DE3877274T2

DE3877274T2 - Werkzeugteil.

Info

Publication number: DE3877274T2
Application number: DE8888306410T
Authority: DE
Inventors: Nicholas Mastrantonis; Noel John Pipkin; Klaus Tank
Original assignee: De Beers Industrial Diamond Division Pty Ltd
Current assignee: De Beers Industrial Diamond Division Pty Ltd
Priority date: 1987-07-14
Filing date: 1988-07-13
Publication date: 1993-04-29
Anticipated expiration: 2008-07-14
Also published as: EP0299737A3; JPS6490392A; ES2036683T3; AU602778B2; ATE84251T1; US4941892A; EP0299737B1; AU1898488A; JPH0676753B2; DE3877274D1; CA1296533C; EP0299737A2

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Werkzeugteile.
Schleifmittel-Compacts sind in der Technik wohlbekannt und werden für eine Vielfalt von Schleifoperationen, wie Schneiden, Bohren, Mahlen und dergleichen verwendet. Schleifmittel-Compacts bestehen aus einer kristallinen Masse gebundener Schleifmittel-Teilchen, deren Gehalt an Schleifmittel-Teilchen wenistens 70 Vol.-%, und iin allgemeinen 80 bis 90 Vol.-%, beträgt. Die Schleifmittel-Teilchen können ohne die Hilfe oder Verwendung einer zweiten oder bindenden Phase selbstgebunden sein. Alternativ kann eine zweite oder bindende Phase bereitgestellt werden. Die Schleifmittel- Teilchen für Compacts sind gleichbleibend aus Diamant oder kubischem Bornitrid.
Schleifmittel-Compacts können an Sintercarbid-Träger gebunden sein. Solche gebundenen Compacts werden oft als Verbund-Compacts bezeichnet. Die Bindung zwischen dem Compact und dem Träger kann direkt erfolgen, d.h. ohne daß eine Hartlot-Schicht dazwischen angebracht wird. Alternativ kann eine bindende Hartlot-Schicht zwischen dem Compact und dem Carbid-Träger vorgesehen werden. Eine ausführlichere Beschreibung von Schleifmittel-Compacts und Verbund-Schleifmittel-Compacts kann in einer Anzahl veröffentlichter Patentschriften gefunden werden, z.B. in den US-Patenten 3 743 489, 3 767 371, 4 063 909 und 3 745 623.
Rotary-Bohrgeräte, die für das Bohren von Öl- oder Gas-Bohrlöchern und das Kern-Bohren eingesetzt werden, umfassen im allgemeinen eine Bohrkrone, auf der eine Mehrzahl vorgeformter Innenaussparungen ausgebildet ist, in denen schneidende Elemente oder Komponenten befestigt werden. Die schneidenden Elemente oder Komponenten können hartgelötet, auf Preßpassung angebracht oder durch Heißschrumpfen in den Innenaussparungen festgemacht werden. Typische, im Stand der Technik verwendete Schneidelemente sind Stahlzähne, mit Wolfraincarbid laminierte Stahlzähne, Einsätze aus Wolframsintercarbid, natürliche Diamanten und Verbund-Schleifmittel-Compacts.
Schneidende Komponenten für Bohrkronen, die Verbund-Compacts benutzen, sind in der Literatur beschrieben und werden technisch eingesetzt. Solche schneidenden Komponenten umfassen einen länglichen Stift aus Sintercarbid, an den ein Verbund- Compact gebildet ist, wobei die Bindung inittels des Carbid- Trägers des Verbund-Compacts erfolgt. Die Bindung zwischen dem Carbid-Träger und dem länglichen Stift wird mittels eines Hartlot-Metalls bewirkt, das einen Schmelzpunkt oberhalb von 700 ºC hat. Ein derartiges Hochtemperatur-Hartlot, so lehrt es das Fachwissen, ist wesentlich, um eine hinreichend feste Bindung zwischen dem Verbund-Compact und dem länglichen Stift zu erzielen. In diesem Zusammenhang mag auf die Offenbarung in dem US-Patent 4 225 322 verwiesen werden. Das Hartlot, das in dieser Patentschrift als brauchbar bezeichnet wird, ist Anaconda 773, von dem man nunmehr annimmt, dap es unerwünschter Weise gegenüber den zu verbindenden Carbid-Stücken reaktionsfähig ist.
Die Europäische Patent-Veröffentlichung 213 300 und das US-Patent 4 527 998 beschreiben Hartlot-Legierungen zum Binden von Verbund-Schleifmittel-Compacts an längliche Stifte, die Vorteile gegenüber Anaconda 773 haben sollen. Die Legierung der Europäischen Patent-Veröffentlichung enthält Palladium, Chrom, Bor und Nickel, während die Legierung des US-Patents Gold, Nickel, Palladium, Mangan und Kupfer enthält.
Werkzeug-Komponenten sind ebenfalls verfügbar und werden eingesetzt, die zwei aneinander gebundene Carbid-Körper oder einen Carbid-Körper, der an einen Stahl- oder ähnlichen Körper gebunden ist, umfassen. Starke Bindungen zwischen solchen Körpern sind wünschenswert.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Werkzeugteil verfügbar gemacht, das einen Sintercarbid-Körper umfaßt, der an einen metallhaltigen Körper mittels einer Hartlot-Legierung gebunden ist, die einen Liquidus unterhalb von 900 ºC hat und die die folgende Zusammensetzung, bezogen auf das Gewicht, besitzt:
Mn 15 bis 41 %
Cu 67 bis 41 %
Ni 1 bis 5 %
Au 10 bis 17 %
wobei ein etwaiger Rest
aus wenigstens einem der Elemente In, Sn, Zn und Ag, wovon In und Sn, sofern sie anwesend sind, in einer Menge vorliegen, die 20 Gew.-% nicht übersteigt, und Zn und Ag, sofern sie anwesend sind, in einer Menge vorliegen, die 30 Gew.-% nicht übersteigt,
und unvermeidlichen Verunreinigungen besteht und die Scherfestigkeit der Bindung zwischen den Körpern 335 MPa überschreitet.
Die Körper können dadurch aneinander gebunden werden, daß eine Schicht der Hartlot-Legierung zwischen die Oberflächen der Körper gebracht wird, die Oberflächen zusammengepreßt werden und die Temperatur der Legierung auf ihre Arbeitstemperatur erhöht wird, wodurch eine Bindung zwischen den Oberflächen geschaffen wird, die eine 335 MPa überschreitende Scherfestigkeit aufweist.

Beschreibung der Zeichnung

Die Zeichnung zeigt eine teilweise geschnittene perspektivische Darstellung einer Ausführungsform des Werkzeugteils der Erfindung.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Wesentlich für die Erfindung ist die Wahl der Hartlot-Legierung, die einen Liquidus unterhalb von 900 ºC hat und die eine Bindungsfestigkeit erzeugt, die 335 MPa übersteigt. Diese Hartlot-Legierung ermöglicht, daß eine feste Bindung zwischen den Oberflächen bei einer niedrigen Temperatur geschaffen wird. Vorzugsweise beträgt die Scherfestigkeit der Bindung zwischen den Oberflächen 400 MPa oder mehr. Der Liquidus der Hartlot-Legierung liegt vorzugsweise im Bereich von 800 ºC bis 850 ºC. Die Liquidus-Temperatur der Hartlot- Legierung ist diejenige Temperatur, bei der die Legierung zu schmelzen beginnt. Die Arbeits-Temperatur ist diejenige Temperatur bei der im wesentlichen die gesamte Legierung im geschmolzenen Zustand vorliegt, und liegt etwas höher als die Liquidus-Temperatur. Im allgemeinen liegt die Arbeits- Temperatur um etwa 10 bis 50 C höher als die Liquidus- Temperatur.
In den Legierungen, die in der Praxis der vorliegenden Erfindung brauchbar sind, liegen In und Sn, sofern sie anwesend sind, vorzugsweise in einer Menge vor, die 15 Gew.-% nicht übersteigt, und Zn und Ag, sofern sie anwesend sind, liegen vorzugsweise in einer Menge vor, die 20 Gew.-% nicht übersteigt.
Der metallhaltige Körper ist im allgemeinen auch ein Sintercarbid-Körper. Das Sintercarbid kann ein beliebiges, in der Technik bekanntes sein, etwa gesintertes Wolframcarbid, gesintertes Tantalcarbid, gesintertes Titancarbid oder Gemische aus diesen.
Der Sintercarbid-Körper weist vorzugsweise einen daran gebundenen Schleifmittel-Compact auf. Die Abbau-Temperatur des Schleifmittel-Compacts liegt vorzugsweise bei oder oberhalb der Arbeitstemperatur der Legierung. Die Abbau- Temperatur des Schleifmittel-Compacts ist diejenige Temperatur, bei der ein nennenswerter Anteil der Schleifmittel-Teilchen des Compacts stattfindet. Der Schleifmittel-Compact ist vorzugsweise ein Diamant-Schleifmittel-Compact. Die Erfindung ist besonders anwendbar auf große Schleifmittel- Compacts, d.h. solche mit einem Durchmesser von 30 mm oder größer.
Das Verfahren des Bindens der Sintercarbid-Oberfläche an die andere Oberfläche wird anhand der Zeichnung beschrieben. Ein Verbund-Schleifmittel-Compact, der eine Schleifmittel- Compact-Schicht 10 umfaßt, die an einen Sintercarbid-Träger 12 gebunden ist, wird bereitgestellt. Außerdem bereitgestellt wird ein länglicher Sintercarbid-Stift 14. Eine Schicht 16 der Hartlot-Legierung wird zwischen die obere ebene Oberfläche 18 des Stiftes 14 und die untere ebene Oberfläche 20 des Trägers 12 plaziert. Die Legierungs- Schicht 16 stellt den Kontakt mit den beiden Oberflächen 18 und 20 her. Diese Oberflächen werden dann gegeneinander gedrückt, beispielsweise mit Hilfe einer geeigneten Klammer oder einer anderweitig aufgebrachten Last. Die Temperatur der Hartlot-Schicht wird auf ihre Arbeitstemperatur erhöht. Die Arbeitstemperatur der Legierung kann über einen Zeitraum von 5 bis 20 min in einem Ofen eingestellt werden. Alternativ kann das örtliche Aufheizen, etwa durch Induktionsheizung, zur Anwendung kommen; in diesem Fall wird die Temperatur in einem viel kürzeren Zeitraum, z.B. in weniger als 150 s, erhöht. Eine Bindung mit einer Scherfestigkeit, die 335 MPa übersteigt, wird zwischen dem Träger und dem Stift geschaffen, ohne daß irgendein nennswerter Abbau des Schleifmittel-Compacts stattfindet.
Die Erfindung wird nunrnehr anhand der folgenden Beispiele erläutert.

Beispiel 1

Ein Verbund-Diamant-Schleifmittel-Compact, der aus einem Diamant-Schleifmittel-Compact mit einer Abbau-Temperatur oberhalb von 915 ºC bestand, der an einen Wolframsintercarbid-Träger gebunden war, wurde an ein Sintercarbid-Substrat unter Verwendung einer Hartlot-Legierung gebunden,die die folgende Zusammensetzung bezogen auf das Gewicht, besaß
Cu 47,7 %
Mn 26,1 %
Au 13 %
Ni 3,2 %
In 10 %
Die Liquidus-Temperatur dieser Legierung beträgt 830 ºC, und ihre Arbeitstemperatur beträgt 860 ºC.
Die Hartlot-Legierung wurde sandwichartig zwischen dem Sintercarbid-Träger des Verbund-Diamant-Schleifmittel- compacts und dem Sintercarbid-Substrat eingelagert, und eine Last wurde aufgebracht, um die zwei Oberflächen zusammenzudrücken. Die Temperatur der Hartlot-Legierung wurde während einer Zeitspanne von 10 min auf 860 ºC gebracht und 3 bis 4 s auf dieser Höhe gehalten. Das Heizen erfolgte in einem Ofen. Nach dem Heizen wurde die gebundene Bauteil-Anordnung aus dem Ofen herausgenommen.
Es wurde gefunden, daß eine starke Bindung mit einer Scherfestigkeit der Größenordnung 513 MPa zwischen dem Verbund- Diamant-Schleifmittel-Compact und dem Substrat gebildet worden war.
Unter Anwendung der gleichen Methode wie in Beispiel 1 wurde ein Verbund-Diamant-Schleifmittel-Compact an ein Sintercarbid-Substrat gebunden, wobei die in der nachstehenden Tabelle aufgeführten Hartlot-Legierungen eingesetzt wurden. Die Bindungsfestigkeiten sind ebenfalls in der Tabelle aufgeführt. TABELLE Bindungsfestigkeit
In dieser Tabelle sind sämtliche Mengen in Gew.-% der Legierung angegeben. L.T. ist die Liquidus-Temperatur der Legierung, und W.T. ist ihre Arbeitstemperatur, die beide in ºC angegeben sind. Die Bindungsfestigkeiten sind in MPa angegeben.

Claims

1. Werkzeugteil, umfassend einen Sintercarbid-Körper, der an einen metallhaltigen Körper mittels einer Hartlot- Legierung gebunden ist, die einen Liquidus unterhalb von 900 ºC hat und die die folgende Zusammensetzung, bezogen auf das Gewicht, besitzt

Mn 15 bis 41 %

Cu 67 bis 41 %

Ni 1 bis 5 %

Au 10 bis 17 %

wobei ein etwaiger Rest

aus wenigstens einem der Elemente In, Sn, Zn und Ag, wovon In und Sn, sofern sie anwesend sind, in einer Menge vorliegen, die 20 Gew.-% nicht übersteigt, und Zn und Ag, sofern sie anwesend sind, in einer Menge vorliegen, die 30 Gew.-% nicht übersteigt, und unvermeidlichen Verunreinigungen besteht und die Scherfestigkeit der Bindung zwischen den Körpern 335 MPa überschreitet.

2. Werkzeugteil nach Anspruch 1, worin der Sintercarbid- Körper einen daran gebundenen Schleifmittel-Compact aufweist.

3. Werkzeugteil nach Anspruch 2, worin der Schleifmittel- Compact eine Abbau-Temperatur besitzt, die bei oder oberhalb der Arbeits-Temperatur der Hartlot-Legierung liegt.

4. Werkzeugteil nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, worin der Schleifmittel-Compact ein Diamant-Schleifmittel-Compact ist.

5. Werkzeugteil nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, worin der metallhaltige Körper ein Sintercarbid-Körper ist.

6. Werkzeugteil nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, worin das Carbid aus Titancarbid, Tantalcarbid, Wolframcarbid und deren Mischungen ausgewählt ist.

7. Werkzeugteil nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, worin die Scherfestigkeit der Bindung zwischen den Körpern 400 MPa beträgt oder höher ist.

8. Werkzeugteil nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, worin die Liquidus-Temperatur der Legierung im Bereich von 800 ºC bis 850 ºC liegt.

9. Werkzeugteil nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Legierung wenigstens eines der Elemente In und Sn in einer Menge enthält, die 15 Gew.-% nicht überschreitet.

10. Werkzeugteil nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, worin die Legierung wenigstens eines der Elemente Zn und Ag in einer Menge enthält, die 20 Gew.-% nicht überschreitet.