DE19627983C2

DE19627983C2 - Verfahren und Einrichtung zur Wiedergewinnung von harten Legierungen

Info

Publication number: DE19627983C2
Application number: DE1996127983
Authority: DE
Inventors: Aleksander Anciferov; Juriy Savcenko; Rostislav Didyk; Aleksander Vjunik; Alexander Schneider; Eduard Masakovskiy
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-08-02
Filing date: 1996-07-11
Publication date: 1999-11-04
Anticipated expiration: 2016-07-12
Also published as: DE19627983A1; DE19528328A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrich tung zur Wiedergewinnung harter, insbesondere wolframhal tiger Legierungen aus entsprechenden Sekundär-Rohstoffen. Die so wiedergewonnenen Materialien (Legierungen) können z. B. zur Herstellung von Schneid-, Gesteinszerstörungs- und formbildenden Werkzeugen verwendet werden. Die Erfindung ist dem Gebiet der Metallurgie pulverförmiger Substanzen zuzuordnen.

Bei einem bekannten Verfahren für die Wiedergewinnungs-Bearbeitung von karbidhaltigen Sekundär-Rohstoffen (Haupturheber schein Nr. 778285 S22 W7/00, W22F 1/00; veröffentlicht am 23.06.91 in Bulletin 23) werden die Sekundär-Roh stoffe mittels sauerstoffhaltiger Gase oxidiert. Die reduzierten Metalle werden mit Kohlenstoffruß beschickt und schließlich erfolgt die Karbidbildung. Dieses Verfahren arbeitet mit hohem Energieverbrauch bei geringer Leistungsfähigkeit.

Für die Wiedergewinnungsverarbeitung von Abfallkernen wolframhalti ger harter Legierungen ist ein Verfahren bekannt ge worden (Haupturheberschein 1717283 B22 F3/12, C22) 834/36, veröffentlicht am 07.03.94 in Bulletin 9), das die Oxidation, Karbidbildung in Kohlenstoffatmos phäre, Zermahlung, Pressung und Agglomeration umfaßt. Dieses Verfahren ist sehr Zeit- und energieaufwendig. Zu seiner Durchführung wird eine teure Spezialausrüstung benötigt.

Der Erfindung hat die Aufgabe zugrunde gelegen, ein Wieder gewinnungsverfahren für harte, insbesondere wolframhaltige Legierungen zu schaffen, das keine aufwendige technische Ausrüstung erforderlich macht und eine gegenüber den bekannten Wiedergewinnungsverfahren wesentlich verringerte Prozessdurchführungszeit bei ver ringerter Energieaufnahme ermöglicht.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Hauptanspruchs bzw. bezüglich der Einrichtung - die des Anspruchs 6 zu lösen. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegen stand der Unteransprüche.

Eine beispielweise Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichung erläutert. Diese zeigt in schematischer Darstellung eine Einrichtung für die Durchführung des erfindungsgemäß die Wiedergewinnung einleitenden Schrittes der Explosionseinwirkung auf das zu verarbeitende Material.

Vorrichtungen zur Explosionseinwirkung auf eine in ihnen zu bearbeitende Substanz sind aus folgenden Druckschriften bekannt:

1. "METALS HANDBOOK VOL. 7, POWDER METTALURGY" 1984, ASM, METALS PARK, OHIO, USA XP002022385, siehe Seiten 304-306: "Methods for compacting powders to higher densities"; Fig. 23, Seite 305
2. WO,A,93 24216 (E. I. DUPONT DE NEMOURS) 9. Dezember 1993, S. Anspruch 2; Abb. 1.2
3. BATTELLE MEMORIAL REVIEW, Bd. 17, N 10, 1968, GENEVE, CH, Seiten 13-17, XP002022383 R. W. LEONARD: "Direct explosive compaction of materials" siehe Seite 14; Abb. 1; Tabellen 1, 2
4. EP,A,0 347 656 (KERNFORSCHUNGSANLAGE JÜLICH GMBH) 27. Dezember 1989 siehe Abb. 1-3
5. JOURNAL OF METALS, Bd. 33, Nr. 10, Oktober 1981, WARREN DALE, USA, Seiten 21-26, YP0020222384 M. M. MEYERS B. B. GUPTA; "Shock wave consolidation of rapidly solified superalloy powders" siehe Seite 25, Spalte 1, Abb. 1.

Die unter den Ziffern 1 und 3-5 aufgeführten Druckschriften betreffen die Direktverdichtung von pulverförmigen Substan zen zwecks Herstellung von Kompaktkörpern durch die unmit telbare Einwirkung von uniaxial verlaufenden Explosions wellen. Das zu verdichtende Pulver wird in ein an beiden Enden verschließbares Metallrohr eingefüllt, das entlang seiner Seitenwandungen von einem Sprengsatz umgeben ist. Durch die Zündung des Sprengsatzes an einem Ende des ge schlossenen Rohres wird dieses entsprechend dem Fortschrei ten der Druckwelle entlang seiner Seitenwandungen nach innen zusammengedrückt unter gleichzeitigem Verfestigen des darin befindlichen Pulvers.

Auch die Vorrichtung gemäß der unter Ziffer 2 aufgeführten Druckschrift ist für die Bearbeitung pulverförmiger Substan zen ausgelegt, die in einer Röhre Aufnahme finden, in welche Schockwellen koaxial, jedoch aus entgegengesetzten Rich tungen eingeleitet werden, die beim Aufeinandertreffen in Rohrmitte Phasentransformationen im Pulver bewirken. Um diese Schockwellen zu erzeugen, ist ein an beiden Rohr- Enden gleichzeitig zu zündender Sprengsatz vorhanden.

Die bekannten Vorrichtungen haben mit der nachstehend beschriebenen Einrichtung gemäß der Erfindung lediglich die Merkmale des Vorhandenseins einer Material-Aufnahme kammer und eines auf diese einwirkenden Sprengsatzes gemeinsam. Für die Wiedergewinnung harter Legierungen oder gesinterter Materialien sind die bekannten Vorrichtungen nicht einsetzbar, da sie so ausgelegt sind, daß sie die gegenteilige Wirkung ausüben wie die nachstehend beschrie bene Einrichtung, nämlich eine Pulver-Verfestigung. Die Möglichkeit einer Verwendung der bekannten Vorrichtungen zu Wiedergewinnungszwecken ist in den Druckschriften auch nicht angedeutet.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung werden die zu ver arbeitenden Hart-Sekundärverschmelzungen 2 bestimmter Art, z. B. abgearbeitete schneidende Platten aus Wolfram kobalt-Legierungen, in einer Menge von z. B. 35 Kg in hermetisch verschließbare Behälter 1, z. B. zylindrische Metallampullen 1, bzw. unten mittels eines angeschweißten Deckels 4 verschlossene Röhren 1 eingefüllt. Die Ab messungen dieser Behälter betragen z. B. 100 × 5 × 400 mm. Nach Füllung der Behälter 1 werden diese durch Anschweißen der Deckel 4 bzw. des noch losen Deckels 4 hermetisch verschlossen (siehe Figur).

Zur Einleitung des Wiedergewinnungsverfahrens wird jeder gefüllte Behälter 1 in eine Explosionsstoff-Ladung 3 eingetaucht. Diese besteht aus einem Block aus einer so kombinierten Sprengladung, daß die Aufnahme-Behälter 1 für das zu verarbeitende Material vor der Zerstörung durch die Ladungsexplosion geschützt sind und ihre Erhal tung garantiert ist. Die kombinierte Sprengladung kann aus einer Schicht oder mehr Schichten bestehen. Das Ver hältnis Da/Di der Detonationsgeschwindigkeit(en) Da der Außenladungsschicht(en) zu der/den Detonationsgeschwindig keit(en) Di der Innenladungsschicht(en) beträgt z. B. 0,35.

Durch die Zündung der Sprengladung nach Einführung des gefüllten, verschlossenen Behälters 1, 4 wirkt eine Ex plosionskraft auf die Sekundär-Rohstoffe 2 ein, die eine Kornzersplitterung der Legierungsbestandteile, eine Ko baltkalthärtung (z. B. bei Karbidwolframen), eine Röntgen linien-Erweiterung und Dislokationsdichte-Vergrößerung zur Folge hat unter Bildung einer hochdefekten Struktur von Legierungsverschmelzungen, wie z. B. Wolframkobalt verschmelzungen. Diese hochdefekten Strukturen mit maxima ler Defektdichte verringern für die nachfolgenden Prozess- Schritte die Durchführungszeit und die notwendige Energie-Intensität. Die für die Vorbereitung und Ausfüh rung der Explosionsbearbeitung benötigte Zeit beläuft sich auf ca. 0,5 Stunden.

Nach der Explosionsbearbeitung eines Behälters 1, 4 wird dieser mechanisch geöffnet. Die explosionsbearbeiteten Legierungen werden in Korngrößen (0,5-2 mm) eingestuft. Die Vermahlung erfolgt in Vibrationskugelmühlen in Spiri tusmilieu bis zum Erhalt einer ultradispersionsaktiven Mischung mit den geforderten Eigenschaften. Nach Austrock nung vermischt man die Hartverschmelzungen mit Plastifi zierer, granuliert sie und verpreßt sie in Pressformen, z. B. zu Würfeln, und agglomeriert sie, während einer endgültigen Agglomeration bei einer Temperatur von 1.420°C. Die Agglomerationsgeschwindigkeit beträgt bei der vorläufigen Agglomeration V₁ = 4,5 mm/min und bei der endgültigen Agglomeration V₂ = 7,9 mm/min.

Es ergaben sich für auf diese Weise wiedergewonnen Legie rungen Wolfram-Kobalt 6 folgende physikalisch-mechani sche Eigenschaften: Dichte ρ = 14,7 g/cm³, Härte = 87,5 HPa, Porositätsgrad = -02, Festigkeit ob = 1,615 MPa.

Es hat sich gezeigt, daß die Qualität von Werkzeugen, die aus gemäß der Erfindung wiederverarbeiteten Hartverschmel zungen hergestellt sind, der Qualität von Standard schneidwerkzeugen entspricht. Durch das Verfahren gemäß der Erfindung ergibt sich für den Wiedergewinnungsprozeß von Hartlegierungen wie Wofram-Kobalt-Legierungen eine erhebliche Zeitverkürzung, sodaß eine erhöhte Prozeßeffektivität bei geringerem Energieeinsatz und bei technischer Vereinfachung der Ausrüstung möglich ist.

Claims

1. Verfahren zur Wiedergewinnung von harten, insbesondere wolframhaltigen Legierungen aus Sekundär-Rohstoffen durch eine Zermahlungs-, Press- und Agglomerationsbehandlungen umfassende Verarbeitung dieser Rohstoffe, dadurch gekenn zeichnet, daß die Wiedergewinnungsverarbeitung der Se kundär-Rohstoffe (2) durch Explosionseinwirkung auf in Form von Kompaktbruchstücken vorliegende Hartverschmel zungen der Sekundär-Rohstoffe (2) eingeleitet wird, die eine Zersplitterung und Mikro-Defektbildung in den Hartverschmelzungen vor den anschließenden Behand lungen bewirkt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundär-Rohstoffe für die Explosionsbearbeitung in einen hermetisch zu verschließenden Behälter (1, 4) ein gefüllt werden, der nach Verschluß in einen Sprengladungs block (3) eingetaucht wird, dessen Sprengladung so kom biniert ist, daß bei der durch ihre Zündung bewirkten Explosionseinwirkung auf die Sekundär-Rohstoffe deren Behälter (1, 4) erhalten bleibt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die Sprengladung aus zwei oder mehr Ladungs schichten mit unterschiedlichen Detonationsgeschwin digkeiten zusammen gesetzt wird, wobei ein Verhältnis der Detonationsgeschwindigkeiten (Da) der Außenladungs schichten zu den Detonationsgeschwindigkeiten (Di) der Innenladungsschichten von vorzugsweise Da/Di = 0,35 gewählt wird.

4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die explosionsbe arbeiteten Rohstoffe nach Entnahme aus dem Behälter (1, 4) in Korngrößen eingestuft und dann in Vibrationskugel mühlen in Spiritusmilieu vermahlen werden bis zum Erhalt der gewünschten ultradispersionsaktiven Mischung.

5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ausgetrocknete Hartverschmelzungen mit Plastifizierer gemischt, granu liert, in Formpressen verpresst und agglomeriert werden, vorzugsweise während einer vorläufigen Agglomeration bei einer Temperatur von 850°C und während der endgül tigen Agglomeration bei 1.420°C.

6. Einrichtung zur Wiedergewinnung von harten, insbeson dere wolframhaltigen Legierungen aus Sekundär-Rohstoffen durch deren Verarbeitung gemäß dem Verfahren nach den Ansprüchen 1-3, gekennzeichnet durch
einen hermetisch verschließbaren Behälter (1, 4), z. B. eine mittels Deckel(n) (4) hermetisch verschließbare Metall-Ampulle oder -Röhre, in den kompakte Bruchstücke (2) von Sekundär-Rohstoffen einfüllbar bzw. eingefüllt sind, sowie
einen den Behälter (1, 4) entlang seiner Seitenwan dungen umgebenden, aus Ladungsschichten unterschiedlicher Detonationsgeschwindigkeit bestehenden Sprengladungsblock (3) für die Erzeugung von Explosionswellen, die aus den Kompaktbruchstücken im Behälter (1, 4) hochdefekte Strukturen erzeugen, jedoch den Erhalt des Behälters gewährleisten, wobei das Verhältnis der Detonations geschwindigkeit(en) (Da) der Außenladungsschichten zu der/den Detonationsgeschwindigkeit(en) (Di) der Innen ladungsschicht(en) vorzugsweise den Wert Da/Di = 0,35 hat.