Verfahren zur Herstellung von Werkstücken, die mit Hartmetallauflagen oder einlaxen versehen sind. Werkstücke, die mit Hartmetallauflagen oder -einlaxen versehen werden sollen, wur den bisher im allgemeinen in der Weise her gestellt, dass Plättchen der gebräuchlichen Hartmetalle, die vorzugsweise auf der Basis der Schwermetallkarbide, -boride, -nitride usw. hergestellt werden, auf den betreffen den Metallkörper aufgelötet wurden.
Hierbei ist man auf verhältnismässig kleine Abmes sungen beschränkt, weil es schwierig ist, grössere Hartmetallkörper oder -plättchen spannungsfrei herzustellen und aufzulöten. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, die Hartmetallauflagen mittels Schweissstäbchen punktweise aufzuschweissen. Hierbei ergibt sich aber eine unebene, ungleichmässige Ober fläche, die erst einer schwierigen Bearbei tung durch Schleifen unterzogen werden muss. Auch ergeben sich vielfach Spannungs risse.
Es ist nun auch bereits bekannt, Hart stoff in Pulverform in eine dem herzustellen- den Gegenstand entsprechende Giessform ein zubringen und diese Giessform alsdann mit einem Trägermetall auszufüllen. .
Um den pulverförmigen Hartstoff an den Stellen, an denen die Hartmetallauflagen an dem ferti gen Stück vorhanden sein sollen, zuni Haf ten zu bringen, hat man das Hartstoffpul- ver mit einem Bindemittel zu einem Brei ge mischt und diesen Brei auf die betreffenden Stellen der Giessform aufgetragen. Um die sen Brei nach aussen hin abzuschliessen, hat man ihn auch schon mit einem Schutzüber zug aus einem Textil- oder auch Draht gewebe überzogen.
Auch dieser Vorschlag führt zu keinem praktischen Ergebnis, da in folge des Ausbrennens des Bindemittels die Hartmetallauflage porös oder blasig wird.
Die vorliegende Erfindung beseitigt die Nachteile der bekannten Verfahren dadurch, dass der Hartstoff ohne Beimischung eines Bindemittels in der Giessform durch eine im Werkstück verbleibende Haltevorrichtung gehalten wird, -elche so beschaffen ist, dass flüssiges Trägermetall in den mit Hartstoff gefüllten Raum eindringen und sich mit dem Hartstoff vereinigen kann.
In gewissen Fällen kann es zweckmässig sein, den Hartstoff in gepresster oder vorge- sinterter Form in die Giessform cinz-abringen. Da man bei der Anwendung des Verfahrens an Höchstgrenzen in der Ausdehnung der Hartmetallauflagen nicht gebunden ist, kann man auch Gegenstände mit. Hartmetallaufla- gen versehen, die sehr grosse Verschleissflä chen besitzen, und die man bisher wegen der Schwierigkeit des Aufschweissens nicht mit Hartmetallauflagen versehen konnte.
Die Zeichnung zeigt beispielsweise meh rere Giessformen. die zur Ausübung des Ver fahrens gemäss der Erfindung dienen können. und zwar ist Fig. 1 ein Schnitt durch eine Giessform zur Herstellung eines Ziehringes; Fig. 2 ist ein Schnitt durch eine Giess form zur Herstellung einer 1'nterlagsplatte für eine Braunkohlenbrikettpresse; Fig. 3 ist ein Querschnitt durch eine Giessform zur Herstellung eines Bagger zahnes;
Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch eine Form zur Herstellung eines Fräserkopfes. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist 1 eine Giessform aus einem hitzebeständi gen Baustoff, vorzugsweise aus Retorten kohle. Die Form kann in beliebiger Weise ausgeführt, also einteilig oder mehrteilig sein. Sie ist, da sie zur Herstellung von Zieh steinen dient, zylindrisch und weist in der :Mitte einen Zapfen 5 auf. der der Bohrung des fertigen Ziehringes im Durchmesser etwa entspricht.
Das Innere des Hohlraumes der Form ist durch einen mit einem Deckel versehenen Zylinder 3 aus einem durchlochten Metall blech oder 3ietallgaze oder dergl. in zwei Teile geteilt. Der um den Kern 5 herum liegende Teil 2 soll aus Hartmetall bestehen, der aussenliegende Teil 6 dagegen aus Guss eisen, Stahlguss, oder dergl. Es wird nun der innere Raum 2 mit dem in Frage stehenden Hartstoff in Kornform angefüllt, zum Bei spiel verwendet man Schwermetallkarbide, deren Körnung dem jeweiligen Verwen dungszweck angepasst ist.
Es kann jede beliebige Körnung verwen det werden. Wenn der innere Raum mit Hartstoff ausgefüllt und das den Hartstoff abgrenzende Gitter, das vorzugsweise aus einem dem äussern Metall, also dem Guss eisen oder dem Stahlguss, verwandten Werk stoff, z. B. Stahlblech oder Stahldraht be steht, eingesetzt ist, wird das Gitter 3 zum Beispiel mittels eines Metallstiftes 4 in der Giessform befestigt. Alsdann wird der freie Raum 6 mit dem betreffenden Werkstoff. also zum Beispiel mit Stahl. Eisen oder auch einem andern geeigneten Metall, wie Nickel, Kupfer oder auch einer Metallegierung aus gegossen.
Vorzugsweise wird man die Form vorwärmen. Es ist aber auch möglich, das Metall. mit dem der Raum 6,der Form ausge- gossen werden soll, kalt in die Form einzu bringen und dann die Form soweit zu er hitzen, dass das Metall niederschmilzt und den Raum 6 ausfüllt. Die flüssige Metall masse dringt dann durch die Löcher in dem Gitter 3 hindurch und seigert in das Metall pulver 2 ein.
Der Werkstoff, aus dem das Gitter 3 be steht. schmilzt entweder ebenfalls nieder. oder man verwendet vorzugsweise einen Stoff, der bei der Schmelztemperatur des zum Ausgiessen verwendeten Metallee noch eine gewisse Festigkeit hat, damit durch ihn die Hartstoffkörner zusammengehalten wer den.
Nach dem Abkühlen wird die Form aus einandergenommen oder zerschlagen, und es ergibt sich ein Ziehring, der mechanisch wie ein Ziehring wirkt, der aus einem innern, aus Hartmetall hergestellten Teil und einem darumgeschrumpften Halter aus Gusseisen oder Gussstahl besteht. Es ist aber hier der Vorteil vorhanden, dass keinerlei innere Span nungen vorhanden sind, und dass auch bei einer Erwärmung innerhalb der vorkommen den Temperaturgrenzen keinerlei innere Spannungen entstehen; der Ziehring wirkt wie ein Ganzes.
Die weitere Behandlung des fertigen Stückes nach dem Giessen richtet sich nach dem jeweiligen Verwendungszweck. Es kann in gewissen Fällen erforderlich sein, die Werkstücke nach dem Fertigstellen längere Zeit warmzuhalten oder sie nach Art des Temperns besonders zu behandeln oder aber auch sie sofort abzuschrecken.
Zweckmässig ist es, die Form während des Giessens etwas zu erschüttern, damit sich die Körner des Hartstoffes innerhalb des durch das Gitter abgegrenzten Raumes dicht aneinanderlegen. Die Korngrösse richtet sich nach der gewünschten Dichte und Ver schleissfestigkeit des herzustellenden Gegen standes.
Fig. 2 zeigt eine Form für die Unterlags- platte einer Braunkohlenpressform. Es ist hier das Innere der Form durch eine mit Lö chern versehene Blechplatte 7, die sich in ihrer Form der Aussenform des herzustellen den Gegenstandes anpasst, in zwei Räume ge teilt.
Der untere Raum 8 dient zur Auf nahme des Hartstoffpulvers, also zum Bei spiel von Wolframkarbidkörnern. Die Höhe dieses Raumes entspricht der Dicke der her zustellenden Hartmetallauflage. Das Blech 7 wird durch Metallstifte 9 in der wiederum aus Kohle oder dergl. bestehenden Form 10 gehalten, und es wird dann das Gusseisen oder dergl. in den obern Raum 11 eingegos sen.
Das Gusseisen dringt durch die Löcher in dem Blech 7 hindurch und wird in den Hartstoff eingeseigert. Es ergibt sich dann wiederum ein spannungsfreier Körper mit einer Hartmetallauflage, ohne dass man be züglich der Grösse oder Form dieser Auflage in irgendeiner Weise beschränkt ist.
Fig. 3 zeigt eine Giessform 12 wiederum aus einem wärmebeständigen Stoff, vorzugs weise Kohle oder Steatit, die zur Herstellung eines Baggerzahnes dient. Der gekörnte Hartstoff wird in den Raum 13 eingefüllt und dieser durch ein aus gelochtem Blech oder aus Drahtgewebe bestehendes Gitter 14 vorx denen übrigen Inhalt der Giessform ge- trennt. Das Gitter 14 wird durch Stifte 15 gehalten. Hier ist die Form durch eine Quer wand 16 in zwei Teile geteilt. In den obern Teil wird das einzuschmelzende Metall 17, z. B. in Stangenform, eingebracht und die Form alsdann in den Ofen gelegt.
Das Me tall schmilzt nieder und fliesst in den Raum 18 hinein und dringt dabei durch das Gitter 14 hindurch in das Hartstoffpulver 13 ein.
Die Erfindung ist auch dann besonders gut anwendbar, wenn es sich um die Her stellung komplizierter Gegenstände handelt. z. B. eines Fräserkopfes. Eine hierzu ver wendete Giessform ist in einem Schnitt in Fig. 4 gezeigt. In der Form sind durch ge lochte Bleche 20 die Räume 21 abgeteilt, die mit dem Hartstoffpulver ausgefüllt werden. Die gelochten Bleche können auch hier durch Stifte 22 oder dergl. an der Form gehalten werden.
Der innere Raum 23 wird alsdann mit flüssigem Gusseisen, Stahlguss oder dergl. ausgefüllt, und es ergibt sich nach Zerschla gen der Form der fertige Fräserkopf mit den Hartmetallauflagen an den Zähnen.
Zum Trennen des Hartstoffpulvers von dem eingegossenen Metall kann man, wie bereits gesagt, vorzugsweise einen Werkstoff wählen, der einen etwas höheren Schmelz punkt hat als das einzugiessende Metall. Man kann Metalle wählen, die sich mit dem Trägermetall legieren oder auch solche, die eine derartige Legierung nicht eingehen. So kann man beispielsweise bei der Verwendung von Eisen oder Stahl als Trägermetall zweck mässig für die Sieb- oder Trennbleche Molyb- däu oder dergl. verwenden, das nicht nieder schmilzt, sich aber gut sowohl mit dem Trä germetall als auch mit dem Hartmetall ver bindet.
Der Giessvorgang selbst kann in beliebi ger Weise vor sich gehen. Man kann das Me tall ausserhalb der Form schmelzen und dann in die kalte oder auch in die vorgewärmte Form eingiessen oder das Schmelzen in der Form vornehmen, wobei man entweder die ganze Form mit dem gleichen Werkstoff ausfüllt oder aber an den der Hartmetallauf- lage benachbarten Stellen zunächst einen besseren Werkstoff, z. B. einen zähen Stahl guss eingiesst und den übrigen Teil der Form dann mit einem billigeren Gussmaterial, z. B. Gusseisen, ausfüllt.
Ein besonderer Vorteil des Verfahrens ist, dass sich ein spannungsfreies Werkstück ergibt, sich beliebige Formen des Hart- metalleinsatzes oder der Hartmetallauflage an beliebigen Stellen und von beliebigem Querschnitt herstellen lassen und auch die Herstellungskosten selbst ausserordentlich niedrig werden.
Handelt es sich um die Herstellung von Werkstücken besonders verwickelter Form, bei denen sich der Hartstoff schlecht in Pul verform an diejenigen Stellen der Gussform bringen lässt, an denen später die Hartmetall auflagen oder Hartmetalleinlagen vorhanden sein sollen, so kann man in solchen Fällen das Hartstoffpulver in einer besonderen,
der Gestalt der fertigen Einlage oder Auflage entsprechenden Form kalt pressen und da durch verfestigen oder auch in der Wärme vorsintern und dann den durch Pressen oder Vorsintern hergestellten Körper in die Giess form für den Gegenstand einführen und an den erforderlichen Stellen durch eine Halte- vorrichtung befestigen. Der fertige Gegen stand hat dann die gleichen Eigenschaften als wenn das Hartstoffpulver lose einge bracht worden wäre, da auch der poröse ge presste oder vorgesinterte Hartstoffkörper das Trägermetall aufsaugt.
Es ist bereits erwähnt worden, dass das Trägermetall nicht in flüssigem Zustand in die Form eingegossen zu werden braucht, sondern auch in der Form selbst geschmol zen werden kann. Bei besonders verwickel ten Formen kann man auch einen der end gültigen Form entsprechenden gegossenen Körper in die Form einsetzen und dann die Form so weit erhitzen, dass der Körper wie der schmilzt und das geschmolzene Metall in die an den in Frage kommenden Stellen ein gelegten Hartstoffteile einseigen.
Als Haltevorrichtung kann auch ein un- gelochtes Blech dienen, sofern es so dünn ist, dass es beim Eingiessen des Trägermetalles schmilzt und das Eindringen des Trägerme- talles in das Hartstoffpulver zulässt.
Man kann zum Ausfüllen der Form auch zwei verschiedene Metalle verwenden, näm lich ein solches, das in den, Hartstoff ein seigert, und ein zweites, welches die hinter der Hartmetallschicht liegende Schicht bil det. Es ist zweckmässig, wenn hierbei die Me talle annähernd gleiche Ausdehnungskoeffi- zienten besitzen.
Als Trägermetall kann ein beliebiges Me tall dienen, vorzugsweise ein solches der Ei sengruppe, also ausser Eisen auch Nickel, ferner Kupfer, Messing oder ihre Legierun gen. Man verwendet am besten ein Metall, welches mit dem Hartstoff Legierungen bildet.
Das Ausgiessen der Form mit dem Trä- germetall erfolgt, sofern eine Sinterung der Hartstoffe vorgenommen worden ist, am besten unmittelbar nach beendeter Sinterung, bevor eine Abkühlung der Hartstoffe unter halb Rotglut oder wesentlich unter dem Schmelzpunkt des Trägermetalles eingetre ten ist.
Das Verfahren gemäss der Erfindung ist für Werkstücke der verschiedensten Form und für die verschiedensten Verwendungs- zwecke anwendbar, also nicht nur für Werk zeuge, sondern auch für Maschinenteile, z. B. Motorzylinder, Ventilsitze an Maschinentei len, Laufflächen von Rädern, Zahnrädern und dergl. mehr.
Process for the production of workpieces that are provided with hard metal layers or axles. Workpieces that are to be provided with hard metal supports or -einlaxen, WUR the previously generally made in such a way that platelets of the common hard metals, which are preferably made on the basis of heavy metal carbides, borides, nitrides, etc., concern the metal body were soldered.
Here you are limited to relatively small dimensions, because it is difficult to produce and solder larger hard metal bodies or plates without tension. It has also already been proposed to weld on the hard metal supports at points using welding rods. However, this results in an uneven, uneven surface that must first be subjected to difficult processing by grinding. There are also many stress cracks.
It is now also known to introduce hard material in powder form into a casting mold corresponding to the object to be manufactured and then to fill this casting mold with a carrier metal. .
In order to bring the powdery hard material to the points where the hard metal supports should be present on the finished piece, the hard material powder has to be mixed with a binding agent to form a paste and this paste to the relevant points of the casting mold applied. In order to close off this pulp from the outside, it has already been covered with a protective cover made of a textile or wire fabric.
This proposal does not lead to any practical result either, since the hard metal coating becomes porous or blistered as a result of the binder being burned out.
The present invention eliminates the disadvantages of the known method in that the hard material is held in the casting mold by a holding device remaining in the workpiece without the addition of a binder, -elche is such that liquid carrier metal penetrate into the space filled with hard material and with the Can unite hard material.
In certain cases it can be useful to cinz-wring the hard material into the casting mold in pressed or pre-sintered form. Since you are not bound by maximum limits in the extent of the hard metal layers when using the method, you can also use objects. Provided hard metal supports which have very large wear surfaces and which, due to the difficulty of welding on, could not be provided with hard metal supports.
The drawing shows, for example, several molds. which can be used to exercise the method according to the invention. 1 is a section through a casting mold for producing a drawing ring; 2 is a section through a casting mold for producing a support plate for a lignite briquette press; Fig. 3 is a cross-section through a mold for making an excavator tooth;
Fig. 4 shows a cross section through a mold for producing a milling head. In the embodiment of FIG. 1, 1 is a mold made of a heat-resistant building material, preferably carbon from retorts. The shape can be designed in any way, that is to say in one piece or in several pieces. It is, since it is used for the production of drawing stones, cylindrical and has a pin 5 in the middle. which corresponds approximately in diameter to the bore of the finished drawing ring.
The interior of the cavity of the mold is provided with a cover cylinder 3 made of a perforated metal sheet or 3ietallgaze or the like. Divided into two parts. The part 2 lying around the core 5 should be made of hard metal, while the outer part 6 should be made of cast iron, cast steel, or the like. The inner space 2 is now filled with the hard material in question in grain form, for example it is used Heavy metal carbides, the grain size of which is adapted to the respective purpose.
Any grain size can be used. If the inner space is filled with hard material and the grid delimiting the hard material, which is preferably made of one of the outer metal, ie the cast iron or cast steel, related material, z. B. sheet steel or steel wire BE is used, the grid 3 is attached for example by means of a metal pin 4 in the mold. Then the free space 6 with the relevant material. for example with steel. Iron or another suitable metal, such as nickel, copper or a metal alloy, is cast.
The mold will preferably be preheated. But it is also possible to use the metal. With which the space 6 of the mold is to be poured cold into the mold and then heat the mold to the point where the metal melts and fills the space 6. The liquid metal mass then penetrates through the holes in the grid 3 and seigert into the metal powder 2.
The material from which the grid 3 is available. either melts down as well. or a substance is preferably used that still has a certain strength at the melting temperature of the metal used for pouring, so that it holds the hard material grains together.
After cooling, the mold is dismantled or smashed, and the result is a drawing ring that acts mechanically like a drawing ring consisting of an inner part made of hard metal and a cast iron or cast steel holder shrunk around it. However, there is the advantage here that no internal stresses are present and that even when heated within the temperature limits that occur, no internal stresses arise; the pull ring looks like a whole.
The further treatment of the finished piece after casting depends on the intended use. In certain cases it may be necessary to keep the workpieces warm for a long time after they have been finished or to treat them specially in the manner of tempering or to quench them immediately.
It is advisable to shake the mold a little during casting so that the grains of the hard material lie close to one another within the space delimited by the grid. The grain size depends on the desired density and wear resistance of the object to be manufactured.
2 shows a mold for the base plate of a lignite press mold. It is here the inside of the form through a sheet metal plate 7 provided with holes, which adapts to the shape of the outer shape of the object to be produced, divides ge into two rooms.
The lower space 8 is used to take on the hard material powder, so for example of tungsten carbide grains. The height of this space corresponds to the thickness of the hard metal support to be produced. The sheet 7 is held by metal pins 9 in the form 10, which in turn consists of coal or the like. The cast iron or the like is then poured into the upper space 11.
The cast iron penetrates through the holes in the sheet 7 and is segregated into the hard material. This then in turn results in a stress-free body with a hard metal overlay, without being restricted in any way with regard to the size or shape of this overlay.
Fig. 3 shows a mold 12 in turn made of a heat-resistant material, preferably as coal or steatite, which is used to produce an excavator tooth. The granulated hard material is poured into the space 13 and this is separated from the remaining contents of the casting mold by a grid 14 consisting of perforated sheet metal or wire mesh. The grid 14 is held in place by pins 15. Here the shape is divided into two parts by a transverse wall 16. In the upper part of the metal to be melted 17, z. B. in rod form, introduced and then placed the form in the oven.
The Me tall melts and flows into the space 18 and penetrates through the grid 14 into the hard material powder 13.
The invention is also particularly applicable when it comes to the manufacture of complicated objects. z. B. a milling head. A mold used for this purpose is shown in a section in FIG. In the form, the spaces 21 are divided by perforated sheets 20, which are filled with the hard material powder. The perforated metal sheets can also be held on the mold here by pins 22 or the like.
The inner space 23 is then filled with liquid cast iron, cast steel or the like. After smashing the shape, the result is the finished milling head with the hard metal supports on the teeth.
To separate the hard material powder from the poured metal, as already mentioned, you can preferably choose a material that has a slightly higher melting point than the metal to be poured. You can choose metals that alloy with the carrier metal or those that do not form such an alloy. For example, when using iron or steel as the carrier metal, molybdenum or the like can be used appropriately for the sieve or partition plates, which does not melt down, but binds well to both the carrier metal and the hard metal.
The casting process itself can go on in any way. The metal can be melted outside the mold and then poured into the cold or preheated mold, or melting can be carried out in the mold, either filling the entire mold with the same material or at the points adjacent to the hard metal layer first a better material, e.g. B. cast a tough steel and then the rest of the mold with a cheaper cast material, z. B. cast iron, fills.
A particular advantage of the method is that a stress-free workpiece results, any shapes of the hard metal insert or the hard metal support can be produced at any point and with any cross-section, and the production costs themselves are also extremely low.
If it is a question of the production of workpieces with a particularly complex shape, in which the hard material is difficult to deform in powder to those points of the casting mold where the hard metal should later be placed or where the hard metal inserts are to be present, then in such cases the hard material powder can a special one
Cold-press the shape of the finished insert or overlay and then solidify it or pre-sinter in the heat and then insert the body produced by pressing or pre-sintering into the casting mold for the object and fasten it at the required points with a holding device. The finished object then has the same properties as if the hard material powder had been introduced loosely, since the porous pressed or pre-sintered hard material body also absorbs the carrier metal.
It has already been mentioned that the carrier metal does not need to be poured into the mold in a liquid state, but can also be melted in the mold itself. In the case of particularly complex forms, one can also insert a cast body corresponding to the final form into the form and then heat the form so that the body melts and the molten metal integrates into the hard material parts placed in the places in question .
An unperforated sheet metal can also serve as a holding device, provided that it is so thin that it melts when the carrier metal is poured in and allows the carrier metal to penetrate into the hard material powder.
You can also use two different metals to fill the form, namely one that segregates into the hard material and a second that forms the layer behind the hard metal layer. It is useful if the metals have approximately the same expansion coefficients.
Any metal can be used as the carrier metal, preferably one of the iron group, ie apart from iron also nickel, also copper, brass or their alloys. It is best to use a metal which forms alloys with the hard material.
If the hard materials have been sintered, the mold is poured out with the carrier metal, preferably immediately after the sintering has ended, before the hard materials have cooled down to half red heat or significantly below the melting point of the carrier metal.
The method according to the invention is applicable to workpieces of the most varied of shapes and for the most varied of purposes, that is, not only for tools, but also for machine parts, e.g. B. engine cylinders, valve seats on Maschinentei sources, running surfaces of wheels, gears and the like. More.