DE2442389B2

DE2442389B2 - Verfahren zur herstellung von sinterhartmetall-koerpern aus wolframcarbid

Info

Publication number: DE2442389B2
Application number: DE19742442389
Authority: DE
Inventors: Charles Meacham; Brown Harry James; Lewiston N.Y. Brown (V.St.A.)
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1973-09-06
Filing date: 1974-09-04
Publication date: 1976-11-18
Also published as: FR2243265B1; AU480131B2; IL45606A; IL45606A0; SE410323B; JPS5521092B2; SE7411236L; FR2243265A1; BR7407364D0; AU7300474A; DE2442389A1; JPS5051510A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Sinterhartmetallkörpern aus Wolframkarbid, bei dem feinteiliges Wolfram, Kobalt und Graphit zu Formkörpern hoher Dichte und mit ausgezeichneten mechanischen und Schneideeigenschaften umgesetzt werden.

Bisher wurden üblicherweise Sinterhartmetalle aus Wolframkarbid so hergestellt, daß zunächst Wolframkarbid WC durch Umsetzung von Wolfram und Kohlenstoff hergestellt wurde. Dann folgte ein Zerkleinern des so erhaltenen Wolframkarbids und ein Mischen mit Kobalt. Das sehr harte Wolframkarbid WC wurde nun in einer Kugelmühle mit dem zugegebenen Kobalt vermischt. Das Gemisch wurde unter Zusatz eines Schmiermittels zur Herabsetzung der Reibung verdichtet und die Formkörper wurden anschließend gesintert. Der Sinterwerkstoff war sehr geeignet für die Herstellung von Schneidwerkzeugen. Die lange Dauer des Herstellungsverfahrens brachte aber erhebliche wirtschaftliche Nachteile mit sich. Da beispielsweise das Zerkleinern und Mahlen des Wolframkarbids WC erforderlich war. wurden kostspielige abriebbeständige Vorrichtungen hierfür benötigt. Die ursprüngliche <«.■ gesonderte Herstellung des Wolframkarbids WC und das anschließende Zerkleinern erforderten wesentliche zusätzliche Verfahrenszeiten, ebenso wie das Entfernen des .Schmiermittels vor dem Sintern. Ferner ist die Festigkeit der Preßkörper au^ Wolframkarbid U!u! "5 Kobui! nicht hoch, so daß sie sorgfältig gehandhabt werden mußten, um ein Brechen und Splittern ?.u Die DT-OS 24 36 588 betrifft ein Verfahren zur Herstellung von dispersionsgehärteten Werkstoffen, bei dem das Gemisch zweier Metallpulver zusammen mit Ruß so lange in einer Kugelmühle gemahlen wird, bis nach Umsetzung des Rußes mit einem Metallpulver eine karbidische Dispersion innerhalb des nicht umgesetzten Metallpulvers entstanden ist. Von diesem bekannten Verfahren"unterscheidet sich die vorliegende Erfindung durch die Verwendung von Graphit, dessen andersartiges reaktives Verhalten eine Wärmebehandlung (Sintertemperatur von 1350-1550° C) notwendig macht

Die DT-OS 21 53 626 betrifft einen Karburierungsprozeß, bei dem Mischungen aus Wolfram, Kobalt und Ruß bei Temperaturen von 1400⁰C- 1900⁰C unter Bildung von Wolframkarbid reagieren. Auch von diesem bekannten Verfahren unterscheidet sich die Erfindung durch die Verwendung von Graphit

Aufgabe der Erfindung ist ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung von Sinterhartmetallkörpern aus Wolframkarbid.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Gemisch aus feinteiligem elementarem Wolfram mit Teilchendurchmessern von etwa 2,5 μΐη und feinteiligem Graphit mit Teilchendurchmessern unter etwa 75 μηι in einem solchen Mengenverhältnis, daß bei ihrer Umsetzung das Wolframkarbid WC entstehen kann, zusammen mit etwa 3 bis 20% Kobalt, bezogen auf das Gewicht des gesamten Gemisches, letzteres mit Teilchendurchmessern von etwa 1,3 μιη in einer Kugelmühle solange behandelt wird, bis die aus diesem Gemisch durch Kaltpressen hergestellten Formkörper wenigstens 96% ihrer maximalen Dichte erreicht haben, daß das Gemisch kalt gepreßt wird, und daß diese Formkörper dann solange bei 1350 bis 155O⁰C gesintert werden, bis praktisch aus dem gesamten Wolfram und dem gesamten Graphit das Karbid WC entstanden ist

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird bei einem Druck von 700 bis 2800 kp/cm² kaltgepreßt. Das erfindungsgemäße Verfahren wird angewendet auf ein Ausgangsgemisch, welches zusätzlich bis zu 10% Tantalkarbid TaC, Titankarbid TiC, Chromkarbid Cr₃C₂, Vanadiumkarbid VC oder Niobkarbid NbC oder bis zu 20% eines Gemisches aus zwei oder mehreren dieser Stoffe, bezogen auf das Gewicht des gesamten G etnisches, enthält.

Eiei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann handelsübliches Wolframpulver, ζ. Β. UC AR-Wolframpulver der Union Carbide Corporation mit Kobaltpulver, z. B. von der African Metals Corporation, mit Graphit gemischt werden.

Die Teilchengröße der gemischten Ausgangsstoffe ist wichtig. Es wurde gefunden, daß ein mittlerer Teilchendurchmesser von 2 bis 2,5 μίτι für das Wolfram von 1 bis 1,5 μιη für das Kobalt und von weniger als 75 μιη für den Graphit die besten Ergebnisse hinsichtlich der Durchführung des Verfahrens und der Eigenschaften der Endprodukte ergibt. Teilchendurchmesser irr Bereich von 1 bis 3 μιη für das Wolfram und das Kobali ergeben ausgezeichnete Resultate. Wolfram und Kobal· mit geringeren Teilchendurchmessern können verwendet werden, was aber bei Teilchendurchmessern vor eiwu 0.5 μηι schon ungünstig wird, da das Puivei pyrophor ist und es teuer und schwierig ist, so kleine Teilchen zu erhalten. Größere Teilchcndurchmcssci sind unerwünscht, chi hierlv; tine längere Mahldauc: erforderlich ::-,■ und da es schwierig ist. eine Porosität ii den gesinterten Endprodukten /u vermeiden.

Das Mengenverhältnis von Wolfram und Graphit ii

der Mischung sollte ein praktisch stöchiometrisches für die Bildung des Karbids WC bei der vollständigen Umsetzung des Wolframs und des Graphits sein. In der Praxis sollte von diesem Verhältnis um nicht mehr als etwa ±0,1% abgewichen werden. Bei geringeren Mengen Graphit entsteht in dem geenterten Gegenstand eine unerwünschte spröde Phase des Karbids W₂C, während bei größeren Mengen Graphit feinverteilter freier Kohlenstoff im Mikrogefüge verbleibt. Beides ist für die Erzielung einer optimalen transversalen Festigkeit und guter Schneideeigensrhaften unerwünscht

In dem Gemisch kann Kobalt zwischen 3 und 20% enthalten sein, was der Menge in dem üblichen gesinterten Wolframkarbid entspricht.

Wenn die gewünschte Mischung aus Wolfram, Kobalt und Graphit hergestellt ist, wird sie in einer Kugelmühle behandelt, um eine innige Mischung und eine Optimierung der Eigenschaften des Endproduktes zu erzielen. Es können entweder rotierende oder vibrierende : Kugelmühlen üblicher Bauart verwendet werden.

Die Mahldauer des Gemisches ist kritisch für die Durchführung der Erfindung. Wenn das Gemisch nicht lange genug gemahlen wird oder wenn es zu lange gemahlen wird, werden optimale Eigenscnaften des :* Endprodukts nicht erzielt. Im Ergebnis können soga; Endprodukte mit schwerwiegenden Fehlern erhalten werden. Bei Einhaltung der geeigneten Mahldauer werden optimale Werte erhalten für die Dichte des rohen Preßkörpers, für seine Festigkeil, für die Dichte ;.· des gesinterten Preßkörpers, für die lineare Schrump fung während des Sinterns, für die Porosität, für die Korngröße, für die Härte, für die Festigkeit und für das Verhalten als Schneidewerkzeug.

Die geeignete Mahldauer für ein gegebenes Gemisch ο aus Wolfram, Kobalt und Graphit kann wie folgt festgestellt werden. Das Gemisch wird in eine Kugelmühle gebracht und das Mahlen wird begonnen. In regelmäßigen Zeitabständen, beispielsweise alle 24 Stunden oder weniger, wird eine Probe aus der Mühle entnommen und kalt zu einem Formkörper verpreßt, beispielsweise bei einem Druck von 2180 ±35 kp/cm² in einer doppelt wirkenden Presse. Die Dichte dieses rohen Preßkörpers wird dann gemessen. Die Dichtewerte in Abhängigkeit von der Mahldauer können dann graphisch aufgetragen werden, wie die Fig. 1 es zeigt. Wenn eine optimale Dichte erreicht wird, beispielsweise in dem Zeitabschnitt zwischen A und B, ist die kritische Mahldauer für ein bestimmtes Gemisch in einer bestimmten Menge festgestellt. Die Dichte bei A 5c beträgt beispielsweise 96% der maximalen Dichte bei B. Bei B wird die optimale Dichte der rohen Preßkörper zuerst erreicht, d.h. die Neigung der Kurve liegt praktisch bei Null. Die so ermittelten kritischen Zeiten für die Mahldauer können bei allen tntsprechenden ?■ Mischungen angewendet werden, wenn die gleiche Menge verwendet wird. Wenn man die zu mahlende Menge vergrößert, so nimmt die kritische Mahldauer ab, und umgekehrt. Bei Erhöhung des Gehaltes an Kobalt nimnn die kritische Mahldauer zu, und umgekehrt. ■· Vorzugsweise wird das Mahlen in der Kugelmühle fortgesetzt, bis wenigstens %% der maximale:! Dichte. der rohen Preßkörper erreicht wird, wo also die Neigung der Kurve sich dein Wert Null nähen

Die im allgemeinen symmetrische Form de- Kurv ■■■ nach Fig. 1 ist charakteristisch für ein typische- in einer Kugelmühle behandeltes Gemisch gemäß da F.rfin Hiinw nie kritische Mahldauer für ein bestimmte·· Gemisch oder eine bestimmte Menge kann leicht in der beschriebenen Art festgestellt werden, d. h. durch Feststellung der Optimierung der Dichte der rohen Preßkörper, Ein fortgesetztes Mahlen nach der Erreichung der ersten Optimierung kann bisweilen zu einer zweiten Optimierung mit einem Wert über der ersten Optimierung führen. Auch in diesem Fall ist es die erste Optimierung, welche die kritische Mahldauer bestimmt. Weiteres Mahlen führt in der Regel zu schlechteren und unvorhersehbaren Ergebnissen bei den Eigenschaften des gesinterten Endproduktes. Nach Feststellung der optimalen Mahldauer wird das Gemisch kalt zusammengepreßt, beispielsweise mit einem Preßdruck von etwa 1100 bis etwa 2800 kp/cnv\ und zwar zu der gewünschten Form. Der bevorzugte Preßdruck liegt bei etwa 2180± 35 kp/cm². E,η Schmiermittel ist nicht erforderlich. Die Verwendung von Graphit als Kohlenstoffkomponente ergibt ungesinterte Preßkörper, die leicht ohne Absplittern oder Brechen gehandhabt werden können, und die gewünschtenialls auch mechanisch bearber.ei werden

können.

Die geprüften Proben wurden mit einem Druck von eiwa 21Hf) kp/cm- in Formen mit einem Durchmesser \on etwü 1,3 cm und einer Länge \on etwa 2,9 cm L'epreßt. Als Ausgangsstoffe wurden Wolfram mit 1 cilchendurcnmessern von 2,5 μιη. Kobalt mii Teilchenüurchniesseni von 1,31 μιη und C»raphit nir. Teilcheiiduichmessern unter 75 μιη verwendet. Heide Misehuni:en wurden 100 Stunden lang gemahlen.

Nach dem kalter. Pressen werden die Körper entweder in einem Vakuum von beispielsweise 0.1 bis ι u bar oder in einer Atmosphäre von Wasserstoff bei erhöhten Temperaturen innerhalb des Bereichs von 1350 bis 1 550" C ein bis zwei Stunden lang gesintert. Es ist vorteilhaft, vor dem eigentlichen Sintern die Preßkörper etwa eine halbe Stunde lang in einer Atmosphäre von Wasserstoff oder im Vakuum zu erhitzen, um Feuchtigkeit auszutreiben. Nach diesem Trocknen und vor dem eigentlichen Sintern können die Preßkörper etwa eine halbe Stunde lang auf 900 bis 1200°C erhitzt werden, so daß etwaige geringe Mengen der Oxyde von Wolfram und Kobalt aus den Preßkörpern entfernt werden. Das endgültige Sintern kann in einer Wasserstoffatmosphäre oder im Vakuum bei einer Temperatur innerhalb des Bereichs von 1 bis 1550^cC durchgeführt werden, wie schon oben gesagt ist. Bei Vorhandensein verschiedener Mengen von Kobalt werden verschiedene Sintertemperaturen enipfohlen, um ein feinkörniges Endprodukt zu erhalten. Bei einem Kobaltgehall von 20% liegt die geeignete Sintertemperatur bei 1350⁰C, bei einem Kobaltgehalt von 6 bis 10^0/o bei 1400° C und bei einem Kobaltgehalt vu: 3% bei 1450bis 1500^cC. Bei Zusatz von Titankarbid, Tantalkarbid, Vanadiumkarbid, Niobkarbid und Chromkarbid werden Temperaui-en von 1500 bis 1550" C empfohlen.

Die genannten Zusätze können einzeln :n Mengen bi; zu 10% zugegeben werden. Wenn mehr als einer dei 1. nanntet" Stoffe z.ugcsei, ■ wird, so können br- .'U 20'"'. Nirwencie- werden. Die", /usatzstnMc können al s-viche (Hler Ul Komhi''.:' HMI beispielsweise als lest¹.- ! ,mviti;-zueepe^en w ei.ten. ¹P die·* ei π i .lh

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und Temperaturen angewendet werden, die zu einer praktisch vollständigen Umsetzung des Wolframs und des Graphits zu dem Karbid WC führen. Im Endprodukt des Sinterns sollten wenigstens 99,9% des gesamten Wolframs plus des gesamten Kohlenstoffs als das Karbid WC vorliegen.

Die Beispiele erläutern einige Ausführungsformen der Erfindung.

Beispiel 1

Ein Gemisch aus elementarem Wolfram, elementarem Kobalt und Graphit wurde hergestellt. Das Wolfram war UCAR-Wolfram der Union Carbide Corporation mit mittleren Teilchendurchmessern von 2.5 μίτι. Das Kobalt war ein extra feines Pulver der African Metals Corporation mit mittleren Teilchendurchmessern von 1,31 μιη. Als Graphit wurde Acheson-Graphit 38 der Union Carbide Corporation mit Teilchengrößen von weniger als 75 μηι und darunter verwendet. Das Mengenverhältnis war ein solches, daß das Endprodukt 6% Kobalt enthielt

Das Wolfram, das Kobalt und der Graphit wurden in eine Kugelmühle aus rostfreiem Stahl gebracht; sie wurde mit 76 Umdrehungen pro Minute betrieben. Nach der in der Tabelle angegebenen Mahldauer wurden Proben entnommen und mit einem Druck von 2180 kp/cm² in Formen gepreßt. Die Formen entsprachen dem MPIF-Standard 13-62. Die Abmessungen wurden so geändert, daß sie den Vorschriften der ASTM für die Feststellung der transversalen Festigkeit von gesintertem Wolframkarbid entsprachen. Die Proben hatten nach der Oberflächenbehandlung durch Schleifen die Abmessungen von 5,08 ±0,25 mm χ 6,35 + 0,25 mm bei einer minimalen Länge von 11,1 mm. Die Dichte der Preßkörper wurde gemessen. Dann wurden diese in ein Bett in Schiffchen aus Graphit gebracht und in reinem Wasserstoff in einem Sinterofen mit einer Heizwindung aus Molybdän behandelt. Das Bett bestand aus 25 Gew.-% Graphit und 75 Gew.-°/o Aluminiumoxyd, beide mit Teilchendurchmessern zwischen 0.15 und 0.3 mm. Die Schiffchen wurden in die auf 200⁰C gehaltene Zone eingeführt und dort zur Entfernung der Luft und der Feuchtigkeit eine halbe Stunde gehalten. Dann wurden die Schiffchen vorgeschoben in die auf 900 bis 1l00^cC erhitzte Zone und dort eine halbe Stunde gehalten, um eine Reduktion von zufälligen Metalloxyden zu bewirken. Nach dieser Behandlung wurden die Schiffchen vorgeschoben in eine auf 1400⁰C erhitzte Zone, wo sie 1.5 Stunden lang blieben. Nach dieser Behandlung wurden die gesinterten Proben in einer mit Wasser gekühlten Kammer während etwa 12 Minuten auf Raumtemperatur abgekühlt In allen Proben war aus dem Wolfram zu 100% das Karbid WC entstanden.

Zusätzlich zu den oben beschriebenen Proben wurden auch Schneidwerkzeuge hergestellt wobei im übrigen das oben beschriebene Verfahren und die erwähnten Zeiten für die Mahldauer verwendet wurden. Eine Form mit quadratischem Querschnitt wurde verwendet in welcher nach der späteren Oberflächenbehandlung Preßkörper von 13 χ 13 χ 4,8 mm hergestellt wurden. Kein Schmiermittel wurde verwendet, und die Proben wurden mit einem Druck von 2180 kp/cm² gepreßt

Die Proben und die Schneidwerkzeuge wurden geprüft Die Ergebnisse sind in der Tabelle enthalten. Die Porosität wurde entsprechend ASTM B 276-54

gemessen, die Korngröße nach der gleichen Vorschrift die Lebensdauer der Werkzeuge nach einem Verfahren das von J.Taylor unter dem Titel »Tool Wear Time Relationship in Metal Cutting« in der Zeitschrift »International Journal Machine Tool Design Research«. 119,1962, beschrieben ist

Die Werte für die Dichte der Preßkörper nach der Tabelle sind in F i g. 2 gegen die Mahldauer aufgetragen. Aus dieser Figur sieht man, daß Zeiten für die Mahldauer in der Größenordnung von 72 bis 120 Stunden innerhalb des kritischen Bereiches liegen. Innerhalb dieses Bereiches ist die Dichte der Preßkörper optimal. Die Tabelle 1 zeigt auch, daß die Eigenschaften der Proben und der Schneidewerkzeuge innerhalb dieses Bereichs optimal sind. Die F i g. 2 zeigt ferner bei 30facher Vergrößerung den mit Fbezeichneten Flankenabrieb an Werkzeugen aus Gemischen, die während der angegebenen Zeiten gemahlen waren. Die Fotografien zeigen, daß bei einer Mahldauer von 72 bis 120 Stunden der Flankenabrieb abgenomme. .lat.

Diese nach dem Beispiel \ hergestellten Preßkörper zeigen, daß eine kritische Zeit lang gemahlene Mischungen Sinterkörper mit optimalen und verbesserten Eigenschaften ergeben. So ist beispielsweise die lineare Schrumpfung für die Proben 4,5 und 6 erheblich geringer als bei anderen Zeiten für die Mahldauer, so daß eine genauere Regelung der Abmessungen der Endprodukte möglich ist Die Porosität ist ferner optimal bei den Proben 4, 5 und 6, was ausgezeichnete Schneideeigenschaften ergibt Eine Korngröße von 1 bis 3 wird erhalten bei den Proben 4, 5 und 6, was ebenfalls zu ausgezeichneten Eigenschaften der Schneidwerkzeuge führt. Zusätzlich zeigt die Tabelle, daß die Härte. Festigkeit und die Lebensdauer der Werkzeuge bei den Proben 4. 5 und 6 am besten sind. Die Schneidefähigkeil der Proben 4. 5 und 6 ist wenigstens so gut wie die von handelsüblichen Schneidwerkzeugen aus Carboloy 883.

Die erfindungsgemäß hergestellten Gegenstände können, wie schon oben gesagt, zusätzlich Stoffe, wie TiC. TaC, VC. NbC und Cr₂C₃ enthalten. Diese Steife werden dem Gemisch aus Wolfram, Graphit und Kobalt vor dem Mahlen zugesetzt und haben zweckmäßigerweise ursprüngliche Teilchendurchmesser von 0,1 bis 5 um.

Beispiel II

Es wurde ein Gemisch nach dem Beispiel 1 hergestellt unter Zusatz von Tantalkarbid und Titankarbid zur Herstellung von Sinterkörpern mit einem Gehalt von 4,5O/o TiC 43% TaC und 8,8% Co.

Das Gemisch wurde 88 Stunden lang gemahlen und dann unter Wasserstoff-Atmosphäre 1 Stunde lang bei 1500° C gesintert

Die Eigenschaften der gesinterten Körper aus diesem Gemisch sind die folgenden:

Dichte des P.eßkörper	9,07 g/cm³
Dichte des Sinterkörpers	12J7g/cm³
Lineare Schrumpfung	10j07%
Porosität nach ASTM*)	A-I
Korngröße nach ASTM	1-2
Härte	913 R/»
Transversale Festigkeit	10000 kp/cm
·) Typ A: PorengröBe < 10 um.

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Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die erheblich kürzere Arbeitszeit. Das übliche Verfahren, nach welchem anfangs Wolframkarbid hergestellt wird, das nachher zerkleinert und mit dem Kobalt gemischt wird, erfordert etwa 5 Wochen von Ausgangsstoff bis zum gesinterten Endprodukt. Für das erfindungsgemäße Verfahren werden nur 3 Wochen benötigt. Die lineare Schrumpfung während des Sinterns bei dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt um 40% unter derjenigen, die bei dem Verfahren nach dem Stand der Technik erreicht wird. Es ist also eine erheblich genauere Regelung der Abmessungen möglich.

Das erfindungsgemäße Verfahren macht Zwischenschritte unnötig, die bei dem Verfahren nach dem Stande der Technik darin bestanden, daß hartes, Abrieb verursachendes Wolframkarbid WC erst hergestellt, dann gemahlen und schließlich gepreßt wird. Das bedeutet, daß bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Abrieb an den Mühlen und an den Preßformen erheblich verringert wird, so daß diese Teile eine längere Lebensdauer haben. Wegen der verringerten Anzahl an erforderlichen Verfahrensschritten wird die zur Durchführung notwendige Gesamtzeit auf etwa die Hälfte verringert.

Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt Preßkörper mit einer zehnfachen Festigkeit derjenigen, die nach

IS dem üblichen Verfahren hergestellt werden. Die iriindungsgcmäß hergestellten Preßkörper sind so fest, daß sie vor dem Sintern mechanisch zu Körpern besonderer Form bearbeitet werden können. Bei dem üblichen bekannten Verfahren war ein Vorsintern erforderlich, um eine genügende Heiligkeit für mechanische Bearbeitung zu erzielen. Auch das Zerschneiden der Preßkörper gemäß der Erfindung ist sehr viel leichter als das Zerschneiden von gesintertem Wolframkarbid WC. wie es früher erforderlich war.

Hin weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die große Festigkeit der Preßkörper aus Pulver erreicht werden kann, ohne die Verwendung von zeitweiligen Bindemitteln, wie bei dem üblichen bekannten Verfahren. Üblicherweise verwendete man als Bindemittel Verbindungen der Stearinsäure oder Paraffin. Bei der Verwendung dieser Stoffe während des Sinterns ist eine zusätzliche Zeit bei geringerer Temperatur erforderlich, um diese Verbindungen zu entfernen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfall¹ en ist das nicht notwendig.

Das nachstehende Beispiel Ml zeigt die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Teilchen, die außerordentlich gut geeignet sind zur Herstellung von harten Oberflächen mit einem Gehalt an Wolframkarbid auf einer Unterlage aus Metall.

Beispiel

Ein Gemisch aus elementarem Wolfram, elementarem Kobalt und Graphit wurde hergestellt. Verwendet wurde ein UCAR-Wolfram in Pulverform von der Union Carbide Corporation mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 2,0 μΐη. Das Kobalt war ein besonders feines Pulver von der African Metals Corporation mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 1,31 μηι. Verwendet wurde ein Acheson G-39 Graphit der Union Carbide Corporation mit Teilchengrößen von 75 μΐη und darunter. Die Mischung hatte eine solche Zusammensetzung, daß das Endprodukt 6% Kobalt enthielt.

Die Ausgangsstoffe Wolfram. Kobalt und Graphit wurden in eine Kugelmühle aus rostfreiem Stahl gebracht. Die Mühle wurde mit 52 Umdrehungen pro Minute 60 Stunden lang betrieben, um Preßkörper der optimalen Dichte zu erhalten. Aus dem gemahlenen Gemisch wurden Proben entnommen und in Formen bei einem Druck von 2180 kp/cm² gepreßt. Die Proben wurden so hergestellt, wie es in Beispiel I beschrieben ist Die Dichte der Preßkörper betrug 10 g/cm³. Das gemahlene Pulver wurde bei einem Druck von 140 kp/cm² durch Walzen mit einem Durchmesser von 7,5 cm und einer Spaltbreite von etwa 2J5 cm zu einem Streifen verdichtet. Die Dichte des Streifens lag bei etwa 10 g/cm³. Der Streifen wurde zu Stücken von etwa 0,17 χ 0.84 mm zerkleinert. Die so erhaltenen Teilchen wurden in Schiffchen aus Graphit gebracht und so gesintert wie es im Beispiel I beschrieben ist. Die gesinterten Teilchen hatten eine Schüttdichte von 7,6 g/cm³. Die Porosität eines polierten Abschnitts eines gesinterten Musters nach ASTM lag bei Al (Typ A: Porengröße < 10 μΐη).

Die Teilchenform kann so geregelt werden, daß entweder rundliche oder plättchenförmige Teilchen entstehen, und zwar durch Regelung der Dicke des gewalzten Streifens. Der Durchmesser der Walzen bestimmt den Greifwinkel. So ergeben z. B. Walzen mit einem Durehmesser von etwa 46 cm einen 3,2 bis 4,8 mm dicken Streifen. Walzen mit einem Durchmesser von etwa 7.5 cm einen solchen mit einer Dicke von etwa 0.8 mm. Sehr große Teilchen können hergestellt werden durch Zusammenpressen von Preßkörpern und anschließendes Zerkleinern bis auf die gewünschte Größe.

Wolframkarbid enthaltendes Material gemäß der Erfindung in der Form von Teilehen nach Beispiel ill kann verwendet werden zur Herstellung der üblichen harten Oberflächen. Das Material wird aufgetragen durch Aufschweißen mittels Acetylen oder im Lichtbogen. Die Teilchen werden in der Regel in eine rohrförmige Umhüllung aus weichem Stahl gebracht. Die Teilchen machen etwa 40 bis 50 Gew.-⁰Zo des gefüllten Rohres aus. Beim Aufbringen mittels einer Flamme aus Sauerstoff und Acetylen wird eine Flammenlänge benötigt, die größer ist als die sonst für einen Schweißdraht aus weichem Stahl benötigte. Die Flamme sollte einen Überschuß an Acetylen enthalten. so daß die Feder etwa viermal länger ist als der innere Kegel. Bei Beginn des Aufschweißens wird das Trägermaterial auf Erweichungstemperaturen erhitzt. Der Schweißdraht in der gewünschten Breite und Dicke wird so aufgebracht, daß er möglichst wenig eindringt. Die Umhüllung des Stabes verbindet die Teilchen mit der Oberfläche des Trägers. Das Auftragen kann auch mittels des Elektroschweißens geschehen.

Die erfindungsgemäß hergestellten Teilchen sind hart und hitzebeständig, sie sind dicht und lösen sich nicht in großem Ausmaße in der Eisenmatrix während des Auf Schweißens. Es ist wichtig, daß die Teilchen dicht sind, weil bei porösen Teilchen die Oberfläche vergrößert wird, was zu einer größeren Auflösung der Teilchen und des gelösten Karbids WC führt Beim Abkühlen wird dieses aus der Lösung als M₆C ausgefällt und ist nicht mehr so abriebbeständig. Wenn die Porosität zu groß ist, können die Teilchen sich dabei vollständig auflösen.

609 547/383

Mahl- Preßdichic Linear

dauer Schnur

\S1 MM

Korngröße nach ASTM

g/cm^J

O/j,

g cm Härte

Ra

Festigkeil

Lebensdauer des Werkzeugs Abdrehversuche**)

Fortbewegungsgesehw indigk kp/mm² 131 niMin. 153 m/Min.

8.47

8.7b 9.45

9.82

12.6

14.0 13.2

12.0

96	10.01	11.7
120	10.03	11.4
144	9.66	12.5

13.3b	A-4
	B-b
14.32	B-5
14.83	A-2
	B-4
14.98	A-I
	B-2
15.01	A-I
14.99	A-I
15.22	A-I
	B-1

1-5	84.0	118	0.1	Min.	0.1	Min.
1-3	89.2	116	7.5	Min.	1.5	Min.
1-3	91.0	171	60.0	Min.	4.3	Min.

1-3 92.8

*) Typ A-. Porengröße < 10 .um.Typ B: Porengroße 10 — 40 um. **) 3Ö4 rostfreier Stahl SFCA 45" Neg. 7^:. Vorschub·. 0.2 mm L'. Tiefe: 1 mm. 153

75,0 Min.

7.5 Min.

1-3	92.0	172	100.0	Min.	!0.0	Min
1-3	92.2	149	75.0	Min.	12.0	Min
1-3	92.2	157	60.0	Min.	10.0	Min

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Sinterhartmetallkörpern aus Wolframkarbid, dadurch ge- kennzeichnet, daß ein Gemisch aus feinteiligem elementarem Wolfram mit Teilchendurchmessern von etwa 2,5 urn und feinteiligem Graphit mit Teilchendurchmessern unter etwa 75 μΐη in einem solchen Mengenverhältnis, daß bei ihrer Umsetzung das Wolframkarbid WC entstehen kann, zusammen mit etwa 3 bis 20% Kobalt, bezogen auf das Gewicht des gesamten Gemisches, letzteres mit Teilchendurchmessern von etwa 1,3 μπι in einer Kugelmühle solange behandelt wird, bis die aus diesem Gemisch durch Kaltpressen hergestellten Formkörper wenigstens 96% ihrer maximalen Dichte erreicht haben, daß das Gemisch kalt gepreßt wird, und daß diese Formkörper dann solange bei 1350 bis 1550⁰C gesintert werden, bis praktisch aus dem gesamten Wolfram und dem gesamten Graphit das Karbid WC entstanden ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Druck von 700 bis 2800 kp/cm² kaltgepreßt wird.

3. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2 auf ein Ausgangsgemisch, welches zusätzlich bis zu 10% Tantalkarbid TaC, Titankarbid TiC, Chromkarbid Cr₃C₂, Vanadiumkarbid VC oder Niobkarbid NbC, oder bis zu 20% eines Gemisches aus zwei oder mehreren dieser Stoffe, bezogen auf das Gewicht des gesamten'Gemisches, enthält.