DE4423451A1 - Cermet und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Cermet und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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- C22C29/04—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbonitrides
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Description
Die Erfindung betrifft ein Cermet mit einem Hartstoffanteil von
95 bis 75 Massen-% und 5 bis 25 Massen-% Binder als Rest aus
Cobalt und/oder Nickel, wobei die Hartstoffphase aus Carboni
triden mit kubischer B1 Kristallstruktur besteht und 30 bis
60 Massen-% Ti, 5 bis 25 Massen-% W, 5 bis 15 Massen-% Ta,
wovon bis zu 70 Massen-% durch Nb ersetzt sein können, 0 bis
12 Massen-% Mo, 0 bis 5 Massen-% V, 0 bis 2 Massen-% Cr, 0 bis
1 Massen-% Hf und/oder Zr enthält, der (C+N)-Gehalt in der Car
bonitridphase < 80 Mol% beträgt, der Stickstoffanteil N/(C+N)
zwischen 0,15 und 0,7 liegt und in der Binderphase bis zu
2% Al und/oder metallisches W, Ti, Mo, V und/oder Cr gelöst
sind. Die Hartstoffphasen besitzen im wesentlichen eine Kern-
Rand-Struktur.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung
eines solchen Cermets durch Mischen, Mahlen, Granulieren und
Pressen einer entsprechende Bestandteile enthaltenden Aus
gangsmischung und anschließendem Sintern.
In der EP 0 344 421 A1 wird ein Cermet vorgeschlagen, das ent
weder eine mittlere Korngröße der Hartstoffphase in der Ober
flächenschicht gegenüber einem Kern mit einer Eindringtiefe von
0,05 mm haben soll, die zwischen dem 0,8 bis 1,2fachen der
mittleren Korngröße der Hartstoffphase im Cermetkern liegt oder
in derselben Eindringtiefe eine Binderphase betrifft, die 0,7
bis 1,2mal dem mittleren Bindergehalt des Cermetkerns ent
spricht oder bei dem die Härte in der vorgenannten Eindring
tiefe zwischen dem 0,95 und 1,1fachen der mittleren Härte des
Cermetkerns liegt. Zur Herstellung dieses Cermets wird die Aus
gangsmischung nach dem Mahlen, Mischen und Vorpressen gesin
tert, wobei in einer ersten Stufe bis 1300°C oder darunter
unter Vakuum oder einer Inertgasatmosphäre gesintert wird, wäh
rend in einer zweiten Stufe oberhalb 1300°C bei einem Stick
stoffdruck von 0,1 bis 20 Torr gesintert wird, und wobei der
Stickstoffdruck mit steigender Temperatur ebenfalls steigen
soll. Die Abkühlung wird ebenfalls in Anwesenheit von Stick
stoff vorgenommen.
Die EP 0 368 336 B1 beschreibt ein Cermet-Substrat mit einer
harten Oberflächenschicht, in der die Region mit der maximalen
Härte in einer Tiefe zwischen 5 µm und 50 µm von der Substrat
oberfläche vorliegt, und die Substratoberfläche eine Härte von
20 bis 90% der maximalen Härte hat. Zur Herstellung dieses
Cermets wird die vorgepreßte Mischung einer anfänglichen Tempe
raturerhöhung auf 1100°C im Vakuum, einer anschließenden Tempe
raturerhöhung von 1100°C auf einen Temperaturbereich zwischen
1400°C und 1500°C in einer Stickstoffatmosphäre und einem
schließlichen Sintern im Vakuum unterzogen.
Die EP 0 374 358 B1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung
eines Cermets mit 7 bis 20 Gew.-% Binderphase und einer Hart
phase aus Titancarbid, Titannitrid und/oder Titancarbonitrid
mit 35 bis 59 Gew.-% Ti, 9 bis 29 Gew.-% W, 0,4 bis 3,5 Gew.-%
Mo, 4 bis 24 Gew.-% mindestens eines Metalles aus Ta, Nb, V und
Zirkonium, 5,5 bis 9,5 Gew.-% N₂ und 4,5 bis 12 Gew.-% C. Die
formulierte gemischte, getrocknete und vorgepreßte Masse wird
derart gesintert, daß die Temperatur auf 1350°C im Vakuum
erhöht wird, wobei die Stickstoffatmosphäre zu 1 Torr bei
1350°C eingestellt wird, der Stickstoffpartialdruck zusammen
mit der Temperaturerhöhung von 1350°C bis zur Sintertemperatur
allmählich erhöht wird, wobei die Stickstoffatmosphäre zu
5 Torr bei Sintertemperatur eingestellt wird.
Die EP 0 492 059 A3 beschreibt einen Cermetkörper, dessen Härte
in einer Eindringtiefe von nicht weniger als 1 mm höher ist als
im Cermet-Inneren, wobei der Bindergehalt in einer Schichtdicke
von 0,5 bis 3 µm gegenüber dem Kernsubstrat minimiert sein
kann. Das Cermet soll eine Hartstoffbeschichtung in einer Dicke
von 0,5 bis 20 µm aus Carbiden, Nitriden, Oxiden und Boriden
des Titans und Al₂O₃ aufweisen. Zur Herstellung dieses Körpers
wird ein Grünling unter Vakuum zunächst auf eine Temperatur
zwischen 1100°C und 1400°C erwärmt, anschließend Stickstoffgas
eingelassen bis zu einem Druck, bei dem der Partialstickstoff
druck zwischen 5 und 10 Torr liegt, so daß die Substratoberflä
che entstickt wird. Die Sinterung und die abschließende Abküh
lung werden unter einer nichtoxidierenden Atmosphäre, wie dem
Vakuum oder einer Inertgasatmosphäre durchgeführt. Abschließend
wird der Körper mittels CVD oder PVD beschichtet.
Zur Herstellung eines hochzähen Cermets schlägt die
EP 0 499 223 A1 vor, die relative Konzentration des Binders in
einer 10 µm dicken oberflächennahen Schicht auf 5 bis 50% des
durchschnittlichen mittleren Gehaltes an Binder im Cermetkern
und in der darunterliegenden Schicht von 10 µm bis 100 µm Ein
dringtiefe den Bindergehalt auf 70 bis 100% relativ zum Cer
metkern einzustellen, wobei Druckspannungen von 30 kgf/mm² und
mehr an der Oberfläche bestehen. Bei dem hierzu angewendeten
Verfahren wird die Sinterung unter Stickstoffgas mit einem kon
stanten Druck von 5 bis 30 Torr und die Abkühlung unter Vakuum
mit einer Kühlrate von 10 bis 20°C/min durchgeführt.
Die EP 0 515 340 A3 beschreibt hingegen ein Cermet mit einer an
Binder angereicherten oberflächennahen Zone.
Die EP 0 519 895 A1 offenbart ein Cermet mit einer dreischich
tigen Randzone, bei der die erste Schicht bis zu einer Tiefe
von 50 µm TiN-reich, die nächste Schicht von 50 bis 150 µm Ein
dringtiefe mit einer Binderanreicherung und die nächste Schicht
von 150 µm bis 400 µm mit einer Binderverarmung relativ zum
Cermetkerninneren ausgebildet ist. Der Sinterkörper wird hierzu
in einer Atmosphäre aus N₂ und/oder NH₃, ggf. in Kombination
mit CH₄, CO, CO₂ bei 1100°C bis 1350°C eine bis 25 Stunden
unter Atmosphärendruck oder einem Druck oberhalb 1,1 bar behan
delt.
Die nach dem Stand der Technik bekannten Cermets besitzen an
der Oberfläche entweder unterschiedliche Bindergehalte, was
durch fleckiges Aussehen erkennbar ist, oder neigen zu Anhaf
tungen des Binders mit der Sinterunterlage, was wegen der damit
verbundenen Reaktionen zu Änderungen der Zusammensetzung in der
Kontaktzone führt. Weitere Nachteile der nach dem bisherigen
Stand der Technik bekannten Cermets sind eine teilweise hohe
Oberflächenrauhigkeit sowie bei erhöhten Bindemetallgehalten in
der Oberfläche eine schlechte Haftung von dort aufgebrachten
Verschleißschutzschichten. Sofern Nickelanteile in der
Oberfläche erhöht auftreten, ist erst gar keine CVD-Beschich
tung möglich. Die genannten Nachteile sprechen insbesondere
gegen die Verwendung des Cermets als Schneideinsatz zur spa
nenden Bearbeitung.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, das eingangs genannte Cer
met durch Beeinflussung der oberflächennahen Zone dahingehend
zu verbessern, daß es für Zerspanungsoperationen besser geeig
net ist, gleichgültig, ob es unbeschichtet oder mit einer Ein- oder
Viellagenbeschichtung eingesetzt werden soll.
Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 genannte Cermet
gelöst, das im Unterschied zu den bisher bekannten Cermets nur
in einer durch eine Eindringtiefe von 0,01 bis 3 µm bestimmten
Oberflächenschicht, meßbar durch eine energiedispersive Mikro
analyse auf einer Meßfläche < (0,5×0,5) mm², der Gehalt an Co- und/oder
Ni-Binder in bezug auf die darunterliegenden Cermet-Kern
bereiche 90 Massen-% beträgt, wobei jeweils im Cermet-Kern
einerseits und in der Oberflächenschicht andererseits eine
gleichmäßige Bindemetallverteilung vorliegt. Abgesehen von der
zuvor definierten, extrem dünnen Randzone liegt demnach das
Cermet in einer homogenen Struktur vor, was das Vorliegen von
Kern-Randstrukturen der Hartstoffphase nicht ausschließen soll.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis
13 beschrieben.
So besitzt vorzugsweise die 0,01 bis 3 µm dicke Oberflächen
schicht relativ zu dem darunterliegenden Cermetkern einen Bin
dergehalt an Cobalt und/oder Nickel, der kleiner als
30 Massen-% ist, während der Titangehalt bei 110 bis 130%
liegt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung liegt die Summe
der Gehalte an Wolfram, Tantal sowie etwaige Anteile an Molyb
dän, Niob, Vanadium und/oder Chrom in der genannten Oberflä
chenschicht relativ zu den darunterliegenden Cermet-Kernberei
chen bei 70 bis 100 Massen-%.
Die unter der genannten Oberflächenschicht liegenden Kernberei
che besitzen zumindest im wesentlichen eine Hartstoffphase mit
einer Kern-Randstruktur. Demgegenüber kann die Hartstoffphase
in der Oberflächenschicht ausschließlich homogen oder mit der
für den Kern bestimmten Kernrandstruktur ggf. auch teilweise
vorliegen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besitzt das
Cermet eine Zone unmittelbar unter der Oberflächenschicht bis
zu einer Tiefe von mindestens 50 µm, maximal 600 µm, die eine
Porosität nach ISO4505 von A02 und B02 und im darunterlie
genden Kern < A08 und < B04 aufweist.
Insbesondere für den Fall der Verwendung der Cermets zu
Schneidoperationen wirken sich die weiterhin vorzugsweise
geringen Rauhtiefen RT 6 µm oder RZ 5 µm aus. Vorzugsweise
ist die Härte HV30 im Oberflächenbereich konstant.
Nach einer alternativen Ausführungsform besitzt das Cermet in
der Oberflächenschicht mit einer Tiefe zwischen 0,01 und 3 µm
einen Co- und/oder Ni-Bindergehalt < 90 Massen-% bei einem
Ti-Gehalt zwischen 100% bis 120% relativ zum Kernbereich und
die Summe der Gehalte an W, Ta sowie ggf. Mo, Nb, V, Cr beträgt
80 bis 100 Massen-%.
Das Cermet kann eine oder mehrere Verschleißschutzschichten
aufweisen, die aus Carbiden oder Nitriden des Titan und/oder
aus Al₂O₃ bestehen, vorzugsweise aufgetragen nach dem CVD-Ver
fahren.
Das beschriebene Cermet wird vorzugsweise durch das im
Anspruch 10 dargelegte Verfahren hergestellt. Hiernach wird
eine die nach Anspruch 1 bestimmten Bestandteile enthaltende
Mischung gemahlen, granuliert und vorgepreßt sowie anschließend
gesintert, vorzugsweise in Sinteröfen mit Graphitheizleitern.
Nach dem Pressen wird der Grünling zunächst bis zu der Schmelz
temperatur der Binderphase unter Vakuum mit einem Druck
10-1 mbar aufgeheizt, anschließend weiterhin aufgeheizt bis zur
Sintertemperatur, die zwischen 1450 bis 1530°C liegt, wo die
Temperatur 0,2 bis 2 Stunden gehalten und anschließend der
Körper auf 1200°C abgekühlt wird. Das letzte Aufheizen, Halten
und Abkühlen wird in einem Gasgemisch aus N₂ und CO mit
N₂/(N₂+CO)-Verhältnis zwischen 0,1 und 0,9 unter einem um einen
mittleren Druck um 10% bis 80% des Mittelwertes alternierend
in einer Periodendauer zwischen 40 und 240 sec, vorzugsweise 40
bis 180 sec, durchgeführt. Das N₂/(N₂+CO)-Verhältnis wird
bestimmt durch die Gleichung
wobei = N/(C+N) in Massen-% im Cer
met und = Massen-% des Verhältnisses des Stickstoffes zur
Gesamtmenge an Stickstoff und Kohlenmonoxid im Gasgemisch und
anschließend werden die fertig gesinterten Körper unter Inert
gas, wie Argon, Stickstoff oder Vakuumatmosphäre abgekühlt.
Der mittlere Druck bestimmt sich durch den linearen Zusammen
hang
wobei y der mittlere Druck (mbar)
und x der Bindegehalt in Massen-% ist. Dies bedeutet für einen Bindergehalt von 5 Massen-% einen Druck von 6 mbar ± 0,6 mbar als Druckmittelwert und bei 25 Massen-% einen Druck von 20 mbar ± 2 mbar.
und x der Bindegehalt in Massen-% ist. Dies bedeutet für einen Bindergehalt von 5 Massen-% einen Druck von 6 mbar ± 0,6 mbar als Druckmittelwert und bei 25 Massen-% einen Druck von 20 mbar ± 2 mbar.
Die vorbeschriebene Verfahrensführung ist so zu verstehen, daß
ein Druckmittelwert über den gesamten Ablauf des Aufheizens ab
dem Schmelzpunkt der Bindephase, Sinterns und Abkühlens bis
1200°C konstant bleibt, jedoch um diesen Druckmittelwert der
Druck periodisch schwankt, insbesondere durch eine gleichför
mige Auslenkung zu höheren und niedrigeren Werten. Die Schwan
kungsamplitude kann sinusförmig oder sägezahnförmig sein oder
hiervon abgeleitete Formen besitzen. Im Gegensatz zu den nach
dem Stand der Technik bekannten Druckbehandlungen führen nur
die geschilderten Druckschwankungen zu einer dünnen gleichmä
ßigen Oberflächenschichtbeeinflussung der vorbeschriebenen Art.
Nach einer Ausführungsvariante kann der gesinterte Körper nach
dem Sintern einem heißisostatischen Pressen unter Argon bei
Temperaturen nahe der Sintertemperatur und Drücken oberhalb von
30 bar unterzogen werden. Während der ohne das nachfolgende
heißisostatische Pressen hergestellte Körper einen erheblich
verminderten Bindergehalt von weniger als 30 Massen-% in der
Oberflächenschicht bis zu einer Eindringtiefe von maximal 3 µm
zeigt, hat der anschließend heißisostatisch gepreßte Körper zum
Teil höhere Bindergehalte, die jedoch noch unter 90% relativ
zum Bindergehalt im Cermet-Kern liegen.
In einer ersten Ausführungsvariante werden Cermet-Körper nur
einem Sintern unterzogen. Die Einstellung der Gasatmosphäre
beim Sintern ist aus Fig. 1 und 2 ersichtlich. Es zeigen
Fig. 1 den linearen Zusammenhang zwischen dem
Verhältnis N/(C+N) im Cermet und der Einstel
lung des Gehaltes N₂/(N₂+CO) im Gasgemisch und
Fig. 2 die Abhängigkeit der Einstellung des mittleren
Druckes vom Bindemetallgehalt in der Ausgangs
mischung bzw. im Cermet.
Wie aus Fig. 1 zu entnehmen, stellt der jeweilige Wert den
relativen Stickstoffgehalt im Cermet dar, nämlich das Verhält
nis N/(C+N) und der Wert die Einstellung des Gasgemisches
N₂/(N₂+CO). Die Grenzwerte sind durch Cermet-Stickstoffgehalte
zwischen 0,15 und 0,7 vorgegeben, denen Einstellungen des Gas
gemisches von 0,1 und 0,9 zugeordnet sind. Alle dazwischenlie
genden Werte können jeweils der graphischen Darstellung entnom
men werden, wobei Schwankungen nach oben oder unten von jeweils
10% erlaubt sind. Entsprechendes gilt für die Darstellung nach
Fig. 2, wo die Ordinate y den mittleren Druck in bar und die
Abszisse den Bindergehalt x in Massen-% darstellt. Bei einem
Bindergehalt von 25 Massen-% ist der einzustellende mittlere
Druck 20 mbar, bei einem Bindergehalt von 5 Massen-% 6 mbar,
wobei auch hier Abweichungen vom Mittelwert von bis zu 10%
erlaubt sind. Um einen konstanten Druckmittelwert schwanken
dann die im Sinterofen eingestellten Drücke, und zwar um
jeweils nach oben und nach unten alternierend mindestens 10%.
In einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist von fol
gender Ausgangsmischung ausgegangen worden (Angaben in Mas
sen-%):
35,2 TiC
15,1 TiN
19,2 WC
7,1 Mo₂C
9,0 TaC
1,0 NbC
4,8 Ni
8,6 Co
15,1 TiN
19,2 WC
7,1 Mo₂C
9,0 TaC
1,0 NbC
4,8 Ni
8,6 Co
Die Pulverteilchendurchmesser lagen zwischen 1 bis 2 µm. Hier
aus ergibt sich ein Stickstoffgehalt von 3,4 Massen-% und ein
Kohlenstoffgehalt von 9,3 Massen-%, so daß das Verhältnis
N/(N+C) = 0,27 ist. Der Gesamtbindergehalt liegt bei
13,4 Massen-%. Die Ausgangsmischung wurde, wie nach dem Stand
der Technik bekannt, gemahlen, gemischt und vorgepreßt.
Anschließend wurden folgende Verfahrensschritte angewendet:
- 1. Entwachsen bis 500°C.
- 2. Aufheizen von 500 bis 1300°C unter Vakuum mit einer Auf heizgeschwindigkeit von 400°C/h.
- 3. Aufheizen von 1300 bis 1480°C unter einem Gasgemisch aus N₂ und CO, bei dem das Verhältnis N₂/(N₂+CO) = 0,27 betrug. Nach Erreichen der Sintertemperatur wurde die Tem peratur und die nachfolgend noch beschriebene Druckbehand lung eine Stunde gehalten, anschließend wurde der Sinter körper von 1480°C auf 1200°C mit einer Abkühlgeschwindig keit von 250°C/h abgekühlt. Das Aufheizen von 1300°C auf 1480°, das Halten der Temperatur sowie das anschließende Abkühlen sind bei einem mittleren Druck von 10 mbar durch geführt worden, wobei der Druck periodisch bei einer Peri odendauer von 150 sec um 3 mbar zu höheren und zu niedri geren Werten (13 mbar und 7 mbar) schwankte.
- 4. Als letzter Verfahrensschritt schloß sich das weitere Ab kühlen unter Argon an.
Bei einem Vergleichskörper wurden dieselben Verfahrens
schritte 1, 2 und 4 durchgeführt, aber Schritt 3 mit der Maß
gabe, daß kein CO eingeblasen wurde und der eingestellte
N₂-Druck konstant bei 20 mbar lag.
Bei der Analyse der Oberflächenschichten nach dem Sintern wur
den folgende Werte festgestellt:
Die entsprechenden Analysen der Oberflächenschicht nach einem
heißisostatischen Pressen ergaben folgende Werte:
In einem weiteren Beispiel der Erfindung ist von folgender Aus
gangsmischung ausgegangen worden (Angaben in Massen-%):
26,1 TiC
27,1 TiN
20,1 WC
8,7 TaC
1,1 NbC
8,2 Ni
8,7 Co
27,1 TiN
20,1 WC
8,7 TaC
1,1 NbC
8,2 Ni
8,7 Co
Die Pulverteilchendurchmesser lagen zwischen 1 bis 2 µm. Hier
aus ergibt sich ein Stickstoffgehalt von 6,1 Massen-% und ein
Kohlenstoffgehalt von 7,2 Massen-%, so daß das Verhältnis
N/(N+C) = 0,46 ist. Der Gesamtbindergehalt liegt bei
16,9 Massen-%. Die Ausgangsmischung wurde, wie nach dem Stand
der Technik bekannt, gemahlen, gemischt und vorgepreßt.
Anschließend wurden folgende Verfahrensschritte angewendet:
- 1. Entwachsen bis 500°C.
- 2. Aufheizen von 500 bis 1320°C unter Vakuum mit einer Auf heizgeschwindigkeit von 400°C/h.
- 3. Aufheizen von 1320 bis 1480°C unter einem Gasgemisch aus N₂ und CO, bei dem das Verhältnis N₂/(N₂+CO) = 0,54 betrug. Nach Erreichen der Sintertemperatur wurde die Tem peratur und die nachfolgend noch beschriebene Druckbehand lung eine Stunde gehalten, anschließend wurde der Sinter körper von 1480°C auf 1200°C mit einer Abkühlgeschwindig keit von 250°C/h abgekühlt. Das Aufheizen von 1320°C auf 1480°, das Halten der Temperatur sowie das anschließende Abkühlen sind bei einem mittleren Druck von 15 mbar durch geführt worden, wobei der Druck periodisch bei einer Peri odendauer von 120 sec um 5 mbar zu höheren und zu niedrige ren Werten (20 mbar und 10 mbar) schwankte.
- 4. Als letzter Verfahrensschritt schloß sich das weitere Ab kühlen unter Argon an.
Ein Vergleichskörper wurde denselben Verfahrensschritten 1, 2
und 4, Verfahrensschritt 3 jedoch mit der Maßgabe unterzogen,
daß kein CO eingeblasen wurde und der N₂-Druck konstant 20 mbar
betrug.
Bei der Analyse der Oberflächenschichten nach dem Sintern wur
den folgende Werte festgestellt:
Die entsprechenden Analysen der Oberflächenschicht nach einem
heißisolstatischen Pressen ergaben folgende Werte:
Die nach obengenannten Beispielen hergestellten Cermets sind
folgenden Zerspanungsuntersuchungen unterzogen worden:
Drehen im glatten Schnitt, trocken:
Werkstückstoff: 42 CrMo4V
Wendeschneidplatten-Form: CnMG 120408-22
Schneidkantenverrundung: 30-50 µm
Schnittbedingungen:
Schnittgeschwindigkeit: Vc = 140 m/min
Schnittiefe: ap = 2 mm
Vorschub: f = 0,3 mm
Werkstückstoff: 42 CrMo4V
Wendeschneidplatten-Form: CnMG 120408-22
Schneidkantenverrundung: 30-50 µm
Schnittbedingungen:
Schnittgeschwindigkeit: Vc = 140 m/min
Schnittiefe: ap = 2 mm
Vorschub: f = 0,3 mm
Claims (14)
1. Cermet mit einem Hartstoffanteil von 95 bis 75 Massen-%
und 5 bis 25 Massen-% Co- und/oder Ni-Binder, wobei die
Hartstoffphase aus Carbonitriden mit kubischer B1 Kri
stallstruktur besteht und 30 bis 60 Massen-% Ti, 5 bis
25 Massen-% W, 5 bis 15 Massen-% Ta, wovon bis zu
70 Massen-% durch Nb ersetzt sein können, 0 bis
12 Massen-% Mo, 0 bis 5 Massen-% V, 0 bis 2 Massen-% Cr, 0
bis 1 Massen-% Hf und/oder Zr enthält, der (C+N)-Gehalt in
der Carbonitridphase < 80 Mol% beträgt, der Stickstoffan
teil N/(C+N) zwischen 0,15 und 0,7 liegt und in der Bin
derphase bis zu 2 Massen-% Al enthalten und/oder metalli
sches W, Ti, Mo, V und/oder Cr gelöst ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß nur in einer durch eine Eindringtiefe von 0,01 bis
3 µm bestimmten Oberflächenschicht, meßbar durch eine
energiedispersive Mikroanalyse auf einer Meßfläche
< (0,5×0,5) mm²,
- 1. der Gehalt an Co- und/oder Ni-Binder in bezug auf die darunterliegenden Cermet-Kernbereiche 30 Massen-%
- 2. der Ti-Gehalt 110 bis 130% relativ zu den darunter liegenden Cermet-Kernbereichen
beträgt, wobei jeweils im Cermet-Kern einerseits und in
der Oberflächenschicht andererseits eine gleichmäßige Bin
demetallverteilung vorliegt und
- 3. die Summe der Gehalte an W, Ta sowie etwaige Anteile an Mo, Nb, V und/oder Cr in der 0,01 bis 3 µm dicken Oberflächenschicht relativ zu den darunterliegenden Cermet-Kernbereichen 70 bis 100 Massen-% beträgt.
2. Cermet mit einem Hartstoffanteil von 95 bis 75 Massen-%
und 5 bis 25 Massen-% Co- und/oder Ni-Binder, wobei die
Hartstoffphase aus Carbonitriden mit kubischer B1 Kri
stallstruktur besteht und 30 bis 60 Massen-% Ti, 5 bis
25 Massen-% W, 5 bis 15 Massen-% Ta, wovon bis zu
70 Massen-% durch Nb ersetzt sein können, 0 bis
12 Massen-% Mo, 0 bis 5 Massen-% V, 0 bis 2 Massen-% Cr, 0
bis 1 Massen-% Hf und/oder Zr enthält, der (C+N)-Gehalt in
der Carbonitridphase < 80 Mol% beträgt, der Stickstoffan
teil N/(C+N) zwischen 0,15 und 0,7 liegt und in der Bin
derphase bis zu 2 Massen-% Al enthalten und/oder metalli
sches W, Ti, Mo, V und/oder Cr gelöst ist, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Co- und/oder Ni-Bindergehalt in der
Oberflächenschicht mit einer Eindringtiefe von 0,01 bis
3 µm, meßbar durch eine energiedispersive Mikroanalyse,
relativ zu den darunterliegenden Schichten < 90 Massen-%
bei einem Ti-Gehalt zwischen 100% bis 120% relativ zum
Kernbereich beträgt und die Summe der Gehalte an W, Ta
sowie ggf. Mo, Nb, V, Cr zwischen 80 Massen-% und
110 Massen-% liegt.
3. Cermet nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die unter der Oberflächenschicht liegenden Kernberei
che, zumindest im wesentlichen eine Hartstoffphase mit
einer Kern-Rand-Struktur aufweisen.
4. Cermet nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß in der Oberflächenschicht die Hartstoffphase
ausschließlich homogen vorliegt.
5. Cermet nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zone unmittelbar unter der Ober
flächenschicht bis zu einer Tiefe von mindestens 50 µm,
maximal 600 µm, eine Porosität A02 und B02 (nach
ISO4505) und im darunterliegenden Kern < A08 und < B04 auf
weist.
6. Cermet nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Körper eine durchgehende Porosität A02 und < B02
aufweist.
7. Cermet nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Oberflächenrauhtiefe RT 6 µm oder
RZ 5 µm beträgt.
8. Cermet nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Härte HV 30 im Oberflächenbereich kon
stant ist.
9. Cermet nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet
durch eine ein- oder mehrlagige Beschichtung aus Carbiden
oder Nitriden des Ti und/oder aus Al₂O₃, vorzugsweise nach
dem CVD-Verfahren aufgetragen.
10. Verfahren zur Herstellung eines Cermets nach einem der
Ansprüche 1 oder 3 bis 9 durch Mischen, Mahlen, Granulie
ren und Pressen einer entsprechenden die Bestandteile ent
haltenden Ausgangsmischung und anschließendem Sintern,
vorzugsweise in Sinteröfen mit Graphitheizleitern, gekenn
zeichnet durch ein Aufheizen bis zum Schmelzpunkt der
Binderphase unter Vakuum mit einem Druck 10-1 mbar,
weiteres Aufheizen von der Schmelztemperatur der Binder
phase bis zur Sintertemperatur, 0,2- bis 2-stündiges Hal
ten der Sintertemperatur und anschließendes Abkühlen auf
1200°C, wobei das weitere Aufheizen, Halten und Abkühlen
in einem Gasgemisch aus N₂ und CO mit N₂/(N₂+CO)-Verhält
nis zwischen 0,1 und 0,9 unter einem um einen mittleren
Druck von 10% bis 80% des Mittelwertes alternierend in
einer Periodendauer zwischen 40 und 240 sec, vorzugsweise
40 bis 180 sec, mit einem mittleren Druck, der bestimmt
ist durch den linearen Zusammenhang
wobei
y = mittlerer Druck (mbar) und
x = Bindergehalt in Massen-% sind,
und einem N₂/(N₂+CO)-Verhältnis , das bestimmt ist durch mit x = N/(C+N) im Cermet,
und anschließender Abkühlung unter Inertgas, wie Argon, Stickstoff oder unter Vakuum.
y = mittlerer Druck (mbar) und
x = Bindergehalt in Massen-% sind,
und einem N₂/(N₂+CO)-Verhältnis , das bestimmt ist durch mit x = N/(C+N) im Cermet,
und anschließender Abkühlung unter Inertgas, wie Argon, Stickstoff oder unter Vakuum.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
bei der Aufheizung im Schmelzpunktbereich (TS ± 80°C)
unter Einlaß von Stickstoff ein Druck von 0,2 mbar gere
gelt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeich
net, daß der gepreßte Körper zunächst auf 1020°C unter
Vakuum mit einem Druck 0,1 mbar aufgeheizt wird, bevor
während des Aufheizens von 1020°C bis 1370°C unter Einlaß
von Stickstoff ein Druck von 0,2 mbar geregelt wird.
13. Verfahren zur Herstellung eines Cermets nach einem der
Ansprüche 2 bis 4 oder 6 bis 8 oder 10 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß nach dem Sintern ein heißisostatisches
Pressen unter Argon bei Temperaturen nahe der Sintertempe
ratur und Drücken oberhalb von 30 bar durchgeführt wird.
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Legal Events
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8127 | New person/name/address of the applicant |
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8130 | Withdrawal |