Wolframkarbid-Kobalt-Granulateigenschaften und deren Einflüsse auf den Grünling und Sinterkörper

Abstract

Schneidwerkzeuge bestehend aus gesinterten Hartmetallen wie Wolframkarbid-Kobalt (WC-Co) sind Stand der Technik für viele Zerspanungsprozesse. Abhängig von der Anwendung, der Größe und dem Preis kann das komplette Werkzeug aus WC-Co bestehen. Alternativ werden auf einen Werkzeughalter kleine Werkzeugeinsätze, sog. Wendeschneidplatten aus WC-Co Hartmetall, verschraubt. Wendeschneidplatten werden zumeist über das uniaxiale Matrizenpressen hergestellt, wobei die Eigenschaften und Form des WC-Co-Granulats einen Einfluss auf das Endprodukt besitzen. Ziel dieser Arbeit ist es, diesen Einfluss anhand von drei unterschiedlichen WC-Co-Hartmetallen zu dokument‬ieren. Besonderer Fokus wurde auf die Charakterisierung der Granulateigenschaften gelegt und deren Einfluss auf die Presseigenschaften sowie auf den Sinterschwund untersucht. Die Granulate wurden zu Beginn in fünf Siebklassen eingeteilt und hinsichtlich Partikelgrößen- bzw. Gewichtsverteilung charakterisiert. Anschließend wurden Pressversuche durchgeführt. Daraufhin wurden die Grünlinge gesintert und ihr Schwundverhalten wurde untersucht. Zusätzlich wurden Langzeituntersuchungen von 8 Wochen am Granulat in feuchtwarmer Atmosphäre durchgeführt. Dabei wurde die Entwicklung der Granulatfestigkeit sowie der Restfeuchtigkeit und des Sauerstoffgehalts dokumentiert. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war die Analyse der Temperaturverteilung im verwendeten Sinterofen. Es wurden keramische Schwundringe positioniert und Temperaturprofile erstellt, um Abweichungen des Ofens von der Solltemperatur festzustellen. In den Granulaten konnten erhebliche Anteile an porenhaltigen Partikeln festgestellt werden, was sich auf die physikalisch-mechanischen Eigenschaften auswirkt. Die Langzeituntersuchungen und die dabei bewirkte Oxidation der Granulate zeigen für alle untersuchten Sorten eine Tendenz zur Zunahme der Granulatfestigkeit.

Cutting tools consisting of sintered hard metals such as tungsten carbide and cobalt (WC-Co) are state of the art for many machining processes. Depending on the application, the size and price, the complete tool can consist of WC-Co. Alternatively small tool inserts, made of WC-Co hard metal, can be mounted to a tool holder. The inserts are produced exclusively by uniaxial pressing. In this process the properties and shape of the WC-CO granules affect the final product. The aim of this work is to document this influence of three different WC-Co hard metals. Special emphasis was placed on the characterization of the granulate properties and their influence on the pressing process as well as on the sintering shrinkage. The granules were initially divided into five screening classes and characterized in terms of particle size and weight distribution. Subsequently, pressing tests were carried out. Then the green compacts were sintered and their shrinkage behavior was investigated. In addition, long-term studies of 8 weeks were carried out on the granules in a warm and humid atmosphere. The development of the granulate strength, as well as the residual moisture and the oxygen content were documented. A further point of this work was the analysis of the temperature distribution in the sintering furnace. Ceramic process temperature control rings were positioned and temperature profiles were determined to identify deviations of the furnace from the set temperature. Substantial proportions of pore-containing fractions of the granules could be observed which affect the physical-mechanical properties. The long-term studies and thus the oxidation of the granules show an increase in granular-strength for all varieties. This behaviour goes along with an increase in the oxygen content.