DE68921246T2

DE68921246T2 - Gesinterte, oberflächenveredelte Legierung mit und ohne Hartbeschichtung sowie Verfahren zur Herstellung der Legierung.

Info

Publication number: DE68921246T2
Application number: DE68921246T
Authority: DE
Inventors: Keiichi C O Toshiba Tun Kobori; Tuyoshi C O Toshiba Tung Saito; Takeshi C O Toshiba Tun Saitoh; Hisashi Suzuki; Mitsuo C O Toshiba Tungal Ueki
Original assignee: Toshiba Tungaloy Co Ltd
Current assignee: Tungaloy Corp
Priority date: 1988-05-13
Filing date: 1989-03-22
Publication date: 1995-07-20
Anticipated expiration: 2009-03-23
Also published as: US4990410A; EP0344421B1; EP0344421A1; KR960010815B1; KR0151843B1; DE68921246D1; KR890017373A; US4963321A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Sinterlegierung mit gebrannter Oberfläche, die in erster Linie als Konstruktionsmaterial, einschließlich als Teile für Schneidewerkzeuge, Teile für schlagfeste Werkzeuge oder Teile zur Dekoration geeignet ist; auf ein Verfahren zur Herstellung derselben und auf eine Sinterlegierung mit beschichteter gebrannter Oberfläche, die einen harten Film, der die Sinterlegierung mit gebrannter Oberfläche überzieht, aufweist.
Eine N-haltige Sinterlegierung auf TiC-Basis, die eine Grundzusammensetzung TiC-TiN-Ni hat, tendiert im Vergleich zu einer nicht-N-haltigen Sinterlegierung auf TiC-Basis, die eine Grundzusammensetzung TiC-Ni hat, zu höherer Festigkeit und zu Widerstandsfähigkeit gegen plastische Verformung. Deswegen hat die N-haltige Sinterlegierung auf TiC-Basis ein großes Anwendungsgebiet und kann, wenn sie als ein Schneidewerkzeug verwendet wird, sogar auf Gebieten des schweren Schneidens oder des Schneidens bei hoher Beschickung verwendet werden. Um die Werkzeugteile wirtschaftlich zu machen, wird auf diesen Gebieten die Sinterlegierung manchmal ohne Polieren oder Schleifen der Oberfläche der Sinterlegierung verwendet. In diesem Fall wird der Oberflächenzustand nach Sintern im wesentlichen ohne weitere Oberflächenbehandlung als gebrannte Oberfläche bezeichnet.
Wenn die N-haltige Sinterlegierung auf TiC-Basis als Legierung mit gebrannter Oberfläche verwendet wird, hat sie das Problem, daß eher ein Auftreten von Rissen oder Splittern erfolgt, als wenn sie mit polierter oder geschliffener Oberfläche verwendet wird. Ein typisches Beispiel für einen Versuch, derartige Probleme der Oberflächenschicht in der N- haltigen Sinterlegierung auf TiC-Basis zu lösen, stellt die japanische Offenlegungsschrift Nr. 101704-1979 dar.
Die japanische Offenlegungsschrift Nr. 101704/1979 offenbart eine Sinterlegierung auf TiC-Basis, die im Bereich 0,005 bis 0,2 mm von ihrer Oberfläche aus eine Härte aufweist, die das 1,02-fache oder weniger der Härte bei 1,0 mm von der Oberfläche aus beträgt. Das in der vorläufigen japanischen Offenlegungsschrift Nr. 101704/1979 beschriebene Verfahren hemmt das Einsickern der Metall-Bindemittelphase, indem die Sauerstof fmenge im Oberflächenteil größer gemacht wird als im inneren Teil. Dies wird dadurch erreicht, daß der CO-Gas- Partialdruck während des Abkühlprozesses im Vergleich zum CO- Partialdruck während der Prozesse der Temperaturerhöhung und des Sinterns während des ganzen Sinterprozesses erhöht wird. Dies macht die Härte im Oberflächenteil und im inneren Teil der Legierung gleichmäßig, wodurch das Problem der Härte- Versprödung im Oberflächenteil gelöst wird. Da aber ein Sauerstoff-Konzentrationsgradient in der Sinterlegierung verwendet wird, muß Sauerstoff als essentielle Komponente eingesetzt werden damit erhebt sich noch das Problem, daß die erhaltenen Ergebnisse in Bezug auf Festigkeit und Bruchbeständigkeit unbefriedigend sind.
Die Patent Abstracts of Japan, Bd. 11, Nr. 361 (C-459) (2808) offenbaren die Herstellung eines Cermets, das zu 50 bis 95 Gew.% aus einer harten Phase, die Ti, C, N und mindestens eins der Elemente Ta, W, Mo enthält und dem Rest, der eine Bindemittelphase aus Ni und Co ist, besteht. Das relative Atomverhältnis von Co in der Bindemittelphase ist 0,1 bis 0,9. Bei der Herstellung des Cermets werden komprimierte Pulvermaterialien bei 1350 bis 1600ºC gesintert, dann wird ein Ar-N&sub2;-Gasgemisch bei einem Druck von 0,66 bis 93,3 kPa zugeführt, und zum Schluß wird eine HIP-Behandlung durchgeführt.
Die vorliegende Erfindung hat das obengenannte Problem gelöst. Genauer ausgedrückt, ihre Aufgabe besteht in der Bereitstellung einer N-haltigen Sinterlegierung auf TiC- Basis, eines Verfahrens zur Herstellung derselben und auch einer Legierung mit beschichteter gebrannter Oberfläche, die einen harten Film, der die Sinterlegierung überzieht, umfaßt; wobei der durchschnittliche Gehalt an Bindemittelphase im Oberflächenteil und im inneren Teil der N-haltigen Sinterlegierung auf TiC-Basis nach einem Verfahren, das sich von dem in der vorläufigen japanischen Patentveröffentlichung Nr. 101704/1979 völlig unterscheidet, einheitlich gemacht wird, indem die Härte im Oberflächenteil und im inneren Teil einheitlich gemacht werden oder indem sowohl die Gehalte an Bindemittelphasen urid Härten im Oberflächenteil und im inneren Teil einheitlich gemacht werden.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben den Grund für die schlechtere Festigkeit und die schlechtere Beständigkeit gegen plastisches Verformen einer N-haltigen Sinterlegierung auf TiC-Basis, welche eine gebrannte Oberfläche hat, im Vergleich zu einer N-haltigen Legierung auf TiC-Basis, die eine polierte oder geschliffene Oberfläche hat, untersucht. Die Erfinder stellten fest, daß die Korngröße der harten Phase im Oberflächenteil der gebrannten Oberfläche einer herkömmlichen N-haltigen Sinterlegierung auf TiC-Basis im Vergleich zur Korngröße der harten Phase im inneren Teil merklich grober ist. Die Erfinder haben auch festgestellt, daß, wenn die Korngröße im Oberflächenteil der gebrannten Oberfläche und im inneren Teil der gesinterten Legierung einheitlich gemacht ist, die Festigkeit und die Beständigkeit gegen plastische Verformung der gesinterten Legierung hervorragend werden, und auch daß, wenn sowohl der Gehalt an Bindemittelphase als auch die Korngröße der harten Phase im Oberflächenteil der gebrannten Oberfläche und im inneren Teil der gesinterten Legierung einheitlich gemacht werden, die Festigkeit und die Beständigkeit gegen plastische Verformung in der gesinterten Legierung hervorragend werden.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben außerdem den Grund für die schlechtere Festigkeit und die schlechtere Bruchbeständigkeit einer N-haltigen gesinterten Legierung auf TiC-Basis, die eine gebrannte Oberfläche aufweist, im Vergleich zu einer N-haltigen Legierung auf TiC-Basis, die eine polierte Oberfläche oder eine geschliffene Oberfläche hat, untersucht. Die Erfinder fanden heraus, daß die Bindemittelphase tatsächlich aus der Oberfläche wandert und eine Schicht, die eine höhere Härte als der innere Teil der Legierung hat, unmittelbar unter der mit der Bindemittelphase angereicherten Schicht gebildet wird. Es wurde festgestellt, daß die mit Bindemittelphase angereicherte Schicht höchstens etwa 10 um dick ist, wohingegen die harte Schicht eine Dicke von etwa 0,5 mm aufweist. Mit anderen Worten, die Bildung der harten Schicht im Oberflächenteil wird nicht in erster Linie durch das Durchsickern der Bindemittelphase verursacht, sondern in erster Linie durch das Phänomen einer Entnitrifizierung während der Temperaturerhöhung und während des Sinterverfahrens. Aufgrund dieser Feststellungen haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung angenommen, daß die Festigkeit und die Bruchbeständigkeit der gesinterten Legierung verbessert werden kann, indem die Härte im Oberflächenteil und im inneren Teil der gesinterten Legierung einheitlich gemacht wird, und daß ferner Festigkeit und Bruchbeständigkeit verbessert werden können, indem sowohl der Gehalt an Bindemittelphase im Oberflächenteil und im inneren Teil als auch die Härte einheitlich gemacht werden. Auf der Basis dieser Überlegungen wurde die vorliegende Erfindung vollendet.
Nach einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Sinterlegierung mit gebrannter Oberfläche bereit, die im wesentlichen zu 75 bis 95 Gew.% aus einer harten Phase, die Ti, C (Kohlenstoff), N (Stickstoff) und mindestens ein Element, ausgewählt unter Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo und W enthält; und dem Rest, der eine Bindemittelphase ist, welche aus Co und/oder Ni, oder mindestens 50 Vol.% Co und/oder Ni, und mindestens einem Metallelement, ausgewählt unter Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, No, W, Fe, Al und Mn enthält; sowie unvermeidbaren Verunreinigungen besteht; wobei die Sinterlegierung einen Oberflächenbereich, welcher sich von der Legierungsoberfläche bis 0,05 mm unter die Legierungsoberfläche erstreckt, definiert ist, und einen inneren Teil, der keinen Teil des Oberflächenbereichs bildet, aufweist; wobei die Sinterlegierung mindestens zwei der folgenden Bedingungen (1) bis (3) erfüllt:
(1) die durchschnittliche Teilchengröße der harten Phase im Oberflächenbereich ist das 0,8- bis 1,2-fache der durchschnittlichen Teilchengröße der harten Phase im inneren Teil;
(2) der durchschnittliche Volumengehalt der Bindemittelphase im Oberflächenbereich ist das 0,7- bis 1,2-fache des durchschnittlichen Volumengehalts der Bindemittelphase im inneren Teil; und
(3) die durchschnittliche Härte im Oberflächenbereich ist das 0,95- bis 1,10-fache der durchschnittlichen Härte im inneren Teil.
Die obige beschichtete Sinterlegierung mit gebrannter Oberfläche der vorliegenden Erfindung kann außerdem einen harten Film enthalten, der eine höhere Härte hat als die gebrannte Oberfläche der Sinterlegierung und der die Oberfläche der Sinterlegierung mit gebrannter Oberfläche überzieht.
Nach einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der obigen Sinterlegierung mit gebrannter Oberfläche bereit, das die folgenden Schritte umfaßt:
- ein pulveriges Gemisch, das mindestens ein Carbid und mindestens ein Nitrid eines Metalls der Gruppe 4a, 5a oder 6a des Periodensystems oder wechselseitige feste Lösungen der genannten enthält, und ein Co- und/oder Ni- Pulver zur Bildung der Bindemittelphase enthält, werden entweder im Vakuum oder in einer Inertgas-Atmosphäre bei einer Temperatur von bis zu 1300ºC einem ersten Sinterschritt unterworfen; und
- das Gemisch wird einem zweiten Sinterschritt unterworfen, wobei die Temperatur von 1300ºC erhöht wird und das Gemisch gleichzeitig einer Stickstoffatmosphäre mit graduell ansteigendem Druck im Bereich von 0,013 kPa (0,1 Torr) bis 2,7 kPa (20 Torr) unterworfen wird.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung detaillierter beschrieben.
Die Sinterlegierung in der erfindungsgemäßen Sinterlegierung mit gebrannter Oberfläche kann alle Zusammensetzungen aus Komponenten von N-haltigen Sinterlegierungen auf TiC-Basis, die dem Stand der Technik entsprechen, umfassen, z. B. die Zusammensetzungen aus Komponenten, die in der vorläufigen japanischen Patentveröffentlichung Nr. 101704/1979 beschrieben sind, obgleich das Vorliegen von Sauerstoff nicht essentiell ist. Dabei umfaßt die harte Phase, die die Sinterlegierung ausmacht, beisPielsweise speziell mindestens eine der Komponenten (Ti,M)C, (Ti,M)N und (Ti,M)(C,N) (worin M mindestens eines der Elemente Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo und W darstellt), und die Bindemittelphase besteht aus mindestens 50 Vol.% Co und/oder Ni und enthält im übrigen die Metallelemente, die in den Verbindungen, die die harte Phase bilden, enthalten sind, sowie Fe, Al, Mn, usw.
Die erfindungsgemäße Sinterlegierung mit gebrannter Oberfläche schließt den Oberflächenzustand nach dem Sintern, den Oberflächenzustand nach dem Wachen mit Wasser oder mit einem organischen Lösungsmittel sowie Trocknen nach dem Sintern oder den Oberflächenzustand, von dem an der gebrannten Oberfläche haftenden Materialien durch Sandstrahlbehandlung, usw. nach dem Sintern entfernt wurden, als typische Oberflächen ein.
Die erfindungsgemäße Sinterlegierung mit gebrannter Oberfläche weist im Oberflächenbereich (definiert als Bereich, der sich von der Legierungsoberfläche bis 0,05 mm unter die Legierungsoberfläche erstreckt) eine Legierungsstruktur auf, die der Legierungsstruktur im inneren Teil (definiert als der Teil der Legierung, der keinen Teil des Oberflächenbereichs bildet) nahe kommt, auf; diese Struktur wird dadurch erreicht, daß die durchschnittliche Korngröße der harten Phase, die sich im Oberflächenbereich befindet, der durchschnittlichen Korngröße der harten Phase, die sich im inneren Teil befindet, nahe kommt, indem sie auf das 0,8- bis 1,2-fache derjenigen des inneren Teils gesteuert wird, wodurch die Festigkeit und die Beständigkeit gegen plastische Verformung verbessert worden sind. Zusätzlich zur Steuerung der Korngröße der harten Phasen im Oberflächenbereich und im inneren Teil können Festigkeit und Beständigkeit gegen plastisches Verformen durch Einstellung des durchschnittlichen Volumengehalts der im Oberflächenbereich vorliegenden Bindemittelphase auf das 0,7- bis 1,2-fache des Volumengehalts des inneren Teils weiter verbessert werden. Bevorzugter ist darüber hinaus, daß zusätzlich zur Steuerung von Korngröße der harten Phasen und durchschnittlichen Volumengehalten der Bindemittelphasen im Oberflächenbereich und im inneren Bereich durch Einstellung der durchschnittlichen Härte im Oberflächenbereich auf das 0,95- bis 1,10-fache der durchschnittlichen Härte im inneren Teil Festigkeit und Stabilität gegenüber plastischer Verformung in der Sinterlegierung erhöht werden können.
Die erfindungsgemäße Sinterlegierung mit gebrannter Oberfläche hat einen durchschnittlichen Volumengehalt der Bindemittelphase im Oberflächenbereich (der wie oben definiert ist) der im Volumengehalt der Bindemittelphase im inneren Teil nahe kommt, wobei er auf das 0,7- bis 1,2-fache dessen im inneren Teil gesteuert ist, wodurch Festigkeit und Bruchbeständigkeit der Sinterlegierung verbessert wurden. Außer durch die Volumengehalte im Oberflächenbereich und im inneren Teil können Festigkeit und Bruchbeständigkeit der Sinterlegierung weiter durch Steuerung der durchschnittlichen Härte im Oberflächenbereich auf das 0,95- bis 1,10-fache derjenigen im inneren Bereich verbessert werden.
Die erfindungsgemäße Sinterlegierung mit gebrannter Oberfläche hat im Oberflächenbereich (der wie oben definiert ist) eine durchschnittliche Härte, die der durchschnittlichen Härte im inneren Teil nahe kommt, und zwar wird die mittlere Härte im Oberflächenbereich auf das 0,95- bis 1,10-fache der im inneren Teil eingestellt, wodurch Festigkeit und Bruchbeständigkeit der Sinterlegierung verbessert wurden.
Wenn die durchschnittliche Korngröße der harten Phase im Oberflächenbereich (wie oben definiert) weniger als das 0,8- fache beträgt, der durchschnittliche Volumengehalt der Bindemittelphase weniger als das 0,7-fache ist oder die durchschnittliche Härte derselben das 1,10-fache übersteigt, wird eine Verschlechterung der Bruchbeständigkeit in der erfindungsgemäßen Sinterlegierung mit gebrannter Oberfläche bemerkbar. Wenn die durchschnittliche Korngröße des Oberflächenbereichs das 1,2-fache übersteigt, der durchschnittliche Volumengehalt desselben das 1,2-fach übersteigt oder die durchschnittliche Härte desselben weniger als das 0,95-fach ist, wird andererseits eine Verschlechterung der Abriebfestigkeit bemerkbar.
Die Bereiche für die durchschnittliche Korngröße der harten Phase, den durchschnittlichen Volumengehalt der Bindemittelphase und die durchschnittliche Härte der Sinterlegierung gemäß der erfindungsgemäßen Sinterlegierung mit gebrannter Oberfläche können jene sein, die bei herkömmlichen N-haltigen Sinterlegierungen auf TiC-Basis angewendet werden. Zu Erhöhung sowohl der Abriebfestigkeit wie der Bruchfestigkeit der Sinterlegierung ist es besonders bevorzugt, daß die durchschnittlichen Teilchengrößen der harten Phasen, die durchschnittlichen Volumengehalte der Bindemittelphasen oder die durchschnittlichen Härten der Sinterlegierung im Oberflächenbereich und im inneren Teil einander im wesentlichen gleich sind.
Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Sinterlegierung mit gebrannter Oberfläche ist es wichtig, daß der Kohlenstoffgehalt und der Stickstoffgehalt im Pulvergemisch, das als Ausgangsmaterial verwendet werden, kontrolliert wird. Es ist außerdem wichtig, die Temperatur im Sinterschritt der Herstellungsschritte sowie die Atmosphäre zu dieser Zeit zu steuern. Durch besonders sorgfältiges Regeln des Stickstoffdrucks im zweiten Temperaturbereich, wo das Sintern zusammen mit der Erzeugung einer flüssigen Phase abläuft, im Vergleich zum ersten Temperaturbereich im Sinterschritt, kann besonders der Gehalt der Bindemittelphase sowie die Härte im Oberflächenbereich der Sinterlegierung gesteuert werden; wobei die Bildung der harten Schicht am Oberflächenteil durch das Phänomen der N-Eliminierung während der Verfahren der Temperaturerhöhung und des Sinterns bewirkt wird, wie dies oben beschrieben ist, ist dies auch wirksam, um aus der Sinterlegierung eine Legierung mit niedrigem Kohlenstoffgehalt zu machen, aus der N nur schwer eliminiert werden kann.
Vorzugsweise kann die so erhaltene Sinterlegierung mit gebrannter Oberfläche beschichtet werden, z. B. nach dem physikalischen Dampfabscheidungsverfahren (PVD-Verfahren) oder nach dem chemischen Dampfabscheidungsverfahren (VCD- Verfahren), die herkömmlicherweise auf diesem Gebiet angewendet werden. Der nach diesen Beschichtungsverfahren gebildete harte Film hat eine höhere Härte als die Legierung mit gebrannter Oberfläche. Die Beschichtung kann insbesondere aus Carbiden, Nitriden, Carboxiden, Nitroxiden der Metalle der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems oder einer wechselseitigen festen Lösung der genannten sowie aus einschichtigen Überzügen, die mindestens eine der Verbindungen Siliziumnitrid, Siliziumcarbid, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Aluminiumoxynitrid, kubisches Bornitrid und Diamant enthalten, gebildet werden. Insbesondere, wenn die beschichtete Sinterlegierung mit gebrannter Oberfläche durch Ausbildung eines harten Films, der einen Nitridfilm umfaßt, an ihrer Oberfläche erhalten wird, wenn ihre Oberfläche nach Beendigung des Sinterns im zweiten Temperaturbereich im Verfahren zur Herstellung der Sinterlegierung mit raffinierter Oberfläche, wie sie oben beschrieben ist, für eine längere Zeit unter einer Atmosphäre hohen Stickstoffdrucks gehalten wird, können die Schritte vereinfacht werden und es ist auch kein zusätzlicher Geräteaufbau erforderlich. Die Dicke des harten Films in der beschichteten Sinterlegierung mit gebrannter Oberfläche wird in Abhängigkeit vom Material, der Verwendung und der Form des harten Films gewählt, ist aber vorzugsweise etwa 0,1 bis 10 um.
Dadurch, daß die Teilchengröße der harten Phase im Oberflächenbereich (wie er oben definiert ist) im Vergleich zur Sinterlegierung des Standes der Technik feiner gemacht wurde, wird in der erfindungsgemäßen Sinterlegierung mit gebrannter Oberfläche die Beanspruchung der harten Phase in der Oberflächenschicht abgeleitet, wodurch die Wirkung der Erhöhung von Festigkeit und Beständigkeit gegen plastische Verformung bei der Sinterlegierung auftritt.
Die erfindungsgemäße Sinterlegierung mit gebrannter Oberfläche zeigt die Wirkung einer Erhöhung von Festigkeit und Bruchbeständigkeit der Sinterlegierung, da der durchschnittliche Gehalt der Bindemittelphase im Oberflächenbereich (der wie oben definiert ist) im Vergleich zu der Sinterlegierung des Standes der Technik größer ist.
Auch das Verfahren zur Herstellung der Sinterlegierung mit gebrannter Oberfläche hat die Wirkung, daß eine Hemmung der Denitrifizierung im Oberflächenbereich der Sinterlegierung gleichzeitig mit einer Hemmung des Wachstums der harten Phase erfolgt, und zwar dadurch, daß während des Sinterns von der Atmosphäre im ersten Temperaturbereich zu der Atmosphäre im zweiten Temperaturbereich gewechselt wird, und indem der Stickstoffdruck graduell mit der Temperaturerhöhung im zweiten Temperaturbereich ansteigt.
In der vorliegenden Beschreibung sind mit Metallen der Gruppen 4a, 5a und 6a des Periodensystems bei Metallen der Gruppe 4a Ti, Zr und Hf, bei denen der Gruppe 5a V, Nb und Ta und bei denen der Gruppe 6a Cr, Mo und W gemeint.

BEISPIELE

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert.

BEISPIEL 1

Unter Verwendung der jeweiligen Pulver von handelsüblichem TiC, TiN, Mo&sub2;C und Ni, die durchschnittliche Korngrößen im Bereich von 1 bis 2 um aufwiesen, wurde eine Zusammensetzung formuliert, die 40 Gew.% TiC-30 Gew.% TiN-15 Gew.% Mo&sub2;C- 15 Gew.% Ni enthielt, dann wurden das formulierte Pulver, Aceton und Kugeln in einen Mischbehälter gegeben, um ein feuchtes Mischen und Pulverisieren für 72 Stunden durchzuführen. Zu dem so erhaltenen gemischten Pulver wurde eine kleine Menge Paraffin gegeben, das Gemisch wurde preßgeformt, um so SNMN120408 (Form nach JIS-Standard) zu erhalten. Nachdem das Paraffin durch Erhitzen aus dem gepreßten Pulver, das beim Preßformen erhalten worden war, entfernt worden war, wurde es gesintert, indem die Temperatur von Raumtemperatur auf 1200ºC in einem Vakuum von 0,007 kPa (0,05 Torr) über 4 Stunden, dann mit 3ºC/min in der in Tabelle 1 angegebenen Atmosphäre von 1200ºC auf 1450ºC erhöht wird und dann die Temperatur bei 1450ºC für eine Stunde gehalten wurde. Nach dem Sintern wurde das gesinterte Produkt mit 50ºC/min abgekühlt, um die erfindungsgemäßen Sinterlegierungen 1 bis 10 und Vergleichssinterlegierungen 1 bis 4, die dem Sinterschritt des Standes der Technik entsprechen, zu erhalten. TABELLE 1 Probe Atmosphäre zwischen dem jeweiligen Temperaturbereich (Torr)* Abkühlen Erfindungsgemäßes Product Vergleichsprodukt Vakuum Gas
Die auf diese Weise erhaltenen Produkte 1 bis 4 sowie 8 bis 10 der vorliegenden Erfindung und die Vergleichsprodukte 1 bis 4 wurden einer Untersuchung der Oberflächenschicht und des inneren Teils mittels Elektronenrastermikroskop (scanning electron microscope SEM), Elektronenstrahl-Mikroanalysator (electron probe microanalyzer EPMA) und Vickers-Härtemeter unterzogen, wobei die in Tabelle 2 angegebenen Resultate erhalten wurden. TABELLE 2 Probe Harte Phase Durchschnittliche Korngröße im ineren Teil d&sub1; (um) Durchschnittliche Korngröße der Oberflächenschicht d&sub2; (um) Volumengehalt der Bindemittelphase in der Oberflächenschicht relativ zum inneren Teil Härte von Oberflächenschicht relativ zum inneren Teil Filmhärte (um) Erfindungsgemäßes Produkt Vergleichsprodukt keine
Die in Tabelle 2 angegebene Korngröße der harten Phase wurde aus einer 5000-fach vergrößerten Legierungsstruktur-Aufnahme gemäß SEM gemessen. Der Gehalt an Bindemittelphase wurde bestimmt, indem die Sinterlegierung auf einen Neigungswinkel von 10º poliert wurde und die polierte Oberfläche unter Verwendung von EPMA bei ebenen Analysebedingungen mit einer Beschleunigungsspannung von 20 kV und 20 x 30 um² und einem Mittelwert von 5 Punkten ausgemessen wurde. Bindemittelgehalt und Härte wurden insbesondere als Mittelwert von 5 Punkten bei gleichem Abstand von der Oberfläche zum inneren Teil bestimmt, da sie innerhalb der Oberflächenschicht stark schwanken.
Als nächstes wurden unter Verwendung der erfindungsgemäßen Produkte 1 bis 4 und 8 bis 10 sowie der Vergleichsprodukte 1 bis 4 bei den unten angegebenen Bedingungen (A) und (B) Schneidetests durchgeführt; die Ergebnisse sind in Tabelle 3 angegeben.

(A) Schneidebedingungen für einen Test auf Verschleißbeständigkeit:

Werkstück : S48C (HB 250) 250 mm∅
Form der Spitze : SNMN120408 (0,1 x -30º Honen mit Kanten)
Schneidegeschwindigkeit : 160 m/min
Schnittiefe : 1,5 mm
Vorschub : 0,3 mm/Umdrehung
Schneidezeit : 20 min

(B) Schneidebedingungen für einen Test auf die Lebensdauer des Werkzeugs bis zum Brechen

Werkstück : S48C (HB 230) 120 mm∅ mit 4 Schlitzen
Form der Spitze : SNMN120408 (0,1 x -30º Honen mit Kanten
Schnittgeschwindigkeit : 100 m/min
Schnittiefe : 1,5 mm
Vorschub : 0,3 mm/Umdrehung
Schneidezeit : 10-minütiges Schneiden wurde 10 mal wiederholt, der Anteil an gebrochenen Spitzen innerhalb von 10 Minuten wurde bewertet. TABELLE 3 Probe (A) Schneidetest auf Verschleißbeständigkeit Durchschnittlicher Verschleiß an der Seite (mm) (B) Verhältnis gebrochener Spitzen zu allen im Schneidetest verwendeten Spitzen Erfindungsgemäßes Vergleichsprodukt kein
Die erfindungsgemäßen Sinterlegierungen mit gebrannter Oberfläche entsprechen hinsichtlich der Verschleißbeständigkeit den N-haltigen Sinterlegierungen auf TiC-Basis des Standes der Technik; da sie aber eine ausgezeichnetere Festigkeit und ausgezeichnetere Beständigkeit gegen plastische Verformung aufweisen, zeigen sie im Schneidetest eine 2- oder 3-fach höhere Beständigkeit gegen Brechen. Auch die erfindungsgemäße beschichtete Sinterlegierung mit gebrannter Oberfläche, die einen auf der gebrannten Oberfläche aufgetragenen harten Film umfaßt, hat eine hervorragende Abriebfestigkeit und ausgezeichnete Beständigkeit gegen Brechen. Aufgrund dieser Tatsachen hat die erfindungsgemäße Sinterlegierung einen großen Umfang an Anwendungen, welche die von N-haltigen Sinterlegierungen auf TiC-Basis gemäß dem Stand der Technik und ferner die, bei denen Schlagfestigkeit und Bruchbeständigkeit gefordert ist, einschließen, außerdem zeigt sie hohe Stabilität. Demnach stellt die vorliegende Erfindung ein industriell nützliches Material sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben bereit.

Claims

1. Sinterlegierung mit gebrannter Oberfläche, die im wesentlichen zu 75 bis 95 Gew.% aus einer harten Phase, die Ti, C (Kohlenstoff), N (Stickstoff) und mindestens ein Element, ausgewählt aus Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo und W enthält; und aus dem Rest, der eine Bindemittelphase ist, welche aus Co und/oder Ni, oder mindestens 50 Vol.% Co und/oder Ni, und mindestens einem Metallelement, ausgewählt aus Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Fe, Al und Mn enthält, sowie aus unvermeidbaren Verunreinigungen besteht; wobei die Sinteriegierung einen Oberflächenbereich, der als Bereich, welcher sich von der Legierungsoberfläche bis 0,05 mm unter die Legierungsoberfläche erstreckt, definiert ist, und einen inneren Teil, der keinen Teil des Oberflächenbereichs bildet, aufweist;

wobei die Sinterlegierung mindestens zwei der folgenden Bedingungen (1) bis (3) erfüllt:

(1) die durchschnittliche Teilchengröße der harten Phase im Oberflächenbereich ist das 0,8- bis 1,2- fache der durchschnittlichen Teilchengröße der harten Phase im inneren Teil;

(2) der durchschnittliche Volumengehalt der Bindemittelphase im Oberflächenbereich ist das 0,7- bis 1,2-fache des durchschnittlichen Volumengehalts der Bindemittelphase im inneren Teil; und

(3) die durchschnittliche Härte im Oberflächenbereich ist das 0,95- bis 1,10-fache der durchschnittlichen Härte im inneren Teil.

2. Sinterlegierung mit gebrannter Oberfläche nach Anspruch 1, in der die harte Phase mindestens eine der Komponenten (Ti,M)C; (Ti,M)N und (Ti,M)(C,N), worin M mindestens eines der Elemente Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo und W darstellt, umfaßt.

3. Sinterlegierung mit beschichteter Oberfläche umfassend eine Sinterlegierung mit gebrannter Oberfläche gemäß Anspruch 1 und einen harten Film, der eine größere Härte als die Sinterlegierung mit gebrannter Oberfläche hat und der die Oberfläche der Sinterlegierung mit gebrannter Oberfläche überzieht.

4. Sinterlegierung mit beschichteter Oberfläche gemäß Anspruch 3, bei der der harte Film eine Dicke von 0,1 bis 10 um hat.

5. Verfahren zur Herstellung einer Sinterlegierung mit gebrannter Oberfläche gemäß Anspruch 1, das die folgenden Schritte umfaßt:

- ein pulveriges Gemisch, das mindestens ein Carbid und mindestens ein Nitrid eines Metalls der Gruppe 4a, 5a oder 6a des Periodensystems oder wechselseitige feste Lösungen der genannten enthält; und ein Co- und/oder Ni-Pulver zur Bildung der

Bindemittelphase werden entweder im Vakuum oder in einer Inertgas-Atmosphäre bei einer Temperatur von bis zu 1300ºC einem ersten Sinterschritt unterworfen; und

- das Gemisch wird einem zweiten Sinterschritt unterworfen, wobei die Temperatur von 1300ºC erhöht wird und das Gemisch gleichzeitig einer Stickstoffatomosphäre mit graduell ansteigendem Druck im Bereich von 0,013 kPa (0,1 Torr) bis 2,7 kPa (20 Torr) unterworfen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, das außerdem den Schritt der Bildung eines harten nitridhaltigen Films an der Oberfläche der Sinterlegierung mit gebrannter Oberfläche umfaßt, bei dem die Oberfläche der Sinterlegierung mit raffinierter Oberfläche nach Beendigung des zweiten Sinterschritts in einer Stickstoffatmosphäre mit hohem Druck gehalten wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der harte Film eine Dicke von 0,1 bis 10 um hat.