CH231931A - Verfahren zur Herstellung eines mit harten Körnern durchsetzten Werkstoffes. - Google Patents

Description

  Verfahren zur Herstellung eines mit harten Körnern durchsetzten Werkstoffes.    Es ist bekannt, Werkzeuge dadurch her  zustellen, dass man Diamanten oder sonstige  harte Körner, wie Mineralkörner oder Körner  aus verschiedenen Kunststoffen, zum Bei  spiel Carborundum (Siliziumkarbid), in  Werkstoffen fasst. Dies     kann,    dabei nach  mehreren verschiedenen Verfahren erfolgen.  Solche Werkzeuge sind zum Beispiel dia  mantbesetzte Bohrkronen zum Bohren im  Fels und Gestein, diamantbesetzte Sägen  zum Schneiden von     Stein,    Glas, Keramik  usw., diamantbesetzte Werkzeuge zum Dre  hen und Schärfen von Schleifscheiben, die oft  aus Carborundum oder andern harten Kör  nern bestehen, welche von einem Bindemittel  zusammengehalten sind.  



  Wenn grosse Körner festzusetzen sind,  wie zum Beispiel grosse Diamanten, setzt man  oft das Korn in eine Bohrung im Werkzeug  ein, wonach das Korn dadurch festgehalten  wird, dass der Stoff des Werkzeuges mit  Dornschlägen gegen das Korn angepresst wird.  Zur Befestigung von grossen Körnern ist die-    ses Verfahren geeignet, aber es ist unprak  tisch oder sogar unmöglich, wenn     kleine    Kör  ner festzuhalten sind. Damit eine Festhaltung  überhaupt möglich ist, muss ferner das Werk  zeug aus einem nicht zu harten Stoff herge  stellt sein, und hierdurch wird die Verschleiss  härte oder Widerstandsfähigkeit des     Werk-          zeuges    gegen Abnutzung verhältnismässig  klein.  



  In vielen Fällen ist es aber zweckmässig  und sehr wünschenswert, kleine Körner oder  Kristalle zu verwenden, unter anderem aus  dem Grunde, dass diese in der Regel billiger,  stärker und ausserdem schärfer sind     und    eine  bessere Schneidwirkung haben. Um solche  kleine, harte Körner zu     befestigen,    hat man  bisher beispielsweise die Körner in Metall  pulver eingelegt und letzteres unter hohem  Druck zusammengepresst, wonach die so ge  bildeten     Formlinge    gesintert werden. Hier  durch kann man in     gewissen    Fällen verhält  nismässig harte und feste Körper erhalten.

    Ein Nachteil des     Siuterverfahrens    liegt aber      darin, dass man für gewöhnlich das Metall  pulver mit den eingelegten harten Körnern  bei sehr hohem Druck zusammenpressen muss,  damit der so gebildete Formling tatsächlich  bei der nachfolgenden Erwärmung zusam  mensintern wird. Aber hierdurch können  schwächere Körner gebrochen oder zermalmt  werden. Ein anderer Nachteil ist, dass bei den  üblichen Sinterverfahren Körper mit erheb  licher Härte und Abnutzungswiderstands  fähigkeit nur mit solchen Pulvergemischen  hergestellt werden können, die bei hoher Tem  peratur sintern.

   Wollte man Körper mit gro  sser Härte und     Abnutzungswiderstand    her  stellen, so musste man Pulvergemische ver  wenden, welche bei so hohen Temperaturen       sintern,    dass dabei gewisse Arten von harten  Körnern, zum Beispiel Diamanten, beschädigt  werden können.  



  Ein anderes Verfahren besteht darin, dass  die harten Körner in einem     verhältnismässig     niedrigschmelzenden und gleichzeitig verhält  nismässig harten Metall eingegossen werden,  zum Beispiel in gewissen Kupfer- und Silber  legierungen. Dabei ist es aber oft schwierig  zu erzielen, dass das geschmolzene Metall die  harten Körner vollständig umschliesst. U m  diesen Nachteil zu beseitigen, hat man des  halb zum Beispiel zuerst die Körner ver  silbert und einen Silberspiegel darauf gefällt,       vorzugsweise.    nach chemischen Verfahren.  Hierdurch wird das Ergebnis des Eingiessver  fahrens verbessert, aber es stellt sich auch in  vielen Fällen heraus, dass die Körner doch  nicht sicher befestigt werden. In geschmol  zenem Metall sind nämlich immer Gase vor  handen, die beim Erstarren freigemacht wer  den.

   Wenn die versilberten Körner in der  Schmelze eingeschmolzen werden, umschliesst  zwar das geschmolzene Metall augenblicklich  sämtliche Körner vollständig, aber bald  schmilzt die dünne Silberhaut um die Körner  oder legiert sich mit dem geschmolzenen Me  tall, und die in der Schmelze vorhandenen  Gase erhalten dabei eine Neigung, sich abzu  scheiden und sich um die Körner zu sammeln,  weil die Schmelze infolge der     Oberflächen-          spannungsverhältnisse    oft nicht vermag, die    Oberflächen der     Körner    weitgehend zu       "netzen".    ;  Beim Giessen gemäss den bekannten Ver  fahren sitzen deshalb die harten Körner ver  hältnismässig locker, und oft ist ein Spielraum  zwischen dem Korn und dem umgebenden  Metall vorhanden.

   Dieses hat aber zur Folge,  dass bei der Verwendung des Werkzeuges die  Körner bald aus dem Metall fallen.  



  Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren  zur Herstellung eines mit harten Körnern  durchsetzten Werkstoffes, das dadurch ge  kennzeichnet ist, dass die harten Körner in  einem Pulver mit so kleiner Teilchengrösse  eingebettet werden, dass die Pulverteilchen in  die Unebenheiten in den Oberflächen der har  ten Körner eindringen und diese Uneben  heilen ausfüllen, wonach ohne vorhergehende       Sinterung    des Pulvers ein metallischer Stoff  mit niedrigerem Schmelzpunkt als der des  Pulvers in letzteres eingegossen wird, wobei  das Pulver und der metallische Stoff derart  gewählt werden, dass der metallische Stoff  bei der     Giesstemperatur    in das Pulver ein  dringt,

   die Pulverteilchen und auch die     lrar-          ten    Körner umgibt und die Hohlräume zwi  schen den Pulverteilchen ausfüllt. Dadurch  kann ein sicheres Festhalten der harten Kör  ner erzielt werden. Zugleich kann das Pulver  und das Giess- oder Schmelzmetall eine harte  und     gegen    Verschleiss     widerstandsfähige    Fas  sung für die harten Körner bilden, so     dass     das Werkzeug dauerhaft wird. Luft- oder       Gasblasen    im Pulver oder zwischen dem Pul  ver und den harten Körnern können vermie  den werden; die harten Körner haben alsdann  auch keine Neigung, locker zu werden.  



  Die Grösse der Pulverteilchen ist vorzugs  weise so klein, dass das Pulver die harten  Körner gut umschliesst und die Unebenheiten  in der Oberfläche dieser Körner ausfüllt. Die  obere Grenze der Teilchengrösse kann durch  Versuche festgestellt werden und in der  Praxis dürfte keine untere Grenze vorhanden       sein.    Eine geeignete Teilchengrösse des Pul  vers ist zum Beispiel 0,002 mm.  



  Vorzugsweise wird das Pulver durch  Stampfen verdichtet. So kann man beispiels-      weise die harten Körner in das Pulver ein  mischen und dann letzteres zusammenstamp  fen. Falls die harten Körner sehr grosse  Druckfestigkeit haben, kann man das Pulver  unter hohem Druck zusammenpressen. Das  Pulver mit den darin befindlichen harten  Körnern wird mit einem geschmolzenen Me  tall (oder Metallegierung) in Berührung ge  bracht. Hierbei kann das Pulver nebst dem  Metall gemeinsam auf so hohe Temperatur  erhitzt werden, dass das Metall schmilzt, in  das Pulver eindringt und die Pulverteilchen  umschliesst. Es ist aber auch möglich, das  schon geschmolzene Metall auf das Pulver zu  giessen oder das Pulver (bezw. der Pulver  körper) in das geschmolzene Metall zu tau  chen. Man kann aber auch in anderer Weise  das geschmolzene Metall einsaugen lassen.

    Unabhängig davon, welches Verfahren man  hierbei verwendet, werden sowohl die Pulver  teilchen wie die harten Körner gut von dem  geschmolzenen Metall umschlossen, das die  Hohlräume ausfüllt. Es hat sich herausge  stellt, dass in der Praxis keine Giessbläschen  entstehen, weder um die harten Körner noch  in der Pulvermasse. Dieses trifft auch zu,  wenn das Pulver nur locker, also ohne Ver  wendung von wesentlichen Drucken, zusam  mengestampft worden ist. Es ist zweck  mässig, gerade nur so viel Schmelzmetall zu  verwenden, dass das Pulver damit genügend  gesättigt wird.

   Oft ist es zweckmässig oder  sogar notwendig, ein Flussmittel - wie beim  Löten - zu verwenden, um das     Eindringen     des geschmolzenen Metalles (oder der     Metall-          legierung)    in die Pulvermasse zu erleichtern.  Als Flussmittel kann beispielsweise Borax  verwendet werden.  



  Man kann. auch Stücke des Metalles (oder  Metallegierung), gegebenenfalls mit Flussmit  tel, auf das Pulver oder den Pulverkörper  legen     und    darnach das Metall und das     Pulver     in einem Ofen mit reduzierender Atmosphäre,  zum Beispiel Wasserstoffatmosphäre, erhit  zen, bis das Metall schmilzt und genügend  leichtflüssig wird, um in das Pulver einzu  dringen. Gegebenenfalls kann auch das Küh-    len in reduzierender Atmosphäre durchge  führt werden.  



  Falls man als Schmelzmetall Schlaglot  oder Kupfer verwendet, kann das Pulver bei  spielsweise aus Kobalt, Nickel, Eisen oder  Wolframkarbid oder einem Gemisch davon  bestehen, je nach den Eigenschaften, die der  fertige Fassungsstoff um die harten Körner  haben soll.  



  Die Eigenschaften des Fassungsstoffes  sind unter anderem davon abhängig, welches  Pulver und welches Schmelzmetall gewählt  werden, aber auch der Stampfungs- oder Ver  dichtungsgrad des Pulvers vor dem Giessen  hat einen wesentlichen Einfluss. So steigt bei  spielsweise die Härte mit dem     Stampfungs-          oder    Zusammenpressungsgrad des Pulvers,  falls man ein Pulver verwendet, welches här  ter ist als das Giess- oder Schmelzmetall. Je  härter der Stoff ist, woraus das Pulver be  steht, desto härter wird der Fassungsstoff.  Je härter das 'verwendete Giessmetall ist,  desto härter wird auch der Fassungsstoff.  Das Mengenverhältnis zwischen Pulver und  Giessmetall im fertigen Fassungsstoff hat  auch einen     Einfluss    auf die Härte desselben.

    Um einen besonders verschleisswiderstands  fähigen und harten Fassungsstoff zu erzielen,  welcher für die meisten Werkzeuge vorteil  haft ist, kann man zum Beispiel feinkörniges,  zusammengestampftes Wolframkarbidpulver  wählen und als Giessmetall Kupfer ver  wenden.  



  Durch Wahl von verschiedenen Pulvern  und verschiedenen Giessmetallen für die Fas  sung der harten Körner und durch Änderung  des Stampfungs- oder     Zusammenpressungs-          grades,    kann man in weiten Grenzen die  Härte des Fassungsstoffes einstellen.  



  In vielen Fällen ist es notwendig, dass  man die Härte und insbesondere die Wider  standsfähigkeit des Fassungsstoffes gegen  Verschleiss sozusagen     feineinstellen    kann, das  heisst in engen Grenzen auf den gewünschten  Wert     einregeln    kann. Dieses ist insbesondere  bei solchen Werkzeugen wichtig, deren arbei  tender Teil mit Diamanten besetzt ist. Als  Beispiele     soleb.er    Werkzeuge können gewisse      Diamantbohrkronen und Schleifscheiben er  wähnt werden.  



  Diese Feineinstellung der     Verschleisshärte     des Fassungsstoffes kann dadurch erzielt  werden, dass man in ein Pulver, welches von  dem Giessmetall benetzt wird und worin die  harten Körner eingebettet werden,     kleinere     oder grössere Mengen von einem Pulver eines  Stoffes einmischt, welcher vom Giessmetall  nicht benetzt wird. Hierzu kann     man    zum  Beispiel Siliziumkarbidpulver verwenden. Je  grössere Mengen man von diesem Pulver ein  mischt, desto niedriger wird die Verschleiss  widerstandsfähigkeit des     Fassungsstoffes.     Mau kann hierdurch in sehr engen Grenzen  diese Widerstandsfähigkeit auf jeden ge  wünschten Wert einstellen.  



  Es ist wichtig, dass die harten Körner  gut von dem Pulver umgeben sind. Es ist  oft schwierig, die Fassung von einer grossen  Anzahl harter Körner mit kleinen Abmes  sungen zu bewirken, falls nicht besondere  Vorsichtsmassnahmen getroffen werden. Da  mit das Pulver die harten Körner gut um  schliesst, kann man zum     Beispiel    zuerst die  harten Körner mit einer Flüssigkeit. feuch  ten, die beim Erhitzen auf die Giesstempera  tur verdunstet. Die gefeuchteten Körner  werden dann in das Pulver eingemischt. so  dass das Pulver an den feuchten Flächen des  Kornes anhaftet und einen Belag darauf  bildet. Die Dicke dieses Belages hängt von  den Eigenschaften der verwendeten Flüssig  keit und gewissermassen auch von denen des  Pulvers ab.  



  Unter Anwendung des Verfahrens gemäss  der Erfindung können harte Körner sicher,  fest und billig in einem Stoff gefasst oder  eingesetzt werden, welchem man je nach  den Bedürfnissen verschiedene Eigenschaf  ten in weiten Grenzen geben kann, beispiels  weise in bezug auf Härte, Zähigkeit, Festig  keit, Widerstandsfähigkeit gegen Verschleiss  usw., ohne dass die Körner hohen Drucken  oder besonders hohen Temperaturen ausge  setzt zu werden brauchen. Hierdurch wird  erzielt, dass die harten Körner ohne Beschä  digung im Fassungsstoff befestigt werden.

      Die     erfindungsgemäss    hergestellten Werk  stoffe, die direkt nach dem Giessen fertige  oder halbfertige Formlinge sein können; kön  nen entweder unmittelbar als solche für       Werkzeuge    für verschiedene Zwecke verwen  det werden oder aber in geeigneter Weise,  zum Beispiel durch Löten, in oder auf einem  Halter aus     geeignetem    Stoff und in zweck  mässiger Ausführung befestigt werden. So  können beispielsweise Werkstoffe für Dia  mantbohrkronen, Diamantsägen, Schleif  scheiben, Diamantwerkzeuge zum Schärfen  von Schleifscheiben, Drehstähle usw. gemäss  der Erfindung hergestellt werden.

Claims (1)

1. PATENTAN SPRüCHE I. Verfahren zur Herstellung eines mit harten Körnern durchsetzten Werkstoffes, dadurch gekennzeichnet, dass die harten Kör ner in einem Pulver mit so kleiner Teilchen grösse eingebettet werden, dass die Pulver teilchen in die Unebenheiten in den Ober flächen der harten Körner eindringen und diese Unebenheiten ausfüllen, wonach ohne vorhergehende Sinterung des Pulvers ein metallischer Stoff mit niedrigerem Schmelz punkt als der des Pulvers in letzteres einge gossen wird, wobei das Pulver und der metal lische Stoff derart gewählt werden, dass der metallische Stoff bei der Giesstemperatur in das Pulver eindringt,

   die Pulverteilchen und auch die harten Körner umschliesst und die Hohlräume zwischen den Pulverteilchen aus füllt. II. Nach dem Verfahren gemäss Patentan spruch I hergestellter Werkstoff. UNTERANSPR-UCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass als harte Körner Diamanten verwendet werden. 2. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass als metallischer Stoff eine Metallegierung verwendet wird. 3. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass das Pulver mit einem metallischen Stoff in Berührung ge bracht wird, welcher bei der Giesstemperatur die Fähigkeit hat, die Oberfläche aller Pul verteilchen zu netzen. 4.

   Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass das Pulver aus Kobalt besteht. 5. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass das Pulver aus Nickel besteht. 6. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass das Pulver aus Eisen besteht. 7. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass das Pulver aus Wolframkarbid besteht. B. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass in das Pulver Schlaglot eingegossen wird. 9. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass in das Pulver Kupfer eingegossen wird. 10. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flussmittel hinzugefügt wird, um das Eindringen des metallischen Stoffes in das Pulver zu er leichtern. 11.

   Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Borax hinzugefügt wird, um das Ein dringen des metallischen Stoffes in das Pul ver zu erleichtern. 12. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die harten Körner zuerst mit einer Flüssigkeit benetzt werden, die beim Erhitzen auf die Giesstemperatur verdunstet, und darnach in das Pulver ein gemischt werden, ehe der metallische Stoff eingegossen wird, so dass jedes harte Korn von einem Belag aus dem Pulver umgeben ist. 13.

   Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver und die darin eingebetteten harten Körner, die eine genügende Druckfestigkeit haben, unter hohem Druck zusammengepresst werden, ehe der geschmolzene metallische Stoff eingegos sen wird. 14. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass in das Pulver, worin die harten Körner eingebettet werden, ein Pulver aus einem Material eingemischt wird, welches von dem metallischen Stoff nicht benetzt wird. 15.

   Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 14, dadurch gekennzeich net, dass in das Pulver, worin die harten Kör ner eingebettet werden, Siliziumkarbid- pulver eingemischt wird. 16. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der metallische. Stoff in Abwesenheit von Sauerstoff in das Pulver eingegossen wird. 17. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 16, dadurch gekennzeich net, dass der metallische Stoff in einem Ofen mit reduzierender Atmosphäre in das Pulver eingegossen wird. 18.

   Verfahren nach Patentanspruch I und Unteransprüchen 16 und 17, dadurch ge kennzeichnet, dass der metallische Stoff in einem Ofen mit Wasserstoffatmosphäre in das Pulver eingegossen wird.