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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Werkstücken aus Hartmetall, wobei die Werkstücke aus Pulver gepresst, nach dem Vorsintern auf Mass bearbeitet und fertiggesintert werden.
Die Werkstücke (Platten) aus Hartmetall werden aus Metallkarbidpulvern, vorzugsweise aus
Wolframkarbid und Kobalt, bzw. Wolframkarbid, Titankarbid, irgendein sonstiges Metallkarbid und Kobalt enthaltenden feinen Metallpulver einer Korngrösse von kleiner als 10 p sowie aus gepulverten Metallver- bindungen durch Pressen hergestellt.
Beim Pressen von Metallpulver entstehen Schwierigkeiten dadurch, dass sich die einzelnen Teilchen in grossem Mass aneinander reiben, aneinander haften und deshalb beim Einfüllen in den Hohlraum des
Werkzeuges und beim Pressen nicht "fliessen". Die in der Massenfertigung verwendeten pulver- metallurgischen Pressmaschine arbeiten-zwecks Steigerung der Wirtschaftlichkeit der Produktion - mit grosser Geschwindigkeit und hoher Hubzahl, wodurch die Forderung gestellt wird, das Pulver so schnell wie möglich in den Matrizenhohlraum einzufüllen.
Zwecks Beseitigung dieser Schwierigkeiten wird bei den bekannten Verfahren die Oberfläche der
Teilchen noch vor dem Einfüllen in den Hohlraum des Werkzeuges mit einem aus Paraffin oder irgendeiner andern Wachsart bestehenden dünnen Film überzogen. Das Paraffin bzw. die sonstigen Wachsmaterialien werden in Lösungsmitteln aufgelöst, das feine Metallpulver oder die Metallpulververbindungen in die
Lösung hineingeschüttet, die Lösung und das Metallpulver eine bestimmte Zeit lang gemischt, anschliessend wird das Lösungsmittel durch Erwärmung oder Vakuumdestillation aus der Lösung entfernt.
Das Agglomerat der auf diese Weise erhaltenen, mit dem Film überzogenen Teilchen kann gemäss den praktischen Erfahrungen besser als das Pulver ohne Film gepresst werden, es erfüllt jedoch die Forderung nach besserer Rieselfähigkeit noch immer nicht, weil die Filmdicke nicht gleichmässig, die Oberfläche nicht genügend glatt ist und die Agglomerate nicht genügend kugelartig sind. Wie Versuche gezeigt haben, verhält sich das Agglomerat nur dann in der gewünschten Weise, wenn die Filmdicke gleichmässig und seine Oberfläche glatt sind. Die im allgemeinen verwendeten Überzüge aus Paraffin und andern Wachsmaterialien sind zur Erfüllung dieser Forderung nicht geeignet.
Die mit Paraffin oder irgendeinem andern Wachsmaterial plastifizierten Agglomerate des pulverförmigen Werkstoffes sollen nach der Plastifizierung noch weiterbehandelt werden, um grosse Granalien zu erhalten, die, aufeinander rollend, gut fliessen und daher den Hohlraum der Matrize verhältnismässig schnell und in gleicher Menge ausfüllen können. Um dies zu erreichen, wird das plastifizierte Pulver mit einem spezifischen Druck zu Briketts gepresst, der kleiner ist als der Pressdruck zur Herstellung der Werkstücke. In entsprechenden Vorrichtungen werden dann die Briketts zu einem Agglomerat zerkleinert, dessen Kornspektrum eng ist. Die Herstellung der zwischen engen Massgrenzen liegenden Granalien kann auch mit dem sogenannten Atomiser erfolgen, der zur Plastifizierung verwendet wird.
Die Herstellung der Granalien mittels Brikettierung ist ein sehr aufwendiger und viel Zeit beanspruchender Vorgang, der die sonst hohe Produktivität und Wirtschaftlichkeit der auf pulvermetallurgischem Weg erfolgenden Herstellung von Werkstücken bedeutend herabsetzt. Darüber hinaus sind die Atomiser auch sehr teuer und auch explosionsgefährdet.
Bei der Herstellung der Werkstücke (Sinterteile) aus Hartmetall mit den bisher bekannten Verfahren tritt häufig die Erscheinung auf, dass das erhaltene Hartmetallwerkstück eine "1') - Phase" besitzt. Dies resultiert daraus, dass ein Teil des im Pulverwerkstoff enthaltenen Wolframkarbids während des Vorsinterns und des Fertigsinterns des aus Pulvern gepressten Werkstückes seinen Kohlenstoffgehalt verliert.
Bei den bisher bekannten Verfahren wurde das Pressstück bei Temperaturen über 800 C vorgesintert, wobei der Sauerstoffgehalt des Kobaltoxyds dadurch entfernt wurde, dass der Sauerstoff des Kobaltoxyds mit dem durchströmenden Wasserstoff Wasserdampf bildete und zusammen mit einem Teil des Kohlegehaltes des Wolframkarbids bei einer Temperatur über 6500C gleichzeitig aus dem Werkstoff entwich.
Wegen der Schrumpfung muss das Werkstück mit bedeutend grösseren Abmessungen als die gewünschten Endmasse gefertigt werden und muss in dem nach dem Vorsintern eintretenden sogenannten "Grünen" Zustand auf solche Abmessungen und eine solche Form bearbeitet werden, dass nach dem Fertigsintern des Werkstückes das Erreichen seiner gewünschten Form und Endabmessungen gewährleistet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Werkstücken aus Hartmetall zu schaffen, das die Brikettierung und Behandlung in einem Atomiser vermeidet und sowohl die Herstellung des aus Granalien der gewünschten Grösse bestehenden Pulvers durch Verwendung eines
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einfachen Schüttelsiebes als auch die Herstellung der Werkstücke ohne Bearbeitung im "Grünen" Zustand ermöglicht und die Vermeidung des"q-phasigen"Zustandes gewahrleistet.
Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren nach der Erfindung dadurch gelöst, dass das Pulver mit einer
Lösung von Polypropylen gemischt, das Lösungsmittel des Polypropylens aus dem Gemenge verdampft, das
Gemenge durch ein Sieb einer Maschenweite von 0, 37 mm hindurchgedrückt wird, die auf diese Weise entstehenden, mit einem Polypropylenfilm überzogenen Granalien in bekannter Weise in den Hohlraum eines
Presswerkzeuges gefüllt und gepresst werden, die Pressstücke in einem mit kontinuierlich strömendem
Wasserstoff durchgespülten Ofen auf eine Temperatur von 650 C erhitzt und auf dieser Temperatur 1, 5 bis 3 h gehalten, vorgesintert, sodann abgekühlt werden und das Fertigsintern der abgekühlten und auf
Endmass bearbeiteten Pressstücke in einem Induktionsvakuumofen in zwei Arbeitsvorgängen vorgenommen wird,
wobei während des ersten Vorganges aus dem den die vorgesinterten Pressstücke enthaltenden
Graphittiegel aufnehmenden Ofenraum die Luft ausgesaugt, der Ofen auf 650 C erhitzt, ihm Wasserstoff zugeführt, vom Wasserstoff kontinuierlich durchströmt und danach 1, 5 bis 3 h auf einer Temperatur von etwa 650 C gehalten wird, sodann das Durchströmen von Wasserstoff abgestellt, der im Ofen zurück- geblieben Wasserstoff abgesaugt, im Ofen Vakuum erzeugt, anschliessend der Graphittiegel mit den
Werkstücken zusammen in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Pulvers auf eine Temperatur von
1300 bis 1500 C erhitzt und danach abgekühlt wird.
Ein anderes Merkmal der Erfindung ist, dass die Granalien des Pulvermaterials mit einem aus ataktischem Polypropylen bestehenden Film überzogen werden.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die nach der Verdampfung des Polypropy- len-Lösungsmittels zurückgebliebenen, durch das Sieb hindurchgedrückten Granalien in einem um eine vertikale Achse alternierend schwenkbaren, auf die Granalien tangentiale und radiale Kräfte zugleich übertragenden Trog mit Halbkreisquerschnitt und Ringform umgerührt und dadurch die Kanten abgerundet werden.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die Strömungsgeschwindigkeit des während des Fertigsinterns in das Innere des Graphittiegels strömenden Wasserstoffes in Abhängigkeit von dem Innendurchmesser des den Wasserstoff zuführenden und vorwärmenden Graphitrohres und von der Anzahl der im Deckel des Graphittiegels befindlichen Löcher sowie von dem Druck des Wasserstoffes eingestellt wird.
Als Ergebnis von Versuchen konnte festgestellt werden, dass bei Verwendung von Polypropy- len-vorzugsweise von dessen ataktischer Form - als Plastifizierungsmaterial relativ zur Granalienagglomeratsmasse ein Überzugsfilm geringer Dicke mit einer glatten Oberfläche erhalten wird. Das Polypropylen benetzt das Hartmetallpulver gut. Nach erfolgter Destillation des Lösungsmittels aus dem Gemenge von Hartmetallpulver und ataktischem Polypropylen, nach dem Durchsieben des zurückgebildeten Materials durch ein Sieb mit einer Maschenweite von einigen Zehntelmillimetern, z.
B. von 0, 37 mm, sowie nach dem anschliessenden, einige Minuten lang dauernden Bewegen erhält man mit Film überzogene Granalien von ausreichender Güte, die auch beim Pressen von kompliziertesten geometrischen Formstücken mit Einhaltung enger Gewichtsgrenzen den Hohlraum des Werkzeuges ausfüllen. Beim Pressen eines auf diese Weise granulierten Pulvers ist zur Herstellung eines Werkstückes mit gleichem Pressausmass (Gewicht) ein niedrigerer Druck erforderlich als im Fall eines mit Paraffin plastifizierten Pulvermaterials. Das spez. Gewicht der aus mit ataktischem Polypropylen plastifiziertem Pulvermaterial hergestellten Hartmetallwerkstücke ist etwa um 0, 1 g/cm3 grösser als das spez. Gewicht der mit Paraffin hergestellten gleichen Werkstücke.
Die Bewegung der Granalien zwecks Abrundung kann in einem einfachen, um eine vertikale Achse alternierend schwenkbaren Mischtrog mit Halbkreisquerschnitt und Rundringform erfolgen.
Die Hersteller der Hartmetallpulver achten bei der Herstellung sorgfältig darauf, dass die Pulver freien Kohlenstoff in sehr geringer Menge enthalten. Der in den Pulvern vorhandene freie Kohlenstoff wirkt sich auf die Qualität der aus den Pulvern hergestellten Hartmetalle ungünstig aus, vermindert ihre Härte und kann Einschlüsse in den Hartmetallen verursachen.
Zugleich muss aber das Pulvermaterial Kohlenstoff in einer Menge enthalten, die zur Umwandlung der gesamten Wolfram- und Titanmenge zu Karbid bzw. zu deren Verbleiben in diesem Zustand erforderlich ist. Dies bedeutet, dass während der Herstellung eines Hartmetallkörpers Kohlenstoff dem Pulvermaterial weder zugeführt noch daraus entfernt werden darf.
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