DE60030503T2

DE60030503T2 - Verfahren zur Herstellung eines zementierten Carbidpulvers bei niedrigem Druck

Info

Publication number: DE60030503T2
Application number: DE60030503T
Authority: DE
Inventors: Mats Waldenström
Original assignee: Sandvik Intellectual Property AB
Current assignee: Sandvik Intellectual Property AB
Priority date: 1999-04-06
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2020-03-31
Also published as: EP1043413A2; US6273930B1; DE60030503D1; EP1043413A3; JP2000290738A; SE519315C2; EP1043413B1; SE9901216D0; USRE40717E1; SE9901216L; ATE338834T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Submikron-Hartmetallpulver mit niedrigem Verdichtungsdruck, welches insbesondere zur Herstellung von Schneidwerkzeugeinsätzen für das Drehen, Fräsen und Bohren von Stählen und Edelstählen geeignet ist.
Hartmetall wird durch Naßvermahlen von Pulvern, welche die harten Bestandteile und die Binderphase bilden, zu einer Aufschlämmung, Trocknen der Aufschlämmung im allgemeinen durch Sprühtrocknen, Werkzeugverpressen des getrockneten Pulvers zu Körpern mit einer gewünschten Form und abschließendes Sintern hergestellt. Während des Sinterns schrumpfen die Körper linear um etwa 20 %. Die Schrumpfung hängt vom Verpreßdruck, der WC-Korngröße, der WC-Korngrößenverteilung und dem Co-Gehalt ab. Preßwerkzeuge sind teuer herzustellen und werden daher für eine Standardschrumpfung, wie beispielsweise 18 %, hergestellt. Diese Schrumpfung wird erreicht, indem man einen Verpreßdruck von etwa 100–150 MPa anwendet. Wenn jedoch die Korngröße im Submikronbereich oder feiner ist, dann ist der Verpreßdruck relativ hoch, 250–300 MPa. Ein hoher Verpreßdruck ist aufgrund des Risikos von Preßbrüchen in den verpreßten Körpern und von abnormalem Verschleiß und sogar dem Risiko von Verpreßwerkzeugversagen nicht erwünscht.
Es ist daher erwünscht, Verfahren zur Reduzierung des Verpreßdrucks bei der Herstellung von Submikron-Hartmetallen zu finden.
Es wurde nun überraschenderweise herausgefunden, daß ein Submikron-Hartmetallpulver mit einem offensichtlichen reduzierten Verdichtungsdruck bei einer vorherbestimmten Einwage von 18 % Schrumpfung aus Pulvermischungen mit harten Submikron-Bestandteilen mit engen Korngrößenverteilungen, kombiniert mit herkömmlichem Mahlen mit stark verminderter Vermahlzeit, hergestellt werden kann.
Erfindungsgemäß wird nun ein Submikron-Hartmetallpulver mit einem gewünschten niedrigen Verdichtungsdruck von < 200 MPa, vorzugsweise < 175 MPa, und ausgezeichneten Verdichtungseigenschaften für Schneidwerkzeugeinsätze bereitgestellt, welches WC und 6 bis 15 Gew.-% Co, vorzugsweise 8 bis 12 Gew.-% Co, und < 1 Gew.-% Cr, vorzugsweise 0,2 bis 0,6 Gew.-% Cr, und/oder < 1 Gew.-% V, vorzugsweise 0,2 bis 0,6 Gew.-% V, enthält, das unter Anwendung des nachfolgend beschriebenen Verfahrens hergestellt ist.
Die WC-Körner haben eine mittlere Korngröße im Bereich von 0,2 bis 1,0 μm, vorzugsweise 0,4 bis 0,6 μm, wobei keine WC-Körner > 1,5 μm sind.
Der W-Gehalt in der Binderphase kann als das „CW-Verhältnis" ausgedrückt werden, welches wie folgt definiert ist: CW-Verhältnis = MS/(Gew.-% Co·0,0161),worin M_S die gemessene Sättigungsmagnetisierung des gesinterten Hartmetallkörpers in kA/m und Gew.-% Co der Gewichtsprozentanteil an Co in dem Hartmetall ist. Das CW-Verhältnis in Schneideinsätzen gemäß der Erfindung soll vorzugsweise 0,80 bis 1,0, besonders bevorzugt 0,80 bis 0,90 betragen. Die Menge an W, welches in Binderphase gelöst ist, wird durch Einstellen des Kohlenstoffgehalts durch geringe Hinzufügungen von Ruß oder reinem Wolframpulver gesteuert.
Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird das Mahlverfahren durch eine Vormahlstufe von > 2 Stunden, vorzugsweise etwa 3 Stunden, begonnen, welches Naßvermahlen aller Bestandteile, ausgenommen WC, wie beispielsweise Kornwachstumsinhibitoren, Ruß oder Wolframpulver, Bindermetall bzw. Verpreßmittel, in Ethanol mit Hartmetall-Mahlkörpern umfaßt. Der Vormahlstufe folgt eine weitere abschließende Mahlstufe von etwa 10 Stunden, welche das WC-Pulver einschließt. Die Menge an Mahlkörpern während des Vormahlens und des abschließenden Mahlens soll so sein, daß das Gewichtsverhältnis von Mahlkörpern: WC-Pulver etwa 4 bis 7 beträgt. Das Hartmetallpulver wird dann getrocknet, vorzugsweise durch Sprühtrocknung, zu Schneideinsätzen verpreßt und gesintert.
WC-Pulver mit Submikron-Korngrößenverteilung gemäß der Erfindung, welches im wesentlichen keine Körner > 1,5 μm aufweist, wird durch Vermahlen und Sieben, wie beispielsweise in einem Strahlmühlenklassierer, hergestellt. Es ist erfindungsgemäß wesentlich, daß man als ein Ergebnis der abschließenden Mahlstufe eine minimale weitere Veränderung der Korngröße oder der Korngrößenverteilung erreicht.
Beispiel 1
Ein Submikron-Hartmetallpulver mit der Zusammensetzung WC, 0,6 Gew.-% Cr₃C₂, 0,5-Gew.-% VC, 10-Gew.-% Co, mit einer mittleren WC-Korngröße von 0,4 μm wurde gemäß der Erfindung hergestellt. Das Vermahlen wurde in Ethanol (0,3 l Flüssigkeit pro kg Hartmetallpulver) in einer 30 l-Mühle mit 120 kg Mahlkugeln durchgeführt, und die Ansatzgröße betrug 20 kg. Vor dem abschließenden Vermahlen wurde eine 3-stündige Vormahlstufe durchgeführt, bei der sämtliche Bestandteile (Cr₃C₂, VC und Co) mit der Ausnahme von WC zugegeben wurden. Des weiteren wurden 0,4 kg (2 Gew.-%) Schmiermittel zu der Aufschlemmung hinzugefügt, und der Kohlenstoffgehalt wurde mit Ruß zu einer mit W legierten Binderphase eingestellt, entsprechend einem CW-Verhältnis von 0,85. Das Mahlverfahren wurde dann mit einer 10-stündigen abschließenden Mahlstufe, bei der das WC-Rohmaterial eingeschlossen war, vervollständigt. Es wurde ein gut entagglomeriertes WC, d_WC = 0,4 μm (in der Strahlmühle behandelt und gesiebt) verwendet. Nach Sprühtrocknung wurden Schneideinsätze des Typs N151.2-400-4E verdichtet und nach Standardverfahren gesintert. Es wurden ein Verdichtungsdruck von 165 MPa (18 % Schrumpfung) und ausgezeichnete Schneideinsätze ohne Bruchneigung erhalten. Es wurden dicht gesinterte Strukturen ohne Porosität und mit einer Härte von HV3 = 1800 erhalten.
Beispiel 2
Hartmetallwerkzeugeinsätze des Typs N151.2-400-4E wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, jedoch mit der Zusammensetzung WC, 0,5 Gew.-% Cr₃C₂, 0,4 Gew.-% VC, 8 Gew.-% Co. Es wurde das gleiche Ergebnis wie in Beispiel 1 erzielt mit der Ausnahme eines Verdichtungsdrucks von 170 MPa (18 % Schrumpfung) und einer Härte von HV3 = 1890.
Beispiel 3
Hartmetallwerkzeugeinsätze des Typs N151.2-400-4E wurden auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, jedoch mit der Zusammensetzung WC, 0,6 Gew.-% Cr₃C₂, 0,4 Gew.-% VC, 10 Gew.-% Co, und mit einer WC-Korngröße von 0,6 μm. Es wurde das gleiche Ergebnis wie in Beispiel 1 erreicht mit der Ausnahme eines Verdichtungsdrucks von 160 MPa (18 % Schrumpfung) und einer Härte von HV3 = 1740.
Beispiel 4
Hartmetallstandardwerkzeugeinsätze des Typs N151.2-400-4E wurden mit der gleichen chemischen Zusammensetzung, der gleichen mittleren Korngröße von WC und dem gleichen CW-Verhältnis wie in Beispiel 1 hergestellt, jedoch aus Pulver, das mit den herkömmlichen Kugelmahltechniken und mit einer Vermahlzeit von 80 Stunden hergestellt worden war. Es wurden etwa die gleichen physikalischen Eigenschaften (Porosität A00 und HV3 = 1820) wie in Beispiel 1, jedoch ein beträchtlich höherer Verdichtungsdruck von 290 MPa (18 % Schrumpfung) und aufgrund dessen Schneideinsätze mit ausgeprägten Neigungen zu Bruch und Abplatzen erhalten.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Hartmetalls mit Submikron-WC-Korngröße mit Mahlen, Pressen und Sintern in pulvermetallurgischer Technik, gekennzeichnet durch Vormischen aller Bestandteile, welche Kornwachstumsinhibitoren, optional wenigstens eines unter Ruß und Wolframpulver und Verpreßmittel, ausgenommen WC-Pulver, umfassen, für > 2 Stunden, Hinzufügen des WC-Pulvers, welches eine enge Korngrößenverteilung mit einer mittleren Korngröße im Bereich von 0,2–1,0 μm hat, und dann abschließendes Mahlen für etwa 10 Stunden, während der eine minimale Veränderung der Korngröße stattfindet.
Submikron-Hartmetallpulver, hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Pulver einen Verdichtungsdruck bei 18 % Schrumpfung von < 200 MPa hat.
Hartmetallpulver nach Anspruch 2, wobei der Verdichtungsdruck < 175 MPa ist.