DE69422487T2

DE69422487T2 - Gesinterte karbidlegierungen für schneidwerkzeuge und beschichtete gesinterte karbidlegierung

Info

Publication number: DE69422487T2
Application number: DE69422487T
Authority: DE
Inventors: Nobuyuki Kitagawa; Mitsunori Kobayashi; Hideki Moriguchi; Toshio Nomura; Katsuya Uchino; Kazuo Yamagata
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1993-08-16
Filing date: 1994-04-08
Publication date: 2000-09-07
Anticipated expiration: 2014-04-09
Also published as: EP0665308A4; EP0665308A1; EP0665308B1; KR0170453B1; TW493009B; KR960703180A; DE69422487D1; WO1995005497A1; US5624766A

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein beschichtetes gesintertes Karbid und insbesondere ein beschichtetes gesintertes Karbid, welches in geeigneter Weise für Werkzeuge, z. B. Schneidwerkzeuge, verschleißfeste Werkzeuge, stoßfeste Werkzeuge und Werkzeuge für den Bergbau (insbesondere Schneidwerkzeuge, die zum Schneiden von ungehärtetem Qualitätsstahl, von Material, welches eine schlechte Bearbeitbarkeit oder Schneidbarkeit aufweist (schwer zu bearbeitendes Material) usw.), verwendet werden kann.

Technologischer Hintergrund

Bisher wurde als Material für Schneidwerkzeuge zum Schneiden von Qualitätsstahl ein gesintertes Karbid des P-Typs nach der Klassifikation der JIS (japanischen Industrienorm), z. B. eine Legierung, welche aus einer WC-Co- Legierung bestand, und 10 Gew.-% oder mehr eines Karbonitrides von Ti, Ta oder Nb hinzugefügt wurde, verwendet. Neuerdings wurde, zusammen mit der Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit bei der Veränderung der Schneidbedingungen, das Verhältnis des beschichteten gesinterten Karbides verbessert, welches als Schneidwerkzeugmaterial verwendet wird. Typischerweise umfaßte ein solches beschichtetes gesintertes Karbid ein Substratmaterial aus gesintertem Karbid des M-Typs (z. B. eine Legierung, welche ein gesintertes WC-Co- Karbid umfaßt, welcher 5 bis 10 Gew.-% eines Karbonitrides von Ti, Ta oder Nb hinzugefügt wurden), wobei dessen Oberfläche mit einer etwa 3 bis 10 gm dicken keramischen Schicht (Beschichtung), welche TiC, TiCN, TiN, Al&sub2;O&sub3; usw. enthielt, durch Anwendung eines Dampfphasenabscheidungsverfahrens, z. B. einer chemischen Dampfphasenabscheidung (CVD) und einer physikalischen Dampfphasenabscheidung (PVD), beschichtet wurde.
In einigen Fällen jedoch, wenn das gesinterte Karbid mit der oben genannten Beschichtung versehen wurde, ergab sich ein Problem in der Weise, daß die Beschichtung selbst ein sprödes Material umfaßte, welches dafür verantwortlich war, einen Defekt zu verursachen, oder eine η-Phase (eine allgemeine Bezeichnung für eine entkohlte Phase, welche Co&sub3;W&sub3;C usw. umfaßt) an der Oberfläche des Substratmaterials aus gesintertem Karbid erzeugte und dadurch die Festigkeit der Beschichtung verminderte. Um das Auftreten eines solchen Defektes und/oder einer η-Phase zu verhindern, wurden zahlreiche Versuche unternommen, um das gesinterte Karbid als ein zu beschichtendes Substratmaterial zu verbessern.
Die japanische Patentveröffentlichung (KOKOKU) Nr. 7349/1984 (d. h. Sho 59- 7349) beschreibt z. B. ein Substratmaterial für ein beschichtetes gesintertes Karbid, welches beeinflußt wurde, um freien Kohlenstoff aufzunehmen, so daß das Auftreten der η-Phase, welche sich leicht an der Oberfläche des gesinterten Karbidsubstrates während der Beschichtung bildet, zu unterdrücken. Weiterhin schlägt die offengelegte japanische Patentanmeldung (KOKAI) Nr. 97866/1991 (d. h. Hei 3-97866) ein Werkzeug aus beschichtetem gesinterten Karbid vor, welches ein Substratmaterial aus einem gesinterten Karbid umfaßt, das einen niedrigen Kohlenstoffgehalt aufweist und welches durch ein CVD-Verfahren beschichtet wurde, das ein reaktantes Gas benutzt, welches es ermöglicht, daß sich die η-Phase beim Ausgangsmaterial kaum ausbildet.
Weiterhin wird in Hisashi Suzuki "Cemented carbides and Sintered Hard Materials" Seite 221, (1986), veröffentlicht durch Maruzen K. K. (Tokio, Japan), ein Verfahren zur Verhinderung der Abnahme der Festigkeit während der Beschichtung in der Weise beschrieben, daß eine β-phasenverminderte Schicht (eine Phase oder Schicht, in welcher eine Karbidverbindungs-/Nitridphase, z. B. (W, Ti) (C, N) nicht auftritt) auf der Oberfläche eines Substratmaterials für ein beschichtetes gesintertes Karbid so gebildet wird, daß der Co-Gehalt im Oberflächenbereich des gesinterten Karbids erhöht ist.
Die Bildung der η-Phase kann durch die Verwendung der o. g. Technologie, die in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 7349/1984 und der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 97866/1991 beschrieben wurde, verhindert werden. Die Dicke der η-Phase, deren Bildung verhindert wurde, ist jedoch gering und beträgt etwa 5 um, und deshalb ist der dadurch erzielte Effekt nicht groß genug, um die Ausbreitung eines Ermüdungsrisses von 100 um oder mehr zu verhindern, was tatsächlich ein Problem bei der praktischen Anwendung eines Schneidwerkzeuges aufwirft (Atsushi Fukawa, "Powder and Powder Metallurgy" (1), Seite 3 (1994)). Dementsprechend ist die tatsächliche Lebensdauer des erzeugten Schneidwerkzeuges noch kurz.
Nach der vorgenannten Technologie zur Bildung der β-phasenreduzierten Schicht in einem gesinterten Karbidsubstratmaterial kann ein Bereich, in welchem der Anteil der Bindephase erhöht wurde, an der Oberfläche des gesinterten Karbides in einer Dicke von etwa 20 um so gebildet werden, daß die Verhinderung eines von diesem ausgehenden Risses erwartet werden kann. Weil jedoch die Dicke eines solchen Bereiches im Vergleich zur Länge des Ermüdungsrisses klein ist, bleibt der Effekt zur Unterdrückung der Ausbreitung des Risses gering. Weiterhin wird, weil der Bindephasenanteil an der Oberfläche des gesinterten Karbides erhöht wurde, die Lebensdauer des Werkzeuges unter Hochgeschwindigkeitsschneidbedingungen aufgrund einer Abnahme von dessen Widerstandsfähigkeit gegenüber einer plastischen Verformung sehr verkürzt.
Im allgemeinen hat die Festigkeit von gesinterten Karbiden, welche denselben Co-Gehalt aufweisen, im wesentlichen eine bestimmte Abhängigkeit von der Größe der WC-Partikel im gesinterten Karbid. Wenn die WC-Partikelgröße geringer wird, erhöht sich die Biegefestigkeit des gesinterten Karbides, dessen Bruchzähigkeit nimmt jedoch ab. Andererseits ist in Betracht zu ziehen, daß, wenn die Biegefestigkeit erhöht wird, ein Feinriß weniger wahrscheinlich ist, und daß, wenn die Bruchzähigkeit erhöht wird, die Ausbreitung eines Feinrisses in größerem Maße verzögert wird. Dementsprechend ist es notwendig, sowohl die Festigkeit als auch die Zähigkeit zu erhöhen, um die Lebensdauer eines Werkzeuges zu verlängern. Von diesem Standpunkt aus betrachtet, wurden beträchtliche Anstrengungen unternommen, um eine solche Verbesserung zu erreichen.
Als derartige gesinterte Karbide, bei welchen sowohl die Festigkeit als auch die Zähigkeit durch derartige Bemühungen in der Entwicklung verbessert wurden, sind z. B. in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 170451/1987 (d. h. Sho 62-170451) und im US-Patent (USP) Nr. 4 966 627 gesinterte Karbide beschrieben, in welchen die harte Phase, z. B. WC, feine Partikel und grobe Partikel umfaßt. Diese gesinterten Karbide sind jedoch keine solchen, welche unter genügender Berücksichtigung ihrer Verwendung als Substratmaterial für ein beschichtetes gesintertes Karbid zum Schneiden von Qualitätsstahl entwickelt wurden, so daß deren Optimierung hinsichtlich eines Substratmateriales aus gesintertem Karbid, dessen Oberfläche beschichtet ist, nicht ausreicht. Deshalb ist in dem Fall, daß diese gesinterten Karbidsubstratmaterialien zur Herstellung eines beschichteten Schneidwerkzeuges verwendet werden, die Leistungsfähigkeit des erzeugten Werkzeuges ebenfalls ungenügend.
Weiterhin beschreibt die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 255795/1993 (Hei 5-255795) ein beschichtetes Schneidwerkzeug, bei welchem das WC als eine harte Phase, welche das gesinterte Karbidsubstratmaterial bildet, in drei Arten klassifiziert wird, d. h. in grobe Partikel, mittlere Partikel und feine Partikel, und bei welchem die Mengen dieser drei Arten von Partikeln bestimmt werden. In diesem beschichteten Schneidwerkzeug ist ein Effekt zur Unterdrückung der Ausbreitung eines Risses durch Bestimmung der Partikelgrößenverteilung im WC in der zuvor beschriebenen Weise zu erwarten. Weil jedoch die Partikelgrößenverteilung nur weiter als in dem bekannten Produkt, jedoch gleichförmig ist, war nicht zu erwarten, daß dessen Widerstandsfähigkeit gegenüber plastischer Verformung als beschichtetes Schneidwerkzeug durch Verminderung des Bindephasenanteiles erhöht wird. Außerdem ist bei dem Schneidwerkzeug, welches in der vorgenannten offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 255795/1993 beschrieben wurde, der Effekt zur Unterdrückung der Ausbreitung eines Risses ungenügend, weil der Anteil der feinen WC-Partikel hoch ist.
Insbesondere in den letzten Jahren haben sich die Schneidbedingungen, unter welchen ein beschichtetes gesintertes Karbid eingesetzt wurde, in bedeutendem Maße verschärft. Z. B. wurde die Temperatur an der Spitze der Schneidkante beim Hochgeschwindigkeitsschneiden mit einer Schnittgeschwindigkeit von 300 m/min oder höher extrem hoch. Dementsprechend besteht insbesondere Bedarf an einer Verbesserung der Widerstandsfähigkeit gegenüber einer plastischen Verformung bei einer solch hohen Temperatur. Außerdem wird oft, um die Ausbreitung der Abnutzung eines Schneidwerkzeuges zu unterdrücken, das Schneidwerkzeug unter Naßschneidbedingungen eingesetzt, wobei in Kombination mit diesen ein Kühlmittel verwendet wird. Ein solches Naßschneiden neigt in besonderem Maße dazu, ein Reißen des Schneidwerkzeuges zu verursachen. Deshalb besteht dringender Bedarf an einem beschichteten gesinterten Karbid, welches für ein Werkzeug verwendet werden kann, das nicht nur eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegenüber plastischer Verformung bei einer hohen Temperatur besitzt, sondern auch weniger zum Reißen unter Naßschneidbedingungen neigt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein beschichtetes gesintertes Karbid zu schaffen, welches die vorgenannten Probleme, welche dem Stand der Technik anhaften, löst.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein beschichtetes gesintertes Karbid zu schaffen, dessen Festigkeit und Zähigkeit erhöht ist, wobei für eine geeignete Ausgeglichenheit zwischen diesen Eigenschaften gesorgt wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein beschichtetes gesintertes Karbid zu schaffen, dessen Widerstandsfähigkeit gegenüber plastischer Verformung bei hoher Temperatur verbessert ist, und welches für ein Werkzeug in geeigneter Weise einsetzbar ist, das während des Naßschneidens kaum reißt.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein beschichtetes gesintertes Karbid zu entwickeln, welches in geeigneter Weise für ein Schneidwerkzeug verwendbar ist, das eine gute Schneidleistung beim Schneiden von Qualitätsstahl und schwer zu bearbeitendem Material bei hoher Geschwindigkeit zeigt und eine lange Lebensdauer des Werkzeuges gewährleistet.

Beschreibung der Erfindung

Das erfindungsgemäße beschichtete Hartmetall umfaßt:
ein Substrat, welches ein Hartmetall auf WC-Basis aufweist, welches 4 bis 10 Gew.-% Co als Bindephase enthält; wobei basierend auf einem Verhältnis im Gefüge eines spiegelpolierten Querschnittes des Hartmetalls 70% oder mehr der WC-Kristalle als eine harte Phase einerseits in eine Gruppe von feinen Partikeln A mit einer Partikelgröße von 0,1 bis 1 im und andererseits in eine Gruppe von groben Partikeln B mit einer Partikelgröße von 3 bis 10 um klassifiziert sind, und das Flächenverhältnis SA/SB der feinen Partikel A zu den groben Partikeln B in einem Bereich von 0,22 bis 0,45 liegt; und
eine Deckschicht, die auf eine Fläche des gesinterten Karbides aufgebracht ist und eine Gesamtdicke im Bereich zwischen 5 bis 100 um aufweist; wobei die Deckschicht mindestens eine Schicht umfaßt, die mindestens eine Komponente enthält, welche aus der Gruppe ausgewählt ist, die umfaßt: Karbide, Nitride, Karbonitride, Oxikarbide und Bornitride von Ti, Zr, und/oder Hf; sowie mindestens eine Schicht, die mindestens eine Komponente enthält, welche aus der Gruppe ausgewählt ist, die umfaßt: Al&sub2;O&sub3; sowie Oxide von Ti, Zr oder Hf.
Die vorliegende Erfindung schafft weiterhin ein beschichtetes Hartmetall, welches umfaßt: ein Substrat aus einem Hartmetall auf WC-Basis, welches 4 bis 10 Gew.-% Co als Bindephase enthält; und eine Deckschicht, die auf einer Fläche des Hartmetalls angeordnet ist und eine Gesamtdicke im Bereich zwischen 0,2 und 10 um aufweist; wobei
(a) basierend auf einem Verhältnis in einem Gefüge eines spiegelpolierten Querschnittes des Hartmetalls 70% oder mehr der WC-Kristalle als eine harte Phase einerseits in eine Gruppe von feinen Partikeln A mit einer Partikelgröße von 0,1 bis 1 um und andererseits in eine Gruppe von groben Partikeln B mit einer Partikelgröße von 3 bis 10 um klassifiziert sind, und das Flächenverhältnis SA/SB der feinen Partikel A zu den groben Partikeln B in einem Bereich von 0,22 bis 0,45 liegt;
(b) der Kohlenstoffanteil X (Gew.-%) in dem Hartmetall der Beziehung
-0,5 ≤ (X-b) / (a-b) ≤ 0,67 folgt,
in welcher (Gew.-%) die Untergrenze des Kohlenstoffanteiles bezeichnet, bei welcher freier Kohlenstoff in dem Hartmetall, welches die entsprechende Zusammensetzung aufweist, gebildet wird, und (Gew.-%) die Obergrenze des Kohlenstoffanteiles bezeichnet, bei welcher eine η-Phase in dem Hartmetall, welches die entsprechende Zusammensetzung aufweist, gebildet wird; und
(c) die Deckschicht mindestens eine Schicht (eine einzige Schicht oder eine Mehrzahl von Schichten) umfaßt, welche ein Karbid, Nitrid oder Karbonitrid von Ti oder ein Karbid, Nitrid, oder Karbonitrid einer Legierung aus Ti und Al enthält.
Das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße beschichtete Hartmetall entstand auf der Grundlage der Ergebnisse einer Studie, die von den Erfindern durchgeführt wurde, wie dies im weiteren noch beschrieben werden soll.
Als Ergebnis einer gewissenhaften Studie des Mechanismus des Verschleißes von Werkzeugen während des Schneidens von Qualitätsstahl und schwer zu bearbeitenden Materialien haben die Autoren der vorliegenden Erfindung ermittelt, daß, wenn Stahl mit einer hohen Schnittgeschwindigkeit von nicht weniger als 300 m/min. oder eine hitzebeständige Legierung auf Ni-Basis mit einer hohen Schnittgeschwindigkeit von nicht weniger als 100 m/min bearbeitet wird, die Temperatur an der Spitze des Schneidwerkzeuges 1000ºC oder mehr erreicht; wenn ein Schneidwerkzeug einem Naßscheiden ausgesetzt ist, um das Fortschreiten der Abnutzung des Werkzeuges zu unterdrücken, ist das Schneidwerkzeug wechselweise und wiederholt während des Schneidens (z. B. beim intermittierenden Schneiden, Fräsen und beim Schneiden einer großen Anzahl von Werkstücken) einer hohen Temperatur ausgesetzt, und es wird infolge einer solchen Schneidbearbeitung ein großer thermischer Schock auf das Werkzeug ausgeübt, und dadurch kommt es im Werkzeug zu einem Riß oder zu mehreren Rissen, wodurch ein Abblättern und/oder ein Reißen der Deckschicht des Werkzeuges verursacht wird; und im weiteren schreiten der Riß oder die Risse infolge der zuvor erwähnten wiederholten Schocks durch Ermüdung fort und führen schließlich zum Reißen des Werkzeuges, und somit ist die Lebensdauer des Werkzeuges innerhalb einer kurzen Zeitdauer beendet.
Wie vorstehend beschrieben, wurden aus der Sicht zur Verhinderung der Abnahme der Festigkeit eines beschichteten Hartmetalls verschiedene Verbesserungen bei dem Hartmetall als zu beschichtendes Substratmaterial durchgeführt, um die Bildung eines Defektes in der Deckschicht selbst und die Bildung einer η-Phase an der Oberfläche des Hartmetallsubstratmaterials zu verhindern. Z. B. beschreibt die oben genannte japanische Patentveröffentlichung Nr. 7349/1984, die japanische ofengelegte Patentanmeldung Nr. 97866/1991 sowie Hisashi Suzuki in "Hartmetalle und gesinterte Hartmaterialien", Seite 221, eine Technologie zur Verhinderung der η-Phase, welche sich leicht auf der Oberfläche des Substratmaterials bildet um ein beschichtetes Hartmetall herzustellen oder um der Oberfläche eines Hartmetall-Substratmaterials eine hohe Zähigkeit oder Zugfestigkeit zu verleihen. Diese Technologien haben jedoch den sehr dünnen Bereich in der Nähe der Oberfläche des Hartmetall-Substratmaterials kaum ver größert, und deshalb ist es ausgeschlossen, das Fortschreiten des Ermüdungsrisses bis zu einer Länge von 100 um oder mehr stoppen zu können, um die Lebensdauer des Schneidwerkzeuges zu verlängern.
Auf der Basis des Studiums der o. g. Versuche und Tatsachen haben die Autoren der vorliegenden Erfindung ermittelt, daß sowohl die Festigkeit und Zähigkeit eines Hartmetalls durch Verwendung eines Hartmetalles auf WC-Basis verbessert werden kann, welches ein Gemisch von WC-Kristallen bildet (anstelle von WC-Kristallen, die eine einheitliche Partikelgröße aufweisen), welches feine Partikel, mit einer bestimmten Partikelgröße und grobe Partikel mit einer bestimmten Partikelgröße umfaßt, und bei dem weiterhin das Verhältnis (SA/SB) zwischen diesen feinen Partikeln und den groben Partikeln B auf einen bestimmten Wert eingestellt wird. Im Ergebnis weiterer Forschung haben die Autoren der vorliegenden Erfindung auch ermittelt, daß, wenn das zuvor beschriebene Hartmetall als Substratmaterial verwendet und mit einem bestimmten Material beschichtet wird, um ein beschichtetes Hartmetall zu bilden, die vorstehend beschriebene Ausbreitung des Ermüdungsrisses unterdrückt werden kann und ein ausgezeichnetes Schneidverhalten sogar in Kombination mit Qualitätsstahl oder schwer zu bearbeitenden Materialien erreicht werden kann, und so die vorliegende Erfindung geschaffen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein Diagramm, welches schematisch ein Beispiel eines Verhältnisses zwischen den WC-Partikelgrößen und den Abständen der WC-Partikel zeigt, welche eine entsprechende Partikelgröße in einem Substratmaterial für ein beschichtetes gesintertes Karbid nach der vorliegenden Erfindung aufweisen.
Fig. 2 ist eine schematische Querschnittsdarstellung, welche ein Beispiel eines Verhältnisses zwischen groben WC-Partikeln, feinen WC-Partikeln und einer Bindephase in dem erfindungsgemäßen beschichteten gesinterten Karbid zeigt.
Fig. 3 ist eine schematische Querschnittsdarstellung, welche einen Zustand beim Fortschreitens eines Risses in einem groben WC-Partikel zeigt.
Fig. 4 ist eine schematische Querschnittsdarstellung, welche einen Zustand beim Fortschreiten eines Risses entlang einer Phasengrenze zwischen den WC- Partikeln und einer Bindephase zeigt.
Fig. 5 (Tabelle 10) ist eine Tabelle, welche ein Flächenverhältnis der feinen Partikel A zu den groben Partikeln B angibt sowie die Zusammensetzung von jedem der erhaltenen Muster aus gesintertem Karbid, wie sie im Beispiel 4 nachfolgend beschrieben werden.
Fig. 6 (Tabelle 11) ist eine Tabelle, welche die Schneid-Lebensdauer von jeder der Kombinationen aus gesinterten Karbidsubstratmaterialien und der Deckschichten angibt, welche sich im nachfolgend beschriebenen Beispiel 4 ergeben, wenn sie der Leistungsauswertung unter Schneidbedingungen (1), wie nachfolgend beschrieben, unterzogen werden.
Fig. 7 (Tabelle 12) ist eine Tabelle, welche die Schneid-Lebensdauer jeder der Kombinationen von gesinterten Karbidsubstratmaterialien und Deckschichten zeigt, die im nachfolgend beschriebenen Beispiel 4 erlangt werden, wenn sie der Leistungsauswertung unter Schneidbedingungen (2), die nachfolgend beschrieben sind, unterzogen werden.
Fig. 8 (Tabelle 13) ist eine Tabelle, die ein Flächenverhältnis der feinen Partikel A zu den groben Partikeln B und die Zusammensetzung von jedem der gesinterten Karbidmuster, die sich im nachfolgend beschriebenen Beispiel 5 ergeben, zeigt.
Fig. 9 (Tabelle 14) ist eine Tabelle, welche die Schneid-Lebensdauer jeder der Kombinationen von gesinterten Karbidsubstratmaterialien und Deckschichten zeigt, die sich im nachfolgend beschriebenen Beispiel 5 ergeben, wenn sie einer Leistungsauswertung unter Schneidbedingungen (3), die nachfolgend beschrieben sind, unterzogen werden.
Fig. 10 (Tabelle 15) ist eine Tabelle, welche die Schneid-Lebensdauer jeder der Kombinationen von gesinterten Karbidsubstratmaterialien und Deckschichten zeigt, die sich im nachfolgend beschriebenen Beispiel 5 ergeben, wenn sie einer Leistungsauswertung unter Schneidbedingungen (4), die nachfolgend beschrieben sind, unterzogen werden.

Beste Art der Ausführung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung soll nunmehr, soweit erforderlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, detaillierter beschrieben werden.
Das erfindungsgemäße beschichtete gesinterte Karbid umfaßt ein gesintertes Karbid auf WC (Wolframkarbid)-Basis als Substratmaterial und eine Deckschicht, welche ein bestimmtes Material aufweist, das auf einer Oberfläche des Substratmateriales abgelagert ist.

(Gesintertes Karbid auf WC-Basis)

Das bei der vorliegenden Erfindung verwendete gesinterte Karbid auf WC-Basis umfaßt mindestens 4 bis 10 Gew.-% Co als Bindephase und WC als harte Phase.

(Harte Phase)

In den WC-Kristallen als harte Phase, welche das Substratmaterial für das erfindungsgemäße beschichtete gesinterte Karbid bildet, werden nicht weniger als 70% der Fläche (vorzugsweise nicht weniger als 80% der Fläche) der gesamten WC-Kristalle entweder einer der Gruppen von feinen Partikeln A, welche eine Partikelgröße von 0,1 bis 1 um oder einer Gruppe von groben Partikeln B, die eine Partikelgröße von 3 bis 10 um (bevorzugter von 3 bis 6 um) aufweisen, zugeordnet. Entsprechend der vorliegenden Erfindung, wenn die Durchschnittspartikelgröße der feinen Partikel A mit PA und die Durchschnittspartikelgröße der groben Partikel B mit PB bezeichnet wird, ist das Verhältnis PB/PA vorzugsweise 3 oder größer, noch bevorzugter 5 oder größer (besonders bevorzugt 7 oder größer).
Diese durchschnittlichen Partikelgrößen PA und PB können z. B. in der folgenden Weise bestimmt werden. Ein zufällig gewählter Querschnitt einer zu beurteilenden Legierung wird spiegelpoliert, und fünf Felder des Querschnittes werden mit einer Vergrößerung von nicht weniger als 1500 (1500fach) fotografiert. Von den in dieser Weise gewonnenen fünf Fotografien wird die Durchschnittspartikelgröße (PA) der feinen Partikel und die Durchschnittspartikelgröße (PB) der groben Partikel B mittels eines Bildverarbeitungsgerätes bestimmt.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung können die Partikelgrößen der gesamten WC-Kristalle entweder in die vorgenannten beiden Arten von Partikelgrößen (d. h. 0,1 bis 1 um und 3 bis 10 um) fallen. Im Hinblick auf eine Erleichterung der Vorbereitung des für diesen Zweck verwendeten gesinterten Karbides ist es jedoch vorteilhaft, daß nicht weniger als 70% der Fläche (bevorzugter nicht weniger als 80% der Fläche) der gesamten WC-Kristalle, in die eine oder andere der vorgenannten Gruppen von feinen Partikeln A und groben Partikeln B klassifiziert werden.
Die vorgenannten feinen Partikel A haben hauptsächlich die Funktion, die Festigkeit und Härte des Substratmaterials für das beschichtete gesinterte Karbid zu erhöhen, und die groben Partikel B haben hauptsächlich die Funktion, die Ausbreitung eines Ermüdungsrisses zu verhindern.
Entsprechend dem Stand der Technik in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 170451/1987 hat, wie vorstehend beschrieben, ein gesintertes Karbid ein Gewichtsverhältnis AB von feinen Partikeln A zu groben Partikeln B von 0,33 zu 3 (was einem Verhältnis von 0,48 zu 2,08 entspricht, wenn es in ein Flächenverhältnis umgerechnet wird). Nach den Ermittlungen der Autoren der vorliegenden Erfindung hat sich gezeigt, daß im Falle, daß das Verhältnis der feinen Partikel zu den groben Partikeln in einen solchen Bereich fällt, die Wirkung der Unterdrückung der Ausbreitung eines Ermüdungsrisses ungenügend ist, wenn es als beschichtetes Schneidwerkzeug verwendet wird.
Weiterhin schlägt die vorgenannte japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 255795/1993 ein beschichtetes gesintertes Karbid vor, in welchem WC-Partikel in grobe Partikel, mittlere Partikel und feine Partikel eingeteilt und deren Anteile bestimmt werden. Nach den Forschungen der Autoren der vorliegenden Erfindung hat sich jedoch gezeigt, daß die Partikelgrößenverteilung der WC-Partikel in diesem gesinterten Karbid gleichförmig ist, und deshalb können die groben und die feinen WC-Partikel nicht in vollem Maße ihre vorherrschenden Eigenschaften entfalten.
Im Gegensatz dazu wird, weil die vorliegende Erfindung das Flächenverhältnis SA/SB der feinen Partikel A zu den groben Partikeln B im Bereich von 0,22 bis 0,45, basierend auf einem Flächenverhältnis in einem spiegelpolierten Gefüge eines zufällig gewählten Querschnittes eines gesinterten Karbides festlegt, ein beschichtetes gesintertes Karbid geschaffen, welches in seiner Festigkeit und Zähigkeit in gut ausgeglichener Weise zwischen diesen Eigenschaften verbessert wurde, ohne daß die vorherrschenden Eigenschaften der o. g. Arten von Partikeln und B verloren gehen. Insbesondere beim Einsatz eines solchen erfindungsgemäßen beschichteten gesinterten Karbides für ein Werkzeug, z. B. ein Schneidwerkzeug, wird die Ausbreitung eines Ermüdungsrisses in besonderer Weise unterdrückt, während es seine Biegefestigkeit und Härte gut beibehält. Infolgedessen zeigt das beschichtete gesinterte Karbid ausgezeichnete Schneideigenschaften beim Schneiden von Qualitätsstahl oder eines schwer zu bearbeitenden Materials.
Wenn das Flächenverhältnis SA/SB der feinen Partikel A zu den groben Partikeln B, basierend auf dem Verhältnis eines spiegelpolierten Gefüges eines zufällig gewählten Querschnittes des gesinterten Karbides, weniger als 0,22 beträgt, ist die Festigkeit ungenügend, weil der Gehalt an feinen Partikeln im gesinterten Karbid zu gering ist. Andererseits, wenn das Verhältnis SA/SB 0,45 überschreitet, nimmt die Bruchzähigkeit des gesinterten Karbides ab und der Effekt zur Unterdrückung der Ausbreitung eines Ermüdungsrisses wird geschwächt.
Bei der Verteilung der Partikelgröße der WC-Kristalle des erfindungsgemäßen gesinterten Karbides ist es bevorzugt, daß mindestens zwei Spitzen (mindestens eine Spitze im feinen Partikelbereich und mindestens eine Spitze im groben Partikelbereich B), wie in Fig. 1 dargestellt, auftreten. Weiterhin kann, wie vorstehend beschrieben, das Verhältnis PB/PA der Durchschnittspartikelgrößen von zwei Arten von Partikeln vorzugsweise mindestens 3 (noch bevorzugter mindestens 5 und besonders bevorzugt mindestens 7) betragen.

(Flächenverhältnis)

Wie vorstehend beschrieben, wird in der vorliegenden Erfindung das Mengenverhältnis der feinen WC-Partikel (feinen Partikel ) zu den groben WC-Partikeln (grobe Partikel B) im Substratmaterial für ein beschichtetes gesintertes Karbid in der Form eines Flächenverhältnisses SA/SB in einem spiegelpolierten Gefüge eines zufällig gewählten Querschnittes des gesinterten Karbides bestimmt. Ein solches Flächenverhältnis SA/SB kann bevorzugt, z. B. durch das folgende Verfahren, bestimmt werden.
Nach diesem wird ein zufällig gewählter Querschnitt durch das gesinterte Karbid spiegelpoliert und dann einem Ätzen, z. B. durch Verwendung einer wäßrigen Lösung von NaOH und rotem Blutlaugensalz (K&sub3;[Fe(CN)&sub6;]), welche als "Murakami's Reagenz" bezeichnet wird, ausgesetzt. Dann werden fünf Felder (fünf Fotografien) mit einer Vergrößerung von mindestens 1500x mit einem optischen Mikroskop oder einem Scanner- Elektronenmikroskop aufgenommen. (In der in dieser Weise erhaltenen Fotografie können die WC-Partikel, weil die WC-Partikel polygonal sind, wie dies in der schematischen Ansicht nach Fig. 2 erkennbar ist, von der Bindephase oder anderen Karbiden anhand ihrer Farbtönungen unterschieden werden.) Die so erhaltenen Fotografien (alle fünf Felder) werden einem Digitalisierungsprozeß mit einem Bildverarbeitungsgerät (Handelsname: LA555, hergestellt von Pias Kabushiki Kaisha) ausgesetzt (sie werden in binäre Daten gewandelt), so daß die WC-Partikel selektiv mit einer schwarzen Farbe und andere Bereiche mit einer weißen Farbe versehen werden. Dann werden die resultierenden Daten einer Partikel-Dispersionsverarbeitung (Partikel-Trennverarbeitung) unterzogen, so daß der Effekt des Überlappens der jeweiligen Partikel ausgeschlossen wird. Danach werden die jeweiligen Partikel in die vorbestimmten zwei Arten von Gruppen klassifiziert, d. h. in feine Partikel A und grobe Partikel B, wobei die Gesamtfläche der feinen Partikel (SA), die Gesamtfläche der groben Partikel B (SB) und ein Flächenverhältnis SA/SB der feinen Partikel A zu den groben Partikeln B bestimmt werden.
Bezüglich der Partikelgröße (oder des Partikeldurchmessers) wird, wie im Standard der o. g. Klassifikation), das Maximum der Längen der Diagonalen im Falle von polygonalen WC-Partikeln, oder das Maximum der Längen der Seiten im Falle von dreieckigen WC-Partikeln als Wert der Partikelgröße angenommen, und Partikel, welche eine Partikelgröße von 0,1 bis 1 um aufweisen, werden als feine Partikel und Partikel, welche eine Partikelgröße von 3 bis 10 um aufweisen, werden als grobe Partikel B klassifiziert.
Wenn die WC-Partikel, die das gesinterte Karbid bilden, im wesentlichen kugelförmig sind, wird die Partikelgröße der feinen Partikel mit rA und die Partikelgröße der groben Partikel B durch r5 bezeichnet, wobei die Fläche durch π(r/2)² und das Volumen durch 4π(r/2)³/3 bestimmt wird. Dementsprechend wird das Flächenverhältnis X der feinen Partikel A zu den groben Partikeln B durch (rA/rB)² bestimmt. Weiterhin wird das Volumenverhältnis Y der feinen Partikel zu den groben Partikeln B durch (rA/rB)³ bestimmt. Weil die Dichten von kleineren Kugeln und größeren Kugeln dieselben sind, ist das zuvor erwähnte Volumenverhältnis Y auch dem Gewichtsverhältnis der feinen Partikel zu den groben Partikel B gleich. Dementsprechend wird in einem solchen Fall eine Beziehung Y = X3/2 vorgesehen, und deshalb entspricht ein Flächenverhältnis X von 0,22 einem Gewichtsverhältnis Y von 0,1, und ein Flächenverhältnis X von 0,45 entspricht einem Gewichtsverhältnis Y von 0,3.

(Substratmaterial für einbeschichtetes gesintertes Karbid)

Wie vorstehend beschrieben, ist das Substratmaterial für ein erfindungsgemäßes beschichtetes, gesintertes Karbid auf der Grundlage einer optimalen Kombination der feinen Partikel A und der groben Partikel B, welche die WC-Kristalle bilden, sowohl in seiner Festigkeit als auch in seiner Zähigkeit ausgezeichnet. Dementsprechend kann, wenn eine solches Substratmaterial mit einer geeigneten keramischen Schicht oder einem Film entsprechend seiner Verwendung überzogen wird, daß erfindungsgemäße Substratmaterial als optimales Material für ein Werkzeug zum Schneiden schwer zu bearbeitenden Materials sowie von Qualitätsstahl fungieren.
Auf der Basis der Kombination der feinen Partikel und der groben Partikel, welche die vorbestimmten Partikelgrößen aufweisen, hat das erfindungsgemäße gesinterte Karbid eine solche Struktur, daß die feinen WC-Partikel in die Zwischenräume um die groben WC-Partikel eintreten, so daß die Zwischenräume um die groben WC-Partikel mit feinen WC-Partikeln gefüllt sind, wie dies in Fig. 2 erkennbar ist. Dementsprechend kann das gesinterte Karbid unter Verwendung einer nur kleinen Menge einer Bindephase gebildet werden, wodurch eine ausgezeichnete Widerstandsfähigkeit gegenüber plastischer Verformung entsteht. Zusätzlich wird, entsprechend der Forschung der Autoren der vorliegenden Erfindung in dem Fall, daß dieselbe Menge einer Bindephase verwendet wird, angenommen, daß die mechanische Eigenschaft aufgrund der Vergrößerung der mittleren freien Weglänge der Bindephase im gesamten gesinterten Karbid verbessert wird.

(Bindephase)

In dem erfindungsgemäßen Substratmaterial iür ein beschichtetes gesintertes Karbid kann die Zähigkeit des gesinterten Karbides auf Basis der zuvor beschriebenen optimalen Kombination der feinen Partikel und der groben Partikel der WC-Kristalle erhöht werden, selbst wenn der Anteil von Co, welches die Bindephase bildet, nicht speziell geregelt ist (z. B. selbst dann, wenn die Co- Menge nicht erhöht wird). Im allgemeinen kann der Co-Gehalt in einem Bereich von 4 bis 10 Gew.-% liegen. Wenn der Co-Gehalt geringer ist als 4 Gew.-%, nimmt die Zähigkeit beträchtlich ab. Andererseits, wenn der Co-Gehalt 10 Gew.- % übersteigt, verringert sich die Widerstandsfähigkeit gegenüber plastischer Verformung.

(Andere Komponenten)

Die Bindephase, welche das erfindungsgemäße gesinterte Karbid bildet, kann als andere harte Partikel ein oder mehrere Materialien enthalten, die aus Karbiden, Nitriden oder Karbonitriden von V oder Cr, und/oder V und/oder Cr ausgewählt sind. Diese "anderen harten Partikel" haben die Funktion, ein außerordentliches Kornwachstum infolge der Auflösung und Abscheidung der feinen WC-Kristalle zu vermeiden, und deren Gesamtmenge soll vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0,1 bis 3 Gew.-% liegen. Wenn die Gesamtmenge der "anderen harten Partikel" geringer als 0,1 Gew.-% im gesamten Metall ist, wird die Wirkung zur Verhinderung des Korngrößenwachstums ungenügend. Andererseits, wenn deren Gesamtmenge 3 Gew.-% überschreitet, kann sie die Festigkeit des gesinterten Karbides ungünstig beeinflussen. Dementsprechend sollte der Gehalt an "anderen harten Partikeln" im Bereich zwischen 0,1 bis 3 Gew.-% auf der Grundlage des gesamten gesinterten Karbides liegen.
Weiterhin kann das erfindungsgemäße gesinterte Karbidsubstratmaterial eines oder mehrere Karbide von Ti, Nb oder Ta und/oder eine feste Lösung von diesen Materialien enthalten. Das eine oder die mehreren Karbide von Ti, Nb oder Ta und/oder die feste Lösung von diesen hat die Funktion, die Festigkeit, die Härte bei hohen Temperaturen, die thermische Leitfähigkeit und die Widerstandsfähigkeit gegenüber Kraterbildung (Widerstandsfähigkeit gegenüber Abnutzung) des gesinterten Karbides zu erhöhen. Wenn jedoch eine außerordentlich große Menge von diesen Karbiden dem Substratmaterial für das erfindungsgemäße beschichtete gesinterte Karbid hinzugefügt wird, kann die Festigkeit des gesinterten Karbides beträchtlich abnehmen. Dementsprechend sollte der Anteil dieser Karbide und deren fester Lösung insgesamt vorzugsweise 5 Gew.-% oder weniger betragen.

(Vorbereitung des gesinterten Karbidsubstratmaterials)

Das Substratmaterial für ein erfindungsgemäßes beschichtetes gesintertes Karbid kann durch Mischen von WC-Pulver als Ausgangspulver unter Kontrolle von dessen Partikelgröße entsprechend den erforderlichen Größen der feinen Partikel und der groben Partikel der WC-Kristalle und durch Sinterung des erzeugten Gemisches des WC-Pulvers zusammen mit Co-Pulver usw. hergestellt werden.
Als anzuwendendes Sinterverfahren kann zur Zeit selbstverständlich das einfache Vakuumsintern angewendet werden. Außerdem kann, wenn das Sintern unter Anwendung des isostatischen Heißpreß-(HIP)-Sinterverfahrens oder des SINTER-HIP-Sinterverfahrens durchgeführt wird, kann das entstehende gesinterte Karbid eine Querbiegefestigkeit von 300 kg/mm² oder mehr erhalten, wodurch das Schneidverhalten weiter verbessert wird.

(Eigenschaften des gesinterten Karbidsubstratmaterials)

Zusätzlich zu den vorgenannten Eigenschaften weist das erfindungsgemäße gesinterte Karbid eine ausgezeichnete Widerstandsfähigkeit gegenüber thermischem Schock auf. Diese Widerstandsfähigkeit gegenüber thermischem Schock wird durch die folgende Beziehung (Formel 1) ausgedrückt.

< Formel 1>

ΔT = K · σk/αE
(ΔT: Widerstandsfähigkeit gegenüber thermischem Schock, σ: Querbiegefestigkeit, α: Wärmeausdehnungskoeffizient, k: Wärmeleitfähigkeit, E: Elastizitätsmodul, K: Konstante)
In dem Substratmaterial für das erfindungsgemäße beschichtete gesinterte Karbid wird die Querbiegefestigkeit σ größer, weil die Fehlergröße auf der Grundlage der feinen WC-Partikel vermindert wird; die Wärmeleitfähigkeit k ist groß, weil die mittlere Weglänge der Bindephase zur Übertragung der Wärme lang ist; und der Elastizitätsmodul E und der Wärmeausdehnungskoeffizient α sind im wesentlichen gleich denen von einfachem gesinterten Karbid. Dementsprechend kann die vorstehende Beziehung (Formel 1) erklären, warum die Widerstandsfähigkeit gegenüber thermischem Schock des erfindungsgemäßen gesinterten Karbidsubstratmaterials so außergewöhnlich ist.
Es ist allgemein bekannt, daß die Querbiegefestigkeit eines gesinterten Karbides abnimmt, wenn das gesinterte Karbid mit einer keramischen Schicht beschichtet ist. Als Grund dafür wird angenommen, daß ein Riß während der Abkühlung nach der Beschichtung aufgrund der Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Substratmaterial und der Deckschicht entsteht, und der entstandene Riß in einer Weise ähnlich wie ein Griffith-Riß wirkt (auf den in Hisashi Suzuki, "Gesintertes Karbid und gesintertes Hartmaterial", Seite 213, veröffentlicht durch Maruzen K. K. hingewiesen wird). In diesem Fall kann die Tiefe des Risses, welche als Spannungskonzentrationspunkt wirkt, betrachtet werden als { (Dicke der Deckschicht) + (Tiefe des Risses, welcher in das gesinterte Karbidsubstratmaterial eindringt)}. Dementsprechend kann die Querbiegefestigkeit des beschichteten gesinterten Karbides durch folgende Beziehung ausgedrückt werden (Formel 2).

< Formel 2>

σm&supmin;¹ = σo&supmin;¹ + K(dc+dw)1/2
(am: Querbiegefestigkeit des beschichteten gesinterten Karbides, σo: Querbiegefestigkeit des gesinterten Karbidsubstratmaterials, dc: Dicke der Deckschicht, dw: Tiefe des Risses, welcher in das gesinterte Karbidsubstratmaterial eindringt, K: Konstante)
In dem erfindungsgemäßen gesinterten Karbid ist es, weil die Querbiegefestigkeit σo infolge des Vorhandenseins von feinen WC-Partikeln und die Bruchzähigkeit infolge der groben WC-Partikel groß sind, weniger wahrscheinlich, daß der Riß tief in das Substratmaterial eindringt, und die Tiefe, mit welcher der Riß in das gesinterte Karbidsubstratmaterial eindringt (dw) wird gering. Dementsprechend wird ein beschichtetes gesintertes Karbid, welches das erfindungsgemäße gesinterte Karbid als Substratmaterial verwendet, die Abnahme der Querbiegefestigkeit sogar nach dessen Beschichtung mit einer keramischen Schicht im Vergleich zu einem bekannten gesinterten Karbid vermindern, und deshalb kann ein solches beschichtetes gesintertes Karbid wirksam ein anfängliches Reißen von diesem verhindern.
Zusätzlich wird im Inneren des erfindungsgemäßen gesinterten Karbides, weil die Druckfestigkeit infolge des Vorhandenseins von groben WC-Partikeln größer wird, die Ausbreitung eines Risses verlangsamt, sogar wenn ein solcher Riß einmal entstanden ist, und es kann eine Wirkung entfalten, die das Fortschreiten der Zerstörung verlangsamt. Dementsprechend kann, wenn ein erfindungsgemäßes beschichtetes gesintertes Karbid beim Naßschneiden, beim intermittierenden Drehen oder beim Fräsen verwendet wird, bei welchen ein Werkzeug gegenüber thermischem Schock besonders empfindlich ist, die Ausbreitung eines Ermüdungsrisses besonders effektiv verhindert werden.
Die Autoren der vorliegenden Erfindung - haben das Schneiden unter Verwendung eines beschichteten gesinterten Karbides praktisch durchgeführt, welches sowohl feine Partikel als auch grobe Partikel enthielt, und haben den Zustand des Fortschreitens des entstehenden Risses genauer beobachtet. Im Ergebnis dessen hat sich bestätigt, daß der Riß sich in der Weise ausbreitet, daß er im Vergleich mit einem bekannten gesinterten Karbid eine größere Anzahl von Kurven (Bogen und/oder Abbiegungen) ausführt, und daß die Menge an Energie, die durch die Ausbreitung des Risses verbraucht wird, aufgrund der Hinzufügung von groben WC-Partikeln zu dem gesinterten Karbid erhöht ist. Im Falle, daß das gesinterte Karbid genauer oder mikroskopisch betrachtet wird, wurde herausgefunden, daß sich ein Riß oft durch ein grobes WC-Partikel ausbreitet, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Es wurde auch herausgefunden, daß der Riß veranlaßt wird, sich vorzugsweise durch oder entlang einer Phasengrenze zwischen einem WC-Partikel und einer Bindephase auszubreiten, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, um die Wirkung einer gesinterten Karbidstruktur, welcher grobe WC-Partikel zugefügt wurden, zu maximieren.
Im Ergebnis einer sorgfältigen Studie über ein Verfahren zur Kontrolle der Ausbreitung eines Risses in einer solchen Weise, haben die Autoren der vorliegenden Erfindung herausgefunden, daß die folgenden zwei Verfahren besonders effektiv sind. So führt das eine der beiden Verfahren bei einem gesinterten Karbidsubstratmaterial zu einem niedrigen Kohlenstoffgehalt und das andere Verfahren besteht darin, Ni und/oder Fe dem gesinterten Karbidsubstratmaterial hinzuzufügen. Entsprechend den Untersuchungen der Autoren der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, daß die Benetzungsfähigkeit zwischen der Bindephase und dem WC abnimmt, wenn eines der vorgenannten Verfahren angewendet wird; infolge der Abnahme der Benetzungsfähigkeit neigt beim Fortschreiten ein Materialermüdungsriß dazu, um ein grobes WC-Partikel innerhalb der Phasengrenze zwischen WC und der Bindephase geleitet zu werden, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist; und die Schneid-Lebensdauer bis zum Reißen kann in dem beschichteten gesinterten Karbid, welches erfindungsgemäß die groben WC- Partikel enthält, weiter verlängert werden.
Durch die Untersuchung der Autoren der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, daß in dem Substratmaterial für das erfindungsgemäße beschichtete gesinterte Karbid die Wirkung der Unterdrückung des Fortschreitens eines Risses besonders groß ist, wenn die folgende Bedingung erfüllt ist:
- 0,5 ≤ (X-b)/(a-b) ≤ 0,67
(vorzugsweise -0,5 ≤ (X-b)/(a-b) ≤ 0,5),
wobei X die Menge an Kohlenstoff, die im gesinterten Karbid enthalten ist, die untere Grenze des Kohlenstoffgehaltes, an welcher freier Kohlenstoff auftritt und b die obere Grenze des Kohlenstoffgehaltes, an welchem eine η-Phase auftritt, darstellen (wobei X, und b in Gew.-% angegeben sind). Wenn der Wert von (X-b) / (a-b) geringer als -0,5 ist, nimmt die Festigkeit des gesinterten Karbides selbst ab. Andererseits, wenn der Wert von (X-b) / (a-b) 0,67 überschreitet, ist der Effekt zur Steuerung des Kohlenstoffgehaltes in dem gesinterten Karbid nicht gewährleistet.
Die vorgenannte Untergrenze des Kohlenstoffgehaltes zum Auftreten von freien Kohlenstoff sowie die Obergrenze B des Kohlenstoffgehaltes zum Auftreten einer η-Phase sind Kohlenstoffgehalte, welche von der Zusammensetzung der Komponenten der harten Phase und der Zusammensetzung der Komponen ten der Bindephase in dem gesinterten Karbidsystem abhängen. Diese Kohlenstoffgehalte können experimentell bestimmt werden.
Genauer gesagt, können gesinterte Karbide z. B. so hergestellt werden, daß sie unterschiedliche Kohlenstoffgehalte in den entsprechenden Metallzusammensetzungen aufweisen und die Anteile der harten Phase, die Anteile der Bindephase und die Kohlenstoffgehalte dementsprechend bestimmt werden. Gleichzeitig wird ein zufällig gewählter Querschnitt von jedem gesinterten Karbid spiegelpoliert, um dessen Struktur zu bestimmen, und er wird dann geätzt (in gleicher Weise, wie dies bei der Bestimmung des Flächenverhältnisses der WC- Partikel vorstehend beschrieben wurde), und das Auftreten einer η-Phase und von freiem Kohlenstoff in der sich ergebenden Struktur wird mit einem optischen Mikroskop betrachtet, und dadurch wird die untere Grenze des Kohlenstoffgehaltes, an welcher freier Kohlenstoff auftritt, und die Obergrenze b des Kohlenstoffgehaltes, in welcher eine η-Phase auftritt, bestimmt.
Bei der vorliegenden Erfindung ist in dem Fall, daß Ni und/oder Fe dem Substratmaterial hinzugefügt wird, der Effekt zur Unterdrückung der Ausbreitung eines Risses ungenügend, wenn der hinzugefügte Anteil von Ni und/oder Fe geringer als 0,1 Gew.-% beträgt. Andererseits, wenn der hinzugefügte Anteil 10 Gew.-% überschreitet, bleibt der Effekt zur Unterdrückung der Ausbreitung eines Risses im wesentlichen unverändert, es wird jedoch eine Abnahme der Widerstandsfähigkeit gegen plastische Verformung beim Hochgeschwindigkeitsschneiden festgestellt. Deshalb soll in dem Fall, wenn Ni und/oder Fe dem Substratmaterial zugefügt werden, der zugefügte Anteil an Ni und/oder Fe vorzugsweise im Bereich zwischen 0,1 und 10 Gew.-% liegen.
Nach der Untersuchung der Autoren der vorliegenden Erfindung wurde bestätigt, daß die Widerstandsfähigkeit gegenüber der Ausbreitung eines Risses erhöht wird, wenn 0,1 bis 15 Gew.-% eines Nitrides und/oder eines Karbonitrides von einem oder mehreren Metallen, die aus den Gruppen IVa, Va und VIa des periodischen Systems der Elemente ausgewählt wurden, den erfindungsgemäßen gesinterten Karbidsubstratmaterial hinzugefügt werden.
Nach der Erkenntnis der Autoren der vorliegenden Erfindung ist daraus zu schließen, daß dieses Phänomen auf einer Verminderung der Benetzungs fähigkeit zwischen WC und der Bindephase oder einer niedrigen Benetzungsfähigkeit zwischen dem Nitrid und dem Karbonitrid und der Bindephase beruht.
In dem Fall, daß das vorgenannte Nitrid und/oder Karbonitrid eines oder mehrerer Metalle, die aus den Gruppen IVa, Va und VIa des periodischen Systems ausgewählt wurden, in einer Menge von 0,1 bis 15 Gew.-% hinzugefügt werden, wird ein Wachstum der Korngröße von WC unterdrückt, und deshalb wird die Festigkeit der Legierung erhöht, und die Widerstandsfähigkeit gegenüber einer kraterförmigen Abnutzung (einer Abnutzung, welche einen Krater bildet), wird ebenfalls verbessert. Insbesondere, wenn ein Nitrid und/oder Karbonitrid von einem oder mehreren Metallen, die aus Zr, Ta und Nb ausgewählt werden, hinzugefügt wird, können diese Wirkungen in einer bevorzugten Weise weiter erhöht werden. Wenn die hinzugefügte Menge von Nitrid und/oder. Karbonitrid geringer als 0,1 Gew.-% beträgt, ist die vorgenannte Wirkung ungenügend. Andererseits, wenn die hinzugefügte Menge 15 Gew.-% überschreitet, wird die Festigkeit der Legierung merklich vermindert. Dementsprechend soll, wenn ein Nitrid und/oder Karbonitrid eines oder mehrerer Metalle, die von Zr, Ta und Nb ausgewählt sind, der Legierung hinzugefügt werden, die (gesamte) zugefügte Menge vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0,1 und 15 Gew.-% liegen.
Außerdem, wenn eine Schicht mit verminderter β-Phase auf der Oberfläche des Substratmateriales gebildet wird, um ein erfindungsgemäßes beschichtetes gesintertes Karbid zu bilden, entstehen in der Schicht mit verminderter β-Phase grobe WC-Partikel, und die Ausbreitung eines Risses wird im Vergleich mit einem herkömmlichen gesinterten Karbid wirksamer verhindert, zusätzlich zu der Wirkung eines Anstieges der Menge der Bindephase, wodurch die Wirkung zur Unterdrückung des erstmaligen Auftretens eines Risses groß wird. Deshalb kann, wenn eine solche Schicht mit verminderter β-Phase gebildet wird, ein beschichtetes gesintertes Karbid erzeugt werden, welches gegenüber einem erstmals auftretendem Riß widerstandsfähiger ist. Außerdem wird in einem solchen Fall, weil die Widerstandsfähigkeit gegenüber der Ausbreitung des Risses im Inneren des gesinterten Karbides vergrößert wird, ein beschichtetes gesintertes Karbid hergestellt werden, welches auch gegenüber einem Ermüdungsriß widerstandsfähig ist. Mit anderen Worten, wenn in einem Bereich benachbart zur Oberfläche eines gesinterten Karbidsubstratmaterials eine 5 bis 50 um dicke Phase in der Weise gebildet wird, daß ein Karbid, ein Nitrid oder ein Karbonitrid von einem oder mehreren Metallen, die aus den Gruppen IVa, Va und VIa (mit Ausnahme von WC) und/oder feste Lösungen davon, nicht oder im Vergleich zum Inneren des gesinterten Karbides vermindert vorhanden sind, kann ein Substratmaterial für ein beschichtetes gesintertes Karbid hergestellt werden, welches bessere Eigenschaften aufweist. Wenn jedoch die Dicke einer solchen Phase geringer ist als 5 um, ist dieser Effekt ungenügend. Andererseits, wenn die Dicke 50 um übersteigt, wird die Widerstandsfähigkeit gegenüber plastischer Verformung in unerwünschter Weise merklich reduziert.
Wie vorstehend beschrieben, wird für das erfindungsgemäße beschichtete gesinterte Karbid als zu beschichtendes Substratmaterial ein gesintertes Karbidsubstratmaterial verwendet, welches ein optimales Verhältnis von zwei Sorten von WC-Partikeln umfaßt, deren Partikelgrößen sich klar unterscheiden (z. B. haben die groben Partikel eine Durchschnittsgröße, welche mindestens Smal größer als die der kleinen Partikel ist). Dadurch hat das erfindungsgemäße beschichtete gesinterte Karbid eine gut ausgewogene Festigkeit und Zähigkeit, eine ausgezeichnete Widerstandsfähigkeit gegenüber thermischem Schock, eine geringe Verminderung der Festigkeit nach Bildung der darauf abzulagernden Deckschicht, und es ist in hohem Maße widerstandsfähig gegenüber der Ausbreitung eines Ermüdungsrisses. Deshalb hat das erfindungsgemäße gesinterte Karbid als beschichtetes gesintertes Karbid ausgezeichnete Eigenschaften, insbesondere als beschichtetes gesintertes Karbid, welches zum Schneiden verwendet wird.

(Beschichtetes gesintertes Karbid zum Schneiden)

Ein beschichtetes gesintertes Karbid zum Schneiden von Qualitätsstahl und schwer zu bearbeitendem Material, welches besonders hervorragende Eigenschaften aufweist, soll nachfolgend im einzelnen beschrieben werden.
(1) Ein beschichtetes gesintertes Karbid umfaßt: Ein gesintertes Karbid auf WC-Basis als Substratmaterial, welches 4 bis 10 Gew.-% von Co als Bindephase und eine Deckschicht mit einer Gesamtdicke von 5 bis 100 um, die auf der Oberfläche des gesinterten Karbides angeordnet ist, aufweist. In dem gesinterten Karbidsubstratmaterial sind mindestens 80% der WC-Kristalle entweder in eine Gruppe von feinen Partikeln , die eine Partikelgröße von 0,1 bis 1 um aufweisen, oder in eine Gruppe von groben Partikeln B, welche eine Partikelgröße von 3 bis 10 um aufweisen, klassifiziert, und das Flächenverhältnis SA/SB der feinen Partikel A zu den groben Partikeln B liegt in einem Bereich zwischen 0,22 und 0,45 anhand einer spiegelpolierten Struktur eines zufälligen Querschnittes des gesinterten Karbides. Die Deckschicht umfaßt eine einzige Schicht oder eine Mehrzahl von Schichten, welche ein Karbid, ein Nitrid, ein Karbonitrid, ein Karbooxid oder ein Bornitrid von Ti, Zr und/oder Hf umfaßt; sowie eine einzige Schicht oder eine Mehrzahl von Schichten, welche ein Oxid von Ti, Zr oder Hf oder Al&sub2;O&sub3; enthält. Ein solches beschichtetes gesintertes Karbid zeigt beim Schneiden von Qualitätsstahl ein besonders hervorragendes Verhalten. Speziell ein bekanntes beschichtetes gesintertes Karbid mit einer Keramikschicht mit einer Dicke von 20 um oder mehr konnte praktisch nicht verwendet werden, weil es eine nur geringe Rißfestigkeit zeigte. Ein erfindungsgemäßes beschichtetes gesintertes Karbid zeigt jedoch eine ausgezeichnete Qualität und kann zum Hochgeschwindigkeitsschneiden von Stahl in der Praxis eingesetzt werden.
Die zuvor beschriebene Deckschicht kann durch ein einfaches chemisches Dampfabscheidungsverfahren (CVD-Verfahren) oder durch ein einfaches physikalisches Dampfabscheidungsverfahren (PVD-Verfahren) gebildet werden. Wenn die Dicke der gesamten Deckschicht weniger als 5 um beträgt, ist die Verbesserung der Widerstandsfähigkeit gegen Verschleiß durch die Deckschicht ungenügend. Andererseits, wenn die Dicke der Deckschicht 100 um übersteigt, wird die Rißfestigkeit des beschichteten gesinterten Karbides reduziert. Deshalb sollte die Dicke der zuvor beschriebenen gesamten Deckschicht vorzugsweise in einem Bereich von 5 bis 100 um liegen.
(2) Ein beschichtetes gesintertes Karbid umfaßt: Ein gesintertes Karbid auf WC-Basis als Substratmaterial, welches 4 bis 10 Gew.-% Co als Bindephase enthält, sowie eine Deckschicht mit einer Gesamtdicke von 0,2 bis 10 um, die auf der Oberfläche des gesinterten Karbides abgelagert ist. In dem gesinterten Karbidsubstratmaterial sind mindestens 80% der WC-Kristalle in die eine Gruppe der feinen Partikel welche eine Partikelgröße von 0,1 bis 1 um aufweisen, und in eine Gruppe von groben Partikeln B, welche eine Partikelgröße von 3 bis 10 um aufweisen, klassifiziert; wobei das Flächenverhältnis SA/SB der feinen Partikel zu den groben Partikeln B in einem Bereich von 0,22 bis 0,45 auf der Grundlage einer spiegelpolierten Struktur eines zufälligen Querschnittes des gesinterten Karbides liegt; und wenn der Anteil des Kohlenstoffes, welcher im gesinterten Karbid enthalten ist, mit X, die untere Grenze des Kohlenstoff gehaltes für die Bildung freien Kohlenstoffes mit und die Obergrenze des Kohlenstoffgehaltes zur Bildung einer η-Phase durch b bezeichnet ist (wobei X, und b in Gew.-% angegeben sind), wird die Beziehung mit -0,5 (X-b) / (a-b) ≤ 0,67 erfüllt. Die Deckschicht umfaßt eine einzelne Schicht oder eine Mehrzahl von Schichten, welche ein Karbid, ein Nitrid oder Karbonitrid von Ti oder ein Karbid, ein Nitrid oder ein Karbonitrid von einer Legierung aus Ti und Al umfaßt. Ein solches gesintertes Karbid ist besonders geeignet, zur Verwendung als Schneidwerkzeug für ein schwer zu bearbeitendes Material.
Die zuvor beschriebene Deckschicht kann durch Anwendung eines einfachen chemischen Dampfabscheidungsverfahrens (CVD-Verfahren) oder eines einfachen physikalischen Dampfabscheidungsverfahrens (PVD-Verfahren) gebildet werden. Im Vergleich besitzt ein beschichtetes gesintertes Karbid, welches eine Deckschicht umfaßt, die durch einen physikalischen Dampfabscheidungsprozeß gebildet wurde, eine Restdruckspannung in der Deckschicht, und deshalb ist es weniger wahrscheinlich, daß ein Riß in dieser entsteht, und das gesinterte Karbid behält als Substratmaterial auch nach der Beschichtung eine ausgezeichnete Festigkeit und Zähigkeit bei. Deshalb ist ein solches beschichtetes gesintertes Karbid selbst beim Schneiden eines schwer zu bearbeitenden Materials und weiterhin in Kombination mit der Verbesserung der Widerstandsfähigkeit gegenüber Kaltverschweißung, welche durch die Deckschicht gewährleistet wird, gegenüber dem Abblättern weniger empfindlich, und das beschichtete gesinterte Karbid kann die Lebensdauer eines Werkzeuges beim Schneiden eines schwer zu bearbeitenden Materials merklich verlängern.
Wenn die Dicke der gesamten Deckschicht weniger als 0,2 um beträgt, ist die Wirkung der Beschichtung ungenügend. Andererseits, wenn die Dicke der Deckschicht 10 um überschreitet, wird die Festigkeit vermindert. Deshalb sollte die Dicke der vorstehend beschriebenen gesamten Deckschicht vorzugsweise in einem Bereich zwischen 0,2 und 10 um liegen.

(Anteil der einzelnen Komponenten usw.)

Die Werte der Anteile usw. der jeweiligen Komponenten oder der in der Beschreibung und den Patentansprüchen beschriebenen Bestandteile kann z. B. bestimmt werden, indem das gesinterte Produkt einer quantitativen Analyse unterzogen wird, um die Anteile der Bestandteile in der folgenden Weise zu ermitteln:
Co: elektrometrische Maßanalyse (Meßgerät: "KY8" (Handelsname), hergestellt von Yanagimoto K. K.; Literatur: "Handbuch der analytischen Chemie" (dritte bearbeitete Auflage), S. 102, herausgegeben durch die japanische Gesellschaft für analytische Chemie)
Ni, Ti, Ta, Nb, Zr usw.: ICP-Verfahren (Induktiv gekoppelte Plasma-Atom- Emissions-Spektrometrie) (Meßgerät: "SPS1200VR" (Handelsname), hergestellt durch Seiko Densi Kogyo K. K.)
C: thermisches Leitfähigkeitsverfahren (Meßgerät: "WR112" hergestellt von LECO Co.),
O: (Infrarot-Absorptionsverfahren), N (thermisches Leitfähigkeitsverfahren), (Meßgerät: "TC136", LECO Co.)
Fe: Atom-Absorptionsspektrometrie (Meßgerät: Z-6100 (Handelsname), hergestellt von Hitachi Seisakusho, Literatur: Tsugio Takeuchi, "Atom- Absorptionsspektrometrie" herausgegeben von Nankodo; Polarisations- Zeeman-Effekt-Atomabsorption, Hitachi Seisakusho, "Hitachi Physical and Chemical Instrunental Analysis Data" S. 263)
Weiterhin kann das Vorhandensein einer "festen Lösung" durch eine qualitative Röntgenanalyse (Literatur: Elichi Asada, "Röntgenanalyse" S. 90 (Kyoritsu Shuppan)) bestimmt werden.
Im weiteren soll die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf Beispiele näher beschrieben werden.

Beispiel 1

Handelsübliches feines WC-Pulver, welches eine Durchschnittspartikelgröße von 0,5 um aufweist, Co-Pulver, Cr&sub3;C&sub2;-Pulver, VC-Pulver und grobes WC-Pulver, welche eine Durchschnittspartikelgröße von 5 um aufweist, wurde bereitgestellt. Diese Ausgangsmaterial-Pulver wurden unter Verwendung einer Kugelmühle innerhalb von 24 Stunden einem Naßmischen ausgesetzt und dann getrocknet und unter einem Druck von 1,5 kg/cm² preßgeformt. Dann wurden die in dieser Weise erhaltenen gepreßten Pulverprodukte im Vakuum bei 1450ºC gesintert und danach einer HIP-Behandlung unter einem Druck von 1000 kg/cm² ausgesetzt.
Es wurden mehrere Arten von gesinterten Karbiden, welche unterschiedliche Partikelgrößenverteilungen der WC-Kristalle als harte Phase besitzen, durch das vorgenannte Verfahren vorbereitet, indem das Verhältnis der als WC-Pulver verwendeten feinen Partikel und der groben Partikel gesteuert wurde.
Die im folgenden dargestellte Tabelle 1 zeigt die Verhältnisse der feinen Partikel , welche eine Partikelgröße von 0,1 bis 1,0 um in den WC-Kristallen aufweisen, zu den groben Partikeln B, welche eine Partikelgröße von 3,0 bis 10 um in den WC-Kristallen aufweisen, und von Co, Cr und V in Bezug auf die gesamte Legierung, und das Verhältnis (Flächenverhältnis) SA/SB der feinen WC-Partikel zu den groben WC-Partikeln B für die jeweiligen gesinterten Karbide, die in dieser Weise hergestellt wurden. Die Partikelgrößenverteilung der WC-Kristalle in dem gesinterten Karbid wurde auf der Basis der Betrachtung einer spiegelpolierten Struktur eines gesinterten Karbides mit einem optischen Mikroskop oder mit einem Scanner-Elektronenmikroskop, wie dies zuvor beschrieben wurde, gemessen.
Im Falle des erfindungsgemäßen "Musters Nr. 8", wie es in Tabelle 1 dargestellt ist, war V in dem gesinterten Karbid teilweise in Form eines Karbides vorhanden, und im Falle eines anderen erfindungsgemäßen "Musters Nr. 11" war Cr in dem gesinterten Karbid teilweise in Form eines Karbides vorhanden.
Jedes der so hergestellten gesinterten Karbide wurde als Substratmaterial verwendet, und es wurde eine Deckschicht auf der Oberfläche des Substratmaterials durch Anwendung eines einfachen CVD-Verfahrens (wie in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 3234/1987, d. h. Sho 62-3234 beschrieben) entsprechend der nachfolgenden Tabelle 2 aufgebracht.
Jedes der so hergestellten beschichteten gesinterten Karbide (jedes als Kombination eines Substratmaterials und einer Deckschicht, wie sie in Tabellen 3 und 4 im weiteren beschrieben sind) wurde als Schneidwerkzeug ausgebildet, welches die Form des "Modells SNMG 120412" entsprechend der japanischen Industrienorm (JIS) besitzt, und deren Ausführung wurde unter Berücksichtigung der folgenden beiden Arten von Schneidbedingungen durch Verwendung eines Werkstückes (eines zu schneidenden Materials) von "SCM415 (HB180)" entsprechend der JIS festgelegt. In jedem der festgelegten Versuche wurde die Zeit, bis die Flankenabnutzung einen Betrag von 0,2 mm erreichte oder die Zeitdauer bis ein Riß auftrat, gemessen und als Schneid-Lebensdauer bezeichnet. Alle in dieser Weise erlangten Ergebnisse sind in den im weiteren dargestellten Tabellen 3 und 4 zusammengestellt.

Versuchsbedingungen 1 (wiederholte Drehbearbeitungen von 3 Sekunden)

Schnittgeschwindigkeit: 500 m/min
Vorschub: 0,5 mm/U
Schnittiefe: 1,5 mm
Naßschneiden

Versuchsbedingungen 2 (intermittierende Drehbearbeitungen von 4v-U- Stahl

Schnittgeschwindigkeit: 250 m/min
Vorschub: 0,4 mm/U
Schnittiefe: 1,5 mm
Naßschneiden
Wie die in den vorstehenden Tabellen 3 und 4 dargestellten Ergebnisse zeigen, wurde herausgefunden, daß jedes der Schneidwerkzeuge, das ein erfindungsgemäßes beschichtetes gesintertes Karbidmuster umfaßte, welches ein gesintertes Karbidsubstratmaterial besaß, das feine WC-Partikel und grobe WC- Partikel sowie eine Deckschicht auf der Oberfläche des Substratmaterials aufwies, welches ein Oxid umfaßte, in der Verschleißfestigkeit und in der Rißfestigkeit beim Schneiden von Qualitätsstahl ein ausgezeichnetes Verhalten besaß und in der Schneidausführung verbessert wurde.
Wenn jedes der in Tabelle 1 aufgelisteten gesinterten Karbide allein als Schneidwerkzeug (ohne die Bildung einer darauf abgelagerten Deckschicht) verwendet wurde, trat sofort der Verlust des Werkzeuges innerhalb einer Sekunde, gemessen vom Beginn der Bearbeitung, sowohl bei den Schneidbedingungen 1 als auch 2 ein. Deshalb kann das gesinterte Karbid allein keinesfalls als Schneidwerkzeug verwendet werden. Tabelle 1 Tabelle 2 Tabelle 3 Schneid-Lebensdauer (Min.) Tabelle 4 Schneid-Lebensdauer (Min.)

Beispiel 2

Handelsübliches feines WC-Pulver, das eine durchschnittliche Partikelgröße von 0,5 um aufwies, Co-Pulver, TiC-Pulver, TaC-Pulver, NbC-Pulver, Cr&sub3;C&sub2;-Pulver, VC-Pulver und grobes WC-Pulver, welche eine durchschnittliche Partikelgröße von 5 um aufwiesen, wurden bereitgestellt. Diese Ausgangsmaterial-Pulver wurden für 24 Stunden einem Naßmischen unter Verwendung einer Kugelmühle ausgesetzt und dann getrocknet und unter einem Druck von 1,5 kg/cm² preßgeformt. Dann wurden die gepreßten, in dieser Weise erhaltenen Pulvererzeugnisse im Vakuum bei 1450ºC gesintert und danach einer HIP-Behandlung unter einem Druck von 1000 kg/cm² ausgesetzt.
Eine Anzahl von Arten von gesinterten Karbiden, welche unterschiedliche Partikelgrößenverteilungen der WC-Kristalle als harte Phase besaßen, wurden entsprechend dem vorgenannten Verfahren vorbereitet, indem das Verhältnis der zu verwendenden feinen Partikel und der groben Partikel, welche als WC- Pulver verwendet wurden, gesteuert wurde.
Tabelle 5, welche im folgenden beschrieben wird, zeigt die Anteile der feinen Partikel A, welche eine Partikelgröße von 0,1 bis 1,0 um in WC-Kristallen aufweisen, der groben Partikel B, die eine Partikelgröße von 3,0 bis 10 gm in den WC-Kristallen aufweisen, sowie von Co, Cr und V in bezug auf die gesamte Legierung, die Anteile der zusammengesetzten Karbide (TiC-, TaC- und NbC- Anteile), und Verhältnisse (Flächenverhältnisse) SA/SB der feinen WC-Partikel A zu den groben WC-Partikeln B für die jeweiligen in dieser Weise erzeugten gesinterten Karbide. Die Partikelgrößenverteilung der WC-Kristalle in dem gesinterten Karbid wurde auf der Grundlage der Betrachtung einer spiegelpolierten Struktur des gesinterten Karbides mit einem optischen Mikroskop und einem Scanner-Elektronenmikroskop in derselben Weise wie in Beispiel 1 bestimmt.
Im Falle der erfindungsgemäßen "Muster Nr. 12 bis 15", welche zwei oder mehrere Arten von zusammengesetzten Karbiden enthalten, wie dies in Tabelle 5 dargestellt ist, sind diese Karbide in dem gesinterten Karbid in Form eines fest gelösten Karbides vorhanden, und im Falle von anderen Mustern ist W etwa in Form einer festen Lösung in dem zusammengesetzten Karbid enthalten.
Außerdem ist in den Mustern 14 und 18 V im gesinterten Karbid teilweise in Form eines Karbides von diesem, und im erfindungsgemäßen Muster Nr. 15 ist Cr im gesinterten Karbid teilweise in Form eines Karbides von diesem enthalten. Tabelle 5
Jedes der so hergestellten gesinterten Karbide wurde als Substratmaterial verwendet und eine Deckschicht wurde auf die Oberfläche des Substratmaterials in derselben Weise wie im Beispiel 1, übereinstimmend mit Tabelle 2 im Beispiel 1 (Deckschichten , B und E bis J) wie vorstehend beschrieben, gebildet.
Aus jedem der in dieser Weise hergestellten beschichteten gesinterten Karbide (jedes in Kombination eines Substratmaterials und einer Deckschicht, wie in den vorstehenden Tabellen 3 und 4 aufgelistet) wurde ein Schneidwerkzeug gebildet, welches die Form des "Modells SNMG 120412" aufwies und deren Schneideigenschaften wurden in derselben Weise wie im Beispiel 1 ausgewertet, um dadurch deren Schneid-Lebensdauer zu bestimmen. Alle erhaltenen Ergebnisse sind in den folgenden Tabellen 6 und 7 dargestellt.
Wie die Ergebnisse der Tabellen 6 und 7 zeigen, wurde gefunden, daß jedes der Schneidwerkzeuge, welches ein erfindungsgemäßes beschichtetes gesintertes Karbidmuster umfaßte, welches ein gesintertes Karbidsubstratmaterial aufwies, das aus feinen WC-Partikeln und groben WC-Partikeln sowie einer Deckschicht, die auf der Oberfläche des Substratmaterials gebildet wurde und ein Oxid umfaßte, sowohl eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit als auch Rißfestigkeit beim Schneiden von Qualitätsstahl aufwies und in der Schneidleistung verbessert wurde.
Wenn jedes der in Tabelle 5 dargestellten gesinterten Karbide als Schneidwerkzeug allein, ohne die Ausbildung einer darauf angeordneten Deckschicht erfolgte, trat sofort, innerhalb einer Sekunde, gemessen vom Beginn der Bearbeitung, unter Anwendung der Schneidbedingungen 1 und 2 ein Ausfall des Werkzeuges ein. Deshalb kann das gesinterte Karbid allein keinesfalls als Schneidwerkzeug verwendet werden. Tabelle 6 Schneidbedingung 1 Schneid-Lebensdauer (Min.) Tabelle 7 Schneidbedingung 2 Schneid-Lebensdauer (Min.)

Beispiel 3

Die Muster Nr. 6, 7, 15 und 17, die in den Beispielen 1 und 2 enthalten waren, wurden unter Veränderung des Kohlenstoffgehaltes (x) in einer Legierung in einem Bereich angewendet, welcher die Beziehung ((x-b) / (a-b)) = -0,5, 0, 0,33 und 0,67 erfüllt, und es wurden mehrere Arten von gesinterten Karbiden hergestellt.
Die Deckschichten I und J wurden, wie im Beispiel 1 dargestellt, auf den Oberflächen der gesinterten Karbide in derselben Weise wie im Beispiel 1 aufgebracht. Die Leistungsfähigkeit der so erhaltenen beschichteten gesinterten Karbide wurde unter denselben Schneidbedingungen wie im Beispiel 1 ausgewertet. Die Ergebnisse sind in den folgenden Tabellen 8 und 9 dargestellt.
Aus den Ergebnissen der zuvor beschriebenen Auswertung geht hervor, daß, wenn der Kohlenstoffgehalt (x) in der Legierung so gesteuert wird, daß er einen Bereich ((x-b) / (a-b)) = -0,5 bis 0,67 erfüllt, der erfindungsgemäße Effekt weiter verbessert wird, so daß die Schneidleistung erhöht wird. Es wurde ebenfalls herausgefunden, daß ein solcher Effekt in einem Bereich, welcher die Bedingung ((x-b) / (a-b)) = -0,5 bis 0,5 erfüllt, sich besonders bemerkbar macht. Tabelle 8 Schneidbedingung 1 Schneid-Lebensdauer (Min.) Tabelle 9 Schneidbedingung 2 Schneid-Lebensdauer (Min.)

Beispiel 4

Handelsübliche feine WC-Pulver, welche eine durchschnittliche Partikelgröße von 0,5 um besitzen, Co-Pulver, Ni-Pulver, Fe-Pulver, Cr&sub3;C&sub2;-Pulver, VC-Pulver, TiC-Pulver, NbC-Pulver, TaC-Pulver und grobe WC-Pulver, welche eine durchschnittliche Partikelgröße von 5 um aufweisen, wurden bereitgestellt. Diese Ausgangsmaterial-Pulver wurden unter Anwendung einer Kugelmühle für 24 Stunden einem Naßmischen ausgesetzt und dann getrocknet und unter einem Druck von 1,5 kg/cm² preßgeformt. Dann wurde das in dieser Weise erzeugte gepreßte Pulverprodukt im Vakuum bei 1450ºC gesintert und danach einer HIP- Behandlung unter einem Druck von 1000 kg/cm² unterzogen.
Indem das Verhältnis der feinen Partikel zu den groben Partikeln, welche als WC-Pulver verwendet wurden, gesteuert wurde, konnte eine Vielzahl von Arten von gesinterten Karbiden, welche unterschiedliche Partikelgrößenverteilungen der WC-Kristalle als harte Phase aufwiesen, entsprechend dem vorgenannten Verfahren hergestellt werden.
Tabelle 10, wie sie im folgenden dargestellt ist, zeigt Anteile der feinen Partikel , welche ein Partikelgröße von 0,1 bis 1,0 um in den WC-Kristallen aufweisen, und der groben Partikel B, welche eine Partikelgröße von 3,0 bis 10 um in den WC-Kristallen aufweisen, sowie Verhältnisse (Flächenverhältnisse) SA/SB der feinen WC-Partikel zu den groben WC-Partikeln B sowie Zusammensetzungen für die jeweiligs so hergestellten gesinterten Karbide. Die Partikelgrößenverteilung der WC-Kristalle in dem gesinterten Karbid wurde in derselben Weise wie im Beispiel 1 auf der Basis der Betrachtung einer spiegelpolierten Struktur des gesinterten Karbides mit einem optischen Mikroskop und einem Scanner- Elektronenmikroskop, wie vorstehend beschrieben, bestimmt.
Im Falle der "Muster Nr. 21, 26, 27 und 30", welche zwei oder mehrere Arten von zusammengesetzten Karbiden enthalten, waren diese Karbide in dem gesinterten Karbid in Form eines ineinander fest gelösten Karbides enthalten, und im Falle von jedem der Muster Nr. 21 und 26 bis 35 war W z. T. in Form einer festen Lösung in dem zusammengesetzten Karbid enthalten.
Außerdem war im erfindungsgemäßen Muster Nr. 29 V in dem gesinterten Karbid teilweise in Form eines Karbides von diesem enthalten, und in den erfindungsgemäßen Mustern 31 bis 35 war Cr in dem gesinterten Karbid teilweise in der Form eines Karbides von diesem enthalten.
Jedes der so erhaltenen gesinterten Karbide wurde als Substratmaterial verwendet, und es wurde eine Deckschicht auf der Oberfläche des Substratmaterials durch Anwendung eines einfachen CVD-Verfahrens in derselben Weise wie im Beispiel 1 in Übereinstimmung mit Tabelle 2 des vorstehend beschriebenen Beispiels 1 gebildet (Deckschichten A, B und E bis J).
Jedes der so hergestellten beschichteten gesinterten Karbide (jedes in Kombination eines Substratmaterials und einer Deckschicht, wie dies in den nachfolgend dargestellten Tabellen 11 und 12 aufgelistet ist) wurde zu einem Schneidwerkzeug geformt, welches die Form des "Modells SNMG 120412" aufwies, und deren Leistungsfähigkeit wurde unter den zuvor erwähnten beiden Arten von Schneidbedingungen in Beispiel 1 (d. h. der "Schneidbedingungen 1" und der "Schneidbedingungen 2") durch Verwendung eines Werkstückes aus "SCM415 (HB180)" ausgewertet. In jedem der Versuche wurde die Zeitdauer bis zu dem Zeitpunkt, bei welchem die Flankenabnutzung 0,2 mm erreichte oder die Zeitdauer, bei welcher ein Riß auftrat, als Schneid-Lebensdauer gemessen. Alle die in dieser Weise erzielten Ergebnisse sind in den nachfolgenden Tabellen 11 und 12 ausführlich aufgelistet:
Wie durch die Ergebnisse der folgenden Tabellen 11 und 12 dargestellt wird, konnte gefunden werden, daß jedes der Schneidwerkzeuge, welches ein erfindungsgemäßes beschichtetes gesintertes Karbidmuster enthielt, welches ein gesintertes Karbidsubstratmaterial aufwies, das feine WC-Partikel und grobe WC-Partikel sowie eine Deckschicht, die auf der Oberfläche des Substratmaterials gebildet wurde und aus einem Oxid bestand, aufwies, sowohl eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit als auch Rißfestigkeit beim Schneiden von Qualitätsstahl aufwies, und in der Schneidausführung verbessert wurde.
Wenn jedes der in Tabelle 10 dargestellten gesinterten Karbide allein als Schneidwerkzeug, ohne die Bildung einer darauf angeordneten Deckschicht verwendet wurde, kam es sofort zum Ausfall des Werkzeuges innerhalb einer Sekunde, gemessen vom Beginn der Bearbeitung unter einer der festgesetzten Schneidbedingungen 1 oder 2. Deshalb kann ein solches gesintertes Karbid allein als Schneidwerkzeug keinesfalls verwendet werden. Fig. 5 Tabelle 10 Fig. 6 Tabelle 11 Schneidbedingung 1 Fig. 7 Tabelle 12 Schneidbedingung 2

Beispiel 5

Handelsübliches feines WC-Pulver, das eine durchschnittliche Partikelgröße von 0,5 um aufweist, Co-Pulver, Ni-Pulver, Fe-Pulver, Cr&sub3;C&sub2;-Pulver, VC-Pulver, TiCN-Pulver, ZrCN-Pulver, HfCN-Pulver, TaCN-Pulver, NbCN-Pulver, TiN- Pulver, ZrN-Pulver, HfN-Pulver, TaN-Pulver, NbN-Pulver und grobes WC- Pulver, das eine durchschnittliche Partikelgröße von 5 um aufweist, wurden bereitgestellt. Diese als Ausgangsmaterial dienenden Pulver wurden unter Verwendung einer Kugelmühle für 24 Stunden einem Naßmischen ausgesetzt, und dann getrocknet und unter einem Druck von 1,5 kg/cm² preßgeformt. Dann wurde das in dieser Weise erhaltene gepreßte Pulverprodukt in einem Vakuum bei 1450ºC gesintert und danach einer HIP-Behandlung unter einem Druck von 1000 kg/cm² ausgesetzt.
Indem das Verhältnis der feinen Partikel zu den groben Partikeln, die als WC- Pulver verwendet wurden, gesteuert wurde, konnten eine Anzahl von Arten von gesinterten Karbiden, welche unterschiedliche Größenverteilungen der WC- Kristalle als harte Phase aufwiesen, entsprechend dem vorgenannten Verfahren hergestellt werden.
Tabelle 13 zeigt, wie im folgenden beschrieben wird, die Verhältnisse der feinen Partikel , welche eine Partikelgröße von 0,1 bis 1,0 um in den WC-Kristallen aufweisen, der groben Partikel B, welche eine Partikelgröße von 3,0 bis 10 im in den WC-Kristallen aufweisen, die Verhältnisse (Flächenverhältnisse) SA/SB der feinen WC-Partikel A zu den groben WC-Partikeln B sowie die Zusammensetzungen der in dieser Weise hergestellten jeweiligen gesinterten Karbidmuster. Außerdem besitzt Tabelle 13 auch eine Spalte "C (um)", welche die Dicke eines Bereiches in jedem Muster angibt, in welchem ein Karbonitrid eines Metalles, welches aus den Gruppen IVa, Va und VIa des periodischen Systems ausgewählt wurde (mit Ausnahme von WC) in der Nähe der Oberfläche des Substratmateriales in seinem Anteil, verglichen mit dem im Inneren des gesinterten Karbides, reduziert oder entfernt wurde.
Die Verteilung der Partikelgröße der WC-Kristalle im gesinterten Karbid wurde in derselben Weise wie in Beispiel 1 auf der Basis einer Betrachtung einer spiegelpolierten Struktur des gesinterten Karbides mit einem optischen Mikroskop und einem elektronischen Scannermikroskop, wie zuvor beschrieben, gemessen.
Jedes der "Muster Nr. 36 bis 43" enthält zwei oder mehr Arten von zusammengesetzten Karbiden, und diese Karbide sind in dem gesinterten Karbid in Form eines ineinander fest gelösten Karbides vorhanden. In jedem der Muster war W teilweise in Form einer festen Lösung im dem zusammengesetzten Karbid enthalten.
Außerdem war im erfindungsgemäßen Muster Nr. 42 V im gesinterten Karbid teilweise in Form eines Karbides von diesem enthalten, und im erfindungsgemäßen Muster Nr. 39 war Cr im gesinterten Karbid teilweise in Form eines Karbides von diesem enthalten.
Jedes der so gewonnenen gesinterten Karbide wurde als Substratmaterial verwendet und es wurde eine Deckschicht auf die Oberfläche des Substratmateriales unter Anwendung eines einfachen CVD-Verfahrens in derselben Weise wie im Beispiel 1 entsprechend Tabelle 2 im vorstehend beschriebenen Beispiel 1 aufgebracht (die Deckschichten , B, und E bis J).
Aus jedem der in dieser Weise hergestellten beschichteten gesinterten Karbide (jedes in Kombination eines Substratmaterials und einer Deckschicht, wie sie in den nachfolgenden Tabellen 14 und 15 aufgelistet sind) wurde ein Schneidwerkzeug gebildet, welches die Form eines "Modells SNMG 120412" aufwies, und deren Leistungsfähigkeit wurde unter den folgenden zwei Arten von Schneidbedingungen durch Verwendung eines Werkstückes "SCM415 (HB180)" beurteilt. In jedem der Versuche wurde die Zeitdauer bis zum Zeitpunkt, an welchem die Flankenabnutzung 0,2 mm aufwies, oder die Zeitdauer, zu welcher ein Riß auftrat, als Schneid-Lebensdauer gemessen. All diese gewonnenen Ergebnisse sind in den folgenden Tabellen 14 und 15 ausführlich dargestellt.

Versuchsbedingungen 3 (wiederholte Drehbearbeitungen von 3 Sekunden)

Schnittgeschwindigkeit: 300 m/min
Vorschub: 0,8 mm/U
Schnittiefe: 1,5 mm
Naßschneiden

Versuchsbedingungen 4 (intermittierende Drehbearbeitungen von 4vU-Stahl)

Schnittgeschwindigkeit: 300 m/min
Vorschub: 0,35 mm/U
Schnittiefe: 1,5 mm
Naßschneiden
Wie die Ergebnisse in den folgenden Tabellen 14 und 15 zeigen, wurde ermittelt, daß jedes der Schneidwerkzeuge, die ein erfindungsgemäßes beschichtetes gesintertes Karbidmuster umfaßten, welches ein gesintertes Karbidsubstratmaterial enthielt, das feine WC-Partikel und grobe WC-Partikel sowie eine Deckschicht, welche auf der Oberfläche des Substratmateriales gebildet wurde, und aus einem Oxid bestand, aufwies, eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit und Rißfestigkeit beim Schneiden von Qualitätsstahl besaß und in der Schneideigenschaft verbessert wurde.
Außerdem wurde bei den erfindungsgemäßen Mustern herausgefunden, daß die Muster Nr. 40 bis 43, die ein Nitrid oder Karbonitrid von Zr, Ta oder Nb enthielten, ein besonders ausgezeichnetes Verhalten zeigten.
Muster, welche eine Schicht oder einen Bereich aufwiesen, in welchem ein zusammengesetztes Karbid in seiner Menge reduziert oder entfernt ist, zeigt eine Tendenz zu einer besseren Rißfestigkeit als das Muster Nr. 42, welches keinen solchen Bereich aufweist. Es wurde jedoch ebenfalls gefunden, daß das Muster Nr. 42 ein beträchtlich verbessertes Gleichgewicht zwischen der Rißfestigkeit und der Verschleißfestigkeit im Vergleich zu einem bekannten Muster Nr. 36, aufwies.
Wenn jedes der in Tabelle 13 dargestellten gesinterten Karbide für ein Schneidwerkzeug allein, ohne Bildung einer darauf angeordneten Deckschicht verwendet wurde, trat sofort ein Verlust des Werkzeuges innerhalb einer Sekunde, gemessen vom Beginn der Bearbeitung unter einem der festgesetzten Schneidbedingungen 3 und 4 ein. Deshalb kann das gesinterte Karbid allein keinesfalls als Schneidwerkzeug verwendet werden. Fig. 8 Tabelle 13 Fig. 9 Tabelle 14 Schneidbedingung 3 Fig. 10 Tabelle 15 Schneidbedingung 4

Beispiel 6

Die Muster Nr. 4', 15', 27' und 43' aus gesintertem Karbid wurden in derselben Weise wie die Muster Nr. 4, 15, 27 und 43 aus gesinterten Karbiden, die in den Beispielen 1 bis 5 verwendet wurden, hergestellt, mit der Ausnahme, daß die Partikelgröße der groben WC-Partikel (der groben Partikel B) zwischen 3 und 6 gm betrug. Danach wurde die Deckschicht auf dem in dieser Weise hergestellten gesinterten Karbid gebildet, um dadurch die nachfolgend beschriebenen beschichteten gesinterten Karbide (Tabelle 15-1) bereitzustellen.
Unter den in dieser Weise erhaltenen Mustern wurden die Muster Nr. 4'I, 15'I und 2T I unter den Schneidbedingungen 1 und 2 ausgewertet, und das Muster Nr. 43'I wurde unter den Schneidbedingungen 3 und 4 ausgewertet.
Im Ergebnis wurde bestätigt, daß die Ausgewogenheit zwischen der Verschleißfestigkeit und Rißfestigkeit, verglichen mit dem Fall der Verwendung einer Partikelgröße zwischen 3 und 10 um, weiter verbessert wurde. Mit anderen Worten, es wurde herausgefunden, daß es vorteilhafter ist, die Partikelgröße der groben WC-Partikel in einem Bereich zwischen 3 und 6 um zu verwenden. Tabelle 15-1 Schneid-Lebensdauer (Min.)

Beispiel 7

Handelsübliches feines WC-Pulver, welches eine durchschnittliche Partikelgröße von 0,5 um aufweist, Co-Pulver, Cr&sub3;C&sub2;-Pulver, VC-Pulver und grobes WC-Pulver, welches eine durchschnittliche Partikelgröße von 5 um aufweist, wurde bereitgestellt. Diese Ausgangsmaterial-Pulver wurden unter Verwendung einer Kugelmühle für 24 Stunden einem Naßmischen unterworfen und dann getrocknet und unter einem Druck von 1,5 kg/cm² preßgeformt. Danach wurde das in dieser Weise gebildete gepreßte Pulverprodukt in einem Vakuum bei 1450ºC gesintert und danach einer HIP-Behandlung unter einem Druck von 1000 kg/cm² ausgesetzt.
Indem das Verhältnis der feinen Partikel zu den groben Partikeln, welche als WC-Pulver verwendet wurden, gesteuert wurde, konnten eine Vielzahl von Arten von gesinterten Karbiden, welche eine unterschiedliche Partikelgrößenverteilung der WC-Kristalle als harte Phase auswiesen, nach dem vorgenannten Verfahren hergestellt werden.
Die nachfolgend dargestellte Tabelle 16 zeigt Verhältnisse der feinen Partikel , welche eine Partikelgröße von 0,1 bis 1 um in den WC-Kristallen aufweisen, der groben Partikeln B, welche eine Partikelgröße zwischen 3,0 und 10 um in den WC-Kristallen aufweisen, Anteile von Co, Cr und V in bezug zur gesamten Legierung, Verhältnisse (Flächenverhältnisse) SA/SB der feinen WC-Partikel zu den groben WC-Partikeln B, den Kohlenstoffgehalt ( ) in den gesinterten Karbiden, die Untergrenzen des Kohlenstoffgehaltes %, an welchen freier Kohlenstoff auftritt, und die Obergrenzen des Kohlenstoffgehaltes, an welchen eine η-Phase für die in dieser Weise hergestellten jeweiligen gesinterten Karbidzusammensetzungen auftritt. Die Partikelgrößenverteilung der WC-Kristalle in dem gesinterten Karbid wurde in derselben Weise wie im Beispiel 1 auf der Basis der Betrachtung einer spiegelpolierten Struktur des gesinterten Karbides mit einem optischen Mikroskop und einem elektronischen Scannermikroskop, wie vorstehend beschrieben, ermittelt.
Im Falle des erfindungsgemäßen "Musters Nr. 55" war V in dem gesinterten Karbid teilweise in Form eines Karbides von diesem enthalten, und im erfindungsgemäßen Muster Nr. 58 war Cr in dem gesinterten Karbid teilweise in Form eines Karbides von diesem vorhanden.
Jedes der in dieser Weise erhaltenen gesinterten Karbide wurde als Substratmaterial eingesetzt, und es wurde eine Deckschicht auf der Oberfläche des Substratmateriales durch Anwendung eines einfachen CVD- oder PVD-Verfahrens in derselben Weise wie im Beispiel 1 in Übereinstimmung mit der nachfolgend dargestellten Tabelle 17 gebildet.
Jedes der in dieser Weise hergestellten beschichteten gesinterten Karbide (jedes in einer Kombination eines Substratmaterials und einer Deckschicht, wie das in der nachfolgenden Tabelle 18 aufgelistet ist) wurde als Schneidwerkzeug ausgebildet, welches die Form des "Modells SPGN 120308" besaß, und dessen Leistungsvermögen wurde unter den folgenden zwei Arten von Schneidbedingungen unter Verwendung eines Werkstückes "Inconel 718" bewertet. Bei jedem der Bewertungsversuche wurde die Zeitdauer, bei welcher die Flankenabnutzung 0,2 mm erreicht hatte oder die Zeit, bei welcher ein Riß auftrat, als die Schneid-Lebensdauer gemessen. Alle in dieser Weise erlangten Ergebnisse wurden in der nachfolgend zusammengestellten Tabelle 18 ausführlich aufgelistet.
Wie sich anhand der in Tabelle 18 dargestellten Ergebnisse zeigt, konnte gefunden werden, daß jedes der Schneidwerkzeuge, welches ein erfindungsgemäßes beschichtetes gesintertes Karbidmuster umfaßte, das ein gesintertes Karbidsubstratmaterial mit feinen WC-Partikeln und groben WC-Partikeln und eine auf der Oberfläche des gesinterten Karbides gebildete Deckschicht aufwies, eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit und Rißfestigkeit sowie eine verbesserte Schneidleistung besaß.

Versuchsbedingungen

Schnittgeschwindigkeit: 60 m/min
Vorschub: 0,2 mm/U
Schnittiefe: 0,5 mm
Naßschneiden Tabelle 16 Tabelle 17 Tabelle 18 Schneid-Lebensdauer (Min.)

Beispiel 8

Es wurde handelsübliches feines WC-Pulver, welches eine durchschnittliche Partikelgröße von 0,5 um aufwies, Co-Pulver, TiC-Pulver, TaC-Pulver, NbC- Pulver, Cr&sub3;C&sub2;-Pulver, VC-Pulver und grobes WC-Pulver, welches eine durchschnittliche Partikelgröße von 5 um aufwies, bereitgestellt. Diese Ausgangsmaterial-Pulver wurden unter Verwendung einer Kugelmühle für 24 Stunden einem Naßmischen ausgesetzt und dann getrocknet und unter einem Druck von 1,5 kg/cm² preßgeformt. Dann wurde das so erhaltene gepreßte Pulverprodukt im Vakuum bei 1450ºC gesintert und danach einer HIP-Behandlung bei einem Druck von 1000 kg/cm² unterzogen.
Indem das Verhältnis der als WC-Pulver verwendeten feinen Partikel zu den groben Partikeln gesteuert wurde, konnten eine Vielzahl von Arten von gesinterten Karbiden, welche unterschiedliche Partikelgrößenverteilungen der WC- Kristalle als harte Phase aufwiesen, entsprechend dem vorgenannten Verfahren hergestellt werden.
Die nachfolgend dargestellte Tabelle 19 zeigt Anteile der feinen Partikel A, welche eine Partikelgröße von 0,1 bis 1,0 um in den WC-Kristallen aufweisen, der groben Partikel B, welche eine Partikelgröße von 3,0 bis 10 um in den WC- Kristallen aufweisen, Anteile von Co, Cr und V in bezug zum gesamten gesinterten Karbid, Anteile von zusammengesetzten Karbiden (Anteile von TiC, TaC, NbC), Verhältnisse (Flächenverhältnisse) SA/SB der feinen WC-Partikel A zu den groben WC-Partikeln B, den Kohlenstoffgehalt (X) in den gesinterten Karbiden, die Untergrenzen des Kohlenstoffgehaltes (a), an welchen freier Kohlenstoff auftritt, und die Obergrenzen des Kohlenstoffgehaltes (b) zur Bildung einer η-Phase für die in dieser Weise hergestellten gesinterten Karbidzusammensetzungen.
Die Partikelgrößenverteilung der WC-Kristalle im gesinterten Karbid wurde in derselben Weise wie im Beispiel 1 auf der Basis der Betrachtung einer spiegelpolierten Struktur des gesinterten Karbides mit einem optischen Mikroskop und einem Scanner-Elektronenmikroskop, wie vorstehend beschrieben, bestimmt.
In jedem der "Muster Nr. 59 bis 65", welche zwei oder mehrere Arten von Karbidzusammensetzungen enthielt, waren diese Karbide in dem gesinterten Karbid in Form eines ineinander fest gelösten Karbides enthalten. In jedem der Muster war W teilweise in Form einer festen Lösung in dem zusammengesetzten Karbid enthalten.
Außerdem war in den Mustern Nr. 61 und 65 V in dem gesinterten Karbid teilweise in Form eines Karbides von diesem enthalten, und im erfindungsgemäßen Muster Nr. 60 war Cr teilweise in Form eines Karbides von diesem im gesinterten Karbid enthalten. Tabelle 19
Jedes der in dieser Weise erhaltenen gesinterten Karbide wurde als Substratmaterial verwendet, und es wurde eine Deckschicht (jede der Deckschichten B, C und D bis F in Tabelle 17 im Beispiel 7) auf der Oberfläche des Substratmaterials gebildet.
Jedes der in dieser Weise hergestellten beschichteten gesinterten Karbide (jedes in Kombination eines Substratmaterials und einer Deckschicht wurde in der untenstehenden Tabelle 20 aufgelistet) wurde als Schneidwerkzeug mit einer Form des "Modells SPGN 1200308" ausgebildet, und dessen Schneidleistungen wurden in derselben Weise wie im Beispiel 7 bewertet, um dadurch dessen Schneid-Lebensdauer zu bestimmen. Alle die in dieser Weise erhaltenen Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 20 ausführlich aufgelistet.
Wie die in der nachfolgenden Tabelle 20 beschriebenen Ergebnisse zeigen, konnte gefunden werden, daß jedes der Schneidwerkzeuge, welches ein erfindungsgemäßes beschichtetes gesintertes Karbidmuster umfaßte, das ein gesintertes Karbidsubstratmaterial besaß, welches feine WC-Partikel und grobe WC-Partikel sowie eine Deckschicht, die auf der Oberfläche des Substratmateriales gebildet wurde, aufwies, eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit und Rißfestigkeit besitzt und in den Schneidleistungen verbessert wurde. Tabelle 20 Schneid-Lebensdauer (Min.)

Industrielle Anwendbarkeit

Wie vorstehend beschrieben, wurde erfindungsgemäß ein beschichtetes gesintertes Karbid, welches in gut ausgeglichener Weise sowohl Festigkeit als auch Zähigkeit aufweist, hergestellt. Das erfindungsgemäße beschichtete gesinterte Karbid kann vorzugsweise auf mechanischen Gebieten, z. B. für universelle Werkzeuge, eingesetzt werden, und es ist insbesondere zur Anwendung bei Werkzeugen, z. B. bei Schneidwerkzeugen, verschleißfesten Werkzeugen, stoßfesten Werkzeugen und Bergbauwerkzeugen (und weiterhin für Schneidwerkzeuge zum Schneiden von Qualitätsstahl, schwer zu bearbeitenden Materialien usw.) einsetzbar.
Wenn das erfindungsgemäße beschichtete gesinterte Karbid z. B. für Schneidwerkzeuge eingesetzt wird, kann nicht nur eine besonders überragende Beständigkeit gegenüber einem Ausgangsriß gewährleistet, sondern es kann auch die Ausbreitung eines Ermüdungsrisses besonders effektiv unterdrückt werden.

Claims

1. Beschichtetes gesintertes Karbid, umfassend:

ein Substrat aus einem gesinterten Karbid auf WC-Basis, welches 4 bis 10 Gew.-% Co als Bindephase enthält; wobei basierend auf einem Verhältnis im Gefüge eines spiegelpolierten Querschnittes des gesinterten Karbides 70 % oder mehr der WC-Kristalle als eine harte Phase einerseits in eine Gruppe von feinen Partikeln A mit einer Partikelgröße von 0,1 bis 1 um und andererseits in eine Gruppe von groben Partikeln B mit einer Partikelgröße von 3 bis 10 um klassifiziert sind, und das Flächenverhältnis SVSB der feinen Partikel A zu den groben Partikeln B in einem Bereich von 0,22 bis 0,45 liegt; und

eine Deckschicht, die auf eine Fläche des gesinterten Karbides aufgebracht ist und eine Gesamtdicke im Bereich zwischen 5 bis 100 um aufweist; wobei die Deckschicht mindestens eine Schicht umfaßt, die mindestens eine Komponente enthält, welche aus der Gruppe ausgewählt ist, die umfaßt: Karbide, Nitride, Karbonitride, Oxikarbide und Bornitride von Ti, Zr, und/oder Hf; sowie mindestens eine Schicht, die mindestens eine Komponente enthält, welche aus der Gruppe ausgewählt ist, die umfaßt: Al&sub2;O&sub3; sowie Oxide von Ti, Zr oder Hf.

2. Beschichtetes gesintertes Karbid nach Anspruch 1, bei welchem das gesinterte Karbidsubstrat mindestens eine Komponente enthält, welche aus der Gruppe ausgewählt ist, die Karbide, Nitride oder Karbonitride von V oder Cr und/oder V, und/oder Cr umfaßt, wobei die Gesamtmenge der Komponente in einem Bereich von 0,1 bis 3 Gew.-% liegt.

3. Beschichtetes gesintertes Karbid nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das gesinterte Karbidsubstrat mindestens ein Karbid von Ti, Nb oder Ta und/oder eine feste Lösung von diesem, welche(s) in einer Menge von 5 Gew.-% oder weniger darin dispergiert ist, enthält.

4. Beschichtetes gesintertes Karbid nach Anspruch 1, 2 oder 3, in welchem der Kohlenstoffanteil X (Gew.-%) in dem gesinterten Karbidsubstrat folgender Beziehung folgt:

- 0,5 ≤ (X-b) / (a-b) ≤ 0,67,

in welcher (Gew.-%) die Untergrenze des Kohlenstoffanteiles bezeichnet, bei welcher freier Kohlenstoff in dem gesinterten Karbid, welches die entsprechende Zusammensetzung besitzt, gebildet wird, und (Gew.-%) die Obergrenze des Kohlenstoffanteiles bezeichnet, bei welcher eine η-Phase in dem gesinterten Karbid, welches die entsprechende Zusammensetzung aufweist, gebildet wird.

5. Beschichtetes gesintertes Karbid nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem das gesinterte Karbidsubstrat Ni und/oder Fe in einer Menge von 0,1 bis 10 Gew.-% enthält.

6. Beschichtetes gesintertes Karbid nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem das gesinterte Karbidsubstrat ein Nitrid und/oder ein Karbid/Nitrid von mindestens einem Metall enthält, welches aus den Gruppen IVa, Va und VIa des periodischen Systems ausgewählt ist und darin in einer Menge von 0,1 bis 15 Gew.-% dispergiert ist.

7. Beschichtetes gesintertes Karbid nach Anspruch 6, bei welchem das gesinterte Karbidsubstrat ein Nitrid und/oder ein Karbid/Nitrid von mindestens einem Metall enthält, welches aus Zr, Ta und Nb ausgewählt ist, und darin in einer Menge von 0,1 bis 15 Gew.-% dispergiert ist.

8. Beschichtetes gesintertes Karbid nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem das gesinterte Karbidsubstrat einen 5 bis 50 um dicken Bereich benachbart zu seiner Oberfläche in der Weise besitzt, daß dieser im Vergleich zur Menge im Inneren des gesinterten Karbides im wesentlichen keine oder eine geringere Menge eines Karbides, Nitrides oder eines Karbides/Nitrides von mindestens einem Metall, welches aus den Gruppen IVa, Va und VIa ausgewählt ist (mit Ausnahme von WC), und/oder eine feste Lösung von diesem enthält.

9. Beschichtetes gesintertes Karbid, umfassend: ein Substrat aus einem gesinterten Karbid auf WC-Basis, welches 4 bis 10 Gew.-% Co als Bindephase enthält; und eine Deckschicht, die auf einer Fläche des gesinterten Karbides angeordnet ist und eine Gesamtdicke im Bereich zwischen 0,2 und 10 um aufweist; wobei

(a) basierend auf einem Verhältnis in einem Gefüge eines spiegelpolierten Querschnittes des gesinterten Karbides 70% oder mehr der WC-Kristalle als eine harte Phase einerseits in eine Gruppe von feinen Partikeln A mit einer Partikelgröße von 0,1 bis 1 um und andererseits in eine Gruppe von groben Partikeln B mit einer Partikelgröße von 3 bis 10 um klassifiziert sind, und das Flächenverhältnis SA/SB der feinen Partikel A zu den groben Partikeln B in einem Bereich von 0,22 bis 0, 45 liegt;

(b) der Kohlenstoffanteil X (Gew.-%) in dem gesintertem Karbidsubstrat der Beziehung

- 0,5 ≤ (X-b) / (a-b) ≤ 0,67 folgt,

in welcher (Gew.-%) die Untergrenze des Kohlenstoffanteiles bezeichnet, bei welcher freier Kohlenstoff in dem gesinterten Karbid, welches die entsprechende Zusammensetzung aufweist, gebildet wird, und (Gew.-%) die Obergrenze des Kohlenstoffanteiles bezeichnet, bei welcher eine η-Phase in dem gesinterten Karbid, welches die entsprechende Zusammensetzung aufweist, gebildet wird; und

(c) die Deckschicht mindestens eine Schicht umfaßt, welche ein Karbid, Nitrid oder Karbid/Nitrid von Ti oder ein Karbid, Nitrid, oder Karbid/Nitrid einer Legierung aus Ti und Al enthält.

10. Beschichtetes gesintertes Karbid nach Anspruch 9, bei welchem das gesinterte Karbidsubstrat mindestens eine Komponente enthält, welche aus der Gruppe ausgewählt ist, die Karbide, Nitride oder Karbonitride von V oder Cr und/oder V und/oder Cr enthält, und bei welchem die Gesamtmenge der Komponente in einem Bereich zwischen 0,1 bis 3 Gew.-% liegt.

11. Beschichtetes gesintertes Karbid nach Anspruch 9 oder 10, bei welchem das gesinterte Karbidsubstrat mindestens ein Karbid von Ti, Nb oder Ta und/oder eine feste Lösung von diesem enthält, welche(s) darin in einer Menge von 5 Gew.-% oder weniger dispergiert ist.