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Verfalhren zur IIerstellung von IIartlegieruugpn.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hartlegierungen. welches gestattet, derartige Legierungen von grosser Gleichmässigkeit zu erzeugen.
Bei der Herstellung von Hartlegierungen mit Kohlenstoffgehalt ging man entweder vorn Wolframkarbid aus, das in einem verhältnismässig zeitraubenden Prozess erst gebildet werden musste und führte dann erst die Mischung des Karbids mit dem Zusatzmetall der Eisengruppe durch, indem man das Karbid und das Zusatzmetall zusammenpresste und auf die Sinterungstemperatur erhitzte. Anderseits war es auch bekannt, von den gepulverten Ursprungsmaterialien auszugehen und diese heiss zu pressen. Dabei mussten jedoch Graphitformen verwendet werden, wobei es schwierig war. die Temperatur dieser Formen gleichförmig zu halten. Da die Sinterungstemperatur von grossem Einfluss auf die Güte des Erzeugnisses ist, so litt dieses unter der geringen Gleichmässigkeit der Temperaturen der Graphitformen.
Ausserdem geht beim heissen Pressen des gepulverten Gemisches von Wolfram, Kohle und Kobalt ein gewisser Anteil des Graphits in das gepresste Material über, so dass das Erzeugnis auch hinsichtlich der Zusammensetzung nicht immer gleichartig wird. Die Temperaturunterschiede führen dazu, dass mehr oder weniger grosse Mengen des Kobalts ausgepresst werden. Dadurch ergibt sich ein härteres, aber brüchigeres Erzeugnis, anderseits verursachen die Kobaltabscheidungen an der Oberfläche weiche Stellen. wenn die Werkstücke nachher hart gelötet oder aus andern Gründen hoch erhitzt werden.
Es ist bereits versucht worden, das pulverförmige Ausgangsmaterial von der Kohlenstofform zu isolieren, indem man Metallkolben für den Pressprozess verwendet hat. Auch dieses Verfahren hat sich aber nicht bewährt, da das pulverförmige Material bei der hohen Temperatur an dem Metallkolben haftet.
Gemäss der Erfindung wird daher so vorgegangen, dass aus den fein gepulverten Ausgangselementen, unter denen auch Kohlenstoff sein kann, durch Zusatz eines Kunstharzes, insbesondere eines Korden- sationsproduktes von Phthalsäureanhydrid und Glyzerin. als Bindemittel, das man durch Erhitzen des Formlings vor dem Sintern verdampft, ein Formling von fester Gestalt gebildet wird, der ohne Verwendung einer Kohlenstofform gesintert und nachher unter Druck und Hitze behandelt wird. Dieses Verfahren ist für die Herstellung der verschiedensten Hartlegierungen geeignet.
Nachstehend wird beispielsweise die Herstellung einer wolframkarbidhaltigen Hartlegierung nach diesem Verfahren beschrieben. Man geht von fein gepulvertem Wolfram, Kohlenstoff und Kobalt aus.
Werden diese kalt gepresst, so haften die Teilchen nicht aneinander. Deshalb hat man bisher zuerst aus Wolfram und Kohlenstoff ein Karbid hergestellt. Gemäss der Erfindung wird aber die besondere Verfahrensstufe zur Herstellung des Karbids umgangen, indem man den Ausgangselementen einen geringen Anteil von Kunstharz als Bindemittel zusetzt. Besonders bewährt hat sich der Zusatz eines Kunstharzes, das aus dem Kondensationsprodukt von Glyzerin und Phthalsäureanhydrid besteht. Vor dem Sintern wird dieses durch Erhitzen ausgetrieben.
Nach dem Sintern wird das Werkstück zweckmässig unter Hitze und Druck behandelt, z. B. bei 13750 C geschmiedet. Erfindungsgemäss geht man in der Weise vor, dass man das Werkstück zwischen Blöcken aus Wolfram oder anderem hochhitzebeständigem Metall oder Legierungen presst, wobei man
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schickt. Dadurch werden grosse Hälte und Dichte der Legierung erreicht. Als Mischungsverhältnis hat sich der Zusatz von etwa 2% des Bindemittels zu
3-10% Kohlenstoff, 5-25% Kobalt und
Wolfram in restlicher Menge bewährt.
Die verschiedenen Bestandteile werden gemeinsam bis zu dem gewünschten Feinheitsgrad vermahlen und dann mit Azeton gerade so viel angefeuchtet, dass das Kunstharz sich löst und die einzelnen Teilchen zusammenhält. Nun werden aus der Masse in hydraulischen Pressen Stäbe hergestellt, die genügend fest sind, um sich transportieren zu lassen. Die Stäbe werden in geschlossene Graphitröhren gebracht und in einem Wasserstoffofen, dessen Temperatur leicht geregelt werden kann, erhitzt. Zunächst wird die Temperatur auf 100-150 C gesteigert. Dabei erhärtet das Bindemittel, die Gase werden ausgetrieben, ohne dass das Kunstharz eine Volumenvergrösserung erfährt. Dann wird die Temperatur auf 350 C erhöht, wobei das Kunstharz verdampft.
Nun kann man rasch auf eine Temperatur von 1375 C gehen und diese Temperatur etwa 11/2 Stunden aufrechterhalten, um die Masse zur Sinterung zu bringen.
Bei diesem Vorgang wird die chemische Zusammensetzung im Gegensatz zu dem bisher bekannten Verfahren nicht beeinflusst. Insbesondere bleibt der Kohlenstoffgehalt in der Mischung während der Erhitzung konstant. Der Wasserstoff wird nämlich so eingeführt, dass er nur durch die Wandung des Kohlenrohres (Graphitrohres) zu dem Gemisch gelangen kann ; es kann vermutet werden, dass dies auch der Grund ist, warum der Wasserstoff ohne Einfluss auf die Zusammensetzung bleibt. Es ist anzunehmen, dass der Wasserstoff beim Durchgang durch die Kohlenstoffwandung des Rohres sich mit dem Kohlenstoff zu einem Kohlenwasserstoff verbindet, der auf den Kohlenstoffgehalt des pulverförmigen Gemisches ohne Einfluss ist.
Schneidwerkzeuge oder Gesenke, die nach diesem Verfahren hergestellt werden, besitzen grosse Härte und Festigkeit und können durch Hartlöten mit Stahlschäftcn verbunden werden, ohne spröde zu werden.
Bei der Herstellung von Hartlegierungen aus Wolfram, Kohlenstoff und Kobalt ist es wichtig, dass der Kohlenstoffgehalt des Karbids zwischen den Grenzen 5, 5-6, 2% bleibt. Bisher hat man den überschüssigen Kohlenstoff herausgebrannt. Es ist klar, dass ein solches Verfahren keine genauen und gleichmässigen Ergebnisse zeitigen konnte.
Gemäss der Erfindung ist es möglich, die ganz bestimmten Verhältnisse der Ausgangsmisehung auch während der Erhitzung in dem Kohlenrohr beizubehalten, da der Wasserstoff zwar durch die Wandung des Rohres dringen kann, aber ohne Einfluss auf die Zusammensetzung der Ausgangsmischung bleibt. In ähnlicher Weise kann man auch bei andern Ausgangsstoffen das Material des Behälters derart wählen, dass es dem Schutzgas den Durchtritt gestattet und mit ihm derart reagiert, dass eine chemische Einwirkung zwischen Schutzgas und einem Bestandteil der Ausgangsmischung angeschlossen und so eine Änderung der Zusammensetzung der Ausgangsmischung verhindert ist.
In der Zeichnung ist beispielsweise ein Ofen dargestellt, in dem die Sinterung durchgeführt werden kann.
Der eigentliche Ofen 10 besitzt ein äusseres Stahlgehäuse 11 und ein zu diesem konzentrisch angeordnetes inneres Rohr 12 aus hochhitzebeständigem Material, z. B. Ton, um das der Heizwiderstand 13 aus Molybdän gewickelt ist. Die Stromzu-bzw.-abführung erfolgt über die Anschlussbolzen 14, 15. Der Raum zwischen dem Rohr 12 und dem Gehäuse 11 ist durch eine schlechtwärmeleitende Füllmasse, z. B.
Tonpulver 16, ausgefüllt.
In das Gehäuse 11 wird durch Leitungen 17, 18 Wasserstoff zugeführt, so dass sowohl das Rohr 12 als auch der Widerstand 13 vom Wasserstoff umspült sind. Der Wasserstoff kann auch durch das Rohr 12 hindurchdringen. Ausserdem kann Wasserstoff durch eine Leitung 19 und ein Ventil 20 dem Rohr 12 zugeführt werden, der am andern Ende des Rohres 12 bei 21 verbrennt. Ausserhalb des Gehäuses 11 ist in einer Linie mit dem Rohr 12 ein Rohrstück vorgesehen, das mit dem Kühlmantel 22 umgeben ist. Die Zu-bzw. Abführung des Kühlmittels erfolgt durch die Leitungen 23, 24. Es wird z. B. bei der Herstellung von Wolframkarbid ein Gemisch von etwa 94% Wolfram und etwa 6% Kohlenstoff in einen aus Kohlenstoff bestehenden Behälter 25 eingebracht, der durch einen Pfropfen 26 aus Kohlenstoff verschlossen ist.
Der Behälter 25 wird im Rohr 12 etwa drei Stunden lang auf 15000 C erhitzt, wobei praktisch der ganze Wolframinhalt des Behälters 25 in Karbid verwandelt wird, ohne dass freier Kohlenstoff zurückbleibt. Der Heizstromkreis des Widerstandes 13 wird dann geöffnet, der Wasserstoffstrom unterbrochen und der Kohlenstoffbehälter 25 in den Teil 22 geschoben, der wassergekühlt ist. Hier kühlt das Rohr 25 samt seinem Inhalt auf Zimmertemperatur ab. Dann wird der Pfropfen 27 entfernt und der Behälter 25 aus dem Ofen genommen.
Bei Einhaltung dieses Verfahrens weicht der Kohlenstoffgehalt im fertigen Produkt höchstens um % 0% von dem der ursprünglich in das Rohr eingebrachten Mischung ab.
Statt die Erhitzung drei Stunden hindurch bei 15000 C durchzuführen, kann auch eine etwas längere Erhitzung bei tieferer Temperatur oder eine kürzere Erhitzung bei höherer Temperatur angewendet werden.
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Statt des Behälters 25 aus Kohlenstoff könnte auch ein anderer Behälter, durch dessen Wandung das Schutzgas dringen kann, Anwendung finden. Handelt es sich darum, den Kohlenstoffgehalt in dem
Behandlungsgut konstant zu halten, so ist jedoch dafür zu sorgen, dass in der Wandung ein genügender
Anteil von Kohlenstoff vorhanden ist, so dass das Schutzgas sich gewissermassen beim Diffundieren durch die Wandung mit Kohlenstoff sättigt und den Kohlenstoffgehalt des Behandlungsgutes unbeeinflusst lässt.
In ähnlicher Weise kann das Material des Behälters auch in andern Fällen dem Behandlungsgut bzw. dem zur Anwendung gelangenden Schutzgas angepasst werden, um eine Änderung der Zusammen- setzung des Ausgangsgemisches zu verhüten.
Demgemäss kann das gleiche Verfahren auch dann angewendet werden, wenn es sich um die Her- stellung anderer Hartlegierungen handelt.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Hartlegierungen unter gleichzeitiger Anwendung von Druck und Hitze, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangselemente, gegebenenfalls auch Kohlenstoff, in gepulvertem Zustande mit einem Kunstharz, insbesondere einem Kondensationsprodukt von Phthal- säureanhydrid und Glyzerin, als Bindemittel, das man durch Erhitzen des Formlings vor dem Sintern verdampft, zu einem festen Stück geformt, gesintert und unter Druck und Hitze behandelt werden.