Effect of the heat treatment on the microstructure of carbide tool electrodes for electrical discharge drilling

Carbide tool electrodes for electrical discharge drilling were subjected to heat treatment at various temperatures and in different atmospheres for the same duration, respectively, in order to reduce the electrical conductivity of the lateral surface. Hardness tests show that the heat treatment does not induce a loss of strength in the electrode body. Microscopic analyses revealed that the lateral surface, characterized by a two-layer structure comprising a surface and a diffusion layer of varying characteristics and morphology, such as surface roughness, degree of coverage, delaminations, or a columnar microstructure, changes. It is revealed that the electrical conductivity is a function of the total layer thickness made up of the thickness of the surface layer and a diffusion layer. The electrical conductivity drops with increasing total layer thickness. In the context of electric discharge drilling tests, it was found that the reduced electrical conductivity leads to a decreased material removal rate and a simultaneously reduced linear electrode wear. Heat treatments ensuring consistent erosion times resulted in a wear rate reduction of the tool electrodes of up to 10 %.

Werkzeugelektroden aus Hartmetall für das funkenerosive Bohren wurden zur Verringerung der elektrischen Leitfähigkeit der Mantelfläche bei verschiedenen Temperaturen und Atmosphären bei jeweils gleicher Dauer wärmebehandelt. Härteprüfungen belegen, dass durch die Wärmebehandlung kein Festigkeitsverlust im Elektrodenkörper erfolgt ist. Analysen mittels Mikroskopie ergaben eine Veränderung der Mantelfläche mit einem zweischichtigen Aufbau, bestehend aus einer Oberflächen- und einer Diffusionsschicht unterschiedlicher Ausprägungen und Morphologie, wie z. B. die Oberflächenrauigkeit, den Bedeckungsgrad, Schichtablösungen bzw. eine kolumnare Mikrostruktur. Es zeigt sich eine Abhängigkeit der elektrischen Leitfähigkeit von der Gesamtschichtdicke bestehend aus der Oberflächen- und einer Diffusionsschicht. Mit zunehmender Gesamtschichtdicke verringert sich die elektrische Leitfähigkeit. In funkenerosiven Bohrversuchen ergab sich aus der verringerten elektrischen Leitfähigkeit eine Abnahme der Materialabtragrate bei gleichzeitiger Verringerung des linearen Elektrodenverschleiß. Bei den Wärmebehandlungen, die dabei gleichbleibende Erodierzeiten aufwiesen, folgten daraus um bis zu 10 % geminderte Verschleißraten der Werkzeugelektroden.