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.
The present invention relates to a method for the production of a workpiece having a visible, highly resistant surface and a workpiece produced by the method according to the invention and having a visible, highly resistant surface.
Certain frequently used workpieces such as collar elements, metal bracelet parts, etc. preferably have highly resistant, i. H. Both in the respective surrounding atmosphere, surfaces that are corrosion-resistant and also wear-resistant in the event of occasional or regular contact with hard solid materials.
Known methods for producing such workpieces have the disadvantage that they are comparatively expensive, as a result of which their industrial application is subject to undesirably narrow limits.
The aim of the present invention is to create a method which allows the production of a workpiece with a visible, highly resistant surface while avoiding the disadvantages and maintaining the advantages of known methods of this type.
The method for producing a workpiece with a visible, highly resistant surface is distinguished according to the invention in that a blank is produced by sintering a metal powder obtained from at least one of the metals of group 4A, 5A, 6A of the Periodic Table of the Elements and a metal powder obtained from at least one of the metals of Groups 1B and 8 of this system containing the binder-containing mixture obtained, the blank thus obtained is brought to its final shape by machining, the surface to be made highly resistant is then finished and the workpiece thus obtained is subsequently heat-treated for the purpose of hardening.
The invention is based on the knowledge that the sintering of the above-mentioned mixtures can be carried out at a temperature of the order of 1400-1500 C if the nature of the respective binder and the size of the proportion of this binder are appropriately matched to the base metal used as the starting material , while the hardening heat treatment can already be carried out at a temperature of the order of magnitude of 950 ° C., the workpiece practically neither deforming nor shrinking during this treatment.
The sintered blank is consequently first machined to the desired dimensions and the polishing is then carried out before the hardening heat treatment.
Since the heating of the workpiece during this heat treatment is weaker than its heating during sintering, there are practically no structural changes and the dimensions remain practically stable. Experience has shown that the dimensional changes in practice are only less than 0.05%. The surface properties also practically do not change in any way, so that the surface quality obtained during polishing is practically fully maintained during hardening.
The following description relates, for example, to embodiments of the method according to the invention and of the workpiece produced by this method and having a visible, highly resistant surface.
Examples of base metals which can be used successfully as a starting material are one of the metals of Groups 4A, 5A and 6A of the Periodic Table of the Elements or a mixture of a plurality of these metals. Titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, molybdenum and tungsten are preferred. These metals are manufactured and supplied in commercially available powder form; they can be conveniently obtained. The base metal powder can be mixed and kneaded according to known methods of conventional powder metallurgy with a binder composed of a metal or a majority of the metals of groups 1B and 8 of the Periodic Table of the Elements, preferably made of copper, silver, gold, iron, cobalt ,
Nickel, ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium or platinum was obtained.
To facilitate the shaping of the workpieces, a wax serving as a pressing aid can conventionally be added to the metal powder.
With a view to maintaining a pore-free
The blank after sintering and to ensure practically complete sintering at the temperatures explained below, the respective binder content must be kept relatively low. The proportion of binder based on the total weight of the starting mixture is preferably at most 15% by weight.
Experience has shown that the binder should preferably be selected depending on the base metal used as the starting material. Certain base metals result in less precise blanks with certain binders than with certain other binders.
The metal powder prepared in this way and the additional material are then pressed into a mold, with a body he will hold, which forms the blank after sintering. In the
When choosing the dimensions of the form used, the shrinkage occurring during the sintering process is taken into account in such a way that a blank is obtained whose dimensions slightly exceed the final dimensions of the finished workpiece desired in each case.
The molding is preferably carried out under a pressure of 3-8 Mp / cm2.
Before the actual sintering process, the given additional material can be removed by heat treatment at a temperature slightly below 600.degree.
The sintering of the mixture thus prepared is then preferably in a controlled hydrogen or cracking
Ammonia gas atmosphere or under vacuum at a temperature of 1400-1500 C according to the size in a pusher furnace of conventional design.
The duration of the sintering process can be a few minutes.
The blank thus obtained has a hardness that allows its easy and problem-free machining, as under conventional conditions, for example
Manufacture of ordinary collar elements and bracelet parts is common.
After the machining, at least the visible surfaces of the respective workpiece are finished. This finishing usually includes a
Polishing these workpiece surfaces, given the relatively low hardness of the forming the workpiece
Metal conventional polishing techniques can be used. The last step in the process is hardening. The base metals used form extremely hard carbides in the presence of an appropriately chosen atmosphere,
Borides or nitrides. During the preparation of the workpiece as explained above, hardening can take place at a high temperature that is properly 950 ° C.
The workpiece can be heat-treated in a furnace, for example, in the presence of an atmosphere containing nitrogen or a gas that emits carbon and / or hydrogen. To form the carburized
Surface layer, on the other hand, the workpiece can be wrapped in a suitably selected solid material from which carbon can diffuse into the metal surface of the workpiece. The encasing of the workpiece in an appropriately selected solid material
If desired, hardening processes can also be used successfully to form a boride layer on the workpiece surface.
After the hardening heat treatment, the workpieces do not require any further processing other than a refreshing or repolishing which can be carried out without difficulty.
According to an exemplary embodiment, a powder containing 93% by weight of base metal and 7% by weight of binder was prepared. The base metal consisted of 90% molybdenum and 10% tungsten. The binder consisted of 80% cobalt and 20% nickel. After shaping this powder and after sintering, the resulting blank was machined to the desired dimensions by turning and milling. The subsequent polishing was carried out in such a way that all traces of porosity disappeared from the surface of the workpiece.
For hardening carried out at 950 C, the volume-related gas proportions 94.5% H2
5.0% C2H8 0.5% HCl atmosphere was used, the curing time being 48 hours.
The surface hardness contained therein was 1300-1500 kp / mm2.
An example of another base metal composition that can be used successfully is a
50 wt.% Mo 25 wt.% V
Base metal containing 25% by weight of Cr.
An example of another successfully usable binder composition is a
100 wt.% Co or
75 wt% Ni
Binder containing 25% by weight of Cu.
An example of another hardening process that can be used successfully is the following:
The workpiece is encased in an activated, boron-containing powder shell approximately 8-10 mm thick, the duration of the treatment at 950 ° C. being 18 hours.
The workpieces obtained in this way have a surface which is highly resistant both to corrosion, for example due to oxidation in the presence of atmospheric moisture, and to wear due to contact with hard materials. The surface is scratch-resistant and therefore has a permanently shiny and polished appearance.
The method described allows the production of a wide variety of workpieces such as metallic bracelet elements, collar elements, cufflinks, display plates, buttons, handles or other similar workpieces that must have a highly resistant, practically unchangeable surface and are produced industrially in relatively larger series. Thanks to the possibility of polishing before the hardening heat treatment of the workpiece, the polishing costs significantly less than when using a powder as the starting material that already contains hard carbides or borides.