DE2718594C2 - Verfahren zur Herstellung eines mit Eisen gebundenen Wolframcarbid-Pulverkompaktkörpers sowie hartgesinterte Wolframcarbid-Kompaktkörper - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines mit Eisen gebundenen Wolframcarbid-Pulverkompaktkörpers sowie hartgesinterte Wolframcarbid-KompaktkörperInfo
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Description
a) ein Pulvergemisch aus Wolframcarbid, 0,1 bis 1,5% Vanadiumcarbid und 3 bis 30%, bezogen
auf das Gemisch eines Pulvers aus 7,0 bis 15% Nickel, Rest Eisen hergestellt wird,
b) Kohlenstoff in einer Menge von 0,2 bis 1% oberhalb der stöchiometrisch für Wolframcarbid
erforderlichen Menge zugegeben wird,
c) die vermischten Pulver homogenisiert werden,
d) das homogenisierte Pulver mit genügend Druck zur Bildung eines kohärenten Kompaktkörpers
kalt kompaktiert wird und
e) die Kompakt körper bei 1300 bis 1500° C
während ausreichender Zei< zur Erzielung einer gleichmäßig gebundenen MikroStruktur in Flüssigphase
gesintert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gesinterten Kompaktkörper
zusätzlich einer Temperatur von etwa -196°C unterworfen werden.
3. Verfahren nach Anspruch ! oder 2. dadurch
gekennzeichnet, daß ein aus 94.75% WC/5% (Fe 10Ni)/0.25% VC bestehendes Pulver eingesetzt
wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus 89,5% WC/10% (Fe
10 Ni)/0.5% VC bestehendes Pulver eingesetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus 81,5% WC/17,5% (Fe
10 Ni)/l,0% VC bestehendes Pulver eingesetzt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus 74% WC/25% (Fe
10 Ni)Zl .25% VC bestehendes Pulver eingesetzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein gemischtes Pulver aus
gesondertem Wolframcarbidpulver mit einem Gehalt von etwa 6 Giw.-% gebundenem Kohlenstoff,
elektrolytischem Eisenpulver, Nickelpulver und spektroskopisch reinem Graphitpulver eingesetzt
wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wolframcarbidpulver mit
einer Teilchengröße von weniger als 3 μπι und ein Binderpulver aus einer Binderlegierung mit einer
Teilchengröße von weniger als 44 μιη eingesetzt werden.
9. Hartgesinterter Wolframcarbid-Kompaktkörper auf der Basis von Wolframcarbid, eisen- und
nickelhaltigem Binderund einem Kohlenstoffgehalt, der die Abwesenheit einer //-Phase und einer
schädigenden Menge Graphit sicherstellt, gekennzeichnet durch einen Gehalt an 0,1 bis 1,5%
Vanadiumcarbidteilchcn. 3 bis 30% einer Binderlegierung aus 7 bis 15% Nickel und Rest Eisen S"wie
einer Kohlenstoffmenge, die aus dem Vorliegen von 0,2 bis t% über der stöchiometrisch für Wolframcarbid
erforderlichen Menge im ungesinterten Ausgangsgemisch resultiert, wobei praktisch die gesamten
Körner des gesinterten Wolframcarbids eine Korngröße von nicht über 5 μηι aufweisen.
10. Gesinterter Kompaktkörper nach Anspruch 9,
gekennzeichnet durch eine QuerbruchfestigkVit von wenigstens 1400 N/mm2 und einen ÄA-Härtewert
von wenigstehs 92.
11. Gesinterter Kompaktkörper nach Anspruch 9
oder 10, gekennzeichnet durch einen Abriebsbeständigkeitsfaktor von nicht, größer als 0,6 χ 10-' cm3/U
für 5% Binderlegierung, 135 χ 10-5cm3/U für 10%
Binderlegierung und 7,0x 10-5cm3/U für 175%
Binderlegierung.
12. Gesinterter Kompaktkörper nach Anspruch 9
bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mengen Vanadiumcarbid für einen hartgesinterten Kompaktkörper
mit zunehmenden Mengen Binderlegierung zunehmen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
eines mit Eisen gebundenen Wolframcarbid-Pulverkompaktkörpers, bei dem ein Pulvergemisch aus
Wolframcarbid, eisenhaltigem Binder und einem Zusatz einer Kohlenstoffmc-iige, die oberhalb der stöchiometrisch
für Wolframcarbid erforderlichen Menge liegt, homogenisiert, kalt in die vorgesehene Form gepreßt
und diese abschließend bei einer über 13000C liegenden
Temperatur gesintert wird.
Ferner betrifft die Erfindung hartgesinterte Wolframcarbid-Kompaktkörper
auf der Basis von Wolframcarbid, eisen- und nickelhaltigem Binder und einem Kohlenstoffgehalt, der die Abwesenheit einer ;;-Phase
und einer schädigenden Menge Graphit sicherstellt.
■«ο Gemäß der Erfindung werden ein Verfahren zur
Herstellung von Wolframcarbidmaterialien und die erhaltenen Produkte angegeben, die für Schneidwerkzeuge
und andere Anwendungen, bei denen eine hohe Beständigkeit gegen Abriebsabnutzung gefordert wird,
brauchbar sind. WC-Pulver wird mit 0,1 bis 13% VC und
einem Binderpulver in einer Menge von 3 bis 30% des Gemischs vermischt, wobei der Binder im wesentlichen
aus 7,0 bis 15% Ni und der Rest aus Eisen besteht. Der
Kohlenstoffgehalt wird so eingestellt, daß die Abwesenheit der jj-Phase und nachteiliger Mengen Graphit nach
Sinterung sichergestellt sind. Das Gemisch wird zu Kompaktkörpern gepreßt und bei einer Temperatur
von 14000C während eines Zeitraums von 1 Std. gesintert.
Mit Kobalt gebundene Wolframcarbidmaterialien sind wegen ihrer Beständigkeit gegenüber Abriebsabnutzung
bekannt, sie werden in weitem Umfang verwendet, weil sie diese Eigenschaft mit guter
Festigkeit und Schlagfestigkeit vereinigen. 1968 hat die Anmelderin gezeigt, daß mit Eisen-Nickel gebundenes
Wolframcarbid überlegene Querbruchfestigkeit gegenüber den mit Kobalt gebundenen Materialien aufweist,
vorausgesetzt, bestimmte Bedingungen wurden beobachtet und Vorkehrungen wurden getroffen, um die
b5 Bildung einer nachteiligen »»/«-Phase durch Regelung
des Kohlenstoffs zu verhindern (siehe US-PS 33 84 465,
auf die hier Bezug genommen wird). Notwendige Bedingungen zur erfolgreichen Erzeugung von hochfe-
stem mit Eisen-Nickel gebundenem WC-Material waren
folgende: Die Korngröße des gesinterten WC muß unter 5 μπι liegen, und der Nickelgehalt des Bindemetalls
sollte zwischen 5 und 40 Gew.-% liegen. Zwar sind diese Bedingungen und Vorkehrungen notwendig,
jedoch nicht ausreichend, um Materialien optimaler Beständigkeit gegen Abriebsabnutzung zu ergeben.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in einem Verfahren zur Herstellung von Wolframcarbidmaterialien,
die als Schneidwerkzeuge und für andere Anwendungen geeignet sind, wo hohe Beständigkeit
gegenüber Abriebsabnutzung gefordert wird, ohne Einbuße an Querbruchfestigkeit und Schlagfestigkeit
Die mit Eisen-Nickel gebundenen Wolframcarbid-Kompaktkörper der Erfindung weisen neben den obigen
Eigenschaften verbesserte Härte gegenüber bisher bekannten auf. Ferner wird in diesen Kompaktkörpern
ein wirtsc-haftlicherer Binderersatz für Kobalt, das jetzt
technisch verwendet wird, eingesetzt.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines mit Eisen gebundenen Wolframcarbid-Puiverkompakikörpers,
bei dem ein Pulvergemisch aus Wolframcarbid, eisenhaltigem Binder und einem
Zusatz einer Kohlenstoffmenge, die oberhalb der stöchiometrisch für Wolframcarbid erforderlichen Menge
liegt, homogenisiert, kalt in die vorgesehene Form gepreGt und diese abschließend bei einer über 1300° C
liegenden Temperatur gesintert wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß
a) ein Pulvergemisch aus Wolframcarbid, 0,1 bis 1,5% Vanadiumcarbid und 3 bis 30%, bezogen auf das
Gemisch, eines Pulvers aus 7,0 bis 15% Nickel, Rest Eisen hergestellt wird,
b) Kohlenstoff in einer Menge von 02 bis 1% oberhalb der stöchiometrisch für Wolframcarbid
erforderlichen Menge zugegeben wird,
c) die vermischten Pulver homogenisiert werden,
d) das homogenisierte Pulver mit genügend Druck zur Bildung eines kohärenten Kompaktträgers kalt
kompaktiert wird und
e) die Kompaktkörper bei 1300 bis 1500°C während ausreichender Zeit zur Erzielung einer gleichmäßig
gebundenen MikroStruktur" in Flüssigphasc gesintert werden.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind hartgesinterte Wolframcarbid-Kompaktkörper auf der Basis
von Wolframcarbid, eisen- und nickelhaltigem Binder und einem Kohlenstoffgehalt, der die Abwesenheit einer
■ij-Phase und einer schädigenden Menge Graphit
sicherstellt die gekennzeichnet sind durch einen Gehalt an 0,1 bis 13% Vanadiumcarbidteilchen, 3 bis 30% einer
Binderlegierung aus 7 bis 15% Nickel und Rest Eisen sowie einer Kohlenstoff menge, die aus dem Vorliegen
von 0,2 bis 1 % über der stöchiometrisch für Wolframcarbid erforderlichen Menge im ungesinterten Ausgangsgemisch
resultiert, wobei praktisch die gesamten Körner des gesinterten Wolframcarbids eines Korngröße
von nicht über 5 μπι aufweisen.
Zweckmäßig werden die gesinterten Kompaktkörper zusätzlich einer Temperatur von etwa — 196°C
unterworfen.
Die mittlere Teilchengröße der gesinterten Teilchen wird vorzugsweise auf 1 bis 2 μΐη geregelt.
Spezifische Merkmale der Erfindung umfassen (a) die Regelung des Nickelgehajts im Binder des Wolframcarbidmaterials
innerhalb des Bereichs von 7,0 bis 15 Gew.-% des Materials und (b) die Zugabe von 0,1 bis 1,5
Gew.-% Vanadiumcarbid zu der Masse.
Fig. 1 ist eine graphische Darstellung, irf der die
Veränderung des Faktors der Abriebsbeständigkeit mil dem Prozentgehalt an Binder aufgetragen, ist; es sind
verschiedene Diagramme erläutert, von. denen eines Daten wiedergibt, die unter Verwendung; der .erfindungsgemäßen
Lehre erzeugt wurden;
F i g. 2 ist eine Querschnittsansicht einer Vorrichtung,
F i g. 2 ist eine Querschnittsansicht einer Vorrichtung,
ίο die zur Bestimmung des Faktors der Abriebsbeständigkeit
verwendet wird; die
Fig.3 und 4 stellen Mikrpskopphotpgraphien von Wolframcarbidmaterial dar, das mit bzw; ohne Zugabe
von VC gemäß der Erfindung erhalten wurde;«nd
is F i g. 5 ist eine graphische Darstellung des Faktors der
Abriebsbeständigkeit in Veränderung mit dem -Nickelgehalt des Binders.
Nachfolgend wird die Erfindung Jm einzelnen
beschrieben. Die Abriebsbeständigkeit vorgebundenen Carbiden wird durch einen üblicherweise verwendeten,
von der Cemented Carbide Procters Association
angenommenen Test, Verfahren P-\%X bestimmt. Der
Test verwendet einen geeigneten Behälter; 10, wie beispielsweise in Fig.2 gezeigt,.dereine Näßabriebmasse
in Form einer Aluminiumoxidaufschlämrnur.gill
enthält; sin Schleifrad 12 ist teilweise in die Aufschlämmung eingetaucht angeordnet. Das Rad besitzt Mischflügel
13 auf jeder Seite, um die Aufschlämmung gegen die Probe 14 zu heben und zu wirbeln. Das 5tahlrad
JO rotiert normalerweise im Mittelpunkt des Behälters bei
etwa 100/min, die Richtung der Rotation ist angezeigt. Ein Probenhalter 15 verursacht, daß.die Probe 14.gegen
die Peripherie des Rads geführt wird. Der Halter 15 ist L-förmig und um den Scheitelpunkt 16 drehbargelagert.
Der Probenhalter muß so angeordnet sein, daß nicht mehr als 0,05 mm seitliches Spiel an der Kontaktlinic
zwischen der Probe und dem Rad auftritt. Die Probe ist so angebracht, daß sie als Tangente zum'Rad. etwa .an
der Mittellinie des Rades verläuft. Ein Gewicht 17 von 113 kg ist mit dem Ende des Hebelarms 16a de* Halters
15 befestigt. Mit einem Hebelvorteil von 2 :1 wird damit
eine Last von 22,7 kg auf die Probe an der.Kontaktlinie
18 aufgebracht.
Die Maßnahmen des Tests sind im wesentlichen wie
•»5 folgt:
(a) Eine Probe wird auf 0,0001 ggenau gewogen.
(b) Die Dichte wird bestimmt.
(c) Die Probe wird auf den Halter gebracht und-in die
Abnutzungsiestmaschine eingeführt.
(d) Das Gewicht 17 wird freigegeben,.wodurch die auf
die Probe aufzugebende Belastung herbeigeführt wird und dadurch d!e Probe gegen das'Rad geführt
v-'ird.
(e) Der Bodenabzug des Behälters wird geschlossen, und 30g Aluminiumoxid (AbOj) weiden in den
Behälter innerhalb von 2,5 cm vom Mittelpunkt des Rades gegossen. Wasser wird zu dem Aluminiumoxidgrieß
in einem Verhältnis von 1 cm' je 4 g Grieß gegeben. Nachdem das Wasser in den
Schleifgrieß eingesighert ist, wird die Rotation des
Rades eingeleitet und für 1300 Umdrehunsen (mit einem Zähler bestimmt) durchgeführt. Die Aufschlämmung
wird gerührt, um Gleichmäßigkeit zu gewährleisten.
(g) Das Gewicht der Probe wird dann gewogen. Der AbriebsbesUindigkeitsfakior wird nach folgender
Formel berechnet:
Abriebsbeständigkeitsfaktor
(cm3)
=
Gew.-Verlust in g x IQ5
(U)
1300 U x Dichte der Probe
Wie aus I'ig. 5 ersichtlich, ist die Abriebsbeständigkeit
für Nickelgehiilic im liercich von 7 bis 15 Gew.-%
des Binders optimal. Die Kurve 21 gibt die Abriebsbestiindigkcii
fur eine Masse der Erfindung unmittelbar nach dem Sintern wieder: die Kurve 20 ist Für die gleiche
Masse, die nach dem Sintern auf - 1%'C abgekühlt
worden ist. Die Rock wcll-»/\«-Härte folgt einem
ähnlichen Trend (nicht gezeigt), wobei die härtesten Massen in den gleichen Nickelbercieh fallen. Die
Behandlung bei - 196 C erzeugt zusätzliche Verbesserung in beiden eigenschaften aufgrund der Umwandlung
von verbliebenem Auslenit im Binder zum härteren Mariensit.
Fs wurde nun gefunden, daß mil Eisen-Nickel grhiinilonp Wnlfr:inirnrhirlni:iii>ri:ili«'n tfogeniiher kobaltgebundcnen
Materialien hinsichtlich der Abriebsbeständigkeit überlegen sind und hinsichtlich mit Eisen-Nickel
gebundenen Wolframcarbidmaterialien durch die Verwendung geregelter Mengen Vanadiumcarbid
überlegen sind. Die Zunahme der Abriebsbeständigkeit wird am besten unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert,
worin ein Vergleich zwischen Materialien, die nach bisheiigcn Methoden hergestellt wurden und Materialien,
die gemäß der Erfindung hergestellt wurden, vorgenommen wird.
Kurve I gibt eine Veränderung der Abriebsbeständigkeil mit dem Prozcntgehalt an Binder für ein
kobaligebundenes Wolframcarbidmaterial wieder. Kurve
2 ist für Wolframcarbidmaierial unter Verwendung eines F.isen-Nickel-Binders. wobei Nickel 20% des
Binders darstellt. Die unteren Faktorwerte für jeden Binderorozentgchali der Kurve 2 stellen Materialien
dar. die einer Kaltbehandlung bei - 196°C unterzogen worden sind. Kurve 3 stellt ein mit Eisen-Nickel
gebundenes Wolframcarbidmaterial unter Verwendung
von I()"/() Nickel im Binder dar. Wiederum stellen die
untersten Faktorwerte für jeden fiinderprozentgehalt der Kurve 3 Material dar. daß einer Kältebchandlung
bei — 196" C unierzogen worden ist. Kurve 4 stellt ein
Wolframcarbidmaierial gemäß der Erfindung dar. worin Vanadiumcarbid in einer Menge von 0,25 bis 1.25
Gcw.-u/o zugesetzt worden ist. Kurve 3 zeigt insbesondere
die Wirkung auf den Abriebsbcständigkeitsfaklor. wobei der Nickelgehall des Binders bei etwa 10%
gehalten wird und der Bindergchalt variicri wird; Kurve
2 ergibt einen weniger erwünschten Abriebsbesiiindig· kcitsfaktor, der direkt in bezug zu dem hohon
Nickclgehalt steht. Kurve 3 ist der Kurve I. die ein kobaltgebundenes Material enthält, unabhängig vom
Bindcraehalt überlegen.
Unter Entwicklung der gleichen Kontrollgrenzen, wie die für das Material der Kurve 3. jedoch unier
zusätzlichem Zufügen von Vanadiumcarbid. wurde ein synergistischer Effekt hinsichtlich des Abriebbesiündigkeitsfaktors
beobachtet (siehe Kurve 4). Insbesondere verringert der geringe Vanadiumcarbidzusatz den
Abriebsbeständigkeitsfaktor auf einen Wert von etwa I /2 desjenigen ohne Zusatz. Von besonderer Bedeutung
für die r»aktische Anwendung des Materials ist die Tatsache, daß die Verbesserung des Abriebsbeständigkeitsfaktors
nicht auf Koslen eines Verlusts an Festigkeit geht. Die Querbruchfestigkeit ist etwa gleich
derjenigen, der kobaltgebundencn Masse von äquivalentem
Bindergehalt.
Zur Bewertung der Erfindung wurden verschiedene Proben hergestellt und getestet, die Proben wurden auf
Härte und Abriebsbcsiändigkeit untersucht. Die erhaltenen
Daten für 6 Proben sind in der folgenden Tabelle wiedergegeben.
Masse
Behandlung
Abriebsbeständigkeitsfaktor
(irr5 cnvVu)
Härte (RA)
94-3/4% WC + 1/4% VC + 5% (Fe 10 Ni)
97% WC + 3% Co
89-1/2% WC + 1/2% VC + 10% (Fe 10 Ni)
92% WC + 4% TaC +■ 4% Co
81-1/2% WC + 1% VC + 17-1/2% (Fe 10 Ni)
87% WC+ 13% Co
Das folgende Verfahren wurde zur Herstellung der obigen Proben angewendet. Wolframcarbidpulver mit
einer mittleren Teilchengröße von weniger als 3 μπι und
das 6.1 Gew.-% gebundenen Kohlenstoff enthielt, wurde in eine mit Kugeln auf Wolframcarbidbasis
beschickte rostfreie Stahlmühle zusammen mit den erforderlichen Mengen an mit Wasserstoff reduziertem
elektrolytischem Eisenpulver. Carbonyl oder elektrolytischem Nickelpulver und spektroskopisch reinem
Graphitpulver gegeben. Graphitpulver oder überschüssiger Kohlenstoff wurde in einer Menge von wenigstens
02 bis 1.0 Gew.-% über der zur Erfüllung von stöchiometrischem WC erforderlichen Menge zugesetzt
oder lag vor. dadurch wird die !/-Phase (Fe3W3C)
| -196° | ' C (zweimal) | 0,52 | 94,0 |
| keine | 2,09 | 92,6 | |
| -196° | ' C (zweimal) | 1,31 | 93,73 |
| keine | 3,40 | 91,0 | |
| -196° | ' C (zweimal) | 6,81 | 92,65 |
| keine | 15,8 | 89,2 |
vollständig inhibiert. Es wurde ausreichend Benzol zugegeben, um die Charge zu bedecken, die dann
während 4 Tagen in der Kugelmühle vermählen wurde. 2% Paraffin wurde in dem Benzol gelöst und
gleichmäßig durch die Aufschlämmung verteil!, das Benzol wurde dann vollständig abgedampft. Das
trockene Pulver wurde durch ein Sieb mit Sieböffnungen von 840 μηι gesiebt und bei einem Druck von
T400 105Pa zu Segmenten gepreßt. Das Paraffin
wurde durch Entwachsung bei 4000C unter trockenem Wasserstoff oder Vakuum entfernt. Die Proben wurden
durch Erhitzen unter Vakuum während 1 Stunde bei 1400 bis 14300C oder etwa 14000C gesintert, während
sie auf Graphitschalen lagerten, auf die Wolframcarbid-
kristallite mit einer Siebkorngröße von 149 μπι aufgesprüht
worden waren.
Die I ι g. i und 4 /eigen. daß die Anwesenheit tier
erforderlichen Menge VC nicht in erheblichem Muli als
ein komverfcinerer für die Mikroslruktur des gesinterten
kompaktmaterials wirkt. F i g. i zeigt eine Probe
unter dem Elektronenmikroskop, die 95% WC. 51Vn
Binder, bestehend aus 10% Nickel und dem Rest Eisen,
enthielt, wobei kein VC verwendet wurde. Fig.4 zeigt
eine Probe mit 94,75% WC. 5% Binder, mit einem Gehalt an 10% Nickel und dem Rest Eisen, es wurden
0.25% VC verwendet. Es ergibt sich wenig Unterschied /wischen der WC-KorngröQc in jeder Figur. Die
Vergrößerung für jede Figur ist 5OI2fach.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Verfahren zur Herstellung eines mit Eisen gebundenen Wolframcarbid-Puiverkompaktkörpers,
bei dem ein Pulvergemisch aus Wolframcarbid, eisenhaltigem Binder und einem Zusatz einer
Kohlenstoffmenge, die oberhalb der stöchiometrisch für Wolframcarbid erforderlichen Menge liegt,
homogenisiert, kait in die vorgesehene Form gepreßt und diese abschließend bei einer über
13000C liegenden Temperatur gesintert wird, dadurch gekennzeichnet,daß
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|---|---|---|---|
| US68062976A | 1976-04-26 | 1976-04-26 |
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| DE2718594C2 true DE2718594C2 (de) | 1983-12-29 |
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|---|---|---|---|
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Also Published As
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