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.