Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines eine sichtbare hochbeständige Fläche aufweisenden Werkstückes und ein nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestelltes, eine sichtbare hochbeständige Fläche aufweisendes Werkstück.
Gewisse häufig verwendete Werkstücke wie Halsbandelemente, Metallarmbandteile usw. weisen vorzugsweise hochbeständige, d. h. sowohl in der jeweils umgebenden Atmosphäre korrosions- als auch bei gelegentlicher oder regelmässiger Berührung mit harten Feststoffmaterialien verschleissbeständige Oberflächen auf.
Bekannte Verfahren zur Herstellung solcher Werkstücke sind mit dem Nachteil behaftet, dass sie verhältnismässig teuer sind, wodurch ihrer industriellen Anwendung unerwünscht enge Schranken gesetzt sind.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist nun ein Verfahren zu schaffen, das die Herstellung eines eine sichtbare hochbeständige Fläche aufweisenden Werkstückes unter Vermeidung der Nachteile und Beibehaltung der Vorteile bekannter Verfahren dieser Art erlaubt.
Das Verfahren zur Herstellung eines eine sichtbare hochbeständige Fläche aufweisenden Werkstückes zeichnet sich erfindungsgemäss dadurch aus, dass ein Rohling durch Sintern eines ein aus mindestens einem der Metalle der Gruppe 4A, 5A, 6A des Periodensystems der Elemente erhaltenes Metallpulver sowie ein aus mindestens einem der Metalle der Gruppen 1B und 8 dieses Systems erhaltenes Bindemittel enthaltenden Gemisches hergestellt wird, der so erhaltene Rohling durch Bearbeitung auf seine endgültige Form gebracht wird, die hochbeständig zu machende Fläche dann fertigbearbeitet und das so erhaltene Werkstück nachher zwecks Härtung wärmebehandelt wird.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das Sintern der vorstehend genannten Gemische bei einer grössenordnungsgemäss 1400-1500 Cbetragenden Temperatur durchführt werden kann, wenn die Natur des jeweiligen Bindemittels und die Grösse des Anteiles an diesem Bindemittel auf das jeweils als Ausgangsmaterial verwendete Grundmetall zweckmässig abgestimmt sind, während die härtende Wärmebehandlung bereits bei einer grössenordnungsgemäss 950" C betragenden Temperatur ausführbar ist, wobei das Werkstück während dieser Behandlung praktisch weder sich verformt noch schrumpft.
Der gesinterte Rohling wird folglich zunächst auf die jeweils erwünschten Abmessungen bearbeitet und das Polieren dann noch vor der härtenden Wärmebehandlung durchführt.
Da die Erhitzung des Werkstückes während dieser Wärmebehandlung schwächer ist als seine Erhitzung während dem Sintern, treten dabei praktisch keine Gefügeveränderungen auf und die Abmessungen bleiben praktisch stabil. Die Erfahrung hat dabei erwiesen, dass die Abmessungsänderungen in der Praxis bloss weniger als 0,05% betragen. Auch die Oberflächenbeschaffenheit verändert sich dabei praktisch keineswegs, so dass die beim Polieren erhaltene Oberflächengüte während der Härtung praktisch vollumfänglich aufrechterhalten bleibt.
Die nachfolgende Beschreibung betrifft beispielsweise Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens und des nach diesem Verfahren hergestellten, eine sichtbare hochbeständige Fläche aufweisenden Werkstück es.
Beispiele für als Ausgangsmaterial mit Erfolg verwendbare Grundmetalle sind eines der Metalle der Gruppen 4A, 5A und 6A des Periodensystems der Elemente oder einer Mischung einer Mehrzahl dieser Metalle. Dabei werden Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadin, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän und Wolfram bevorzugt. Diese Metalle werden in handelsüblicher Pulverform hergestellt und geliefert; sie können bequem beschaffen werden. Das Grundmetallpulver kann gemäss bekannten Verfahren der herkömmlichen Pul vermetallurgie mit einem Bindemittel vermischt und geknetet werden, das aus einem Metall oder einer Mehrzahl der Me talle der Gruppen 1B und 8 des Periodensystems der Ele mente, vorzugsweise aus Kupfer, Silber, Gold, Eisen, Kobalt,
Nickel, Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium oder Platin erhalten wurde.
Zur Erleichterung der Formung der Werkstücke kann herkömmlicherweise ein als Presshilfs mittel dienendes Wachs in das Metallpulver gegeben werden.
Im Hinblick auf die Erhaltung eines möglichst porenfreien
Rohlinges nach dem Sintern sowie zur Gewährleistung einer praktisch vollständigen Sinterung bei den im folgenden er läuterten Temperaturen muss dabei der jeweilige Bindemit telanteil verhältnismässig niedrig gehalten werden. Vorzugs weise beträgt dabei der auf das Gesamtgewicht der Ausgangs mischung bezogene Bindemittelanteil höchstens 15 Gew. %.
Die Erfahrung hat gezeigt, dass das Bindemittel jeweils vor zugsweise in Abhängigkeit des als Ausgangsmaterial verwen deten Grundmetalls gewählt werden sollte. Gewisse Grund metalle ergeben nämlich mit gewissen Bindemitteln weniger genaue Rohlinge als mit gewissen anderen Bindemitteln.
Das so vorbereitete Metallpulver und das Zusatzmaterial werden dann in eine Form gepresst, wobei ein Körper er halten wird, der nach dem Sintern den Rohling bildet. Bei der
Wahl der Abmessungen der dabei verwendeten Form wird der während des Sintervorganges eintretenden Schrumpfung derart Rechnung getragen, dass ein Rohling erhalten wird, dessen Abmessungen die endgültigen Abmessungen des je weils erwünschten fertigen Werkstückes leicht übertreffen.
Die Formung erfolgt vorzugsweise unter einem 3-8 Mp/cm2 betragenden Druck.
Vor dem eigentlichen Sintervorgang kann das jeweils ein gegebene Zusatzmaterial durch Wärmebehandlung bei leicht weniger als 600" C betragender Temperatur entfernt werden.
Das Sintern des so vorbereiteten Gemisches wird dann vor zugsweise in einer gesteuerten Wasserstoff- oder Krack
Ammoniakgasatmosphäre oder unter Vakuum bei einer grös senordnungsgemäss 1400-1500 C betragenden Temperatur in einem Stossofen herkömmlicher Konstruktion ausgeführt.
Die Dauer des Sintervorganges kann dabei einige Minuten betragen.
Der so erhaltene Rohling besitzt eine Härte, die seine ein fache und problemlose spanabhebende Bearbeitung erlaubt, wie sie unter herkömmlichen Bedingungen beispielsweise zur
Herstellung gewöhnlicher Halsbandelemente und Armband teilen üblich ist.
Nach der spanabhebenden Bearbeitung werden minde stens die sichtbaren Flächen des jeweiligen Werkstückes fer tigbearbeitet. Diese Fertigbearbeitung umfasst meistens ein
Polieren dieser Werkstückflächen, wobei angesichts der ver hältnismässig niedrigen Härte des das Werkstück bildenden
Metalls herkömmliche Polierverfahren angewendet werden können. Der letzte Verfahrensschritt ist die Härtung. Die verwendeten Grundmetalle bilden dabei in Gegenwart einer zweckmässig gewählten Atmosphäre äusserst harte Karbide,
Boride oder Nitride. Bei der vorstehend erläuterten Vorbe reitung des Werkstückes kann die Härtung bei einer grössen ordnungsgemäss 950" C betragenden Temperatur erfolgen.
Das Werkstück kann dabei beispielsweise in Gegenwart einer Stickstoff oder ein Kohlenstoff und/oder Wasserstoff abgebendes Gas enthaltenden Atmosphäre in einem Ofen wärmebehandelt werden. Zur Bildung der aufgekohlten
Oberflächenschicht kann anderseits das Werkstück in ein zweckmässig gewähltes Feststoffmaterial gehüllt werden, aus welchem Kohlenstoff in die Metalloberfläche des Werkstückes diffundieren kann. Das die Einhüllung des Werkstückes in einem zweckgemäss gewählten Feststoffmaterial umfassende
Härteverfahren kann erwünschtenfalls auch zur Bildung einer Boridschicht an der Werkstückoberfläche mit Erfolg angewendet werden.
Nach der härtenden Wärmebehandlung bedürfen die Werkstücke ausser einem ohne Schwierigkeit ausführbaren Auffrischen oder Nachpolieren keiner weiteren Bearbeitung.
Gemäss einer beispielsweisen Ausführungsform wurde ein 93 Gew. % Grundmetall und 7 Gew. % Bindemittel enthaltendes Pulver vorbereitet. Das Grundmetall bestand aus 90% Molybdän und aus 10% Wolfram. Das Bindemittel bestand aus 80% Kobalt und 20% Nickel. Nach dem Formen dieses Pulvers und nach dem Sintern wurde der erhaltene Rohling durch Drehen und Fräsen auf die erwünschten Abmessungen bearbeitet. Das darauffolgende Polieren wurde derart durchgeführt, dass alle Porositätsspuren von der Oberfläche des Werkstückes verschwanden.
Zur bei 950 C durchgeführten Härtung wurde eine die volumenbezogenen Gasanteile 94,5 % H2
5,0% C2H8 0,5 % HCI enthaltende Atmosphäre verwendet, wobei die Dauer der Härtung 48 Stunden betrug.
Die dabei enthaltene Oberflächenhärte betrug 1300-1500 kp/mm2.
Ein Beispiel für eine andere mit Erfolg anwendbare Grundmetallzusammensetzung ist ein
50 Gew.% Mo 25Gew.%V
25 Gew.% Cr enthaltendes Grundmetall.
Ein Beispiel für eine andere mit Erfolg anwendbare Bindemittelzusammensetzung ist ein
100 Gew. % Co oder
75 Gew.% Ni
25 Gew.% Cu enthaltendes Bindemittel.
Ein Beispiel für ein anderes mit Erfolg verwendbares Härteverfahren ist das folgende:
Das Werkstück wird in einer aktivierten borhaltigen Pulverhülle von etwa 8-10 mm Dicke eingehüllt, wobei die Dauer der Behandlung bei 950" C 18 Stunden beträgt.
Die dabei erhaltenen Werkstücke besitzen eine Fläche, die sowohl gegen Korrosion, beispielsweise durch Oxydation in Gegenwart der atmosphärischen Feuchtigkeit, als auch gegen Verschleiss durch Berührung mit Hartstoffmaterialien hochbeständig ist. Die Fläche ist dabei kratzerfest und hat deshalb ein andauernd glänzendes und poliertes Aussehen.
Das beschriebene Verfahren erlaubt die Herstellung einer breiten Vielfalt von Werkstücken wie metallische Armbandelemente, Halsbandelemente, Manschettenknöpfe, Anzeigeplatten, Knöpfe, Handgriffe oder andere ähnliche Werkstücke, die eine hochbeständige, praktisch unveränderliche Fläche aufweisen müssen und in verhältnismässig grösseren Serien industriell hergestellt werden. Dank der Möglichkeit, das Polieren vor der härtenden Wärmebehandlung des Werkstückes durchzuführen, kostet das Polieren wesentlich weniger als bei Verwendung eines Pulvers als Ausgangmaterial, das bereits harte Karbide oder Boride enthält.