DE1461656C - Verschleißfeste Kugel als Schreib kugel fur einen Kugelschreiber - Google Patents

Description

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Für die Herstellung einer Schreibkugel von Kugel· beständigkell insbesondere die Eigenschaft hoher Schreibern ist nach dar deutschen Patentschrift Verschleiß- bzw. Abriebfeetigkeit besitzt, da nur 974 966 die Vorwendung einer Chromlegierung aus dann anerkanntermaßen für solche Schreibkugeln 0,1 bis 10% eines oder mehrerer Elemente der Eisen- von Kugelschreibern gewährleistet werden kann, daß gruppe, vorzugsweise Kobalt, sowie Bor, gegebenen- 5 sie selbst bei sehr schwachem Aufliegen, d.h. bei falls zusammen mit Aluminium, Beryllium, Silizium, einem geringen Schreibdruck, einen sauberen, d. h. Germanium, Gallium, Zink oder Indium, einzeln oder fleckentreien, und gleichmäßigen Linienzug gewährzu mehreren, Rest Chrom vorgeschlagen worden, leisten. Für die Lösung dieser Aufgabe wird ins« wobei als vorzugsweise Zusammensetzung dieser besondere auch eine kostensparende, herstellungs-Legierung 90 bis 92% Chrom, 5 bis 8% Kobalt und io technisch einfache und leicht zu beherrschende Ver-1 bis 5 % Bor angegeben ist. Für den angegebenen fahrensweise gegenüber dem vorstehend zuletzt erVerwendungszweck werden für solche Chromlegie- wähnten bekannten Vorschlag angestrebt, während rungen eine gute Korrosionsfestigkeit, eine hervor- andererseits gegenüber dem vorstehend zuerst erragende Härte und Abriebfestigkeit neben aus- wähnten bekannten Vorschlag eine erhöhte Korroreichenden Eigenschaften hinsichtlich der Vorarbeit- 15 sionsfestigkeit und eine erhöhte Verschleiß- bzw. Abbarkeit geltend gemacht, in welchem Zusammenhang riebfestigkeit angestrebt wird,

als Verarbeitungsschritte ein Verschweißen, ein Be- Zur Lösung dieser Aufgabe bedient sich die Erfin-

schleifcn und ein Zartpolieren angeführt sind. dung nach ihrem Hauptmerkmal an sich bekannter

Gemäß der deutschen Patentschrift 888 518 ist WC-Co-Legierungen, die bislang wegen ihrer anerandererseits für die Schreibkugel von Kugelschrei- ao kannten, sehr großen Härte ausschließlich für Werkbern vorgeschlagen worden, mindestens deren äußere zeuge, insbesondere Schneidwerkzeuge, zur Verwen-Schicht aus Aluminium oder einer Aluminiumlegie- dung kamen, welche im Regelfall keinen besonderen rung bestehen zu lassen, deren Außenhaut oxydiert Korrosionsansprüchen unterliegen. Die Untersuchung oder elektrisch oxydiert ist und vorzugsweise eine solcher Legierungen im Rahmen einer Verwendung Dicke zwischen etwa 3 und 5 Mikron besitzt. Die 35 als Werkstolf für die Schreibkugel von Kugelschrei-Herstellung solcher Schreibkugeln, für welche eine bern hat nun zu der Erkenntnis geführt, daß es erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen mechanischen infolge korrosiver Einflüsse in solchen Legierungen und chemischen Verschleiß wegen einer mit der allmählich zu einem Abbau der Co-Phase kommt mit Härte von Korund vergleichbaren Härte der Ober- der Folge eines anschließenden Abbaus der anfängfläche ohne Beeinträchtigung der Glätte der bearbei- 30 lieh an die Co-Phase gebundenen WC-Phase, Urteten Oberflüche bzw. wegen einer mit der Oberfläche sache für diesen Abbau können auch galvanische von Korund vergleichbaren chemischen Oberfläche Wirkungen zwischen dem edleren WC und dem mit einer Unempfindlichkeit gegenüber Säuren und weniger edlen Co sein. Wenn man nun einer solchen andere Bestandteile zur Verwendung kommender WC-Co-Legierung, wie dies nach dem Hauptmerkölartiger oder wäßriger Schreibflüssigkeiten ist jedoch 35 mal der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen wird, äußerst kostspielig insbesondere hinsichtlich dci Auf- einei. Γ.ιίί' i.M.,·^! !nl·. -.'wischen 5,00 und 6,12"Ό bringung einer Eloxalschicht auf eine Kugel aus AIu- gibt und gleichzeitig dafür vorsorgt, daß im "·■'■·■·!: minium als Grundwerkstoff, denn es sind dazu er- überschüssiges Wolfram aufgelöst ist, wobei in dem kennbar eine sehr große Anzahl von einzelnen Ar- Wolframkarbid eine y-Phase enthalte., ist, dann urbeitsgängen erforderlich, die in ihren einzelnen Folge- 40 hält man mit einer solchen Le£ic"'"_t ' Werkstoff schritten genauestens zu bchciiswhcn sind, um das eine Schreibkugel für eim;n Κιΐμ.·Μ^!· ·■·>.· weicherwünschte Ergebnis zu erhalten. sich durch ein·.' iih'-m scher:- '·-.!·.·? Korrosionsfeste,1 Gemäß der deutschen Patentschrift 975 050 ist digkeit und insbesondere diiicn eine vielfach gesteiweiterhin vorgeschlagen, zur Herstellung von Schreib- gerte Verschleiß- bzw. Abriebfestigkeit auszeichnet, gerätespitzen, also auch zur Herstellung von Schreib- 45 Es wird in diesem Zusammenhang erklärt, daß kugeln für Kugelschreiber, korrosionsbeständige, Patentschutz nur für die gemeinsame Anwendung dienaturharte und abriebfeste Legierungen aus 40 bis ser im Patentanspruch 1 erfaßten Merkmale begehrt ⁽J7,^l)% Zirkonium und/oder Titan, in denen bis zu wird. Durchgeführte Versuche mit aus derartigen 80"/« desZirkoniums und/oderTitans durch eines oder Legierungen hergestellten Schreibkugeln haben bei mehrerer der Metalle Kobald, Nickel, Tantal, Niob, 50 einem Schreibdruck von 200 g ununterbrochene Platin oder andere Elemente der Platingruppe mit Schriftzuglängen von mehr als 2000 m ergeben, dabei der Maßgabe ersetzt sein können, daß der Gehalt an war die Schreibkugel in eine Kugelfassung aus Mes-Titan und oder Zirkonium mindestens 18^u/o beträgt, sing eingesetzt, und es wurde als zugestandener und aus den Elementen Silicium, Beryllium, Germa- Grenzwert für das Einsinkmaß der Kugel ein Wert nium, Mangan, Indium, Zinn Thorium und Alumi- 55 von 0,1 mm festgelegt, denn bei Überschreitung dieniurn, einzeln oder zu mehreren von 0,1 bis zu ins- ses Wertes wurde festgestellt, daß dann ein sauberer gesamt 5%, Rest mindestens 2% Wolfram und/oder und gleichmäßiger Linienzug wegen Unregelmäßig-Molybdän, zu verwenden. Molybdän und/oder keiten in der Tintenzufuhr nicht mehr erreichbar ist. Wolfram können bis zu 20% der Gesamtlegierung Vergleichvcrsuche mit Schieibkugeln aus üblichen durch die Metalle Chrom und/oder Vanadium ersetzt 60 Hartlegierungen von WC-Co-Typ, bei welchen im sein, Kobald und/oder Nickel können andererseits Regelfall der anteilsmäßige Kohlenstoffgehalt oberbis zu 5% der Gesamtlegierung durch Eisen ersetzt· halb des theoretischen Wertes von 6,12% liegt, so sein. daß dann in der Legierung freier Kohlenstoff vor-Der Erfindung liegt die insoweit im Einklang mit liegt, ergaben hingegen ununterbrochene Schriftzugden vorvermerkten, bekannten Vorschlägen stehende 65 längen von nur etwa 500 bis 1000 m. Die Erfindung Aufgabe zugrunde, für die Schreibkugel von Kugel- hat also die Erkenntnis gebracht, daß bei Unterschreibern einen Werkstoff in Vorschlag zu bringen, schreitung des anteilsmäßigen Kohlenstoffgehaltes welcher neben einer hohen Härte und Korrosions- unter den theoretischen Wert solche WC-Co-Legie-

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rungen überraschend gute Ergebnisse, bei ihrer Verwendung als Werkstoff für eine Sohrelbkugel von Kugelschreibern bringen, in welchem Zusammenhang festzuhalten ist, daß bei geringer werdendein Kohlenstoffanteil der Anteil an Überschüssigem Wolfram größer wird und schließlich zum Erscheinen der y-Phase fuhrt, bei deren Vorhandensein dann die besten Ergebnisse hinsichtlich der ein Maß für die Güta einer solchen Schreibkugel bildenden ununterbrochenen Schriftzuglünge erzielbar sind, Wenngleich das erstmalige Auftreten einer solchen y-Phase, bezogen auf den Kohlenstoflgehalt, nicht eindeutig definiert werden kann, weil eine Abhängigkeit von dem Kobaltgehalt gegeben ist, läßt sich hier doch eine empirische Formel aufstellen, und zwar in bezug auf den Anteil an überschüssigem Wolfram in der Co-Phase, welcher bis zu 10% in der Form einer quantitativ festen Lösung betragen kann. Bedeutet λ. die anteilsmäßige Kohlenstoffverminderung, welche erforderlich ist, um das Erscheinen der y-Phase zu verursachen, wobei dieser Wert <* mit 0,006 Cu angesetzt werden kann, dann besitzt folgende empirische Formel Gültigkeit

OWC[Ve] S 6,12 ~(x

Sobald C/WC [⁰Zo] den Wert 4 erreicht hat, tritt WX zum erstenmal in Erscheinung und verursacht einen Abfall in der mechanischen Festigkeit der Legierung, wodurch diese der Gefahr eines Zerbröckeins ausgesetzt wird. Im Rahmen der Erfindung ist daher für den Kohlenstoffgehalt der untere Grenzwert von 5,00% angegeben.

Ununterbrochene Schriftzuglängen in der Größenordnung von mehr als 2000 m hat man auch dann erhalten, wenn man der vorerwähnten, das Hauptmerkmal der vorliegenden Erfindung bildenden WC-Co-Legierung die Verbingungen TaC, TiC, NbC, HfC und ZrC einzeln oder zu mehreren zusetzte. Dabei erzielte man besonders günstige Ergebnisse, wenn man darauf achtete, daß die y-PhaSw κ;.! Ostens teilweise an der ru*.·"" :.·,· .';, Kugel vorhanden "',-,'■ _Wn'; .-„ , .; _rctl folgendes, ein Teilmerkm*! 'er vorliegenden Erfindung bildendes Verfahren auf einfachste Art und Weise erzielen läßt. Man bettet die aus einer WC-Co-Legierung hergestellten Kugeln in pulverförmige Tonerde ein und setzt sie dann über einen Zeitraum zwischen 10 Minuten und 5 Stunden bei einer Temperatur zwischen 1000 und 1300 C einer Wasserstoffatmosphäre aus. Auf diese Art und Weise erzeugt man an der Oberfläche der Kugeln die y-Phase, welche bei Betrachtung in einem Mikroskop mit 200facher Vergrößerung als schwarze Zone in Erscheinung tritt, weiche sich gegen den im Mikroskop weiß erscheinenden Kern klar abhebt.

Eine solche, sich an der Oberfläche absetzende

y-Phase 1st Ihrer Natur nach ein Doppelkarbid uus

Co, W und C und kann die Zusammensetzung

■ WuCO₁₁C, W₄Co_AC od.dgl. aufweisen, d.h., diese

y-Phase 1st eine W^COyCj-Verblndung. Nach diesem Verfahren hergestellte Schreibkugeln ergaben eine ununterbrochene Schriftzugllingc von IUOO m bis zum Erreichen eines Einsinkmaßes in der Größenordnung von 0,03 mm, während Vergleichsversuche

ίο mit. aus üblichen Hartlegierungcn hergestellten Schreibkugeln, wie oben bereits crwlihnt, bei Erreichen eines Einsinkmaßes in der Größenordnung von 0,10 mm eine ununterbrochene Schriflzuglängc von nur etwa 500 m ergaben, Jm Rahmen weiterer · Vergleichsversuche wurde hinsichtlich des Tintenverbrauches festgestellt, daß die aus üblichen Hartlegierungen hergestellten Schreibkugeln einen Anstieg des Tintenverbrauches zu einem Maximalwert bis zu einer ununterbrochenen Schriftzuglänge von

ao 200 m brachten, der Tintenverbrauch ist dann bis zum Ende der Schriftzuglänge abgefallen. Andererseits ergaben die nach diesem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schreibkugeln einen nahezu konstanten Tintenverbrauch vom Beginn bis /um

as Ende des Schriftzuges.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verschleißfeste Kugel als Schreibkugel für einen Kugelschreiber, gekennzeichnet durch die Verwendung einer an sich bekannten WC-Co-Legierung, welche zwischen 5,00 und 6,12% C und im Kobalt aufgelöstes, überschüssiges Wolfram enthält, wobei im Wolframkarbid eine y-Phase enthalten ist.

2. Schreibkugel nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Legierung TaC, TiC, NbC, HfC und ZrC einzeln oder zu mehreren züge setzt ist.

3. Sehreibkügü nafh Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, ,irtU die y-Phav.· mindestens u51-weise an der Übet fläche der K.ig¹?! vorhanden ist.

4. Schreibkugel nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der

Elemente Ta, Ti, Nb, Hf und Zr in der Co-Phase aufgelöst ist.

5. Verfahren zum Hervorbringen der y-Phase über mindestens einen Teil der Oberfläche der Schreibkugel eines Kugelschreibers mindestens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Schreibkugel in pulverförmige Tonerde einbettet und dann über eine vorbestimmte Zeit bei einer Temperatur zwischen 1000 und 1300 C einer Wasserstoffatmosphäre aussetzt.