an dispergierter Phase von ^5 Gew.-% eingehalten werden.

(B) Menge der Metalle des Eisengruppe
(Bindemittelphase):

Die im wesentlichen aus mindestens einem Metall der Eisengruppe, z. B. Eisen, Nickel und Kobalt, bestehende Bindemittelphase stellt einen unabdingbaren Bestandteil zur Erreichung der gewünschten Zähigkeit des Metall-Keramik-Werkstoffs dar. Insbesondere dann, wenn die Bindemittelphase vornehmlich aus Nickel (Ni) besteht, verfestigt, wie bereits erwähnt, der dispergierten Phase als Bestandteil zugesetztes Aluminiumnitrid (AlN) einerseits die dispergierte Phase, andererseits kommt es durch das durch Teilzersetzung des Aiuminiumnitrids (AIN) gebildete und in der Bindemittelphase unter Bildung einer festen Lösung mit dieser gelöste Aluminium (Al) zu einer Ausfällung einer -/-Pha:.e [Ni₃AI(Ti)] feinen Korns, das mit dem Ni-Korn in der Bindemittelphase verträglich ist. Auf diese Weise wird auch die Bindemittelphase verfestigt.

Bei einer Menge an Bindemittelphase von unter 5 Gew. % lassen sich jedoch bei dem Metall-Keramik-Werkstoff die gewünschte Zähigkeit und Festigkeit nichi sicherstellen. Folglich sollte eine Untergrenze für die Bindemittelphase von mindestens 5 Geiv.-% eingehalten werden. Wenn andererseits die Menge an Bindemittelphase 30 Geu.-% übersteigt, wird die relative Menge an dispergierter Phase zu gering, was zu einer Beeinträchtigung der Abnutzungsbeständigkeit des Meta'I-Keramik-Werkstoffs führt. Folglich sollte eine Obergrenze für die Bindemittelphase von 30 Gew.-% eingehalten werden.

Die besonderen Effekte, die der erfindungsgemäße Metall-Keramik-Werkstoff gegenüber demjenigen zeigt, der aus der bereits genannten DE-OS 26 30687 hervorgeht, sind wie folgt zu erklären: Der erfindun^gemäße Metall-Keramik-Werkstoff enthält, im Gegensatz zu dem bekannten Produkt kein Aluminiumoxid. Er zeichnet sich durch eine außergewöhnlich dichte Struktur aus. aufgrund derer sich eine hohe Biegefestigkeit von 1275 bis 1471 N mm² einstellt. Diese Biegefestigkeit ist demzufolge deutlich höher als diejenige des bekannten Vergleichsmaterials. Der Grund ist darin zu sehen, daß das Aluminiumoxid, bei dem es sich um ein reines keramisches Material handelt, das ein wesentlicher Bestandteil des bekannten Metall-Keramik-Werkstoffs ist, von den erfindungsgemaß in der geschilderten Bindemittelphase herangezogenen Metallen extrem schlecht benetzt wird. Deshalb dringen diese Metalle nicht oder nur begrenzt in c'ie Lücken zwischen den Aluminiumoxidteilchen ein. wenn der Metall-Keramik-Werkstoff durch Sintern gebildet wird. Das bedeutet, daß durch die Metalle nicht ausgefüllte Zwischenräume verbleiben. Die Metalle können demzufolge nicht die ihnen zugedachte Funktion eines Bindemittels unter Ausbildung einer Bindemittelphase in dem anzustrebenden Umfange ausüben. Diese Zwischenräume bilden sich bei dem erfindungseemäßen Metall-Keramik-Werkstoff nicht, woraus die einzigartige dichte Struktur hoher Biegefestigkeit resultiert. Für den mit der Erfindung erzielbaren Effekt ist jedoch aucii die Zugabe von Aluminiumnitrid in den Mengen von 0,1 bis 5 Gew.-% bedeutsam. Einen derartigen Bestandteil enthält der bekannte Metall-Keramik-Werkstoff nicht. Das Aluminiumnitrid zersetzt sich jedoch bei der Herstellung des Metall-Keramik-Werkstoffs zumindest teil-

weise zu elementarem Aluminium, das seinerseits in der bindcmilielühasc unter Bildung einer festen Lösung darin in Lösung gehl. Das gebildete Aluminium verbessert jedoch, wie bereits gesagt, beim gemeinsamen Vorliegen von Titancarbid und Titannitrid die Benetzbarkeit der dispergieren Phase mit der Folge der Ausbildung einer dichteren Struktur. Demgegenüber kann sieh Aluminiumoxid, bei dem es sich um eine sehr stabile Substanz handelt, nicht wie Aluminiumnitrid unter Bildung von Aluminium zersetzen, das zu dem erwähnten vorteilhilften Effekt führt

Das folgende Beispiel soll die E-.rfindung naher veranschaulichen.

Beispiel

Eine Titan- und Tant.ilcirhid (Ti. Tj »(-Pulvermischung einer durchschnittlichen Teilchengroße von 1 bis 2pm (Gewichtsverhältnis TiC TaC : KO 20). ein Tilancarbid (TiC)-Pulver einer durchschnittlichen Teilchengröße von 1 bis 2μιη. ein Titannitrid (TiN)-Puker einer durchschnittlichen Teilchengröße von 1 bis 2 pm. ein Wolframcarbid (WCj-PuIvcr einer durchschnittlichen Teilchengröße von 1.2pm. ein Wolfram (W !-Pulver einer durchschnittlichen Teilchengröße von 0.6 μιη. em Molybdäncarbid (Mo₂C)-PuIver einer durchschnittlichen Teilchengröße von l.Opm. ein Molybdän (Mol-Pulver einer durchschnittlichen Teilchengröße von 0.7pm. ein Nickel (Ni)-Pulver einer durchschnittlichen Teilchengröße von 1.5 pm. ein Kobalt (Co)-Pulver einer durchschnittlichen Teilchengröße von l.Opm. ein Zirkoncarbid (ZrC)-Pulver einer durchschnittlichen Teilchengröße von 1.5 μπι. ein Aluminiumnitrid (AlN)-Pulver einer durchschnittlichen Teilchengröße von 1 bis 3 μπι und ein Aluminium (Al)-Pulver einer durchschnittliehen Teilchengröße von 1.5 pm werden in Gemische in der in der folgenden Tabelle I angegebenen chemischen Zusammensetzung überführt. Die erhaltenen Pulvergemischewerden miteinander in einer Kugelmühle vermählen und vermischt, worauf die einzelnen Pulvergemische zur Herstellung grüner Preßlinge verpreßt werden. Danach werden durch einstündiges Sintern der erhaltenen grünen Preßlinge im Vakuum bei einer Temperatur von 1430⁰C erfindungsgemäße Metall-Keramik-Werkstoffe auf Titancarbid-Basis Nr. 1 bis 3 und Vergleichs-Metall- « Keramik-Werkstoffe auf Titancarbid-Basis Nr. 1 bis 8 hergestellt.

Die chemischen Zusammensetzungen und die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Meiall-Keramik-Werk- ~ stofTe Nr. 1 bis 3 und der Vergleichs-Metall-Keramik- 50 = Werkstoffe Nr. 1 bis 8 finaen sich ebenfalls in der folgen- -§ den Tabeffe I. Die Taöeile ί zeigt die Eigenschaften der feinzelnen Metall-Keramik-Werkstoffe in Form von Härtewerfen (entsprechend der Abnutzungsbeständigkeit}, von Meßweiten der Biegefestigkeit (entsprechend der Zähigkeit) und des Gefügezustands.
Aus Tabelle I ergibt sich, daß die erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Werkstoffe Nr. ! bis 3 ;n sämtlichen Fällen sehr hohe Werte für die Härte und Biegefestigkeit sowie normale Gefugeeigenschaften ohne Poren aufweisen.

Im Gegensatz dazu zeigen die Vergleichs-Metall-Keramik-Werkstoffe Nr. 7 und Nr. 8, die in der Bindemittelphase AI enthalten, zwar Härte-, Biegefestidceits- und Struktureigenschaften, die den erfindungsgemäßen VIetall-Keramik-Werkstoffen nahekommen, beim Vergleichs-Metall-Keramik-Werkstoff Nr. 7 ist jedoch die Härte, beim Vergleichs-Keramik-Werkstoff Nr. S die Biegefestigkeit geringer. Die Verglcichs-Keramik-Werkstoffe Nr. I. 4 und 6, deren Härtewerte nahe an den Hiirtcwerten der erfindiingsgemüßcn Melall-Kcrsmik-Werkstoffc liegen, sind letzteren in der Biegefestigkeit unterlegen. Die Vergleichs-Mctall-Keramik-Werkstoffc

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§2

230 250/405

Nr 2 urn.) Nr. 5 sind den erfindungsgemälten Mct.ill· Keramik-Werkstoffen in cici Härte und Biegefestigkeit unterlegen. Darüber hin;itis zeigt der Vcrglcichs-Mctall-K ent in ik- Werkstoff Nr. 2 in seinem Gcfüge auch noch Poren. Der Vcrglcichs-McUill-Kcniinik-Werkstoff Nr. 3. dessen Biegefestigkeit nahe an der Biegefestigkeit der crfindungsgemäßcn Metall-Kcramik-Wcrksloffe lieg'., ist letzteren in der Härte unterlegen.

Oanach werden mit aus den crfindungsgcmälten Metall-Keramik-Werkstoffen Nr. I bis Nr. 3 und den Vcrgieichs-Meiall-Keramik-Werkstoffen Nr. 1 bis Nr. K hergestellten Planchen unter folgenden Bedingungen kontinuierliche und intermittierende Drehversuche gefahren.

(1) Bedingungen bei den kontinuierlichen Drchvcr- !5 Sciincidlicfe:
Schneidilüiicr:

des Plüllchens:

Atmosphürc:

IO

1.5 mm

10 Minuten

CIS (Cemented Carbide

Industrial Standards)

SNP 432 (Hornting:

0.1 χ -25°)

kein Kühlmittel

(2) Bedingungen bei den intermittierend durchgeführten

io

suchen:
VVerkmaterial:

Schneidgeschwindigkeit:
Zuführgeschwindigkeit:

Tabelle Il

JIS (Japanischer Industriestandard) SNCM 8 220m Minute 0.45 mm Umdrehung Dreh versuchen:

Werkstoff:

Schneidgeschwindigkeit:

Zuführgeschwindigkeit:

Schnittiefc:

Schneiddauer:

Geometrie des Plättchens:

Atmosphäre:

JlS SNCM S

lOOnVMinule

0,3 mm Umdrehung

1,5 mm

5 Minuten

CIS SNP 432

(Hornung: 0,1 χ -25°)

kein Kühlmittel

Die Ergebnisse der geschilderten Drehversuche finden sich in der folgenden Tabelle II:

Ar! <)cs Mcl.ill-KcMmik-	1	beim konlinuicrlichcn Drehversuch	Kriilerticfe	beim intermittierend durchgeführten	0/6
WerlvNtolls	1			Schneidtesl	0/6
	3		(μπι)	Verhältnis beschädigter Plättchen	. 1/6
	1	Hankcnubnut-	15	(Anzahl der be- (getestete Plättchen)	6/6
	2	/unpslicfc	10	schädigten	5/6
	3	(mm)	10	Plättchen)	4/6
erfindungsgemäßer McIaII-	4	0.06	90	3/6
Kcramik-Wcrksloff	5	0.08	65	2/6
	6	0.05	75	3/6
Vergleichs-Metall-Keramik-	7	0.12	45	1/6
Werkstoff	8	0.19	50	2/6
	0.20	40
	0,10	32
	0,11	21
	0.10
	0.09
	0.08

Aus Tabelle II geht hervor, daß die aus den erfindungsgemäßen Metaif-Keramik-Werksloffen Nr. 1 bis Nr. 3 hergestellten Plättchen bei dem kontinuierlichen Drehversuch in sämtlichen Fällen nur sehr geringe Werte für die Flankenabnutzungstiefe und die Kralertiefe zeigen. Bei dem intermittierend durchgeführten Drehversuch werden in diesen Fällen keine oder nur sehr wenige Plättchen. z.B. 0 oder 1, beschädigt.

Im Gegensatz dazu zeigen aus den Vergleichs-Melall-Keramik-Werkstoffen Nr. 7 und Nr. 8, die AI in der Bindemittelphase enthalten, hergestellte Plättchen zwar für die Flankenabnutzungstiefe und das Verhältnis beschädigter Plättchenwerte, die sehr nahe den einschlägigen Werten der aus den erfindungsgemäßen MetaII-Keramik-Werkstoffen hergestellten Plättchen liegen, siezeigen jedoch ziemlich große Kratertiefen. Bei den Plättchen aus den Vergleichs-Metall-Keramik-WerkstofTen Nr. 1 bis 6 sind die Flankenabnutzungstiefe, die Kratertiefe und das Verhältnis beschädigter Plättchen weit größer als bei den Plättchen aus erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Werkstoffen. Dies zeigt, daß die erfmdungsgemäßen Metall-Keramik-Werkstoffe den Versleichs-Metall-Keramik-Werkstoffen hinsichtlich ihrer Eigenschaften weit überlegen sind.

Die vorherigen Ausführungen haben gezeigt, daß die erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Werkstoffe eine ausgezeichnete Abnutzungsbesländigkeit und Zähigkeit aufweisen und demzufolge als Werkstoffe für Schneidwerkzeuge zum Niedrig- bis Hochgeschwindigkeitsschncidcn und Hochleistungsschneiden, z. B. Fräsen, verwendet werden können. Die erfindungsgemäßen Metall-Keramik-Werkstoffe zeigen nicht nur bei Raumtemperatur hervorragende Eigenschaften, sondern insbesondere auch eine hohe Kriechbeständigkeit, Abnutzungsbeständigkeit und Schlagfestigkeit bei hohen Temperaturen. Folglich eignen sie sich besonders gut als Werkstoffe zur Herstellung von stark hitzeerzeugenden Hochgeschwindigkeits-Schneidwerkzeugen, Warmschmiedewerkzeugen und Warmwalzwalzen bzw. -rollen. Schließlich eignen sie sich auch noch, da sie eine hohe Korrosionsbeständigkeit aufweisen, als Werkstoff zur Herstellung von Bauteilen, die unter korrodierenden Umgebungsbedingungen zum Einsatz gelangen.

Claims

Patentanspruch:

Metall-Keramik-Werkstoff mit einem Gehalt an Titancarbid» Zirkoncarbid, Titannitrid und mindestens einem Metall der Eisengruppe sowie ggf. Wolfram-, Molybdän-, Tantal- und/oder Niobcarbid. dadurch gekennzeichnet, daß er (A) 70 bis 95 Gew.-% einer dispergierten Phase aus
I.) 10 bis 25 Gew.-% Titannitrid,
2.) 10 bis 30 Gew.-% Wolfram, Molybdän, Wolframcarbid und/oder Molybdäncarbid.
3.) 0.2 bis 5,0 Gew.-% Zirkoncarbid.
4.) 0.1 bis 5,0 Gew.-% Aluminiumnitrid und
5.) zum Rest Tantalcarbid und/oder Niobcarbid mit einem Gehalt von 3 bis 50 Gew.-% Titancarbid (bezogen auf den Tantal- und/oder Niobcarbid-Gehak) und (B) 5 bis 30 Gew.-% mindestens eines Metalls der Eiseneruppe enthält.