DE2009696A1 - Masses of aluminum oxide and metallic compound connected by intermetallic compounds - Google Patents
Masses of aluminum oxide and metallic compound connected by intermetallic compoundsInfo
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Description
Durch intermetallische Verbindungen verbundene Massen aus Aluminiumoxid und metallischer VerbindungMasses connected by intermetallic compounds made of aluminum oxide and metallic compound
Schneidspitzen aus Aluminiumoxid sind bekannt. Diese Spitzen oder Schneidköpfe besitzen den Vorteil extremer Harte und Abriebsbeständigkeit sowie überlegener Heis.sbiegefestigkeit. Sie sind gegenüber Erosion beständig und zeigen wenig Verschweissung oder Diffusion zwischen den Abfallspänen und der Spitze* Sie sind auch oxidationsbeständig. Jedoch werden diese Vorteile bei weitem durch die Sprödigkeit und den Mangel an Zähigkeit keramischer Schneidköpfe und eine ausgeprägte Neigung zu Spannungsrissen und Eruptionen aufgehoben.Alumina cutting tips are known. These tips or cutting heads have the advantage of extreme hardness and abrasion resistance as well as superior flexural strength. They are resistant to erosion and show little welding or diffusion between the waste chips and the tip * They are also resistant to oxidation. However, these advantages are largely due to its brittleness and the lack of toughness in ceramic cutting heads and a pronounced tendency to stress cracks and eruptions canceled.
Es wurden viele Versuche unternommen, Aluminiumoxid mit Materialien zu kombinieren, die diese Nachteile abschwächen, während die Vorteile von reinem -Aluminiumoxid nicht- merklich herabgesetzt werden. Häufig wird Aluminiumoxid mit bis zu JO bis AO % eines Metalls verbunden, um die IPe-Many attempts have been made to combine alumina with materials which mitigate these disadvantages, while the advantages of pure alumina are not noticeably reduced . Often aluminum oxide is combined with up to JO to AO % of a metal in order to
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stigkeit und Zähigkeit zu steigern. Diese Massen, die im allgemeinen mit Keramik-Metallverbundwerkstoffe (cermets) "bezeichnet werden, ergeben bessere Wärmeleitfähigkeit als reine Aluminiumoxid-Keramikstoffe sowie erhöhte Festigkeit. Jedoch liefert die Anwesenheit des Metalls eine Herabsetzung der Gesamtabriebsbeständigkeit des Schneidkopfs.to increase strength and toughness. These crowds in general with ceramic-metal composites (cermets) "are called, give better thermal conductivity than pure alumina ceramics as well as increased strength. However, the presence of the metal provides a reduction the overall abrasion resistance of the cutting head.
Die Zugabe von Carbiden zu Metall-Aluminiumoxidmassen war eine weitere Entwicklung mit dem Ziel, die Abriebsbeständigkeit und Härte, welche die Anwesenheit des Metalls begleiten, zu verbessern.. Jedoch bringen selbst diese Kombinationen von Aluminiumoxid, Carbiden und Metall (1) geringe Abriebsbeständigkeit auf Grund des Metalls und (2) Sprödigkeit und geringe 'thermische Schockbeständigkeit wegen der Verschiedenheit der Uärmeauadehnüngökoeffizienten , die in derartigen, gemischten, feuerfesten Werkstoffen angetroffen werden, mit sich.The addition of carbides to metal-alumina masses was another development aimed at increasing abrasion resistance and hardness accompanying the presence of the metal. However, even these combinations of alumina, carbides and metal (1) bring poor abrasion resistance due to the metal and (2) brittleness and poor thermal shock resistance due to the Difference in the thermal expansion coefficients found in such mixed refractory materials be with yourself.
Es wurde festgestellt, dass bestimmte Massen aus Aluminiumoxid und bestimmten Carbiden und Nitriden, die mit einer intermetallischen Verbindung verbunden sind, geeignet zur Herstellung von Schneidköpfen mit ungewöhnlichen Eigenschaften sind. Diese Massen können zur Herstellung einer Schneidspitze mit einer ungewöhnlichen Kombination von Härte und Festigkeit und mit sehr grosser Beständigkeit gegenüber Abnutzung und Wärmeschock verwendet werden. Darüber hinaus sind die dichten Massen der Erfindung als oxidationsbeständige und chemischjbeständige Baumaterialien geeignet.It has been found that certain masses of aluminum oxide and certain carbides and nitrides that are associated with a intermetallic compound, suitable for the production of cutting heads with unusual properties are. These masses can be used to make a cutting tip with an unusual combination of hardness and Strength and with very great resistance to wear and thermal shock. Furthermore the dense compositions of the invention are useful as oxidation-resistant and chemically-resistant building materials.
Die Erfindung betrifft dichte Massen mit einer mittleren Teilchengrösse von unter 1On, welche aus zwei sich durchdringenden dreidimensionalen Netzstrukturen bzw. Vernetzungen aufgebaut sind; eine Netzstruktur besteht im wesentlichen ausThe invention relates to dense masses with an average particle size of less than 1On, which is made up of two interpenetrating three-dimensional network structures or networks are built up; a network structure consists essentially of
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. ■ · .ο. ■ · .ο
Aluminiumoxid j und die andere Netzstruktur "besteht im •wesentlichen auis einer metallischen Verbindung (metalline) ausAluminum oxide j and the other network structure "consists essentially of from a metallic compound (metalline)
■".-■- Titancarbid,
Titannitrid,
Zirkoniumcarbid, . ' - Zirkoniumnitrid,
Niobcarbid,
Niobnitrid,
Tantalcarbid,
f Tantalnitrid, ■■ ".- ■ - titanium carbide,
Titanium nitride,
Zirconium carbide,. ' - zirconium nitride, niobium carbide,
Niobium nitride,
Tantalum carbide,
f tantalum nitride, ■
oder Gemischen davon;or mixtures thereof;
und einer intermetallischen Verbindung ausand an intermetallic compound
. Eisenaluminid,. Iron aluminide,
Eisentitanid, "■- ■ Cobaltaluminid,Iron titanide, "■ - ■ cobalt aluminide,
Cobalttitanid, · . ' .' Nickelaluminid,Cobalt titanide, ·. '.' Nickel aluminide,
Hickeltitanidj . ■Hiickitanidj. ■
Wolframaluminid, Molybdanaluminid, Niobaluminid, ■ : " · Tantalaluminid,'Tungsten aluminide, molybdenum aluminide, niobium aluminide, ■ : "· tantalum aluminide, '
Titanaluminid, . Zirkoniumaluminid,Titanium aluminide, . Zirconium aluminide,
oder Gemischen davon,or mixtures thereof,
wobei das Aluminiumoxid in einer Menge im Bereich von 20 bis 80 Vol.% vorliegt, die metallische Verbindung in einer Menge im Bereich von 10 bis 78 Vol.% undsdie intermetallische Verbindung in einer Menge im Bereich von 2 bis 30 Vol.% vorliegt , mit der Massgabe, dass der Volumenprozentgehalt der metallischen Verbindung geringer sein muss als der Volumenprozentgehalt der intermetallischen Verbindung.wherein said alumina is present in an amount in the range of 20 to 80 vol.%, see the intermetallic compound is present in the metallic compound in an amount ranging from 10 to 78 vol.% and in an amount in the range of 2 to 30 vol.% , with the proviso that the volume percentage of the metallic compound must be less than the volume percentage of the intermetallic compound.
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überraschenderweise ergeben.diese Massen aussergewöhnliche Vorteile gegenüber ähnlichen Massen, die aus engverwandten Verbindungen bestehen und gegenüber Hassen der gleichen Verbindungen in verschiedenen Mengen. Als Folge dieser aussergewöhnlichen Eigenschaften sind die erfindungsgemässen Massen zum Schneiden und Fräsen eisenhaltiger Legierungen selbst bei sehr hohen Schneidgeschwindigkeiten geeignet.Surprisingly, these dimensions result in extraordinary Advantages over similar masses consisting of closely related compounds and against hating the same compounds in different amounts. The compositions according to the invention are the result of these exceptional properties Suitable for cutting and milling ferrous alloys even at very high cutting speeds.
Die Zeichnung.-gibt eine graphische Darstellung der Mengen der Bestandteile wieder, die von den zusammensetzungsmässigen Begrenzungen der Erfindung umfasst werden. Bereich A ist der Bereich, in dem die'Verhältnisse der Zusammensetzung innerhalb der Grenzen der Erfindung liegen, Bereich B ist der Bereich, in dem die Verhältnisse der Zusammensetzung innerhalb der bevorzugten Grenzen der Erfindung liegen^ und Bereich C ist der Bereich, in dem die Verhältnisse der Zusammensetzung besonders bevorzugt sind. Die in der graphischen Darstellung wiedergegebenen Prozentangaben sind Volumenprozente.The drawing .-- gives a graphical representation of the quantities of the Again ingredients encompassed by the compositional limitations of the invention. Area A is the Area in which the'relations of composition within Be within the limits of the invention, Range B is the range in which the proportions of the composition are within the preferred limits of the invention are ^ and range C. is the range in which the proportions of the composition are particularly preferred. The one in the graph The percentages shown are percentages by volume.
Die hochwärmebeständigen, widerstandsfähigen Massen der Erfindung bestehen im wesentlichen aus Aluminiumoxid, einer metallischen Verbindung (metalline) und einer intermetallischen Verbindung. The highly heat-resistant, tough compositions of the invention consist essentially of aluminum oxide, a metallic one Compound (metalline) and an intermetallic compound.
(a) Aluminiumoxid (a) alumina
Das Aluminiumoxid liegt in den erfindungsgemässen Massen in Mengen im Bereich von 20 bis 80 Vol.% vor. Die Forderung, dass wenigstens 20 % Aluminium vorliegen, beruht auf dem Bestreben, das.· Aluminiumoxid als eine kontinuierliche Phase vorliegen zu haben. Aluminiumoxidmengen unter 20 % sind we niger zufriedenstellend, weil bei diesen geringen Werten die Aluminiumphase zur Diskontinuität neigt. Die Anwesenheit von wenigstens 20 Vol.% Aluminiumoxid stellt die Kontinuität The aluminum oxide is present in the compositions according to the invention in amounts in the range from 20 to 80% by volume. The requirement that at least 20 % aluminum be present is based on the desire to have the aluminum oxide present as a continuous phase . Alumina amounts below 20 % are less satisfactory because at these low values the aluminum phase tends to be discontinuous. The presence of at least 20% by volume alumina provides continuity
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der Alumlniumoxidphase unter den üblichen Bedingungen sicher.of the aluminum oxide phase under the usual conditions.
Andererseits ist die Menge an Aluminiumoxid auf 80 VoI".% begrenzt, weil mehr Aluminiumoxid dazu neigt, die Kontinuität der elektrisch leitenden Phase der metallischen und'intermetallischen Verbindung zu verhindern.On the other hand, the amount of aluminum oxide is limited to 80% by volume, because more aluminum oxide tends to reduce the continuity of the electrically conductive phase of the metallic and'intermetallic Prevent connection.
Es wird bevorzugt, dass das Aluminiumoxid in der erfindungsgemässen Masse in Mengen im Bereich von JO bis 70 Vol.% und besonders bevorzugt in Mengen im Bereich von 4-0 bis 60 Vol.% vorliegt, weil derartige Mengen tatsächlich ununterbrochene Phasen von Aluminiumoxid und die elektrisch leitende Phase garantieren.It is preferred that the aluminum oxide in the composition according to the invention in amounts in the range from JO to 70% by volume and particularly preferably in amounts in the range from 4-0 to 60% by volume is present because such amounts are actually continuous phases of alumina and the electrically conductive phase to guarantee.
Zur Verwendung in den erfindungsgemässen Massen geeignetes Aluminiumoxid kann in vielen Formen vorliegen, so lange es fein zerteilt ist. Es kann also in Form von γ-, ^- oder a-Aluminiumoxid oder deren Gemischen vorliegen. a-Aluminiumoxid ißt ein bevorzugtes Ausgangsmaterial, da es keine so hohe spezifische Oberfläche aufweist, wie γ- oder ^)-Aluminiumoxid und wahrscheinlich weniger adsorbiertes Wasser enthält, was schädlich sein kann. . . "Alumina suitable for use in the compositions of the present invention can be in many forms so long as it is finely divided. It can therefore be in the form of γ-, ^ - or α-aluminum oxide or mixtures thereof. α-Alumina is a preferred starting material because it does not have as high a specific surface area as γ- or ^) -alumina and is likely to contain less adsorbed water, which can be harmful. . . "
Das' zu verwendende Aluminiumoxid soll ausreichend feinteilig sein, um die erfindungsgemässen Massen mit einer mittleren KorngrÖsse von weniger als 10 ja. zu ergeben. Ein geeignetes Ausgangsaluminiumoxid ist α-Aluminiumoxid mit einem spezifi-The aluminum oxide to be used should be sufficiently finely divided to produce the masses according to the invention with an average grain size of less than 10% . to surrender. A suitable starting aluminum oxide is α-aluminum oxide with a specific
p "p "
sehen Oberflächenbereich von mehr als 2 m /g und vorzugsweise 5 bis 25 ei /g. Aluminiumoxid mit einer äussersten Kristallitgrösse von weniger als 0,5 >u, gemessen durch die Verbreiterungstechnik der Röntgenstrahlenlinien,ist besonders bevorzugt. Ein derartiges Aluminiumoxid kann am einfachsten dadurch erhalten· werden, dass wasserfreies Aluminiumdiacetat 5 oder mehr. Stunden bei 1200° C erhitzt wird. .see surface area greater than 2 m / g and preferably 5 to 25 egg / g. Alumina with an outermost crystallite size of less than 0.5 µ as measured by the X-ray line broadening technique is particularly preferred. Such an aluminum oxide can most easily be obtained by using anhydrous aluminum diacetate 5 or more. Is heated at 1200 ° C for hours. .
Ein·Beispiel für ein geeignetes im Handel erhältliches Aluminiumoxid ist Alcoa Superground Alumina XA-I6, das auf Grund von Röntgenstrahlen-Untersuchung als α-Aluminium ge-' kennzeichnet ist, und es besitzt eine spezifische Oberfläche von etwa 13 m /g> die einer kugelförmigen Teilchengrösse von etwa 115 nni äquivalent ist.An example of a suitable commercially available alumina is Alcoa Superground Alumina XA-I6, which is based on Because of X-ray examination as α-aluminum and it has a specific surface area of about 13 m / g> which is equivalent to a spherical particle size of about 115 nmi.
(b) Carbide oder Nitride (metallische Verbindungen, Metalline)(b) carbides or nitrides (metallic compounds, metallines )
Die metallische Verbindung wird in den erfindungsgemässen Massen in Mengen im Bereich von 10 bis 78 Vol.% verwendet und besteht aus Titancarbid, Titannitrid, Zirkoniumcarbid, Zirkoniumnitrid, Niobcarbid, Niobnitrid, Tantalcarbid,Tantalnitrid oder Gemischen davon.The metallic compound is used in the compositions according to the invention used in amounts ranging from 10 to 78% by volume and consists of titanium carbide, titanium nitride, zirconium carbide, zirconium nitride, Niobium carbide, niobium nitride, tantalum carbide, tantalum nitride or mixtures thereof.
Wenn Zirkoniumcarbid oder Zirkoniumnitrid verwendet wird, kann es eine geringe Menge Hafniumcarbid oder -nitrid (d. h.If zirconium carbide or zirconium nitride is used, a small amount of hafnium carbide or nitride (i.e.
1 bis 5 Gew.%, gewöhnlich etwa 2 %), die gewöhnlich als Verunreinigung in technischen Zirkoniumverbindungen vorliegt, enthalten.1 to 5% by weight, usually about 2 %) , which is usually present as an impurity in technical zirconium compounds.
Bevorzugte Mengen an Metallverbindung liegen im Bereich von 15 bis 4-5 Vol.%, und die am stärksten bevorzugten Mengen liegen im Bereich von 20 bis 40 Vol.%. Diese Mengen tragen am wirksamsten zu den Eigenschaften, wie beispielsweise Härte und Abnutzungsbeständigkeit, in den erfindungsgemässen Massen bei.Preferred amounts of metal compound are in the range of 15 to 4-5% by volume, and the most preferred amounts are in the range from 20 to 40% by volume. These amounts are most effective at contributing to properties such as hardness and wear resistance, in the compositions of the invention.
Die metallischen Verbindungen sind im Handel erhältlich oder sie können durch bekannte Methoden hergestellt werden. Die metallischen Verbindungen sollten vorzugsweise eine Teilchen- grösse von weniger als 5 a. und besonders bevorzugt weniger alsThe metallic compounds are commercially available or they can be prepared by known methods. The metallic compounds should preferably have a particle size of less than 5 a. and more preferably less than
2 ü. aufweisen. Falls das Ausgangsmaterial eine Teilchengrösse von wesentlich grosser als 5 J* "besitzt, kann es zur Vermin- 2 ü. exhibit. If the starting material has a particle size much larger than 5 J * ", it can be used to reduce
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derung seiner Teilchengrösse auf die annehmbare Grosse vorgemahlen werden, Natürlich führt das Vermählen der erfindungsgemassen Komponenten, die zur Erzielung eines hohen Ausmasses an Homogenität durchgeführt wird, zu einer gewissen P'ulverisierung des Carbids und der anderen Ausgättgskomponenten. ' . ;change its particle size to the acceptable size will, of course, result in the milling of the invention Components, which is carried out to achieve a high degree of homogeneity, to a certain extent Pulverization of the carbide and the other components. '. ;
Titannitrid, Titancarbid, Zirkoniumnitrid und Zirkoniumcarbid werden zur Verwendung in den erfindungs.gemässen Massen bevorzugt, da sie leicht erhältlich sind,. Massen mit einem ausgezeichneten Ausgleich physikalischer Eigenschaften ergeben und bei der Verwendung zum Schneiden oder Mahlen eisenhaltiger Legierungen grosse Wirksamkeit entwickeln.Titanium nitride, titanium carbide, zirconium nitride and zirconium carbide are preferred for use in the compositions according to the invention, since they are readily available. Masses with an excellent balance of physical properties result and when used for cutting or grinding ferrous alloys develop great effectiveness.
(c) Intermetallische Verbindung (c) Intermetallic compound
Die zur Verwendung gemäss der Erfindung geeigneten intermetallischen Verbindungen bestehen.aus Eisenaluminid, Eisentitanid, Cobaltaluminid, Cobalttitanid, Nickelaluminid, Nickeltitanid, \iolframaluminid, Molybdänaluminid, Niobaluminid, Tantalaluininid, Titanaluminid, Zirkoniumaluminid oder Gemischen davon. Die intermetallischen Verbindungen sollen in Mengen im Bereich von 2 bis 30 Vol.% vorliegen. Wenigstens 2 Vol.% sind notwendig, um irgendeine merkliche Bindung in dem Körper zu ergeben, und grössere Mengen als diese ergeben zusätzliche Festigkeit und Zähigkeit, obgleich die Abriebbeständigkeit abnimmt. Oberhalb von JO VoI,% tritt nur wenig weitere Verbesserung der Festigkeit ein, Jedoch wird die Abriebsbeständigkeit beträchtlich herabgesetzt. The intermetallic ones suitable for use according to the invention Compounds consist of iron aluminide, iron titanide, Cobalt aluminide, cobalt titanide, nickel aluminide, Nickel titanide, tungsten aluminide, molybdenum aluminide, niobium aluminide, Tantalum aluminide, titanium aluminide, zirconium aluminide or Mixtures of these. The intermetallic compounds should be present in amounts in the range from 2 to 30% by volume. At least 2 vol.% Is necessary to have any noticeable bond in to give to the body, and to give in larger quantities than these added strength and toughness, although the abrasion resistance decreases. Little occurs above JO VoI,% further improve the strength. However, the abrasion resistance is considerably lowered.
Wenn Zirkoniumaluminid oder Zirkoniumtitanid verwendet wird, kann es die üblichen Mengen an Hafnium, d. h. 1 bis 5 Gew.%, enthalten.If zirconium aluminide or zirconium titanide is used, it can contain the usual amounts of hafnium, ie 1 to 5 % by weight .
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Bevorzugte Mengen an intermetallischer Verbindung sind 3 "bis 25 Vol.% und stärker bevorzugt 4· bis 20 Vol.%, da über diese Bereiche das beste Gleichgewicht zwischen Festigkeit, Zähigkeit und Abriebsbeständigkeit erhalten wurde.Preferred amounts of intermetallic compound are 3 "to 25% by volume and more preferably 4 x to 20% by volume, since over this Areas the best balance between strength, toughness and abrasion resistance was obtained.
Die bevorzugten intermetallischen Verbindungen sind die Aluminide, und die am stärksten bevorzugten intermetallischen Verbindungen sind Eisenaluminid, Cobaltaluminid und Nickelaluminid, weil sie von den hochwärmebeständigen, intermetallischen Bindern, die in den erfindungsgemässen Massen verwendet werden, die duktilsten sind.The preferred intermetallic compounds are the aluminides, and the most preferred intermetallic compounds are iron aluminide, cobalt aluminide and nickel aluminide, because they rely on the highly heat-resistant, intermetallic binders used in the compositions according to the invention that are the most ductile.
Aluminide von Nickel, Molybdän und Niob, die von der Cerac, Inc. erhältlich sind; Eisenaluminid, das von der Shieldalloy Corp. erhältlich ist, Eisentitanid von der Shieldalloy Corp. oder Fotte Mineral Co. und Nickeltitanid von Metal Hydrides, Inc. können verwendet werden. Die intermetallischen Verbindungen können auch in situ synthetisiert werden", indem das richtige Verhältnis der Elemente in dem Pulver, aus dem die dichten Körper der Erfindung gemacht werden, miteinander vermischt wird.Aluminides of nickel, molybdenum and niobium, which are produced by the Cerac, Inc.; Iron aluminide available from Shieldalloy Corp. iron titanide is available from Shieldalloy Corp. or Fotte Mineral Co. and nickel titanide from Metal Hydrides, Inc. can be used. The intermetallic compounds can also be synthesized in situ "by adding the correct ratio of elements in the powder from which the dense body of the invention are made, are mixed together.
Die intermetallischen Verbindungen können synthetisiert werden, indem das stöchiometrische Verhältnis der Komponenten in einem inerten, feuerfesten Tiegel in einem Vakuumofen miteinander verschmolzen wird' ·. Nach dem Abkühlen kann das feste Schmelzgut aus der intermetallischen Verbindung in einer Hammermühle wiederholt aufgebrochen und in einer Kugelmühle^ zu einer feinen Teilchengrösse gemahlen werden. Ein feines Pulver kann auch dadurch erhalten werden, dass die geschmolzene intermetallische Verbindung durch bekannte Verfahren zur Herstellung zerstäubter Metallpulver zerstäubt wird. Obgleich Pulver einer Teilchengrösse unter 0,29 nuß (minus 50 mesh, U.S. Standard Sieve Series) zur Herstellung derThe intermetallic compounds can be synthesized by changing the stoichiometric ratio of the components are fused together in an inert, refractory crucible in a vacuum furnace. After cooling, the solid can Melt from the intermetallic compound repeatedly broken open in a hammer mill and in a ball mill ^ be ground to a fine particle size. A fine powder can also be obtained by making the molten one intermetallic compound is atomized by known methods for producing atomized metal powder. Although Powder with a particle size below 0.29 nut (minus 50 mesh, U.S. Standard Sieve Series) for the production of the
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erfindungsgemässen Massen verwendet werden können, werden Pulver mit einer Teilchengrösse unter 0,074- mm (minus 200 mesh) bevorzugt, und Pulver mit einer Teilchengrosse unter 0,044 mm (minus 325 mesh) werden besonders bevorzugt. '.inventive compositions can be used Powder with a particle size below 0.074 mm (minus 200 mesh) preferred, and powder with a particle size below 0.044 mm (minus 325 mesh) is particularly preferred. '.
Die wie vorstehend beschrieben hergestellten feinen intermetallischen Pulver können dann in die zur Herstellung der dichten, erfindungsgemässen Körper zu verwendenden Massen eingearbeitet werden.The fine intermetallic ones prepared as described above Powders can then be used in the compositions to be used for the production of the dense bodies according to the invention be incorporated.
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Die in den erfindungsgemässen-'Massen .verwendeten Bestandteile sollten im wesentlichen rein sein. Es ist erwünscht, Verunreinigungen, wie beispielsweise Sauerstoff, auszuschliessen,-der dazu neigt, einen nachteiligen Einfluss auf die erfindungsgemässen dichten Massen auszuüben.The constituents used in the compositions according to the invention should be essentially pure. It is desirable to remove impurities, such as oxygen, to exclude, -der tends to adversely affect the dense compositions of the present invention.
Jedoch können geringe Mengen vieler Verunreinigungen ohne merklichen Verlust an Eigenschaften toleriert werden.However, small amounts of many impurities can be tolerated without noticeable loss of properties.
Somit können die intermetallischen Verbindungen geringe Mengen an Metallen, wie beispielsweise Titan, Zirkonium, Tantal oder Niob als geringe Verunreinigungen enthalten, obgleich niedrigschmelzende Metalle, wie Blei, ausgeschlossen werden sollten. Geringe Mengen an anderen, von Titan-, Zirkonium-, Niob- oder Tantalcarbid abweichenden Carbiden, beispielsweise einige Prozent Wolframcarbid, die manchmal beim Mahlen aufgenommen werden, können Vorliegen. Es kann sogar Sauerstoff in -geringen Mengen toleriert werden, die beispielsweise auftreten, wenn Titancarbid gegenüber Luft ausgesetzt worden ist, wobei sich wenige Prozent Titanoxycarbid ergeben.' Jedoch tritt, nachdem die Pulverkomponenten miteinander vermählen, worden sind und sich in einem hochaktiven Zustand befinden,Thus, the intermetallic compounds can be small amounts of metals such as titanium, zirconium, tantalum or niobium as minor impurities, although low-melting metals such as lead should be excluded. Small amounts of others, from titanium, zirconium, Niobium or tantalum carbide different carbides, for example a few percent tungsten carbide, which are sometimes added during grinding can be present. Even small amounts of oxygen can be tolerated, for example occur when titanium carbide has been exposed to air is, resulting in a few percent titanium oxycarbide. ' However occurs after the powder components are ground together, have been and are in a highly active state,
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G AO G AO
leicht Oxidation, insbesondere der intermetallischen Verbindung ein und sollte vermieden werden.easy oxidation, especially of the intermetallic compound one and should be avoided.
Ausser der Charakterisierung der erfindungsgemässen Massen auf der Basis der vorstehend erörterten Komponenten können die Massen auch auf der Grundlage ihrer Struktureigenschaften charakterisiert werden.Except for the characterization of the compositions according to the invention On the basis of the components discussed above, the compositions can also be based on their structural properties be characterized.
(a) Gegenseitige Durchdringung dreidimensionaler Vernetzungen (a) Mutual penetration of three-dimensional networks
Die Massen der Erfindung sind dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei sich gegenseitig durchdringende dreidimensionale Netzstrukturen enthalten: eine aus Aluminiumoxid und eine aus intermetallisch gebundenem Carbid oder Nitrid.The masses of the invention are characterized in that they are two mutually interpenetrating three-dimensional Network structures contain: one made of aluminum oxide and one made of intermetallic bonded carbide or nitride.
Obgleich die Wirkungen der Anwesenheit dieser beiden Vernetzungen nicht vollkommen geklärt ist, wird angenommen, dass sie wesentlich zu den ungewöhnlichen Eigenschaften der erfindungsgemässen Massen beitragen, wodurch sich Massen ergeben, die fester und schlagbeständiger als übliche keramische Aluminiumoxid-Schneidwerkzeuge sind.Although the effects of the presence of these two crosslinks is not fully understood, it is believed that they contribute significantly to the unusual properties of the masses according to the invention, resulting in masses, which are stronger and more impact resistant than common ceramic alumina cutting tools are.
Das Vorliegen dieser gleichzeitigen, kontinuierlichen Netzgefüge kann aus der Analyse der dichten Masse ermittelt werden. Die Kontinuität des Netzgefüges aus Aluminiumoxid kann durch Entfernen der metallischen und intermetallischen Verbindung durch anodische Ätzung in 10%iger Ammonium-bifluoridlösung ermittelt werden. Der A'tzvorgang, obgleich er das Aussehen der Masse nicht sichtlich beeinträchtigt, entfernt das elektrisch leitende Material aus dem äusseren Bereich der der Oberfläche am nächsten liegenden Massen und ergibt eine nichtleitende Oberfläche mit einem elektrischen Wider-The existence of this simultaneous, continuous network structure can be determined from the analysis of the dense mass. The continuity of the network structure made of aluminum oxide can by removing the metallic and intermetallic compounds by anodic etching in 10% ammonium bifluoride solution be determined. The process, although it does not visibly affect the appearance of the mass, removes it the electrically conductive material from the outer area of the masses closest to the surface and results a non-conductive surface with an electrical resistance
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stand von mehr als 100 000 Mikro-Ohm-Zentimeter. Der Nachweis der Kontinuität der Aluminiumoxidphase "besteht in der festen, zusammenhängenden Oberfläche, die trotz der offensichtlichen Entfernung der leitenden Materialien .vorliegt.stood by more than 100,000 micro-ohm-centimeters. The proof The continuity of the alumina phase "consists in the solid, coherent surface, which in spite of the obvious Removal of conductive materials.
Eine "bequeme Methode zum Entfernen sämtlicher Metallverbindungen und intermetallischen Verbindungen aus den erfindungs*- gemässen Massen, um damit das Vorliegen'eines dreidimensionalen Gerüsts aus Aluminiumoxid nachzuweisen, "besteht darin, A "convenient way to remove all metal connections and intermetallic compounds from the invention according to masses in order to prove the presence of a three-dimensional framework made of aluminum oxide, "consists in
dass kleine Stäbe aus der Masse in ein Gemisch aus 25 car 12%iger Fluorwasserstoffsäure und 5 crä konzentrierter Salpetersäure eingetaucht werden. Ein Stab von.0,17 x 0,17 χ 2,5 cm kann 24 Stunden in dem Säure gemisch belassen werden, während das Gemisch auf einem·"Dampfbad erhitz/t wird. Der Anteil des Stabs, der nach 24- Stunden verbleibt-, besteht aus Aluminiumoxid und kann hinsichtlich der Kontinuität und Festigkeit durch übliche Mittel untersucht werden.that small sticks from the mass into a mixture of 25 car 12% hydrofluoric acid and 5% concentrated nitric acid be immersed. A stick of 0.17 x 0.17 χ 2.5 cm can be left in the acid mixture for 24 hours. while the mixture is heated on a steam bath. The portion of the rod that remains after 24 hours consists of Alumina and can in terms of continuity and strength examined by usual means.
Die erfindungsgemässen. Massen, die 40 oder mehr Vol.% Aluminiumoxid enthalten, liefern gemäss der obigen Analysenmethode sehr feste Aluminiumgerüste. Ein aus einer erfindungsgemässen Masse, die etwa 60 Vol.% Aluminiumoxid enthält, erhaltenes Aluminiumgerüst behält eine Querbruchfestigkeit von 1050 kg/cm (15 000. psi) bei. Die Anwesenheit von Alumin-. niumoxid in Mengen von etwa 30 Vol.% neigt zur Erzeugung eines ziemlieh festen Gerüstes mit Querbruchfestigkeiten von etwa 100 kg/cm (1400 psi). Bei etwa 20 Vol.% Aluminiumoxid liegt gewöhnlich eine schwache, Jedoch sich selbst tragende Struktur vor, und unterhalb 20 Vol.% besteht häufig wenig r oder kein kontinuierliches Aluminiumoxidgerüst. Das Entfernen der elektrisch leitenden Phasen aus den weniger als 20 Vol.% Aluminiumoxid enthaltenden Massen führt gewöhnlich zur Wiedergewinnung von Aluminiumoxidpulver.The inventive. According to the above analysis method, masses which contain 40% or more by volume of aluminum oxide produce very strong aluminum frameworks. An aluminum framework obtained from a composition according to the invention which contains about 60% by volume of aluminum oxide retains a transverse breaking strength of 1050 kg / cm (15,000 psi). The presence of aluminum. Nium oxide in amounts of about 30% by volume tends to produce a reasonably strong framework with transverse rupture strengths of about 100 kg / cm (1400 psi). At about 20 vol.% Alumina is usually a weak However, self-supporting structure in front of, and below 20 vol.%, There is often little or no continuous alumina r backbone. The removal of the electrically conductive phases from the compositions containing less than 20% by volume of aluminum oxide usually leads to the recovery of aluminum oxide powder.
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Die Anwesenheit einer kontinuierlichen Phase der elektrisch leitenden metallischen Verbindung und intermetallischen Verbindung ist aus der elektrischen Leitfähigkeit der heissgepressten, erfindungsgemässen Massen ersichtlich. Die erfindungsgemässen Massen besitzen vorzugsweise einen spezifischen elektrischen Widerstand von weniger als etwa 1 Ohm-cm, bevorzugter weniger als etwa 25 OOO Mikro-Ohm-cm und besonders bevorzugt weniger als 5000 Mikro-Ohm-cm. Die bevorzugten Massen der Erfindung, in denen die metallische Verbindung plus der intermetallischen Verbindung 35 Vol.% oder mehr ausmachen, haben häufig einen spezifischen elektrischen Widerstand von weniger als 1000 Mikro-Ohm-cm.The presence of a continuous phase of the electrically conductive metallic compound and intermetallic compound can be seen from the electrical conductivity of the hot-pressed compositions according to the invention. The inventive Compounds preferably have an electrical resistivity of less than about 1 ohm-cm, more preferably less than about 25,000 micro-ohm-cm, and more preferably less than 5000 micro-ohm-cm. The preferred crowds of the invention in which the metallic compound plus the intermetallic compound make up 35% by volume or more, often have an electrical resistivity of less than 1000 micro-ohm-cm.
(b) Wärmeausdehnungskoeffizient (b) coefficient of thermal expansion
Die Massen der Erfindung sind auch dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei kontinuierliche sich gegenseitig durchdringende Vernetzungen mit sehr ähnlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen. Im allgemeinen liegt der Ausdehnungskoeffizient · der Aluminiumoxidphase sowie der metallischen und intermetallischen Phase zwischen 10 χ 10" und 13 χ 10" cm/cm/ 0,5° C (4 χ 1O~6 und 5 χ 10~6 inches/inch/°F) bei Temperaturen von Raumtemperatur bis zu 540° C (1000° F).The compositions of the invention are also characterized by having two continuous interpenetrating crosslinks with very similar coefficients of thermal expansion. In general, the coefficient of expansion of the aluminum oxide phase and of the metallic and intermetallic phases is between 10 10 "and 13 χ 10" cm / cm / 0.5 ° C (4 10 ~ 6 and 5χ10 ~ 6 inches / inch / ° F) at temperatures from room temperature up to 540 ° C (1000 ° F).
Auf Grund der Ähnlichkeit dieser Wärmekoeffizienten können Schneidspitzen aus den erfindungsgemässen Massen extreme Temperaturänderungen mit geringer oder ohne in der Masse erzeugter thermischer Verformung aushalten. Die Massen sind gegenüber Wärmeschock sehr beständig, sowohl hinsichtlich der Zersprengung als auch hinsichtlich der Oberflächenrissbildung.Due to the similarity of these heat coefficients, Cutting tips made from the masses according to the invention, extreme temperature changes with little or no produced in the mass withstand thermal deformation. The masses are very resistant to thermal shock, both in terms of bursting as well as surface cracking.
(c) Homogenität und feinkörnige Struktur (c) Homogeneity and fine-grain structure
Die erfindungsgemässen Massen, sind auch dadurch gekennzeich-The masses according to the invention are also characterized by
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net, dass sie eine feine durchschnittliche Teilchengrösse von unter 1Ou und--vorzugsweise-, weniger als 5 μ mittlerem Korndurchmesser besitzen. Die Zahl der mittleren Korngrösse und die Grössenverteilung ergeben sich aus vergrösserrten Elektronen-Mikrophotographien bei polierten, geätzten Oberflächen unter Verwendung einer Erweiterung der Methoden yon John E. Hilliard, die in "Metal Progress", Mai 1964, Seiten 99 bis. 102 und von R. L. Pullman, in the Journal of Metals, März 1953 > Seite 447 ff« beschrieben sind. Die Korngrösse ist über die gesamte Masse einheitlich und homogen, und es besteht praktisch keine Porosität in den dichten Massen der Erfindung. Die Verteilung der gleichzeitig vorliegenden kontinuierlichen Phasen (d. h. Aluminiumoxidgerüst und die metallische-intermetallische Matrix) ist ebenfalls gleichmassig und homogen, und allgemein ausgedrückt,erscheint irgendein Bereich von 100 a im Quadrat, der mikroskopisch bei 100Ofacher Vergröss^erung untersucht wird, gleich irgendeinem anderen Bereich von 100 ja im Quadrat innerhalb üblicher statistischer Verteilungsgrenzen. Die feine Korngrösse der erfindungsgemässen Massen ist natürlich zumindest teilweise für die Kontinuität der sich durchdringenden Phasen (d. h. Aluminiumoxidgerüst und die metallische-intermetallische Matrix), verantwortlich. Jedoch trägt sie auch zusammen mit der Homogenität und der geringen Porosität zur Abriebsbeständigkeit der erfindungsgemässen Massen bei. Metalleinschlüsse, wie beispielsweise die Carbideinschlüsse in gegossenem Eisen, schleifen Selbst die härtesten der metallgebundenen Carbidschneidwerkzeuge ab. Trotzdem sind die erfindungsgemässen Massen in überragendem Masse abriebsbeständig. ,net that they have a fine average particle size of less than 10u and - preferably - less than 5 microns mean grain diameter. The number of mean grain size and the size distribution result from enlarged electron micrographs of polished, etched surfaces using an extension of the methods of John E. Hilliard, which are in "Metal Progress", May 1964, pages 99 to. 102 and by R. L. Pullman, in the Journal of Metals, March 1953> page 447 ff ". The grain size is uniform and homogeneous over the entire mass, and there is practically no porosity in the dense masses of the invention. The distribution of the co-existing continuous phases (i.e. alumina framework and the metallic-intermetallic matrix) is also uniform and homogeneous, and in general terms, any area of 100 a square, examined microscopically at 100X magnification, appears to be like any other area of 100 yes squared within the usual statistical distribution limits. The fine grain size of the compositions according to the invention is of course at least partially responsible for the continuity of the interpenetrating phases (ie aluminum oxide framework and the metallic-intermetallic matrix). However, together with the homogeneity and the low porosity, it also contributes to the abrasion resistance of the compositions according to the invention. Metal inclusions, such as the carbide inclusions in cast iron, will abrade even the toughest of metal-bonded carbide cutting tools. Nevertheless, the compositions according to the invention are extremely resistant to abrasion. ,
Die Herstellung der erfindungsgemässen Massen ist wichtig, The production of the inventive compositions is important
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weil viele Eigenschaften der Massen als Ergebnis der Art und Veise ihrer Herstellung erreicht v/erden. Daher stehen die Verwendung von feinkörnigen Ausgangsmaterialien und gründliches Vermählen der gemischten Komponenten in direkter Beziehung zu der feinen Korngrösse und der gleichmässigen Homogenität der Massen. Andere "bei der Herstellung der erfindungsgemässen Massen zu beobachtende Vorsichtsmassnahmen, die wesentliche Auswirkungen auf die Produkte ausüben, sind folgende:because many properties of the masses are achieved as a result of the manner in which they are made. Hence stand the use of fine-grained starting materials and thorough grinding of the mixed components in direct Relationship to the fine grain size and the uniform Homogeneity of the masses. Others "in the preparation of the inventive There are masses of observable precautionary measures that have significant effects on the products the following:
(Ό die Verhinderung übermässiger Verunreinigung aus dem Mahlmedium und von Feuchtigkeit oder Sauerstoff in der Luft,(Ό preventing excessive contamination from the Grinding media and moisture or oxygen in the Air,
(2) Warmpressen oder Sintern unter Bedingungen, die das Entweichen flüchtiger Materialien vor der Verdichtung gestatten,(2) hot pressing or sintering under conditions that allow volatile materials to escape prior to densification allow,
(3) Vermeidung übermässiger Absorption von Kohlenstoff aus Heisspressformen, indem deren. Kontakt unter absorptionsfordernden Bedingungen begrenzt wird, und(3) Avoid excessive absorption of carbon from hot press molds by removing their. Contact under absorption-demanding Conditions is limited, and
(4) Vermeidung übermässiger Komponenten—Rekristallisation und sich daraus ergebender Ausscheidung, indem eine längere Aussetzung gegenüber sehr hohen Temperaturen vermieden wird.(4) Avoiding Excessive Components — Recrystallization and resulting excretion by prolonged exposure to very high temperatures is avoided.
(a) Vermählunp; und PulverRewinnunp; (a) marriage; and PowderRewinnunp;
Das Vermählen der Komponenten zu deren homogener Vermischung und zur Erzielung sehr feiner Korngrössen wird nach üblichen •Verfahren durchgeführt. Optimale Mahlbedingungen schliessen gewöhnlich eine Mahlvorrichtung, die halbgefüllt mit einem Mahlmedium, wie beispielsweise mit Cobalt gebundene Wolframcarbidkugeln oder -stäbe, ist, ein flüssiges Medium, wie beispielsweise ein Kohlenwasserstofföl, eine inerte Atmosphere, Mahlzeiträume von wenigen Tagen bis mehreren WochenThe grinding of the components in order to mix them homogeneously and to achieve very fine grain sizes it is carried out according to the usual • procedures. Close optimal milling conditions usually a milling device which is half-filled with a milling media such as cobalt bonded tungsten carbide balls or rods, is a liquid medium, such as a hydrocarbon oil, an inert atmosphere, Meal rooms from a few days to several weeks
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und die Gewinnung.von Pulver ebenfalls in einer inerten Atmosphäre ein. Das erhaltene Pulver wird gewöhnlich "bei Temperaturen von etwa 150 "bis 200° C unter Vakuum getrocknet"" und anschliessend gesiebt und gelagert, gegebenenfalls in , einer inerten Atmosphäre.and the recovery of powder also in an inert atmosphere a. The powder obtained is usually "dried at temperatures of about 150" to 200 ° C under vacuum "" and then sieved and stored, if necessary in, an inert atmosphere.
(b) Verfestigung "(b) solidification "
Die erfindungsgemässen Massen werden gewöhnlich zu dichten, porenfreien Körpern durch Sintern unter Druck verfestigt. Die Verfestigung oder Verdichtung wird gewöhnlich durch warmpressen der gemischten Pulver in einer Graphitform unter Vakuum durchgeführt. '■ 'The compositions according to the invention are usually to be dense, solidified pore-free bodies by sintering under pressure. Solidification or densification is usually accomplished by hot pressing the mixed powders in a graphite mold under vacuum carried out. '■'
Zum Warmpressen werden die Pulver in die Form gebracht· und in die erhitzte Zone der Warmpresse ohne Anwendung von Druck eingeführt, so dass flüchtige Verunreinigungen entweichen können, bevor die Masse verdichtet wird. Voller Druck wird gewöhnlich bei.oder nahe der Maximaltemperatur aufgebracht. For hot pressing, the powders are brought into the mold and into the heated zone of the hot press without the use of Pressure introduced so that volatile impurities can escape before the mass is compacted. Full pressure is usually applied at or near the maximum temperature.
Die Maximaltemperaturen liegen zwischen 1400 und 19OQ0 Oje nach der Menge der vorliegenden intermetallischen Verbindung, und sie liegen gewöhnlich zwischen 1600 und 1800 C. Maximaldrücke liegen im Bereich von 35 "bis 280 kg/cm (500 bis 4000 psi), wobei, niedrigere Drücke im allgemeinen in Kombination mit niedrigeren Temperaturen für Massen mit einem hohen Gehalt an intermetallischer Verbindung angewendet werden. Umgekehrt werden hohe Drücke und Temperaturen für Massen mit geringem Gehalt an intermetallischer Verbindung verwendet.The maximum temperatures are between 1400 and 19OQ 0 Oje on the amount of the present intermetallic compound, and they are usually 1600-1800 C. maximum pressures are in the range of 35 "to 280 kg / cm (500 to 4000 psi), wherein, lower pressures are generally used in combination with lower temperatures for compositions with a high content of intermetallic compound, and conversely, high pressures and temperatures are used for compositions with a low content of intermetallic compound.
Wie ersichtlich, neigen bei höheren Temperaturen und Drücken einige der niedriger' schmelzenden intermetallischen Bestandteile zum Auspressen bzw. Ausquetschen aus den Massen während As can be seen, tend at higher temperatures and pressures some of the lower 'melting intermetallic constituents for squeezing or squeezing out of the masses during
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des VerdichtungsVorgangs. Diese Neigung kann rait Vorteil dazu verwendet werden, dass man mit einer etwas grösseren als der gewünschten Menge an intermetallischer Verbindung beginnt und bei hoher Temperatur und hohem Druck arbeitet. Durch dieses Vorgehen wird ein Teil der intermetallischen Verbindung ausgequetscht und ergibt den gewünschten Gehalt an intermetallischer Verbindung, und die ausgeschiedene intermetallische Verbindung dient als Gleitmittel und Sinterhilfsmittel. während des PressVorgangs. Auf diese Weise können Lücken oder Zwischenräume trotz der hochwärmebeständigen Art der Endmasse ausgeschaltet werden.of the compression process. This tendency can be beneficial to this used that one with a slightly larger than the desired amount of intermetallic compound begins and works at high temperature and high pressure. By doing this, part of the intermetallic compound becomes squeezed out and gives the desired content of intermetallic compound, and the precipitated intermetallic Compound serves as a lubricant and sintering aid. while of the pressing process. This way there can be gaps or Gaps can be eliminated despite the highly heat-resistant nature of the final mass.
Es ist wichtig, dass die Masse nicht auf eine Temperatur oder während eines Zeitraums erhitzt wird, die über diejenigen hinausgehen, die zur Beseitigung von Porosität und zur Erzielung der Dichte benötigt wird. Diese höheren Temperaturen oder längeren Zeiträume führen zu einem unerwünschten Kornwachstum und ergeben eine Vergröberung der Struktur und können sogar zur Entwicklung von sekundärer Porosität auf Grund von Rekristallisation öder zur Bildung unerwünschter Phasen führen.It is important that the mass is not heated to a temperature or for a period of time higher than that required to eliminate porosity and achieve density. These higher temperatures or longer periods of time lead to undesired grain growth and result in a coarsening of the structure and can even to the development of secondary porosity due to recrystallization or to the formation of undesired phases to lead.
Wie im folgenden dargelegt, werden gewöhnlich Presstemperaturen im Bereich von 1700 bis 1900° C' für die bevorzugten Produkte der Erfindung "angewendet, und die Maximaltemperatur wird weniger als JO Minuten angewendet, gewöhnlich nicht mehr als 10 Minuten und vorzugsweise nicht mehr als 6 Minuten, wonach das Produkt aus der heissen Zone entfernt wird. Durch diese Massnahmen werden die erfindungsgemässen Massen zusammengedrückt bzw. verdichtet, so dass Porosität beseitigt und maximale Dichte ohne übermässige Rekristallisation erreicht werden. Diese Produkte zeichnen sich durch ihre feine Korngrösse und aussergewöhnliche Querbruclifestigkeit aus.As set out below, press temperatures are usually used in the range of 1700 to 1900 ° C 'for the preferred products of the invention "and the maximum temperature is used for less than JO minutes, usually not more than 10 minutes and preferably not more than 6 minutes, after which the product is removed from the hot zone. The masses according to the invention are compressed by these measures or compacted so that porosity is eliminated and maximum density is achieved without excessive recrystallization will. These products are characterized by their fine grain size and exceptional resistance to cracks.
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Die erfindungsgemässen Massen, insbesondere solche mit hohem Gehalt an intern.etallischer Verbindung und geringen Teilchengrössen, können auch durch Kaltpressen und Sintern unter hohem Vakuum verdichtet werden, vorausgesetzt, dass die obige Begrenzung bezüglich des Minimums der Sinterzeit bei maximaler Temperatur erfüllt wird. Es wird bevorzugt, das. Pulver in einer geschlossenen Gummiform, die in Wasser in einer zur Anwendung von hohen, hydraulischen Drücken (4220 kg/cm , 60 000 psi) befähigten isostatischen Presse aufgehängt ist, isostatisch zu pressen. ,The compositions according to the invention, in particular those with a high Content of internal metallic compounds and small particle sizes, can also be densified by cold pressing and sintering under high vacuum, provided that the the above limitation with regard to the minimum of the sintering time at the maximum temperature is met. It is preferred that. Powder in a closed rubber mold that is immersed in water an isostatic press capable of using high hydraulic pressures (4220 kg / cm, 60,000 psi) is hung to press isostatically. ,
Verwendbarkeit '^ Usability '^
Die erfindungsgemässen Massen können in vielfältigen Typen von Schneidwerkzeugen, die für zahlreiche Verwendungszwecke ausgebildet sind, verwendet werden. Sie können zu standardisierten, auswechselbaren Einsätzen, die zum Drehen, Bohren oder Mahlen geeignet sind, geformt oder geschnitten werden. Oder sie können mit metallgebundenen Carbiden oder Uerkzeugstählen für Nachschied'fwerkzeuge unter Sehichtbildung oder in anderer Weise verbunden werden. Sie sind allgemein zum Entfernen von Metall aus Eisenmetallen geeignet, einschliesslieh zur Bearbeitung oder zum Schneiden von gehärteten Stählen, Legierungsstählen, m'araginglStählen, gegossenem Eisen, gegossenem Stahl, Nickel, Nickel-Chrom-Legierungen, Legierungen auf Nickelgrundlage und Cobalt-Uberlegierungen sowie zum Schneiden von nichtmetallischen Materialien, wie beispielsweise Glasfaser-Kunststoffschichtstoffe und keramische Massen.The compositions according to the invention can be used in a wide variety of types of cutting tools which are used for numerous purposes are designed to be used. You can go to standardized, interchangeable inserts suitable for turning, drilling or milling, shaped or cut. Or you can use metal-bonded carbides or tool steels for Nachschied'fwerkzeuge under visual formation or connected in other ways. They are generally suitable for removing metal from ferrous metals, including for machining or cutting hardened steels, alloy steels, m'araging steels, cast iron, cast steel, nickel, nickel-chromium alloys, nickel-based alloys and cobalt superalloys as well as for Cutting of non-metallic materials such as fiberglass-plastic laminates and ceramic masses.
Die erfindungsgemässen Massen eignen sich am besten zum Schneiden derartiger Metalle bei sehr hohen Geschwindigkeiten, z. B. Legierungsstähle bei 240 Oberflächenmeter/Minute (800 surface feet per minute) und gegossenes Eisen bei 360 Oberflächenmeter/Minute (1200 surface feet per minute). Dies be-The compositions according to the invention are best suited for cutting such metals at very high speeds, e.g. B. Alloy steels at 240 surface meters / minute (800 surface feet per minute) and cast iron at 360 surface meters / minute (1200 surface feet per minute). This is
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ruht auf" der gross en Beständigkeit gegenüber Kraterbildimg und Handabnutzung und darauf, dass die erfindungsgemüsecn Massen bei erhöhten Temperaturen gute Härte beibehalten. Wegen ihrer guten V/ärineschockbeständigkeit sind sie besonders gut zur Herstellung wiederholter kurzer Schnitte oder anderer unterbrochener Schneidvorgänge geeignet, bei denen die Temperatur der Schneidkante sich rapide verändert.rests on "the great resistance to Kraterbildimg and hand wear and that the invention Masses retain good hardness at elevated temperatures. They are special because of their good resistance to shock well suited for making repeated short cuts or other intermittent cutting operations where the temperature of the cutting edge changes rapidly.
Die Massen der Erfindung können auch für allgemeine hochwärmebeständige Anwendungen eingesetzt werden, z.B. für Gewindeführungen, Lager, abnutzungsbeständige mechanische Teile und als Präs- oder Schleifstaub in mit Harz gebundenen Schleifscheiben und Abschneidmessern. Darüber hinaus sind die erfindungsgemässen Massen für jede Anwendung geeignet, bei der ihre Kombination von hochwärmebeständigen Eigenschaften, elektrischer Leitfähigkeit, metallophiler Natur und Wärmeschockbentändigkeit einen Vorteil liefern, beispielsweise zur Herstellung eines elektrisch leitenden keramik ähnlichen Schleifsandes für Schleifscheiben, die zum elektrolytischen Schleifen verwendet werden.The compositions of the invention can also be used for general high heat resistance Applications are used, e.g. for thread guides, bearings, wear-resistant mechanical parts and as pre- or grinding dust in grinding wheels and cutting knives bonded with resin. In addition, the inventive Masses suitable for any application in which their combination of highly heat-resistant properties, electrical conductivity, metallophilic nature and resistance to thermal shock provide an advantage, for example for the production of an electrically conductive ceramic-like Grinding sand for grinding wheels used for electrolytic Loops are used.
Die erfindungsgemässen Gegenstände sind äusserst beständig gegenüber Oxidation bei hohen Temperaturen, und diese Eigenschaft zusammen mit ihrer elektrischen Leitfähigkeit nacht es möglich, dass sie als Ofenheizelemente verwendet werden können, die ihre hohe Temperatur über lange Seiträume in oxidierenden Atmosphären beibehalten können.The objects according to the invention are extremely durable against oxidation at high temperatures, and this property together with their electrical conductivity at night it is possible that they can be used as furnace heating elements that keep their high temperature in for long sidewalls can maintain oxidizing atmospheres.
Ihre Beständigkeit gegenüber Oxidation und ihre ausgezeichnete Warmhärte machen sie insbesondere als Bauwerkstoffe für bei hoher Temperatur'betriebene Extrudierformen geeignet.Their resistance to oxidation and their excellent hot hardness make them particularly suitable as building materials for High temperature extrusion molds are suitable.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher beschrieben. The invention is described in more detail by means of the following examples.
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.Beispiel 1 . " ' . ."'"""-■ ' ' '". Example 1 . "'.."'"""- ■ '''"
Dies ist ein Beispiel einer 50 VoI,% Aluminiumoxid,· 45 Vol.% Titancarbld und 5 Vol.% Nlckelaluminid enthaltenden Masse*This is an example of a composition containing 50 % by volume of aluminum oxide, 45% by volume of titanium carbide and 5% by volume of nickel aluminide *
Das in Form von sehr fein zerteiltem α-Aluminiumoxid" vorliegende Aluminiumoxid wird aus kolloidalem Böhmit gemass der USA-Patentschrift 2 915 475 hergestellt, indem das Ausgangsmaterial .20 Stunden in Luft bei 550° C erhitzt wird, dann die Wärme auf 500° C gesteigert wird und bei dieser Temperatur während 15 Stunden gehalten wird und schliesslich die Wärme mit etwa 100° C je Stunde auf eine Endtemperatur von 124-0° C erhöht Wird, bei der das Material 3 Tage gehalten wird. Eine Probe des gekühlten Produktes "wirft dann. mit"Fluorwasserstoffsäure behandelt und ist zu 88,5 % in 24%iger, wässriger Fluorwasserstoffsäure während eines Zeitraums vonThe aluminum oxide present in the form of very finely divided α-aluminum oxide is produced from colloidal boehmite according to US Pat. No. 2,915,475 by heating the starting material in air at 550 ° C. for 20 hours, then increasing the heat to 500 ° C. and is kept at this temperature for 15 hours and finally the heat is increased at about 100 ° C per hour to a final temperature of 124-0 ° C, at which the material is kept for 3 days. A sample of the cooled product is then thrown . treated with "hydrofluoric acid and is 88.5 % in 24% aqueous hydrofluoric acid for a period of
' " . . oxid'".. oxide
16 Stunden unlöslich, wodurch sich ein a-Aluminium'gehalt von etwa 88,5 % ergibt. Der spezifische Oberflächenbereich des in Fluorwasserstoffsäure unlöslichen Aluminiumoxids beträgt 6,3 m /g, gemessen durch Stickstoffadsoivption unter Verwendung der Brunaaer, Emmett, Teller Methode.Insoluble for 16 hours, resulting in an α-aluminum content of about 88.5%. The specific surface area of the insoluble in hydrofluoric acid, aluminum oxide is 6.3 m / g as measured by Stickstoffadsoi v ption using the Brunaaer, Emmett, Teller method.
Dieser Oberflächenbereich entspricht einer Kristallitgrösse des ά-Alurainiumoxids von etwa 240 mu mittlerem Teilchendurchmesser. Unter einem Elektronen-Mikroskop erscheint das cc-^ Aluminiumoxid als Aggregate von Aluminiumoxid-Kristallen im Bereich von 100 bis $00 mia Durchmesser. 'This surface area corresponds to one crystallite size of ά-alurainium oxide with an average particle diameter of about 240 μm. Under an electron microscope the cc- ^ appears Aluminum oxide as aggregates of aluminum oxide crystals in the Range from 100 to $ 00 mia in diameter. '
Die Dichte des freifliessenden feinzerteilten α-Aluminiumoxids beträgt 0,5 g/cm^, die durch Messung des Volumens einer gewogenen Probe nach Einschluss in einen 100 cnr-Glaszylinder erhalten wurde.The density of the free flowing finely divided α-alumina is 0.5 g / cm ^, which is obtained by measuring the volume of a weighed sample after inclusion in a 100 cm glass cylinder was obtained.
Das zu verwendende Titancarbid hat eine NominalpartikelgrosseThe titanium carbide to be used has a nominal particle size
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toto
von 2 ia und einen.spezifischen Oberflächenbereich von 3 m /g, bestimmt durch Stickstoffadsoprtion. Eine Elektronen-Mikrophotographie zeigt, dass die Titancarbidkörner einen Durchmesser von etwa 2 xx aufweisen und dass sie in Form von losen Aggregaten gebündelt sind. Der Kohlenstoffgehalt beträgt 19,0 /j, und die Säuerstoffanalyse ergibt einen Titandioxidgehalt von etwa 2,5 %· of 2 ia and a specific surface area of 3 m / g, determined by nitrogen adsorption. An electron photomicrograph shows that the titanium carbide grains are about 2 × 2 in diameter and that they are bundled in the form of loose aggregates. The carbon content is 19.0 / y, and the oxygen analysis shows a titanium dioxide content of about 2.5 %
Das zu verwendende Nickelaluminid hat eine solche Teilchengrösse, dass es vollständig durch ein Sieb mit SieböffnungenThe nickel aluminide to be used has a particle size such as that it passes completely through a sieve with sieve openings
von t\A- ii (325 mesh) hindurchgeht. Der spezifische Oberflä-of t \ A- ii (325 mesh) passes through. The specific surface
/ ρ/ ρ
chenbereich des Pulvers beträgt 0,3 m /g, bestimmt durchThe range of the powder is 0.3 m / g, determined by
ßtickstoffadsorption. Dieser spezifische Bereich entspricht Teilchen aus Nickelaluminid von etwa 3,A-ja. mittlerem Teilchendurchmesser. Der Sauerstoffgehalt beträgt 0, 5 %.nitrogen adsorption. This specific range corresponds to particles of nickel aluminide of about 3, A- yes. mean particle diameter. The oxygen content is 0.5%.
Die Pulver werden gemahlen, indem 4000 g vorkonditionierte zylindrische Cobalt-gebundene Volframcarbid-Einsätze von 6,3 mm (i/4 inch) Länge und 6,3 imi (i/4- inch) Durchmesser in eine 1,3 Liter Stahlwalzenmühle von etwa 15 cm (6 inches) Durchmesser gegeben werden, in die auch 375 ml "Soltrol" (ein gesättigter paraffinischer Kohlenwasserstoff mit einem Siedepunkt von etwa 175° 0) eingebracht worden sind. In die Mühle werden dann 59:75 S d-eG α-Aluminiumoxids, 67 »50 g des Titanearbid-Pulvers und 8,78 g des Nickelaluminid-Pulvers, wie oben beschrieben, eingebracht.The powders are milled by placing 4,000 grams of preconditioned cylindrical cobalt-bonded solid carbide inserts 6.3 mm (1/4 inch) in length and 6.3 imi (1/4 inch) in diameter in a 1.3 liter steel roller mill about 15 cm (6 inches) in diameter are given in the well 375 m l "Soltrol" (a saturated paraffinic hydrocarbon having a boiling point of about 175 ° 0) have been introduced. 59:75 S d-eG α-aluminum oxide, 67 »50 g of the titanium carbide powder and 8.78 g of the nickel aluminide powder, as described above, are then introduced into the mill.
Die Mühle wird dann verschlossen und mit 90 Upm 5 Tage in Rotation versetzt. Dann wird die Mühle geöffnet und der Inhalt durch ein Sieb mit Sieböffnungen von 2,83 mra (Nr. 7) geleert, während die Mahleinsätze im Innern gehalten werden. Die Mühle wird dann mit "Soltrol" 130 mehrmals ausgespült, bis sämtliche vermahlenen Feststoffe entfernt sind.The mill is then closed and rotated at 90 rpm for 5 days Rotation offset. Then the mill is opened and the contents through a sieve with sieve openings of 2.83 mra (No. 7) emptied while the grinders are held inside. The mill is then rinsed several times with "Soltrol" 130, until all ground solids are removed.
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Das gemahlene Pulver wird in einen Vakuumverdampfer überführt, und der überschüssige Kohlenwasserstoff wird, nachdem sich das suspendierte Material abgesetzt hat, abdekantiert. Der feuchte Rückstandskuchen wird dann unter Vakuum und unter Anwendung von Wärme getrocknet, bis die Temperatur innerhalb des Verdampfers zwischen 200 und 300° 0 liegt und der Druck weniger als etwa 0,1 mm Hg beträgt. Danach wird das Pulver unter vollkommenem Luftabschluss gehandhabt. 'The ground powder is transferred to a vacuum evaporator, and the excess hydrocarbon is after that suspended material has settled, decanted off. The moist residue cake is then placed under vacuum and under application dried by heat until the temperature inside the evaporator is between 200 and 300 ° 0 and the pressure is less than about 0.1 mm Hg. After that the powder is under handled with complete exclusion of air. '
Das trockene Pulver wird durch ein Sieb mit Sieböffnungen von 0,4-2 mm (40 mesh) in einer Stickstoffatmosphäre hindurchgegeben und dann unter Stickstoff in verschlossenen Kunststoffe ehält ern gelagert.The dry powder is passed through a sieve with sieve openings 0.4-2 mm (40 mesh) was passed through in a nitrogen atmosphere and then under nitrogen in sealed plastics it keeps it stored.
Ein verdichteter Block wird aus diesem Pulver hergestellt, indem das Pulver in einer zylindrischen Graphitform mit einer quadratischen Ausnehmung von 27 x 27 mm (. 1 1/16 χ 1 1/1-6 inches) und die mit gegenüberliegenden engangepass-A compacted block is made from this powder, by placing the powder in a cylindrical graphite mold with a square recess of 27 x 27 mm (. 1 1/16 χ 1 1 / 1-6 inches) and those with opposite narrow pass
wird ten Kolben ausgestattet ist, warmgepresst^ Ein Kolben wird an einem Ende des Foriahohlraums festgehalten, während 25 g Pulver in den Hohlraum unter Stickstoff eingefüllt werden und gleichmässig verteilt werden, indem die Form gedreht wird und leicht an der Seite geklopft wird. Der obere Kolben wird dann unter Handdruck in Stellung gebracht. Die zusammengefügte Form mit Inhalt wird dann in eine Vakuumkammer einer Vakuumwarmpresse gebracht, die Form wird in einer vertikalen Stellung gehalten und die sich nach oben und unten erstreckenden Kolben werden zwischen gegenüberliegende Pressstempel der Presse unter einem Druck von etwa 7 "bis 14 kg/cm (100 bis 200 psi) eingerückt. Innerhalb eines Zeitraums von 1 Minute wird die Form in die heisse Zone des Ofens von 1500° C gehoben, und die Ofentemperatur wird sofort gesteigert, wahrend die Stellungen der Presstempel so festgelegt sind, dass weitere Bewegung während der Aufheizperiode ver-is fitted with the flask, hot-pressed ^ A flask is held at one end of the mold cavity while 25g of powder is poured into the cavity under nitrogen and distributed evenly by rotating the mold and tapping the side lightly. The upper piston is then brought into position with hand pressure. The assembled mold and contents are then placed in a vacuum chamber of a vacuum hot press, the mold is held in a vertical position and the pistons extending up and down are placed between opposing dies of the press under a pressure of about 7 "to 14 kg / cm ( 100 to 200 psi). Within a period of 1 minute, the mold is raised into the hot zone of the oven at 1500 ° C and the oven temperature is increased immediately, while the positions of the ram are set so that further movement during the heating period ver
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hindert wird. Die Temperatur wird von 15OO auf 1800° C in 10 Minuten erhöht, und die Temperatur der Form wird dann bei 1800° C während weiterer 2 Minuten gehalten, um ein gleichmassiges Erhitzen der Probe sicherzustellen. Ein Druck von 280 kg/cm (4000 psi) wird dann während 4 Minuten durch die Kolben aufgebracht. Unmittelbar nach dem Pressvorgang wird die Form mit Inhalt, die noch zwischen den gegenüberliegenden Presstempeln gehalten wird, aus dem Ofen in eine Kühlzone befördert, wo die Form mit Inhalt auf dunkle Eothitze in etwa 5 Minuten gekühlt wird.is prevented. The temperature is increased from 1500 to 1800 ° C in Increased 10 minutes, and the temperature of the mold is then at 1800 ° C held for a further 2 minutes in order to achieve a uniform temperature Ensure heating of the sample. A pressure of 280 kg / cm (4000 psi) is then applied through the Piston applied. Immediately after the pressing process, the form with content that is still between the opposite Press ram is held, conveyed from the oven into a cooling zone, where the mold with contents on dark egg heat in refrigerated for about 5 minutes.
Form und Inhalt werden dann aus dem Valcuumofen entfernt, und der Block wird aus der Form entfernt und zur Entfernung von irgendwelchem anhaftenden Kohlenstoff gesandstrahlt.The form and contents are then removed from the vacuum oven, and the block is removed from the mold and sandblasted to remove any adhered carbon.
Das verdichtete Gut bzw. der Block, der -ems- ein . Quadrat von 27 mm ( 1 1/16 inch) von einer Stärke von etwa 756 mm (0,30 inch) ist, wird so geschnitten, dass ein Stück, das etwas grosser als 1,3 mm im Quadrat (one half inch square) aus dem Mittelpunkt entfernt ist. Streifen von 1,8 mm (0,070 inch) Stärke werden aus dem Material abgeschnitten, die an jeder Seite des Mittelstücks verbleiben, und werden weiter zu Stäben von 1,8 χ 1,8 mm im Quadrat (0,70 inch χ 0,70 inch square) zur Prüfung hinsichtlich der Querbruchfestigkeit geschnitten. Andere Teile des Blocks werden zu Kugeldruckhärte-Prüfungen und für andere ProduktCharakterisierungen verwendet. Die Querbruchfestigkeit, die durch Biegen der Versuchsstäbe von 1,8 χ 1,8 mm (0,070 χ 0,070 inch) bei einer Spannweite von 14,3 mm (9/16 inch) gemessen wurde, beträgt 11 600 kg/cm*· (I65 000 psi). Die Härte liegt bei 93»2, bezogen auf die Rockwell A-Skala.The compacted good or the block, the -ems- a. 27 mm (1 1/16 inch) square, about 7 5 6 mm (0.30 inch) thick, is cut so that a piece slightly larger than 1.3 mm square (one half inch square) is removed from the center. 1.8 mm (0.070 inch) thick strips are cut from the material that remain on each side of the center piece and further become 1.8 1.8 mm square (0.70 inch χ 0.70 rods inch square) to test the transverse breaking strength. Other parts of the block are used for ball indentation hardness tests and for other product characterizations. The transverse breaking strength, as measured by bending the test bars 1.8 1.8 mm (0.070 χ 0.070 inch) with a span of 14.3 mm (9/16 inch), is 11,600 kg / cm * (I65 000 psi). The hardness is 93 »2, based on the Rockwell A scale.
Das quadratische Mittelstück wird zu einer Schneidspitze von genauen Dimensionen von 12,7 x 12,7 x 4>7 mm (1/2 χThe square center piece becomes a cutting point with exact dimensions of 12.7 x 12.7 x 4> 7 mm (1/2 χ
- 22 U9838/1937 - 22 U9838 / 1937
42J4-G '42J4-G '
1/2 χ '3/16 inch) endbe arbeit et, und die Ecken werden mit einem Radius von 0,79 mm (i/32 inch.) oberflächenbearbeitet, eine Ausführung, die in der Industrie als SNG-432 bekannt ist. Diese Spitze wird als einzelner Zahn in einer Fräse von 10 cm (4- inch) Durchmesser verwendet, um Stäbe aus 4-34-0 Stahl (R 36) mit einer Breite von 5 cm (2 inch) bei1/2 χ '3/16 inch) and the corners are finished with Surface machined to a radius of 0.79 mm (i / 32 inch.), a version known in the industry as the SNG-432 is. This point is used as a single tooth in a 4-inch (10 cm) diameter burr to remove rods 4-34-0 steel (R 36) with a width of 5 cm (2 inches)
einer Oberflächengeschwindigkeit von 160 m/min (535 feet per minute) und einer Zuführgeschwindigkeit von 0,135 (0,0053 inch) je Zahn mit einer Schneidtiefe von 2,5 (0,100 inch) auf dem Mittelpunkt trocken planzu-fräsen.a surface speed of 160 m / min (535 feet per minute) and a feed rate of 0.135 (0.0053 inch) per tooth with a cutting depth of 2.5 (0.100 inch) to be milled dry face to face on the center point.
Der FräsVorgang wird unter diesen Bedingungen für eine Stab-, länge von 91^ cm (36 inches) fortgesetzt, und nach Untersuchung zeigte die Schneidspitze(eine gleichmässige Flankenabnutzung von lediglich 0,13 mm (0,005 inch) und lokale Flankenabnutzung von 0,20 mm (0,008 inch), wobei auf der Oberfläche des Werkzeugs keine Kraterbildung und kein Abbrechen oder Absplittern der Ecken oder Kanten auftrat. Unter den gleichen Schneidbedingungen splitterten und brachen handelsübliche keramische Schneideinsätze nach einem Schneidvorgang von 5 ^is 28 cm ( 2 bis 11 inches).The milling process is continued under these conditions for a rod length of 91 cm (36 inches) and upon inspection the cutting tip ( showed an even flank wear of only 0.13 mm (0.005 inch) and local flank wear of 0.20 mm (0.008 inch) with no pitting on the surface of the tool and no chipping or chipping of the corners or edges. Under the same cutting conditions, commercial ceramic cutting inserts chipped and cracked after a cut of 5 to 28 cm (2 to 11 inches).
Die Spitze wird auch als Schneidwerkzeug für graues, gegossenes Eisen Klasse 30 (170 BHE) in einem Hochgeschwindigkeits-Drehtest bei 375 Oberflächenmeter je Minute (1250 surface feet per minute) unter Anwendung einer Zufuhr von 0,13 mm (0,005 inch) je Umdrehung und einer Schneidtiefe von 1,3 mm (0,050 inch) verwendet. Nach 10 Minuten Betrieb zeigte die Spitze eine gleichmässige Flankenabnutzung von nur 0,10 mm<(0,0o4-inch). ; .The tip is also used as a cutting tool for gray cast iron grade 30 (170 BHE) in a high speed rotary test at 375 surface meters per minute (1250 surface feet per minute) using a feed of 0.13 mm (0.005 inch) per revolution and a cutting depth of 1.3 mm (0.050 inch) is used. After 10 minutes of operation, the tip showed uniform flank wear of only 0.10 mm <(0.0o4-inch). ; .
Es wurde festgestellt, dass unter den gleichen Bedingungen ein handelsübliches, keramisches Werkzeug eine gleichmässige Flankenabnutzung von 0,15 mm (0,006 inch) in 10 Minuten auf-·It was found that under the same conditions a commercially available ceramic tool has an even flank wear of 0.15 mm (0.006 inch) in 10 minutes -
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wies, und ein handelsübliches Werkzeug aus TiC-Mo-Ki besass eine Abnutzung von 0,28 mm (0,011 inch). Ein handelsübliches Werkzeug aus WC-Co versagte bei dieser hohen Geschwindigkeit praktisch sofort.and owned a commercially available tool made of TiC-Mo-Ki 0.28 mm (0.011 inch) wear. A commercial tool made from WC-Co failed at this high speed practically immediately.
Das Werkzeug wird auch verwendet, um extrem harten 4340-Stahl (54 R ) bei 120 Oberflächenmeter Je Minute (400 S1(1M), 0,1J mm je Umdrehung (0,005 ipr) und 1,3 mm (0,050 inch) Tiefe, und es wurde eine Werkzeug-Lebensdauer von 15 Minuten festgestellt. Unter den gleichen Bedingungen ergab ein handelsübliches, keramisches Werkzeug eine Werkzeug-Lebensdauer von 5 Minuten, und ein handelsübliches Werkzeug aus TiC-Mo-Ni versagte augenblicklich.The tool is also used to cut extremely hard 4340 steel (54 R) at 120 surface meters per minute (400 S1 (1 M), 0.1J mm per revolution (0.005 ipr) and 1.3 mm (0.050 inch) depth, and a tool life of 15 minutes was found Under the same conditions, a commercial ceramic tool gave a tool life of 5 minutes, and a commercial tool made of TiC-Mo-Ni failed instantly.
B e J 1 s ρ i e 1 2 B e J 1 s ρ ie 1 2
Das Verfahren des Beispiels 1 wird mit der Ausnahme wiederholt, dass die Bestandteile in den folgenden Mengen verwendet wurden: 66,3 S Aluminiumoxidpulver, 34,2 g Titanearbidpulver und 8,18 g Nickelaluminid. Diese Mengen entsprechen einer Masse, die 70 Vol.% Aluminiumoxid, 25 Vol.% Titancarbid und 5 Vol.% Nickelaluminid enthält.The procedure of Example 1 is repeated except that the ingredients were used in the following amounts: 66.3 S alumina powder, 34.2 g titanium carbide powder and 8.18 grams of nickel aluminide. These amounts correspond to a mass that is 70% by volume of aluminum oxide, 25% by volume of titanium carbide and Contains 5% by volume nickel aluminide.
Eine aus dieser heissgepressten Masse wie in Beispiel 1 hergestellten Schneidspitze ist aussergewöhnlich, leistungsfähig als Schneidspitze zum Metausschneiden durch Drehen und Fräsen. One made from this hot-pressed mass as in Example 1 Cutting point is exceptional, powerful as a cutting point for cutting out mead by turning and milling.
Beispielsweise wird die Spitze als ein Schneidwerkzeug für graues, gegossenes Eisen Klasse 30 (170 BHN) in einem Hochgeschwindigkeits-Drehtest bei 375 Oberflächenmeter je Minute (1350 surface feet per minute) unter Verwendung einer Zufuhr von 0,13 mm (0,005 inch) je Umdrehung und einer SchneicLtiefe von 1,3 mm (0,50 inch) verwendet. Nach einer BetriebsdauerFor example, the tip is used as a cutting tool for gray cast iron grade 30 (170 BHN) in a high speed rotary test at 375 surface feet per minute (1350 surface feet per minute) using one feeder of 0.13 mm (0.005 inch) per revolution and a cutting depth 1.3 mm (0.50 inch) is used. After a period of operation
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von 10 Mnuten weist die Spitze eine gleichmässige Frankenabnutzung von 0,20 mm (0,008 inch) und eine lokale Flankenabnut ζ ung von 0,3 mm .(0,012 inch) auf.of 10 minutes the tip shows even franc wear of 0.20 mm (0.008 inch) and a local flank groove of 0.3 mm. (0.012 inch).
Die Spitze wird auch als'einzelner Zahn in einer Fräse von 10 cm (4 inch) Durchmesser verwendet, um Stäbe aus grauem, gegossenem Eisen 30 (170 BIHT) von 5 cm (2 inch) Breite bei einer Oberflächengeschwindigkeit von 4-7Om je Minute (1575 feet per minute) und einer Zufuhrgeschwindigkeit von 0,'25 mm (0,010 inch) je Zahn mit einer Schneidtiefe von 6,35 mm (0,250 inch) auf den Mittelpunkt planzufräsen.The tip is also called a single tooth in a milling cutter 10 cm (4 inch) diameter used to make rods from gray, cast iron 30 (170 BIHT) 5 cm (2 inches) wide a surface speed of 4-7Om per minute (1575 feet per minute) and a feed speed of 0.25 mm (0.010 inch) per tooth with a cutting depth of 6.35 mm (0.250 inch) face mill on the center point.
Der Fräsvorgang wird unter diesen Bedingungen für eine Stablänge von 560 cm (220'inches) ohne Abnutzung fortgesetzt. Nach Untersuchung zeigt die Schneidspitze lediglieh eine · gleichmässige Flankenabnutzung von 0,30 mm und eine lokale Flankenabnutzung von 0,91 mm (0,036 inch), wobei keine Kraterbildung auf der Oberfläche des Werkzeugs und kein Abbrechen oder Absplittern des Randes auftrat. Unter den gleichen Schneidbedingungen brechen handelsübliche, keramische Schneideinsätze sofort ab.The milling process is continued under these conditions for a bar length of 560 cm (220 inches) without wear. After examination, the cutting tip shows only a Uniform flank wear of 0.30 mm and a local one Flank wear of 0.91 mm (0.036 inch) with no cratering on the surface of the tool and no chipping or chipping of the edge occurred. Among the same Cutting conditions break off commercial, ceramic cutting inserts immediately.
B e is -pi e 1 5B e is -pi e 1 5
Das' Verfahren des Beispiels 1 wird mit der Ausnahme wiederholt, dass die folgenden Bestandteile verwendet werden: 71,6 g Aluminiumoxidpulver,· 37,0 g Titancarbidpulver und 14,β g.Molybdänaluminid (Mo7Al)-Pulver« Diese Mengen ent sprechen einer Masse, die 70 Vol.% Aluminiumoxid, 25 Vol.% uJitancatfbid und 5 VoI,% Molybdänaluminid enthält.The 'process of Example 1 is repeated except that the following ingredients are used: 71.6 g alumina powder, titanium carbide powder and 37.0 g · 14, β g.Molybdänaluminid (Mo 7 Al) powder "talk These amounts ent a mass which contains 70% by volume of aluminum oxide, 25% by volume of u-jitancatfbid and 5% by volume of molybdenum aluminide.
Eine aus dieser warmgepressten Masse gemäss Beispiel 1 her«* gestellte Schneidspitze zeigt aussergewöhnliche Leistungsfähigkeit als Schneidspitze zum Schneiden von. Metall durch Dreken und Fräsen, .A cutting point made from this hot-pressed mass according to Example 1 shows exceptional performance as a cutting point for cutting. Metal by turning and milling,.
009838/1137009838/1137
Beispielsweise wird die Spitze als Schneidwerkzeug für graues, gegossenes Eisen Klasse $0 (70 BiIN) in einem Hochgeschwindigkeits-Drehtest bei 375 Oberflächenmeter je Minute (1250 surface feet per minute) unter Anwendung einer Zufuhr von 0,13 mm (0,005 inch) je Umdrehung und einer Schneidtiefe von 1,3 mm (0,50 inch) verwendet. Nach einer Betriebsdauer von 10 Minuten weist die Spitze eine gleichmässige Flankenabnutzung von nur 0,05 mm (0,002 inch) auf.For example, the tip is used as a cutting tool for gray cast iron grade $ 0 (70 BiIN) in a high speed rotating test at 375 surface meters per minute (1250 surface feet per minute) using a feed of 0.13 mm (0.005 inch) per revolution and a cutting depth of 1.3 mm (0.50 inch) is used. After an operating time of 10 minutes, the tip shows even flank wear as small as 0.05 mm (0.002 inch).
Die gleiche Spitze wird auch als einzelner Zahn in einer Fräse von 10 cm (4 inch) Durchmesser verwendet, um Stäbe aus ^34-O-Stahl (R. 36) von 5 cm (2 inches) Breite mit einer Oberflächengeschwindigkeit von 160 m je Minute (535 feet per minute) und einer Zufuhrgeschwindigkeit von 0,135 1^11 (0,0053 inch) je Zahn bei einer Schneidtiefe von 2 mm (0,100 inch) auf den Mittelpunkt trocken planzufräsen.The same point is also used as a single tooth in a 10 cm (4 inch) diameter cutter to cut ^ 34-O steel (R. 36) bars 5 cm (2 inches) wide at a surface speed of 160 m each Minute (535 feet per minute) and a feed rate of 0.135 1 ^ 11 (0.0053 inch) per tooth with a depth of cut of 2 mm (0.100 inch) on the center point dry.
Der Fräsvorgang wird unter diesen Bedingungen für eine Stablänge von 91>4· era ohne Abnutzung fortgesetzt. Nach Untersuchung zeigte die Schneidspitze eine gleichmässige Flankenabnutzung von nur 0,07 ram (0,003 inch) und eine lokale Plankenabnutzung von 0,15 ™i (0,006 inch), wobei auf der Oberfläche des Werkzeugs keine Kraterbildung und kein Abbrechen oder Absplittern des Randes eintrat. Unter den gleichen Schneidbedingungen versagten handelsübliche, keramische Schneidwerkzeuge, indem sie nach einem Schneidvorgang zwischen 5 und 28 cm (2 und 11 -inches) absplitterten.The milling process is continued under these conditions for a rod length of 91> 4 · era without wear. Upon inspection, the cutting tip exhibited uniform flank wear of only 0.07 ram (0.003 inch) and localized plank wear of 0.15 ™ i (0.006 inch) with no pitting on the surface of the tool and no chipping or chipping of the edge. Under the same cutting conditions, commercially available ceramic cutting tools failed by splintering between 5 and 28 cm (2 and 11 inches) after a cutting operation.
Die folgenden Beispiele werden unter Verwendung der in Beispiel 1 beschriebenen Ausgangsmaterialien und des Verfahrens, fallo nicht anders angegeben, durchgeführt. Die in den folgenden Beispielen abweichend von Titancarbid und Nickel-The following examples are prepared using the starting materials and procedure described in Example 1, fallo not otherwise stated. The in the following Examples differing from titanium carbide and nickel
- 26 1 009838/1937 - 26 1 009838/1937
42J4-G '42J4-G '
aluminid verwendeten Rohmaterialien werden wie folgt gekennzeichnet: -The raw materials used in aluminid are identified as follows: -
1) Aluminiumoxid - Alcoa Superground Alumina XA-16,, wird durch Röntgenstrahlen^Untersuchung als α-Aluminiumoxid gekennzeichnet und "besitzt einen spezifischen Oberflächenbe-1) Alumina - Alcoa Superground Alumina XA-16 ,, will characterized by X-ray examination as α-alumina and "has a specific surface
reich von 13 m /g. ■ . "rich of 13 m / g. ■. "
2) Zirkoniumcarbid - technische Materialien, ein feines Pulver, das durch Röntgenstrahlen-Untersuchung als reines Zirkoniumcarbid gekennzeichnet wird und eine TeilchengrÖsse von weniger als 1 la, gemessen mit einem Eis cher-Unt er si ebr Klassierer, aufweist. Der spezifische Oberflächenbereich des PuI-Having, industrial materials, a fine powder, which is characterized by X-ray investigation as pure zirconium carbide and a particle size of less than 1 la, measured with an ice-cher Unt he si eb r classifier - 2) zirconium carbide. The specific surface area of the PuI
vers "beträgt 0,5 m /g, und der Sauerstoffgehalt liegt "bei lediglich 0,18 %. vers "is 0.5 m / g, and the oxygen content is" only 0.18 %.
3) Tantalcarbid - Adamas Carbide Co., ein feines Tantalcarbidpulver, das durch. Röntgenstrahlen-Untersuchung als reines Tantalcarbid gekennzeichnet idlrd und eine Teilchengrösse von 5 »., gemessen mit einem Fisclier-Untersieb-Klassierer, auf- " weist. Der spezifische Oberflächenbereich des. Pulvers "beträgt 0,58 m2/g, und der Sauerstoffgehalt liegt "bei nur 0,0? %. Elektronen-Mikrophotographien einer trockenen Einsatzprobe dieses Pulvers zeigen leuchen'mit einem Durchmesser zwischen 0,4- und M- bis 6p., jedoch meistens von etwa 2 bis 3 ja.·3) Tantalum Carbide - Adamas Carbide Co., a fine tantalum carbide powder made by. X-ray examination is characterized as pure tantalum carbide and has a particle size of 5%, measured with a Fisclier lower sieve classifier. The specific surface area of the. Powder is 0.58 m 2 / g, and the oxygen content is "at only 0.0?%. Electron microphotographs of a dry sample of this powder show luminescence with a diameter between 0.4 and M to 6 p., but mostly from about 2 to 3 yes. ·
4·) Titannitrid - Materialien für die Industrie, ein Titannitrid-Pulver mit einer Teilenengrösse entsprechend einem Siebdurchgang durch ein Sieb von 44- μ. Sieböffnung (minus 325 mesh) , das auf Grund von SÖntgenstrahlen-Untersuchung als reines Titannitrid gekennzeichnet ist. Der spezifische Oberflächenbereich des Pulvers beträgt 1,1 m /g, der Sauerstoffgehalt beträgt 0,8? % und der Gesamtkohlenstoffgehalt liegt bei 0,33 %. Die chemische Analyse zeigt, dass der Titangehalt des Pulvers 76,19"^ "beträgt. ■4 ·) Titanium nitride - materials for industry, a titanium nitride powder with a part size corresponding to a sieve passage through a sieve of 44- μ. Sieve opening (minus 325 mesh), which is marked as pure titanium nitride on the basis of X-ray examination. The specific surface area of the powder is 1.1 m / g, the oxygen content is 0.8? % and the total carbon content is 0.33 %. Chemical analysis shows that the titanium content of the powder is 76.19 "^". ■
- 27 -009838/193 7- 27 -009838/193 7
4234-G4234-G
5) Tantalaluminid - ein feines Pulver einer Kbrngrösse entsprechend einem Siebdurchgang durch ein Sieb mit Sieböffnungen von 44 Ii (minus 325 mesh) , viobei das Produkt durch Röntgenstrahl en-Unt ersuchung als reines TaAl, charakterisiert wurde.5) Tantalum aluminide - a fine powder corresponding to the size of a core sieving through a sieve with sieve openings of 44 Ii (minus 325 mesh), whereby the product by X-ray en investigation was characterized as pure TaAl.
6) Eisenaluminid - ein feines Pulver einer Korngrösse entsprechend einem Siebdurchgang durch ein Sieb mit Sieböffnungen von 44 η (minus 325 mesh), das auf Grund von Röntgen- r Strahlen-Untersuchungen als reines PeAl gekennzeichnet wurde.6) iron aluminide - a fine powder of a grain size corresponding to a passage through a sieve having sieve openings of 44 η (minus 325 mesh), the X-ray of r on the basis of ray investigations, it was identified as pure Peal.
7) Nickeltitanid - ein feines Pulver einer Korngrösse entsprechend einem Siebdurchgang durch ein Sieb mit Sieböffnungen von 44/U (minus 325 mesh), das auf Grund von Röntgenstrahl en-Unt ersuchungen als reines Ni,Ti gekennzeichnet wurde.7) Nickel titanide - a fine powder corresponding to a grain size a sieve passage through a sieve with sieve openings of 44 / U (minus 325 mesh), which due to X-ray en investigations was marked as pure Ni, Ti.
Die in der Tabelle mit A, B und C bezeichneten Mahlbedingungen entsprechen den allgemeinen Bedingungen des Beispiels 1 mit den fo-lgenden Massgaben:The grinding conditions designated in the table with A, B and C correspond to the general conditions of Example 1 with the following requirements:
A) 4000 g Einsätze aus mit Cobalt gebundenem Wolframcarbid werden in einer T,3 Liter-Stahlwalze bzw. -mühle mit 375 ml "Soltrol"-Öl verwendet.A) 4000 g of cobalt-bonded tungsten carbide inserts are used in a T, 3 liter steel roller or mill 375 ml of "Soltrol" oil was used.
B) 14 000 g Einsätze aus mit Cobalt gebundenem Wolframcarbid werden in einer .38 Liter-(one gallon)-Stahlmühle bzw. -walze mit 814 ml "Soltrol"-Öl verwendet.B) 14,000 g of cobalt-bound tungsten carbide inserts are placed in a .38 liter (one gallon) steel mill or -Roller with 814 ml of "Soltrol" oil used.
C) 6000 g Einsätze aus mit Cobalt gebundenem Wolframcarbid werden in einer 1,3 Liter-Stahlmühle mit 375 nil "Soltrol"-öl verwendet.C) 6000 g of cobalt-bonded tungsten carbide inserts are placed in a 1.3 liter steel mill with 375 nil "Soltrol" oil used.
Der in dier Tabelle angegebene Presszyklus entspricht den allgemeinen Bedingungen des Beispiels 1 mit Ausnahme der Temperatur, bei der die Probe und die Form in die heisse Zone eingebracht wird, der Maximaltemperatur, auf welche die Probe erhitzt wird und der Haltezeit bei der Maximaltemperatur. Di e-The pressing cycle given in the table corresponds to the general ones Conditions of Example 1 with the exception of the temperature at which the sample and the mold are introduced into the hot zone the maximum temperature to which the sample is heated and the holding time at the maximum temperature. The-
- 28 00983 871937- 28 00983 871937
se drei Variablen sind für jedes Beispiel in der Tabelle angegeben/ ' ^^ /these three variables are given in the table for each example / '^^ /
Die Metallschneidtests in der Tabelle entsprechen den allgemeinen
Bedingungen derSchneidversuche in Beispiel i mit
den folgenden zusätzlichen Merkmalen: Hochgeschwindigkeits-Drehteöt
an lOA^TKöhlenstoffstaiii .AISI (Brinell-Härte^ -183) }
die Geschwindigkeit "beträgt 270 Oberflächenmeter je Minute
(900 SFM); die Zufuhr beträgt 0,15 mm (0,005 inch) ^e Umdrehung
(IPR); die Schneidtiefe beträgt 1N,2 mm (0,050 inch)The metal cutting tests in the table correspond to the general conditions of the cutting tests in example i
the following additional features: high-speed rotation of 10A ^ T carbon steel .AISI (Brinell hardness ^ -183)} the speed "is 270 surface meters per minute (900 SFM); the feed is 0.15 mm (0.005 inch) ^ e revolution (IPR), the cutting depth of 1 N, 2 mm (0.050 inch)
(iaKej
und es besteht negatives Abstreichend Gleichmässiger und (iaKej
and there is negative scraping even and
lokaler Flankenabrieb wird nach lOminütigem, trockenem Drehen gemessen. Local flank wear is measured after 10 minutes of dry turning.
-"ν ί ν '- "ν ί ν '
001838/193 7 ■ . obiqinal inspected001838/193 7 ■. obiqinal inspected
(50 + Ec)S bcLQJ.
(50 + E c )
οO
ο
£ .%OO
£ .%
OOU
OO
CD CO CDCD CO CD
Claims (1)
Titannitrid, Titancarbid, Zirkoniumnitrid und/oder Zirkoniumcarbid besteht.6. Highly heat-resistant mass according to claim 1, characterized in that the metallic compound consists of
Titanium nitride, titanium carbide, zirconium nitride and / or zirconium carbide.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US80355869A | 1969-03-03 | 1969-03-03 |
Publications (1)
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