DE2451607C3 - Process for the production of super-hard cemented carbides - Google Patents

Process for the production of super-hard cemented carbides

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DE2451607C3 DE19742451607 DE2451607A DE2451607C3 DE 2451607 C3 DE2451607 C3 DE 2451607C3 DE 19742451607 DE19742451607 DE 19742451607 DE 2451607 A DE2451607 A DE 2451607A DE 2451607 C3 DE2451607 C3 DE 2451607C3
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffes, der einen überharten Bestandteil — Diamant oder Borazon - und eine metallkeramische Grundmasse einschließt.The invention relates to a method for producing a material that is super hard Component - diamond or borazon - and includes a metal-ceramic matrix.

Es sind Verfahren zur Herstellung von Werkzeugteilen aus einem überharten diamanthaltigen Werkstoff mittels Heißpressens (z.B. US-PS 22 16 908 und 27 12 988 usw.) bekannt.There are processes for the production of tool parts from an excessively hard diamond-containing material by means of hot pressing (e.g. U.S. Patents 22 16 908 and 27 12 988, etc.).

Gemäß diesen Vorschlägen ist es erforderlich, Preßformen aus Graphit (in der Regel für einmalige Benutzung) zu verwenden und sie einer Sondervorbereitung zu unterwerfen. Nach der Sinterung sind die Teile mit Graphit überzogen und bedürfen einer Nachbehandlung. Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Verfahren besteht darin, daß die Preßkörper von der Preßform her mit Graphit gesättigt werden, was in einigen Fällen als unerwünscht betrachtet wird.According to these proposals, it is necessary to make dies made of graphite (usually for one-off Use) and to subject them to a special preparation. After sintering they are Parts coated with graphite and require post-treatment. A major disadvantage of the known The method consists in that the pressed bodies are saturated with graphite from the mold, which is shown in considered undesirable in some cases.

Bekannt ist auch ein Verfahren zur drucklosen Sinterung von metallkeramischen Massen, welches mit den obigen Nachteilen nicht behaftet ist, da keine Notwendigkeit besteht, Preßformen aus Graphit zu verwenden; die erhaltenen Preßkörper haben eine derartige Oberflächenbeschaffenheit, daß es durchaus möglich ist, sie ohne Nachbehandlung zu verwenden, um Werkzeuge mit ihnen zu bestücken.Also known is a method for pressureless sintering of metal-ceramic masses, which with does not suffer from the above disadvantages, since there is no need to use graphite compression molds use; the compacts obtained have such a surface quality that it is absolutely it is possible to use them without after-treatment in order to equip tools with them.

Jedoch ist das Verfahren zur drucklosen Sinterung für die Herstellung von diamanthaltigen Preßkörpern praktisch undurchführbar. Das ist darauf zurückzuführen, daß während der Schwindung der pulverförmigen Hartstoffmasse um die nichtzusammendrückbaren Diamantkörner ein Bersten der zu sinternden Masse im ganzen geschieht.However, the process for pressureless sintering for the production of diamond-containing compacts practically impracticable. This is due to the fact that during the shrinkage of the powdery Hard material around the non-compressible diamond grains a bursting of the mass to be sintered in the all happening.

Unter der drucklosen Sinterung versteht sich der Vorgang der Schwindung der metallkeramischen Preßkörper, der infolge einer Erhitzung der aus Pulver geformten Masse stattfindet, wobei diese außerhalb der Preßform untergebracht wird, d.h. die zu pressende Mischung liegt auf einer feuerfesten Unterlage oder auf einem Aufschüttgut, z. B. aus Aluminiumoxid (AI2O3).The pressureless sintering is understood to mean the process of shrinkage of the metal-ceramic pressed bodies, which takes place as a result of heating the mass formed from powder, which is housed outside the mold, ie the mixture to be pressed lies on a refractory base or on a bulk material, e.g. B. made of aluminum oxide (Al 2 O 3 ).

Während der drucklosen Sinterung erleidet der Preßkörper keine Außenbeanspruchi-.ngen, die wegen der mechanischen Wirkung der Presse dem Stempel der Preßform im Fall des Heißpressens angelegt werden.During the pressureless sintering, the pressed body does not suffer any external stresses due to the mechanical action of the press can be applied to the punch of the die in the case of hot pressing.

Die Erfindung bezweckt somit die Behebung der obengenannten Nachteile.The invention thus aims to remedy the above-mentioned disadvantages.

Der Erfindung ist die Aufgabe zugrunde gelegt, solch ein Verfahren zur Herstellung von überharten Sinterhartmetallen zu entwickeln, bei welchem die zu sinternde Mischung während ihrer Sinterung derartig untergebracht wird, daß ein ungleichmäßiges Schwinden und Bersten vermieden wird.The invention is based on the object of such to develop a process for the production of super-hard cemented carbides, in which the to sintering mixture is accommodated during its sintering in such a way that an uneven shrinkage and bursting is avoided.

Zur Lösung der oben angeführten Aufgabe ist das Verfahren zur Herstellung von überharten Sinterhartmetallen aus einer gleichmäßigen Pulvermischung aus hartstoff mit Bindemetall und Diamantkörnern durch ίο drucklose Sinterung eines Preßkörpers aus dieser Mischung dadurch gekennzeichnet, daß ein Preßkörper aus der Hartmetallmischung mit darin gleichmäßig verteilten Diamantkörnern in eine vorher gepreßte Hülle aus, vorzugsweise demselben. Hartmetall eingesetzt wird, welche rundum eine Dicke aufweist, die wenigstens dreimal bis viermal so groß ist wie der maximale Abstand zwischen zwei benachbarten Diamantkörnern im Preßkörper und ohne das zusätzliche Aufbringen eines äußeren Druckes in an sich bekannter Weise innerhalb einer Pulverschüttung aus Al2O3 in einem Graphitbehälter gesintert wird.To solve the above-mentioned problem, the method for the production of super-hard sintered carbides from a uniform powder mixture of hard material with binding metal and diamond grains by ίο pressureless sintering of a compact from this mixture is characterized in that a compact from the cemented carbide mixture with evenly distributed diamond grains in a previously pressed casing from, preferably the same. Hard metal is used, which has a thickness all around that is at least three to four times as large as the maximum distance between two adjacent diamond grains in the pressed body and without the additional application of external pressure in a known manner within a bulk powder of Al 2 O 3 in is sintered in a graphite container.

Durch solch eine Lösung wird es ermöglicht, das ungleichmäßige Schwinden der in diesem Fall durch die Hülle während der Sinterung zusammengedrückten Preßkörper zu vermeiden.Such a solution makes it possible to prevent the uneven shrinkage of the in this case by the Shell to avoid compressed compacts during sintering.

Die erfindungsgemäße Verfahrenstechnik ermöglicht es, auf optimale Weise das Verfahren zur drucklosen Sinterung der Ausgangsmasse in der Hartmetallhülle auszuführen.The process technology according to the invention makes it possible to optimize the process for pressureless Perform sintering of the starting material in the hard metal shell.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Ausführungen in der folgenden Beschreibung und in den Zeichnungen eingehend erläutert; es zeigtIn the following the invention with reference to the embodiments in the following description and in the Drawings explained in detail; it shows

Fig. 1 die Preßform aus Metall und die Anordnung des für die Ausbildung der Hülle um den zu sinternden Preßkörper erforderlichen Hartmetalls in dieser Preßform, Fig. 1 shows the metal mold and the arrangement of the hard metal required for the formation of the shell around the pressed body to be sintered in this mold,

F i g. 2 das Moment des Pressens der Hartmetallhülle mit Hilfe des Stempels 6,F i g. 2 the moment of pressing the hard metal shell with the help of the punch 6,

Fig.3 die Anordnung der diamanthaltigen Mischung in der Hülle,3 shows the arrangement of the diamond-containing mixture in the case,

F i g. 4 das Pressen des Preßkörpers während der Formgebung, nachdem die Stirnschicht aus dem Hartmetall eingeschüttet und der Stempel 9 eingebaut worden ist, undF i g. 4 the pressing of the compact during molding after the end layer from the Hard metal poured in and the punch 9 has been installed, and

F i g. 5 das geformte Erzeugnis im Querschnitt vor der drucklosen Sinterung, wobei die aus dem Hartmetall bestehende Hülle den Preßkörper enthält, der aus derselben aus Hartmetall bestehenden und Diamantkörner aufweisenden Mischung gebildet wird, so Die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man anhand der Herstellung eines Einsatzstückes, dessen Durchmesser und Höhe je 10 mm betragen, zur Bestückung eines Abrichtwerkzeuges beschreiben. Als Sintermischung wird eine Hartmetallmischung von WC-Co verwendet (z. B. Hartmetall mit 94% Wolframkarbid und 6% Kobalt). Die Formgebung des Einsatzstückes erfolgt in einer Preßform aus Metall zur mehrmaligen Benutzung.F i g. 5 the shaped product in cross section before the pressureless sintering, the one made from the hard metal existing shell contains the pressed body, which consists of the same made of hard metal and diamond grains comprising mixture is formed, so the implementation of the method according to the invention can be based on the production of an insert, whose diameter and height are each 10 mm, for Describe the equipment of a dressing tool. A hard metal mixture of WC-Co used (e.g. hard metal with 94% tungsten carbide and 6% cobalt). The shape of the insert takes place in a metal mold for repeated use.

Auf den Boden der Preßform, die aus einer Matrize 1 bo (F i g. 1), dem unteren Stempel 2 und einem hufeisenförmigen Untersatz 3 zusammengesetzt ist, wird zuerst die Hartmetall-Mischung 4 eingeschüttet, wobei die Menge der Mischung für die Formgebung der Hartmetallhülle 5 (F i g. 2) ausreichen soll.On the bottom of the mold, which is composed of a die 1 bo (Fig. 1), the lower punch 2 and a horseshoe-shaped base 3, the hard metal mixture 4 is first poured, the amount of mixture for the shaping of the Hard metal sleeve 5 (F i g. 2) should be sufficient.

*"> Danach läßt man die Hülle 5 durch den oberen Stempel 6 (Fig. 2) pressen. Die Sintermischung 7 (Fig.3) des zu fertigenden Sinterhartmetalls, d.h. überharter Werkstoff, wird gesondert zubereitet. Zum * "> Thereafter, the sintered mixture is allowed to press the sleeve 5 by the upper punch 6 (Fig. 2). 7 (Figure 3) of the manufactured sintered cemented carbide, ie hard material, is prepared separately. For

Beispiel kann es um eine Mischung von Pulvern aus dem obengenannten Hartmetall und Diamanten gehen, deren Verhältnis 4 :1 beträgt Nach der Entfernung des Stempels 6 aus der Preßform schüttet man die Mischung y des überharten Sinterhartmetalls (Hartmetall mit Diamanten) in die Hülle 5 ein. Danach schüttet man darüber die Stirnschicht 8 (Fig.4) aus der Sintermischung zur Ausbildung der geschlossenes Hülse, drückt den Stempel 9 ein und preßt das Einsatzstück.For example, it can be a mixture of powders made from the above-mentioned hard metal and diamonds, the ratio of which is 4: 1. After the punch 6 has been removed from the mold, the mixture is poured out y of the superhard sintered carbide (hard metal with diamonds) in the shell 5. Then you pour above the end layer 8 (FIG. 4) from the sinter mix to form the closed sleeve, presses the punch 9 and presses the insert.

deich darauf erfolgt die oben angeführte drucklose Sinterung des Preßkörpers.Then there is the above-mentioned pressureless sintering of the pressed body.

Dazu wird der geformte Preßkörper, der sich in der Hartmetallhüiie 5 befindet, in das Pulver aus Aluminiumoxid eingesetzt, wobei sich das Pulver in einem speziellen Graphitbehälter befindet, weicher üblicherweise in der Praxis zur Sinterung von Hartmetall-Erzeugnissen Verwendung findet. Das Erhitzen erfolgt in einem mit Wasserstoff beheizten Ofen mittels Durchstoßens des Graphitbehälters durch die Arbeitszone des Ofens. Bei einer Temperatur von 1400 bis 1460°C wird die Hartmetall-Sintermischung gesintert.For this purpose, the molded compact, which is located in the hard metal shell 5, is converted into the powder of aluminum oxide used, whereby the powder is in a special graphite container, usually softer is used in practice for sintering hard metal products. The heating takes place in a furnace heated with hydrogen by piercing the graphite container through the working zone of the Furnace. The hard metal sintered mixture is sintered at a temperature of 1400 to 1460 ° C.

Die den Preßkörper umfassende Hartmetallhülle 5 weist einen höheren Schwindungskoeffizient gegenüber der diamanthaltigen Mischung 7 des Preßkörpers auf, so daß während der Sinterung die Hartmetallhüiie 5 den Preßkörper zusammenpreßt, wodurch die Beanspruchungen hervorgerufen werden, welche ein Bersten des zu sinternden Erzeugnisses verhindern.The hard metal shell 5 surrounding the pressed body has a higher coefficient of shrinkage compared to the diamond-containing mixture 7 of the pressed body, so that during sintering the hard metal shell 5 compresses the pressed body, causing the stresses which prevent the product to be sintered from bursting.

Es sei betont, daß die besten Ergebnisse unter der Voraussetzung erzielt werden, daß das Hartmetall der Sintermischung für den Preßkörper 7 die gleiche Zusammensetzung wie die Hartmetallhülle 5 aufweist. Unter der Sinterung wird hier die Verdichtung des Preßkörpers bis auf den porenfreien Zustand verstanden. It should be emphasized that the best results are obtained provided that the cemented carbide is the Sintering mixture for the pressed body 7 has the same composition as the hard metal shell 5. Sintering is understood here to mean the compression of the pressed body down to the pore-free state.

ίο In Fig.5 ist der Preßkörper vor der drucklosen Sinterung gezeigt Hier sieht man, wie die Hartmetallhülle 5, die keine Diamanten enthält, den Preßkörper aus dem Hartmetall, d. h. die Sintermischung 7 mit den in ihr gleichmäßig verteilten Diamantkörnern 10, umfaßt.ίο In Fig.5 the pressed body is in front of the pressureless Sintering shown Here you can see how the hard metal shell 5, which does not contain any diamonds, the pressed body from the hard metal, d. H. the sintered mixture 7 with the diamond grains 10 evenly distributed in it.

Das Hartmetall der Sintermischung 7 und die Hülle 5 sind aus dem gleichen Werkstoff ausgebildet. Dabei weist die Hülle 5 solch eine Dicke auf, die in allen ihren Abschnitten wenigstens dreimal bis viermal so groß ist, wie der maximale Abstand zwischen zwei benachbarten Diamantkörnern 10 im Preßkörper. Nach der Sinterung ist das Erzeugnis durch eine reine Oberfläche gekennzeichnet. Falls erforderlich, kann die Hülle entfernt werden, jedoch ist es in den meisten Fällen vorteilhaft, das Erzeugnis zusammen mit der als Schutz dienenden festeren Hülle zu verwenden.The hard metal of the sinter mixture 7 and the shell 5 are made of the same material. Included the shell 5 has a thickness that is at least three to four times as large in all of its sections, like the maximum distance between two adjacent diamond grains 10 in the compact. After sintering the product is characterized by a clean surface. If necessary, the cover can be removed However, in most cases it is advantageous to use the product together with the protective to use a firmer shell.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Verfahren zur Herstellung überharter Sinterhartmetalle aus einer gleichmäßigen Pulvermischung aus Hartstoff mit Bindemetall und Diamantkörnern durch drucklose Sinterung eines Preßkörpers aus dieser Mischung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Preßkörper aus der Hartmetallmischung mit darin gleichmäßig verteilten Diamantkörnern in eine vorher gepreßte Hülle aus vorzugsweise demselben Hartmetall eingesetzt wird, welche rundum eine Dicke aufweist, die wenigstens dreimal bis viermal so groß ist wie der maximale Abstand zwischen zwei benachbarten Diamantkörnern im Preßkörper und ohne das zusätzliche Aufbringen eines äußeren Druckes in an sich bekannter Weise innerhalb einer Pulverschüttung aus Al2O3 in einem Graphitbehälter gesintert wird.Process for the production of super-hard sintered carbides from a uniform powder mixture of hard material with binder metal and diamond grains by pressureless sintering of a pressed body from this mixture, characterized in that a pressed body from the cemented carbide mixture with diamond grains evenly distributed therein is inserted into a previously pressed shell of preferably the same hard metal, which has a thickness all around that is at least three to four times as large as the maximum distance between two adjacent diamond grains in the pressed body and is sintered in a known manner within a bulk of Al 2 O 3 powder in a graphite container without the additional application of external pressure .
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