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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hülsen und ähnlichen Werkstücken aus Hartmetallen, deren Werkstoff einen Kobaltgehalt von mehr als 15 Gew.-% auf weist, wobei ein Rohling homogener Dichte aus Hartmetallpulver durch kaltes isostatisches oder hydrostatisches Pressen vorgepresst und in diesem Zustand vorgesintert wird.
Gewindeschlagmatrizen, Rohre od. ähnl. Werkstücke aus Hartmetall mit hohem Kobaltgehalt werden gewöhnlich so hergestellt, dass zunächst ein Rohling homogener Dichte durch isostatisches Pressen aus Hartmetallpulver geformt, in diesem Zustand vorgesintert und hienach auf eine Kohleplatte od. dgl. gelegt in einem entsprechenden Ofen einem Endsintervorgang unterzogen wird.
Das geschilderte bekannte Verfahren konnte zur Herstellung der genannten Werkstücke bislang nur mit einem ungünstig hohen Ausschussgrad verwendet werden. Eine Ursache hiefür liegt darin, dass der auf die Längsachse senkrechte Querschnitt der Bohrung in den Werkstücken bei der Endsinterung eine unerwünschte Ausbildung erfährt. Werkstücke mit hohem Schlankheitsgrad, d. h. solche, deren Länge bezogen auf ihr Querschnittsmass verhältnismässig gross ist, neigen dazu, beim Sintern zu verkrümmen.
Zur Vermeidung der genannten Ausschussquelle ist man bei der Durchführung des bekannten Verfahrens bestrebt, die Endsintertemperatur und die Behandlungszeit genau einzuhalten, was jedoch nur selten gelingt. Die zur sicheren Beseitigung des Ausschusses erforderlichen Behandlungsparameter, d. h. Temperaturen und technologische Zeiten, können in den meisten Fällen nur durch zeitaufwendige und mit sehr viel Ausschussbildung verbundene Versuchsreihen ermittelt werden, da diese Parameter in Abhängigkeit von der Zusammensetzung und den Eigenschaften des Hartmetallmaterials, von bestimmten Abmessungen und Proportionen derselben zwischen relativ weiten Grenzen streuen bzw. variieren. Zur genauen Einhaltung der ermittelten Parameter, d. h.
Behandlungstemperaturen und-Zeiten, sind kostspielige Instrumente und hochqualifiziertes Fachpersonal mit langjähriger Erfahrung erforderlich, was den Herstellungsprozess äusserst verteuert.
Bei Werkstücken mit hohem Schlankheitsgrad versuchte man wenigstens einen Teil der angedeuteten Fehlererscheinungen zu umgehen, indem die Werkstücke beim Vakuumsintern nicht auf ihre Stirnfläche gestellt, sondern in liegender Lage behandelt wurden. Ein gewisses Flachwerden, die Entstehung einer Ovalität des Querschnittes kann jedoch auf diese Weise nicht vermieden werden.
Zur Vermeidung der geschilderten, mit dem bekannten Verfahren zwangsverbundenen Fehler und Ausschussquellen wird die Wandstärke gegenüber einer durch die Festigkeitsanforderungen bedingten erforderlichen Dicke häufig höher gewählt. Durch Erhöhung der Wandstärke kann zwar die Gefahr der Ovalitätsbildung sowie der Verbiegung vermindert werden, sie ist jedoch mit Materialmehrverbrauch verbunden. Als Werkstoffe für die genannten Werkstücke finden in der Praxis nahezu ausschliesslich teure Materialien, insbesondere Wolframkarbid und Kobalt Verwendung, und die Erhöhung der Wandstärken führt damit in beachtlichem Ausmass zu einem Anstieg der Produktionskosten pro Werkstück.
Nach einem weiteren Prinzip versucht man die mit den bekannten Verfahren verbundenen Nachteile derart zu mindern, indem zwar die Wandstärken nicht wesentlich erhöht, demgegenüber aber die Bearbeitungszugaben höher als gewöhnlich bei der spanabhebenden Bearbeitung gewählt werden. Infolge dieser erhöhten Bearbeitungszugaben können die Mantel- und Bohrungsbereiche nur mittels teurer Diamantwerkzeuge in langwieriger Bearbeitung auf Mass gebracht werden. Zu besonderen Schwierigkeiten führt der Umstand, dass die in der Bohrung vorhandene Krümmung durch Schleifen nicht beseitigt werden kann, und hiezu eine Nachbearbeitung mittels Honen - mit Schwierigkeit - erforderlich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Hülsen und ähnlichen Werkstücken aus Hartmetall mit hohem Kobaltgehalt zu schaffen, bei deren Anwendung die Wandstärken der Werkstücke auf ein den Festigkeitsanforderungen nocht entsprechendes Mindestmass dimensioniert werden können, zum Endsinterprozess die Anwendung bzw. Einstellung von teuren Spezialinstrumenten bzw. hochqualifiziertem Personal vermieden werden kann, und die Werkstücke ausschussfrei, wirtschaftlich und billig erzeugt werden können.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss bei dem eingangs erwähnten Verfahren dadurch gelöst, dass in die Bohrung des vorgesinterten Rohlings ein zunächst getrockneter, vorgesinterter Kern mit einer bearbeiteten Mantelfläche bestehend aus Metalloxydpulver als Oberflächenmaterial eingesetzt wird, hienach der mit eingesetztem Kern ausgestaltete Rohling auf eine in einem Ofen befindliche Platte aus Metalloxyd gelegt, und der Ofen in Abhängigkeit vom Kobaltgehalt des Hartmetalles auf eine Temperatur zwischen
1280 bis 1320 C aufgeheizt, der Rohling bei dieser Temperatur 0, 5 bis 10 min lang behandelt und hienach
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abgekühlt wird, wonach aus dem Rohling der Kern ausgebohrt und die Bohrung des Werkstückes auf das gewünschte Fertigmass bearbeitet wird.
Kennzeichnend für das erfindungsgemässe Verfahren ist weiters, dass zur Herstellung der Oberflächenschicht des in die Bohrung des vorgesinterten Rohlings einzusetzenden Kernes ein zylindrischer Körper, dessen Durchmesser kleiner als derjenige der Bohrung des herzustellenden fertigen Werkstückes ist, aus einem synthetischen Kohlewerkstoff durch Drehen ausgearbeitet wird, wonach dieser Körper mit einer getrockneten, hienach vorgebrannten Oberflächenschicht der Dicke von wenigstens 0, 1 mm aus Metalloxydpulver als Grundstoff bestehend, und an ihrer Mantelfläche bearbeitet, versehen wird.
Nach einem weiteren Merkmal des erfindungsgemässen Verfahrens wird bei der Herstellung der Oberflächenschicht des Kernkörpers mit einem Plastifikationsmittel versetztes Metalloxydpulver in pressbarem Zustand durch Anwendung eines an sich bekannten Verfahrens zur Herstellung von Oxydkeramikkörpern zu einem Ring bzw. Rohr mit einer Wanddicke von mindestens 0, 2 mm gepresst und hienach vorgebrannt, und das Metalloxydrohr oder mehrere, an ihren Stirnflächen dicht aneinanderliegende, und somit eine durchgehende Oberflächenschicht ergebende Metalloxydringe werden auf einen vorgefertigten Kunstkohlekörper aufgezogen.
Für das erfindungsgemässe Verfahren ist ferner kennzeichnend, dass das Spiel zwischen dem Aussenmantel des Kunstkohlekörpers und der Bohrung der die genannte Oberflächenschicht bildenden Ringe bzw. des entsprechenden Rohres in vorgesintertem Zustand des Werkstück-Rohlings auf ein Mass zwischen 0, 001 bis 0, 1 mm gewählt wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist weiters dadurch gekennzeichnet, dass das mit einem gewöhnlichen Plastifikationsmittel vermischte Metalloxydpulver auf dem massbearbeiteten Kunstkohlekörper durch Radialpressen aufgepresst, hienach vorgebrannt, und im Anschluss hieran die äussere Mantelfläche der aufgepressten, aus Metalloxyd als Grundstoff bestehenden Oberflächenschicht auf das gewünschte Fertigmass gearbeitet wird.
Zur Herstellung der Oberflächenschicht des Kernes soll erfindungsgemäss zunächst eine Mischung bestehend aus einem Gewichtsanteil Bentonit und 2 bis 5 Gewichtsanteilen von fettem Ton hergestellt und dem Metalloxydpulver in einer Menge, die 1 bis 10 Gew.-% des letzteren entspricht, beigemischt werden, wonach die auf diese Weise gewonnene Substanz vermahlen und durch Zugabe von Wasser auf Gelzustand gebracht und auf den vorbereiteten, auf Mass bearbeiteten Kunstkohlekörper durch Eintauchen, Streichen, Strangpressen, Spritzen oder Spritzgiessen in einer Dicke von mindestens 0, 1 mm aufgetragen wird, wonach das überflüssige Wasser aus der Oberflächenschicht auf in der Keramiktechnik an sich bekannter Weise verdampft, die auf den Kern aufgebrachte Schicht vorgebrannt und auf Mass bearbeitet wird.
Nach einem weiteren Merkmal des erfindungsgemässen Verfahrens kann schliesslich der in die Bohrung des vorgesinterten Werkstück-Rohlings einzusetzende zylindrische Kern gänzlich aus Metalloxydpulver durch Pressen, Vorbrennen und eine anschliessende Massbearbeitung hergestellt werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird nachstehend an Hand der Zeichnung, in welcher als Ausführungsbeispiel ein nach dem Verfahren hergestelltes Werkstück skizzenhaft dargestellt ist, ausführlich geschildert. Die Zeichnung zeigt das Werkstück in einem Zustand, wie es in einem Ofen zwecks Durchführung des Endsinterprozesses eingesetzt ist. Es soll hier eine Hülse hergestellt werden, die als Werkstoff aus Hartmetall mit einem hohen, über 15 Gew.-% liegenden Kobaltgehalt besteht, und deren Querschnittsabmessungen im Gegensatz zu den Höhen-und Längenmassen verhältnismässig gering sind. Der Rohling-l-für diese Hülse wird auf an sich bekannte Weise durch isostatisches Pressen hergestellt und sie weist nach dem Pressen eine homogene Dichte auf.
Hienach wird der Rohling --1-- vorgesintert. Bei der Temperatur des Vorsinterprozesses erfährt der
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--1-- keinerleiKunstkohlekörper (von Elektrodenqualität) verwendet werden, welcher an seinem Aussenmantel, d. h. im Flächenbereich, der bei der Endsinterung mit dem Rohling--1--in Berührung kommt, mit einer Oberflächenschicht --3-- überzogen wird. Als Grundstoff für die letztere kann ein Metalloxyd, z. B. Aluminiumoxyd, verwendet werden, welches Kohlenstoff oder ein kohlenstoffabgebendes anderes Material nicht enthält.
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Zwischen dem Kunstkohlekörper und dem Rohling --1-- darf bei der Endsintertemperatur keine mittelbare Berührung vorkommen, da die Hartmetalle, welche einen Kobaltgehalt von mehr als 15% aufweisen, bei der um etwa 1300 C liegenden Sintertemperatur aus dem Kunstkohlematerial des Kernes --2-- Kohlenstoff aufnehmen würden, welcher mit der Kobaltkomponente des Hartmetalles in eine chemische Verbindung unter Bildung von Kobaltkarbid eingeht. Das letztere würde bei der Abkühlung durch Segregation zerfallen und dies würde in dem Rohling --1-- zur Entstehung einer porösen Struktur, durch welche der Rohling-l-unbrauchbar wird, führen.
In dem zur Durchführung des Endsinterprozesses dienenden Ofen wird zunächst eine Kohleplatte --4-- und hierauf eine weitere Platte --5--, bestehend aus irgendeinem Metalloxyd, eingesetzt. Der Rohling --1-- wird mitsamt dem mit der Oberflächenschicht --3-- überzogenen Kunstkörper zwecks
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bei dem bekannten Verfahren bislang verwendeten Mass von 0, 5 bis 1 mm per Durchmesser nur etwa 0, 2 mm als Minimum beträgt. Die Oberflächenschicht --3-- liegt vor Beginn des Endsinterprozesses an der Mantelfläche des Kunstkohlekörpers entweder dicht an, oder es kann zwischen ihnen ein Spiel von 0,02 bis 0, 2 mm vorhanden sein.
Zwecks Herstellung der Oberflächenschicht --3-- können verschiedene Wege beschritten werden. Die Schicht --3-- kann durch Pressen von mit gewöhnlichem Plastifikationsmittel vermischten Metalloxyd-, z. B.
Aluminiumoxydpulver, zu Ringen bzw. zu einem Rohr mit einer Wanddicke von mindestens 0, 2 mm mit anschliessendem Verbrennen hergestellt werden. Wird die Oberflächenschicht --3-- nicht als durchgehendes Rohrstück, sondern aus mehreren Einzelringen erzeugt, so werden diese nacheinander auf dem Kunstkohlekörper mit ihren Stirnflächen einander dicht anliegend, und somit eine quasi kontinuierliche Schicht bildend, aufgezogen.
Die Oberflächenschicht --3-- kann ferner erzeugt werden, indem der auf bekannte Weise vorbereitete Metalloxydwerkstoff durch radiales Pressen unmittelbar auf den zylindrischen Kunstkohlekörper aufgepresst, vorgebrannt und hienach auf Mass geschliffen wird.
Die Oberflächenschicht kann auch durch Aufbringen des Metalloxydpulvers mittels Eintauchen, Bestreichen, Strangpressen, Spritzen oder Spritzgiessen auf dem Kunstkohlekörper erzeugt werden. Das Schichtmaterial selbst kann 90 bis 99 Gew.-% an Metalloxydpulver enthalten, welchem eine Mischung, bestehend aus 2 bis 5 Gewichtsanteilen von gereinigtem Ton, z. B. Illit, hoher spezifischer Oberfläche und aus einem Gewichtsanteil von aktiviertem Bentonit in einer Menge von 1 bis 10 Gew.-% beigemischt wird.
Die Mischung wird hienach unter Zugabe von Wasser auf Gelzustand gebracht. Nach Aufbringung der somit hergestellten Oberflächenschicht --3-- wird das enthaltene überschüssige Wasser verdampft, die Oberflächenschicht --3-- wird auf bekannte Weise vorgebrannt und auf Mass bearbeitet.
Der in die Bohrung des vorgesinterten Werkstückes vor dem Endsinterprozess einzusetzende Kern - kann auch gänzlich aus Metalloxydpulver hergestellt sein. In diesem Fall wird das Metalloxydpulver auf an sich bekannte Weise zur Stange geformt. Ein derartiger Kern kann insbesondere mit Vorteil verwendet werden, falls das herzustellende Werkstück eine Bohrung mit verhältnismässig grossem Durchmesser von einem oder mehreren Zentimetern aufweist.
Die mit der Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens verbundenen wichtigeren Vorteile können, wie folgt, aufgezählt werden : Hülsen, Rohre, Ringe u. ähnl. Werkstücke, können nunmehr aus Hartmetall mit hohem Kobaltgehalt ausschussfrei hergestellt werden. Die zur Herstellung derartiger Werkstücke erforderliche Materialmenge wird praktisch nur durch die an das fertige Werkstück gestellten Festigkeitsanforderungen bestimmt, da zwecks Fertigbearbeitung der Werkstücke nur noch minimale Bearbeitungszugaben erforderlich sind.
Die Fertigbearbeitung der Werkstücke auf das gewünschte Endmass kann gegenüber den bislang erforderlichen Zeiten in bedeutend kürzerer Zeit erfolgen, da die Gestalt der endgesinterten Werkstücke praktisch der gewünschten herzustellenden Form entspricht, und die Bearbeitungszugaben, wie erwähnt, nur äusserst gering sein können. Infolge der überraschend verminderten Nachbearbeitungszeit und des dazu erforderlichen geringen Arbeitsaufwandes ist auch der Werkzeugverschleiss sehr gering. Im Ergebnis des niedrigen Material- und Werkzeugbedarfes, des geringen Bearbeitungsaufwandes und des verringerten Aussehussgrades ist das erfindungsgemässe Verfahren äusserst wirtschaftlich, und es führt zu wesentlich herabgesetzten Herstellungskosten der gegenständlichen, aus Hartmetall mit hohem Co-Gehalt bestehenden Werkstücke.