DE2606993C3 - Verfahren zum Erzeugen von schlagfesteren Sinter-Hartmetallen auf Wolframkarbidbasis - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erzeugen von Sinter-Hartmetallen auf Wolframkarbidbasis.

Die Erfindung kann zur Herstellung von Stauch- und Schnittwerkzeugen und auch von Schneid- und Bohrwerkzeugen verwendet werden.

Zur Zeit werden unterschiedliche Sorten von Sinter-Hartmetallen auf Wolframkarbidbasis aus pulverförmigem Wolffamkarbid hergestellt, das mit einem als Bindemittel dienenden Metall, gewöhnlich Kobalt, gemischt wird, wobei den Hartmetallsorten mit unterschiedlicher Zweckbestimmung verschiedene Eigenschaften durch Änderung des Kobaltgehalts von 3 bis 30 Gew.-% und der Teilchengröße des Wolframkarbidpulvers von 1 bis ΙΟμΓΠ erteilt werden. Zum Erzeugen von Wolframkarbidpulver mit einer Teilchengröße von 1 bis 6 μηι wird Wolframsäureanhydridpulver im Wasserstoffstrom bis zum metallischen Wolfram bei Temperaturen von 800 bis 900°C reduziert. Dann wird das Pulver aus reduziertem Wolfram mit der erforderlichen Rußmenge von 6,12 bis 6,20 Gew.-°/o gemischt, und die Mischung wird bei Temperaturen von 1375 bis 1450°Ckarbidisiert.

Beim Erzeugen eines groben Wolframkarbidpulvers mit einer Teilchengröße von 8 bis 10 μπι wird Wolframsäureanhydrid im Wasserstoffstrom bis zum metallischen Wolfram bei einer Temperatur von 1100 bis 1200⁰C reduziert und dann wird die Mischung aus Wolframpulver mit Ruß bei einer hohen Temperatur von 1600bis2000"Ckarbidisiert.

Weiterhin werden das Wolframkarbid mit bestimmter Teilchengröße oder eine Mischung des Wolframkarbids mit anderen Karbiden und einem Bindemetall in einen, flüssigen Medium gemahlen. Die erhaltene Mischung wird getrocknet, durchgesiebt, mit einem Plastifizierungsmittel, ζ. B. mit einer Kautschuklösung in Benzin, mit Paraffin oder Äthylenglykole, angerührt, getrocknet, durchgesiebt, gepreßt sowie vor- und fertiggesintert, wobei übliche bei der Produktion von Sinterhartmetallen gebräuchliche Arbeitsweisen verwendet werden (R. K i e f f e r/F. Benesowsky »Hartmetalle«, Wien - New York, 1965).

In der letzten Zeit wurden zum Einsatz bei Schlagbelastungen besonders grobe Hartmetalle mit einer Teilchengröße von 10 bis 20 μπι entwickelt. Das Wolframkarbid für diese Hartmetalle wird durch K arbidisieren einer Mischung aus Wolfram und Ruß bei 2200⁰C erzeugt. Diese Hartmetalle besitzen dank ihrer Grobteiligkeit die Fähigkeit zu bedeutender plastischer Verformung, haben aber geringe Verschleißfestigkeit und deshalb ist ihr Anwendungsbereich sehr beschränkt (Pulvermetallurgie, 1965, Nr. 12 pn russisch]).

Die praktische Verwendung von Hartmetallen hat gezeigt, daß sie, um einen hohen Widerstand gegen Zerstörung bei Schlagbelastungen sicherzustellen, ein ausreichend hohes Plastizitätsniveau besitzen sollen.

Die Erhöhung der Plastizität mittels üblicher Maßnahmen zum Regulieren der Hartmetalleigenschaften durch Erhöhen des Gehalts an Bindemetall oder Erhöhung der Teilchengröße der Karbidphase läuft aber immer parallel mit einer Senkung der Verschleißfestigkeit des

is Hartmetalls. Daher ist es unmöglich, mittels der üblichen technologischen Verfahren ein Hartmetall zu erhalten, welches eine vorteilhafte Kombination obengenannter Eigenschaften, nämlich hohen Widerstand gegen Zerstörung bei Schlagbelastungen und gleichzeitig hohe Verschleißfestigkeit besitzt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erzeugen von Sinter-H artmetallen auf Wolframkarbidbasis zu entwickeln, bei dem Wolframkarbidkristalle mit vollkommendem Kristallgitter erhalten werden, wodurch es möglich wird, die plastische Verformung der Hartmetalle und ihre Widerstandsfähigkeit gegen Zerstörung bei Schlagbelastungen zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß Sinterhartmetalle auf Wolframkarbidbasis durch Reduzieren von Wolframsäureanhydrid im Wasserstoffmedium mit darauf folgender Karbidisierung des reduzierten metallischen Wolframs bei einer Temperatur von 1800 bis 2400°C, durch Mischen und Mahlen des erhaltenen Wolframkarbids zusammen mit dem Bindemetall durch Pressen und Sintern erzeugt werden, wobei gemäß der Erfindung Wolframsäureanhydrid zuerst bis zum Wolframdioxid bei einer Temperatur von 750 bis 1300° C und dann das erhaltene Wolframdioxid bis zum metallischen

4» Wolfram bei einer Temperatur von 1000 bis 1600° C reduziert werden.

Dank dem erfindungsgemäßen Verfahren wurde es möglich, die plastische Verformbarkeit von fein- und mittelteiligen Sinterhartmetallen (0,5 bis 1,5 μΐη und 2

4^r> bis 3,5 μπι) um das 2- bis 4fache zu erhöhen.

Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden aufgrund der nachstehenden ausführlichen Beschreibung des Verfahrens und der Durchführungsbeispiele verständlich.

V) Untersuchungen haben gezeigt, daß sich Karbidpulver mit vollkommenem Gitter der Kristallteilchen beim Sintern ganz anders verhalten. Die Teilchen solcher Pulver verwachsen weniger miteinander und neigen auch weniger zur Umkristallisation und zum ungleich-

« mäßigen Kornwachstum. Die eine wie die andere Tatsache haben einen günstigen Einfluß auf das Plastizitätsniveau.

Die wichtigste Maßnahme für ein vollkommeneres Kristallgitter besteht in der Erhöhung der Temperatur,

wi bei der sich Karbidteilchen formen. So hat beispielsweise das Karbidpulver, das bei 2200⁰C erzeugt wurde, über 1000 A große Mosaikblöcke bei einem äußerst niedrigen (nicht meßbaren) Mikrospannungsniveai*, während beim Erzeugen von Wolframkarbid bei 1450⁰C die

es Größe der Blöcke 230 A beträgt, während die Mikrospannungen4,7 · 10~³betragen.

Die Anwendung hoher Temperaturen hat jedoch gewöhnlich zur Folge, daß äußerst große Kristalle

erhalten werden. Um aus »Hochtemperatur«-Wolframkarbid verhältnismäßig feinteüige Hartmetalle mit einer Korngröße von 0,5 bis 4 μm zu erzeugen, muß dieses Produkt sehr intensiv zermahlen werden, was bedeutende Inhomogenität des Pulvers in bezug auf die Teilchengrö3e und teilweisen Verlust der nützlichen Eigenschaften des »Hochtemperatur«-Karbids zur Folge hat

Es wurde nun gefunden, daß es vorteilhaft ist, das Wolframsäureanhydrid in zwei Stufen zu reduzieren. Zunächst wird das Wolframsäureanhydrid b:s zum Wolframdioxid und dann das Wolframdioxid bis zum metallischen Wolfram reduziert.

Beim Erzeugen von Wolframdioxid bei einer unter 750° C liegenden Temperatur oder von Wolfram bei einer unter !000"C liegenden Temperatur wird die Größe der höchsten plastischen Verformung 1,5- bis 1,3-mal kleiner im Vergleich zu den Kennwerten von Hartmetall, welches innerhalb der empfohlenen Temperaturbereiche reduziert wurde.

Beim Erzeugen von Wolframdioxid bei einer über 1300° C liegenden Temperatur und von Wolfram bei einer über 1600°C liegenden Temperatur ändern sich die Hartmetalleigenschaften praktisch nicht.

Das Pulver aus metallischem Wolfram wird mit Ruß gemischt, wobei der Rußgehalt in der Charge 6,10 bis 6,20 Gew.-% ausmacht

Das Wolframkarbidpulver wird bei hohen Karbidisierungstemperaturen von 1800° C bis 2400° C erhalten.

Das Wolframkarbid besitzt folgende Eigenschaften:

1. Es ist ein lockeres, leicht in Pulver umwandelbares Wolframkarbidbrikett (Sinterkuchen aus Wolframkarbid), trotz der hohen Karbidisierungstemperaturen;

2. es besitzt ein mäßig grobes Karbidkorn von 5 bis 15 μιη;

3. es hat gemäß den Angaben der röntgenographischen Untersuchungen ein Durchschnittsmaß der Mosaikblöcke in den Wolframkarbidkristallen von über 1000 A.

Weiterhin werden pulverförmige Mischungen zubereitet. Zu diesem Zweck werden Pulver aus Wolframkarbid, Kobalt und anderen Komponenten in einer Kugelmühle in einem für diesen Arbeitsgang üblichen flüssigen Medium gemahlen. Kobaltpulver und andere Komponenten der Mischung können zum Wolframkarbid sowohl zu Beginn des Mahlvorgangs als auch nach dem Vormahlen des Wolframkarbids bis zu einer bestimmten Teilchengröße zugegeben werden. Die vorgegebene durchschnittliche Teilchengröße des Wolframkarbids von 0,5 bis 9 μιη im Hartmetall wird durch unterschiedliche Mahldauer von 6 bis 96 Stunden erreicht.

Nach dem Mahlen wird die Mischung in üblicher Weise getrocknet, durchgesiebt, mit einem Plastifizierungsmittel, z. B. mit einer Kautschuklösung in Benzin, mit Paraffin oder Äthylenglykol, angerührt, getrocknet, durchgesiebt, gepreßt sowie vor- und fertiggesintert.

Es muß besonders darauf hingewiesen werden, daß die hohe Plastizität auch bei sehr feinteiligen Hartmetallen, z. B. mit einer Teilchengröße von 0,5 bis 2 μ:η,

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erhalten wird, was ein wichtiges Merkmal der Sinter-Hartmetalle ist die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt werden.

Beispiel 1

Wolframsäureanhydrid wird bei 900° C im Wasserstoffstrom bis zum Wolframdioxid reduziert

Das Wolframdioxid wird bei 1200° C im Wasserstoffstrom bis zum metallischen Wolfram reduziert

Das Pulver aus dem metallischen Wolfram wird in einer Kugelmühle mit Ruß gemischt wobei der Rußgehalt in der Mischung 6,15 Gew.-% beträgt.

Die Mischung aus Wolfram und Ruß wird bei 2200° C karbidisiert

Der erhaltene Wolframkarbid-Sinterkuchen wird in der Kugelmühle zerkleinert und durchgesiebt.

Wolframkarbidpulver wird zusammen mit 20% Kobalt in einer Kugelmühle in einem Äthylalkoholmedium 96 Stunden lang gemahlen.

Die erhaltene Mischung wird getrocknet, durchgesiebt mit einer Kautschuklösung in Benzin angerührt, getrocknet, durchgesiebt, gepreßt, bei 700° C vorgesintert und in einem Ofen in Wasserstoffatmosphäre bei 1360° C fertiggesintert

Das 20% Kobalt enthaltende Hartmetall, das eine Teilchengröße des Wolframkarbids von ungefähr 2 μιη aufweist, zeigt eine plastische Verformbarkeit von 5,6% und eine plastische Verformungsarbeit von 19,8 kgm/ cm³, welche ungefähr zweimal größer als die analogen Kennwerte des Hartmetalls mit derselben Teilchengröße sind, das nach dem bisher bekannten Verfahren erzeugt wurde.

Beispiel 2

Die Reduzierung des Wolframsäureanhydrids bis zum Wolframdioxid, die Reduzierung des Wolframdioxids bis zum metallischen Wolfram und die Erzeugung von Wolframkarbid erfolgen gemäß den im Beispiel 1 angegebenen Arbeitsweisen.

Pulver aus Wolframkarbid und 20% Kobalt werden in einer Kugelmühle in Alkohol 24 Stunden lang gemahlen.

Die abschließende Fertigsinterung geschieht in Wasserstoff atmosphäre bei 1390° C.

Das 20% Kobalt enthaltende Hartmetall besitzt sehr hohe Werte der plastischen Verformbarkeit (7,5%) und der plastischen Verformungsarbeit (22,0 kgm/cm³), welche die entsprechenden Kennwerte des analogen Hartmetalls, das nach bekannten Verfahren erzeugt wurde, um mehr als das 2,5fache übersteigen.

Beispiel 3

Hartmetall mit einem Kobaltgehalt von 6 Gew.-% und einer Teilchengröße des Wolframkarbids von ungefähr 2 μιυ, welches nach den im Beispiel 1 angegebenen Arbeitsweisen erzeugt wurde, besitzt höhere Werte der plastischen Verformbarkeit (0,6%) und der plastischen Verformungsarbeit (2,8 kgm/cm³) als ein analoges Hartmetall aus üblicher Herstellung (0,2% bzw. 0,8 kgm/cm³).

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Reduzieren von Wolframsäureanhydrid im Wasserstoffmedium mit darauf folgender Karbidisierung des reduzierten metallischen Wolframs bei einer Temperatur von 1800 bis 2000⁰C für die Erzeugung von schlagfesterem Sinterhartmetall auf Wolframkarbidbasis durch Mischen und Mahlen des erhaltenen Wolframkarbids zusammen mit einem als Bindemittel dienenden Metall sowie anschließendes Pressen und Sintern, dadurch gekennzeichnet, daß Wolframsäureanhydrid zuerst bis zum Wolframdioxid bei einer Temperatur von 750 bis 1300°C und dann das erhaltene Wolframdioxid bis zum metallischen Wolfram bei einer Temperatur von 1000 bis 1600⁰C reduziert wird.