DE2534919C3 - Verfahren zur Herstellung eines um magnetischen bzw. bezüglich seiner Magnetisierbarkeit einstellbaren gesinterten Hartmetallerzeugnisses - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines um magnetischen bzw. bezüglich seiner Magnetisierbarkeit einstellbaren gesinterten HartmetallerzeugnissesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
eines unmagnetischen bzw. bezüglich seiner Magnetisierbarkeit einstellbaren, gesinterten Hartmetallerzeugnisses
durch Mahlen, Pressen und Sintern einer Mischung aus einem größeren Anteil an Wolframcarbid
und Nickel als Bindemetall.
Es sind bereits viele verschleißfeste Sinterhartmetallsorten bekannt, die sich für ihren jeweiligen
Gebrauchszweck bewährt haben. Unbefriedigend sind aber die bisher bekannten Hartmetalle in solchen
Anwendungsfällen, in denen das Hartmetall nichtmagnetisch sein muß bzw. sein sollte oder wo es überhaupt
auf definierte magnetische Eigenschaften ankommt. (Als nichtmagnetisch bzw. nichtferromagnetisch wird in
diesem Zusammenhang ein Material oder Erzeugnis bezeichnet, dessen magnetische Permeabilität nahezu 1
ist, welches nichtmagnetisierbar ist, also keinen remanenten Magnetismus aufweist, d. h. dessen Koerzitivkraft
gleich 0 Oersted ist.)
Zum Beispiel müssen in Tonbandgeräten oder dergleichen die Elemente zum Stützen und Führen eines
Tonbandes nichtmagnetisch sein. Es gibt noch eine große Reihe weiterer solcher Fälle, wo bestimmte
wichtige Teile sehr fest, insbesondere verschleißfest, andererseits aber nichtmagnetisch sein müssen, oder es
kommt — neben einer bestimmten magnetischen Eigenschaft — auf hohe Korrosionsfestigkeit oder hohe
Härte an, wie z. B. insbesondere bei Werkzeugmaterialien.
Sinterhartmetalle bestehen bekanntlich aus sehr harten, festen Carbiden, die in ein zähes, metallisches
Bindemittel eingebettet sind. Die Carbide selbst sind nichtmagnetisch. Wenn daher ein Sinterhartmetall
insgesamt nichtmagnetisch sein soll, so muß auch das verwendete Bindemittel nicht magnetisch sein. Das
Bindemittel sollte selbstverständlich zäh sein und das Carbid bzw. die Carbide gut benetzen, so daß also die
harten Carbidteilchen fest in die zähe Bindemittelmatrix
eingebettet sind. Es werden daher Nickel bzw. Binder mit Nickel bevorzugt, weil Nickel zäh ist und das Carbid
gut benetzt
Jedoch ist Nickel selbst ferromagnetisch, so daß sich mit Nickel als Bindemittel bisher keine nichtmagnetischen
Sinterhartmetallerzeugnisse herstellen lassen.
Bisher wird auch Kobalt als gebräuchliches Bindemittel verwendet Dabei kann die Zusammensetzung der
Hartmetallmischung so eingestellt werden, daß das Enderzeugnis nichtmagnetisch wird; hierbei wird der
Binder wegen der Bildung von C03W3C sehr brüchig, so daß dieses Sinterhartmetall für viele Zwecke unbrauchbar
ist
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der genannten Art zu schaffen,
nach welchem auf relativ einfache Weise Hartmetallerzeugnisse herstellbar sind, die unmagnetisch bzw.
bezüglich ihrer Magnetisierbarkeit einstellbar sind, wobei aber die erwünschten Eigenschaften von
metallurgischen Hartmetallerzeugnissen, insbesondere Zähigkeit und Biegefestigkeit, erhalten bleiben. Die
Erzeugnisse sollen insbesondere vorteilhaft als Schneidwerkzeuge ausgebildet werden, die bei Raumtemperatur
praktisch nichtmagnetisch sind.
Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben und wird in den Unteransprüchen weiter
ausgestaltet.
Aus einem Phasendiagramm von Wolfram-Nickel-Legierungen, welches in dem Buch »Ferromagnetism«
von R. M. Bozorth, 1956, Seite 326 erschienen ist, ist zu entnehmen, daß eine Nickel-Wolfram-Legierung in der
Tat ab einem bestimmten Wolframgehalt nichtmagnetisch ist und darunter magnetisch.
In den Unteransprüchen sind einige Anwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens auf bestimmte
Mischungen angegeben.
Die Erklärung dafür, daß durch die erfindungsgemäße Zugabe von Titan zu der Mischung das gesinterte
Hartmetallerzeugnis nichtmagnetisch wird, dürfte auf folgendem metallurgischen Vorgang beruhen: Beim
Sintervorgang verdrängt das Titan wegen seiner größeren Affinität einen Teil des Wolframs auf dem
Wolframcarbid, und das frei werdende Wolfram legiert sich mit dem Nickel zu einer Wolfram-Nickel-Legierung.
Diese als Bindemittel fungierende Wolfram-Nikkel-Legierung
ist nichtmagnetisch.
Bei der Herstellung bzw. bei der Durchführung des Verfahrens werden Titan, Wolframcarbid und Nickel —
mit oder ohne etwas Chromzusatz — in Pulverform zusammengemischt. Die Mischung wird in Formen
gepreßt und erhitzt, so daß sich eine flüssige Phase bildet, welche Wolfram, Kohlenstoff und wenigstens
einen Teil des Titans in Lösung enthält; hierbei kann sich der Kohlenstoff mit dem Titan zu Titancarbid
verbinden, und/oder es ergibt sich eine feste Lösung von Titancarbid in Wolframcarbid, da die freie Bildungsenergie die Bildung von Titancarbid gegenüber
Wolframcarbid begünstigt. Auf diese Weise wird also während des Sinterprozesses Wolfram aus dem
Wolframcarbid frei und verbindet sich bzw. legiert sich mit dem als Bindemittel zugesetzten Metall.
Die Zusammensetzung wird dabei so berechnet, daß mehr als der stöchiometrisch erforderliche Anteil an
Wolfram vorhanden ist, so daß — wie vorher
beschrieben — beim Sintervorgang der überschüssige Wolframanteil sich mit dem Nickel legieren kann, womit
die magnetischen Eigenschaften des Bindemetalls und damit des Hartmetailerzeugnisses steuerbcx sind, d.h.
das Erzeugnis wird nichtmagnetisch, wenn das Nickel vollständig an frei werdendes Wolfram gebunden wird.
Je nach dem unlegiert verbleibenden Nickelgehalt können die magnetischen Eigenschaften, insbesondere
Permeabilität sowie Koerzitivkraft eingestellt werden. Bei dem Kohlenstoffanteil muß die »nichtstöchiometrische
Natur« von TiC in Betracht gezogen werden, also das Phänomen, daß weniger als ein Kohlenstoffatom
pro Titanatom zur Bildung von Titancarbid ausreicht
Durch die Zugabe von Titan wird also Kohlenstoff zu Titancarbid gebunden, und zwar wegen der relativ
großen Affinität des Titans zu Kohlenstoff in relativ großem Umfang, und es bildet sich beim Sintervorgang
eine Legierung von Nickel und Wolfram und Titan.
Es hat sich gezeigt daß sich eine ziemlich große Variationsbreite von Zusammensetzungen gemäß der
Erfindung ergibt bei denen sich eine nichtmagnetische Legierung als Bindemittel — und damit ein nichtmagnetisches
Enderzeugnis ergibt, wobei die Binde-Legierung die gleiche Kristallstruktur wie reines Nickel, nämlich
kubisch-flächenzentriert, ergibt.
Bei Kohlenstoffmangel im Wolframcarbid kann sich mit einem Nickel-Binder zwar eine Nickel-Wolfram-Legierung
als Binder nach der Sinterung ergeben, dazu wäre jedoch eine sehr genaue Kontrolle bzw.
Einhaltung der jeweiligen Anteile von Nickel und Kohlenstoff erforderlich, welche praktisch nur schwierig
durchführbar wäre.
Es wurde ferner herausgefunden, daß eine relativ sehr geringe Titan-Zugabe von weniger als 0,5 Gew.-%Titan
bereits sehr wirksam das Kornwachstum beim Sinterprozeß verhindern und damit eine feine Kornstruktur,
d. h. große Festigkeit, bringt.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sie relativ leicht ausführbar ist: Sobald einmal der
Wolframcarbidgehalt der Mischung festgestellt worden ist, läßt sich die zuzugebende Menge von Titan sehr
leicht ausrechnen. Die Aufstellung bzw. Festlegung und sodann laufende Kontrolle der Zusammensetzung bzw.
des Mischungsverhältnisses sind somit vereinfacht.
In dem Diagramm nach F i g. 1 ist der Titanzusatz (in Gew.-%) in Abhängigkeit vom Kohlenstoffgehalt (in
Gew.-%) des Wolframcarbids aufgetragen.
F i g. 1 zeigt — wie erwähnt — wieviel Titan einem Wolframcarbid zugesetzt werden muß, welches WoIfram-Carbid
den auf der A"-Achse aufgetragenen gesamten Kohlenstoffgehalt und daneben vernachlässigbare
Anteile an Sauerstoff, Stickstoff und metallischen Verunreinigungen — aufweist. In dem Diagramm
ist der Nickelgehalt konstant 10%, die übrigen 90% der
Mischung bestehen aus Wolframcarbid und Titan. Bei 1 Gew.-% Titan hat man also 89 Gew.-% Wolframcarbid.
Jede Linie des Diagramms zeigt den Anteil von Titan, der zugegeben werden muß, um den angezeigten
Gewichtsanteil an Wolfram in dem Binder zu erhalten, d. h. das Verhältnis Wolfram zu Wolfram-Nickel-Legierung
ist der Parameter in dem Diagramm.
Fig. 2 zeigt ein Nickel-Wolfram-Phasendiagramm und insbesondere die magnetischen Nickel-Wolfram-Legierungen.
Zur Festlegung des Mischungsverhältnisses werden zunächst durch genaue Analyse bei jeder Mischungskomponente der Gehall an Kohlenstoff, Sauerstoff,
Stickstoff und metallischen Verunreinigungen festgestellt Sodann kann der erforderliche Anteil an Titan
ausgerechnet oder experimentell bestimmt werden, der gemäß der Erfindung erforderlich ist um aus dem
Wolframcarbid den erforderlichen Anteil an Wolfram zu entziehen und in die Nicke!-Wolfram-Binder-Legierung
zu überführen.
Bei der Berechnung werden der erwünschte Wolframgehalt
und Nickelgehalt des Binders festgestellt und die Gleichungen für die erforderlichen Anteile von Titan
ίο und Wolfram aufgelöst
Die nachstehende Tabelle ! gibt den zuzugebenden Titangehalt (Spalte 3) in Abhängigkeit vom Aufkohlungsgrad
des zugegebenen Titans an (Spalte 4; Atomverhältnis Kohlenstoff zu Titan), wobei der
Nickelgehalt jeweils konstant 10% beträgt (Spalte 1) und das Verhältnis von Wolfram zu Wolfram-Nickel-Legierung
10% bzw. 20% bzw. 25% beträgt (Spalte 2).
Eine Zugabe von metallischem Chrom kann dazu beitragen, das Kornwachstum, gering zu halten und die
nichtmagnetischen Eigenschaften zu stabilisieren. Für eine Mischung mit 10% Nickelan teil hat 1% Chrom
befriedigende Ergebnisse ergeben. Die Chromzugabe ist nicht wesentlich für die nichtmagnetischen Eigenschaften.
Das Chrom kann jedoch einen Anteil des Kohlenstoffs zu Chromcarbid binden, und es kann sich
auch mit dem Nickel legieren. Für eine Mischung mit 10% Nickelanteii hat 1% Chrom befriedigende
Ergebnisse ergeben. Die Chromzugabe ist nicht wesentlich für die nichtmagnetischen Eigenschaften.
Das Chrom kann jedoch einen Anteil des Kohlenstoffs zu Chromcarbid binden und es kann sich auch mit dem
Nickel legieren.
Das Titan kann als metallisches Titanpulver zugegeben werden oder als Titan-Nickel-Legierung (nicht
notwendig eine eutektische TiNi-Legierung) oder als Titanhydrid. Titanhydrid ist vorteilhaft, da es weniger
reaktionsfreudig ist und leicht zermahlen werden kann. Titanhydrid ist auch billiger als eine Titan-Nickel-Legierung.
Ferner kann der aus dem Titanhydrid im frühen Sint?rstadium entweichende Wasserstoff vorteilhaft
Oberflächenoxid, insbesondere am Nickel, reduzieren.
Die gemäß der Erfindung erreichten nichtmagnetischen Eigenschaften der Hartmetallerzeugnisse sind
sehr wichtig; es gibt jedoch auch andere Anwendungsfälle, wo es vor allem auf chemische Reaktionsträgheit,
Tabelle I | W/(W+Ni) | Titan-Zugabe | C/Ti Atom |
Nickel | verhältnis | ||
(Gew.-·/,, | (Gew.-%) | ||
(Gew.-%) | berechnet) | ||
10 | 0,283 | 0,6 | |
10 | 10 | 0,240 | 0,7 |
10 | 10 | 0,208 | 0,8 |
10 | 10 | 0,187 | 0,9 |
10 | 20 | 0,879 | 0,6 |
10 | 20 | 0,748 | 0,7 |
10 | 20 | 0,654 | 0,8 |
10 | 20 | 0,585 | 0,9 |
10 | 25 | 1,242 | 0,6 |
10 | 25 | 1,077 | 0,7 |
10 | 25 | 0,940 | 0,8 |
10 | 25 | 0,831 | 0,9 |
10 | |||
5 6
mechanische Festigkeit und Verschleißfestigkeit an- Eigenschaften von Hartmetallsorten gemäß der Erfin-
kommL dung zusammengestellt. Die Beispiele 1 bis 14 sind
In der nachfolgenden Tabelle 11 sind einige wichtige nichtmagnetisch, die Beispiele 5 und 6 sind magnetisch.
Eigenschaften von erfindungsgemäß hergestellten Hartmetallen
Beispiel | Zusammensetzung vor dem <Gew.-%) |
Ti | Sintern | WC | W | Hc | Bruch festigkeit |
Rockwell- Härte A |
Ni | 0,71 (1) | Cr | Rest | (Gew.-%)*) | (Oersted) | (106 N/m2) | ||
1 | 10,0 | 0,55 (2) | 0 | Rest | 25 | 0 | 3110 3337 |
90,9 91,0 |
2 | 9,9 | 045 (1) | 0,99 (2) | Rest | 21 | 0 | 1772 3061 |
92,6 91,9 |
3 | 9,8 | 2,06 (1) | 1,99 (2) | Rest | 21 | 0 | 1544 2751 |
91,0 92,3 |
4 | 23,0 | 0,56 (1) | 1,01 (2) | Rest | 25 | 0 | 2661 2848 |
86,5 86,3 |
5 | 10,0 | 0,47 (3) | 0 | Rest | 15 | 32-58 | 2599 3082 |
90,6 90,1 |
6 | 10,0 | 0 | 14 | 39-44 | 2765 3137 |
90,7 90,6 |
||
*) Im Bindemittel nach dem Sintern.
(1) = Titan zugegeben als Hydrid.
(2) = Chrom zugegeben als Nickel-Chrom-Legierung.
(3) = Titan zugegeben als Titan-Nickel-Legierung.
Die letzten beiden Spalten der Tabelle II geben jeweils zwei Werte für jede Zusammensetzung an. Der
jeweils obere Wert wird erhalten, wenn die Mischung gepreßt und unter Vakuum gesintert wird, und der
jeweils zweite Wert gilt, wenn die vakuumgesinterte Probe anschließend unter hohem Druck eines inerten
Gases erhitzt wird.
Bei der Herstellung der Erzeugnisse können herkömmliche Mahlverfahren zur Anwendung kommen.
Um Verunreinigungen zu vermeiden, sollte die Mühle mit Wolframcarbid ausgekleidet und sollten die
Mahlkörper ebenfalls aus Wolframcarbid bestehen. Die Mischung wird 4 bis 15 Tage lang gemahlen und dann in
herkömmlicher Weise zu dem gesinterten Endprodukt verarbeitet.
Die Sinterung erfolgt zweckmäßig bei etwa 1350 bis 1550° C 0,25 bis 2 Stunden lang bei einem Druck von 2,66
bis 100 N/m2. Das bei der Sinterung durch den Entzug von Kohlenstoff durch das Titan aus dem Wolframcarbid
frei werdende Wolfram kann in Verbindung mit Nickel und Kohlenstoff eine sogenannte ETA-Phase
bilden oder eine ETA-Phase mit Chrom und Kohlenstoff, wenn die Mischung Chrom enthält. Diese Phase
mag durch die Formel N13W3C dargestellt werden. Wenn dieses Material nur in kleinen Mengen vorliegt,
beeinträchtigt es die physikalischen bzw. magnetischen Eigenschaften des Materials nicht und dient als Teil des
Binders.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung eines unmagnetischen bzw. bezüglich seiner Magnetisierbarkeit
einstellbaren, gesinterten Hartmetallerzeugnisses durch Mahlen, Pressen und Sintern einer Mischung
mit einem größeren Anteil an Wolframcarbid und Nickel als Bindemetall, dadurch gekennzeichnet,
daß von einer Mischung aus
3 bis 25% Nickel,
0,05 bis 2% Titan und
Wolframcarbid als Rest
0,05 bis 2% Titan und
Wolframcarbid als Rest
15
ausgegangen wird, in der der Titangehalt so eingestellt wird, daß durch das Titan aus dem
Wolframcarbid verdrängtes Wolfram zusammen mit dem Nickel eine Wolfram-Nickel-Bindelegierung
mit einem Wolframgehalt von 2 bis 28% beim Sintern der Preßkörper bei 1350 bis 155O0C bildet
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des Titans in Form
einer Titan-Nickel-Legierung vorliegt
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil des Titans in Form
von Titanhydrid vorliegt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung 0,01 bis 2%
Chrom enthält.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19752534919 DE2534919C3 (de) | 1975-08-05 | 1975-08-05 | Verfahren zur Herstellung eines um magnetischen bzw. bezüglich seiner Magnetisierbarkeit einstellbaren gesinterten Hartmetallerzeugnisses |
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Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2534919A1 DE2534919A1 (de) | 1977-02-10 |
DE2534919B2 DE2534919B2 (de) | 1977-12-22 |
DE2534919C3 true DE2534919C3 (de) | 1983-11-24 |
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ID=5953269
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19752534919 Expired DE2534919C3 (de) | 1975-08-05 | 1975-08-05 | Verfahren zur Herstellung eines um magnetischen bzw. bezüglich seiner Magnetisierbarkeit einstellbaren gesinterten Hartmetallerzeugnisses |
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Families Citing this family (1)
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---|---|---|---|---|
SE420844B (sv) * | 1979-05-17 | 1981-11-02 | Sandvik Ab | Sintrad hardmetall av nickelbaserad bindemetall och volframkarbid |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2113355A (en) * | 1937-12-13 | 1938-04-05 | Philip M Mckenna | Hard compositions of matter |
-
1975
- 1975-08-05 DE DE19752534919 patent/DE2534919C3/de not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2534919B2 (de) | 1977-12-22 |
DE2534919A1 (de) | 1977-02-10 |
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