DE2060446C - Maschinell bearbeitbares, unmagne tisches, verschleiß und korrosionsfestes Sintermetall auf Karbidbasis sowie Ver fahren zu dessen Herstellung und Verwen dung desselben - Google Patents

Description

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Gruppe und 30 bis 65 Volumprozent Körnchen einer Nickel und 1,5 Gewichtsprozent Aluminium

Kupfer-Nickel-Legierung der erfindungsgemäßen Zu- Bei der Herstellung der Karbidmasse wurden 60

sammenselzung, insbesondere mit 0,5 bis 3 Gewichts- wichtsprozeni WC-Pulver mit 40 Gewichtsprozent

prozent Aluminium, 0 bis 5 Gewichtsprozent Eisen der bei der Herstellung des Grundmetalls verwendeten

und 0 bis 2 Gewichtsprozent Mangan, hergestellt 5 Legierungsbestandteile wie folgt gemischt: wird, wobei das Aluminium im Gemisch in dei Form

von Nickelaluminid vorliegt, daß aus dem Pulver- WC (1 bis δμπι) 6°° S

gemisch ein Preßkörper geformt, dieser Hei der Cu (Elektrolytkupfer, kleiner als

Schmelztemperatur der Kupfer-Nickel-Legierung ge- 150μΐη) ²⁷⁴ S

sintert und dann auf Raumtemperatur abgekühlt wird. io Ni (Karbonylnickel, 3 bis 8μ.πι) .. 107 g

Die Eigenschaften werden dadurch verbessert, daß NiAl (kleiner als 44μπι) ¹⁹S

der gesinterte Preßkörper bei einer Temperatur 1000 g zwischen 750 und 950C lösungsgegiiiht und dann
abgekühlt wird. Auch eine mindestens lstündige

Aushärtung bei einer Temperatur von 300 bis 700⁰C 15 Das Aluminium wird dem Gemisch in der Form

ist vorteilhaft. von Nickelaluminid zugesetzt, um einen Verlust

Es hat sich gezeigt, daß Sinterhartmetalle der durch Verdampfen während der Truhen Stadien des

erfindungsgemäßen Art besonders gut für Seewasser Sinterns bei hoher Temperatur zu vermeiden.

ausgesetzte Wellendichtungen und insbesondere für Den 1000 g des Gemisches wird 1 Gewichtsprozent

Torpedowellendichtringe \erwendbar sind. 20 Paraffinwachs zugesetzt, und das Gemisch wird

An Hand der Zeichnung, die Beispiele für die 60 Stunden lang in einer m rostfreien Stahlkugel«

Erfindung darstellen, wird diese im folgenden noch zur Hälfte gefüllten Kugelmünlr unter Verwendung

naher erläutert. von Hexan als Träger gemahlen. Nach dem Mahlen

F i g. 1 ist eine Ausführungsform eines Gegen- wird das Gemisch auf einer heißen Platte bei 68 C

oder Paßringes zur Verwendung bei einer mecha- 25 getrocknet, bis das Hexan völlig ausgetrieben ist.

machen Dichtung, und D..s trockene Pulver wird dann bei einem Druck

F i g. 2 veranschaulicht eine Anwendungsmöglich- von 2350 kp/cm² zu Preßkorpern verarbeitet. Die so

keit des erfindungsgemäßen Sinterhartmetalls bei einer erzeugten Preßkorper werden vorzugsweise in flüssiger

aus zusammengepaßten Ringen bestehenden Dichtung Phase im Vakuum gesintert, indem sie 2'/₂ Stunden

für umlaufende Wellen, insbesondere solche, die in 30 im Vakuum auf 1400 C erhitzt, 45 Minuten lang

Marinegeräten, wie Torpedos, verwendet werden. auf dieser Temperatur gehalten und anschließend in

Gemäß F i g. 1 besteht der Dichtungsring 10, der 60 Minuten ai^f 1200 C und dann vo 1 dieser Tempe-

als Gegen- oder Paßring in einer mechanischen Dich- ratur auf Raumtemperatur im Ofen abgekühlt werden.

lung gemäß F i g. 2 Anwendung findet, aus dem Dis Sintern wird vorzugsweise auf einer feuerfesten

neuen Sinteihartstoff. 35 Keramikplatte auf MgO-Basis durchgeführt.

Die mechanische Dichtung gemäß F i g. 2 ist eine Die Dichte des Sinterpreßkorpers im gesinterten Anordnung, bestehend aus einem ringförmigen Zustand beträgt etwa 99,3°■'„ d"s theoretischen Wer-Bechetteil Il aus rostfreiem Stahl, in dessen ring- tes, und der Preßling hatte im gesinterten, nicht nachförmigem Hohlraum ein Graphitring 12 eingeschlossen behandelten Zustand eine Hätte von HRC 51 und ist. Der Graphitring 12 hat einen kreisringförmigen, 40 nach Lösungsglühen durch Erhitzen auf 9(10 C, rechtwinkligen Ausschnitt 13, in dem ein O-Ring 14 Halten auf der Temperatur während 1 Stunde lind aus einem Elastomeren eingeschlossen ist, der eine anschließendes Abkühlen an der Luft eine Härte verläßliche Abdichtung zwischen dem Dichtungsring von HRC 38 bis 40. Ein Erhitzen der abgeschreckten und dem Becherteil II aufrechterhält. In Anlage an Legierung auf eine Härtungstemperatur von 500 C der Graphitdichtung und der Welle 15 befindet sich 45 während 16 Stunden führte zu einer Härte von ein Paß- oder Gegenring 10.1, der aus dem Sinter- HRC 52. Das Sinterhartmetall läßt sich in geglühtem werkstoff gemäß der Erfindung hergestellt ist; die Zustand vor dem Aushärten auf genaue Formen mechanische Dichtungsanordnung ist an der Welle 15 maschinell bearbeiten und zeichnet sich durch eine in der dargestellten Weise getragen. gute Widerstandsfähigkeit gegen Meerwasserkorrosion Das Bindemetall weist insbesondere 60 bis 75 Ge- 50 aus. Obwohl die metallographische Struktur von wichtsnro^nt Kupfer und 40 bis 25 Gewichtsprozent komplexer Natur ist, treten keine galvanischen Lokal-Nickel mit voizugsweise 1 bis 3°/₀ I isen auf. Eine elemente auf, das Sinterhartmetall ist daher nicht spezifische Zusammensetzung des Hindemetalls ist gegen elektrochemische Korrosion anfällig. 68,5 Gewichtsprozent Kupfer, 30 Gewichtsprozent

Nickel, 1,5 Gewichtsprozent Aluminium und vor- 55 „ ... ,

. . ,. , , , ,. . , . Beispiel 2

zugsweisc zwischen 0,5 und 1 Gewichtsprozent _ . .. ^K

„,„„,„ ' Primaie

^Md"^ßan _o ... ... ..... ., Karbide .... 55 Volumprozent Niobkarhid

As Beispiel der verschiedenen möglichen Ver- „. , ... ., ., . ' .

..... ' . r- ,- , j c 1 in Bindemeta 45 Volumprozent

wirklichungen der Erfindung werden folgende Bei- '

spiele angegeben: 60 _Dje Nennzusammensetzung des Bindemetalls ist

... folgende:

Beispiell „ „ . ,

Cu 60 Gewichtsprozent

Es wurde eine aushärtbare, verschleiß- und korro- Ni 40 Gewichtspiozcnt

sionsfeste Masse hergestellt, indem 45 Volumprozent 65 K)O Gewichtsprozent Wolframkarbid in 55 Volumprozent einer Kupfer-Nickel-Legierung als Bindemetall dispergiert wurde, Das Bindemetall dieser Zusammensetzung wird die 68,5 Gewichtsprozent Kupfer, 30 Gewichtsprozent nach Beispiel 1 hergestellt.

Beispiel 3
Primäre

Karbide .... 60 Volumprozent Vanadiumkarbid Bindemetall 40 Volumprozent

100 Volumprozent

Die Nennzusammensetzung des Bindemetalls ist folgende:

Cu 70 Gewichtsprozent

Ni 26 Gewichtsprozent

Fc 2 Gewichtsprozent

Al 2 Gewichtsprozent

100 Gewichtsprozent

Beispiel 4 .
Primäres

Karbid 70 Volumprozent-Tantalkarbid

Bindemetall 30 Volumprozent

Die Nennzusammcnsctzung des Bindemetalls ist folgende:

Cu 55 Gewichtsprozent

Ni 44 Gewichtsprozent

Al 1 Gewichtsprozent

100 Gewichtsprozent

Beispiel 5
Primäres

Karbid 40 Volumprozent Wolfrarnkarbid

Bindemetall '60 Volumprozent

100 Volumprozent

Die Nennzusammensetzung des Bindemetalls ist folgende:

Cu 75 Gewichtsprozent

Ni 24,5 Gewichtsprozent

Al 0,5 Gewichtsprozent

Beispiel 6

Primäres

Karbid 65 Volumprozent Titankarbid

Bindemetall 35 Volumprozent

Die Nennzusammensetzung des Bindemetall ist folgende:

Cu 88 Gewichtsprozent

Ni 10 Gewichtsprozent

Fe 1 Gewichtsprozent

Al 1 Gewichtsprozent

100 Gewichtsprozent 100 Gewichtsprozent

Die SiiUertempcralur liegt insbesondere im Bereich zwischen 1050 und 1600"C₁ und die Sinterung bei dieser Temperatur dauert von etwa 10 Minuten bis zu 4 Stunden in vorzugsweise Vakuum. An Stelle

ao von Vakuum ist auch eine rcaktionsfrcic Umgebung, z. B. Schutzgas, wie Wasserstoff, Argon usw., verwendbar.

Nach dem Sintern wird der gesinterte Körper (wenn das Grundmetall altcrungsfähig ist) vorzugsweise

»5 lösungsgeglüht, indem er auf eine Temperatur im Bereich von zwischen 750 und 95O°C etwa 1 bis 4 Stum'.vii lang geglüht und der geglühte Körper anschließend, beispielsweise in bewegter Luft, auf Raumtemperatur abgekühlt wird. Das Aushärten besteht darin, daß der lösungsgeglühte Körper für etwa 1 bis 25 Stunden auf eine Temperatur von zwischen 300 und 700°C erhitzt und dann in der Luft gekühlt wird.

Das erfindungsgemäßc Sinterhartmetall ist ein ansgezeichnetes Dichtungsmaterial für umlaufende Wellen in Maschinen und Geräten für Marinezwecke. Andere ebenfalls gute Verwendungszwecke sind wegen der guten elektrischen Leitfähigkeit und Verschleißfestigkeit funkenfreie Werkzeuge und Sdiweißeleklrodenführungen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

2812

Claims (13)

Niob-, Vanadium- und Tantalkarbid, die ein Binde-Patentansprüche: metall aufweisen, sind bereits bekannt. Unter Bindemetall wird auch eine Legierung verstanden, die im

1. Maschinell bearbeitbares, unmagnetisches, Sinne eines Bindemetalls wirkt Die Herstellung solcher verschleiß- und korrosionsfestes Sinterhartmetall 5 Sinterhartmetalle erfolgt durch Mischen der Ausauf Karbidbasis mit Bindemetall, insbesondere gangssubstanzen, Verptessen der Mischung zu einem zur Verwendung in salzhaltiger Umgeüimg, be- Preßling und Sintern des Preßlings mit anschließender stehend aus 35 bis 70 Volumprozent mindestens Abkühlung. Die Sinterhartmetalle dieser Gattung eines Primärkarbides aus der Gruppe WC, NbC, sind jedoch vielfach magnetisch und verschleißen bzw. VC und TaC, Rest Bindemetall, bestehend aus to korrodieren vor allem in salzhaltiger Umgebung, 55 bis 90 Ge'/ichtsprozent Kupfer und 10 bis beispielsweise im Seewasser, verhältnismäßig schnell. 45 Gewichtsprozent Nickel. Auch seefeste Legierungen auf Kupfer-Nickel-Basis

2. Sinterhartmetall nach Anspruch 1, bei dem genügen den Anforderungen bezüglich Verschleißdas Bindemetall zusätzlich 0,5 bis 3 Gewichts- festigkeit vielfach noch nic.it. Obwohl versucht wurde, prozent Aluminium, 0 bis 5 Gewichtsprozent 15 die Verschleißfestigkeit durch festigkeitserhöhende Eisen und 0 bis 2 Gewichtsprozent Mangan Zusätze, wie Tantal, Chrom, Aluminium, Zirkonium enthält. usw., zu verbessern, schlugen solche Versuche vielfach

3. Sinterhartmetall nach Anspruch 2, bestehend fehl; darüber hinaus konnten in der Regel nur Härten aus 40 bis 60 Volumprozent Primärkarbideii und von bis zu etwa HRC = 35 eizielt werden. Auch Rest Bindemetall . 20 VerMiche, Marineausrüstungen, die sich durch hohe

4. Sinterhartmetall nach Anspruch 3, bei dem Verschleißfestigkeit und genugende Härte auszeichnen das Primärkarbid Wolframkarbid ist und das sollen, mit Hartchromplatten zu versehen oder durch Bindemetall 55 bis 75 Gewichtsprozent Kupfer Flammhärten oder Plasmaspritzen ober'lächlich zu und 25 bis 45 Gewichtsprozent Nicke' enthält. vergüten, schlugen insofern fehl, als derartige Ober-

5. Sinterhartmetall nach Anspruch 4, bestehend 25 flächenteile infolge der ungenügenden Zähigkeit deraus 45 Volumprozent WC, Rest Bindemetall mit selben im Vergleich zum zäheren Trägerwerkstoff einem Gehalt von 1,5 Gewichtsprozent Aluminium. vielfach abblättern bztv. abspringer.

6. Sinterhartmetall nach Anspruch 3. bei dem Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein das Primärkarbid Niobkarbid ist. Sinterhartmetall zu schaffen, das praktisch unmagne-

7. Sinterhartmetall nach Anspruch 3, bei dem 30 tisch und maschinell bearbeitbar ist und das sich das Primärkarbio. Vanadiumkarbid ist. durch hohe Verschleiß- und Korrosionsfestigkeit ins-

8. Sinterhartmetall nach Anspruch 3, bei dem besondere auch in salzhaltiger Umgebung auszeichnet das Primärkarbid Tantalkarbid ist. und gut härtbar ist.

9. Verfahren zur Herstellung t nes Sinterhart- Gemäß der Erfindung besteht ein solches Sinterme;alls nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- 35 hartmetall aus 35 bis 70 Volumprozent minde>tens zeichnet, daß aus einem Pulvergemisch des Primär- eines Primärkarbids aus der Gruppe WC, NbC, VC karbides und der Kupfer-Nickel-Legierung, in der und T₃C, Rest Bindemetall, bestehend aus 55 bis das Aluminium im Gemisch in der Form von 90 Gewichtsprozent Kupfer unu 10 bis 45 Gewichts-Nickelaluminid vorliegt, ein Preßkörper geformt, prozent Nickel.

dieser bei der Schmelztemperatur der Kupfer- 40 Ein Sinterhartmetall nach der Erfindung zeichnet Nickel-Legierung gesintert und dann auf Raum- sich durch einen hohen Grad inhärenter Härte sowie temperatur abgekühlt wird. dadurch aus, daß es durch eine Wärmebehandlung

10. Verfahren naeh Anspruch 9, dadurch gekenn- noch weiter härtbar ist. Dabei ist seine Verschleißzetchnet. daß der gesinterte Preßkörper durch festigkeit auch im Seewasser oder anderer salzhaltiger Erhitzen bei einer Temperatur von 750 bis 950" C 45 Umgebung hervorragend.

lösungsgeglüht und dann abgekühlt wird. Zweckmäßigerweise enthält das Bindemetall zusätz-

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch lieh 0,5 bis 3 Gewichtsprozent Aluminium, 0 bis gekennzeichnet, daß der gesinterte Preßkörper 5 Gewichtsprozent Eisen und 0 bis 2 Gewichtsprozent nach der Glühung mindestens 1 Stunde lang bei Mangan. Das Aluminium dient gewissermaßen als einer Temperatur von 300 bis 700⁰C ausgehärtet 50 Alterungsmittel zur Festigkeitsverbesserung.

wird. Besondere Vorteile eines derartigen Sintermetalls

12. Verwendung eines Sinterhartmetalls nach sind dann zu eiwarten, wenn Primärkarbide in einem einem der Ansprüche 1 bis 8 für Seewasser aus- Anteil von 40 bis 60 Volumprozent vorhanden sind, gesetzte Wellendichtungen. Wolframkarbid hat sich besonders vorteilhaft erwiesen,

13. Verwendung eines Sinterhartmetalls nach 55 und dabei empfiehlt es sich, den Anteil von Kupfer einem der Ansprüche 1 bis 8 für Torpedowellen- am Bindemetall zwischen 55 und 75 Gewichtsprozent dichtringe. und demjenigen von Nickel zwischen 45 und 25 Gewichtsprozent zu wählen. Ein Sinterhartmetall mit

45 Volumprozent WC und Rest Bindemetall mit

60 einem Gehalt von 1,5 Gewichtsprozent Aluminium

zeichnet sich durch besonders gute Eigenschaften aus.

Darüber hinaus sind jedoch auch Niobkarbid,

Die Erfindung, bezieht sich auf ein maschinell Vanadiumkarbid und Tantalkarbid vorteilhaft als bearbeitbares, unmagnetisches, verschleiß- und korro- Primärkarbid verwendbar.

sionsfestes Sinterhartmetall auf Karbidbasis mit 65 Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung Bindemetall, insbesondere zur Verwendung in salz- eines solchen Sinter'nartmetalls besteht darin, daß ein

haltiger Umgebung. Pulvergemisch aus 35 bis 70 Volumprozent Körnchen

Sintcrhartmelallc auf der Basis von Wolfram-, mindestens eines Primärkarbids aus der genannten