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Verfahren zur Herstellung von gesinterten Hartlegierungen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gesinterten Hartlegierungen, die mindestens zwei verschiedene harte Bestandteile und als Bindemittel ein Metall, eine Legierung oder eine feste Lösung enthalten.
Es gibt eine grosse Zahl von gesinterten Hartlegierungen, die aus zwei oder mehreren harten Bestandteilen, im allgemeinen Karbiden, in beliebigen Mengenverhältnissen zusammengesetzt sind.
Man hat beispielsweise schon Legierungen aus zwei Wolframkarbiden, WC und W2C, und auch bereits Zusammensetzungen auf der Grundlage eines oder zweier Wolframkarbide und von Titan-oder Tantalkarbid und ähnlich zusammengesetzte Legierungen vorgeschlagen. In der Regel werden diese gesinterten Legierungen durch Zusammenmischen der Gesamtheit der harten Bestandteile mit der Gesamtheit der Hilfsbestandteile erhalten, für welche im allgemeinen die Metalle oder Legierungen der Eisengruppe, z. B. Kobalt, Nickel, verwendet werden. Häufig werden die pulverförmigen Bestandteile längere Zeit in einem geschlossenen Apparat, beispielsweise in einer : Kugelmühle, zerrieben und das erhaltene Gut wird dann verdichtet und durch die Einwirkung einer hohen Temperatur gesintert. Das Sintern kann nach dem Verdichten oder gleichzeitig damit geschehen.
Dieses allgemeine Verfahren, welches den-Vorteil hat, einfach zu sein, befriedigt nicht immer.
Es kann nämlich leicht der Fall eintreten, dass die harten Bestandteile ungleiche Adsorptionsfähigkeit gegenüber dem durch ein Metall oder eine Legierung gegebenen Bindemittel aufweisen. Der adsorptiv wirksamste Bestandteil bewirkt dann zum Schaden der weniger wirksamen Bestandteile eine kräftige Fixierung des Bindemittels, z. B. der dafür vorgesehenen Legierung. Infolgedessen wird die Zähigkeit und der Zusammenhalt der als Endprodukt sich ergebenden Legierung ungünstig beeinträchtigt.
Diesem Übelstand wird nach der Erfindung bei der Herstellung von Hartlegierungen mit mindestens zwei harten Bestandteilen und leichter schmelzbaren, als Bindemittel dienenden Hilfsmetallen
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Hilfsmetall oder eine Hilfslegierung durch Adsorption fixiert und die so erhaltenen Produkte nach inniger Mischung in bekannter Weise sintert.
Durch das Verfahren nach der Erfindung erhält man eine Hartlegierung, bei welcher die Körner jedes Hartbestandteiles miteinander durch eine Schicht aus Hilfsmetall oder Hilfslegierung verbunden sind, deren äusserste Atome durch den betreffenden Hartbestandteil fixiert sind. Zwischen diesen äussersten Schichten ist eine mehr oder weniger homogenisierte Hilfslegierung verteilt, die durch die beim thermischen Vorgang des Sinterns erfolgende augenblickliche gegenseitige Diffusion der Hilfsbestandteile entstanden ist. Die erfindungsgemäss erzeugte Hartlegierung weist infolgedessen ein besonderes und vorteilhaftes Gefüge von festem Zusammenhalt und grosser Zähigkeit auf.
Man kann an jedem der Hartbestandteile das gleiche Hilfsmetall bzw. die gleiche Hilfslegierung oder auch voneinander verschiedene Hilfsmetalle bzw. Hilfslegierungen in einem der Adsorptionsfähigkeit der Hartbestandteile für die betreffenden Hilfsmetalle bzw. Hilfslegierungen entsprechenden Verhältnis adsorbieren. Im allgemeinen wird aber ein einziges Hilfsmetall bzw. eine einzige Hilfslegierung nicht gleich gut durch die verschiedenen harten Bestandteile fixiert. Man wird daher meist mit Vorteil an jedem harten Bestandteil ein besonderes Hilfsmetall bzw. eine besondere Hilfslegierung fixieren. Beispielsweise kann eine Zerreibung in einer Kugelmühle getrennt für jeden Hartbestandteil mit der zugehörigen, durch ihn zu adsorbierenden Menge Hilfsmetall oder Hilfslegierung in Pulverform ausgeführt werden.
Anderseits kann im Verlauf des die Legierungsherstellung abschliessenden Sinterns jedes dieser einzelnen Metalle oder jede dieser einzelnen Legierungen auf die anderen Hilfsmetalle oder Hilfslegierungen einwirken.
Erfindungsgemäss kann man auch solche Hilfsmetalle bzw. Hilfslegierungen verwenden, welche beim Sintern des Gemisches miteinander feste Lösungen bilden. Dies bietet den Vorteil, dass die Atome eines bestimmten Metalls, die durch einen harten Bestandteil adsorbiert worden sind, trotz der gegenseitigen, die feste Lösung ergebenden Diffusion der Hilfsmetalle adsorbiert bleiben. Die Zähigkeit und der Zusammenhalt der Hartlegierung erfährt daher eine günstige Steigerung.
Im einzelnen kann das Verfahren der Erfindung beispielsweise wie folgt ausgefürt werden : Es sei Wolframkarbid WC mit Titankarbid TiC und einer festen Hilfslösung zu sintern ; der Versuch zeigt, dass Wolframkarbid kräftig fixierend auf Kobalt wirkt, während Titankarbid besser Nickel fixiert. Es wird daher im feingepulverten Zustand einerseits die Gesamtheit des Wolframkarbids und die für die endgültige Legierung erforderliche Menge Kobalt und anderseits die Gesamtmenge des Titankarbids und die mindestens zu seiner getrennt en Agglomeration notwendige Menge Nickel gemischt.
Es lassen sich gute Ergebnisse dadurch erzielen, dass man einerseits 75-97 Gewichtsteile Wolfram-
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karbid mit 25-3 Teilen Kobalt und anderseits 75-92 Gewichtsteile Titankarbid mit 25-8 Gewichtsteilen Nickel mischt.
Jedes dieser aus zwei Bestandteilen zusammengesetzten Gemische wird einer kräftigen Reibungsund Zerkleinerungswirkung, z. B. durch längeres Zerreiben in einer luftdicht abgeschlossenen Kugelmühle auf trockenem Wege oder in Gegenwart einer keine chemische Wirkung auf die Bestandteile ausübenden Flüssigkeit, unterworfen. Auf Grund dieser Zerreibungswirkung wird das Nickel an dem
Titankarbid und das Kobalt an dem Wolframkarbid fixiert. Man mischt dann die beiden erhaltenen
Pulver, was sich verhältnismässig leicht ausführen lässt, weil das Gleiten des Nickels auf dem Kobalt sich ungefähr ebenso leicht vollzieht wie das Gleiten des Nickels auf dem Nickel oder des Kobalts auf dem Kobalt. Wenn die vollständige Homogenisierung erreicht ist, verdichtet man die Masse unter einem Druck von mehreren, z.
B. 4-6, Tonnen auf den Quadratzentimeter und härtet durch Sintern in neutraler oder reduzierender Atmosphäre zwischen 1250 und 15000 C.
Die Sinterungsdauer muss um so länger sein, je niedriger die gewählte Temperatur ist. Es ist vorteilhaft, dass die Sinterungsbedingungen dem Kobalt und dem Nickel eine gegenseitige Diffusion ermöglichen, um eine ungefähr homogene feste Lösung zu erhalten, aber dies ist keine unbedingt notwendige Forderung. Die Erfahrung hat gezeigt, dass die Zähigkeit und der Zusammenhalt des erzeugten Produktes befriedigend bleibt, selbst wenn die feste Lösung nicht im vollkommensten Zustande erhalten wird, ja sogar wenn sie kaum eingeleitet ist.
Ein besonderes vorteilhaftes Ausführungsbeispiel für eine zähe, wirksam zusammenhaltende Legierung ist eine Zusammensetzung von 90-95 Gemischgewichtsprozenten Wolframkarbid und Kobalt mit 10-5 Gewichtsprozenten Titankarbid und Nickel. Für diese besonderen Zusammensetzungen ist es, wie festgestellt worden ist, von Bedeutung, dass das Gemisch von Wolframkarbid und Kobalt zwischen 8 und 6 % Kobalt enthält, während es für das Gemisch von Titankarbid und Nickel sich empfiehlt, einen Gehalt an Nickel von etwa 12-18 % vorzusehen.
Das Sintern kann auch in zwei oder mehreren Stufen erfolgen, indem man der Legierung nicht gleich ohneweiters ihre ganze Zähigkeit verleiht, sondern eine Bearbeitung oder Streckung der Legierung vor der Ausführung der endgültigen Sinterung bei der Höchsttemperatur vornimmt.
Man kann das Sintern auch gleichzeitig mit dem Verdichten bewirken, indem man beispielsweise die Masse einem Druck von 50-100 kg auf den Quadratzentimeter und ausserdem einer Temperatur von 1200-1500 C unterwirft. In diesem Falle bleibt die gesamte Sinterungsdauer unter einigen Minuten.
Das Verfahren der Erfindung ist auch auf Legierungen anwendbar, die aus noch mehr Bestandteilen zusammengesetzt sind. Wenn es sich beispielsweise um drei harte Bestandteile handelt, kann man sie nach Belieben je nach ihrer Natur mittels einer, zweier oder dreier Legierungen oder Metalle fixieren, die als Bindemittel dienen. Die Arbeitsweise der Erfindung gestattet somit auch, Gemische von zwei Wolframkarbiden mit Tantalkarbid oder Titankarbid sowie auch Gemische von Wolframkarbid oder Wolframkarbiden WC, von Tantalkarbid TaC und von Niobkarbid NbC usw. zusammenzuballen.
Die Praxis hat gezeigt, dass durch die Verwendung des Verfahrens der Erfindung die Widerstandsfähigkeit und Festigkeit der darnach hergestellten Platten und Plättchen, wenn man sie Biegungsversuchen aussetzt, um 30-70% gesteigert wird. Der Hauptvorteil dieses Verfahrens liegt aber in der höheren Stossfestigkeit, welche die aus Legierungen nach der Erfindung hergestellten Werkzeuge und Arbeitsgeräte aufweisen.
PATENT-ANSPRUCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von gesinterten Hartlegierungen mit mindestens zwei harten Bestandteilen und leichter schmelzbaren, als Bindemittel dienenden Hilfsmetallen oder Hilfslegierungen, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem der harten Bestandteile gesondert ein Hilfsmetall oder eine Hilfslegierung durch Adsorption fixiert wird und die so erhaltenen Produkte nach inniger Mischung in bekannter Weise gesintert werden.
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Process for the production of sintered hard alloys.
The invention relates to a method for producing sintered hard alloys which contain at least two different hard constituents and a metal, an alloy or a solid solution as a binder.
There are a large number of sintered hard alloys which are composed of two or more hard components, generally carbides, in any proportions.
For example, alloys of two tungsten carbides, WC and W2C, and compositions based on one or two tungsten carbides and titanium or tantalum carbide and alloys with a similar composition have already been proposed. As a rule, these sintered alloys are obtained by mixing together all of the hard constituents with all of the auxiliary constituents, for which in general the metals or alloys of the iron group, e.g. B. cobalt, nickel can be used. Often the powdery components are ground in a closed apparatus, for example in a ball mill, for a long time and the material obtained is then compacted and sintered by the action of a high temperature. Sintering can take place after compaction or at the same time.
This general method, which has the advantage of being simple, is not always satisfactory.
This is because it can easily happen that the hard constituents have an unequal adsorption capacity compared to the binding agent given by a metal or an alloy. The most effective adsorptive component then causes a strong fixation of the binding agent to the detriment of the less effective components, e.g. B. the intended alloy. As a result, the toughness and integrity of the final alloy are adversely affected.
According to the invention, this disadvantage is encountered in the production of hard alloys with at least two hard constituents and more easily fusible auxiliary metals serving as binders
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Auxiliary metal or an auxiliary alloy is fixed by adsorption and the products thus obtained are sintered in a known manner after intimate mixing.
The method according to the invention gives a hard alloy in which the grains of each hard component are connected to one another by a layer of auxiliary metal or auxiliary alloy, the outermost atoms of which are fixed by the hard component in question. A more or less homogenized auxiliary alloy is distributed between these outermost layers, which was created by the instantaneous mutual diffusion of the auxiliary constituents during the thermal process of sintering. The hard alloy produced according to the invention consequently has a special and advantageous structure of firm cohesion and great toughness.
The same auxiliary metal or the same auxiliary alloy or auxiliary metals or auxiliary alloys which are different from one another can be adsorbed on each of the hard constituents in a ratio corresponding to the adsorption capacity of the hard constituents for the auxiliary metals or auxiliary alloys in question. In general, however, a single auxiliary metal or a single auxiliary alloy is not fixed equally well by the various hard components. It is therefore usually advantageous to fix a special auxiliary metal or a special auxiliary alloy to each hard component. For example, grinding in a ball mill can be carried out separately for each hard component with the associated amount of auxiliary metal or auxiliary alloy to be adsorbed by it in powder form.
On the other hand, each of these individual metals or each of these individual alloys can act on the other auxiliary metals or auxiliary alloys in the course of the sintering that concludes the alloy production.
According to the invention it is also possible to use auxiliary metals or auxiliary alloys which form solid solutions with one another when the mixture is sintered. This offers the advantage that the atoms of a certain metal which have been adsorbed by a hard component remain adsorbed despite the mutual diffusion of the auxiliary metals which results in the solid solution. The toughness and cohesion of the hard alloy therefore experience a favorable increase.
In detail, the method of the invention can be carried out, for example, as follows: Let tungsten carbide WC be sintered with titanium carbide TiC and a solid auxiliary solution; the experiment shows that tungsten carbide has a strong fixing effect on cobalt, while titanium carbide fixes nickel better. In the finely powdered state, on the one hand, all of the tungsten carbide and the amount of cobalt required for the final alloy and, on the other hand, the total amount of titanium carbide and the minimum amount of nickel necessary for its separate agglomeration are mixed.
Good results can be achieved by using 75-97 parts by weight of tungsten
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carbide mixes with 25-3 parts cobalt and on the other hand 75-92 parts by weight titanium carbide with 25-8 parts by weight nickel.
Each of these two-component mixtures is subjected to a powerful friction and crushing action, e.g. B. by prolonged grinding in an airtight ball mill on the dry route or in the presence of a liquid which has no chemical effect on the constituents. Due to this frictional effect, the nickel becomes on the
Titanium carbide and the cobalt fixed to the tungsten carbide. The two obtained are then mixed
Powder, which is relatively easy to carry out because the sliding of the nickel on the cobalt is about as easy as the sliding of the nickel on the nickel or the cobalt on the cobalt. When complete homogenization is achieved, the mass is compressed under a pressure of several, e.g.
B. 4-6, tons per square centimeter and hardens by sintering in a neutral or reducing atmosphere between 1250 and 15000 C.
The sintering time must be longer, the lower the selected temperature. It is advantageous that the sintering conditions allow the cobalt and the nickel to diffuse one another in order to obtain an approximately homogeneous solid solution, but this is not an essential requirement. Experience has shown that the toughness and cohesion of the product produced remain satisfactory, even if the solid solution is not preserved in the most perfect state, even if it has hardly been introduced.
A particularly advantageous exemplary embodiment for a tough, effectively cohesive alloy is a composition of 90-95 percent by weight of tungsten carbide and cobalt with 10-5 percent by weight of titanium carbide and nickel. For these particular compositions, as has been found, it is important that the mixture of tungsten carbide and cobalt contains between 8 and 6% cobalt, while it is advisable for the mixture of titanium carbide and nickel to have a nickel content of about 12%. 18% to be provided.
The sintering can also take place in two or more stages, in that the alloy is not given its full toughness straight away, but rather the alloy is worked or stretched before the final sintering is carried out at the maximum temperature.
The sintering can also be carried out at the same time as the compaction, for example by subjecting the mass to a pressure of 50-100 kg per square centimeter and also a temperature of 1200-1500 C. In this case the total sintering time is less than a few minutes.
The method of the invention is also applicable to alloys composed of even more components. For example, if there are three hard constituents, they can be fixed at will, depending on their nature, by means of one, two or three alloys or metals that act as binders. The method of operation of the invention thus also allows mixtures of two tungsten carbides with tantalum carbide or titanium carbide as well as mixtures of tungsten carbide or tungsten carbide WC, of tantalum carbide TaC and of niobium carbide NbC etc. to be agglomerated.
Practice has shown that by using the method of the invention, the resistance and strength of the plates and platelets produced therefrom when subjected to bending tests is increased by 30-70%. The main advantage of this method, however, lies in the higher impact resistance exhibited by the tools and implements made from alloys according to the invention.
PATENT CLAIMS:
1. A process for the production of sintered hard alloys with at least two hard components and more easily meltable auxiliary metals or auxiliary alloys serving as binders, characterized in that an auxiliary metal or auxiliary alloy is fixed separately to each of the hard components by adsorption and the products thus obtained are more intimately Mixture can be sintered in a known manner.