DE69923246T2

DE69923246T2 - Hartes Sinterkörper-Werkzeug

Info

Publication number: DE69923246T2
Application number: DE69923246T
Authority: DE
Inventors: Yasuyuki Itami-shi Kanada; Kunihiro Itami-shi Tomita; Tetsuo Itami-shi Nakai
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1998-03-02
Filing date: 1999-03-02
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2019-03-03
Also published as: EP0940215B1; EP0940215A1; ES2237039T3; US6155755A; CA2263613A1; ATE287314T1; DE69923246D1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Schneid-, Bohr- oder verschleißfestes Werkzeug, das ein Werkzeugträgermaterial und einen harten Sinterkörper aus Diamant oder kubischem Bornitrid umfasst, der mit dem Werkzeugträgermaterial mit hoher Festigkeit und Härte verbunden wird, sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben.
Sinterdiamant, der durch Sinterung feiner Diamantpartikel unter Verwendung eines Bindemittels wie ein Metall aus der Eisengruppe in der Umgebung extrem hoher Drücke und hoher Temperaturen hergestellt wird, besitzt eine weitaus höhere Verschleißfestigkeit als herkömmliche Sinterhartmetalle und wird somit als Werkstoff für Schneidkanten von Schneidwerkzeugen, Drahtziehdüsen, Bohrspitzen und verschleißfeste Werkzeuge weit verbreitet genutzt. Ein durch Sinterung feiner Partikel aus kubischem Bornitrid unter Verwendung von verschiedenen Bindemitteln hergestellter Sinterwerkstoff zeigt ein ausgezeichnetes Verhalten, wenn er zum Schneiden von harten Metallen der Eisengruppe und Gusseisen verwendet wird.
5 zeigt ein herkömmliches Schneidwerkzeug mit einem harten Sinterkörper, der geklebt ist. Der harte Sinterkörper 1 ist als ein zusammengesetzter Sinterkörper aus Diamant oder kubischem Bornitrid hergestellt, der mit einer Auflage 2 aus Sinterhartmetall belegt ist. Eine Seite der Auflage 2 dieses harten Sinterkörpers wird durch eine Haftschicht 3, hauptsächlich aus Ag oder Cu, an ein Werkzeugträgermaterial 4 hartgelötet, um ein Schneidwerkzeug gemäß 5 zu bilden.
Beim Hartlöten werden diese zusammengesetzten Sinterkörper einer schnellen Erwärmung und Abkühlung ausgesetzt. So können, den Bedingungen entsprechend, an der Diffusionsschicht zwischen dem harten Sinterkörper 1 und der Auflage 2 aus Sinterhartmetall wegen der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung zwischen diesen Werkstoffen Risse und Bruchschaden auftreten. Außerdem kann, auch nachdem das Schneidwerkzeug fertig gestellt wurde, entsprechend den Sinterungsbedingungen des harten Sinterkörpers, auf Grund der geringen Haftfestigkeit an der Berührungsfläche, unter rauhen Schneidbedingungen eine Ablösung oder Absplitterung beim Schneiden auftreten. Folglich gab es ein Problem bei der Zuverlässigkeit des Werkzeuges.
Um diese Probleme zu überwinden, wird in dem ungeprüft veröffentlichten Japanischen Patent 60-85940 vorgeschlagen, die Zuverlässigkeit an der Berührungsfläche zu verbessern, indem an der Berührungsfläche zwischen dem Sinterkörper und der Auflage aus Sinterhartmetall ein Karbid oder Nitrid aus Ti oder Zr gebildet wird. Da jedoch die zusammengesetzten Sinterkörper durch Verbindung verschiedener Werkstoffe gebildet werden, die eine unterschiedliche Wärmeausdehnung aufweisen, war der Verbesserungseffekt begrenzt.
Andererseits wurde in Erwägung gezogen, den harten Sinterkörper 1 (aus Diamant oder kubischem Bornitrid) mit dem Werkzeugträgermaterial 4 nicht durch die Auflage 2 aus Sinterhartmetall zu verbinden, sondern die Diffusionsschicht zwischen dem harten Sinterkörper 1 und der Auflage 2 aus Sinterhartmetall unmittelbar wegzulassen. Solche Werkzeugstrukturen sind in den ungeprüft veröffentlichten Japanischen Patenten 59-134665 und 60-187603, dem nach Prüfung veröffentlichten Japanischen Gebrauchsmuster 64-4839, dem ungeprüft veröffentlichten Japanischen Patent 2-274405, dem nach Prüfung veröffentlichten Japanischen Patent 3-17791 und den ungeprüft veröffentlichten Japanischen Patenten 7-124804 und 9-108912 offenbart. Diese Veröffentlichungen im Stand der Technik offenbaren, dass auf der Oberfläche eines Sinterkörpers aus Diamant oder eines Sinterkörpers aus kubischem Bornitrid eine aktive Metallschicht ausgebildet ist und diese direkt mit einem Werkzeugträgermaterial durch ein Hartlot, das vorwiegend aus Ag oder Cu besteht, oder unter Verwendung eines aktiven Hartlots, das ein Weichmetall wie Ag, Cu oder Au und ein aktives Metall wie Ti, Zr oder Ta wie Ag-Cu-Ti, Cu-Ti, Ag-Ti, Au-Ta oder Au-Nb umfasst, verbunden wird.
Da ein Sinterkörper aus Diamant oder kubischem Bornitrid mit einem Werkzeugträgermaterial durch eine vorwiegend aus einem Weichmetall wie Ag bestehende Haftschicht verbunden ist, gab es bei diesen Ausführungen nach bisherigem Stand der Technik unter härtesten Schneidbedingungen verschiedene Probleme wie eine Verminderung der Schneidgenauigkeit oder Verschlechterung der Oberflächenrauhigkeit auf Grund einer Verformung der Haftschicht, durch fehlende Härte verursachtes starkes Vibrieren und Abtragung des Lötwerkstoffes sowie Bruch des Werkzeuges infolge der Tatsache, dass an der Schneidkante des Werkzeugs erzeugte Schneidwärme durch den Sinterkörper, der eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, direkt in die Haftschicht fließt.
Ähnliche harte Sinterkörper-Werkzeuge sind durch Pobol et al. in „Diamond and Related Materials", 6 (1997) 1067–1070 und auch in der Deutschen Patentanmeldung Nr. DE 43 04 104 A1 (NOF Corp.) offenbart.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines harten Sinterkörper-Werkzeugs, bei dem ein harter Sinterkörper aus Diamant oder kubischem Bornitrid durch eine Haftschicht mit einem Werkzeugträgermaterial mit hoher Festigkeit und Härte verbunden wird, so dass der harte Sinterkörper nicht brechen oder reißen wird.
Eine Aufgabe dieser Erfindung ist es, Risse und Bruchschaden des harten Sinterkörpers beim Hartlöten zu verhindern, während eine hohe Bindungsfestigkeit zwischen dem Sinterkörper und dem Werkzeugkörper erzielt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines harten Sinterkörper-Werkzeugs vorgesehen, bei dem ein 20 Vol.-% oder mehr Diamant oder kubisches (Bor-) Nitrid enthaltender harter Sinterkörper mit einem Werkzeugträgermatenal unter Verwendung eines Hartlotes hartgelötet wird, das 20 bis 30 Gew.-% Ti, 20 bis 30 Gew.-% Zr, wahlweise 10 bis 30 Gew.-% Ni und als Rest Cu enthält, wobei das Hartlöten in einem Vakuum oder einer Inertgasatmosphäre durchgeführt wird, um eine Ti und Zr, wahlweise Ni und als Rest Cu enthaltende Haftschicht zu bilden, wodurch der harte Sinterkörper durch die Haftschicht mit dem Werkzeugträgermaterial verbunden wird.
Die Haftschicht besitzt vorzugsweise einen Schmelzpunkt von 700–1000°C.
Der harte Sinterkörper kann durch die Haftschicht direkt mit dem Werkzeugträgermaterial verbunden werden.
Der harte Sinterkörper ist vorzugsweise 0,25–1,5 mm dick.
Das harte Sinterkörper-Werkzeug nach der vorliegenden Erfindung weist ein polygonales Werkzeugträgermaterial und einen harten Sinterkörper auf, der mit einer Ecke des Werkzeugträgermaterials verbunden ist, an beiden Seiten der Ecke zwei Grate des Werkzeugträgermaterials, jeweils einen ersten Grat, der einem Grat des harten Sinterkörpers benachbart liegt und zu diesem ausgerichtet ist, und einen zweiten Grat umfassend, der dem einbeschriebenen Kreis des Werkzeuges näher als der Grat des harten Sinterwerkzeuges vorgesehen ist.
Vorzuziehen ist ein hartes Sinterkörper-Werkzeug mit dem ersten Grat, der 0,1 bis 2,0 mm lang ist, und ein hartes Sinterkörper-Werkzeug, in welchem die ersten und zweiten Grate durch eine Abstufung von 0,01 bis 1 mm miteinander verbunden sind.
Vorzuziehen ist ein hartes Sinterkörper-Werkzeug, welches mit Aufnahmenuten an den Ecken ausgebildet ist, wobei der harte Sinterkörper an eine der Aufnahmenuten hartgelötet wird und einen Grat als Schneidkante aufweist, wobei jede der Aufnahmenuten eine senkrechte Freifläche und eine Unterseite aufweist, die sich in einem Winkel, der kleiner als der Schnittwinkel der Unterseite und der Rückseite des harten Sinterkörpers ist, schneiden.
Der Schnittwinkel der senkrechten Freifläche und der Unterseite der Aufnahmenuten sollte vorzugsweise zwischen 75° und 87° sein.
Die senkrechte Freifläche und die Unterseite von jeder der Aufnahmenuten sollten vorzugsweise durch eine gekrümmte Fläche mit einem Krümmungsradius von 0,1 bis 0,3 mm miteinander verbunden sein.
Das Werkzeugträgermaterial kann aus einem Sinterhartmetall hergestellt sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der harte Sinterkörper durch ein Hartlot als eine Haftschicht mit einem Werkzeugträgermaterial im Vakuum oder in einer Inertgasatmosphäre hartgelötet.
Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung kann außerdem die Schritte des Vorsehens von jeweils zwei Graten des Werkzeugträgermaterials an beiden Seiten der Ecke, wobei ein erster Grat dem harten Sinterkörper benachbart ist und ein zweiter Grat einem einbeschriebenen Kreis des Werkzeugs näher als der erste Grat vorgesehen ist, des Verbindens des harten Sinterkörpers mit der Ecke des Werkzeugträgermaterials und des gleichzeitigen Schleifens der Grate des harten Sinterkörpers und der ersten Grate zur Bildung von Schneidkanten an dem harten Sinterkörper umfassen.
Andere Merkmale und Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung deutlich, die mit Bezug auf die beispielhaft vorgesehenen, begleitenden Zeichnungen vorgenommen wird, in denen
1 die Schnittansicht eines die vorliegende Erfindung verkörpernden Schneidwerkzeugs;
2 die Schnittansicht einer anderen Ausführung;
3 die Schnittansicht einer noch anderen Ausführung;
4 die Schnittansicht einer noch weiteren Ausführung;
5 die Schnittansicht eines herkömmlichen (Schneidwerkzeugs);
6 die Vorderansicht eines die vorliegende Erfindung verkörpernden Einsatzes;
7 die Vorderansicht desselben, bevor er geschliffen wird;
8 die Vorderansicht desselben nach dem Schleifen;
9A und 9B Seitenansichten desselben;
10 die Vorderansicht eines herkömmlichen Einsatzes;
11 eine Seitenansicht desselben;
12 eine Vorderansicht, die einen Zustand vor dem Schleifen bei einem herkömmlichen Herstellungsverfahren zeigt;
13 eine ähnliche Ansicht, die einen Zustand nach dem Schleifen zeigt;
14A die Seitenansicht eines herkömmlichen Einsatzes;
14B eine vergrößerte Seitenansicht desselben;
15A die Seitenansicht eines weiteren herkömmlichen Einsatzes;
15B eine vergrößerte Seitenansicht desselben;
16A die Draufsicht eines diese Erfindung verkörpernden Einsatzes;
16B eine vergrößerte Ansicht im Schnitt, der entlang der Linie X-X von 16A verläuft;
17 eine vergrößerte Ansicht, teilweise im Schnitt, von einer weiteren Ausführung; und
18 eine vergrößerte Ansicht, teilweise im Schnitt, von einer noch anderen Ausführung ist.
Wir, die Erfinder, haben leidenschaftlich versucht, ein Verfahren zum Verbinden eines Sinterkörpers aus Diamant oder kubischem Bornitrid durch eine Haftschicht mit einem Werkzeugträgermaterial mit hoher Festigkeit und Härte zu entwickeln, ohne dass das Zerbrechen des Sinterkörpers verursacht wird oder dieser einen Sprung bekommt.
Die Folge war, dass wir herausgefunden haben, dass ein Diamant-Sinterkörper oder ein harter Sinterkörper aus kubischem Bornitrid mit einem Werkzeugträgermaterial durch Verwendung eines Hartlotes, wie hier beschrieben ist, sicher verbunden werden kann, ohne Bruchschaden oder Risse zu verursachen.
Für einen Werkstoff, der Hauptbestandteil des Hartlotes sein kann, sind folgende zwei Eigenschaften erforderlich: Es ist weniger wahrscheinlich, dass die Haftschicht selbst unter einer hohen Schneidkraft verformt wird, wobei sie Spannungen infolge unter schiedlicher Wärmeausdehnung aufnehmen kann, wenn der Sinterkörper aus Diamant oder kubischem Bornitrid mit dem Werkzeugträgermaterial verbunden wird.
Die für diesen Zweck verwendeten üblichen Hartlote enthalten Silber (Ag) als Hauptbestandteil. Jedoch besitzt Ag einen so niedrigen Elastizitätsmodul, dass die Haftschicht bei Anwendungen mit hoher Schneidkraft dazu neigt, erheblich verformt zu werden. So ist Ag als Bestandteil für ein Hartlot nicht geeignet. Im Gegensatz dazu weist Kupfer (Cu) einen hohen Elastizitätsmodul auf und kann folglich durch unterschiedliche Wärmeausdehnung verursachte Spannungen aufnehmen. So haben wir herausgefunden, dass es wichtig ist, dass das Hartlot Cu enthält.
Andererseits ist der Haftbereich sowohl hoher Temperatur auf Grund der Schneidwärme als auch einer hohen Schneidkraft beim Schneiden ausgesetzt. Um die Zuverlässigkeit am Haftbereich zu verbessern, wird folglich neben einer hohen Haftfestigkeit bei normaler Temperatur eine hohe Wärmebeständigkeit benötigt, damit die hohe Festigkeit auch bei hohen Temperaturen beibehalten wird. Metalle, die zu den Gruppen IVa, Va, VIa im Periodensystem der Elemente gehören, weisen eine höhere Festigkeit als Ag und Cu und auch eine bessere Warmfestigkeit und Steifigkeit auf.
Wir haben herausgefunden, dass es möglich ist, ein Hartlot mit verbesserter Haftfestigkeit und Warmfestigkeit zu erhalten, indem ein solches Metall dieser Gruppen zu dem Kupfer als Hauptbestandteil hinzugefügt wird. Von den oben erwähnten Metallen haben Ti und Zr eine besonders hohe Warmfestigkeit und Wirksamkeit. Somit verbessert sich durch Hinzufügen von Ti und/oder Zr zum Cu die Benetzbarkeit für das Hartlot, was die Haftfestigkeit zwischen dem Sinterkörper aus Diamant oder kubischem Bornitrid und dem Werkzeugträgermaterial bedeutend verbessert.
Wenn der Gehalt von Ti und/oder Zr in dem Hartlot geringer als 20 Gew.-% ist, werden sich Haftfestigkeit und Warmfestigkeit nicht verbessern. Bei über 30 Gew.-% wird die Schmelztemperatur zur Erhöhung neigen, womit die Möglichkeit zunimmt, dass das Absplittern auf Grund von Spannung beim Verbinden verursacht wird.
Wenn der Gehalt von Ti und Zr in dem Hartlot jeweils 20–30 Gew.-% beträgt, wird der Schmelzpunkt infolge der Wirkung des eutektischen Dreistoffkristalls Ti-Zr-Cu deutlich sinken. Dies ist vorzuziehen, weil eine Bindung bei niedrigerem Schmelzpunkt möglich ist.
Wenn ein Hartlot neben den oben beschriebenen Elementen 10–30 Gew.-% Ni enthält, werden sich Wärmebeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit verbessern. Wenn der Ni-Gehalt geringer als 10% ist, wird keine Verbesserung der Warmfestigkeit infolge der Ergänzung von Ni auftreten. Bei mehr als 30 Gew.-% wird sich der Schmelzpunkt erhöhen, womit die Möglichkeit von Rissen oder Spannungen des Sinterkörpers während des Verbindens zunehmen wird. Folglich liegt der Ni-Gehalt im Hartlot vorzugsweise zwischen 10 und 30 Gew.-%.
Durch Verwendung eines Hartlots mit einer solchen Zusammensetzung wie sie oben beschrieben ist, kann Hartlöten bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur, d. h. 800–1000°C, durchgeführt werden.
Der mit dem Werkzeugträgermaterial verbundene harte Sinterkörper kann ein bekannter harter Sinterkörper sein, der Diamant oder kubisches Bornitrid von 20 Vol.-% oder mehr enthält und durch eine Auflage aus Sinterhartmetall gehalten wird. Weil jedoch dieser Verbundwerkstoff bei einer warmen Verbindung schnellem Erhitzen und Abkühlen ausgesetzt wird, kann er durch Risse oder Absplitterung an der Diffusionsschicht zwischen dem harten Sinterkörper und dem Werkzeugträgermaterial auf Grund einer unterschiedlichen Wärmeausdehnung zwischen den beiden Werkstoffen entsprechend den Bedingungen zu Schaden kommen. Um ein zuverlässigeres Werkzeug aus hartem Sinterkörper zu erhalten, ist es somit besser, einen harten Sinterkörper ohne Auflage unmittelbar durch die Haftschicht mit dem Werkzeugträgermaterial zu verbinden.
Selbst wenn ein wie oben beschriebenes Hartlot mit hoher Bindungsfestigkeit verwendet wird, wird die an der Schneidkantenspitze des Werkzeugs erzeugte Schneidwärme in hohem Maße durch den stark wärmeleitenden Sinterkörper aus Diamant oder aus kubischem Bornitrid fließen, wenn der Sinterkörper dünner als 0,25 mm ist, womit die Temperatur an der Haftschicht ansteigt und ihre Verformung oder Absplitterung verursacht wird. Folglich wurde herausgefunden, dass der Sinterkörper aus Diamant oder aus kubischem Bornitrid eine Dicke von mindestens 0,25 mm aufweisen muss. Beträgt die Dicke mehr als 1,5 mm, so ist das Schleifen der Schneidkante beschwerlich. Folglich wurde herausgefunden, dass die Dicke des Sinterkörpers vom wirtschaftlichen Standpunkt aus vorzugsweise 1,5 mm oder weniger beträgt.
Das Werkzeugträgermaterial, mit dem der harte Sinterkörper verbunden wird, kann aus einem Werkstoff hergestellt werden, der, solange er stark genug ist, um der Schneidkraft standzuhalten, beliebig ist wie Sinterhartmetall, Stahl oder Keramik. Zieht man die Festigkeit des Werkstoffes und den unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen dem Trägermaterial und dem damit zu verbindenden, harten Sinterkörper in Betracht, ist Sinterhartmetall am besten.
Um den harten Sinterkörper mit dem Werkzeugträgermaterial durch die Haftschicht mit der oben stehenden Zusammensetzung zu verbinden, ist es als Nächstes notwendig, in einem Vakuum von 1·10^–3 bis 1·10^–6 Torr oder einer Inertgasatmosphäre wie Ar unter Verwendung eines Ti und Zr mit jeweils 20–30 Gew.-% enthaltenden Hartlotes, wobei der Rest Cu ist, oder eines Hartlotes, das außerdem 10–30 Gew.-% Ni enthält, zu erhitzen und zu verbinden, weil es beim Verbinden/Erhitzen notwendig ist, eine Oxidation der Bestandteile des Hartlotes, insbesondere von Ti und Zr zu verhindern. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, im oben definierten Vakuum oder der Inertgasatmosphäre zu erhitzen und zu verbinden, weil die Konzentration von Restsauerstoff in einer solchen Atmosphäre gering ist.
Auch wenn der harte Sinterkörper in dem oben beschriebenen Verfahren mit dem Werkzeugträgermaterial verbunden wird, kann sich in dem Sinterkörper entsprechend den Bedingungen ein Riss oder eine Absplitterung entwickeln.
Wie in den 10 und 11 gezeigt ist, bildet der harte Sinterkörper am Haftbereich zwischen dem Grat 18 des harten Sinterkörpers 1 und dem Grat 17' des Werkzeugträgermaterials 4 einen spitzen Winkel. Das Schleifen zur Bildung einer Schneidkante führt dazu, dass sich Risse und Absplitterungen bilden.
Ein solcher Riss oder Bruch dient als Ausgangspunkt für einen größeren Bruch, womit die Haftfestigkeit verringert wird und die Möglichkeit zunimmt, dass der harte Sinterkörper bei einer Verwendung abfällt. Somit verkürzt sich die Lebensdauer des Werkzeuges.
12 und 13 zeigen, wie ein herkömmlicher Einsatz hergestellt wird. Das Bestreben zur Absplitterung und Rissbildung passiert vermutlich auf Grund der Form der Schneidkantenspitzen des harten Sinterkörpers, die einen spitzen Winkel aufweisen. Derartige Absplitterung oder Risse neigen dazu, vom Grat des harten Sinterkörpers aus zu beginnen. Um eine derartige Absplitterung oder Risse nach dem Hartlöten des harten Sinterkörpers zu entfernen, ist es effektiv, den Grat 18 des harten Sinterkörpers 1 und den Grat 17' des Werkzeugträgermaterials 4 gleichzeitig oder getrennt zu schleifen, bis die Späne oder Risse entfernt sind.
Falls das Werkzeugträgermaterial, das typischerweise aus einem verhältnismäßig weichen Werkstoff wie Sinterhartmetall hergestellt ist, jedoch zusammen mit dem harten Sinterkörper geschliffen wird, besteht die Tendenz, dass die Schleifmaschine auf Grund eines großen Unterschiedes in der Härte zwischen den beiden Körpern belastet wird. Deshalb war gleichzeitiges Schleifen äußerst arbeitsintensiv. Da übliche Einsatzkörper lange Grate aufwiesen, die gleichzeitig geschliffen werden mussten, war das Schleifen insgesamt das Beschwerlichere.
Im Gegensatz dazu weist der in 7 und 8 gezeigte Einsatz gemäß der vorliegenden Erfindung erste Grate 16, die dem Werkzeugträgermaterial benachbart sind, und zweite Grate 17 auf, die zu dem einbeschriebenen Kreis des Werkzeuges näher als die ersten Grate 16 vorgesehen sind. Somit werden im Schleifschritt nur die ersten kurzen Grate 16 geschliffen, während die zweiten Grate nicht geschliffen werden, so dass im harten Sinterkörper gebildete Absplitterungen und Risse leichter entfernt werden können.
Der harte Sinterkörper-Einsatz gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein polygonales Werkzeugträgermaterial 4 und einen harten Sinterkörper 1, der mit einer Ecke des Werkzeugträgermaterials 4 verbunden ist und Diamant oder kubisches Bornitrid von 20 Vol.-% oder mehr enthält. Jeder der zwei Grate des Werkzeugträgermaterials, die von der Ecke hervorstehen, umfasst einen ersten Grat 16, der zu einem Grat 18 des harten Sinterkörpers ausgerichtet ist und an diesen angrenzt, und einen zweiten Grat 17, der zu dem einbeschriebenen Kreis des Werkzeuges näher als der Grat 18 des harten Sinterkörpers vorgesehen ist.
Zum wirksamen Schleifen sind die ersten Grate 16 des Werkzeugträgermaterials vorzugsweise nicht länger als 2,0 mm jedoch nicht kürzer als 0,1 mm, weil, wenn sie kürzer als 0,1 mm sind, die beim Hartlöten im harten Sinterkörper ausgebildeten Risse sich zu den ersten Graten 16 erstrecken können. Dies kann verursachen, dass ein Teil des Werkzeugträgermaterials einschließlich des ersten Grates zusammen mit dem gerissenen Teil des harten Sinterkörpers absplittert.
Wenn der Einsatz geformt wird, indem nur die Grate des harten Sinterkörpers und die ersten Grate des Werkzeugträgermaterials geschliffen werden, werden die ersten Grate 16 am Ende des Schleifens durch Abstufungen von 0,01 mm Höhe oder mehr mit den zweiten Graten 17 verbunden. Wenn diese Abstufungen jedoch höher als 1 mm sind, dann wird der hervorstehende Teil des harten Sinterkörpers so groß sein, dass die Klemmfestigkeit des Einsatzes schlecht sein wird, womit sich bei einer Verwendung die Möglichkeit starken Vibrierens erhöht. Folglich sollten diese Abstufungen vorzugsweise 0,01–1,0 mm hoch sein.
Auch wenn der harte Sinterkörper mit dem Werkzeugträgermaterial nach dem oben beschriebenen Verfahren verbunden wird, können sich beim Lötschritt, in Abhängigkeit von der Form der Aufnahmenut, auf Grund der unterschiedlichen Wärmeausdehnung zwischen dem harten Sinterkörper und der Haftschicht Risse oder Absplitterungen in dem harten Sinterkörper entwickeln.
Gemäß 14 und 15 ist an der Ecke der Seitenfläche 23a oder der Unterseite 23b der Aufnahmenut 23 eine Ausnehmung 25 ausgebildet, um eine Störung mit der Kante des harten Sinterkörpers zu vermeiden. Jedoch vergrößert die Ausnehmung 25 die Hartlotschicht örtlich, womit eine Spannungskonzentration verursacht wird, die ihrerseits Rissbildung und Bruch des harten Sinterkörpers unterstützt wie es in den 14B und 15B bei C dargestellt ist.
Im Gegensatz dazu schneiden sich bei dem in den 16–18 gezeigten Einsatz nach der vorliegenden Erfindung die senkrechte Freifläche und die Unterseite der Aufnahmenut in einem Winkel, der kleiner ist als der Schnittwinkel zwischen der Rückseite und der Unterseite des harten Sinterkörpers, so dass an der Ecke der Aufnahmenut ein ausgenommener Abschnitt gebildet wird, ohne die Ausnehmung 25 formen zu müssen.
Folglich wird die Dicke der Hartlotschicht stufenweise zum Mittelpunkt des Einsatzes hin größer. Dies verhindert eine örtliche Spannungskonzentration, womit die Möglichkeit, dass der harte Sinterkörper beim Hartlöten zerrissen oder zerbrochen wird, verringert ist.
Ein harter Sinterkörper, der eine Unterseite und eine Rückseite aufweist, die sich im rechten Winkel schneiden (das heißt, der Winkel an der unteren Hinterkante ist 90°), wäre leichter herzustellen. Wenn der Schnittwinkel zwischen der senkrechten Freifläche und der Unterseite der Aufnahmenut über 87° ist, wird die Wirkung des ausgenommenen Abschnitts nicht ausreichend sein. Außerdem neigt der harte Sinterkörper dazu, geneigt hartgelötet zu werden. Wenn dieser Schnittwinkel kleiner als 75° ist, wird die Hartlotschicht an der unteren Hinterkante des harten Sinterkörpers andererseits so dick sein, dass es schwierig werden kann, Rissbildung oder Bruchschaden in Abhängigkeit von den Bedingungen des Hartlötens zu verhindern. Der Schnittwinkel sollte deshalb innerhalb des Bereichs von 75° und 87° liegen.
Durch Verbinden der senkrechten Freifläche mit der Unterseite durch eine gekrümmte Fläche ist es möglich, Spannungskonzentration auf Grund des Schneidwiderstandes an der Ecke der Aufnahmenut zu vermeiden. Wenn der Krümmungsradius der gekrümmten Fläche über 0,3 mm ist, wird die Wirkung, den ausgenommenen Abschnitt vorzusehen, nicht ausreichend sein. Bei weniger als 0,1 mm kann die Wirkung der gekrümmten Fläche nicht zureichend sein. Folglich sollte der Krümmungsradius der gekrümmten Fläche 0,1 mm bis 0,3 mm sein.
In den 16–18 hat der Einsatz 10 jeder Ausführung ein Werkzeugträgermaterial 4, das aus Sinterhartmetall hergestellt wird und an einer Ecke mit einer Aufnahmenut 23 ausgebildet ist. Ein harter Sinterkörper 1, der Diamant oder cBN mit 20 Vol.-% oder mehr enthält, wird in der Aufnahmenut 23 hartgelötet. Der in 16 gezeigte harte Sinterkörper 1 besitzt eine Auflageschicht 2, die aus Sinterhartmetall hergestellt ist und an ihrer Unterseite verbunden wird. Die Sinterkörper von 17 und 18 weisen keine solche Auflageschicht auf und sind aus einem einzigen Werkstoff hergestellt. Nach dem Hartlöten wird der Grat jedes harten Sinterkörpers 1 geschliffen, um eine Schneidkante 24 zu bilden.
Jede in dem Werkzeugträgermaterial 2 ausgebildete Aufnahmenut 23 wird durch eine senkrechte Seitenfläche 23a und eine Unterseite 23b gebildet. Der harte Sinterkörper 1 eines beliebigen der dargestellten Einsätze 10 hat einen Winkel der unteren Hinterkante von 90°, während der Schnittwinkel θ, der durch die senkrechte Seitenfläche 23a und die Unterseite 23b gebildet wird, 90° oder weniger (vorzugsweise 75°–87°) ist.
In den Ausführungen von 16 und 17 erstreckt sich die Unterseite 23b parallel zu der oberen Fläche des Werkzeugträgermaterials 2, so dass die untere Fläche 23b als Bezug beim Positionieren des harten Sinterkörpers 1, wenn er hartgelötet wird, verwendet werden kann. In der Ausführung von 18 kann die Seitenfläche 23a, die sich zu der oberen Fläche des Werkzeugträgermaterials 2 senkrecht erstreckt, als Bezug beim Positionieren des harten Sinterkörpers 1 verwendet werden.
In jeder der Ausführungen bildet die Ecke der Aufnahmenut 23, nämlich der Verbindungsabschnitt der Seitenfläche 23a und der Unterseite 23b, eine gekrümmte Fläche 23c, die einen Krümmungsradius von 0,1 mm–0,3 mm aufweist.
Der Einsatz nach dieser Erfindung kann gemäß 16A eine wie von oben betrachtete dreieckige Form aufweisen oder kann quadratisch, diamantförmig oder von beliebiger anderer Form sein.
Die 1–4 zeigen harte Sinterwerkzeuge, die diese Erfindung verkörpern. Alle gezeigten Werkzeuge sind Beispiele wie sie angewandt werden, um Einsätze zum Schneiden zu verwerfen.
In den Abbildungen bedeuten die Ziffern 1 einen Diamant oder kubisches Bornitrid von 20 Vol.-% oder mehr enthaltenden harten Sinterkörper, 2 eine Sinterhartmetallauflage, mit der der harte Sinterkörper 1 durch vollständiges Sintern, um ihn zu halten, belegt wird, und 3 eine Haftschicht zur Verbindung des harten Sinterkörpers von 1 oder des zusammengesetzten Sinterkörpers von 2 mit einem Werkzeugträgermaterial 4. Diese Haftschicht ist eine Lage, die durch ein Hartlot gebildet wird sowie Ti und Cu, Zr und Cu oder Ti, Zr und Cu mit wahlweise versetztem Ni umfasst. Der Gehalt von Ti, Zr und Ni muss innerhalb des in der vorliegenden Erfindung bestimmten Bereiches liegen. Das Werkzeugträgermaterial 4 ist aus einem Sinterhartmetall hergestellt.
In den Ausführungen von 1 und 2 ist ein harter Sinterkörper 1 nur an einer Ecke des Werkzeugträgermaterials 4 auf dessen einen Seite angebracht. Solche Sinterkörper können jedoch an beiden Ecken der einen Seite, wie in 3 gezeigt, oder allen Ecken des Werkzeugträgermaterials, wie in 4 gezeigt, angebracht werden.
[BEISPIEL 1]
Tabelle 1 zeigt verschiedene Hartlote, die hergestellt wurden, um den Einfluss des Ti- und Zr-Gehaltes in der Haftschicht auf die Bindungsfestigkeit und die Schneidleistung zu prüfen.
Die Hartlote 1A–1D in Tabelle 1 weisen einen voneinander unterschiedlichen Gehalt an Cu, Ti und Zr auf.
Um Muster für das Hartlot herzustellen, wurden Hartlotpulver mit in Tabelle 1 gezeigten Zusammensetzungen vorbereitet und mit einem organischen Lösungsmittel (Terpineol C₁₀H₁₈O) gemischt, um pastenförmige Hartlote 1A–1D zu bilden. Um die Haftfestigkeit zwischen dem Sinterkörper aus kubischem Bornitrid und dem Werkzeugträgermaterial aus Sinterhartmetall zu bewerten, wurden 10 mm lange, stabförmige Proben aus kubischem Bornitrid mit einem Vierkantquerschnitt von 2,5 mm und einer Länge in Längsrichtung von 10 mm sowie Proben aus Sinterhartmetall-Trägermaterial hergestellt. Die Hartlote 1A–1D wurden anschließend auf ihren Haftflächen aufgebracht und die Proben unter einem Vakuum von 1·10^–5 Torr bei Temperaturen, die in Tabelle 1 dargestellt sind, erhitzt. Dann wurden vier Seiten von durch Hartlote 1A–1D verbundenen Mustern 2A–2D an vier Seiten maschinell bearbeitet, so dass sie einen quadratischen Querschnitt von 2·2 mm haben, wobei für jedes Muster die Scherfestigkeit am Haftbereich gemessen wurde. Tabelle 2 zeigt die Messergebnisse.
Da der Gehalt von Ti und Zr hoch war, stieg der Schmelzpunkt bei dem Muster 2D an, so dass das Hartlot auf eine hohe Temperatur erhitzt werden musste, um es zu schmelzen. Die folglich in dem Sinterkörper aus kubischem Bornitrid gebildeten Risse machten es unmöglich, die Haftfestigkeit zu messen.
Im Gegensatz dazu zeigten die Muster 2A–2C eine hohe Haftfestigkeit. Insbesondere ging bei den Mustern 2B und 2C, die im Umfang der vorliegenden Erfindung liegen, von der Haftschicht keine durch hohen Gehalt an Ti und Zr verursachte Zerstörung aus. Sie zeigten somit eine hohe Haftfestigkeit.

Um die Schneidleistung zu bewerten, wurden anschließend Sinterkörper aus kubischem Bornitrid mit Werkzeugträgermaterialien aus Sinterhartmetall unter Verwendung von Hartloten 1A–1C verbunden, um Testwerkzeuge 3A–3C zu bilden, die in 1 und Tabelle 3 dargestellt sind. Schneidversuche wurden unter den folgenden Bedingungen durchgeführt. Die verwendeten Sinterkörper aus kubischem Bornitrid waren 0,75 mm dick.

Werkstück:	Rundstab aus aufgekohltem Stahl (SCM 415)
Härte des Werkstücks:	HRC62
Umfangsgeschwindigkeit des Werkstücks:	200 m/min
Schnitttiefe:	0,5 mm
Vorschubgeschwindigkeit:	0,16 mm/U
Grundzeit:	5 min

Die Folge war, dass beim Werkzeug 3A auf Grund der geringen Wärmefestigkeit der Haftschicht die Lötfestigkeit infolge der Schneidwärme beim Schneiden abgenommen hat, was dazu führte, dass der harte Sinterkörper abgefallen ist. So war es unmöglich, eine Bewertung fortzusetzen. Im Gegensatz dazu war bei den Werkzeugen 3B und 3C, die die beanspruchten Bedingungen des vorliegenden Patents erfüllen, die Haftfestigkeit des harten Sinterkörpers hoch und die Warmfestigkeit gut, so dass während des Schneidens kein Abfallen oder Absplittern des harten Sinterkörpers auftrat. Folglich war ein stabiles maschinelles Bearbeiten möglich.
[BEISPIEL 2]
Tabelle 4 zeigt verschiedene Hartlote, die vorbereitet wurden, um den Einfluss des Ni-Gehalts in der Haftschicht auf Warmfestigkeit zu prüfen. Die Hartlote 4A–4D in Tabelle 4 weisen voneinander unterschiedliche Ni-Gehalte auf.
Die Muster wurden hergestellt, indem Hartlotpulver mit den in der Tabelle 4 gezeigten Zusammensetzungen vorbereitet wurden und diese mit einem organischen Lösungsmittel (Äthanol) gemischt wurden, um pastenförmige Hartlote 4A–4D zu erhalten. Um die Haftfestigkeit zwischen dem Sinterkörper aus kubischem Bornitrid und dem Werkzeugträger aus Sinterhartmetall zu bewerten, wurden 10 mm lange stabförmige Proben (mit 2,5 mm Vierkantquerschnitt) von Sinterkörpern aus kubischem Bornitrid und Sinterhartmetall-Trägermaterialien hergestellt. Die Hartlote 4A–4D wurden auf ihren Haftflächen aufgebracht und miteinander verbunden, indem sie in einer Ar-Atmosphäre bei Temperaturen, die in Tabelle 4 dargestellt sind, erhitzt wurden. Anschließend wurden die durch die Hartlote 4A–4D miteinander verbundenen Muster 5A–5D an ihren vier Längsseiten maschinell bearbeitet, so dass sie einen Vierkantquerschnitt von 2·2 mm haben. Die Haftschicht war 30 μm dick. Tabelle 5 stellt die Bewertungsergebnisse der Schertestigkeit der Muster in einer Hochtemperatur-Atmosphäre von 350°C dar.
Beim Muster 5D war der Ni-Gehalt im Hartlot hoch, so dass der Schmelzpunkt anstieg. Somit schmolz das Hartlot nur bei einer hohen Temperatur. Folglich ist der Sinterkörper aus kubischem Bornitrid gerissen, was es unmöglich macht, die Haftfestigkeit zu messen.
Im Gegensatz dazu zeigten die Muster 5A–5C eine hohe Haftfestigkeit. Insbesondere bei 5B und 5C mit hohem Ni-Gehalt und hoher Warmfestigkeit war das Oxidieren an der Haftschicht bei hoher Temperatur weniger wahrscheinlich.
[BEISPIEL 3] (nicht in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung)
Tabelle 6 zeigt verschiedene Schneidwerkzeuge, die vorbereitet wurden, um den Einfluss der Dicke des zu verbindenden, harten Sinterkörpers auf die Schneidleistung zu prüfen.

Die Schneidwerkzeuge 6A–6D in Tabelle 6 wurden hergestellt, indem ein Diamant-Sinterkörper mit Werkzeugträgermaterialien aus Sinterhartmetall mittels der in Tabelle 6 dargestellten Hartlote in der gleichen Weise wie im BEISPIEL 1 verbunden wurde. Sie wurden unter den folgenden Bedingungen auf Schneidleistung bewertet:

Werkstück:	Rundstab aus Al, 18 Gew.-% Si, mit vier axialen Ausnehmungen
Umfangsgeschwindigkeit des Werkstücks:	500 m/min
Schnitttiefe:	1,5 mm
Vorschubgeschwindigkeit:	0,2 mm/U
Grundzeit:	10 min

Tabelle 7 zeigt die Messergebnisse.
Weil der Sinterkörper aus Diamant dünn war, ist beim Werkzeug 7A die an der Schneidkante erzeugte Schneidwärme in hohem Maße in die Haftschicht geflossen, machte sie weich und verringerte die Haftfestigkeit. Dies führte zum Absplittern des Werkzeuges beim Schneiden. Weil die Sinterkörper aus Diamant dick waren, wurde im Gegensatz dazu bei den Mustern 7B–7D die an der Schneidkante erzeugte Schneidwärme verteilt und abgeleitet, so dass keine Erweichung der Haftschicht auftrat. So wurde herausgefunden, dass eine hohe Haftfestigkeit beibehalten worden ist und stabiles maschinelles Bearbeiten möglich war.
[BEISPIEL 4]
Tabelle 8 zeigt Schneidwerkzeuge, die hergestellt wurden, um hauptsächlich die Wirkung der Zusammensetzung einer Haftschicht auf die Schneidleistung zu prüfen.

Für die Schneidwerkzeuge 8A–8F von Tabelle 8 wurden die in Tabelle 8 dargestellten Hartlote verwendet, um einen durch ein Sinterhartmetallelement gehaltenen Diamant-Sinterkörper unter den entsprechenden Hartlötbedingungen mit dem Werkzeugträgermittel zu verbinden. Die Zusammensetzungen der durch den Wärmehaftschritt gebildeten Haftschichten sind in Tabelle 9 dargestellt. Tabelle 10 zeigt die Ergebnisse von Tests zur Leistungsbewertung für die Schneidwerkzeuge 8A–8F unter den folgenden Schneidbedingungen:

Werkstück:	Rundstab aus Al, 20 Gew.-% Si, mit vier axialen Ausnehmungen
Umfangsgeschwindigkeit des Werkstücks:	800 m/min
Schnitttiefe:	5,0 mm
Vorschubgeschwindigkeit:	0,35 mm/U
Grundzeit:	20 min

Bei den Werkzeugen 9A und 9C, die eine geringere Warmfestigkeit besitzen, ist eine an der Schneidkante erzeugte Schneidwärme in hohem Maße in die Haftschicht geflossen, machte damit die Haftschicht weich und hat die Haftfestigkeit verringert. Die Folge war, dass die Werkzeuge absplitterten. Im Gegensatz dazu trat bei den Werkzeugen 9B, 9D, 9E und 9F, die unter Vakuum erhitzt wurden, kein Erweichen der Haftschicht auf, so dass die hohe Haftfestigkeit beibehalten wurde. Somit war stabiles maschinelles Bearbeiten möglich.
[BEISPIEL 5]
Tabelle 11 stellt verschiedene Einsätze dar, die vorbereitet wurden, um die Wirkung der Abstufungen zwischen den ersten und zweiten Graten auf die Haftfestigkeit, Schneidleistung und Herstellungskosten zu prüfen. Das heißt, die in der Tabelle 11 angeführten Einsätze haben auf ihren Werkzeugträgermaterialien erste Grate, die mit dem harten Sinterkörper verbunden sind, und zweite Grate, die zu dem einbeschriebenen Kreis des Werkzeuges näher vorgesehen sind als die ersten Grate. Die ersten Grate und die dazwischen liegenden Abstufungen der jeweiligen Einsätze weisen Abmessungen auf, die voneinander unterschiedlich sind.
Um die Einsätze herzustellen, wurden Werkzeugträgermaterialien aus Sinterhartmetallen vorbereitet, die gemäß Tabelle 11 erste und zweite Grate aufweisen. Anschließend wurde ein Sinterkörper aus kubischem Bornitrid, der mit einem Sinterhartmetall belegt ist, an eine Ecke von jedem polygonalen Werkzeugträgermaterial unter Verwendung eines Hartlotes mit der Zusammensetzung 25Ti-25Zr-50Cu in einem Vakuum von 1·10^–4 Torr hartgelötet.
Um entlang der Grate jedes Sinterkörpers aus kubischem Bornitrid Schneidkanten zu bilden, wurden anschließend nur die Grate des Sinterkörpers allein geschliffen, oder diese Grate und die ersten Grate des Werkzeugträgermaterials wurden gleichzeitig geschliffen. Tabelle 12 zeigt die zum Schleifen benötigte Zeit und das Vorhandensein von Rissen, die bei jedem Muster übrig bleiben. Um 0,2 mm tiefe Risse, die an der Spitze jedes harten Sinterkörpers beobachtet wurden, zu entfernen, war es notwendig, jeden Grat auf die Tiefe von 0,25 mm zu schleifen.
Die Folge war, dass bei den Mustern 12A, 12B, 12C, 12D und 12E das Schleifrad bald beansprucht wurde, da der Abschnitt aus Sinterhartmetall zusammen mit dem harten Sinterkörper geschnitten wurde, und das Schleifen eine lange Zeit dauerte. Auch bei den Mustern 12I und 12M, die lange erste Grate aufwiesen, dauerte das Schleifen aus dem gleichen Grund wie oben eine lange Zeit.
Andererseits bildeten sich bei den Mustern 12F und 12J, die kurze erste Grate hatten, beim Hartlöten in dem harten Sinterkörper Risse, die sich zu den dünnen ersten Graten des Werkzeugträgermaterials ausdehnten. Sie waren nicht entfernbar.
Im Gegensatz dazu waren bei den Mustern 12G, 12H, 12K und 12L die beim Hartlöten gebildeten Risse leicht entfernbar.

Für diese vier Muster wurde unter den folgenden Bedingungen ein Schneidversuch durchgeführt, um die Schneidleistung weiter zu bewerten. Die Ergebnisse sind in Tabelle 13 dargestellt.

Werkstück:	aufgekohlter Stahl (SCM 415) mit 6 Längsnuten
Härte des Werkstücks:	HRC62
Umfangsgeschwindigkeit des Werkstücks:	200 m/min
Schnitttiefe:	0,5 mm
Vorschubgeschwindigkeit:	0,16 mm/U
Grundzeit:	5 min

Die Folge war, dass bei den Mustern 13K und 13L, deren aus dem harten Sinterkörper hervor stehender Abschnitt einen großen Anteil ausmachte, beim Schneiden ein starkes Vibrieren auftrat, das zum Absplittern des harten Sinterkörpers an seiner Schneidkante führte. Folglich musste der Versuch unterbrochen werden.
Im Gegensatz dazu war bei den Mustern 13G und 13H, die Beispiele gemäß der vorliegenden Erfindung sind, stabiles maschinelles Bearbeiten ohne starkes Vibrieren beim Schneiden möglich.
[BEISPIEL 6]
Tabelle 14 zeigt Einsätze aus Diamant-Sinterkörpern, die zum Prüfen des Einflusses der Dicke des zu verbindenden, harten Sinterkörpers auf die Schneidleistung vorbereitet wurden. Das heißt, die Einsätze in Tabelle 14 wurden in der gleichen Weise wie im BEISPIEL 5 vorbereitet, indem Diamant-Sinterkörper mit Werkzeugträgermaterialien aus Sinterhartmetall durch Verwendung von in Tabelle 14 gezeigten Hartloten verbunden wurden. Nachdem durch Schleifen Schneidkanten ausgebildet wurden, hatten die ersten Grate jedes Werkzeugträgermaterials eine Länge von 1,0 mm, und die Abstufungen zwischen den ersten und zweiten Graten betrugen 0,3 mm.
Tabelle 15 zeigt die Ergebnisse der Schneidbewertung für die Proben von Tabelle 14.
Die Folge war, dass beim Werkzeug 15A die an der Schneidkante erzeugte Schneidwärme in hohem Maße in die Haftschicht floss, weil der Sinterkörper aus Diamant dünn war. Dies führte zum Absplittern des Werkzeugs beim Schneiden infolge von Erweichung der Haftschicht und Verringerung der Haftfestigkeit. Im Gegensatz dazu wurde bei 15B–15D die an der Schneidkante erzeugte Schneidwärme verteilt und abgeleitet, weil der Sinterkörper aus Diamant dick war. Folglich wurde die Haftschicht nicht weich, so dass eine hohe Haftfestigkeit beibehalten wurde. Folglich war stabiles maschinelles Bearbeiten möglich.

Jedoch wurde für das Muster 15D zum Schleifen eine lange Zeit benötigt, wie es in Tabelle 14 gezeigt ist. Folglich war viel Arbeit nötig, um diesen Einsatz herzustellen. So hatten nur die Muster 15B und 15C, die im Umfang der vorliegenden Erfindung liegen, eine hohe Schneidleistung und waren auch wirtschaftlich. Die Bewertung wurde unter den folgenden Bedingungen vorgenommen:

Werkstück:	Rundstab aus Al mit 18 Gew.-% Si, mit vier axialen Ausnehmungen
Umfangsgeschwindigkeit des Werkstücks:	600 m/min
Schnitttiefe:	1,5 mm
Vorschubgeschwindigkeit:	0,2 mm/U
Grundzeit:	10 min

Die in dieser Erfindung verwendeten Haftschichten besitzen sowohl eine hohe Wärmebeständigkeit als auch hohe Korrosionsbeständigkeit, sie können mit dem harten Sinterkörper benetzen und weisen eine hohe Härte auf. Folglich übertragen diese Füllstoffe beim Hartlöten eine besonders große Belastung auf den harten Sinterkörper. Deshalb ist es äußerst wichtig, eine Spannungskonzentration zu unterdrücken, um Rissbildung oder Bruch des Sinterkörpers zu verhindern, so dass der Effekt dieser Erfindung sichtbar werden wird.
[BEISPIEL 7]
Es wurden sieben Arten von Werkzeugträgermaterialien vorbereitet, die aus Sinterhartmetall hergestellt sind und unterschiedliche Schnittwinkel aufweisen, die durch die Seite und die Unterseite der Aufnahmenuten gebildet sind, wie es in Tabelle 16 dargestellt ist. Ein 55 Vol.-% kubisches Bornitrid enthaltender Sinterkörper aus cBN (mit einem Winkel der unteren Hinterkante von 90°) wurde mit der Aufnahmenut (mit einer gekrümmten Fläche, die an der Ecke einen Krümmungsradius von 0,2 mm aufweist) von jedem Werkzeugträgermaterial unter Verwendung eines Hartlots mit einer Zusammensetzung von 25 Gew.-% Ti–25 Gew.-% Zr–50 Gew.-% Cu in einem Vakuum von 1·10^–4 Torr hartgelötet.
Anschließend wurden durch Schleifen der Grate des jeweiligen Sinterkörpers aus cBN Schneidkanten gebildet.
Die so geformten sieben Arten von Einsätzen (Muster 16A–16G) wurden beobachtet, um zu bestimmen, ob an dem Sinterkörper irgendetwas anomal war, wobei außerdem die maximale Dicke der Hartlotschicht jedes Musters gemessen wurde.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 16 dargestellt.
Bei den Mustern 16F und 16G war die Hartlötschicht am ausgenommenen Abschnitt der Aufnahmenut zu dick, so dass die Belastung auf Grund von Schrumpfung der Hartlöt schicht zunahm. Dies erzeugt eine große Beanspruchung und erhöht die Möglichkeit der Rissbildung im Sinterkörper. (Tatsächlich erlitten einige der Muster 16F und 16G Risse).
Beim Muster 16A war der Winkel der unteren Hinterkante der Sinterkörper aus cBN dem Eckwinkel der Aufnahmenuten gleich, so dass keine Wirkung durch die Bildung eines ausgenommenen Abschnitts beobachtet wurde. Folglich wurden die Sinterkörper aus cBN geneigt hartgelötet.
Bei den Mustern 16B–16E wurde eine Neigung der Sinterkörper, Risse oder eine andere Abnormalität nicht beobachtet. Sie waren so exakt, wie ausgelegt.
[BEISPIEL 8]
Um zu prüfen, welchen Einfluss die Schnittform des Verbindungsabschnitts zwischen der senkrechten Freifläche und der Unterseite jeder im Werkzeugträgermaterial gebildeten Aufnahmenut auf die Haftfestigkeit des harten Sinterkörpers und die Schneidleistung des Einsatzes hat, wurden fünf Arten von Mustern 17A–17E (Einsätze) vorbereitet, die in Tabelle 17 dargestellt sind. Für jedes Muster betrug der Schnittwinkel zwischen der senkrechten Freifläche und der Unterseite von jeder Aufnahmenut 85°, wobei die senkrechte Freifläche und die Unterseite durch eine gekrümmte Fläche miteinander verbunden waren. Die gekrümmten Flächen der jeweiligen Muster hatten gemäß Tabelle 17 unterschiedliche Krümmungsradien. Ein Sinterkörper aus cBN (cBN-Gehalt: 55 Vol.-%, Winkel der unteren Hinterkante: 90°) mit einer aus Sinterhartmetall bestehenden Auflageschicht, die mit ihrer Rückseite verbunden ist, wurde mit der Aufnahmenut von jedem Werkzeugträgermaterial unter Verwendung eines Hartlots mit der Zusammensetzung von 40Ti-20Zr-25Cu-15Ni in einer Argon enthaltenden Atmosphäre bei 850°C hartgelötet. Die Schneidkanten wurden durch Schleifen fertig bearbeitet.
Tabelle 17 zeigt den Verbindungszustand für die Muster H–L und ob Risse gefunden wurden oder nicht.
Bei dem Muster 17E war die Wirkung des vorgesehenen, ausgenommenen Abschnitts verloren gegangen, weil die gekrümmte Fläche einen zu großen Krümmungsradius hatte. Die Folge war, dass die harten Sinterkörper geneigt hartgelötet wurden.
Bei den Mustern 17A–17D war der Montagezustand gut, und es wurden keine Risse in den harten Sinterkörpern gefunden.

Bei den Mustern 17A–17D wurde der Test zur Schneidleistung unter den folgenden Bedingungen durchgeführt.

Werkstück:	aufgekohlter Stahl (SCM 415) mit sechs Längsnuten im äußeren Umfang
Härte des Werkstücks:	HRC 62
Schneidgeschwindigkeit an der Oberfläche des Werkstücks:	200 m/min
Schnitttiefe:	0,8 mm
Vorschubgeschwindigkeit:	0,2 mm/U
Grundzeit:	5 Minuten

Die Folge des Tests war, dass das Muster 17A an der Ecke der Aufnahmenut auf Grund von Spannungskonzentration, die sich aus der Schneidkraft an diesem Bereich ergibt, absplitterte. Das Absplittern trat auf, weil die gekrümmte Oberfläche, welche die Ecke der Aufnahmenut bildet, einen zu kleinen Krümmungsradius aufwies.
Bei den Mustern 17B, 17C und 17D eigneten sich die Krümmungsradien der gekrümmten Oberflächen, so dass keine Spannungskonzentration auftrat. Folglich wurde das Schneiden stabil durchgeführt.
Tabelle 18 zeigt die Abnutzungstiefe auf der Flanke von jedem der Muster 17B, 17C und 17D wie sie gemessen wurde, nachdem sie fünf Minuten lang zum Schneiden verwendet wurden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der harte Sinterkörper fest und stabil verbunden werden, ohne dass Bruchbildung und Risse möglich sind, da die Haftschicht zum Verbinden des harten Sinterkörpers mit dem Werkzeugträgermaterial eine 20–30 Gew.-% Ti und 20–30 Gew.-% Zr sowie Cu enthaltende Schicht ist. Kupfer, das in der Haftschicht enthalten ist, besitzt einen höheren Elastizitätsmodul als übliches Ag und kann durch unterschiedliche Wärmeausdehnung verursachte Spannungen aufnehmen. Ti oder Zr besitzt eine hohe Warmfestigkeit und Beweglichkeit. So verbessert sich durch das Hinzufügen von Ti oder Zr zum Kupfer die Benetzbarkeit des Haftwerkstoffes. Dies verbessert deutlich die Haftfestigkeit.
Infolgedessen wird es möglich, das Abfallen und Absplittern des harten Sinterkörpers beim Schneiden zu verhindern. Somit ist ein stabiles Schneiden möglich.
Wenn diese Erfindung auf Schneidwerkzeuge angewandt wird, sind beachtliche Wirkungen zu erwarten. Jedoch wird diese Erfindung auch ihre Effektivität zeigen, wenn sie in Bohrern, verschleißfestem Werkzeug und Drahtziehdüsen verwendet wird.
[Tabelle 1]

(1B und 1C verkörpern die vorliegende Erfindung)

[Tabelle 2]

(2B und 2C verkörpern die vorliegende Erfindung)

[Tabelle 3]

(3B und 3C verkörpern die vorliegende Erfindung)

[Tabelle 4]
[Tabelle 5]
[Tabelle 6]
[Tabelle 7]
[Tabelle 8]

(8E und 8F verkörpern die vorliegende Erfindung)

[Tabelle 9]

(9E und 9F verkörpern die vorliegende Erfindung)

[Tabelle 10]

(9E und 9F verkörpern die vorliegende Erfindung)

[Tabelle 11]
[Tabelle 12]
[Tabelle 13]
[Tabelle 14]
[Tabelle 15]
[Tabelle 16]
[Tabelle 17]
[Tabelle 18]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines harten Sinterkörper-Werkzeugs, bei dem ein 20 Vol.-% oder mehr Diamant oder kubisches Bornitrid enthaltender harter Sinterkörper unter Verwendung eines 20–30 Gew.-% Ti, 20–30 Gew.-% Zr, wahlweise 10–30 Gew.-% Ni und den Rest Cu enthaltenden Hartlots auf ein Werkzeugträgermaterial hartgelötet wird, wobei das Hartlöten in einem Vakuum oder einer Inertgasatmosphäre durchgeführt wird, um eine Ti und Zr, wahlweise Ni und den Rest Cu enthaltende Haftschicht zu bilden, womit der harte Sinterkörper mit dem Werkzeugträgermaterial durch die Haftschicht verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend die Schritte des Vorsehens von jeweils zwei Graten des Werkzeugträgermaterials auf beiden Seiten der Ecke mit einem ersten Grat, der dem harten Sinterkörper benachbart ist, und einem zweiten Grat, der zu einem eingeschriebenen Kreis des Werkzeugs näher vorgesehen ist als der erste Grat; des Verbindens des harten Sinterkörpers mit einer Ecke des Werkzeugträgermaterials und des gleichzeitigen Schleifens der Grate des harten Sinterkörpers und der ersten Grate, um Schneidkanten an dem harten Sinterkörper zu bilden.
Verfahren nach einem von Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Haftschicht einen Schmelzpunkt von 700–1000°C aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der harte Sinterkörper direkt mit dem Werkzeugträgermaterial durch die Haftschicht verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der harte Sinterkörper 0,25–1,5 mm dick ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Werkzeugträgermaterial aus einem Hartkarbid hergestellt ist.
Hartes Sinterkörper-Werkzeug, umfassend ein Werkzeugträgermaterial und einen harten Sinterkörper, der nicht weniger als 20 Vol.-% Diamant oder kubisches Bornitrid enthält und mit dem Werkzeugträgermaterial durch eine Haftschicht verbunden ist, die Ti und Zr, wahlweise Ni und den Rest Cu enthält, womit das harte Sinterkörper-Werkzeug durch ein Verfahren, wie es in einem der Ansprüche 1 bis 6 definiert ist, erhalten wird.
Hartes Sinterkörper-Werkzeug nach Anspruch 7, bei dem der harte Sinterkörper mit einer Ecke eines polygonalen Werkzeugträgermaterials verbunden ist, und zwei Grate des Werkzeugträgermaterials auf dessen beiden Seiten jeweils einen ersten Grat, der einem Grat des harten Sinterkörpers benachbart und mit diesem ausgerichtet ist, und einen zweiten Grat, der zu einem eingeschriebenen Kreis des Werkzeugs näher vorgesehen ist als der Grat des harten Sinterkörpers, aufweisen.
Hartes Sinterkörper-Werkzeug nach Anspruch 8, bei dem der erste Grat 0,1–2,0 mm lang ist.
Hartes Sinterkörper-Werkzeug nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, bei dem der erste und der zweite Grat durch eine Abstufung von 0,01–1 mm miteinander verbunden sind.
Hartes Sinterkörper-Werkzeug nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem das Werkzeugträgermaterial mit Aufnahmenuten an Ecken ausgebildet ist, wobei der harte Sinterkörper an eine der Aufnahmenuten hartgelötet wird, der harte Sinterkörper einen Grat als eine Schneidkante aufweist, jede der Aufnahmenuten eine senkrechte Freifläche und eine Unterseite aufweist, die sich in einem Winkel schneiden, der kleiner ist als der Schnittwinkel der Unterseite und der Rückseite des harten Sinterkörpers.
Hartes Sinterkörper-Werkzeug nach Anspruch 11, wobei der Schnittwinkel der senkrechten Freifläche und der Unterseite der Aufnahmenuten zwischen 75° und 87° ist.
Hartes Sinterkörper-Werkzeug nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, wobei die senkrechte Seite und die Unterseite von jeder der Aufnahmenuten durch eine gekrümmte Fläche, die einen Krümmungsradius von 0,1–0,3 mm aufweist, miteinander verbunden sind.