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Gesinterte Hartmetall-Legierung.
Die Erfindung betrifft die Verwendung von Titansubkarbid TIP. C mit etwa 10 bis 14%, vornehmlich 11% Kohlenstoff für gesinterte harte Metallegierungen.
Es sind Titankarbidlegierungen bekanntgeworden, die alle das Titankarbid in seiner kohlenstoffreichsten Form TiC mit 20% Kohlenstoff enthalten. Aus dem vorhandenen Schrifttum ist bisher nur dieses Karbid bekanntgeworden, und alle diesbezüglichen Arbeiten gründen sich auf dieses. Auf Grund ausführlicher Arbeiten muss nun angenommen werden, dass neben dem kohlenstoffreichen Titanmonokarbid
TiC mit 20% Kohlenstoffgehalt auch noch ein Subkarbid Ti2c mit 11-1% Kohlenstoff bestehen muss, wenn es auch schwierig ist, nachzuweisen, dass dieses Karbid in einheitlicher Form vorliegt, oder ob es sich in diesem Falle um ein Gemisch niedriger gekohlter, ungesättigter Titankarbide handelt.
Jedenfalls hat es sich gezeigt, dass der erzielte Erfolg nur dann vollkommen ist, wenn ein Titankarbid mit einem
Kohlenstoffgehalt zwischen 10 und 14% zur Anwendung kommt. Als besonders günstig und auch genau der Formel Ti2c entsprechend hat sich ein Kohlenstoffgehalt von 11-1% erwiesen. Der Kohlenstoffgehalt kann aber, ohne die Güte des Erzeugnisses wesentlich zu mindern, zwischen 10 und 14% schwanken. Durch die bisher bekanntgewordenen Titankarbidlegierungen mit Titanmonokarbid als wesentlich verbessernden Faktor der Legierungen wurde wohl eine überraschende Härtesteigerung auf dem Gebiete der Hartmetallegierungen erreicht, jedoch zeigten diese titanlegierten Hartmetalle eine so grosse Sprödigkeit, dass dadurch ihr Verwendungsgebiet stark eingeschränkt blieb.
Gemäss der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass durch ein niedriger gekohltes Titansubkarbid alle bestehenden Mängel beseitigt werden können und sich damit ein auf dem Gebiete der Werkstoffbearbeitung überlegenes Hartmetall erzielen lässt.
Bei der Anwendung des Titansubkarbides spielt nicht allein der geringere Kohlenstoffgehalt eine Rolle, sondern es ist auch seine Herstellungsweise von ausschlaggebender Bedeutung. Das Titanmonokarbid TiC wird im allgemeinen so hergestellt, dass es entweder durch einmaliges hohes Brennen bei mindestens 20000aus dementsprechenden Oxyd-Kohle-Gemisch gebildet wird oder auch durch einen mehrmaligen Brennprozess zwischen 1500 und 17000 stufenweise vorkarburiert und zuletzt bei etwa 20000 fertigkarburiert wird unter so viel Kohlenstoffzugabe, bis sich das gewünschte TiC mit 20% Kohlenstoff gebildet hat.
Bei der Herstellung von Titansubkarbid mit etwa 10 bis 14% Kohlenstoffgehalt wird nun z. B. so verfahren, dass ein innig vermahlenes Gemisch von 100 g Titandioxyd und 40 g feinstem Lampenruss in einem Kohlerohrwiderstandsofen unter Wasserstoffschutzgas mehrmals stufenweise gebrannt wird, u. zw. bei der ersten Brennung mit 1450 C beginnend und bei jeder weiteren Brennung um jeweils 1000 C steigernd bis 1750 C, bis sich ein völlig einheitlicher Pulverkuchen von blaugrauer Farbe gebildet hat.
Die Endtemperatur von 17500 C darf nicht wesentlich überschritten werden, da sich sonst in der Aussenzone des Pulverkuchens die Bildung von TiC vollzieht und sich im Innern des Pulverkuchens ein entkohlter braunroter Kern bildet. Die Herstellung von Titansubkarbid muss also bei wesentlich tieferer Temperatur als bei der von TiC erfolgen.
Die in mehreren Brennprozessen sich stufenweise steigernde Karburierungstemperatur von 1450 bis 17500 C ist nicht unbedingt zur Herstellung von Titansubkarbid erforderlich, sie stellt unter andern Verfahrensmöglichkeiten nur ein Beispiel dar.
Den Hauptgegenstand vorliegender Erfindung bildet nicht das Verfahren zur Herstellung von Titansubkarbid, sondern dessen Verwendung für harte Metallegierungen. Die Bildung von Titansubkarbid kann auch z. B. durch einen einzigen Erhitzungsvorgang von längerer Dauer oder durch gasförmige Karburierung erreicht werden. Die stufenweise Temperatursteigerung in mehreren Brennprozessen verfolgt den Zweck, dass ein Kornwachstum bei der Karbidbildung vermieden bleibt und dadurch ein weiches, feinmehliges, amorphes Karbidpulver erhalten wird.
Das auf diese Weise hergestellte Titansubkarbid mit 10 bis 14%, vorzugsweise mit 11% Kohlenstoff wird zur Erzeugung von dichten, harten Formstücken mit oder ohne Zusatz anderer harter Körper mit niedriger schmelzenden Hilfsmetallen, vornehmlich der Eisengruppe, im Pulverzustand innig vermischt, zu Körpern gepresst und bis zur Sinterung erhitzt.
Die niedriger schmelzenden Hilfsmetalle können 5 bis 30% betragen. Als besonders vorteilhaftes Hilfsmetall haben sich Nickel und Kobalt oder auch deren Berylliumlegierungen mit etwa 2 bis 7% Beryllium erwiesen. Unter den Berylliumlegierungen ist auch Kupfer-Beryllium oder Kupfer-Nickel-Beryllium mit 2 bis 7% Beryllium als Bindemittel gut geeignet. Als weitere zusätzliche hoch schmelzende Bindemetalle können neben den niedriger schmelzenden Hilfsmetallen von 5 bis 30% auch die Elemente der Chromgruppe (Cr, Mo, W), u. zw. bis zu einem Gehalt von 45%, in Anwendung kommen. Aus den fertigen Sinterlegierungen ist jedoch nicht mehr zu ersehen, in welcher Form die Metalle der Chromgruppe vor-
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liegen.
Sie können sowohl mit den Hilfsmetallen legiert oder als freies Metall oder auch als Karbide in der Legierung enthalten sein, dadurch nämlich, dass sie dem Titansubkarbid teilweise Kohlenstoff entziehen, so dass auf diese Weise auch freies Titan in der Legierung enthalten sein kann.
Das Titansubkarbid ist teilweise durch andere harte Körper, wie etwa Vanadiumkarbid, Tantal- karbid, Bor oder Borkarbid, Zirkonkarbid und die Karbide der Chromgruppe oder durch Nitride der genannten Stoffe ersetzbar mit der Massgabe, dass der Titansubkarbidgehalt nicht unter 8% sinken darf.
Es hat sich z. B. gezeigt, dass das Titansubkarbid in Verbindung mit den Karbiden der Chrom- gruppe und den Hilfsmetallen der Eisengruppe eine wesentliche Verbesserung der bekannten Schneid- metalle schon ergibt, wenn sein Gehalt bei etwa 8% liegt. Die auch schon in kleineren Anteilen hervor- tretende Wirkung des Titansubkarbides erklärt sich aus seinem geringen spezifischen Gewicht und dem verhältnismässig hohen Volumenanteil gegenüber dem spezifisch schweren Wolframkarbid. Das Titan- subkarbid ist demnach in den Legierungen vorliegender Anmeldung auch dann noch als der grundlegend wichtige wirksame Bestandteil zu betrachten, wenn sein Gewichtsanteil in weitaus geringeren Prozent- gehalten als alle übrigen Stoffe in Erscheinung tritt.
Der Gewichtsanteil des Titansubkarbides kann in den Legierungen gemäss vorliegender Anmeldung 8 bis 95%, zweckmässig mehr als 20% betragen. Von den Karbiden der Chromgruppe haben sich Molybdänkarbid und Wolframkarbid besonders bewährt.
Vorteilhaft werden entsprechend dem Titansubkarbid die kohlenstoffärmeren Karbide MoC mit etwa 6% Kohlenstoffgehalt und wie mit etwa 3% Kohlenstoffgehalt gewählt.
Der technische Fortschritt in der Verwendung von Titansubkarbid für Hartmetalle liegt in der Er- kenntnis, dass dieses den Hartlegierungen eine bedeutend gesteigerte Härte verleiht und neben dieser hohen Härte die Zähigkeit der Sehneidmetalle nicht so sehr vermindert, wie dies bei Verwendung von
Titanmonokarbid erfolgt. Diese Tatsache kann dadurch erklärt werden, dass die Kittmasse in den gesinterten Körpern, die aus den leichter schmelzenden Hilfsmetallen und aus weggelösten Karbidteilen besteht, durch die Aufnahme von weniger Kohlenstoff zäher wird. Ein weiterer Vorteil in der Verwendung von Titansubkarbid liegt in der weniger schwierigen, bei tieferer Temperatur erfolgenden Karbidbildung und leichterer Vermahlbarkeit des weniger zusammengebrannten Pulverkuchens.
Die verschiedenen Karbide werden zweckmässig einzeln hergestellt und dann in entsprechenden Anteilen innigst gemischt. Das gewünschte Karbidgemisch lässt sich aber auch durch gemeinsame Karburierung aus dem Oxydgemisch herstellen, wobei aber die Karburierungstemperatur vorsichtig nur so weit gesteigert werden darf, etwa bis 16500 C, dass ein nur leicht gefritteter Pulverkuchen entsteht, damit einerseits ein Kornwachstum und anderseits die Bildung homogener Mischkarbide vermieden bleibt.
Die Karbidmischung wird nach der innigen Vermahlung mit den pulverförmigen Hilfsmetallen zu Formkörpern gepresst und anschliessend einem Sinterungsvorgang unterworfen. Zum Schutze vor Aufkohlung während des Sinterungsprozesses werden die Formstücke zweckmässig auf eine Wolframunterlage gelegt.
Zur Verdichtung der gesinterten oder getränkten titanhaltigen Hartmetallegierungen können diese bei erhöhter Temperatur einer mechanischen Bearbeitung durch Schmieden, durch mehrere Schläge oder Pressen unterworfen werden. Zu diesem Zwecke werden die HartmetaIIstücke nach dem Sintern bei Sinterungstemperatur zwischen hoch erhitzten Wolframplatten einer kurzen, aber kräftigen Stauchung oder Schmiedung durch mehrere Schläge unterworfen.
Gegenstand der Erfindung sind z. B. nachstehende Ausführungsbeispiele :
EMI2.1
<tb>
<tb> L <SEP> IL <SEP> IIL <SEP> IV.
<tb>
85 <SEP> 0% <SEP> Ti2C <SEP> 46% <SEP> Ti2C <SEP> 46% <SEP> Ti2C <SEP> 8% <SEP> Ti2C
<tb> 7-5% <SEP> Ni <SEP> 20% <SEP> WC <SEP> 30% <SEP> WC <SEP> 70% <SEP> WC
<tb> 7-5% <SEP> Co <SEP> 20% <SEP> M02C <SEP> 10% <SEP> W <SEP> 12% <SEP> MoC
<tb> 14% <SEP> Ni <SEP> 14% <SEP> Ni <SEP> 10% <SEP> Co
<tb>
PATENT-ANSPRÜCHE :
1.
Gesinterte Hartmetallegierung, die neben Titan in Karbidform noch Karbide der Chromgruppe oder andere Hartkörper enthalten kann, mit einem Zusatz von 5 bis 30% nieder schmelzender Hilfsmetalle und gegebenenfalls einem weiteren bis zu 45% betragenden Zusatz von hoch schmelzendenmetallen (Cr, W, Mo), dadurch gekennzeichnet, dass die in einer Menge von 8 bis 95%, vorzugsweise über 20% vorhandene Titankarbidkomponente einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 14%, vorzugsweise 11% aufweist, also annähernd der Formel TiC (Titansubkarbid) entspricht.