DE3936129A1

DE3936129A1 - Klingenteil aus zementiertem carbid auf basis von wolframcarbid fuer schneidwerkzeuge sowie verfahren zur herstellung desselben

Info

Publication number: DE3936129A1
Application number: DE19893936129
Authority: DE
Inventors: Yoshikazu Okada; Jun Sugawara
Original assignee: Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1988-10-31
Filing date: 1989-10-30
Publication date: 1990-05-03
Anticipated expiration: 2009-10-31
Also published as: US5106674A; JP2684721B2; DE3936129C2; JPH02122049A

Description

Die Erfindung betrifft einen Klingenteil aus zementiertem Carbid auf Basis von Wolframcarbid (WC) für Schneidwerkzeuge, welcher eine überlegene plastische Wärmeverformungsbeständigkeit aufweist und demgemäß eine überlegene Schneidleistung über einen langen Zeitraum erbringt, wenn der Klingenteil zum Hochgeschwindigkeitsschneiden unter hoher Hitzeerzeugung an der Schnittkante sowie zum Schneiden unter hoher Belastung, wie zum Schneiden unter hoher Zufuhr und zum Tiefschneiden, verwendet wird.

Die JP-OSen 52-1 10 209 und 52-1 31 909 beschreiben einen herkömmlichen Klingenteil aus zementiertem Carbid auf Basis von WC mit einem zementierten Carbidsubstrat auf Basis von WC und einem harten Überzug darauf. Das zementierte Carbidsubstrat weist die folgende Zusammensetzung in Gew.-% auf (nachfolgend bezeichnet % Gew.-%):
eine oder mehrere Komponenten aus Kobalt (Co), Nickel (Ni) und Eisen (Fe) als eine die Binderphase bildende Komponente: 5 bis 15%,
eines oder mehrere von Carbiden, Nitriden und Carbonitriden von Metallen der Gruppen IV_A, V_A und VI_A des Periodensystems, als eine die dispergierte Phase bildende Komponente: 5 bis 40%, und
der Rest: WC und unvermeidbare Verunreinigungen.

Der Oberflächenbereich des zementierten Carbidsubstrates schließt eine Oberflächenerweichungsschicht ein, in der eine Co-Poolphase ausgebildet ist. Der harte Überzug wird durch Anwendung eines chemischen Standard-Dampfabscheidungsverfahrens oder eines physikalischen Dampfabscheidungsverfahrens gebildet und enthält eine Schicht aus einer oder mehreren Schichten von zwei oder mehr Carbiden, Nitriden, Carbonitriden, Bornitriden, Oxycarbiden, Oxynitriden und Oxycarbonitriden der selben Metalle der Gruppen IV_A, V_A und VI_A, wie auch aus Aluminium-(Al)-oxiden mit einer Durchschnitts-Schichtdicke von 2 bis 20 µm.

Im oberflächenbeschichteten Klingenteil des zementierten Carbids auf Basis von WC gemäß JP-OS 53-1 31 909 wird das zementierte Carbidsubstrat durch Hitzebehandlung eines im Vakuum gesinterten Körpers hergestellt, und zwar in einer Carburierungsatmosphäre von CH₄+H₂ bei einer Temperatur von nicht weniger als 1400°C über einen vorbestimmten Zeitraum. Ferner kann, wie in JP-OS 61-34 103 offenbart, das zementierte Carbidsubstrat auf Basis von WC hergestellt werden, indem man unter Bedingungen sintert, bei denen der Körper bei einer Temperatur von nicht weniger als 1400°C in einem Vakuum von nicht größer als 10^-1 Torr über einen vorbestimmten Zeitraum gehalten wird, die Atmosphäre in obige Carburierungsatmosphäre überführt wird und der Körper von der Sinterendtemperatur auf eine vorbestimmte Temperatur mit einem Temperaturgradienten von 0,5°C/Min. bis 2,5°C/Min gekühlt wird. Diese Substrate werden hergestellt, indem man diejenigen, die einmal gesintert sind, einer Behandlung in einer Carburierungsatmosphäre unterwirft, und es wird ein WC-Skelett mittels Sintern stark und fest gebildet. Deshalb wird bei der anschließenden Behandlung in der Carburierungsatmosphäre eine Oberflächenerweichungsschicht gebildet, in welcher Härte und Co-Gehalt eine gemäßigte Abänderung von der Substratoberfläche ins Innere des Substrates aufweisen, und die Co-Poolphase in der Oberflächenerweichungsschicht zeigt sich in Form dispergierter Klumpen.

In Fällen, in denen der herkömmliche, oberflächenbeschichtete Klingenteil aus zementiertem Carbid auf Basis von WC insbesondere zum Hochgeschwindigkeitsschneiden unter hoher Hitzeerzeugung an der Schnittkante oder zum Schneiden unter hoher Belastung bei hoher Zufuhr des Schnittgutes sowie zum Tiefschneiden verwendet wird, tritt innerhalb relativ kurzer Zeit plastische Verformung ein, was die Standzeit des Klingenteils beendet.

Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Klingenteil aus zementiertem Carbid auf Basis von WC zur Verfügung zu stellen, der insbesondere bezüglich der plastischen Wärmeverformungsbeständigkeit überlegen ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung des genannten Klingenteils bereitszustellen.

Gemäß einem ersten Erfindungsgegenstand wird ein Klingenteil aus zementiertem Carbid auf Basis von Wolframcarbid für Schneidwerkzeuge zur Verfügung gestellt, gekennzeichnet durch ein zementiertes Carbidsubstrat auf Basis von Wolframcarbid, bestehend aus einer harten dispergierten Phase aus 5 bis 60 Gew.-% mindestens einer Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Carbid und Carbonitrid von Titan, Tantal und Wolfram, sowie aus Carbid und Carbonitrid von Titan, Tantal, Niob und Wolfram, einer Binderphase aus 3 bis 10 Gew.-% Kobalt und dem Rest Wolframcarbid und unvermeidbare Verunreinigungen, wobei das Substrat aus einer Oberflächenerweichungsschicht und einem Innenbereich zusammengesetzt ist, die Oberflächenerweichungsschicht eine Kobalt-Poolphase aufweist und aus einem äußeren Bereich, in welchem die Härte bezüglich der Tiefe von der Substratoberfläche aus im wesentlichen konstant ist, und aus einem inneren Bereich zusammengesetzt ist, in welchem die Härte innerhalb des Substrates auf die Härte des inneren Bereiches ansteigt.

Gemäß einem zweiten Erfindungsgegenstand wird ein Verfahren zur Herstellung des genannten Klingenteils bereitgestellt, wobei man Kobaltpulver mit Wolframcarbidpulver und einem Pulver aus mindestens einer Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Carbid und Carbonitrid von Titan, Tantal und Wolfram, sowie Carbid und Carbonitrid von Titan, Tantal, Niob und Wolfram, vermischt, um einen Festkörper mit Grünfestigkeit zu ergeben, und den Festkörper mit Grünfestigkeit bei einer Temperatur von 1280 bis 1380°C in einer Carburierungsatmosphäre sintert, in welcher der Druck 0,1 bis 10 Torr beträgt, und zwar in der Weise, daß die Sinteranfangstemperatur höher liegt als die Sinterendtemperatur und daß die Sintertemperatur mit einem Temperaturgradienten von 0,2°C/Min. bis 2°C/Min. abnimmt.

Fig. 1 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen der Tiefe von der Substratoberfläche aus und der Vickers-Härte zeigt;

Fig. 2 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen der Tiefe von der Substratoberfläche aus und dem Co-Gehalt zeigt;

Fig. 3 ist eine Darstellung, die Härteverteilungskurven für Substratoberflächenerweichungsschichten für verschiedene, beschichtete Schneide-Inserts zeigt; und

Fig. 4 ist eine Darstellung, die Kobalt-Gehalt-Verteilungskurven für die Oberflächenerweichungsschichten der obigen Schneide-Inserts zeigt.

Der oberflächenbeschichtete Klingenteil aus zementiertem Carbid auf Basis von WC gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt ein zementiertes Carbidsubstrat auf Basis von WC und einen harten Überzug mit einer Durchschnitts-Schichtdicke von 2 bis 20 µm auf dem Substrat. Der harte Überzug wird durch ein chemisches oder physikalisches Dampfabscheidungsverfahren gebildet und umfaßt eine oder mehrere harte Überzugsschichten aus einer Verbindung mindestens eines Metallelementes, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Elementen der Gruppen IV_A, V_A und VI_A des Periodensystems und Aluminium und Silizium (Si), und aus mindestens einem Nicht-Metallelement, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Bor (B), Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff.

Das zementierte Carbidsubstrat auf Basis von WC weist die folgende Zusammensetzung auf:
Co als eine die Binderphase bildende Komponente: 3 bis 10%,
eine jede Komponente aus einem Carbid und Carbonitrid von Titan (Ti), Tantal (Ta) und W sowie aus einem Carbid und Carbonitrid von Ti, Ta, Niob (Nb) und W (nachfolgend jeweils bezeichnet als (Ti, Ta, W)C, (Ti, Ta, W)CN, (Ti, Ta, Nb, W)C und (Ti, Ta, Nb, W)CN, wobei diese synthetisch angezeigt werden durch [Ti, Ta, (Nb), W]C.N, und zwar als eine die dispergierte Phase bildende Komponente: 5 bis 60%, und
der Rest: WC als eine dieselbe dispergierte Phase bildende Komponente sowie unvermeidbare Verunreinigungen.

Das Substrat setzt sich aus einem Oberflächenbereich, der als eine Oberflächenerweichungsschicht dient, sowie einem Innenbereich zusammen. Der Oberflächenteil weist einen Außenbereich, in dem die Härte relativ niedrig ist und die Änderung der Härte bezüglich der Tiefe von der Substratoberfläche aus im allgemeinen konstant oder nur graduell verändert in Richtung des Inneren der Oberfläche bleibt, sowie einen zweiten Bereich auf, in welchem die Härte abrupt auf das hohe Härteniveau des Innenbereiches ansteigt. Ferner ist die Schicht des harten Überzuges, der auf der Oberfläche des Substrates abgeschieden wird, aus einem jeden von Titancarbid, Titannitrid und Titancarbonitrid hergestellt.

Im obigen Klingenteil weist die Kobalt-Komponente die Wirkung auf, daß die Festigkeit des Substrates ansteigt. Die Co-Komponente kann jedoch die gewünschte Festigkeit nicht gewährleisten, wenn der Gehalt der Co-Komponente weniger als 3% beträgt, sie kann dann auch nicht die Verteilung der Co-Poolphase in der Oberflächenerweichungsschicht auf einen gewünschten Zustand bringen. Falls der Gehalt der Co-Komponente 10% übersteigt, nimmt die Abnutzungsbeständigkeit des Substrates ab. Demgemäß ist der Gehalt der Co-Komponente begrenzt auf 3 bis 10%. Ferner ergibt die [Ti, Ta (Nb), W]C.N-Komponente nicht nur eine Verbesserung der Abnutzungsbeständigkeit des Substrates, sondern sie ist auch wesentlich zur Bildung der gewünschten Co-Poolphasenverteilung in der Oberflächenerweichungsschicht unter geeigneten Sinterbedingungen. Falls [Ti, Ta, (Nb), W]C.N jedoch weniger als 5% beträgt, ist es unmöglich, die angestrebten funktionellen Wirkungsvorteile zu erreichen. Wenn der Gehalt 60% übersteigt, nimmt die Festigkeit des Substrates ab. Somit wird Gehalt auf 5 bis 60% festgelegt.

Vom Standpunkt einer Verbesserung der plastischen Wärmeverformungsbeständigkeit aus betrachtet, ist es bevorzugt, daß in der Beziehung zwischen der Tiefe von der Substratoberfläche aus und der Vickers-Härte, gezeigt in Fig. 1, die vorgenannten Bereiche im Substratoberflächenteil eine Härteverteilung innerhalb eines Bereiches aufweisen, der durch eine obere Begrenzungslinie, die die Punkte A, B, C und D in Fig. 1 miteinander verbindet, und eine untere Begrenzungslinie, die die Punkte A′, B′, C′ und D′ miteinander verbindet, umschlossen wird.

Aus ähnlichem Grund wird außerdem der Co-Gehalt im Oberflächenteil des Substrates gemäß der Beziehung zwischen der Tiefe von der Oberfläche aus und dem Co-Gehalt, gezeigt in Fig. 2, eingestellt, so daß ein Außenbereich, in welchem der Co-Gehalt in Relation extrem hoch ist und die Änderung im Co-Gehalt im allgemeinen konstant oder nur graduell verändert in Richtung des Inneren der Oberfläche bleibt, und ein Innenbereich vorliegen, in welchem der Co-Gehalt abrupt zum inneren Co-Gehalt hin abnimmt. Vorzugsweise sollte der Co-Gehalt eine Co-Gehaltsverteilung innerhalb eines Bereiches aufweisen, der durch eine obere Begrenzungslinie, die die Punkte a, b, c, d, e und f miteinander verbindet, und eine untere Begrenzungslinie, die die Punkte a′, b′, c′, d′, e′ und f′ miteinander verbindet, umschlossen ist.

In einem bevorzugten erfindungsgemäßen Klingenteil beträgt ferner der Prozentsatz der Härte des Oberflächenteils, bezogen auf die Härte des Innenteils des Substrates, 30 bis 70% und bevorzugter 30 bis 50%. Außerdem beträgt der Prozentsatz des Co-Gehaltes des Oberflächenteils, bezogen auf den Co-Gehalt des Innenteils des Substrates, 300 bis 800% und bevorzugter 500 bis 800%. In einem bevorzugten Klingenteil, der diesen Bedingungen Genüge leistet, befindet sich die Konfiguration der Co-Poolphase in der Oberflächenerweichungsschicht in Form einer lateral ausgebreiteten, plattenähnlichen Schicht, und es wird beobachtet, daß die plastische Hitzeverformungsbeständigkeit weiter verbessert wird.

Falls andererseits der Prozentsatz der Härte weniger als 30% beträgt oder der Härteprozentsatz 70% übersteigt und ferner der Prozentsatz des Co-Gehaltes weniger als 300% beträgt oder der Prozentsatz des Co-Gehaltes 800% übersteigt, wird die Konfiguration der Co-Poolphase nicht als eine lateral ausgebreitete, plattenähnliche Schicht ausgebildet.

Das Herstellungsverfahren des Klingenteils aus zementiertem Carbid gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet, daß man WC und ein jedes von [Ti, Ta, (Nb), W]C.N in Form eines einfachen Pulvers, eines Komposit-Festlösungspulvers oder in Form von beiden mit Kobalt vermischt, um einen Festkörper mit Grünfestigkeit zu ergeben, und den Festkörper mit Grünfestigkeit bei einer Temperatur von 1280 bis 1380°C, wobei man sich um den Koexistenzbereich der festen und flüssigen Phase der Binderphase bewegt, in einer Carburierungsatmosphäre von CH₄ oder CH₄ und H₂ sintert, in welcher der Druck 0,1 bis 10 Torr beträgt, und zwar in der Weise, daß die Sinteranfangstemperatur oberhalb der Sinterendtemperatur liegt und daß die Temperatur mit einem Temperaturgradienten von 0,2°C/Min bis 2°C/Min. abfällt.

Die obigen Sinterbedingungen werden empirisch festgelegt. Falls Atmosphärendruck, Sintertemperatur und der Temperaturgradient außerhalb der jeweiligen obigen Bereiche liegen, ist es unmöglich, den erfindungsgemäßen Klingenteil zu erhalten.

Anschließend wird ein harter Überzug auf die Oberfläche des zementierten Carbidsubstrates auf Basis von WC mittels eines chemischen oder physikalischen Standard-Dampfabscheidungsverfahrens abgeschieden, wobei die erste, direkt auf der Substratoberfläche gebildete Schicht auf ein jedes von Titancarbid, Titannitrid und Titancarbonitrid beschränkt ist. Durch diese Auswahl an Verbindungen wird das Haftvermögen des harten Überzuges an die Substratoberfläche verbessert. Zudem wird, falls eine oder mehrere Schichten, enthaltend Al₂O₃, auf obiger erster Schicht gebildet werden, die Abnutzungsbeständigkeit des Klingenteils weiter verbessert.

Des weiteren enthält das Substrat des erfindungsgemäßen Klingenteils Ausfällungen von freiem Kohlenstoff, und zwar in dem Teilbereich, der sich mindestens 100 µm von der Substratoberfläche entfernt befindet.

Wie vorstehend beschrieben, weist der Klingenteil des zementierten Carbids auf Basis von WC für Schneidwerkzeuge gemäß der vorliegenden Erfindung eine vorbestimmte Härteverteilung auf, die durch die Co-Poolphase in der in der Substratoberfläche gebildeten Oberflächenerweichungsschicht gegeben ist, dadurch wird der Klingenteil bezüglich der plastischen Hitzeverformungsbeständigkeit überlegen. Wenn der Klingenteil in Schneidwerkzeugen für Hochgeschwindigkeitsschneiden unter hoher Hitzeerzeugung an der Schnittkante oder zum Schneiden unter hoher Belastung, wie zum Schneiden unter hoher Zufuhr, zum Tiefschneiden oder dergleichen, verwendet wird, weisen demzufolge die Schneidwerkzeuge nützliche industrielle Eigenschaften auf, indem sie überlegene Schneidleistungen über verlängerte Zeiträume erbringen.

Der erfindungsgemäße Klingenteil des zementierten Carbids auf Basis von WC für Schneidwerkzeuge sowie das Verfahren für dessen Herstellung werden nun im einzelnen anhand eines Beispiels beschrieben.

Beispiel

Es werden die folgenden Verfahren 1 bis 7 und die folgender Vergleichsverfahren 1′ bis 4′ durchgeführt. Das heißt, es wurden Rohmaterialpulver von
(Ti_0,71W_0,29) (C_0,69N_0,31)-Pulver, (Ta_0,83Nb_0,17)C-Pulver, (Ti_0,32Ta_0,15Nb_0,18W_0,35)C-Pulver, (Ti_0,58W_0,42)C-Pulver, TiC-Pulver, TiN-Pulver, TaC-Pulver, Nb-Pulver und (Ti_0,39Ta_0,20W_0,41)C-Pulver,
jeweils mit einer Durchschnittsteilchengröße von 1 µm, sowie WC-Pulver mit einer Durchschnittsteilchengröße von 3,5 µm und Co-Pulver mit einer Durchschnittsteilchengröße von 1,2 µm hergestellt. Diese Rohmaterialpulver wurden miteinander zu Zusammensetzungen, die in Tabelle 1 angegeben sind, vermischt. Nach Naßvermischen der Rohmaterialpulver über 72 Stunden in einer Kugelmühle und Trocknen wurden die Pulver unter einem Druck von 10 kg/mm² zu Festkörpern mit Grünfestigkeit verpreßt, jeweils mit einer Konfiguration gemäß SNMG 120408 der ISO-Standards. Anschließend wurden die Festkörper mit Grünfestigkeit unter den in Tabelle 1 angegebenen Bedingungen gesintert. In den Vergleichsverfahren 1′ und 2′ wurden die Festkörper mit Grünfestigkeit nach dem Vakuumsintern getrennt hitzebehandelt, und zwar unter den folgenden Bedingungen: Umgebungsdruck: 100 Torr, Zusammensetzung des Umgebungsgases: CH₄+H₂, Erhitzungstemperatur: 1430°C, Haltezeit: 30 Minuten und Kühlung: Ofenkühlung. Zementierte Carbidsubstrate auf Basis von WC wurden mit den jeweiligen Komponentenzusammensetzungen, Härten und Co-Gehalten des Innenteils der Oberflächenbereiche sowie mit der Härte und dem Co-Gehalt der Außenbereiche des Oberflächenbereiches der Oberflächenerweichungsschichten, wie dies in Tabellen 2 und 3 angegeben ist, hergestellt. Die Substrate wurden dann gewaschen. Die Substrate wurden auf 0,06 mm rundgeschliffen, und es wurden harte Überzüge gebildet, die eine Zusammensetzung und Durchschnitts-Schichtdicke aufwiesen, wie jeweils in Tabelle 3 angegeben. Die oberflächenbeschichteten Schneide-Inserts 1 bis 7 aus erfindungsgemäßem zementierten Carbid auf Basis von WC (nachfolgend als "Schneide-Inserts der Erfindung" bezeichnet) und die oberflächenbeschichteten Vergleichs-Schneide-Inserts 1′ bis 4′ aus zementiertem Carbid auf Basis von WC (nachfolgend als "Vergleichs-Schneide-Inserts" bezeichnet) wurden alle in dieser Weise hergestellt.

Die Vergleichs-Schneide-Inserts 1′ bis 4′ wurden jeweils durch die Vergleichsverfahren 1′ bis 4′ unter herkömmlichen Sinterbedingungen hergestellt.

Von den verschiedenen Schneide-Inserts, die gemäß der obigen Herstellverfahren erhalten wurden, wurde eine Untersuchung der Härteverteilung und der Co-Gehaltsverteilung an den Schneide-Inserts 1, 4 und 6 gemäß der vorliegenden Erfindung und den Vergleichs-Schneide-Inserts 2′ und 4′ durchgeführt. Die Untersuchung ergab die in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ergebnisse. Der Härteprozentsatz und der Co-Gehaltsprozentsatz wurden ebenfalls für jedes Schneide-Insert untersucht, und die Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt. Die in Fig. 3 gezeigte Härte basiert auf Mikro-Vickers-Messungen (Belastung: 200 g) an einer abgeschrägten Oberfläche mit einem Winkel von 10°. Ferner basiert der Co-Gehalt in Fig. 4 auf einer Messung durch EPMA an Querschnitten der Inserts.

Gemäß der Ergebnisse, die in Tabellen 2 und 3 angegeben und in Fig. 3 und 4 dargestellt sind, weisen die Schneide-Insets 1 bis 7 gemäß der Erfindung Härteprozentsätze und Kobaltgehalt-Prozentsätze im zementierten Carbidsubstrat auf Basis von WC innerhalb der jeweiligen Bereiche von 30 bis 70% und von 300 bis 800% auf, und die Schneide-Inserts zeigen Härteverteilungen und Co-Gehaltverteilungen innerhalb der jeweiligen Bereiche, die in Fig. 3 und 4 dargestellt sind. Im Gegensatz dazu ist ersichtlich, daß für jedes der Vergleichs-Schneide-Inserts die Härteprozentsätze und die Co-Gehaltsprozentsätze des zementierten Carbidsubstrates von den obigen Bereichen abweichen und die Härteverteilungen und die Co-Gehaltsverteilungen ebenfalls von den in Fig. 3 und 4 dargestellten Bereichen abweichen.

Es wurden Querschnitte der Oberflächenerweichungsschicht eines jeden der vorgenannten Schneide-Inserts unter einem Mikroskop für metallurgische Zwecke betrachtet, wobei sich herausstellte, daß für jedes der Schneide-Inserts 1 bis 7 gemäß der vorliegenden Erfindung eine Co-Poolphase vorlag, die eine parallel zur Substratoberfläche lateral ausgebreitete, plattenähnliche Schicht darstellte. Für die Vergleichs-Schneide-Inserts 1′ bis 4′ war die Struktur jedoch so, daß die Co-Poolphase dispergiert in Form von Klumpen vorlag.

Es wurden die folgenden Versuche an den verschiedenen Schneide-Inserts durchgeführt.

Trockener, kontinuierlicher Hochgeschwindigkeits-Schneidetest mit Stahl unter den folgenden Bedingungen:

Werkstück: Rundstab aus einer Stahllegierung (JIS. S45C; Brinell-Härte: 240),
Schnittgeschwindigkeit: 280 m/Min.,
Zufuhrgeschwindigkeit: 0,2 mm/Umdrehung,
Schnittiefe: 3 mm.

Trockener, kontinuierlicher Hochzufuhr-Schneidetest mit Stahl unter den folgenden Bedingungen:

Werkstück: Rundstab aus einer Stahllegierung (JIS. SNCM 439; Brinell-Härte: 350),
Schnittgeschwindigkeit: 120 m/Min.,
Zufuhrgeschwindigkeit: 0,95 mm/Umdrehung,
Schnittiefe: 3 mm.

Trockener, kontinuierlicher Hochvolumen-Schneidetest mit Stahl unter den folgenden Bedingungen:

Werkstück: Rundstab aus einer Stahllegierung (JIS. SNCM 439; Brinell-Härte: 270),
Schnittgeschwindigkeit: 180 m/Min.,
Zufuhrgeschwindigkeit: 0,4 mm/Umdrehung,
Schnittiefe: 7 mm.

Die Schneidezeit in den Versuchen wurde als die Zeit ermittelt, nach der eine Flankenabtragungsweite einer Schnittkante von 0,4 mm eintrat. Die Meßergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 3 aufgeführt.

Aus den Ergebnissen der Tabelle 3 ist ersichtlich, daß alle Schneide-Inserts 1 bis 7 gemäß der vorliegenden Erfindung überlegene Schneidleistungen über einen langen Zeitraum zeigten, während dem für die Schnittbedingungen des Hochgeschwindigkeitsschneidens unter hoher Hitzeerzeugung in der Schnittkante, des Schneidens unter hoher Zufuhr und des Tiefschneidens keine plastische Formung auftrat. Im Gegensatz dazu war der Zustand der Vergleichs-Schneide-Inserts 1′ bis 4′ der, daß mindestens einige der obigen, durch in Tabelle 2 angegebenen Bedingungen außerhalb der Bereiche der vorliegenden Erfindung lagen, was auch zeigte, daß die Inserts die Dauer ihrer Benutzbarkeit nach relativ kurzer Zeit erreichten, und zwar unter Auftreten plastischer Verformung.

Claims

1. Klingenteil aus zementiertem Carbid auf Basis von Wolframcarbid für Schneidwerkzeuge, gekennzeichnet durch ein zementiertes Carbidsubstrat auf Basis von Wolframcarbid, bestehend aus einer harten dispergierten Phase von 5 bis 60 Gew.-% mindestens einer Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Carbid und Carbonitrid von Titan, Tantal und Wolfram, und Carbid und Carbonitrid von Titan, Tantal, Niob und Wolfram, einer Binderphase aus 3 bis 10 Gew.-% Kobalt und dem Rest Wolframcarbid und unvermeidbare Verunreinigungen, wobei das genannte Substrat aus einer Oberflächenerweichungsschicht und einem Innenteil zusammengesetzt ist, die genannte Oberflächenerweichungsschicht eine Kobalt-Poolphase aufweist und aus einem äußeren Bereich, in welchem die Härte bezüglich der Tiefe von der Substratoberfläche aus im allgemeinen konstant ist, und einem inneren Bereich zusammengesetzt ist, in welchem die Härte in Richtung des Inneren des Substrates auf die Härte des genannten Innenteils ansteigt.

2. Klingenteil aus zementiertem Carbid auf Basis von Wolframcarbid gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er ferner einen harten Überzug einer Durchschnittsdicke von 2 µm bis 20 µm, abgeschieden auf der Oberfläche des genannten Substrates, enthält, wobei der genannte harte Überzug aus mindestens einer Schicht einer Verbindung mindestens eines Metallelementes, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Elementen der Gruppen IV_A, V_A und VI_A des Periodensystems und Aluminium und Silizium und aus mindestens einem Nicht-Metallelement, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Bor, Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff, zusammengesetzt ist.

3. Klingenteil aus zementiertem Carbid auf Basis von Wolframcarbid gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht des genannten harten Überzuges, die in Kontakt mit der Oberfläche des genannten Substrates gebildet wird, aus mindestens einer Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Titancarbid, Titannitrid und Titancarbonitrid, zusammengesetzt ist.

4. Klingenteil aus zementiertem Carbid auf Basis von Wolframcarbid gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Oberflächenerweichungsschicht des genannten Substrates aus einem äußeren Bereich, in welchem der Kobaltgehalt bezüglich der Tiefe von der Substratoberfläche aus im allgemeinen konstant ist, und aus einem Innenbereich zusammengesetzt ist, in welchem der Kobaltgehalt in Richtung des Inneren des Substrates auf den Kobaltgehalt des genannten Innenteils absinkt.

5. Klingenteil aus zementiertem Carbid auf Basis von Wolframcarbid gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Oberflächenerweichungsschicht eine Härteverteilung innerhalb eines Bereiches aufweist, der durch eine obere Begrenzungslinie, die die Punkte A, B, C und D miteinander verbindet, und eine untere Begrenzungslinie, die die Punkte A′, B′, C′ und D′ miteinander verbindet, in einer Darstellung der Beziehung zwischen der Tiefe von der Substratoberfläche aus und der Vickers-Härte, gezeigt in Fig. 1, umschlossen wird.

6. Klingenteil aus zementiertem Carbid auf Basis von Wolframcarbid gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Oberflächenerweichungsschicht eine Kobaltverteilung innerhalb eines Bereiches aufweist, der durch eine obere Begrenzungslinie, die die Punkte a, b, c, d, e und f miteinander verbindet, und eine untere Begrenzungslinie, die die Punkte a′, b′, c′, d′, e′ und f′ miteinander verbindet, in einer Darstellung der Beziehung zwischen der Tiefe von der Substratoberfläche aus und dem Kobalt-Gehalt, gezeigt in Fig. 2, umschlossen wird.

7. Klingenteil aus zementiertem Carbid auf Basis von Wolframcarbid gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte der genannten Oberflächenerweichungsschicht so festgesetzt ist, daß der Prozentsatz der Härte, bezogen auf die Härte des genannten Innenteils, 30 bis 70% beträgt, während der Kobalt-Gehalt der genannten Oberflächenerweichungsschicht so festgesetzt ist, daß der Prozentsatz des Kobaltgehaltes, bezogen auf den Kobaltgehalt im genannten Innenteil, 300 bis 800% beträgt.

8. Klingenteil aus zementiertem Carbid auf Basis von Wolframcrbid gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kobalt-Poolphase in der genannten Oberflächenerweichungsschicht in einer im allgemeinen parallel zur Substratoberfläche lateral ausgebreiteten, plattenähnlichen Form verteilt ist.

9. Klingenteil aus zementiertem Carbid auf Basis von Wolframcarbid gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Substrat Ausfällungen von freiem Kohlenstoff in demjenigen Teil enthält, der mindestens 100 µm von der Substratoberfläche entfernt angeordnet ist.

10. Verfahren zur Herstellung eines Klingenteils gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Kobaltpulver mit Wolframcarbidpulver und einem Pulver aus mindestens einer Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Carbid und Carbonitrid von Titan, Tantal und Wolfram, und aus Carbid und Carbonitrid von Titan, Tantal, Niob und Wolfram, vermischt, um einen Festkörper mit Grünfestigkeit zu ergeben, und den genannten Festkörper mit Grünfestigkeit bei einer Temperatur von 1280 bis 1380°C in einer Carburierungsatmosphäre sintert, in der der Druck 0,1 bis 10 Torr beträgt, und zwar in einer solchen Weise, daß die Sinteranfangstemperatur höher als die Sinterendtemperatur liegt und die Temperatur mit einem Temperaturgradienten von 0,2°C/Min. bis 2°C/Min. abfällt.

11. Verfahren zur Herstellung eines Klingenteils gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man ferner einen harten Überzug einer Durchschnittsdicke von 2 bis 20 µm auf der Substratoberfläche durch ein Abscheidungsverfahren bildet, wobei der genannte harte Überzug mindestens eine Schicht aufweist, die im Kontakt mit der Oberfläche des genannten Substrates gebildet wird, und aus mindestens einer Verbindung zusammengesetzt ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Titancarbid, Titannitrid und Titancarbonitrid.