DE2214824A1 - Gegenstaende aus hartmetall, das mit fasern aus refraktaerem metall armiert ist - Google Patents

Gegenstaende aus hartmetall, das mit fasern aus refraktaerem metall armiert ist

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DE2214824A1
DE2214824A1 DE19722214824 DE2214824A DE2214824A1 DE 2214824 A1 DE2214824 A1 DE 2214824A1 DE 19722214824 DE19722214824 DE 19722214824 DE 2214824 A DE2214824 A DE 2214824A DE 2214824 A1 DE2214824 A1 DE 2214824A1
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coating
fibers
cobalt
hard metal
fibre
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Application number
DE19722214824
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Svens-Erik Isaksson
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ABB Norden Holding AB
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C29/00Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides

Description

  • Gegenstände aus Hartmetall, das mit Fasern aus refraktärem Metall armiert ist Die Erfindung bezieht sich auf Gegenstände aus Hartmetall, das mit Pasern aus refraktärem Metall, insbesondere Wolfram, Molybdän oder Titan, armiert ist.
  • Gegenstände aus Hartmetall sind verhältnismäßig spröde und vertragen nur verhältnismäßig geringe Zugbeanspruchungen. Dies ist ein Nachteil, wenn sie als Einsatzmesser oder als andere Bearbeitungselemente in Werkzeugen verwendet werden, z.B. als Messer in Bohrern und als Elemente in anKren Ausrüætungen, z.B.
  • Innenwänden, Matrizen und Stempeln in Hochdruckapparaten und als Walzen in Walzwerken. Die genannten nachteiligen mechanischen Eigenschaften bewirken, daß Hartmetsleeile in verschiedenen Fällen verhältnismäßig schnell verbraucht werden. In gewissen Fällen, z ß. bei Reaktionen in Hochdruckapparaten kann es passieren, daß sie nach jeder Reaktion ausgetauscht werden müssen, da sie den Beanspruchungen nicht gewachsen sind und zerstört werden. Eine Verbesserung der auf ihrer Sprödigkeit beruhenden Anfälligkeit von Gegenstiden aus Hartmeall wurde dadurch erreicht, daß das Hartmetall mit Fasern aus refrakl tärem Metall armiert ist.
  • Als refraktäres Metall wird außer den bereits genannten Metallen Wolfram, Molybdän oder Titan auch Tantal, Chrom, Zirkonium, Vanadin und Hafnium sowie Legierungen, die ein refraktäres Metall als Hauptbestandteil enthalten (z.B. eine Legierung aus 99 Gewichtsprozent Molybdän, 0,5 Gewichtsprozent Titan und 0,5 Gewichtsprozent Zirkonium) bezeichnet. Als Hauptbestandteil in einer Legierung wird hier und nachfolgend der Bestandteil bezeichnet, der den größten Gewichtsprozentsatz einer Legierung aismacht. Aber auch die mit Fasern aus refraktärem Metall armierten Hartmetallgegenstände haben noch eine relativ starke Sprödigkeit, die durch das Eindiffundieren van Kohlenstoff aus dem Hartmetall in die Fasern während des Sinterns verursacht werden dürfte.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die mechanischen Sigenschaften der Gegenstände aus Hartmetall, das mit Fasern aus refraktärem Metall armiert ist, zu verbessern.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß die Fasern aus refraktärem Metall mit einem ueberzug versehen sind, derwahrend eines Sinterprozesses die Diffussion von Kohlenstoff--von dem Hartmetall zu den Fasern verhindert.
  • Das Hartmetall ist von üblicher Art und kann u.a. aus Wolfram karbid mit Kobalt als Bindemittel, einer Mischung von Ditankarbid und Wolframkarbid mit Kobalt oder Nickel als Bindemittel, Tantalkarbid mit Kobalt als Bindemittel sowie einer Mischung aus Wolframkarbid, Titankarbid und Tantalkarbid mit Kobalt ibr Nickel als Bindemittel bestehen.
  • Als Armierungsmaterial haben sich Wolframfasern als besonders geeignet erwiesen.
  • Der ueberzug mit der Fähigkeit, Kohlenstoff daran zu hindern, wahrend eines Sinterverlaufes vom Hartmetall zu den Fasern zu diffundieren, dient als Oberflächenschutz für die Fasern und verhindert, daß der Kohlenstoff des Hartmetalls während des Sinterns mit dem refraktären Metall reagiert und dieses zerstört.
  • Die Dicke dieses Überzuges, der gemäß der Erfindung aus Eisen, Kobalt, Nickel oder Legierungen mit einem dieser Metalle als Hauptbestandteil (z.3. einer Legierung aus 53,5 Gewichtsprozent Eisen, 17,5 Gewichtsprozent Kobalt und 29 Gewichtsprozent Nickel oder einer Legierung aus 57 Gewichtsprozent Eisen und 43 Gewichtsprozent Nickel) bestehen kann, beträgt zweckmäßigerweise 0,1-lCO , während der Durchmesser der Fasern zweckmäßigerweise 1-2000/u, vorzugsweise 1-100/u, beträgt. Die Länge der Fasern kann je nach Größe und Form des Gegenstandes von 1011 bis zu im Prinzip unbegrenzter Länge variieren. Meistens liegt die Länge jedoch zwischen 10 µ und 10 cm. Der Fasergehalt im Hartmetall beträgt 5-70 % des gesamten Volumens von Hartmetail und Fasern.
  • Wenn der genannte Uberzug nicht die erforderliche Bindung mit dem Hartmetall ergibt, z.B. aufgrund von ungenügender Befeuchtung (Benetzung), kann gemäß der Erfindung eine verbesserte Bindung erreicht werden, indem eine Schicht aus einem metallischen Material mit der Fähigkeit, die Bindung zu verbessern, auf dem Überzug angeordnet wird. Das metallische Material der genannten Schicht kann mit Vorteil von derselben Art sein wie das Bindemittel des Hartmetalls oder aus einer Legierung bestehen, die ein in dem Bindemittel des Hartmetalls enthaltenes Metall als Hauptbestandteil enthält. Andere metallische Materialien, die sich licht mit dem Bindemittel des Hartinetalis vereinen und verbinden, sind denkbar. Die Dicke der Schicht kann mit Vorteil 0,1-10061 betragen. Besonders geeignet sind Kobalt, Nickel oder Legierungen mit einem dieser Metalle äLs Hauptbestandteil in der genannten Schicht.
  • Wenn der tberzug, der die gohlenstoffdiffusi on verhindert, selbst eine gute Bindung mit dem Hartmetall ergibt, braucht man natUrlich keine Schicht aus metallischem Material auf dem Ubersug ansuordnen, um die Bindung zu verbessern. Wenn somit Kobalt als ftbereug für Wolframfasern verwendet wird und das Hartmetall aus Wolframkarbid mit Kobalt als Bindemittel besteht, braucht keine Schicht auf dem Überug aufgebracht zu werden. Bei der Verwendung vm Eisen im tiberzug kann es Jedoch von Vorteil sein, eine Kobaltschicht über dem Eisenüberzug aufzubringen, wenn das als Beispiel genannte Hartmetall mit den Fasern armiert werden soll. Das über Kobalt gesagte gilt in entsprechenden Bällen für Nickel bei Armierung von auf Titan basierten Hartmetallen mit Nickel und Kobalt als Bindemittel.
  • Die Herstellung der Gegenstände gemäß der vorliegenden Erfindung geschieht dadurch, daß die Fasern aus refraktärem Metall in pulverförmigem Hartmetall eingebettet und das zusammengesetzte Material durch Pressen geformt wird, z.B. durch allgemein übliches Pressen in einem Werkzeug oder durch isostatisches Pressen, ehe der geformte Gegenstand einer Sinterung unterworfen wird. Das Sintern geschieht zweckmäßigerweise bei einer Temperatur von mindestens 1250 °C, damit die Materialien des Gegenstandes effektiv aneinander gebunden werden, und höchstens 1450 °a, damit die Fasern aus dem refraktären Metall nicht mit ihrem tberzug reagieren.
  • Die Erfindung wird anhand der folgenden hrsSüh:rungsbeispiele näher erläutert: Beispiel 1 85 Volumenanteile Hartmetallpulver werden mit 15 Volumenanteilen Wolframfasern mit einem Durchmesser von 10# und einer Länge von 1 mm gemischt. Die Wolframfasern sind mit einem Überzug aus Kobalt mit einer Dicke von 2 3 versehen. Es ist die Aufgabe dieses Überzuges, Kohlenstoff daran zu hindern, während des später auszuführenden Sinterns von dem Hartmetall zu den Wolframfasern zu diffundieren. Der Überzug bewirkt auch eine gute Bindung mit dem Hartmetall. Das Hartmetallpulver besteht aus Wolframkarbidkörnern mit einer Korngröße von 1-10 $1, die mit einem dünnen Uberzug aus Kobalt versehen sind, so daß der Wolfram karbidgehalt des Pulvers 92 Gewichtsprozent und der Kobaltgehalt 8 Gewichtsprozent ausmacht. Die Mischung von Pulver und Fasern wird zur Herstellung einer Gesteinsbohrerschneide auf übliche Weise in einem Werkzeug mit einem Druck von 1-4 ton/cm? gepreßt.
  • Die geformte Bohrerschneide wird danach zunächst ungefahr eine Stunde lang ureter Vakuum oder Wasserstoffgas bei 1400 oC gesintert und dann 1 Std. bei einem Druck von 1000 Atü in inertem Gas, z.B.- Argon, bei 1350 OC.
  • Anstatt die Gesteinsbohrerschneide in einem Werkzeug üblicher Art zu formen, kann sie durch isostatisches Pressen geformt werden. Die Mischung von Hartmetallpulver und Wolftanfasern mit Kobaltüberzug wird dabei in einem Behälter aus nachgiebigem Material, z.B. weichgemachtem Polyvinylchlorid oder Gummi, eingeschlossen. Dann wird sie bei Zimmertemperatur und einem Druck von 1-4 ton/cm2 in einer Isostatkammer mit Öl oder Wasser als Druckmittel gepreßt. Der geformte Gegenstand wird danach erst unter Vakuum oder Wasserstoffgas und dann unter den oben angegebenen Bedingungen unter Druck in inertem Gas gesintert.
  • Beispiel 2 Eine Gesteinsbohrerscbneide wird auf-die in Beispiel 1 beschriebene Weise hergestellt, aber mit dem Unterschied, daß anstelle von Wolframfasern mit tberzug aus Kobalt Molybdänfasern mit Eisenüberzug und einer auf diesem ueberzug angebrachten Schicht aus Kobalt verwendet werden. Der Durchmesser der Nc1ybdanfasern beträgt 10 µ und ihre Länge 1 mm. Die Dicke des Eisenüberzugs beträgt 1 11 und die der Kobaltschicht 1 P.
  • Auf die in den Beispielen 1 und 2 beschriebenen Arten kann man z.B. auch Stempel, Matrizen und zylindrische Kammerwande fur Hochdruckapparate herstellen.
  • In gewissen Fällen kann es vorteilhaft sein, die Fasern zu orientieren. Z.B. bei Walzen aus Hartmetall kann man eine gesteigerte Biegefestigkeit und damit ein kleineres Bruchrisiko beim Walzen erreichen, wenn die Walzen mit axial orientierten Fasern aus refraktärem Metall armiert werden.

Claims (4)

Paten tanspruche:
1. Gegenstände aus Hartmetall, das mit Fasern aus refraktärem Metall, insbesondere Wolfram, Molybdän oder Titan, armiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern aus refraktärem Metall mit einem ueberzug versehen sind, der während eines Sinterprozesses die Diffussion von Kohlenstoff von dem Hartmetall zu den Fasern verhindert.
2. Gegenstände nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug aus Eisen, Kobalt, Nickel oder einer Legierung, die eines dieser Metalle als Hauptbestandteil enthält, besteht.
3. Gegenstände nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Überzug eine Schicht aus metallischem Material vorhanden ist, die die Bindung zwischen den mit dem Überzug versehenen Fasern und dem Hartmetall verbessert.
4. Gegenstände nach Anspruch 1 - 3, mit Überug aus einem anderen Material als Kobalt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus metallischem Material aus Kobalt besteht.
DE19722214824 1971-03-29 1972-03-27 Gegenstaende aus hartmetall, das mit fasern aus refraktaerem metall armiert ist Pending DE2214824A1 (de)

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