SE509609C2 - Hårdmetallkropp med två kornstorlekar av WC - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 40 so9 Bo9 2 ning av stål och rostfritt stål omfattande WC och 4-20 vikt-% Co, företrädesvis 5-12.5 vikt-% Co och 0-30 vikt-% kubisk karbid, företrädesvis O-15 vikt-% kubisk karbid, helst 0-10 vikt-% kubisk karbid såsom TiC, TaC, NbC eller blandningar därav. WC-kornen har en snäv bimodal kornstorleksfördelning med kornstorlekar i intervallen O-1.5 um och 2.5-6.0 pm respektive och med ett viktförhållande av fina WC-korn (0-1.5 um) till grova WC-korn (2.5-6.0 um) i intervallet 0.25-4.0, Mängden av W upplöst i bindefasen styrs genom justering av företrädesvis 0.5-2.0. kolhalten genom små tillsatser av sot eller rent volframpulver. W- innehàllet i bindefasen kan uttryckas som "CW-förhållandet" definierat som CW-förhållande = MS / (vikt%Co * 0.0l6l) där MS är uppmätt mättnadsmagnetisering av den sintrade hàrdmetallkroppen i kA/m och vikt% Co är viktsprocenten Co i hårdmetallen. CW-värdet i skär enligt uppfinningen skall vara 0.82-1.0, företrädesvis 0.86-0.96.

Det sintrade skäret enligt uppfinningen används belagt eller obelagt, företrädesvis belagt med MT, konventionell CVD eller PVD med eller utan Al2O3. Speciellt har multiskiktbeläggningar omfattande TiCXNyOZ med kolumnära korn följt av ett skikt av a- Al2O3, K-Al2O3 eller en blandning av a- och K-Al2O3 visat goda resultat. I en annan föredragen utföringsform kompletteras beläggningen beskriven ovan med ett TiN-skikt vilket kan vara borstat eller använt utan borstning.

Enligt metoden enligt föreliggande uppfinning tillverkas en hårdmetallkropp omfattande våtblandning utan malning av åtminstone två olika WC-pulver med deagglomerade pulver av andra karbider vanligen TiC, TaC och/eller NbC, bindemetall och pressmedel, torkning företrädesvis med spruttorkning, pressning till skär och sintring. Kornen av WC-pulvret är klassificerade i åtminstone två grupper vari en grupp mindre korn har en största kornstorlek amax och en grupp större korn har en minsta kornstorlek bmin och vardera gruppen innehåller åtminstone 10 % av den totala mängden av WC-korn varvid bmin-amax >O.5 um och variationen i kornstorlek inom vardera gruppen är >l pm. Företrädesvis är före blandningen WC-kornen försiktigt deagglomerade före och efter beläggning med bindemetall.

Speciellt är enligt sättet för föreliggande uppfinning WC- pulver med två smala kornstorleksfördelningar av O-1.5 um och 2.5~ 10 15 20 25 30 35 40 3 509 eos 6.0 pm respektive och ett viktförhàllande av fina WC-korn (0-1.5 pm) till grova WC-korn (2.5-6.0 pm) i intervallet 0.25-4.0, företrädesvis 0.5-2.0 våtblandade utan malning med andra karbider vanligen TiC, TaC och/eller NbC, bindemetall och pressmedel, torkade företrädesvis med spruttorkning, pressade till skär och sintrade.

Det är väsentligt enligt uppfinningen att blandningen äger rum utan målning d v s det skall inte bli någon ändring i kornstorlek eller kornstorleksfördelning som resultat av blandningsförfaran- det.

I en föredragen utföringsform är de hårda beståndsdelarna, åtminstone de med smala kornstorleksfördelningar efter försiktig deagglomerering belagda med bindemetall med användning av metoder beskrivna i patent US 5,505,902 eller svenskt patent SE 502754. I sådant fall består hårdmetallpulvret enligt uppfinningen företrädesvis av Co-belagd WC + Co-bindefas, med eller utan tillsatser av kubiska karbider såsom TiC, TaC, NbC, (Ti,W)C, (Ta,Nb)C, (Ti,Ta,Nb)C, (W,Ta,Nb)C, och (W,Ti,Ta,Nb)C belagda eller obelagda, företrädesvis obelagda, möjligen med ytterligare tillsatser av Co-pulver för att erhålla den önskade slutsamman- sättningen.

Exempel l A. Hårdmetallskär av typ SEMN 1204 AZ, fräsning, med sammansättningen förutom WC av 8.4 vikt% Co, 1.13 en skärtyp för vikt% TaC och 0.38 vikt% NbC framställdes enligt uppfinningen.

Koboltbelagd WC, WC-6 vikt-% Co, framställd enligt SE 9401078-2 deagglomererades försiktigt i en laboratoriejetkvarn, blandades med ytterligare mängd Co och deagglomererade obelagda (Ta,Nb)C- och TaC-pulver för att erhålla den önskade materialsammansätt- ningen. De belagda WC-partiklarna bestod av 50 vikt% med en medelkornstorlek av 3.5 um och 50 vikt% med en medelkornstorlek av 1.2 pm vilket gav en bimodal kornstorleksfördelning. Blandningen (0.25 l vätska per kg i 2 timmar i en laboratorieblandare och utfördes i en etanol och vattenlösning hårdmetallpulver) satsstorleken var 10 kg. Dessutom tillsattes 2 vikt-% pressmedel till slurryn. Kolhalten justerades med sot till en bindefas legerad med W motsvarande ett CW~förhållande av 0.89. Efter spruttorkning pressades skären och sintrades enligt standard och en tät struktur utan porositet erhölls. 10 15 20 25 30 35 sne eos A Före beläggning var en negativ fas med vinkeln 200 slipad runt hela skäret.

Skären belades med ett 0.5 pm likaxligt TiCN-skikt (med ett högt kväve-innehåll motsvarande ett uppskattat C/N-förhållande av 0.05) följt av ett 4 pm tjockt TiCN-skikt med kolumnära korn med användning av MTCVD-tekniken (temperatur 885-850 OC och CH3CN som kol- och kvävekälla). I följande steg under samma beläggningscykel utfälldes ett 1.0 pm tjockt skikt av Al2O3 med användning av en temperatur 970 OC och en koncentration av H25 av 0.4 % som beskrivs i EP-A-523 021. Ett tunt (0.3 pm) skikt av TiN utfälldes ovanpå enligt känd CVD-teknik. Röntgendiffraktionsmätning visade att Al2O3-skiktet bestod av 100 % K-fas.

De belagda skären borstades med en nylonborste innehållande SiC-korn. Undersökning av de borstade skären i ljusmikroskop visade att det tunna TiN-skiktet hade borstats bort endast längs skäreggen och lämnade där en jämn Al2O3-skiktyta.

Tjockleksmätningar på tvärsnitt av borstade prov visade ingen minskning av beläggningen längs egglinjen utom för det yttre TiN- skiktet som var avlägsnat.

B. Hårdmetallskär av typen SEMN 1204 AZ, ett skär för fräsning, med sammansättningen 9.1 vikt% Co, 1.23 vikt% TaC och 0.30 vikt% NbC och rest WC med unimodal fördelning och en medelkornstorlek av 1.2 pm framställdes på följande sätt. Kobolt- belagd WC, WC-6 vikt-% Co, framställd enligt SE 9401078-2 deagglo- mererades försiktigt i en laboratoriejetmill, blandades med ytterligare Co och deagglomererade obelagda (Ta,Nb)C och TaC pulver för att erhålla den önskade materialsammansättningen.

Blandningen utfördes i en etanol och vattenlösning (0.25 1 vätska per kg hàrdmetallpulver) i 2 timmar i en laboratoriblandare och satsstorleken var 10 kg. Dessutom tillsattes 2 vikt-% pressmedel till slurryn. Kolhalten reglerades med sot till en bindefas högt legerad med W motsvarande ett CW-förhållande av 0.89. Efter spruttorkning, pressades skär som sintrades enligt standard- förfarande och en tät struktur utan porositet erhölls.

Före beläggningen slipades en negativ fas med vinkeln 200 runt skären.

Skären belades i samma beläggningsomgång som skären A ovan.

De belagda skären borstades med en nylonborste innehållande SiC korn. Undersökning av de borstade skären i ljusmikroskop 10 15 20 25 30 35 40 5 509 609 visade att det tunna TiN-skiktet hade borstats bort endast längs' skäreggen och lämnade där en jämn Al2O3-skiktyta.

Tjockleksmätningar på tvärsnitt av borstade prov visade ingen reduktion av beläggningen längs egglinjen utom för det yttre TiN- skiktet som var avlägsnat.

C. Hárdmetallskär av typ SEMN 1204 AZ med samma kemiska sammansättning, WC-medelkornstorlek, CW-förhållande, avfasning, CVD-beläggning och borstning respektive som skäret B ovan men framställda från pulver tillverkat med konventionell malnings- teknik användes som referens för jämförelse med enligt ovan.

Skär fràn A, B och C jämfördes i ett vàtfräsningsprov i ett ganska högt legerat stål (HB= 310). Två parallella stänger vardera av en tjocklek av 35 mm var centralt placerade relativ fräskroppen (diameter 100 mm ), och stängerna var placerade med en luftspalt av 10 mm.

Skärdata var: Hastighet= 150 m/min Matning = 0.40 mm/varv Skärdjup 2 mm, entandsfräsning med kylmedel.

Uppmätt livslängd uttryckt som skärlängd av variant A enligt uppfinningen var 8200 mm och för variant B, 6900 mm och slutligen för referensen C endast 6100 mm. I detta prov erhöll skäret enligt uppfinningen med en bimodal WC-kornstorleksfördelning, variant A, det bästa resultatet.

Exempel 2 A. Skär från samma sats som skär A i Exempel 1 ovan och B. Skär fràn samma sats som skär B i Exempel 1 ovan och C. Skär från samma sats som skär C i Exempel 1 ovan jämfördes (SS 1650, HB = 180).

Två parallella stänger vardera med en tjocklek av 30 mm var i ett vàtfräsningsprov i ett láglegerat stål centralt placerade relativt fräskroppen (diameter 100 mm) och stängerna var placerade med en luftspalt av 10 mm.

Skärdata var: Hastighet= 285 m/min Matning= 0.38 mm/varv Skärdjup 2 mm, entandsfräsning med kylmedel. 509 609 s Uppmätt livslängd uttryckt som skärlängd för variant A enligt uppfinningen var 4800 mm och för variant B, 4200 mm och slutligen for referensen C endast 3600 mm. I detta prov var skäret enligt uppfinningen med en bimodal WC-kornstorleksfördelning, variant A, bäst.

Claims (7)

1. 0 15 20 25 30 35 5-09 60 9 Krav l. En hàrdmetallkropp omfattande WC med en medelkornstorlek av åtminstone två grupper där en grupp mindre korn har en största kornstorlek amax och en grupp större korn har en minsta korn- storlek bmin och vardera gruppen innehåller åtminstone 10 % av den totala mängden WC-korn samt bmin-amax >O.5 pm och variationen i kornstorlek inom vardera gruppen är >l pm, k ä n n e t e c k n a d av, att W-innehållet i bindefasen uttryckt som "CW-förhållandet" definierat som CW-förhållande = Ms / (vikt%Co * 0.016l) där Ms är uppmätt mättnadsmagnetisering av den sintrade hårdmetallkroppen i kA/m och vikt% Co är viktprocenten Co i hàrdmetallen, är 0.82-1.0,

2. En hårdmetallkropp enligt föregående krav företrädesvis 0.86-0.96. k ä n n e t e c k n a d 20 vikt-% Co, företrädesvis av en sammansättning omfattande WC och 4- företrädesvis 5-12.5 vikt-% Co och <3O vikt-%, blandningar eller fasta lösningar därav inklusive WC.

3. En hàrdmetallkropp enligt något av föregående krav k ä n n e t e c k n a d av, att WC-kornen är klassificerade i två grupper med ett viktförhållande av fina WC-korn (0-1.5 um) till grova WC-korn (2.5-6.0 um) i intervallet 0.25-4.0, 0.5-2.0.

4. En hårdmetallkropp enligt krav 3, företrädesvis k ä n n e t e c k n a d av, att sagda två grupper omfattar kornstorleksintervallen O-1.5 pm och 2.5-6.0 pm.

5. En hårdmetallkropp enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av, att sagda kropp är ett skär.

6. En hårdmetallkropp enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av, att sagda skär är försett med en tunn slitstark beläggning.

7. En hàrdmetallkropp enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a d sagda beläggning omfattar TiCXNyOZ med kolumnära korn följt av ett skikt av d-Al2O3, K-Al2O3 eller en blandning av u- Och K-Al203. EV, att