DE2443494C3 - Verwendung von Bauteilen aus Rhenium als Werkzeuge oder als Verschleißteile - Google Patents

Description

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Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von Bauteilen aus Rhenium, die eine durch Kaltverfestigung erzeugte Oberflächenschicht aufweisen, als Werkzeuge oder Verschleißteile.

Bei Werkzeugen und Verschließteilen ist es üblich, mit verhältnismäßig zähen Trägern zu arbeiten und darauf wenig zähe Verschleißschichten, Schneidschichten oder Schneidplatten großer Härte, z. B. in Form von Auftragschweißungen bzw. durch Auflöten anzubringen, die z. B. aus Hartmetall oder anderen geeigneten Werkstoffen bestehen. Das führt nicht immer zu ausreichender Wechselbelastbarkeit, weil die Zähigkeit der bekannten Verschleißschichten, der Schncidschichten bzw. der Schneidplatten nicht sehr hoch ist und das Werkzeug bzw. das Verschleißteil insgesamt keinen integralen, chemisch homogenen Aufbau von Kern und Verschleißschicht, Schneidschicht bzw. Schneidplatte aufweist. Im Ergebnis ist die Standzeit der Werkzeuge oder Verschleißteile verbesserungsbedürftig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde. Werkzeuge oder Verschleißteile anzugeben, die sich hei hoher Oberflächenbeanspruchbarkeit durch gute Zähigkeit auszeichnen und im Sinne der obigen Ausführungen chemisch homogen aufgebaut sind.

Andererseits kennt man seit langem das Metall Rhenium (vgl. Metall, 16. Dezember 1962, S. 1193-1195). Die bekannten Eigenschaften von Rhenium gehen dahin, daß Rhenium in mittleren Temperaturbereichen gegen Abrieb und Bogenerosion Widerstandsfähig und daher als elektrisches Kontaktmaterial geeignet ist. Im übrigen ist es bekannt (Journal of Metals, 19. Juni 1967, S. 22, 27 und 28), daß die Eigenschaften einer Wolfram/Rhenium-Legierung durch Dispersionsverfestigung mit Carbiden und Nitriden verbessert werden können. Das alles hat zur Lösung der angegebenen Aufgabe nichts beigetragen.

Die Erfindung löst die angegebene Aufgabe durch die beanspruchte Verwendung. Dabei nutzt die Erfindung die Tatsache, daß die an sich bekannte Kaltverfestigung von Rhenium zu Oberflächenschichten führt, die überraschenderweise außerordentlich große Härte und Abriebfestigkeit aufweisen. So läßt sich eine Härte von mehr als 1000 HV erreichen. Die kai !verfestigte. Oberflächenschicht ist verhältnismäßig dünn und besitzt trotz der großen Härte eine gewisse Dehnbarkeit. Unter der Oberflächenschicht nimmt die Härte kontinuierlich auf diejenige des nichtverfestigtcn Materials ab. Die kaltverfestigte Schicht bildet eine Sehneidschicht oder Verschleißschicht, die die gleiche Zusammensetzung wie der zähe, nichtverfestigte Kern aufweist und mit diesem gleichsam integriert ist. Das alles hat in Verbindung mit der geringen Dicke de:: Verschleißschicht zur Folge, daß trotz hoher Härte und Abriebfestigkeit der Oberfläche außerordentlich hohe Zähigkeit und damit Wechsclbelastbarkeit resultieren. Dabei hat der integrale, chemisch homogene Aufbau von Kern und Oberflächenschicht die wichtige Folge, daß ein erfindungsgemäßes Werkzeug oder Verschleißteil auch regeneriert werden kann. Wenn die Verschleißschicht im Gebrauch abgetragen ist, kann sie durch erneute Kaltverfestigung wieder hergestellt werden. Das kann weitgehend sogar während des betriebsmäßigen Einsatzes geschehen.

Der erreichte technische Fortschritt besteht vor allem darin, daß erfindungsgemäße Werkzeuge und Verschleißteile sich durch außerordentlich hohe Oberflächenbeanspruchbarkeii auszeichnen und dabei aufgrund der Materialeigenschaften des Rheniums und vor allem wegen der geringen Dicke der Verschleißschicht hohe Zähigkeit besitzen. Im Ergebnis werden außerordentlich hohe Standzeiten erreicht. Der zur Zeit verhältnismäßig hohe Preis des Rheniums schlägt sich nur begrenzt nieder, da die Bauteile aus Rhenium ohne weiteres auf Trägern aus anderen, kostenbegünstigten Werkstoffen angeordnet werden können.

Einzelheiten der erfindungsgemäßen Verwendung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 5. Im übrigen wird die Erfindung im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen erläutert:

Beispiel 1:

Spanabhebendes Werkzeug als Formkörper aus Rheniummetallpulver

Rheniummetallpulver mit einer Teilchengröße von 10 μιη wird zu dem gewünschten Formkörper mit einem Preßdruck von 1 Giga-Pascal (alte Bezeichnung 10 t/cm²) verpreßt und unter Vakuum bei 1 mikrobar gesindert. In der ersten Sinterstufe wird die Tempratur innerhalb von zwei Stunden von 800⁰C auf 1200⁰C erhöht, worauf anschließend eine Stunde bei 1900⁰C fertig gesintert wird. Die gesinterten Formkörper weisen eine Porosität von 5% auf. Ihre Härte nach Vickers beträgt 150 bis 450 HV.

Zur Erzielung einer noch größeren Oberflächenhärte und Verschleißfestigkeit wird der Formkörper nachfolgend mechanisch kalt verfestigt, indem er z. B. in der Kälte noch einmal dem gleichen Druck ausgesetzt wird wie er bei der Herstellung des Preßkörpers aufgewendet wurde. Eine weitere Oberflächenhärtung, und zwar der Teile des Werkzeuges, die am stärksten einer mechanischen Belastung ausgesetzt sind, erzielt man dadurch, daß man mit diesen Teilen, die dem Werkzeug entsprechenden Funktionen, wie Fräsen, Schneiden, Trennen, Bohren, Drehen mit besonders harten Materialien ausübt. Hierbei erzielt man eine Oberflächenhärte des Werkzeuges von mindestens 1000 HV.

Beispiel 2:

Spanabhebendes Werkzeug als Formkörper aus Rheniummetallpulvcr unter Zusatz eines Karbides

Rhcniummetallpulvcr der Teilchengröße 10 μηι wird mit 2% Borkarbid (B₄C) der Teilchengröße 30 μηι innig vermischt und, wie im Beispiel 1 angegeben, zu dem gewünschten Formkörper verpreßt und gesintert. Auch dieser Formkörper wird durch eine nachträgliche mechanische Kaltverfestigung oberflächengehärtet, wobei eine Vickers-Härte von wesentlich über 1000 HV erzielt wird.

Beispiel 3:

Werkzeug als Schneidplatte mit einer Rhcniummctail/ Mctallkarbid-Beschichtung

Auf einem in bekannter Weise gepreßten Hartmetallkörpcr aus Wolframkarbid mit Kobaltbinder wird eine Mischung aus Rhcniumpulvcr der Teilchengröße 10 um und 2% Borkarbidpulver der Teilchengröße 25 μηι mit einem Preßdruck von maximal 1,5 GPA aufgepreßt. Der so hergestellte Schichtkörper wird im Vakuum bei 1 ^bar etwa eine Stunde bei iöÖO bis 1700⁰C gesintert. Die Rhenium/Borkarbidsehicht weist eine Porosität von etwa 4% auf und zeigt eine Vickers-Härte von .etwa 500 HV. Die Oberflächenhärtung erfolgt durch mechanische Bearbeitung, indem man die Schneidkanten durch. Schleifen an harten Materialien nachbehandeit. Durch diese Nachbehandlung wird die Härte auf über 1000 HV gesteigert.

Beispiel 4:

Verschleißteile, wie Dichtlcislen, Kolbenringe oder Ziehsteinmatcrial

Auf die Teile eines metallischen Formkörpers aus Stahl, die am meisten mechanisch beansprucht werden, wird eine Rhcniummctall/Metallkarbidschicht. bestehend aus Rheniumpulver der Teilchengröße !0 μηι und 2% Borkarbid, in einer Schichtdicke von 25 bis 30 um aufgepreßt und bei 1400^uC gesintert. Sowohl die Dichlleistcn, wie auch die Kolbenringe und Zichsteine erhalten ihre hohe Obcrfliichenhärtc von über 1000 HV durch nachträgliches Schleifen und Polieren.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verwendung von Bauteilen aus Rhenium mit einer durch Kaltverformung verfestigten Oberflächenschicht als Werkzeuge oder Verschleißteile.

2. Verwendung von Bauteilen nach Anspruch 1, deren Oberflächenschicht eine Vickershärle von über 1000 kp/m² aufweist.

3. Verwendung von Bauteilen nach Anspruch 1 oder 2, die, gegebenenfalls auf einem Träger aus anderem Werkstoff, aus Rheniumpulver gesintert sind.

4. Verwendung von Bauteilen nach Anspruch 3, die beigemischte pulverförmige Metallcarbide, Metallboride oder Metallnitride — einzeln oder zu mehreren — in einer Menge von 0,2 bis 8% enthalten.

5. Verwendung von Bauteilen nach Anspruch 1 oder 2, deren Oberflächenschicht auf einem Trägr aus einem anderen Werkstoff elektrolytisch oder durch Plasmaspritzen aufgebracht worden ist.