DE69738109T2

DE69738109T2 - Sinterkarbideinsatz zum drehen, fräsen und bohren

Info

Publication number: DE69738109T2
Application number: DE69738109T
Authority: DE
Inventors: Mats Waldenström; Ake Östlund; Ove Alm
Original assignee: Sandvik Intellectual Property AB
Current assignee: Sandvik Intellectual Property AB
Priority date: 1996-07-19
Filing date: 1997-07-08
Publication date: 2008-08-28
Anticipated expiration: 2017-07-09
Also published as: SE9602811L; SE509616C2; JP2000514722A; EP0914490A1; DE69738109D1; EP0914490B1; ATE372397T1; USRE40026E1; US6221479B1; SE9602811D0; WO1998003691A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hartmetall-Schneidwerkzeugeinsatz, insbesondere einen solchen, der zum Drehen, Fräsen und Bohren von Stählen und nicht-rostenden Stählen geeignet ist.
Herkömmliche Hartmetalleinsätze werden durch pulvermetallurgische Verfahren hergestellt, welches das Vermahlen eines Pulvergemisches, das die harten Bestandteile und die Bindephase bildet, Pressen und Sintern umfaßt. Das Vermahlen ist eine intensive Zerkleinerung in Mühlen unterschiedlicher Größen und mit Hilfe von Mahlkörpern. Die Vermahlzeit liegt in der Größenordnung mehrerer Stunden bis zu einigen Tagen. Solche Verarbeitung dürfte erforderlich sein, um eine gleichmäßige Verteilung der Bindephase in dem vermahlenen Gemisch zu bekommen. Es wird weiterhin angenommen, daß das intensive Vermahlen eine Reaktivität des Gemisches erzeugt, welche die Bildung einer dichten Struktur fördert. Vermahlen hat jedoch auch Nachteile. Während der langen Mahlzeit werden die Mahlkörper abgeschliffen und verunreinigen das gemahlene Gemisch. Außerdem kann selbst nach längerer Vermahlung ein willkürliches statt eines ideal homogenen Gemisches erhalten werden. So werden die Eigenschaften des gesinterten Hartmetalls, das zwei oder mehr Komponenten enthält, davon abhängen, wie die Ausgangsmaterialien vermischt werden.
Es gibt alternative Technologien, um das Vermahlen für eine Produktion von Hartmetall beispielsweise durch Verwendung von Teilchen, die mit einem Bindephasenmetall beschichtet sind, zu intensivieren. Die Beschichtungsmethoden umfassen Wirbelschichtmethoden, Sol-Gel-Techniken, elektrolytische Besichtung, PVD-Beschichtung oder andere Methoden, wie beispielsweise in der GB 346,473 , der US 5,529,804 oder der US 5,505,902 beschrieben ist. Beschichtete Karbidteilchen könnten mit weiteren Mengen an Kobalt und anderen Karbidpulvern vermischt werden, um die erwünschte Endmaterialzusammensetzung zu erhalten, gepreßt und zu einer dichten Struktur gesintert werden.
Während des Schneidens von Metall, wie beim Drehen, Fräsen und Bohren, stehen die allgemeinen Eigenschaften, wie die Härte, die Widerstandsfähigkeit gegen plastische Verformung, die Beständigkeit gegen Bildung von Brüchen durch thermische Ermüdung, großenteils mit dem Volumenanteil der harten Phasen und der Bindephase in dem gesinterten Hartmetallkörper in Verbindung. Es ist bekannt, daß eine Steigerung der Menge der Bindephase die Beständigkeit gegenüber plastischer Verformung reduziert. Unterschiedliche Schneidbedingungen erfordern unterschiedliche Eigenschaften des Schneideinsatzes. Beim Schneiden von Stählen mit rohen Oberflächenzonen (zum Beispiel gewalzt, geschmiedet oder gegossen) muß ein beschichteter Hartmetalleinsatz aus zähem Hartmetall bestehen und eine sehr gute Beschichtungshaftung haben. Beim Drehen, Fräsen oder Bohren in niedrig-legierten Stählen oder nicht-rostenden Stählen ist jedoch der Haftungsverschleiß allgemein die dominierende Verschleißtype.
Messungen können durchgeführt werden, um die Schneidleistung in Bezug auf eine spezielle Verschleißtype zu verbessern. Sehr oft haben jedoch solche Aktionen eine negative Wirkung auf andere Verschleißeigenschaften.
Der Einfluß einiger möglicher Messungen wird nachfolgend aufgeführt:

1. Fräsen, Drehen oder Bohren bei hohen Schneidgeschwindigkeiten und hoher Schneidkantentemperatur erfordern ein Hartmetall mit einer eher großen Menge an kubischen Karbiden (einer festen Lösung von WC-TiC-TaC-NbC). Risse wegen thermischer Ermüdung entwickeln sich oftmals leichter in solchen Karbiden.
2. Die Bildung von Rissen wegen thermischer Ermüdung können durch Verminderung des Bindephasengehaltes herabgesetzt werden. Solche Aktionen senken jedoch die Zähigkeitseigenschaften des Schneideinsatzes, was nicht erwünscht ist.
3. Verbesserter Abriebsverschleiß kann durch Steigerung der Beschichtungsdicke erhalten werden. Dicke Beschichtungen steigern jedoch die Gefahr für Abplatzungen und Vermindern die Widerstandsfähigkeit gegen adhäsiven Verschleiß.

Es wurde überraschenderweise gefunden, daß Hartmetalleinsätze aus Pulvergemischen mit harten Bestandteilen und mit engen Korngrößenverteilungen und ohne herkömmliches Fräsen ausgezeichnete Schneidleistung in Stählen und nicht-rostenden Stählen mit oder ohne rauhe Oberflächen beim Drehen, Fräsen und Bohren sowohl bei trockenen als auch bei nassen Bedingungen haben.
1 zeigt in 1200-facher Vergrößerung die Mikrostruktur eines Hartmetalleinsatzes nach der Erfindung.
2 zeigt in 1200-facher Vergrößerung die Mikrostruktur eines entsprechenden Einsatzes, der nach dem Stand der Technik hergestellt würde.
Gemäß der Erfindung bekommt man nunmehr Hartmetalleinsätze mit ausgezeichneten Eigenschaften für die Bearbeitung von Stählen und nicht-rostenden Stählen mit WC, 5 bis 12,5 Gew.% Co und 0 bis 10 Gew.-% kubischem Karbid, wie TiC, TaC, NbC oder Mischungen hiervon. Die WC-Körner hat eine mittlere Korngröße im Bereich von 1,0 bis 3,0 μm. Die Mikrostruktur des Hartmetalls nach der Erfindung ist weiterhin durch eine enge Korngrößenverteilung von WC im Bereich von 0,5 bis 4,5 μm und eine geringere Neigung der kubischen Karbidteilchen, wenn solche vorhanden sind, ein Langbereichgerüst im Vergleich mit herkömmlichem Hartmetall zu bilden.
Die Menge an W, die in der Bindephase gelöst wird, wird durch Einstellung des Kohlenstoffgehaltes durch kleine Zusätze von Ruß oder reinem Wolframpulver gesteuert. Der W-Gehalt in der Bindephase kann als das „CW-Verhältnis" ausgedrückt werden, das definiert ist als CW-Verhältnis = MS/(Co Gew.-%·0,0161),worin M_S die gemessene Sättigungsmagnetisierung des gesinterten Hartmetallkörpers in kA/m und Co Gew.-% der Gewichtsprozentsatz von Co in dem Hartmetall ist. Das CW-Verhältnis in Einsätzen nach der Erfindung soll 0,86 bis 0,96 sein.
Die gesinterten Einsätze nach der Erfindung werden beschichtet verwendet und sind vorzugsweise mit MTCVD, herkömmlicher CVD oder PVD mit oder ohne Al₂O₃ beschichtet. Insbesondere zeigten mehrlagige Beschichtungen mit TiC_xN_yO_z mit säulenartigen Körnern, gefolgt von einer Schicht von α-Al₂O₃ _, k-Al₂O₃ oder einem Gemisch von α- und k-Al₂O₃ _, gute Ergebnisse. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird die oben beschriebene Beschichtung mit einer TiN-Schicht ergänzt, die gebürstet oder ohne Bürsten verwendet werden kann.
Gemäß dem Verfahren zur Gewinnung der Schneidwerkzeugeinsätze der vorliegenden Erfindung wird WC-Pulver mit einer engen Korngrößenverteilung naß ohne Vermahlen mit deagglomeriertem Pulver anderer Karbide, gewöhnlich TiC, TaC und/oder NbC, Bindemetall und Preßmittel vermischt, getrocknet, vorzugsweise durch Sprühtrocknung, zu Einsätzen gepreßt und gesintert.
WC-Pulver mit einer engen Korngrößenverteilung mit eliminierten groben Kornendgrößen > 4,5 μm und mit eliminierten Feinkornendgrößen < 0,5 μm werden durch Sieben, wie z. B. einem Strahlmühlenklassifizierer hergestellt. Es ist erfindungsgemäß wesentlich, daß das Mischen ohne Mahlen stattfindet, d. h. es sollte keine Veränderung in der Korngröße oder Korngrößenverteilung als ein Ergebnis des Mischens stattfinden.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die harten Bestandteile, wenigstens jene mit enger Korngrößenverteilung, nach sorgfältiger Deagglomerierung mit Bindemetall unter Verwendung von Methoden, die in der US 5,505,902 oder der US 5,529,804 beschrieben sind, beschichtet. In einem solchen Fall besteht das Hartmetallpulver gemäß der Erfindung vorzugsweise aus Cobeschichtetem WC + Co-Binder, mit oder ohne Zusatz der kubischen Karbide, wie TiC, TaC, NbC, (Ti, W)C, (Ta, Nb)C, (Ti, Ta, Nb)C, (W, Ta, Nb)C, (W, Ti, Ta, Nb)C oder Cr₃C₂ und/oder VC, beschichtet oder unbeschichtet, vorzugsweise unbeschichtet, gegebenenfalls mit weiteren Zusätzen von Co-Pulver, um die erwünschte Endzusammensetzung zu erhalten.
Das Dokument JP-A-6-335808 beschreibt ein oberflächenbeschichtetes Schneidwerkzeug mit ausgezeichneter Verschleißbeständigkeit mit Wolframkarbid und einer Bindephase, wie Co, beispielsweise 94WC-6Co, 92WC-8Co, 90WC-10Co und 88WC-12Co in Gew.-%. In dem Einsatz des japanischen Dokumentes haben 90 Vol-% der WC-Körner eine Größe von 0,5 bis 1,5 μm.
Beispiel 1

A. Hartmetallwerkzeugeinsätze des Typs SEMN 1204 AZ, ein Einsatz zum Fräsen, mit der Zusammensetzung 9,1 Gew.-% Co, 1,23 Gew.-% TaC und 0,30 Gew.-% NbC und Rest WC mit einer Korngröße von 1,6 μm wurden gemäß der Erfindung erzeugt. Mit Kobalt beschichtetes WC, WC-2 Gew.-% Co, hergestellt gemäß der US 5,505,902 , wurde sorgfältig in einer Laborstrahlmühle deagglomeriert, mit zusätzlichen Mengen an Co und deagglomeriertem, unbeschichtetem (Ta, Nb)C und TaC-Pulver vermischt, um die gewünschte Materialzusammensetzung zu erhalten. Das Vermischen erfolgte in einer Ethanol- und Wasser-Lösung (0,25 I Fluid je kg Hartmetallpulver) während 2 Stunden in einem Labormischer, und die Ansatzgröße war 10 kg. Weiterhin wurden 2 Gew.-% Schmiermittel zu der Aufschlämmung zugegeben. Der Kohlenstoffgehalt wurde mit Ruß auf eine Bindephase eingestellt, die mit W, entsprechend einem CW-Verhältnis von 0,89, hoch legiert war.

Nach Sprühtrocknung wurden die Einsätze nach Standardmethoden gepreßt und gesintert, und es wurden dichte Strukturen ohne Porosität erhalten, 1.
Vor dem Beschichten wurde eine negative Fasung mit einem Winkel von 20° um den gesamten Einsatz geschliffen.
Die Einsätze wurden mit einer 0,5 μm dicken equiaxialen TiCN-Schicht (mit einem hohen Stickstoffgehalt entsprechend einem geschätzten C/N-Verhältnis von 0,05), gefolgt von einer 4 μm dicken TiCN-Schicht mit säulenartigen Körnern unter Verwendung von MTCVD-Technik beschichtet (Temperatur 885–850°C und CH₃CN als Kohlenstoff- und Stickstoffquelle). In den anschließenden Stufen während des gleichen Beschichtungszyklus wurde eine 1,0 μm dicke Schicht von Al₂O₃ unter Verwendung einer Temperatur von 970°C und einer Konzentration von H₂S Dotiermittel von 0,4%, wie in der EP-A-523 021 beschrieben, abgeschieden. Eine dünne (0,3 μm) Schicht von TiN wurde auf der oberen Oberfläche gemäß bekannter CVD-Technik abgeschieden. XRD-Messung zeigte, daß die Al₂O₃-Schicht aus 100% k-Phase bestand.
Die beschichteten Einsätze wurden mit einer Nylon-Stroh-Bürste, die SiC-Körner enthielt, gebürstet. Die Prüfung der gebürsteten Einsätze unter einem Lichtmikroskop zeigte, daß die dünne TiN-Schicht nur entlang der Schneidkante weggebürstet war und dort eine glatte Al₂O₃-Oberflächenschicht hinterließ.
Beschichtungsdickemessungen an Querschnitten von gebürsteten Proben zeigte keine Reduktion der Beschichtung entlang der Kantenlinie, außer für die äußere TiN-Schicht, die entfernt wurde.

B. Hartmetallwerkzeugeinsätze des Typs SEMN 1204 AZ mit der gleichen chemischen Zusammensetzung, der gleichen mittleren Korngröße von WC, dem gleichen CW-Verhältnis, der gleichen Fasung und dem gleichen CVD-Überzug, jedoch produziert aus Pulver, welches mit herkömmlicher Kugelmühlentechnik gewonnen worden war, 2, wurden als Bezugsgröße verwendet.

Einsätze aus A wurden mit Einsätzen von B in einem Naßfrästest in einem mittel-legierten Stahl (HB=210) mit heißgewalzten und rostigen Oberflächen verglichen. Zwei parallele Stangen, jede mit einer Dicke von 33 mm, wurden mittig in Bezug auf den Schneidkörper (Durchmesser 100 mm) und mit einem Luftspalt von 10 mm dazwischen positioniert.
Die Schneidaten waren folgende:

Geschwindigkeit = 160 m/min

Vorschub = 0,20 mm/Umdrehung

Schneidtiefe = 2 mm, Einzelzahnfräsen mit Kühlmittel.
Die Bewertung der Standzeit der Variante A gemäß der Erfindung war 3600 mm und für die Standardvariante B nur 2400 mm. Da das CW-Verhältnis, die negative Fasung und die Beschichtung gleich für die Varianten A und B waren, hingen die Unterschiede in der Schneidleistung von den verbesserten Eigenschaften ab, die man nach der Erfindung bekommt.
Beispiel 2

A. Hartmetallwerkzeugeinsätze des Typs SEMN 1204 AZ nach der Erfindung, identisch mit der Testprobe (A) von Beispiel 1.
B. Hartmetallwerkzeugeinsätze des Typs SEMN 1204 AZ, identisch mit der Bezugsprobe (B) in Beispiel 1.
C. Ein starkes Konkurrenzprodukt aus Hartmetall der Type SEKN 1204 von einem externen führenden Karbidhersteller mit der Zusammensetzung 7,5 Gew.-% Co, 0,4 Gew.-% TaC, 0,1 Gew.% NbC, 0,3 Gew.-% TiC, Rest WC und mit einem CW-Verhältnis von 0,95. Der Einsatz wurde mit einer Beschichtung versehen, die aus einer equiaxialen TiCN-Schicht von 0,5 μm, einer säulenartigen TiC-Schicht von 2,1 μm, einer k-Al₂O₃-Schicht von 2,2 μm und einer TiN-Schicht von 0,3 μm bestand.

Einsätze von A wurden mit Einsätzen von B und C in einem trockenen Frästest in einem niedrig-legierten Stahl (HB=300) mit vorbearbeiteten Oberflächen verglichen. Eine Stange mit einer Dicke von 180 mm wurde mittig in Bezug auf den Schneidkörper (Durchmesser 250 mm) positioniert.
Die Schneiddaten waren folgende:

Geschwindigkeit = 150 m/min

Vorschub = 0,23 mm/Umdrehung

Schneidtiefe = 2 mm, Einzelzahnfräsen unter trockenen Bedingungen
Einsatz B brach nach 6000 mm nach der Bildung eines Kammrisses und Absplittern, Einsatz C brach nach 4800 mm aufgrund desselben Abnutzungsmusters. Schließlich brach Einsatz A nach der Erfindung nach 8000 mm.
Beispiel 3
Ein Hartmetallwerkzeugeinsatz des Typs CNMG 120408-QM, ein Einsatz für das Drehen, mit der Zusammensetzung 8,0 Gew.-% Co und Rest WC mit einer Korngröße von 3,0 μm wurde gemäß der Erfindung produziert. Mit Kobalt beschichtetes WC, WC-8 Gew.-% Co, hergestellt gemäß der US 5,505,902 wurde sorgfältig in einer Laborstrahlmühlenanlage deagglomeriert. Das Mischen erfolgte in einer Ethanol- und Wasserlösung (0,25 I Fluid je kg Hartmetallpulver) während 2 Stunden in einem Labormischer und die Ansatzgröße betrug 10 kg. Außerdem wurden 2 Gew.-% Schmiermittel zu dieser Aufschlämmung zugesetzt. Der Kohlenstoffgehalt wurde mit Ruß auf eine Bindemittelphase eingestellt, die mit W entsprechend einem CW-Verhältnis von 0,93 legiert war. Nach dem Sprühtrocknen wurden die Einsätze gemäß Standardpraxis gepreßt und gesintert, und dichte Strukturen ohne Porosität wurden erhalten.
Die Einsätze wurden mit herkömmlicher CVD mit TiN + TiCN, 1 + 1 μm, beschichtet.

B. Hartmetallwerkzeugeinsätze des Typs CMNG 120408-QM mit der gleichen chemischen Zusammensetzung, gleichen mittleren Korngrößen von WC, dem gleichen CW-Verhältnis und glei cher CVD-Beschichtung, die aber aus einem Pulver hergestellt wurden, das mit konventioneller Kugelmühlentechnik hergestellt worden war, wurden für Referenzen verwendet.

Einsätze von A und B wurden in einem Stirnfrästest verglichen, wo die Widerstandsfähigkeit gegen plastische Verformung als Flächenverschleiß gemessen wurde. Das Werkstückmaterial war ein ziemlich hoch-legierter Stahl, ein Stab mit dem Durchmesser von 180 mm (HB=310). Die Schneiddaten waren folgende:

Geschwindigkeit = 290 m/min

Vorschub = 0,30 mm/Umdrehung

Schneidtiefe = 2 mm
Der Flankenverschleiß nach zwei Durchgängen (Mittelwert für drei Kanten je Variante) war 0,27 mm für Variante A gemäß der Erfindung und 0,30 für Variante B.
Beispiel 4

A. Hartmetalleinsätze des Typs CNMG 120408-MM, ein Einsatz für das Drehen, mit der Zusammensetzung von 10,5 Gew.-% Co, 1,16 Gew.-% Ta, 0,28 Gew.-% Nb und Rest WC mit einer Korngröße von 1,6 μm wurden gemäß der Erfindung hergestellt. Kobalt-beschichtetes WC, WC-6 Gew.-% Co, hergestellt gemäß der US 5,505,902 , wurde sorgfältig in einer Laborstrahlmühle deagglomeriert, mit zusätzlichen Mengen an Co und deagglomerierten unbeschichteten (Ta, Nb)C- und TaC-Pulvern gemischt, um die erwünschte Materialzusammensetzung zu erzielen. Die Mischung wurde in einer Ethanol- und Wasser-Lösung (0,25 I Fluid je kg Hartmetallpulver) während 2 Stunden in einem Labormischer gemischt, und die Ansatzgröße war 10 kg. Außerdem wurden 2 Gew.-% Schmiermittel zu der Aufschlämmung zugegeben. Der Kohlenstoffgehalt wurde mit Ruß auf eine mit W entsprechend einem CW-Verhältnis von 0,87 hoch-legierte Bindephase eingestellt. Nach dem Sprühtrocknen wurden die Einsätze nach der Standardpraxis gepreßt und gesintert, und dichte Strukturen ohne Porosität wurden erhalten.

Die Einsätze wurde mit einer innersten equiaxialen TiCN-Schicht von 0,5 μm mit einem hohen Stickstoffgehalt, entsprechend einem geschätzten C/N-Verhältnis von 0,05, gefolgt von einer 4,2 μm dicken Schicht von säulenartigem TiCN, abgeschieden unter Verwendung von MT-CVD-Technik beschichtet. In anschließenden Stufen während des gleichen Beschichtungsverfahrens wurde eine 1,0 μm Schicht von Al₂O₃, die aus reiner k-Phase bestand, gemäß dem Verfahren, das in der EP-A-523 021 beschrieben ist, produziert. Eine dünne, 0,5 μm dicke TiN-Schicht wurde auf der Al₂O₃-Schicht abgeschieden.
Der beschichtete Einsatz wurde mit einer SiC-enthaltenden Nylon-Stroh-Bürste nach der Beschichtung gebürstet, wobei die äußere TiN-Schicht an den Kanten entfernt wurde.

B. Hartmetallwerkzeugeinsätze des Typs CNMG 120408-MM mit der gleichen chemischen Zusammensetzung der gleichen und mittleren WC-Korngröße, dem gleichen CW-Verhältnis und der gleichen CVD-Beschichtung, aber produziert aus einem Pulver, das durch übliche Kugelmühlentechnik hergestellt war, wurden als Vergleichsproben genutzt.

Die Einsätze nach A und B wurden an den Enden einer Stange, 180 Durchmesser, mit zwei gegenüberliegenden flachen Seiten (Dicke 120 mm) aus 4LR60 Material (einem rostfreien Stahl) verglichen.
Die Schneiddaten waren folgende:

Geschwindigkeit = 0,25 mm/Umdrehung

Vorschub = 180 m/min und

Schnittiefe = 2,0 mm
Der Verschleißmechanismus in diesem Test war Abplatzen der Kante.
Ergebnis

Einsatz	Anzahl der Schnitte
A. nach der Erfindung	19
B	15

Beispiel 5

A. Hartmetalldrehwerkzeugeinsätze des Typs CNMG 120408-PM mit der Zusammensetzung 5,48 Gew.-% Co, 3,30 Gew.-% Ta, 2,06 Gew.-% Nb, 2,04 Gew.-% Ti und Rest WC mit einer Korngröße von 1,6 μm wurden gemäß der Erfindung produziert. Mit Cobalt beschichtetes WC, WC-5 Gew.-% Co, hergestellt nach der US-5,505,902 , wurde sorgfältig in einer Laborstrahlmühle deagglomeriert, und mit zusätzlichen Mengen an Co und deagglomerierten, unbeschichteten (Ta, Nb)C-, TaC- und (Ti, W)C-Pulvern vermischt, um eine erwünschte Materialzusammensetzung zu bekommen. Das Mischen erfolgte in einer Ethanol- und Wasserlösung (0,25 I Fluid je kg Hartmetallpulver) während 2 Stunden in einem Labormischer, und die Ansatzgröße war 10 kg. Weiterhin wurden 2 Gew.-% Schmiermittel zu der Aufschlämmung zugegeben. Der Kohlenstoffgehalt wurde mit Wolframpulver auf eine Bindephase, die mit W entsprechend einem CW-Verhältnis von 0,95 legiert war, eingestellt. Nach dem Sprühtrocknen wurden die Einsätze gemäß Standardpraktiken gepreßt und gesintert, und es wurden dichte Strukturen ohne Porosität erhalten.

Die Einsätze wurde mit einer innersten, 5 μm dicken TiCN-Schicht überzogen, gefolgt von einer 6 μm dicken Schicht von Al₂O₃ in anschließenden Stufen während des gleichen Beschichtungsverfahrens.

B. Hartmetalldrehwerkzeugeinsätze des Typs CNMG 120408-PM mit der Zusammensetzung 5,48 Gew.-% Co, 3,30 Gew.-% Ta, 2,06 Gew.-% Nb, 2,04 Gew.-% Ti und Rest WC mit einer Korngröße von 1,6 μm wurden nach der Erfindung hergestellt. Unbeschichtetes, deagglomeriertes WC wurde mit zusätzlichen Co-Mengen und deagglomerierten, unbeschichteten (Ta, Nb)C-, TaC- und (Ti, W)C-Pulvern gemischt, um eine gewünschte Materialzusammensetzung zu erhalten. Das Mischen erfolgte in einer Ethanol- und Wasserlösung (0,25 I Fluid je kg Hartmetallpulver) während 2 Stunden in einem Labormischer, und die Ansatzgröße war 10 kg. Weiterhin wurden der Aufschlämmung 2% Schmiermittel zugesetzt. Der Kohlenstoffgehalt wurde mit Wolfram-Pulver zu einer Bindephase eingestellt, die mit W entsprechend einem CW-Verhältnis von 0,95 legiert war. Nach dem Sprühtrocknen wurden die Einsätze gemäß Standardpraxis gepreßt und gesintert, und es wurden dichte Strukturen ohne Porosität erhalten.

Die Einsätze wurden mit einer innersten 5 μm dicken Schicht von TiCN beschichtet, gefolgt von einer 6 μm dicken Schicht von Al₂O₃ in anschließenden Stufen während des gleichen Beschichtungsverfahrens.

C. Hartmetalldrehwerkzeugeinsätze des Typs CNMG 120408-PM mit der Zusammensetzung 5,48 Gew.-% Co, 3,30 Gew.-% Ta, 2,06 Gew.-% Nb, 2,04 Gew.-% Ti und Rest WC hergestellt aus einem Pulver, das mit herkömmlichen Kugelmühlentechniken hergestellt war, mit dem gleichen CW-Verhältnis und fast der gleichen mittleren WC-Korngröße wie Einsatz A und B wurden mit der gleichen Beschichtung wie die Einsätze A und B beschichtet.

Einsätze von A, B und C wurden in einem äußeren Drehtest in Längsrichtung, mit Schneidgeschwindigkeiten von 220 m/min bzw. 190 m/min, einer Schneidtiefe von 2 mm und mit einem Vorschub je Zahn von 0,7 mm/Umdrehung verglichen. Das Werkstückmaterial war SS 2541 mit einer Härte von 300 HB und einem Durchmesser von 160 mm. Die Verschleißkriterien in diesem Test waren das Maß der Kantenvertiefung in μm, welche die umgekehrte Beständigkeit gegen plastische Verformung wiedergibt. Ein geringerer Wert der Kantenvertiefung zeigt höhere Beständigkeit gegen plastische Verformung.
Die folgenden Ergebnisse wurden erhalten:

v = 190 m/min v = 220 m/min

Kantenvertiefung, μm Kantenvertiefung, μm

A 59 85

B 56 93

C 89 116
Da das allgemeine Zähigkeitsverhalten ähnlich war, ist es klar, daß sowohl Einsatz A, hergestellt aus Co-beschichtetem WC, als auch Einsatz B, hergestellt aus unbeschichtetem WC, beide gemäß der Erfindung, bessere Ergebnisse lieferten als der Einsatz C, der mit herkömmlicher Technik produziert war.
Beispiel 6

A. Hartmetalldrehwerkzeugeinsätze des Typs CNMG 120408-PM mit der Zusammensetzung 5,48 Gew.-% Co, 3,30 Gew.-% Ta, 2,06 Gew.-% Nb, 2,04 Gew.-% Ti und Rest WC mit einer Korngröße von 1,6 μm wurden gemäß der Erfindung produziert. Co-beschichtetes WC, WC-5 Gew.-% Co, hergestellt nach der US 5,505,902 , wurde sorgfältig in einer Laborstrahlmühle deagglomeriert, mit zusätzlichen Mengen an Co deagglomerierten, und unbeschichteten wurden (Ta, Nb)C-, TyC- und (Ti, W)C-Pulvern vermischt, um die erwünschte Materialzusammensetzung zu bekommen. Das Mischen erfolgte in einer Ethanol- und Wasserlösung (0,25 I Fluid je kg Hartmetallpulver) während 2 Stunden in einem Labormischer, und die Ansatzgröße war 10 kg. Außerdem wurden 2 Gew.-% Schmiermittel zu der Aufschlämmung zugegeben. Der Kohlenstoffgehalt wurde mit Wolframpulver bis zu einer Bindephase, die mit W entsprechend einem CW-Verhältnis von 0,95 legiert war, einge stellt. Nach dem Sprühtrocknen wurden die Einsätze nach Standardpraxis gepreßt und gesintert, und dichte Strukturen ohne Porosität wurden erhalten.

Die Einsätze wurden mit einer innersten 5 μm dicken Lage von TiCN beschichtet, gefolgt von einer 6 μm dicken Beschichtung mit Al₂O₃ in anschließenden Stufen während des gleichen Beschichtungsverfahrens.

B. Hartmetalldrehwerkzeugeinsätze des Typs CNMG 120408-PM mit der Zusammensetzung 5,48 Gew.-% Co, 3,30 Gew.-% Ta, 2,06 Gew.-% Nb, 2,04 Gew.-% Ti und Rest WC mit einer Korngröße von 1,6 μm wurden nach der Erfindung hergestellt. Unbeschichtetes, deagglomeriertes WC wurde mit zusätzlichen Mengen von Co und mit deagglomerierten, unbeschichteten (Ta, Nb)C-, TaC- und (Ti, W)C-Pulvern vermischt, um die erwünschte Materialzusammensetzung zu bekommen. Das Vermischen erfolgte in einer Ethanol- und Wasserlösung (0,25 I Fluid je kg Hartmetallpulver) für 2 Stunden in einem Labormischer, und die Ansatzgröße war 10 kg. Weiterhin wurden 2 Gew.-% Schmiermittel zu der Aufschlämmung zugegeben. Der Kohlenstoffgehalt wurde mit Wolframpulver auf eine Bindephase eingestellt, die mit W entsprechend einem CW-Verhältnis von 0,95 legiert war. Nach Sprühtrocknung wurden die Einsätze nach Standardpraxis gepreßt und gesintert, und es wurden Strukturen ohne Porosität erhalten.

Die Einsätze wurden mit einer innersten 5 μm dicken Schicht von TiCN überzogen, gefolgt von einer 6 μm dicken Schicht von Al₂O₃ in anschließenden Stufen während des gleichen Beschichtungsverfahrens.

C. Hartmetalldrehwerkzeugeinsätze des Typs CNMG 120408-PM mit der Zusammensetzung 5,48 Gew.-% Co, 3,30 Gew.-% Ta, 2,06 Gew.-% Nb, 2,04 Gew.-% Ti und Rest WC, hergestellt aus Pulver, das mit herkömmlichen Kugelmühlentechniken hergestellt worden war, mit dem gleichen CW-Verhältnis und fast der gleichen mittleren WC-Korngröße wie im Einsatz A und B wurden mit dem gleichen Überzug wie der Einsatz A und B beschichtet.

Die Einsätze aus A, B und C wurden in einem äußeren Drehtest in Längsrichtung mit den Schneiddaten 240 m/min, einer Schneidtiefe von 2 mm und einem Vorschub je Zahn von 0,7 mm/Umdrehung miteinander verglichen. Das Werkstückmaterial war SS 2541 mit einer Härte von 300 HB und einem Durchmesser von 160 mm. Die Verschleißkriterien in diesem Test waren das Maß des maximalen Flankenverschleißes nach 5 min in Schneidzeit, was die Beständigkeit gegen plastische Verformung wiedergibt.
Folgende Ergebnisse wurden erhalten:

max. Flankenverschleiß, μm

A 28

B 35

C 38
Da das allgemeine Zähigkeitsverhalten ähnlich war, ist klar, daß sowohl Einsatz A, produziert aus Co-beschichtetem WC, als auch Einsatz B, produziert aus unbeschichtetem WC, beide nach der Erfindung, bessere Leistung zeigten als C, produziert mit herkömmlichen Techniken.

Claims

Hartmetall-Schneidwerkzeugeinsatz mit einer dünnen verschleißbeständigen Beschichtung mit ausgezeichneten Eigenschaften für Bearbeitung von Stählen und nichtrostenden Stählen, bestehend aus WC, 5–12,5 Gew.-% Co und 0–10 Gew.-% kubischem Karbid, wie TiC, TaC, NbC oder Gemischen hiervon, worin die WC-Körner eine mittlere Korngröße im Bereich von 1,0–3,0 μm haben, dadurch gekennzeichnet, daß die WC-Körner eine Korngrößenverteilung im Bereich von 0,5–4,5 μm haben und der W-Gehalt in der Bindephase, ausgedrückt als das „CW-Verhältnis" und definiert als CW-Verhältnis = Ms/(Gew.-% Co·0,0161),worin M die gemessene Sättigungsmagnetisierung des gesinterten Hartmetalleinsatzes in kA/m ist und Gew.-% Co der Gewichtsprozeßsatz an Co in dem Hartmetall ist, 0,86–0,96 beträgt.
Hartmetalleinsatz nach dem vorausgehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung TiC_xN_yO_z mit säulenartiger Körnung, gefolgt von einer Schicht aus α-Al₂O₃, k-Al₂O₃ oder einem Gemisch von α- und k-Al₂O₃, umfaßt.