<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zur Erzielung eines feinkörnigen Gefüges von gegossenem Molybdän oder Wolfram
Die Erfindung betrifft die hochschmelzenden Metalle Molybdän und Wolfram.
Hochschmelzende Metalle werden auf Grund ihrer Widerstandsfähigkeit (Beständigkeit) gegenüber hohen Temperaturen verwendet, d. h. sie behalten ihre strukturelle Festigkeit und Dimensionsstabilität bei hohen Temperaturen in einem grösseren Ausmass als gewöhnliche Stoffe. Indessen bestehen beim Ar- beiten mit Wolfram und Molybdän Schwierigkeiten bei der Verarbeitung dieser Metalle. Wenn der Versuch gemacht wird, die Form eines Stückes von Molybdän oder Wolfram zu verändern, wird das Verfahren durch die Grobkörnigkeit des Materials ausserordentlich schwierig, und sogar bei sehr hohen Temperaturen werden nur unbedeutende Erfolge erzielt. Die Erfindung schafft eine Lösung des Problems, diese
Metalle mit sehr feinkörnigem Gefüge und ausreichend duktilem Zustand zu erhalten, um sie viel leichter wie vordem möglich zu verarbeiten.
Es wurde gefunden, dass Wolfram und Molybdän in ausserordentlich feinkörnigem Zustand hergestellt werden können, indem in die Metalle eine geringe Menge Bor einverleibt wird.
Demgemäss schafft die Erfindung ein Verfahren zur Erzielung eines feinkörnigen Gefüges von Molybdän oder Wolfram, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass 0, 01 - 0, 3 Gel.-% Bor dem Metall zugefügt werden, die Mischung im Vakuum geschmolzen und erstarren gelassen wird.
Die bevorzugte Menge des zuzusetzenden Bors beträgt 0, 08 - 0, 2 Gel.-%. Die optimale Menge beträgt 0, 1 Gew, -0/0.
Grobkörnige Metalle zeigen anisotrope Eigenschaften, d. h. ihre physikalischen Eigenschaften variieren, wenn sie in den verschiedenen Richtungen einer Probe des Materials gemessen werden. Diese Eigenschaft ist im allgemeinen bei Materialien für den Handelsgebrauch nicht wünschenswert. Nach der Erfindung hergestellte Metalle zeigen infolge des feinen Korns in hohem Masse angenähert gleichförmige Eigenschaften nach allen Richtungen. Die daraus resultierende Gleichförmigkeit der Eigenschaften ist für die Verwendung als Konstruktionsmaterial ein grosser Vorteil.
Ein besonderes Ziel der Erfindung ist es, die Korngrösse der hochschmelzenden Metalle Molybdän und Wolfram im Anfangsstadium, d. h. Gussstadium, zu verringern und hiedurch eine leichtere und gleichförmige Verarbeitung des Metalls zu den gewünschten Formen zu gestatten. Es soll betont werden, dass dieses Ziel durch die Erfindung dadurch erreicht wird, dass eine kleine Menge von Bor hinzugefügt wird ; es findet jedoch keine wesentliche Veränderung im Grundmetall statt, soweit es seine wünschenswerten Eigenschaften betrifft.
Gemäss einem bevorzugten Verfahren der Erfindung wird das zu behandelnde Metall zunächst fein zerteilt und fein zerteiltes Bor wird gleichförmig damit gemischt. Die Teilchengrösse der Stoffe ist kein kritisches Merkmal und einfaches Handmischen erzeugt eine ausreichende Vermischung. Die Mischung wird dann unter Vakuum auf eine geringfügig über dem Schmelzpunkt liegende Temperatur erhitzt. Nach dem Schmelzen wird die Mischung abkühlen gelassen. Nach dem Abkühlen wird das behandelte Metall in einem Zustand gewonnen, welcher eine sehr geringe Korngrösse zeigt. Infolge der geringen Korngrösse des behandelten Materials ist es viel leichter zu verarbeiten als das unbehandelte ursprüngliche Material.
Das hier verwendete Wort"Verarbeiten"bezieht sich auf jede beliebige Massnahme, bei welcher Druck ausgeübt wird, um die Form des Objektes zu verändern. Es umfasst solche Operationen, wie Schmieden, Walzen, Pressen (Ziehen) und Hämmern, und es umfasst gleichfalls Schweissen.
<Desc/Clms Page number 2>
Die Schmelzoperation muss nicht in einer besonderen Art und Weise ausgeführt werden. Die üblichen
Lichtbogen-Schmelzverfahren können verwendet werden. Der Elektronenstrahlofen kann gleichfalls zur
Schmelzung verwendet werden und wird bevorzugt.
Der Schmelzvorgang erfolgt unter Vakuum. Das Vakuum ist aus verschiedenen Gründen erforderlich.
Bei den verwendeten Temperaturen würden die Metalle mit jedem gegebenenfalls anwesenden Sauerstoff,
Stickstoff, Wasserstoff oder Kohlenwasserstoffen reagieren. Wenn ein Versuch gemacht wird, ein inertes
Gas, wie Helium oder Argon, zu verwenden, wird man finden, dass im allgemeinen die handelsüblich er- hältlichen inerten Gase nicht ausreichend rein sind. Die geringsten Mengen an Verunreinigungen, insbe- sondere Sauerstoff, den sie enthalten, schaffen Schwierigkeiten. Jedoch auch bei Verwendung von reinen
Inertgasen werden keine zufriedenstellenden Ergebnisse erhalten. Daher erfordert die Durchführung dieses
Verfahrens die Verwendung eines Vakuums, vorzugsweise eines Vakuums von 100 Mikron Quecksilber oder geringer.
Es kann entweder kristallines Bor oder amorphes Bor im erfindungsgemässen Verfahren verwendet wer - den. Etwas an Bor wird in der Mischung im Verlauf des Schmelzverfahrens verloren ; infolge der Schwie- rigkeit der Analyse ist die Verlustmenge nicht bekannt.
Es ist nicht notwendig, dass das Bor in Form des freien Elementes hinzugefügt wird. An Stelle des elementaren Bors kann Borcarbid verwendet werden, obwohl man in diesem Falle darauf achten muss, dass nicht zuviel Kohlenstoff hinzugefügt wird. Es ist auch möglich, die Boride der hochschmelzenden Me- talle als Quelle des Bors zu verwenden.
Es ist ein besonderer Vorteil der Erfindung, dass die feinkörnigen behandelten Metalle diese Feinkör- nigkeit sogar nach einem Umschmelzen behalten. Diese Fähigkeit, die Feinkörnigkeit auch beim Um- schmelzen zu behalten, konnte vordem mit Molybdän oder Wolfram nicht erreicht werden. Ein besonders vorteilhaftes Beispiel liefert die Erfindung im Falle des Molybdäns. Unter Anwendung der Erfindung ist es möglich, feinkörniges Molybdän in schweissbarem Zustand zu erhalten. Ein solches Material wurde nie- mals vordem gewonnen.
Es ist notwendig, dass zumindest 0,01 Gew.-lo Bor dem Metall vor dem Schmelzen zugesetzt wer- den, um die erfindungsgemässen Effekte zu beobachten. Es ist jedoch ausserordentlich überraschend, dass bei zu grosser Zugabe, d. h. über 0,3 Gew. -Ufo. die Wirkung sich ins Gegenteil zu verkehren neigt, und wieder ein'grobkörniges Gefüge erhalten wird. Eine Verminderung der Korngrösse im Gussmaterial wird erhalten ab einer Zugabe von 0,01 Gew.-o an Bor. Die Korngrössenverminderung ist am meisten ausgeprägt zwischen 0, 08 Gew.-o und 0,2 Gew.-% Bor.
Die durch die Zugabe von Bor erhaltenen feinkörnigen Materialien können durch die bestehenden Verarbeitungstechniken viel leichter als die vordem üblichen Stoffe ohne Bor verarbeitet werden.
Vor der Erfindung hatten die Verarbeiter von Molybdän und Wolfram grosse Schwierigkeiten mit der Verarbeitung dieser Metalle infolge der Grobkörnigkeit des gegossenen Materials. Die Verminderung der Korngrösse ist auch infolge der dem grobkörnigen Material innewohnenden mechanischen Schwäche wünschenswert. Frühere Methoden, die Korngrösse herabzusetzen, erforderten viel Mühe und teure Vorrichtungen. Darüber hinaus zeigten alle nach diesen vordem bekannten Methoden erhaltenen Materialien den Nachteil, dass nach Umschmelzen des Metalls abermals ein grobkörniges Gefilge erhalten wurde. Sogar nach Wiedererhitzen auf Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes zeigte das Material der früheren Technik eine Vergröberung des Kornes. Dies ist eine scharfe Unterscheidung zwischen der Erfindung und der vordem üblichen Technik.
Insbesondere wurde im Falle des Schweissens von Molybdän dieser Unterschied festgestellt.
Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung.
Beispiel l : 100 g Wolfram-Metall wurde zu einer Tablette von ungefähr 6,5 cm Durchmesser und 6 mm Dicke gepresst. Diese Tablette wurde in einem Elektronenstrahlofen geschmolzen, indem sie einer Temperatur vonungefähr4000 C in einem Vakuum von 0, 01 Mikron unterworfen wurde. Um die Homogenität des Materials zu gewährleisten, wurde die geschmolzene Probe abkühlen gelassen und dann zwei weitere Male abermals geschmolzen und abgekühlt. Am Ende dieser Operation konnte man feststellen, dass ungefähr 4 Kristalle die Oberfläche der Tablette einnahmen. Die durchschnittliche Kristallgrösse war ungefähr 1 cm im Durchmesser.
Zur Gegenüberstellung mit den obigen Ergebnissen wurde das erfindungsgemässe Verfahren angewandt.
100 g Wolframpulver der Grösse zwischen 0, 044 - 0, 050 mm wurde von Hand aus mit 1/10 g kristallinem Bor gleichfalls zwischen 0, 044 - 0, 050 mm Teilchengrösse vermischt. Die Mischung wurde zu einer Tablette gepresst und in der gleichen Weise im Elektronenstrahlofen behandelt. Am Ende der Operation zeigte die Oberfläche der Tablette eine Kristallstruktur, in welcher der durchschnittliche Kristall einen Durchmesser von ungefähr 0,04 mm besass.
<Desc/Clms Page number 3>
Die wie oben im ersten Absatz dieses Beispiels hergestellte Kontrollprobe wurde unter ein Hammerwerk genommen, wo sie in einem gasgeheizten Ofen auf ungefähr 6500C erhitzt wurde. Sie wurde dann einem einzigen Schlag eines Fall-Schmiedehammers ausgesetzt. Auf den Schlag mit dem Hammer zerbrach die Tablette in viele kleine Stücke. Im Gegensatz zu diesem Verhalten liess sich die gemäss der Erfindung wie im zweiten Absatz beschrieben hergestellte Probe zu SOlo ihrer Dicke nach mehreren Schlägen ausschlagen. Soweit bekannt, konnte niemand vordem Wolfram nach Erhitzen auf nur 6500C bearbeiten.
Beispiel 2 : Das Verfahren von Beispiel 1 wurde wiederholt, mit der Änderung, dass an Stelle von Wolfram Molybdän verwendet wurde. In gleicher Weise waren die Ergebnisse überraschend. Die Kontrolltablette von Molybdän enthielt Körner von ungefähr 6 mm im Durchmesser, wogegen die Körner des Bor enthaltenden Molybdäns zu klein waren, um mit blossem Auge sichtbar zu sein. Bei Prüfung der Proben mit einem Schmiede-Fallhammer bei 6500C zerbrach die unbehandelte Molybdän-Tablette gleich beim ersten Schlag in eine grosse Anzahl von Stücken, wogegen die behandelte Tablette ungefähr 300/0 ihrer Dicke verlor, bevor ein Abbröckeln der Ecken begann. Es muss auch bemerkt werden, dass die gemäss der Erfindung mit 0, l Gew.-% Bor hergestellte Molybdänprobe geschmolzen und umgeschmolzen wurde und dennoch nach Abkühlung zum Festzustand minimale Korngrösse zeigte.
Beispiel 3 : Es wurde eine Anzahl von Wolfram-Pillen, wie in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt
EMI3.1
Borgehalt über 0,3 anstieg, zeigte sich, dass die Korngrösse abermals zunahm.
In gleicher Weise wurde der Versuch mit einer Serie von Molybdän-Tabletten wiederholt u. ähnl.
Ergebnisse beobachtet.
Beispiel 4 : Das Verfahren nach Beispiel 2 wurde wiederholt mit der Änderung, dass 0, 125 g Borcarbid an Stelle der 0, 1 g Bor verwendet wurde. Ähnlich günstige Resultate wurden erhalten.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Erzielung eines feinkörnigen Gefüges von gegossenem Molybdän oder Wolfram, dadurch gekennzeichnet, dass Molybdän bzw. Wolfram nach Zusatz von 0,01 bis 0,3 Gew.-% Bor in Vakuum geschmolzen und dann erstarren gelassen wird.