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Verfahren zur Herstellung von Hartmetallegierungen.
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oder mehreren Hartnitriden, welchen durch Sintern ein wesentlich niedriger schmelzendes Hilfsmetall, vorwiegend Eisen, Kobalt oder Nickel, eventuell auch Chrom und andere niedrig-oder hochsehmelzende
Metalle zulegiert sind.
Das Hilfsmetall (in Mengen von 5 bis etwa 20%) hat dabei vor allem den Zweck, die Hartkarbid- bzw. Hartnitridteilchen untereinander zu verbinden bzw. miteinander zu verlöten, um dadurch zu weniger spröden Sinterstücken, als wie es die Formlinge aus den reinen Hartkarbiden oder Hartnitriden, durch Sintern oder durch Giessen hergestellt, sind, zu gelangen. Die Verlötung erfolgt auf dem Weg des Sinterns bei Temperaturen meist knapp unterhalb des Schmelzpunktes des oder der Hilfsmetalle.
Alle diese Sinterstück weisen jedoch eine mehr oder weniger grosse Porosität auf, die bei der späteren Verwendung als Werkzeug od. dgl. nachteilig wirkt. Selbst unter Druck hergestellte Sinter- stücke, deren Anfertigung überdies sehr schwierig ist, sind fast immer noch im Kern etwas porös. Der , Druck pflanzt sich eben durch die sehr rauhe Masse, in der grosse Adhäsionskräfte wirken, nicht genügend fort. Die innere Kornreibung in derartigen Presslingen beim Pressvorgang ist eben ungemein gross und kann nur schwer, meist aber gar nicht vollkommen überwunden werden. Auch Presslinge, denen das oder die Hilfsmetalle nachträglich durch Einsaigern hinzulegiert wurden, sind noch etwas, vor allem im Kern, porös und zudem ziemlich spröde, da sie fast den Charakter von gegossenen Produkten ange- nommen haben.
Diesen Übelständen kann nun, wie eingehende Versuche gezeigt haben, dadurch abgeholfen werden, dass man derartige Presslinge nicht in einem einzigen Arbeitsgange mittels der Presse als einzelnes Stück, wie bisher herstellt, sondern durch Bildung zahlreicher übereinanderliegender, einzeln gepresster und untereinander durch Druck verseliweisster dünner Schichten.
Bisher wurden die Presslinge aus den geeigneten Karbidmetallpulvern zwecks Verfestigung viele
Stunden oder Tage bei Anwendung steigender Temperaturen thermisch behandelt (gesintert). Ein
Sintern erübrigt sich jedoch bei der Arbeitsweise gemäss vorliegender Erfindung.
Die Herstellung einer Hartmetallegierung nach diesem Verfahren kann beispielsweise praktisch auf folgende Weise geschehen : Es wird ein Pulvergemisch, bestehend z. B. aus Wolframkarbid, mit einem Hilfsmetall (8%), z. B. Eisen, in dünner Schicht von etwa 1/100 mm auf einer geeigneten Unterlage, z. B. Eisenplatte, gestreut, so dass diese (etwa vom Flächenmass von 2 X 10 em) damit vollkommen bedeckt ist. Die Unterlage wird dabei ständig in diesem Falle zweckmässig auf zirka 1000 oder 12000 C gehalten. Über dieser soeben hergestellten dünnen Schichte läuft nun einmalig (oder mehrmalig) eine Druckrolle, z. B. aus Wolframmetall, die zweckmässig hoch poliert ist, oder ein Gleitstück, ebenfalls hoch poliert, z.
B. aus Wolfram- metall, Saphir, Diamant od. dgl., oder es wird ein Pressstempel ganz kurze Zeit, zweckmässig ein Bruchteil einer Sekunde, einwirken gelassen. Ein grosser Druck wirkt günstig, ist aber bei der Verwendung bzw.
Auftragung so dünner Schichten nicht unbedingt erforderlich. Die Druckwalzen können z. B. bei der
Bearbeitung einer so kleinen Fläche (2 X 10 cm) mit nur etwa 10-20 kg belastet sein. Dieser relativ geringe Druck genügt vollkommen in Verbindung mit der hier angewandten hohen Temperatur. Nunmehr
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oder mehr gebildet ist. Es genügt in den meisten Fällen, wenn die Druckwalze ein einziges Mal über die ganze Fläche rollt. Demnach kann eine brauchbare Hartmetallschichte von 5 nun Dicke nach 500maligem Überwalzen hergestellt werden.
Diese Schichte kann später, wenn verlangt, von der Unterlage abgetrennt werden. Für diesen
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Gebrauch als Werkzeug Mitverwendung finden (Fig. 6 und 7).
Die so erhaltenen Produkte weisen selbst bei stärkerer Vergrösserung der geschliffenen und geätzten
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längeres Erhitzen, durch damit hervorgerufene Diffusionsvorgänge im Innern derselben, homogenisiert werden. Meist erübrigt sich jedoch eine solche Nachbehandlung. Die geschliffene und geätzte Oberfläche lässt meist die vorteilhafte und für den Verwendungszweck angestrebte Faserstruktur (hervorgerufen durch den Walzprozess) erkennen.
Der Prozess kann unter einem Schutzgas (Leuchtgas oder Wasserstoffgas od. dgl. ) oder im Vakuum oder aber abwechselnd unter Schutzgas und im Vakuum vorgenommen werden. Als Zusätze können auch Metalloide Verwendung finden, wie z. B. Silizium, Bor u. a. An Stelle der reinen Elemente (z. B. Eisen, Nickel) können auch deren Oxyde Verwendung finden, die dann während des Prozesses unter dem Einflusse des Schutzgases (z. B. Wasserstoff) eine Reduktion erfahren.
Die so hergestellten Hartmetallegierungen, die demnach aus zahlreichen dünnen übereinanderliegenden und untereinander verschweissten Schichten bestehen, sind den bisher bekanntgewordenen gesinterten oder gleichzeitig mit dem Pressen (der Formlinge) gesinterten oder geschmolzenen, meistens überlegen. Innere Spannungen der fertigen Formlinge werden hier durch die Art der Herstellung in Schichten in den allermeisten Fällen mit Erfolg vermieden.
Die nach diesem Verfahren hergestellten Produkte können auch für andere Arbeitsgeräte, wie
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aufhängung bei Uhren u. dgl. mehr, wofür sich die gesinterten Legierungen bisher trotz vielfacher Versuche in sehr vielen Fällen nicht bewährt haben.
Zur Anwendung (Verarbeitung) können alle bisher bekanntgewordenen Hartkarbide und Hartnitride mit oder ohne niedriger oder höher schmelzenden Hilfsmetallen, einzeln oder im Gemenge, kommen.
Diesen Pulvern können auch andere Hartsubstanzen (natürliche wie künstliche, z. B. Bor oder Diamant u. ähnl. ) hinzugefügt sein.
Sollen hilfsmetallfreie Hartkörper nach diesem Verfahren hergestellt werden, z. B. aus reinem
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metall mit dem Schmelzpunkte 35000 C, oder aus Kohle bestehen. Die Arbeitstemperatur wird dann zweckmässig in der Nähe des Erweichungspunktes des Karbidpulvers (2500 C) vorgenommen. Die Druckwalze besteht dann zweckmässig aus reinem Wolframmetall. Bei der dann angewendeten Erweichungstemperatur ist ein hoher Druck nicht erforderlich. Die Temperatur für eine eventuelle nachtägliche thermische Behandlung richtet sich nach der Wahl des Hilfsmetalls oder des Schmelzpunktes des Hilfsmetallgemisches. Bei Verwendung von Eisen oder Nickel als Hilfsmetall eignet sich der Tempe- raturbereich von 1000 bis 1200 C sehr gut für die thermische Nachbehandlung zwecks Homogenisierung.
Auf der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung dargestellt, u. zw. zeigt : Fig. 1 schematisch die Vorrichtung in Vorderansicht, Fig. 2 eine Teilseitenansicht derselben. Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie A-B der Fig. 1, Fig. 4 die Seitenansicht der Profilwalze der Vorrichtung, Fig. 5 eine Teilansicht des fertigen Hartkörperringe, Fig. 6 die Ansicht eines der aus dem Ring gewonnenen Werkstücke und Fig. 7 einen mit dem Hartkörper gemäss der Erfindung versehenen Werkzeugdrehstichel.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dient als Unterlage zur Aufnahme der dünnen Schichten keine ebene Platte, sondern ein (rotierender) Ring a rechteckigen Querschnittes aus Eisen, Nickel, Kohle, Graphit, Molybdän oder ein anderes hochsehmelzendes Metall. Der Ring a hat seitliche Bohrungen b,
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z. B. durch elektrische Widerstandserhitzung derart, dass der Ring a als Widerstand zwischen stromführenden Bürsten o, p angeordnet ist (z. B. wird für einen Ring von etwa 20 cm Durchmesser und von einer Breite von 20 w : m Strom von 20 Volt und 1500 Amp. benötigt).
Vorzugsweise am tiefsten Punkt des Ringes a ist eine an seiner Innenseite angreifende auf Druck arbeitende Profilwalze 1n, m1 angeordnet, die mit einer Gegenwalze n zusammenarbeitet. Mit Bezug
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das untere Ende des Ableitungsrohres il eines Trichters i, der sich unterhalb einer rotierenden Siebtrommel lt befindet, die das zu verarbeitende Pulvergemisch enthält.
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Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist folgende :
Das zu verarbeitende Pulvergemisch gelangt aus der Siebtrommel h über den Trichter t (dessen Ableitungsrohr einen der Breite des Ringes a entsprechenden rechteckigen Querschnitt gemäss Fig. 3 besitzt) auf die Innenfläche des rotierenden Ringes a und wird hier durch die Druckwalze m, mi fest-
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Schutzgasfüllung angeordnet (nicht dargestellt). Die Erhitzung des rotierenden Ringes a könnte z. B. auch durch eine Stichflamme erfolgen.
Das zu verarbeitende Pulvergemiseh kann auch anstatt im kalten Zustande heiss aufgetragen werden. Gegebenenfalls könnte das Pulver durch eine geeignete Vorrichtung auf die innere Ringfläche durch ein Druckgas, Schicht um Schicht, heiss aufgespritzt werden, bei welcher Verfahrensart der Ring (die Unterlage) auch unangewärmt sein könnte.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens gemäss vorliegender Erfindung besteht in der Möglichkeit der automatischen Herstellung von Hartkörperstüeken und in dem Fortfall des Gebrauches von hydrau- lischen Pressen für die Anfertigung der Hartkörperpresslinge. Denn die Verwendung von hydraulischen
Pressen ist schwierig, umständlich und durch die notwendige Bedienung teuer im Betrieb.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Hartmetallegierungen aus Karbiden, Nitriden oder Gemischen von diesen, gegebenenfalls unter Zusatz von Metallen oder Metalloiden und fallweise Beimischung von
Hartkörpern, wie Siliziumkarbid, Kunstkorund, Diamant u. dgl. als Einschlussmaterial, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Mischung der Legierungsbestandteile im hocherhitzte Zustande in einzelnen dünnen
Schichten, vorteilhaft in Schutzgasatmosphäre, wie Leuchtgas, Wasserstoff oder im Vakuum oder abwechselnd in Schutzgasatmosphäre und Vakuum auf einer Unterlage von Eisen, Wolfram, Kohle u. dgl. übereinandergepresst und der fertige Körper entweder von der Unterlage abgelöst oder mit dieser verschweisst verwendet wird.
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Process for the production of hard metal alloys.
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or several hard nitrides, which by sintering a substantially lower melting auxiliary metal, predominantly iron, cobalt or nickel, possibly also chromium and other low or high melting melting points
Metals are added.
The main purpose of the auxiliary metal (in amounts of 5 to about 20%) is to connect the hard carbide or hard nitride particles to one another or to solder them to one another in order to produce less brittle sintered pieces than the briquettes made of pure hard carbides or hard nitrides, produced by sintering or casting, are to arrive. The soldering takes place on the way of sintering at temperatures mostly just below the melting point of the auxiliary metal or metals.
All these sintered pieces, however, have a more or less large porosity, which has a disadvantageous effect when used later as a tool or the like. Even sintered pieces produced under pressure, which are also very difficult to manufacture, are almost always somewhat porous in their core. The pressure does not propagate sufficiently through the very rough mass, in which great adhesive forces act. The internal grain friction in such pellets during the pressing process is extremely large and can only be overcome with difficulty, but usually not at all. Pressings to which the auxiliary metal (s) were subsequently alloyed by singing are still somewhat porous, especially in the core, and also quite brittle because they have almost taken on the character of cast products.
As detailed tests have shown, these deficiencies can now be remedied by not producing such pellets as a single piece in a single operation using the press, as before, but by forming numerous superimposed, individually pressed thin layers that are bonded to one another by pressure .
Heretofore, the compacts of the appropriate carbide metal powders for solidification have become many
Thermally treated (sintered) hours or days when using increasing temperatures. One
However, sintering is unnecessary when working according to the present invention.
The production of a hard metal alloy according to this process can, for example, be done practically in the following way: A powder mixture consisting, for. B. made of tungsten carbide, with an auxiliary metal (8%), e.g. B. iron, in a thin layer of about 1/100 mm on a suitable surface, e.g. B. iron plate, so that it is completely covered (about 2 X 10 em in area). In this case, the base is expediently kept at around 1000 or 12000 ° C. A pressure roller, for example a roller, runs once (or several times) over this thin layer that has just been produced. B. made of tungsten metal, which is conveniently highly polished, or a slider, also highly polished, z.
B. made of tungsten metal, sapphire, diamond or the like, or a press ram is allowed to act for a very short time, expediently a fraction of a second. A large pressure is beneficial, but it is advisable to use or
It is not absolutely necessary to apply such thin layers. The pressure rollers can, for. B. at the
Processing such a small area (2 X 10 cm) can only be loaded with about 10-20 kg. This relatively low pressure is completely sufficient in connection with the high temperature used here. Now
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or more is formed. In most cases, it is sufficient for the pressure roller to roll over the entire surface once. Accordingly, a usable hard metal layer of 5 now thickness can be produced after rolling over 500 times.
This layer can later, if required, be separated from the base. For this
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Use as a tool to find use (Fig. 6 and 7).
The products obtained in this way show the ground and etched ones even with a higher magnification
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prolonged heating, caused by diffusion processes in the interior thereof, are homogenized. However, such follow-up treatment is usually unnecessary. The ground and etched surface usually reveals the advantageous fiber structure intended for the intended use (caused by the rolling process).
The process can be carried out under a protective gas (luminous gas or hydrogen gas or the like) or in a vacuum or alternately under protective gas and in a vacuum. Metalloids can also be used as additives, such as. B. silicon, boron and. a. Instead of the pure elements (e.g. iron, nickel), their oxides can also be used, which are then reduced during the process under the influence of the protective gas (e.g. hydrogen).
The hard metal alloys produced in this way, which accordingly consist of numerous thin superimposed and welded layers, are usually superior to the previously known sintered or sintered or melted simultaneously with the pressing (of the bricks). In most cases, internal stresses in the finished briquettes are successfully avoided by the type of production in layers.
The products manufactured by this process can also be used for other tools, such as
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suspension for clocks and Like. More, for which the sintered alloys have so far not proven themselves in very many cases despite multiple attempts.
All previously known hard carbides and hard nitrides with or without lower or higher melting auxiliary metals, individually or as a mixture, can be used (processing).
Other hard substances (natural as well as artificial, e.g. boron or diamond and the like) can also be added to these powders.
If auxiliary metal-free hard bodies are to be produced by this process, e.g. B. from pure
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metal with a melting point of 35000 C, or made of carbon. The working temperature is then expediently set in the vicinity of the softening point of the carbide powder (2500 C). The pressure roller then expediently consists of pure tungsten metal. At the softening temperature then used, high pressure is not necessary. The temperature for any subsequent thermal treatment depends on the choice of the auxiliary metal or the melting point of the auxiliary metal mixture. When using iron or nickel as an auxiliary metal, the temperature range from 1000 to 1200 C is very suitable for thermal post-treatment for the purpose of homogenization.
In the drawing, an example embodiment of a device for performing the method according to the invention is shown, u. Between shows: FIG. 1 schematically the device in front view, FIG. 2 a partial side view of the same. 3 shows a section along the line AB in FIG. 1, FIG. 4 shows the side view of the profile roller of the device, FIG. 5 shows a partial view of the finished hard body ring, FIG. 6 shows the view of one of the workpieces obtained from the ring and FIG. 7 shows a tool turning stylus provided with the hard body according to the invention.
In the illustrated embodiment, the base for receiving the thin layers is not a flat plate, but a (rotating) ring with a rectangular cross-section made of iron, nickel, carbon, graphite, molybdenum or another high-boiling metal. The ring a has lateral holes b,
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z. B. by electrical resistance heating in such a way that the ring a is arranged as a resistor between current-carrying brushes o, p (e.g. for a ring about 20 cm in diameter and 20 cm wide: m current of 20 volts and 1500 Amp. Required).
Preferably at the lowest point of the ring a there is arranged a profiled roller 1n, m1 which acts on its inside and which works under pressure and which cooperates with a counter roller n. With reference
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the lower end of the discharge pipe il of a funnel i, which is located below a rotating sieve drum lt, which contains the powder mixture to be processed.
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The device works as follows:
The powder mixture to be processed comes from the sieve drum h via the funnel t (the discharge pipe of which has a rectangular cross section corresponding to the width of the ring a according to FIG. 3) onto the inner surface of the rotating ring a and is fixed here by the pressure roller m, mi.
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Inert gas filling arranged (not shown). The heating of the rotating ring a could, for. B. also be done by a jet flame.
The powder mixture to be processed can also be applied hot instead of in the cold state. If necessary, the powder could be sprayed hot by a suitable device onto the inner ring surface by means of a compressed gas, layer by layer, in which method the ring (the base) could also be unheated.
A further advantage of the method according to the present invention consists in the possibility of the automatic production of hard body pieces and in the elimination of the use of hydraulic presses for the production of the hard body compacts. Because the use of hydraulic
Pressing is difficult, cumbersome and, due to the necessary operation, expensive to operate.
PATENT CLAIMS:
1. Process for the production of hard metal alloys from carbides, nitrides or mixtures of these, optionally with the addition of metals or metalloids and occasionally admixture of
Hard bodies such as silicon carbide, artificial corundum, diamond and the like. The like. As an inclusion material, characterized in that the mixture of the alloy components in the highly heated state in individual thin
Layers, advantageously in a protective gas atmosphere, such as luminous gas, hydrogen or in a vacuum or alternately in a protective gas atmosphere and vacuum on a base of iron, tungsten, carbon and the like. Like. Pressed on top of each other and the finished body is either detached from the base or used welded to it.