Verfahren zur Herstellung von harten und verschleissfesten Formkörpern. Die grösste Schwierigkeit bei der Herstel lung von technisch brauchbaren Formkörpern aus Borkarbid, z.
B. von Hartfuttern für Sandstrahl- und sonstige Düsen, Ziehsteinen, Schneidwerkzeugen und dergleichen durch Niederschmelzen von Borkarbidpulver in Gra phit- oder Kohleformen - andere Formen kommen praktisch nicht in Betracht - besteht darin, dass das Borkarbid bedeutende Mengen Kohlenstoff aus der Form herauslöst, die nach der Abkühlung als Trennflächen zwischen den Borkarbidkristallen erscheinen und deren Zu sammenhang lockern.
Zur Vermeidung dieser Schwierigkeit ist es bereits vorgeschlagen wor den, Formkörper aus Borkarbid in der Weise herzustellen, dass gekörntes Borkarbid unter Erhitzen auf eine Temperatur, bei der es schmilzt oder weich wird, in einer Graphit form in neutraler Atmosphäre durch geeig nete Druckeinwirkung geformt und durch so fortige rasche Abkühlung bewirkt wird, dass das Borkarbid nicht oder nur so kurzzeitig, als es für das Verfahren erforderlich ist, im geschmolzenen Zustand, in dem es in Berüh rung mit der Form beträchtliche Mengen Kohlenstoff aus dieser herauslösen könnte, verbleibt,
so dass der erschmolzene Körper in der Hauptsache frei von graphitischen Trenn flächen ist. Die Herstellung der Formkörper soll hierbei bei Temperaturen von 2200 bis 2400 C bzw. beim Schmelzpunkt des Borkar- bids erfolgen; die Kbrngrösse des als Aus- gangspulver verwendeten Borkarbids soll, uni eine grösstmögliche Dichte zu gewährleisten, so sein, wie sie sich durch ein Durchsieben durch ein Sieb von etwa 0,08 mm Maschen weite ergibt.
Der Kohlenstoffgehalt des fer tigen Formkörpers liegt, wie sich gezeigt hat, um 1 bis 21/o höher als der des Ausgangspul vers, so dass also bei diesem bekannten Ver fahren zwar keine allzu grosse Kohlenstoff aufnahme zu befürchten, eine solche aber auch nicht zu vermeiden ist. Anderseits entstehen auch infolge der raschen Abkühlung in den Formkörpern Spannungen, die die Verwen dungsmöglichkeiten einschränken, wie auch das Verfahren nicht genügend zielsicher ist, da das Endprodukt nicht die gleiche Zusam mensetzung aufweist wie die Ausgangs mischung.
Zudem erfordert das Verfahren auch die Anwendung sehr hoher Temperatu ren, deren Handhabung mit technischen Schwierigkeiten verbunden ist.
Das Verfahren gemäss der Erfindung ge stattet die Herstellung von harten und ver-' schleissfesten'Formkörpern aus Borkarbid in einfacherer, allgemein anwendbarer Weise und besteht darin, dass Borkarbidpulver von einer Korngrösse von 0,1 bis 30 ,u bei Tem peraturen von weniger als 2000 C unter Druck gesintert wird.
So kann beispielsweise, wie sich gezeigt hat, Borkarbid, das etwa 21 Klo Kohlenstoff enthält, bei einer Korngrösse von 1 bis 5 /.c unter einem Druck von etwa 400 kg/ciu2 bei einer TelnpAratur von 1ö60 bis 1800 C zu einem mechanisch festen und ausserordentlich harten und gleichzeitig zähen Körper verdichtet werden. Die Herstellung der Formkörper erfolgt also nicht auf dem Weg über die Schmelzphase oder zumindest einen zähflüssigen Zustand, sondern bei Tem peraturen, die wesentlich darunter liegen und technisch leichter beherrscht werden können.
Man kann annehmen, dass bei der angewand ten Korngrösse die Pulverteilchen unter der Druckanwendung einander so weitgehend an genähert werden, dass bei Atombeweglichkeit schon bei Temperaturen von weniger als 2000 C ausreicht, um sie zu einem dichten und mechanisch festen Körper zu vereinigen. Der Herstellungsgang ist nicht an eine schnelle Abkühlung gebunden.
Des weiteren wird das Herauslösen von Kohlenstoff aus der Press- form infolge der verhältnismässig niedrigen Sintertemperatur vermieden, so dass das End produkt praktisch die gleiche @Zusammenset- zuung wie die Ausgangsmischung hat. Die Her stellung kann nach allen gebräuchlichen Drucksinterverfahren, also zum Beispiel auch durch direkten Stromdurchgang unter Druck, erfolgen.
Als Ausgangsmaterial können alle handelsüblichen Borkarbide, auch solche mit sehr niedrigem Kohlenstoffgehalt, benutzt werden. Auch wirkt sich. freier Kohlenstoff (Graphit) selbst bei beträchtlichen Gehalten von beispielsweise 2 bis 31/o nicht nachteilig aus.
Es hat sich ferner überraschenderweise ge zeigt, dass es bei Durchführung des Verfah rens gemäss der Erfindung auch möglich ist, dem Borkarbidpulver zur Erleichterung des Sinterns bis zu, 15% wenigstens eines niedri- ger schmelzenden Metalles in Pulverform zut- zumischen, ohne dass die daraus hergestellten Formkörper weichere, mechanisch leicht auf greifbare Stellen aufweisen.
Als niedriger schmelzende Metalle können Eisen, Kobalt, Nickel und/oder Chrom verwendet werden.
Process for the production of hard and wear-resistant moldings. The greatest difficulty in the produc- tion of technically useful shaped bodies made of boron carbide, eg.
B. of hard linings for sandblasting and other nozzles, drawing dies, cutting tools and the like by melting down boron carbide powder in graphite or carbon forms - other forms are practically out of the question - is that the boron carbide removes significant amounts of carbon from the form appear after cooling as interfaces between the boron carbide crystals and loosen their relationship.
To avoid this difficulty, it has already been proposed to produce molded bodies from boron carbide in such a way that granular boron carbide is shaped and through by heating to a temperature at which it melts or softens in a graphite form in a neutral atmosphere by suitable pressure rapid cooling is effected so that the boron carbide does not remain in the molten state, or only for as short a time as is necessary for the process, in which it could dissolve considerable amounts of carbon out of the mold in contact with it,
so that the molten body is mainly free of graphitic interfaces. The moldings should be produced at temperatures of 2200 to 2400 ° C. or at the melting point of the boron carbide; The grain size of the boron carbide used as the starting powder should, in order to ensure the greatest possible density, be as obtained by sifting through a sieve with a mesh size of about 0.08 mm.
The carbon content of the finished molded body is, as has been shown, 1 to 21 / o higher than that of the starting powder, so that with this known method there is no need to worry about too much carbon uptake, but also not to avoid it is. On the other hand, as a result of the rapid cooling in the moldings, tensions arise which limit the possibilities of use, and the process is not sufficiently reliable because the end product does not have the same composition as the starting mixture.
In addition, the process also requires the use of very high temperatures, the handling of which is associated with technical difficulties.
The method according to the invention enables the production of hard and 'wear-resistant' molded bodies from boron carbide in a simpler, generally applicable manner and consists in using boron carbide powder with a grain size of 0.1 to 30 u at temperatures of less than 2000 C is sintered under pressure.
For example, as has been shown, boron carbide, which contains about 21 klo of carbon, with a grain size of 1 to 5 / .c under a pressure of about 400 kg / ciu2 at a temperature of 160 to 1800 C, can form a mechanically strong and extremely hard and at the same time tough bodies are compressed. The moldings are therefore not produced via the melt phase or at least in a viscous state, but rather at temperatures that are significantly lower and can be technically more easily controlled.
It can be assumed that with the applied grain size the powder particles are so closely approximated under the application of pressure that, with atomic mobility, temperatures of less than 2000 C are sufficient to combine them into a dense and mechanically solid body. The production process is not tied to rapid cooling.
Furthermore, the leaching of carbon from the press mold due to the relatively low sintering temperature is avoided, so that the end product has practically the same composition as the starting mixture. The manufacture can be carried out by all common pressure sintering processes, for example by direct current passage under pressure.
All commercially available boron carbides, including those with a very low carbon content, can be used as starting material. Also affects. free carbon (graphite) is not disadvantageous, even with considerable contents of, for example, 2 to 31 / o.
It has also been shown, surprisingly, that when carrying out the method according to the invention it is also possible to add up to 15% of at least one lower melting metal in powder form to the boron carbide powder to facilitate sintering, without the resulting produced moldings have softer, mechanically easy to grasp places.
Iron, cobalt, nickel and / or chromium can be used as lower-melting metals.