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DE102019110950A1 - Hartmetallzusammensetzungen und deren Anwendungen - Google Patents

Hartmetallzusammensetzungen und deren Anwendungen Download PDF

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DE102019110950A1
DE102019110950A1 DE102019110950.7A DE102019110950A DE102019110950A1 DE 102019110950 A1 DE102019110950 A1 DE 102019110950A1 DE 102019110950 A DE102019110950 A DE 102019110950A DE 102019110950 A1 DE102019110950 A1 DE 102019110950A1
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sintered
sintered cemented
carbide
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Armin Helldoerfer
Manfred Wolf
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Kennametal Inc
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Abstract

Gesinterte Hartmetalle werden hierin beschrieben, die verbesserte Eigenschaften bei hohen Temperaturen ohne drastische Einbußen bei der Biegefestigkeit zeigen. Bei manchen Ausführungsformen umfasst eine gesinterte Hartmetallzusammensetzung Wolframcarbid, eine metallische Binderphase, die mindestens ein Metall der Eisengruppe umfasst, und mindestens eine Mischkristallcarbidphase, die Tantal (Ta) und Molybdän (Mo) umfasst, wobei ein Wert von (Mo/Ta) in der gesinterten Hartmetallzusammensetzung 0,3 bis 100 beträgt und die gesinterte Hartmetallzusammensetzung eine Biegebruchfestigkeit von mindestens 4000 MPa aufweist.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft gesinterte Hartmetallzusammensetzungen und insbesondere gesinterte Hartmetallzusammensetzungen, die eine verbesserte Biegefestigkeit und verbesserte Hochtemperatureigenschaften zeigen.
  • HINTERGRUND
  • Bei Hartmetallen für Metallschneidzwecke wird die Qualität eines Hartmetalls oft durch seine Hochtemperatureigenschaften bestimmt. Die Härte von Hartmetallen kann sich bei steigenden Temperaturen und gleichzeitiger Zunahme von Verzunderungs- und Abbaudiffusionsprozessen drastisch verringern. Zusätzlich können sich Verformungseigenschaften von gesinterten Hartmetallen bei hohen Temperaturen wesentlich ändern. Ein Standard-WC-Co-Hartmetall weist zum Beispiel im Vergleich zur Härte bei Raumtemperatur bei 800 °C nur etwa ein Drittel seiner Härte auf. Zusätze von TiC und (Ta, Nb)C zum WC-Co-Hartmetallkönnen die Härte bei hohen Temperaturen erhöhen, aber Verluste bei der Härte können nach wie vor über fünfzig Prozent betragen.
  • Mechanische Eigenschaften von Hartmetallen werden auch durch hohe Temperaturen beeinflusst, die während Hartmetallsinterbedingungen auftreten. Das Kornwachstum ist zum Beispiel während des Sinterns und heißisostatischen Pressens (HIPping) von Grünlingen sehr schwierig zu vermeiden. Wie gut bekannt ist, kann sich übermäßiges Kornwachstum negativ auf die Biegefestigkeit des gesinterten Hartmetalls auswirken. Daher werden dem Grünling spezielle Metallcarbide als Kornwachstumsinhibitoren zugesetzt.
  • Die Komplexität von Prozessabläufen bei der Herstellung von Hartmetallen wird noch weiter dadurch erhöht, dass sowohl Wolfram aus dem Wolframcarbid als auch Metalle der Kornwachstumsinhibitoren in die Binderphase diffundieren, um einen Mischkristall zu bilden. Da die Löslichkeit dieser Metalle im Binder mit der Temperatur steigt, kann die maximale gelöste Konzentration bei einer bestimmten Temperatur überschritten werden, wodurch überschüssige Mengen aus der Binderphase ausgefällt oder auf der Oberfläche der WC-Körner abgeschieden werden. Eine derartige Abscheidung beeinträchtigt jedoch die Benetzung der Körner mit dem Bindermetall, was wiederum zu einer Verschlechterung der Biegefestigkeit führt. Bei diesen aktuellen Technologien ist eine sorgfältige Abwägung zwischen erwünschten Eigenschaften bei hohen Temperaturen und der wünschenswerten Biegefestigkeit erforderlich.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Im Hinblick auf die vorhergehenden Nachteile werden hierin gesinterte Hartmetalle beschrieben, die verbesserte Eigenschaften bei hohen Temperaturen ohne drastische Einbußen bei der Biegefestigkeit zeigen. Bei manchen Ausführungsformen umfasst eine gesinterte Hartmetallzusammensetzung Wolframcarbid, eine metallische Binderphase, die mindestens ein Metall der Eisengruppe umfasst, und mindestens eine Mischkristallcarbidphase, die Tantal (Ta) und Molybdän (Mo) umfasst, wobei ein Wert von (Mo/Ta) in der gesinterten Hartmetallzusammensetzung 0,3 bis 100 beträgt und die gesinterte Hartmetallzusammensetzung eine Biegebruchfestigkeit von mindestens 4000 MPa aufweist.
  • Bei einem weiteren Gesichtspunkt umfasst eine gesinterte Hartmetallzusammensetzung Wolframcarbid, eine metallische Binderphase, die mindestens ein Metall der Eisengruppe umfasst, und mindestens eine Mischkristallcarbidphase, die Tantal, Molybdän und Vanadium umfasst, wobei Tantal in einer Menge von mehr als der Löslichkeitsgrenze von Tantal in der metallischen Binderphase vorliegt.
  • Bei bevorzugten Ausführungsformen liegt Vanadium in einer geringeren Menge als Tantal vor.
  • Bei manchen Ausführungsformen umfasst die gesinterte Hartmetallzusammensetzung ferner Chrom. Bei bevorzugten Ausführungsformen umfasst die Mischkristallcarbidphase ferner Chrom. Vorzugsweise liegt Chrom in einer geringeren Menge als Tantal vor.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen liegt Molybdän in einer Menge von 0,5 bis 3 Gew.-% der gesinterten Hartmetallzusammensetzung vor, vorzugsweise von 0,5 bis 2,5 Gew.-%.
  • Diese und weitere Ausführungsformen werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung weiter beschrieben.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die 1 bis 3 sind optische Gefügebilder, die ausgefällte Mischkristallcluster eines gesinterten Hartmetalls gemäß manchen Ausführungsformen veranschaulichen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Hierin beschriebene Ausführungsformen werden durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung und Beispiele und deren vorherigen und folgenden Beschreibungen leichter verständlich. Hierin beschriebene Elemente, Einrichtungen und Verfahren sind jedoch nicht auf die speziellen Ausführungsformen beschränkt, die in der detaillierten Beschreibung und in den Beispielen vorgestellt werden. Es sollte erkannt werden, dass diese Ausführungsformen lediglich die Grundgedanken der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Zahlreiche Modifikationen und Anpassungen sind dem Fachmann ohne weiteres ersichtlich, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen.
  • Bei einem Gesichtspunkt umfasst eine gesinterte Hartmetallzusammensetzung Wolframcarbid, eine metallische Binderphase, die mindestens ein Metall der Eisengruppe umfasst, und mindestens eine Mischkristallcarbidphase, die Tantal (Ta) und Molybdän (Mo) umfasst, wobei ein Wert von (Mo/Ta) in der gesinterten Hartmetallzusammensetzung 0,3 bis 100 beträgt und die gesinterte Hartmetallzusammensetzung eine Biegebruchfestigkeit von mindestens 4000 MPa aufweist.
  • Unter Hinwendung zu bestimmten Bestandteilen umfassen hierin beschriebene gesinterte Hartmetallzusammensetzungen Wolframcarbid (WC). Wolframcarbid der gesinterten Zusammensetzung kann eine beliebige mittlere Korngröße aufweisen, die in Einklang mit den Zielen der vorliegenden Erfindung steht. Bei manchen Ausführungsformen können Wolframcarbidkörner zum Beispiel eine durchschnittliche Größe von 0,1 µm bis 5 µm aufweisen. Wolframcarbidkörner können auch eine durchschnittliche Größe aufweisen, die aus Tabelle I ausgewählt ist. Tabelle 1 - Durchschnittliche Größe von WC-Körnern (µm)
    0,3 bis 3
    0,5 bis 2
    0,1 bis 1,5
    0,5 bis 1,3
  • Die Korngröße kann nach der Linear-Intercept-Methode bestimmt werden. Wie hierin weiter detailliert beschrieben, bildet Wolframcarbid den Rest der gesinterten Hartmetallzusammensetzungen.
  • Gesinterte Hartmetallzusammensetzungen umfassen auch eine metallische Binderphase, die mindestens ein Metall der Eisengruppe umfasst. Bei manchen Ausführungsformen ist die metallische Binderphase eine Legierung auf Cobaltbasis oder nur Cobalt. Die metallische Binderphase kann in beliebiger Menge vorliegen. Die metallische Binderphase kann allgemein in einer Menge von 1 Gewichtsprozent bis 30 Gewichtsprozent. der gesinterten Hartmetallzusammensetzung vorliegen. Die metallische Binderphase kann im gesinterten Hartmetall auch in einer Menge vorliegen, die aus Tabelle II ausgewählt ist. Tabelle II - Metallische Binderphase (Gew.-%)
    1 bis 20
    5 bis 20
    3 bis 15
    8 bis 12
  • Zusätzlich zum Wolframcarbid und zur metallischen Binderphase umfasst das gesinterte Hartmetall mindestens eine Mischkristallcarbidphase, die Tantal (Ta) und Molybdän (Mo) umfasst, wobei ein Wert von (Mo/Ta) in der gesinterten Hartmetallzusammensetzung 0,3 bis 100 beträgt. Bei manchen Ausführungsformen beträgt der Wert von (Mo/Ta) von 1 bis 10 oder von 1 bis 5. Weitere Werte von (Mo/Ta) der gesinterten Hartmetallzusammensetzung können aus Tabelle III ausgewählt sein. Tabelle III - (Mo/Ta)-Wert in gesintertem Hartmetall
    0,3 bis 5
    0,3 bis 3
    1 bis 3
    0,5 bis 20
  • In Bezug auf den Mo/Ta-Wert kann Mo allgemein in der gesinterten Hartmetallzusammensetzung in einer Menge von 0,5 bis 5 Gewichtsprozent vorliegen. Bei manchen Ausführungsformen liegt Mo im gesinterten Hartmetall in einer Menge vor, die aus Tabelle IV ausgewählt ist. Tabelle IV - Gew.-% von Mo in gesintertem Hartmetall
    0,5 bis 3
    0,7 bis 2
    0,8 bis 1,5
    3,5 bis 5
  • In ähnlicher Weise kann Ta in Bezug auf den Mo/Ta-Wert im gesinterten Hartmetall allgemein in einer Menge von 0,05 bis 1,5 Gewichtsprozent vorliegen. Bei manchen Ausführungsformen liegt Ta in einer Menge vor, die die Löslichkeitsgrenze von Ta in der metallischen Binderphase überschreitet. Der Gewichtsprozentanteil von Ta im gesinterten Hartmetall kann auch aus Tabelle V ausgewählt sein. Tabelle V - Gew.-% von Ta im gesinterten Hartmetall
    0,1 bis 1,1
    0,2 bis 0,7
    0,25 bis 0,5
    0,25 bis 0,35
  • Bei manchen Ausführungsformen kann die Mischkristallcarbidphase außer Ta und Mo weitere Elemente umfassen. Die Mischkristallphase kann zum Beispiel ferner W umfassen, um eine (Ta, Mo, W)C-Mischkristallphase bereitzustellen.
  • Darüber hinaus können hierin beschriebene gesinterte Hartmetallzusammensetzungen eine hohe Härte und erwünschte Biegefestigkeiten aufweisen. Der Anmelder hat festgestellt, dass ein Zugeben von Molybdän zur gesinterten Hartmetallzusammensetzung Verluste der Biegefestigkeit abmildern kann, die durch Zunahme von Tantal, wie beispielsweise TaC oder (Ti, Ta)C verursacht werden, um das Kornwachstum zu begrenzen und die Härte bei hohen Temperaturen zu verbessern. Dementsprechend können die hierin beschriebenen gesinterten Hartmetallzusammensetzungen eine feine Kornstruktur und eine hohe Härte ohne damit einhergehende Verluste der Biegefestigkeit zeigen. Die gesinterten Hartmetallzusammensetzungen zeigen eine Biegebruchfestigkeit (Transverse Rupture Strength, TRS) von mindestens 4000 MPa oder mindestens 4500 MPa. Bei manchen Ausführungsformen weist eine Hartmetallzusammensetzung eine Biegebruchfestigkeit von 4300 bis 4800 MPa auf. Hierin beschriebene gesinterte Hartmetallzusammensetzungen können auch eine Biegebruchfestigkeit von über 4800 MPa aufweisen. Die Biegebruchfestigkeit für gesinterte Hartmetallzusammensetzungen wird nach der ISO 3327:2009 (ISO = International Organization for Standardization) bestimmt. Außer den vorhergehenden TRS-Werten können hierin beschriebene gesinterte Hartmetallzusammensetzungen eine höhere Härte zeigen. Eine gesinterte Hartmetallzusammensetzung kann zum Beispiel eine Härte von mindestens 1500 HV30 aufweisen. Bei manchen Ausführungsformen weist eine gesinterte Hartmetallzusammensetzung eine Härte von 1600 bis 2000 HV30 auf. Die Härtewerte werden nach ASTM E384-17, Standard Test Method for Microindentation Hardness for Materials, bestimmt.
  • Hierin beschriebene gesinterte Hartmetallzusammensetzungen können ferner Chrom umfassen. Chrom kann in der gesinterten Hartmetallzusammensetzung allgemein in einer Menge von 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent vorliegen. Obwohl die Härte zunimmt, kann Chrom bei mehr als 0,5 Gewichtsprozent zu wesentlichen Verringerungen der Biegebruchfestigkeit führen. Bei manchen Ausführungsformen liegt Chrom im gesinterten Hartmetall in einer geringeren Menge als das Tantal vor. Alternativ kann Chrom im gesinterten Hartmetall in einer größeren Menge als das Tantal vorliegen. Zusätzlich kann Chrom in die Mischkristallcarbidphase einbezogen werden, die Ta und Mo umfasst.
  • Hierin beschriebene gesinterte Hartmetallzusammensetzungen können ferner Vanadium umfassen. Vanadium kann zum Beispiel zusammen mit Ta und Mo vorliegen. Bei anderen Ausführungsformen liegt Vanadium mit Ta, Mo und Cr vor. Vanadium kann in der gesinterten Hartmetallzusammensetzung allgemein in einer Menge von 0,05 Gewichtsprozent bis 0,15 Gewichtsprozent vorliegen. Zum Beispiel kann Vanadium in der gesinterten Hartmetallzusammensetzung in einer Menge von 0,05 bis 0,10 Gew.-% oder von 0,10 bis 0,15 Gew.-% vorliegen. Bei manchen Ausführungsformen liegt Vanadium in einer Menge vor, die geringer als Tantal ist (V/Ta < 1). Wenn es vorliegt, kann Vanadium in die Mischkristallphase einbezogen werden, wie beispielsweise (V, Ta, Mo)C oder (V, Ta, Mo, Cr)C. Bei manchen Ausführungsformen kann Wolfram in beliebige der hierin beschriebenen Mischkristallcarbidphasen einbezogen werden.
  • Die Ta und Mo und wahlweise eines oder mehreres aus V, Cr und W umfassende Mischkristallcarbidphase kann bei manchen Ausführungsformen als Cluster im gesinterten Hartmetall ausgefällt werden. Cluster der Mischkristallcarbidphase können regelmäßige und/oder unregelmäßige Geometrien zeigen. 1 ist ein optisches Gefügebild, das ausgefällte Mischkristallcarbidcluster (eingekreist) eines gesinterten Carbids veranschaulicht, das 0,3 Gew.-% Ta, 0,96 Gew.-% Mo und 0,24 Gew.-% Cr umfasst. Das gesinterte Hartmetall von 1 zeigte eine TRS von 4501 MPa und eine Härte von 1560 HV30. Im Gegensatz zur herkömmlichen Praxis kann die Ausfällung der Mischkristallcarbidphase als ein oder mehrere Cluster die Biegefestigkeit des gesinterten Hartmetalls bei manchen Ausführungsformen verstärken, wie durch die TRS-Daten nachgewiesen. Ähnliche Effekte werden durch hierin beschriebene gesinterte Hartmetallzusammensetzungen demonstriert, die Ta, Mo, Cr und V umfassen. 2 ist ein optisches Gefügebild, das ausgefällte Mischkristallcarbidcluster in einem gesinterten Hartmetall veranschaulicht, das 0,3 Gew.-% Ta, 1,5 Gew.-% Mo, 0,10 Gew.-% Cr und 0,12 Gew.-% V umfasst. Das gesinterte Hartmetall von 2 zeigte eine TRS von 4549 MPa und eine Härte von 1650 HV30.
  • Ausgefällte Mischkristallcarbidcluster können im gesamten gesinterten Hartmetall zufällig verteilt sein. Außerdem können ausgefällte Mischkristallcarbidcluster unterschiedliche Größen zeigen. Allgemein weisen Mischkristallcarbidcluster mindestens eine Abmessung von 5 µm oder mehr auf. Bei manchen Ausführungsformen beträgt der Durchmesser eines ausgefällten Mischkristallclusters mindestens 5 µm. Ein Mischkristallcarbidcluster kann mehr als eine Abmessung aufweisen, die mindestens 5 µm beträgt.
  • Bei einem weiteren Gesichtspunkt umfasst eine gesinterte Hartmetallzusammensetzung Wolframcarbid, eine metallische Binderphase, die mindestens ein Metall der Eisengruppe umfasst, und mindestens eine Mischkristallcarbidphase, die Tantal, Molybdän und Vanadium umfasst, wobei Tantal in einer Menge von mehr als der Löslichkeitsgrenze von Tantal in der metallischen Binderphase vorliegt. Bei manchen Ausführungsformen liegt Vanadium in der gesinterten Hartmetallzusammensetzung in einer geringeren Menge als Tantal vor (V/Ta) < 1. Außerdem kann die Mischkristallcarbidphase bei manchen Ausführungsformen ferner Chrom und/oder Wolfram umfassen. Bei manchen Ausführungsformen liegt Chrom in einer größeren Menge als Vanadium vor. Wolframcarbid und die metallische Binderphase der gesinterten Zusammensetzung können beliebige hierin beschriebene Eigenschaften aufweisen, einschließlich der in den Tabellen I und II oben bereitgestellten. In ähnlicher Weise können in der gesinterten Hartmetallzusammensetzung Molybdän und Vanadium in Mengen vorliegen, die aus den obigen Tabellen IV und V ausgewählt sind. Bei manchen Ausführungsformen liegt Chrom wahlweise in einer Menge von 0,05 bis 0,5 Gew.-% vor.
  • Wie hierin beschrieben, kann die Tantal, Molybdän und Vanadium umfassende Mischkristallcarbidphase als ein oder mehrere Cluster ausgefällt werden. Die Mischkristallcluster können beliebige der oben beschriebenen Eigenschaften und Abmessungen aufweisen. Darüber hinaus können gesinterte Hartmetallzusammensetzungen, die mindestens eine Mischkristallcarbidphase umfassen, die Tantal, Molybdän und Vanadium einschließt, beliebige oben beschriebene TRS-Werte und/oder Härtewerte zeigen. Bei manchen Ausführungsformen weist das gesinterte Hartmetall zum Beispiel eine TRS von mindestens 4000 MPa oder mindestens 4500 MPa und eine Härte von mindestens 1500 HV30 auf.
  • Hierin beschriebene gesinterte Hartmetallzusammensetzungen zeigen bei manchen Ausführungsformen eine magnetische Sättigung von 75 bis 85 % oder 75 bis 80 %. Hierin wiedergegebene Werte magnetischer Sättigung basieren auf magnetischen Bestandteilen der metallischen Binderphase und werden gemäß ASTM B 886-12 „Standard Test Method for Determination of Magnetic Saturation (MS) of Cemented Carbides“, ASTM International, bestimmt. Wie dem Fachmann bekannt, können die magnetischen Sättigungswerte von Prozenten zu µTm3/kg oder anderen vergleichbaren Einheiten auf Grundlage eines Vergleichs mit einer nominal reinen Co-Bindephase umgewandelt werden. Zum Beispiel, siehe Roebuck, B. Magnetic Moment (Saturation) Measurements on Hardmetals, Int. J. Refractory Metals & Hard Materials, 14 (1996) 419 bis 424. Außerdem können hierin beschriebene Hartmetallzusammensetzungen frei von Eta-Phase und/oder anderen niederwertigen Carbidverbindungen wie z. B. W2C sein.
  • Hierin beschriebene gesinterte Hartmetallzusammensetzungen können hergestellt werden, indem pulvrige Ausgangsmaterialien einschließlich WC als Hauptbestandteil, metallische Binder und Verbindungen von Ta und Mo sowie gegebenenfalls Verbindungen von Cr und/oder V bereitgestellt und die Ausgangsmaterialien in einer Kugelmühle oder Reibungsmühle unter Zugabe von Kohlenstoff oder Wolfram und/oder Sinterhilfsmitteln vermahlen werden, um ein Sinterpulver bereitzustellen. Verbindungen von Ta, Mo, Cr und/oder V können Carbide und/oder Oxide dieser Elemente einschließen. Bei manchen Ausführungsformen können eines oder mehreres aus Ta, Mo, Cr und V als Metallpulver zugegeben werden. Das Sinterpulver wird zu einem Grünling geformt und der Grünling wird vakuumgesintert oder durch heißisostatisches Pressen (HIP) bei einer Temperatur im Bereich von 1350 °C bis 1560 °C während eines Zeitraums gesintert, der ausreicht, um das gesinterte Hartmetall der gewünschten Dichte und Mikrostruktur herzustellen.
  • Hierin beschriebene gesinterte Hartmetalle können bei verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden, darunter bei Schneidwerkzeugen, ohne darauf beschränkt zu sein. Bei manchen Ausführungsformen werden gesinterte Hartmetallzusammensetzungen zu Schneideinsätzen wie beispielsweise zu Wendeschneidplatten und Einsätzen für unterbrochenes Schneiden geformt. Die gesinterten Hartmetallzusammensetzungen können auch zu rotierenden Schneidwerkzeugen geformt werden, einschließlich Bohrern und Endfräsern verschiedener Geometrien. In manchen Ausführungsformen werden gesinterte Hartmetallartikel mit hierin beschriebenen Zusammensetzungen und Eigenschaften durch PVD und/oder CVD mit einem oder mehreren hochschmelzenden Materialien beschichtet. In manchen Ausführungsformen umfasst die hochschmelzende Beschichtung ein oder mehrere metallische Elemente, ausgewählt aus Aluminium und metallischen Elementen der Gruppen IVB, VB und VIB des Periodensystems, und ein oder mehrere nichtmetallische Elemente, ausgewählt aus den Gruppen IIIA, IVA, VA und VIA des Periodensystems. Beispielsweise kann die hochschmelzende Beschichtung eines oder mehrere Carbide, Nitride, Carbonitride, Oxide oder Boride von einem oder mehreren metallischen Elementen ausgewählt aus Aluminium und den Gruppen IVB, VB und VIB des Periodensystems umfassen. Zusätzlich kann die Beschichtung einschichtig oder mehrschichtig sein.
  • Diese und andere Ausführungsformen werden durch die folgenden nicht einschränkenden Beispiele weiter veranschaulicht.
  • Beispiel 1 - Gesinterte Hartmetallartikel
  • Gesinterte Hartmetallartikel, welche die in Tabelle VI angegebenen Zusammensetzungen aufwiesen, wurden wie folgt hergestellt. Sinterpulver, das die gewünschten Zusammensetzungsparameter jeder Probe in Tabelle VI aufwies, wurde zu einem Grünling zusammengepresst, der die Form und Abmessungen nach ISO 3327:2009 aufwies. Der Grünling wurde bei einer Höchsttemperatur von 1400 °C druckgesintert, um den gesinterten Hartmetallartikel für TRS-Prüfungen und Härteprüfungen bereitzustellen. Ta, Mo, V und Cr wurden in Sinterpulvern der relevanten Proben als TaC, Mo2C, VC bzw. Cr3C2 genutzt. Vergleichsproben wurden ebenfalls hergestellt, wobei Mo in der Zusammensetzung fehlte. Tabelle VI - Eigenschaften gesinterter Hartmetallartikel
    Muster WC Co (Gew.- %) Ta (Gew.- %) Mo (Gew.- %) Cr (Gew.-%) V (Gew.-%) HV30 TRS
    1* Rest 10 0,30 - 0,24 - 1565 4197
    2 Rest 10 0,30 0,96 0,24 - 1560 4501
    3 Rest 10 0,30 1,50 0,24 - 1595 4680
    4 Rest 10 0,30 3,00 0,24 - 1660 4532
    5* Rest 10 0,60 - 0,24 - 1575 4036
    6 Rest 10 0,60 0,96 0,24 - 1598 4280
    7 Rest 10 0,60 1,50 0,24 - 1614 4110
    8* Rest 10 1,10 - 0,24 - 1573 3994
    9 Rest 10 1,10 0,96 0,24 - 1594 4161
    10 Rest 10 1,10 1,50 0,24 - 1616 4264
    11 Rest 10 0,30 1,50 - 0,06 1597 4489
    12 Rest 10 0,30 1,50 - 0,12 1652 4549
    13 Rest 10 0,30 1,50 0,10 0,06 1621 4611
    * Vergleichsprobe
  • Aus den Ergebnissen der Proben 2 bis 4 im Verhältnis zur Vergleichsprobe 1 ist klar ersichtlich, dass die Zugabe von Molybdän die Härte und die TRS bei einem konstanten Ta-Gehalt erhöht. Zusätzlich zeigen die Proben 6 bis 7 und 10 bis 11, dass Mo Verringerungen der Biegefestigkeit (TRS) ausgleichen kann, die herkömmlicherweise durch einen erhöhten Ta-Gehalt verursacht werden. Dementsprechend können höhere Mengen an Ta verwendet werden, um das Kornwachstum zu hemmen und die Härte zu erhöhen, ohne die Biegefestigkeit zu verschlechtern.
  • Die Proben 11 bis 13 veranschaulichen Synergieeffekte des Zugebens kleiner Mengen Vanadium zu den gesinterten Hartmetallzusammensetzungen. Insbesondere die Zugabe von Vanadium in Verbindung mit geringen Mengen an Cr stellt die gesinterte Hartmetallzusammensetzung mit ausgezeichneter Härte und TRS bereit. Darüber hinaus können erhöhte Mengen von Vanadium die Ausfällung größerer Mischkristallcluster fördern. 3 ist ein optisches Gefügebild der Probe 11, wobei der Vanadiumgehalt 0,06 Gew.-% beträgt. Ausfällungen von Mischkristallclustern sind eingekreist. 2 ist ein optisches Gefügebild von Probe 12, wobei der Vanadiumgehalt 0,12 Gew.-% beträgt, was zur Ausfällung größerer Mischkristallcluster führt. Auch bei den größeren Abmessungen der Ausfällungen wurden gewünschte TRS-Werte erreicht. Die größeren Ausfällungen können zu höheren Werten bei Härte und TRS führen.
  • Es wurden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, die die verschiedenen Aufgaben der Erfindung erfüllen. Es sollte erkannt werden, dass diese Ausführungsformen lediglich die Grundgedanken der vorliegenden Erfindung veranschaulichen. Zahlreiche Modifikationen und Anpassungen davon sind dem Fachmann ohne weiteres ersichtlich, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (10)

  1. Gesinterte Hartmetallzusammensetzung, umfassend: Wolframcarbid, eine metallische Binderphase, die mindestens ein Metall der Eisengruppe umfasst, und mindestens eine Mischkristallcarbidphase, die Tantal (Ta) und Molybdän (Mo) umfasst, wobei ein Wert von (Mo/Ta) in der gesinterten Hartmetallzusammensetzung 0,3 bis 100 beträgt und die gesinterte Hartmetallzusammensetzung eine Biegebruchfestigkeit von mindestens 4000 MPa aufweist.
  2. Gesinterte Hartmetallzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei Ta in einer Menge vorliegt, welche die Löslichkeitsgrenze von Ta in der metallischen Binderphase überschreitet und wobei vorzugsweise der Wert von (Mo/Ta) von 1 bis 10 und bevorzugter von 1 bis 5 beträgt.
  3. Gesinterte Hartmetallzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, aufweisend eine Härte von mindestens 1500 HV30, vorzugsweise eine Härte von 1600 bis 2000 HV30, und bevorzugter wobei die Biegebruchfestigkeit mindestens 4500 beträgt.
  4. Gesinterte Hartmetallzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zusammensetzung ferner Chrom umfasst, wobei vorzugsweise die Mischkristallcarbidphase ferner Chrom umfasst, und wobei bevorzugter Chrom in einer geringeren Menge als Tantal vorliegt.
  5. Gesinterte Hartmetallzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zusammensetzung ferner Vanadium umfasst, wobei vorzugsweise Vanadium in einer geringeren Menge als Tantal vorliegt und wobei bevorzugter die Mischkristallcarbidphase ferner Vanadium umfasst.
  6. Gesinterte Hartmetallzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend eine magnetische Sättigung von 75 bis 85 %, wobei die Mischkristallcarbidphase vorzugsweise als Cluster ausgefällt wird und wobei bevorzugter das gesinterte Hartmetall frei von Eta-Phase ist.
  7. Gesinterte Hartmetallzusammensetzung, umfassend: Wolframcarbid, einen metallischen Binder, der mindestens ein Metall der Eisengruppe umfasst, und mindestens eine Mischkristallcarbidphase, die Tantal, Molybdän und Vanadium umfasst, wobei Tantal in einer Menge von mehr als der Löslichkeitsgrenze von Tantal in der metallischen Binderphase vorliegt.
  8. Gesinterte Hartmetallzusammensetzung nach Anspruch 7, wobei ein Wert von (V/Ta) kleiner als 1 ist.
  9. Gesinterte Hartmetallzusammensetzung nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Mischkristallcarbidphase Chrom umfasst.
  10. Gesinterte Hartmetallzusammensetzung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Zusammensetzung ein oder mehrere der folgenden Merkmale umfasst: - Molybdän liegt in einer Menge von 0,5 bis 3 Gew.-% der gesinterten Hartmetallzusammensetzung vor; und/oder - die gesinterte Hartmetallzusammensetzung weist eine magnetische Sättigung von 75 bis 85 % auf; und/oder - die gesinterte Hartmetallzusammensetzung weist eine Biegebruchfestigkeit von mindestens 4000 MPa, vorzugsweise eine Biegebruchfestigkeit von mindestens 4500 MPa auf; und/oder - die gesinterte Hartmetallzusammensetzung nach Anspruch 22 weist eine Härte von mindestens 1600 HV30 auf; und/oder - die Mischkristallcarbidphase wird in Clustern ausgefällt; und/oder - die metallische Binderphase liegt in einer Menge von 3 bis 15 Gew.-% der gesinterten Hartmetallzusammensetzung vor.
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