DE2454636C3 - Verfahren zur Herstellung überharter Sinterhartmetalle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffes, der Diamant oder Borazon als überharten Bestandteil und hochschmelzende Karbide mit zementierend wirkender Phase, insbesondere Wolframkarbid und Kobalt, Chromkarbid und Nickel, Wolframkarbid und Nickel als Grundlage enthält.

Der erfindungsgemäße Werkstoff kann zum Ausrüsten von Bohrgeräten, Abricht- und anderen Werkzeugen verschiedener Art, die unter den Bedingungen eines intensiven abreibenden Verschleißes eingesetzt werden, sowie auch bei Meßinstrumenten, Metallbearbeitungswerkzeugen und anderer Ausrüstung verwendet werden.

Es sind verschiedene Verfahren (US-PS 2216908, 2712988, 2607676, DT-PS 611860, GB-PS 349732) bekannt, nach denen die Herstellung von Werkzeugteilen aus überharten Werkstoffen durch Erhitzung der zu sinternden Mischung unter gleichzeitiger Druckanwendung, d. h. im Heißpressenverfahren, erfolgt.

Diesseits vorgenommene Untersuchungen haben gezeigt, daß Diamanten mit den sie umgebenden Metallen bei einer Erhöhung der Erhitzungstemperatur aktiv reagieren, indes·) sie feste Lösungen oder Karbide bilden. Dabei ändert sich der Grad der erwähnten Reaktion wesentlich in Abhängigkeit von der Temperatur und der Dauer der Erhitzung. Beispielsweise kann sich bei 1460° C (Sintertemperatur des Hartmetalls in Kobalt) ein Diamantkorn mit einer Größe von 1 bis 2 mm im Laufe von 20 Minuten auflösen. Verständlich, daß, wenn es einen Werkstoff mit feineren Diamantkörnern mit z. B. 250 μηι Durchmesser herzustellen gilt, die spez. Teilchenoberfläche, die auf ein Karat fällt, um eine Größenordnung größer ist. Folglich werden solche Teilchen praktisch schon im Laufe von 2 bis 5 Minuten zerstört. Die zulässige Größe des Diamantverlustes soll aber bei der Herstellung des Werkstoffes 1% nicht übersteigen, da nur in diesem Falle eine sichere Befestigung des Diamantkornes und folglich eine hohe Arbeitsfähigkeit des hergestellten Werkzeuges sichergestellt wird.

Nach dsn bekannten Verfahren ist die Zeitdauer der Durchführung des Heißpressens nicht genau bestimmt, und nur in der US-PS 2216908 wird angegeben, daß zum Pressen des Werkstoffes bei Erhitzung ίο mittels HF-Strömen eine Haltezeit von etwa 10 Minuten erforderlich ist.

Bei der Herstellung der meisten überharten Sinterhartmetalle mit besten mechanischen Eigenschaften, womit sich auch die Erfindung befaßt, sind solche lang dauernden Haltezeiten nicht annehmbar. Das ergibt sich aus den oben angeführten Darlegungen und aus der Tatsache, daß die Diamantkörner in den erfindungsgemäßen überharten Erzeugnissen eine Größe aufweisen, die kleiner als 1 mm ist.
Außerdem erwärmt sich die Preßform beim Erhitzen im Stromdurchgang vom herzustellenden Erzeugnis selbst. Zur beschleunigten Sinterung muß also der Körper erhitzt werden, was ein wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens ist.

»■> Ausgehend von dem oben Gesagten bezweckt die Erfindung die Beseitigung der genannten Nachteile.

Der Erfindung wurde die Aufgabe zugrunde gelegt, ein solches Verfahren zur Herstellung von überharten »ι Sinterhartmetallen zu entwickeln, bei dem die optimale Temperaturführung beim Erhitzen der zu sinternden Mischung sichergestellt und die unerwünschte Wechselwirkung bzw. Reaktion der Hartmetallmischung mit Metallkörpern sowie eine Überhitzung der r> Mischung beim Sintern ausgeschlossen würden.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist das Verfahren zur Herstellung von überharten Sintermetallen, die Diamantkörner mit einem Durchmesser kleiner als 1 mm enthalten, durch Heißpressen einer Hartmetall-Pulvermischung mit diesen Diamantkörnern bei Temperaturen bis 1800° C in Preßformen aus Graphit, dadurch gekennzeichnet, daß die zu sinternde Mischung stufenweise zuerst auf 1200° C mit einer Geschwindigkeit von 1000 bis 1100° C pro Minute durch Erwärmen der Preßform mittels HF-Strömen und dann auf Sintertemperatur mit einer Geschwindigkeit von 3000 bis 6000° C pro Minute durch gemeinsames gleichzeitiges Erhitzen der Preßform mittels HF-Strömen und der Mischung mittels Wider-Standsheizung auf Verformungstemperatur gebracht wird.

Dies gestattet, eine Überhitzung der Sintermasse zu vermeiden und überharte Sinterhartmetalle mit guter Verschleißfestigkeit und Schneidfähigkeit zu er- V-, halten.

Nach einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, daß das zu sinternde Gemisch nach Erreichen der Temperatur von 1200" C auf diesem Erhitzungsni_ho veau in der Preßform bis zu 2 Minuten, und auf der Sintertemperatur höchstens 2 bis 3 Minuten gehalten wird.

Diese Verbesserung gestattet, die besten Betriebsdaten des Sintervorganges für die Hartmetall-Pulver- _br_t mischung zu erzielen.

Im folgenden wird die Erfindung mit der Beschreibung des Ausführungsbeispieles verdeutlicht.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß das

Erhitzen der zu sinternden Mischung auf 1200° C mit einer Geschwindigkeit von 1000 bis 1100° C pro Minute unter Anwendung eines spez. Druckes von 50 bis 100 kp/cm² erfolgt, und danach die Körper unter Einhaltung dieser Bedingungen zwecks Sicherstellung der physikochemischen Sinterprozesse der Hartmetalle, und zwar der Auflösung des Kohlenstoffes und des Wolframs in Kobalt, etwa 2 Minuten lang gehalten werden.

Das weitere Erhitzen auf Sintertemperatur erfolgt mit einer Geschwindigkeit von 3000 bis 3100" C pro Minute mit darauffolgendem Halten während 2 bis 3 Minuten unter Anwendung eines spez. Druckes von 100 bis 200 kp/cm². Der Vorteil der Erfindung besteht vor allem darin, daß eine hohe Qualität der Sinterhartmetalle dank des Umstandes gesichert wird, daß eine Graphitbildung von Diamanten und deren Wechselwirkung mit dem Hartmetall bis zur Erreichung der Temperatur 1200° C praktisch fehlen und im weiteren das Sintern mit beschleunigter Temperaturführung, d. h. binnen 12 bis 15 see vor sich geht, so daß die obengenannten Reaktionen nicht eintreten. Die Erwärmung der Graphit-Preßform, in deren Hohlraum sich die zu sinternde überharte Mischung befindet, auf die Temperatur 1200° C erfolgt im Induktionsverfahren mittels HF-Strömen und beginnend von 1200° C an bis auf die Sintertemperatur mit beschleunigter Temperaturführung, d. h. es werden sowohl die Preßform (im Induktionsverfahren) als auch das zu sinternde Gemisch (im unmittelbaren Stromdurchgang durch das Gemisch) gleichzeitig erhitzt.

Die Preßform mit dem gesinterten Gemisch wird nach dem Heißpressen in einer Presse unter Anwendung von Druck auf 750 bis 800° C abgekühlt, wonach eine langsame Abkühlung in einem Behälter mit Sand (Tieftemperaturofen) stattfindet.

Die Herstellung eines Arbeitsteiles mit 0 10 X 10 mm aus dem überharten Sinterhartmetall zur Verstärkung der Werkzeuge kann an Hand folgenden Beispiels erläutert werden. Es werden Diamantpulver mit einer Körnung von 630/500 in der Menge von 3,5 Karat auf je 9 g pulverförmige Hartmetall-Mischung, bestehend aus 94% Wolframkarbid und 6% Kobalt, genommen.

Das genannte Gemisch wird bis zur Erreichung einer gleichmäßigen Verteilung der überharten Teilchen in der Grundmasse sorgfältig vermischt und in eine Preßform aus Graphit eingebracht, die einen zylindrischen Hohlraum mit 10 mm Durchmesser hat. ίο Die Preßform wird in eine Warmpresse montiert.

Der Preßdruck beträgt etwa 200 kp/cm².

Die Erhitzung des Gemisches wird mittels HF-Strömen mit einer Geschwindigkeit von 1000 bis 1100° C pro Minute vorgenommen. Die Erhitzungstemperatur wird in Abhängigkeit vom Werkstoff der Matrize bestimmt.

Die Haltezeit beim Pressen beträgt 0,5 bis 2 Minuten.

Dann wird der Preßkörper auf 750 bis 800° C in einer Presse abgekühlt, wonach die Abkühlung des Preßkörpers in einem Behälter mit Sand fortgeführt wird.

Zusammenfassend hat das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Diamantwerkzeugen fol-.' > gende Vorteile:

1. Es werden wertvolle Eigenschaften der Diamanten dank einer Verkürzung der Herstellungszeit für die Diamantwerkzeuge erhalten.

2. Es wird der Bereich der zur Anwendung kom-)» menden Metalle und deren Legierungen zur

Herstellung von Matrizen für Diamantwerkzeuge durch erhöhte Sintertemperaturen erweitert und die Anwendung von Werkstoffen mit Schmelzpunkt bis zu 1800° C ermöglicht,
j·» 3. Es wird der Zeitaufwand zur Herstellung der Werkzeuge reduziert, was eine Erhöhung der Produktivität bedeutet.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch zur Herstellung anderer Erzeugnisse, die überharte Werkstoffe enthalten, z. B. von mit Diamanten versehenen Reibflächen, anwendbar.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung überharter Sintermetalle, die Diamantkörner mit einem Durchmesser kleiner als 1 mm enthalten, durch Heißpressen einer Hartmetall-Pulvermischung mit diesen Diamantkörnern bei Temperaturen bis 1800° C in Preßformen aus Graphit, dadurch gekennzeichnet, daß die zu sinternde Mischung stufenweise zuerst auf 1200° C mit einer Geschwindigkeit von 1000 bis 1100° C pro Minute durch Erwärmen der Preßform mittels HF-Strömen und dann auf Sintertemperatur mit einer Geschwindigkeit von 3000 bis 6000° C pro Minute durch gemeinsames gleichzeitiges Erhitzen der Preßform mittels HF-Strömen und der Mischung mittels Widerstandsheizung auf Verformungstemperatur gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu sinternde Mischung nach Erreichen der Temperatur von 1200° C bis zu 2 Minuten auf dieser Temperatur und nach Erreichen der Sintertemperatur höchstens 2 bis 3 Sekunden auf dieser höheren Temperatur gehalten wird.