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Verbundt;eil aus Hartmetall und Verfahren
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zu dessen Herstellung Die Erfindung betrifft ein Verbundteil aus
Hartmetall und ein Verfahren zu desseii Herstellung.
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Hartmetall oder aufgekohltes Karbid wird Bekanntlich durch Sintern
eines Pulvergemisches aus Wolframkarbid, Kobalt und dgl. hergestellt, deren Vorkommen
beschränkt sind. Bei der Verwendung von Hartmetallen für Werkzeugmaschinen ist es
erforderlich, daß sowohl das Werkzeug als auch seine Aufspannvorrichtung eine hohe
Druckfestigkelt und Härte aufweisen.
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Anderseits ist der wirksame Bereich des Werkzeugs beim Bearbeiten
eines Werkstücks gewöhnlich auf eine kleine Fkäche beschränkt.
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Durch Abschleifen des verformten und beschädigten Bereichs wird das
Werkzeug für den iiachfolgenden Gebrauch wiederhergestellt. Beispielsweise wird
ein neues Til mit einem Durchmesser von 150 mm nach jedem Verwendungszyklus gewöhnlich
um 1 mm seines Radius abgeschliffen, und das Teil muß verschrottet werden, wenn
sein Durchmesser nach fünfmaliger
Verwendung und fünfmaligem Schliff
140 mm erreicht hat. Dies stellt natürlich eine Verschwendung des Rohstoffvorkommens
dar.
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Nach einem herkömmlichen Verfahren wird zur Herstellung einer Habrtmetallschicht,
die einstückig verbunden um eine abgenutzte Hartmetallstange, einen Zylinder, Pfosten,
eine Welle oder dgl. herum angeordnet -wird, oder zur einstückigen Verbindung einer
Außenschicht mit einem Innenteil von verschiedener Zusammensetzujig die Außenschicht
aus gesintertem Hartmetall um das Innenteil herum befestigt und bei hohem Druck
und einer Temperatur über oder unter der Sintertemperatur einstückig verbunden.
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Dabei muß aber die äußere Hartmetallschicht mit groPJer Genauigkeit
auf dem inneren Metallteil angeordnet werden. Dies bedingt jedoch nicht nur hohe
Kosten, sondern auch einen großen Arbeits aufwand in der maschinellen Bearbeitung
und nachfolgenden Behandlung der Metalle bei hoher Temperatur und hohem Druck.
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Dafür ist eine spezielle Vorrichtung, z.B. eine Warmpresse notwendig,
was zu erhöhten Herstellungskosten führt.
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Nach einem anderen Verfahren können die Metalle hartgelötet werden,
was einfach und billig durchführbar wäre. Dies hat jedoch den Nachteil, daß die
hartgelötete Stelle sehr schwach ist und leicht bricht.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, diese Nachteile
zu beseitigen und ein Verbundteil aus Hartmetall zu schaffen, bei dem eine Hartmetallhülse
sicher mit einem zylindrischen Teil, einer Welle oder dgl. in Eingriff steht.
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Außerdem soll ein Verfahren geschaffen werden, mit dem ein Verbundteil
aus Hartmetall unter Ausnutzung der Schrumpfung nach dem Sintern eines Formteils
aus pulverförmigen IIartmetallmaterialien oder eines vorgesinterten Formteils hergestellt
werden kann, das auf einem zylindrisvhen Teil oder dgl.
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angebracht wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß aus einem Pulvergemisch
aus Hartmetall ein hohles, zylindrisches Formteil hergestellt wird, das um ein zylindrisches
Teil aus Hartmetall angeordnet und gesintert wird, wobei das Formteil schrumpft
und eine Hülse bildet, die fest mit dem Außenumfang des zylindrischen Teils in Eingriff
steht.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsformen
näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. . 1 und 2 Schnittansichten einer
ersten Ausführungsform des erfindungsgemüßen Verbundteils; Fi. 5 ulld 4 Schnittansichten
einer weiten Ausführungsform; Flug. 5 bis 7 Schnittansichten einer dritten Ausführungsform.
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in Fig. 1 bezeichnet die Ziffer 10 ein zylindrisches Teil, beispielsweise
eine Rolle, Walze, einen Zylinder oder ein wellenteil aus Hartmetall, auf der fest
eine Hülse 20' aus Hertmetall angeordnet ist.
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Zunächst wird nach Fig. 1 aus einem Pulvergemisch aus Hartmetallmaterialien
ein Formteil 20 mit einer Innenfläche 21 hergestellt, die im wesentlichen dem Außenumfang
11 des zylindrischen Teils 10 entspricht. Das Formteil 20 kann bei relativ niedriger
Temperatur vorgesintert werden.
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Das vorgesinterte oder nichtgesinterte Formteil 20 wird konzentrisch
über dem zylindrischen Teil 10 in Pig. 1 angeordnet und dann gesintert, wobei es
schrumpft und so eine fest mit der Außenfläche des zylindrischen Teils 10 verbundene
Ifülse 20' bildet, womit das Verbundteil hergestellt ist.
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Das vorgesinterte oder nichtgesinterte Formteil 20 ist maschinell
entsprechend der Form des zylindrischen Teils 10 leicht bearbeitbar, da es relativ
weich ist;. Aufgrund der Oxide bzw. der leichten Rauhigkeit der Hartmetalloberfläche
können an der Grenzfläche zwischen dem zylindrischen Teil 1 und der Hülse 20' Hohlräume
bzw. nichtverbundene Stellen entstehen. Um solche Fehler zu vermeiden, kann das
Verbundteil in einem Gas, z.B. Argon, bei holer Temperatur und bei atmosphärischem
Druck behandelt werden, um die Hohlräume oder unverbundenen Stellen auszufülleii,
so daß eine fehlelose Verbindung erreicht wird.
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Nach Fig. 3 und 4 kann die Außenfläche des Formteils 20 ringförmige
Nuten 22 aufweisen, die nach dem Sintern Ringnuten 22', beispielsweise zum Umwickeln
mit Stahldrähtel, darstellen. Der Außenumfang des vorgesinterten oder nichtgesinterten
Formteil, 20 kann nach Bedarf maschinell in verschiedene andere Formen gebracht
werden.
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Außer den unvermeidbaren, durch die Oxide bzw. die Rauhigkeit der
Hartmetalloberfläche bedingten Hohlräume oder nightverbundenen Stellen kann das
zylindrische Teil 10 auf seinem Außenumfang 11 gemäß Fig. 5 auch ringförmige Huten
12 oder andere Vertiefungen aufweisen. Dabei braucht der innenunfange 21 des Formteils
20 wie in Fig. 5 zu seher ist, nich unbedingt entsprechend dem Aufenumfang 11 geformt
zu sekt.
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Nach dem Sintern weist das Verbundteil an der Grenzfläche zwischen
dem zylindrischen Teil 10 und der Hülse 20', wie in Fig. 6 zu sehen ist noch Hohlräume
auf. Deher ist auch dabei eine Behandlung in Gas wirkungsvoll. Wie in Fig. 7 dar
estellt, werden die Hohlräume vollständig mit einer gesinterien lexierung der Hülse
20' ausgsfüllt.
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Obvohl nicht in der Keichnung dergestellt, kann das zylindrische Teil
10 ringförmige Stege oder andere Vorsprünge auf der Außenfläche 11 aufwersch. Dabei
brauchs die Innenfläche des Formtels @@@@@ der Ausenfläceh 11 des zylindrischen
Teills 10 zu entsprechen. Nach den Sintern kann der Stangenverbund wie bereist oben
auspeführt mit Gas behaudelt werden.
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Die Erfingung wird nachfolgend auhend elinger Beispiele näher erläutert.
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Beispiel 1 Ein gesinterter zylindrischer Hartmetallteil wurde aus
Wolfrankarbad und 20 Gew.- % Kobalt mit einem Durchmesser von 50mm und einer Wöhe
von 40 mm hertstellt. Auserdem wurde ein Pulvergemisch aus Wolframkarbid und 20
Gew.-% Kobalt bei einem Druck von 1,5 t/cm² in zylindrische Form gepreßt, mit einem
Innendurchmesser von 61 mm, einem Außendurchmesser von 70 mm und eines Höhe von
50 mm. Der Hartmetallteil wurde konzentrisch in dem @@@ drischen Formteil angeordnet
und in einen Vekaumefen eine Stunde @@@ 40°C erhitzt, um einen @@@@ mit einen Durchesser
von 57,4 mm um einer Köle von 40 mm zu erhalten. Elke Prüfung ergab, daß die Grensfläche
zwirchen @@@@@@@ Teil und Formteil Sehlerlen @@@@@@@@@@.
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Beispiel 2 Ansgelle den Vorsprünse aus Beispiel 1 wurde zum Siktern
ein Wasserstoffelen verwendet, wobei ein ensprechendes Verbundteil mit Prüfungsergebnis
wie bei Beispiel 1 erhelte wurd.
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Beispiel 3 Ein gesintertes zylindrisches Hartmetallteil aus Wolframkarbid
und 18 Gew.-Vo Kobalt wurde maschinell zu einem Außendurchmesser von 140 mm, einem
Innendurchmesser von 60 mm und einer Höhe von 80 mm gearbeitet. Weiter wurde eine
Pulvermischung aus Wolframkarbid und 15 Gew.-% Kobalt bei einem Druck von 1,2 t/cm²
zu einem zylindrischen Formteil mit einem Außendurchmesser von 180 mm, einem Innendurchmesser
von 168 mm und einer Höhe von 97 mm gepreßt. Das zylindrische Hartmetallteil wurde
konzentrisch in dem zylindrischen Formteil angeorc.-net und eine Stunde lang auf
1360°C orhitzt, um einen Hartmetallzylinderaufbau mit einem Außendurchmesser von
149,7 mm, einen Innendurchmesser von 59,9 mm und einen Höhe von 20 mm zu erhalten.
Eine Prüfung ergab, ist die Grenzileche zwische zylindrischem Teil und Formiteil
fehlerlos verbunden war.
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Beispiel 4 In der Mitte der Außenumfargsfläche eines gesinterten Hartmetallteils
mit einem Durchmesser von 60 mm und einer Höhe von 40 mm aus Wolframkarbid und 10
Gew.-% Kobalt wurde eine Nut von 1 mm Breite und 1 mm Tiefe angeordnet.
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Ein Pulvergemisch aus Wolframkarbid und 10 Gew.-% Kobalt wurde bei
einem Druck von 1 t/cm² zu einem zylindrischen Formteil mit einem Außendurchmesser
von 90 mm, einem Innendurchmesser von 75 mm und einer Höhe von 51 mm druckgeformt.
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Das Hartmetailteil wurde konzentrisch in dem zylindrischen Formteil
angeordnet und in Wasserstoffatmosphäre eine Stunde lang auf 1380°C erhitzt, um
ein Hartmetallteil mit einem Außendurchmesser von 71,5 mm und einer Höhe von 40
mm zu erhalten. Eine Prüfung ergab, daß an der Grenzfläche zwischen zylindrischem
Teil und Formteil ein durch die Nut hervorgeruf ender IIohlraum vorhanden war. Dann
wurde der Aufbau in Argon bei 1340°C 10Minuten lang bei einem Druck von 200 Atm.
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behandelt, wobei der Hohlraum vollständig verschwand.
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Beispiel 5 Es IJurde ein guesint-ertes Hartmetallteil aus Wolframkarbid
und 20 Gew.-Ro Kobalt mit einem Durchmesser von 5Q mm und einer einer Höhe von 40
mm hergestellt. Weiter wurde ein Pulvergemisch aus Wolframkarbid und 20 Gew.-% Kobalt
bei einem Druck von 1,5 t/cm2 zu einem zylindrischen Formteil mit einem Innendurchmesser
von 61 mm, einem Außendurchmesser von 7o mm und einer Höhe von 50 mm druckgeformt,
dessen Außenumfang maschinell in geeignete Form gebracht wurde.
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Das zylindrische Formteil wurde konzentrisch um das Eartmetallteil
angeordnet und in einem Vakuumofen eine Stunde lang auf 1340°C erhitzt, um einen
Hartmetallaufbau mit einem Außendurchmesser von 57,4 mm und einer Höhe von 40 mm
zu erhalten, wobei der Außenumfang des Aufbaus eine Form entsprechend dem zylindrischen
Formteil behielt-. Eine Prüfung ergab, da£ die Grenzfläche zwischen zylindrischem
Teil und Formteil fehlerlos verbunden war.
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Nach der Erfindung kann somit ein Formteil aus Hartmetall als Hülse
fest über einem Hartmetallteil oder dgl. angeordnet werden, wobei die Schrumpfung
nach dem Sintern des Formteils ausgenutzt wird. Die Erfindung ist daher äußerst
wirkungsvoll für die Wiederherstellung von abgenutzten Zylindern, Wellen oder dgl.
aus Hartmetall geeignet, wodurch die begrenzten Rohmaterialien z.B. von Wolfram
und Kobalt ausgenutzt werden. Diese Wiederherstellung kann durch ein einfaches Verfahren
und bei geringen Unkosten erreicht werden.
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Die Erfindung ist auch nicht nur auf ein Formteil derselben Zusammensetzung
wie die Rolle oder dgl. anwendbar, sondern auch auf Formteile anderer Zusammensetzung.