DE2838826C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Dieses Verfahren ist aus der US-PS 40 24 902 bekannt und hat den Zweck, ein Verbundmaterial aus Wolframkarbidteilchen in einer Stahllegierung herzustellen, die einen Anteil aus Kohlen­ stoff, Kobalt und Wolfram haben kann. Das Matrixmaterial wird über seinen Schmelzpunkt hinaus erhitzt und dann in eine relativ kalte Form gegossen, in der sich die Wolframkarbidteilchen be­ finden. Dabei werden die Wolframkarbidteilchen in dem ge­ schmolzenen Matrixmaterial angelöst und verringern ihre Größe. Damit sie als Teilchen nicht völlig verschwinden, soll sich das Matrixmaterial unmittelbar nach dem Eingießen in die Form ver­ festigen. Als Parameter für den Grad des Anlösens der Wolfram­ karbidteilchen können die Temperatur des Matrixmaterials beim Eingießen in die Form, die Formtemperatur, die relativen Ei­ genschaften des Matrixmaterials und der Karbidteilchen sowie der Oberflächen dieser Teilchen verwendet werden.

Die Erfindung befaßt sich nun mit dem Problem, wie man ein Verbundmaterial herstellen kann, das sich gegenüber dem vor­ bekannten Material dadurch unterscheidet, daß eine vorgegebene mittlere Teilchengröße im Endprodukt erhalten wird. Es soll also ein Verbundmaterial hergestellt werden, dessen Eigen­ schaften durch Erreichen der mittleren Teilchengröße vorgeb­ bar sind.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das Verfahren nach der Erfindung arbeitet gleichfalls unter Anwendung des Prinzips des teilweisen Lösens der Teilchen in der sie umgebenden Matrix, verwirklicht dieses aber durch andere Verfahrensschritte. Diese bestehen im wesentlichen darin, daß das Matrixmaterial nicht gesondert erhitzt und dann über die Hartstoffteilchen gegossen wird, sondern daß diese mit dem Matrixmaterial gemischt werden und diese Mischung auf eine Temperatur oberhalb der Sintertemperatur der Hartstoffteilchen (und damit oberhalb der Schmelztempera­ tur des Matrixmaterials) solange erhitzt wird, bis die Hart­ stoffteilchen auf die vorgegebene mittlere Teilchengröße ver­ kleinert sind, wonach dann eine Abkühlung erfolgt.

Das Verfahren nach der Erfindung kann allgemein bei der Her­ stellung von Verbundmaterialien aus Hartstoffteilchen in einer Legierung auf Eisengruppenbasis angewendet werden und ermög­ licht das Erreichen einer vorgegebenen Teilchengröße in dem Verbundmaterial auf viel genauere Weise als das vorbekannte Verfahren, denn der Verkleinerungsvorgang der Hartstoffteil­ chen wird nicht einfach sich selbst überlassen, wie es beim Eingießen der geschmolzenen Legierung in eine die Teilchen enthaltende Form beim bekannten Verfahren der Fall ist, son­ dern die Zeit der Erhitzung der zuvor hergestellten Mischung wird so bemessen, daß die Verkleinerung der Hartstoffteilchen auf die vorgegebene mittlere Teilchengröße stattfinden kann, und dann wird die Erhitzung beendet.

Die Wärme kann in die Masse eingeführt werden, indem sie durch einen Ofen mit kontrollierter oder unkontrollierter Atmosphäre geführt oder einer Induktionsheizung ausgesetzt wird. Die In­ duktionsheizung kann auf die Teilchen einwirken, während diese in einer nicht leitenden Form angeordnet sind, oder es kann auch eine leitende Form erhitzt werden, die die Teilchen ent­ hält.

Der exakte Mechanismus der Benetzung und damit verbundenen Veränderung der Teilchenoberflächen hängt von der Natur der Hartstoffteilchen und von dem Matrixmetall ab. Typisch tritt jedoch eine Auflösung einiger der Bestandteile der Hartstoff­ teilchen in dem Matrixmetall auf, ferner eine Diffusion einiger Bestandteile in das Matrixmetall und/oder die Frei­ gabe unlöslicher Inseln der Teilchen in dem Matrixmetall und die Abwanderung dieser Inseln von ihren zugehörigen Hartstoff­ teilchen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden Werkstücke mit Wolframkarbidteilchen in einer Stahlmatrix hergestellt. Der Stahl wird in Teilchenform eingeführt, also beispielsweise als Kugeln, Klumpen, Schrot, Körner, Pulver oder als Kombi­ nation dieser Teilchenarten. Das verwendete gesinterte Wolf­ ramkarbid kann einige sehr feine Pulverteilchen aufweisen, jedoch sind typisch und zusätzlich Schrot oder ganze Teile einer wesentlich größeren Abmessung vorgesehen. Der Stahl kann auf eine Temperatur von 37°C bis 93°C über seine Schmelz­ temperatur auf ca. 1540°C erhitzt werden. Wenn das Hartstoffmaterial ursprünglich bei ca. 1470°C hergestellt wurde (die praktische oder "normale" Sinter­ temperatur) beginnt es, sich zu entfestigen, wenn es einer Matrix höherer Temperatur ausgesetzt wird. Bei der Temperatur der geschmolzenen Matrix kann sich ein Teil des Bindemittels des gesinterten Wolframkarbids in dem geschmolzenen Stahl auflösen, und es tritt eine ge­ wisse Diffusion des Kohlenstoffs und zu einem geringeren Grade des Wolframs in die Matix hinein auf. Die Auflö­ sung des gesinterten Bindemittels kann zur Freigabe fei­ ner Wolframkarbidpulverteilchen in die Matrix führen. Die erhaltene Materialzusammensetzung enthält gesinterte Wol­ framkarbidteilchen kleinerer Größe als die ursprünglichen Teilchen, umgeben von Stahlzonen hohen Kohlenstoff- und hohen Wolframanteils, die nicht gesinterte Wolframkarbid­ teilchen mit Microngröße enthalten. Diese "Diffusions­ zonen" sind wesentlich härter als die Bereiche, die durch Verfestigung des unverfälschten Stahls gebildet wurden, und führen zu einer starken metallurgischen Bindung zwi­ schen dem Stahl und den verbleibenden gesinterten Wolfram­ karbidteilchen.

Das Verfahren kann durchgeführt werden, während die Matrix und die Hochtemperaturteilchen unter Druckeinwirkung stehen, wie es beispielsweise bei einem Heißpreßverfahren der Fall ist. Dieses Verfahren führt zu einem Produkt höherer Dichte.

Das Verfahren nach der Erfindung eignet sich auch zur Wiederformung gesinterter Abfall- oder Ausschußmaterialien in größere Formen. Beispielsweise bei der Herstellung ge­ sinterter Karbidteile, wie z. B. Schneidwerkzeuge u. ä., wird ein ziemlich hoher Anteil Abfallmaterial erzeugt. Bisher war es erforderlich, diese Stoffe chemisch, mecha­ nisch oder kombiniert zu behandeln, um sie auf feine Pulver zurückzuführen, die dann wieder nach einem Verfahren ge­ sintert werden können, das ähnlich wie mit dem jung­ fräulichen ungesinterten Pulver durchzuführen ist. Ähn­ lich kostspielige und zeitraubende Verfahren wurden an­ gewendet, um abgenutzte gesinterte Wolframkarbidteile wie Schneidwerkzeuge u. ä. zu erneuern.

Durch Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung ist es möglich, gesinterte Abfall- und Ausschußstoffe wiederzu­ gewinnen, indem sie einfach zu Schrot mit wesentlich größerer Teilchengröße als die für die bisherigen Verfah­ ren erforderlichen Pulver zerteilt werden und dieser Schrot als Hartstoffteilchen in dem Verfahren ange­ wendet wird. Das Matrixmaterial kann die Form von Teil­ chen desselben Bindemittels wie für die gesinterten Teil­ chen haben, d. h. mit einem Schrot aus gesintertem, an Kobalt gebundenem Wolframkarbid kann Kobalt als Bindemit­ tel verwendet werden. Die Masse aus gesintertem Schrot und Kobalt wird über die Schmelztemperatur des Kobalts erhitzt. Die Erwärmung kann beendet werden, sobald die Kobaltmatrix und das Kobaltbindemittel des Schots ineinander gelöst sind. Auch kann sie fortgesetzt werden, um die Diffusion und die Auflösung des Kohlen­ stoffs und des Wolframs in dem Kobalt zu verstärken und somit den Grad der gehärteten Diffusionszone zu ver­ größern.

Das Verfahren nach der Erfindung eignet sich gut zur Bil­ dung von Teilen, die widerstandsfähig gegen starke Ab­ nutzungskräfte sowie gegen Stoßkräfte sein müssen. Bei­ spielsweise kann es zur Herstellung von Hämmern für Ham­ merwerke angewendet werden, die einer starken Abnutzung unterliegen. Außerdem ist es gut geeignet für die Her­ stellung von Steinmeißeln, Steinbohrern, Kratzwerkzeugen, Schlitten für die Erzförderung u. ä. sowie für Zieh- und Spritz­ werkzeuge. Es eignet sich auch zur Formung von Armierungen und durchdringungsfesten Sicherheitsplatten, die widerstandsfähig gegen Bohren, Schlagen und Brennen sind, sowie für durchschlag­ kräftige Geschosse.

Die schnelle Teilchenverkleinerung erfordert, daß der Schmelz­ zustand beendet wird, bevor alle gesinterten Teilchen voll­ ständig zerfallen. Damit ist auch der Aufbau der Einrichtung zur Wärmezuführung bestimmt. Im Gegensatz zu den bisherigen Sinterverfahren, bei denen die Pulver langsam auf Sintertem­ peratur gebracht und auf dieser Temperatur relativ langzeitig gehalten und dann langsam abgekühlt werden, erfordert das Ver­ fahren nach der Erfindung entweder eine schnelle Bewegung des Materials in die Erwärmungszone und aus ihr heraus, beispiels­ weise bei einem Ofen, oder im Falle der Anwendung von Induk­ tionsheizung eine genaue Ein- und Ausschaltung zum jeweils ge­ forderten Zeitpunkt.

Die so erhaltenen Materialzusammensetzungen unterscheiden sich gegenüber gesinterten Materialien dadurch, daß die schnelle Verkleinerung der Hartstoffteilchen während des Verfahrens eine bestimmte dritte Phase in dem Endprodukt zusätzlich zu den beiden Anfangsphasen erzeugt, die durch die Ausgangsstoffe bestimmt sind. Zusätzlich zu der einfachen Bindung zweier Komponenten wie bei einem normalen Sinterverfahren erzeugt das Verfahren nach der Erfindung eine dritte Diffusionszone, die eine Le­ gierung von Bestandteilen der beiden Anfangsphasen auf­ weist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand in den Figuren dargestellter Beispiele von Verfahrensprodukten be­ schrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische, teilweise gebrochene Dar­ stellung eines Abschnitts einer Armierungsplatte,

Fig. 2 den Schnitt eines Steinmeißels, wobei gewisse Ab­ schnitte schematisch hervorgehoben sind,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Kratzers zur Reingung von Verrohrungen,

Fig. 4 die perspektivische Darstellung eines Schneidwerk­ zeugeinsatzes,

Fig. 5 den Schnitt einer Turbinenschaufel, wobei gewisse Abschnitte schematisch hervorgehoben sind, und

Fig. 6 einen vergrößerten Abschnitt eines nach der Erfin­ dung hergestellten Materials.

Das Verfahren nach der Erfindung kann mit verlorenen Formen beispielsweise aus Sand, Keramik oder Kunstharz durchge­ führt werden. Vorzugsweise wird es jedoch mit wiederverwend­ baren Formen aus Graphit, Molybdän o. ä. angewendet.

Das verwendete Matrixmetall ist vorzugsweise Eisen, Nickel oder Kobalt sowie deren Legierungen. Zusammensetzunen mit Matrizen niedrigerer Schmelztemperatur wie beispielsweise Legierungen auf Kupferbasis sind leichter unter Anwendung üblicher Infiltrationsverfahren formbar. Die Matrixmate­ rialien bei einem Verfahren nach der Erfindung sind Kohlen­ stofflegierte Stähle, korrosionsbeständige Stähle, aus­ scheidungsgehärtete Stähle, Manganstähle und andere Legierungen auf Nickel- und Kobaltbasis zur Anwendung bei höheren Temperaturen. Im folgenden wird die Gruppe der Matrixmaterialien bestehend aus Legie­ rungen auf Eisen-Nickel- und Kobaltbasis als "Legie­ rungen auf Eisengruppenbasis" bezeichnet. Das gesinter­ te Material kann aus gesinterten metallischen Karbiden, Boriden, Siliziden oder Oxiden bestehen.

Beispiel I

Ein Abschnitt einer Bewehrungsplatte der in Fig. 1 gezeig­ ten Art kann durch das Verfahren nach der Erfindung her­ gestellt werden. Das Element 10 kann eine Dicke von ca. 6,5 mm und jede geeignete Länge und Breite haben. Die fertige Platte besteht aus Edelstahl oder Manganstahl mit Teilchen oder Einlagerungen 12 aus an Kobalt ge­ bundenem gesintertem Titankarbid, die an einer der Sei­ tenflächen der Platte angeordnet sind. Die gesinterten Teilchen sind von Diffusionszonen umgeben, die aus einer Legierung von Stahl mit Kobalt und zu einem geringeren Anteil Kohlenstoff und Titan bestehen.

Zur Bildung der Platte 10 kann eine Graphitform verwendet werden, die mit einem fein pulverisierten, aufgesprühten hitzebeständigen Material versehen ist. Eine der Flächen der Form wird mit der gewünschten Menge Titankarbidteilchen versehen. Vorzugsweise werden hierzu Teilchen mit einer Dicke von 3,2 mm und mit unregelmäßiger Form verwendet, die durch Mahlen von Titankarbid u. ä. in einer Käfigmühle hergestellt sind. Kleinere Teilchen in der Größenordnung von 1,6 mm Dicke können zusätzlich vorgesehen sein, um die Konzentration gesinterter Teilchen an der mit ihnen versehenen Fläche der Platte 10 zu erhöhen.

Das Matrixmaterial kann pulverisierter Edelstahl oder Manganstahl etwa der Korngröße max. 100 µm sein. Die Form kann mit diesem Pulver gefüllt werden. Alternativ können auch klei­ ne Kugeln, Klumpen oder Schrot dieses Materials verwendet werden.

Die Form wird schnell in einer Hochfrequenzheizvor­ richtung auf ca. 1590°C erhitzt. Diese Erwärmung kann in einer neutralen Atmosphäre erfolgen, um eine Oxidation oder Sublimation des Graphits zu verhindern. Bei der in diesem Beispiel beschriebenen Platte wurde die Erwärmung 95 Sekunden lang durchgeführt. Dann wurde sie beendet und die Platte sofort auf Raumtemperatur abgekühlt.

Während der Erwärmung schmilzt das Pulver schnell und füllt die Zwischenräume zwischen den gesinterten Teilchen. Die Oberfläche der Teilchen wird in gewissem Grade gelöst. Diese Auflösung setzt sich fort, bis sich die Matrix kurz nach Ende der Induktionsheizung verfestigt. Der Grad der Oberflächenänderung der gesinterten Teilchen, die während dieser Erwärmungszeit auftritt, hängt von der Größe der einzelnen Teilchen ab. Während der Erwärmung können ca. 15% des Volumens eines Teilchens mit einer Dicke von 3,2 mm, das von der Matrix vollständig umgeben ist, entfernt werden.

Die erhaltene Platte kann zur Verbesserung ihrer Erschei­ nungsform und ihrer Abmessungen weiter bearbeitet werden, indem zusätzliches pulverisiertes Matrixmaterial auf der gesinterten Fläche angeordnet und die Platte durch einen Ofen so lange hindurchgeführt wird, daß das Pulver schmilzt und eine gleichmäßige Schicht über der Platten­ fläche entsteht, die das gesinterte Material enthält (An­ griffsseite).

Die fertige Platte hat eine Härte und einen Widerstand gegen Geschosse auf der Angriffsseite. Die Verformungs­ fähigkeit der Angriffsseite ist höher als diejenige des gesinterten Materials allein, und die Rißbildung und Wei­ terleitung von Stoßwirkungen sind minimal.

Die sehr verformungsfähige Rückseite der Platte verformt sich leicht bei Durchschlag eines Geschosses von der An­ griffsseite her, wodurch eine Splitterbildung vermieden wird.

Beispiel II

Das Verfahren nach der Erfindung kann zur Herstellung eines Steinmeißels oder Bohrkopfes 20 der in Fig. 2 ge­ zeigten Art angewendet werden. Solche Werkzeuge werden zum Bohren im Erdreich und in Felsen verwendet. Der Meißel hat einen Gewindeschaft 22, der auf einer rotierenden Welle befestigt werden kann. Eine der vier Schneidkanten 24 des Meißels 20 ist in Fig. 2 dargestellt. Die Graphit­ form ist so ausgebildet, daß sie einen durchgehenden Schaft erzeugt. Sie ist mit einem Schaftteil versehen, der länger als der endgültige Schaft ist. Dieser Formteil wird mit überschüssigem pulverisiertem Material gefüllt und wirkt als Vorratsraum zur Kompensation der Füllung von Zwischenräumen des Forminhalts während des Schmelzens und zum Ausgleich der Schrumpfung, die bei der Verfesti­ gung des geschmolzenen Materials auftritt.

Die Form ist vorzugsweise aus Graphit hergestellt und mit einem fein pulverisierten Zirkon- oder Chromoxid be­ schichtet.

Der Formabschnitt, der der Schneidekante des fertigen Werkzeugs entspricht (in Fig. 2 bei 26 gezeigt), ist mit Teilchen von 6,5 mm Dicke aus an Kobaltstahl ge­ bundenem gesintertem Wolframkarbid ausgekleidet. Teil­ chen mit einer Korngröße von 1,6 mm sind über den größe­ ren Teilchen angeordnet. Die Form wird dann mit dem Pulver eines Legierungsstahls der Korngröße 100 µm bis 1,6 mm gefüllt. Die Form wird dann in einen Hochfrequenz­ ofen gebracht und auf ca. 1590°C erhitzt. Nach 35 Se­ kunden wird die Erwärmung beendet und das geschmolzene Teil auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Heizzeit hängt von der exakten Konfiguration des Teils und der Packung der Teilchen ab, kann jedoch fortgesetzt werden, bis 10 bis 20% der größeren gesinterten Teilchen verändert sind.

Die gesteuerte Veränderung der größeren gesinterten Teilchen sowie die Lösung der kleineren Teilchen in den Stahl hinein ergibt eine glattere Schneidekante. Die gesinterten Teilchen sind metallurgisch in der Zusam­ mensetzung gebunden und trennen sich nicht unter Einwir­ kung der Bohrkräfte. Nach geeigneter Wärmebehandlung zur Erzielung einer Festigkeit von 140 bis 210 kN/cm² hat die Schneidekante Abschnitte mit einer Härte im Be­ reich von 70 bis 90 Rockwell C-Einheiten. Die regellose Lage der größeren gesinterten Teilchen verhindert das Auftreten eines regelmäßigen Abnutzungsmusters während des Bohrens und trägt zur Verbesserung der Lebensdauer des Werkzeugs bei.

Alternativ können auch anstelle der gesinterten Teil­ chen zur Auskleidung der Form Teile aus gesintertem Wolframkarbid verwendet werden. Diese Teile bilden dann die Schneidkante in dem fertigen Werkzeug. Während des Erwärmens werden nur die Oberflächen der Teile, die in Kontakt mit der geschmolzenen Matrix sind, verändert, während die anderen Oberflächen ihre ursprüngliche Kon­ figuration behalten.

Beispiel III

Ein Kratzer 30 zur Reinigung von Verrohrungen ist in Fig. 3 dargestellt. Ein solcher Kratzer ist mit Feder­ kraft in einem Gehäuse so angeordnet, daß seine Kratz­ kanten 32 an die Inneneite des Gehäuses angedrückt wer­ den. Der Kratzer 30 hat vier vollständige Kratzkanten 32 und eine schmale "Einführungskante" 34. Zur Positio­ nierung der Federn sind Löcher 36 vorgesehen.

Die Kratzeranordnung wird mit einer Form aus einer Molybdänlegierung hergestellt, um die Entfernung des Gußstücks ohne Formschaden zu ermöglichen. Die Form ist in einem Molybdänblock ausgebildet, und das fertige Werkzeug wird mit einem komplexen Silizid beschichtet, um eine Oxidation bei Betriebstemperatur zu vermeiden.

Die Form wird mit gesinterten Teilchen aus an Kobalt ge­ bundenem Wolframkarbid von 6,5 bis 3,2 mm Größe an der Fläche gefüllt, wo die Segmente 32 zu bilden sind. 2,4 mm große gesinterte Teilchen werden zusammen mit Teilchen der Korngröße 40 an der Stelle der Einführungskante 34 vorgesehen. Die Form wird mit Pulver aus SAE 4340 einer Korngröße zwischen 0,15 und 0,3 mm gefüllt.

Die Form wird in einem Durchlaufofen mit gesteuerter Atmosphäre und einer Hochtemperaturzone von 1530 bis 1620°C für eine Zeit von 1 bis 5 Minuten erhitzt. Die Zeit kann experimentell zur Erzielung optimaler Eigen­ schaften des Produkts ermittelt werden. Die Abkühlung er­ folgt in Luft oder in einer Kühlzone des Ofens mit ge­ steuerter Atmosphäre.

Das fertige Werkzeug wird aus der Form entnommen und einer Wärmebehandlung mit Ölabschreckung und Temperung ausgesetzt, um geforderte Eigenschaften zu verwirklichen.

Die gesteuerte Veränderung der gesinterten Teilchen der vier großen Kratzkanten 32 führt zu einem guten Abrieb­ widerstand. Diese Fläche verläuft bis zu den Kanten der Schneidefläche und verlängert die Lebensdauer des Werk­ zeugs. Die Veränderung der gesinterten Teilchen an dem schmalen Abschnitt 32 erzeugt eine relativ verformungs­ fähige, abnutzungsfeste Fläche, die durch übliche Stoffe oder Materialzusammensetzungen nicht angreifbar ist.

Beispiel IV

Das Verfahren nach der Erfindung kann auch zur Herstellung von Schneidwerkzeugeinsätzen der in Fig. 4 gezeigten Art angewendet werden. Ein solcher Einsatz 40 kann bei­ spielsweise bei Drehstählen, Walzmaschinen u. ä. verwen­ det werden. Der fertige Einsatz 40 hat eine Rechteckform mit einer Schneidekante 42 und zeichnet sich durch Ab­ schnitte aus gesintertem Wolframkarbid aus, die in einer Stahlmatrix 44 angeordnet sind.

Die Einsätze 40 werden entweder mit kleinen Einzelformen oder mit Mehrfachformen aus Graphit hergestellt. Gesinterte Wolframkarbidteilchen mit einer Größe von 3,2 mm werden zu­ sammen mit gesinterten Karbidteilchen der Korngröße von max. 0,15 mm an der Schneidefläche angeordnet. Der übrige Teil der Form wird mit Pulver des Materials SAE 4340 der Korngröße von max. 0,15 mm oder einer Stahllegierung mit 5% Chrom gefüllt.

Die Form wird durch Induktionsheizung auf ca. 1560°C ge­ bracht und auf dieser Temperatur ca. 3 Minuten lang oder bis zur Veränderung von ca. 20% der größeren gesinterten Teilchen in dem geschmolzenen Stahl gehalten. Diese Größen­ verringerung des fertigen Formteils kann durch radio­ graphische metallographische Überprüfung bestätigt werden.

Der fertige Einsatz hat ausgezeichnete Bearbeitungseigen­ schaften und zeigt keine Span- oder Bruchbildung bei Stoß­ beanspruchung oder während intermittierenden Maschinen­ einsatzes. Dies ist auf das vergleichsweise verformungs­ fähige Grenzmaterial zwischen den gesinterten Teilchen zurückzuführen, welches sich aus deren gesteuerter Verände­ rung und Lösung in den Stahl hinein ergibt. Die ursprüng­ liche Härte der übrigen größeren gesinterten Teilchen wird durch das Verfahren nicht verringert.

Beispiel V

In Fig. 5 ist ein Schnitt einer Turbinenschaufel 50 dargestellt. Diese ist aus einer gemäß der Erfindung hergestellten Matrialzusammensetzung gebildet und hin­ ter den Brennkammern der Maschine angeordnet. Die Tempe­ ratur kann an dieser Stelle 1100°C überschreiten. Die Lebensdauer der Schaufeln wird durch Wärmeschockrisse, Erosion, Oxidation und Sulfidation (bei bestimmten Brenn­ stoffen) sowie durch Salz (in Seewasseratmosphäre) be­ grenzt. Bisherige Materialien für diese Schaufeln stell­ ten einen Kompromiß hinsichtlich Materialeigenschaften, Herstellungsverfahren und Lebensdauer dar. Komplizierte Kühlsysteme wurden zur Verwirklichung vorgegebener Kon­ struktions- oder Leistungsdaten eingesetzt.

Die Schaufel 50 wird in einer Molybdänform hergestellt. Kleine Löcher werden in die obere Hälfte der Form gebohrt, um eine Luftabführung und eine Einstellung der Atmosphäre, wie bei der Verarbeitung erforderlich, zu ermöglichen. Die Form ist mit einem Silizid beschichtet, um einen Oxidations­ widerstand zu erzielen.

Die Formbereiche, die der Vorderkante der Schaufel ent­ sprechen, werden mit gesinterten Wolframkarbidteilchen der Korngröße 0,15 bis 4,8 mm gefüllt. Der Rest der Form wird mit einer Hochtemperaturlegierung, vorzugs­ weise mit einer Legierung auf Kobaltbasis, gefüllt. Der Stahl wird in den Befestigungsabschnitt 52 sowie in den Profilabschnitt 54 gefüllt. Die Formtemperatur wird ca. 38°C über die Schmelztemperatur des Stahls in einem Induktionsofen erhöht. Die Erwärmung wird fortgesetzt, bis ca. 15% der größeren gesinterten Teilchen verändert sind, und dann abrupt beendet, so daß die Masse unmittel­ bar auf Raumtempratur abkühlen kann. Während der Verar­ beitung wird ein Druck auf die Molybdänform im Bereich von 14 bis 2100 N/cm² ausgeübt. Dies gewährleistet die vollständige Ausfüllung der Zwischenräume zwischen den Phasen und eine hohe Abmessungsgenauigkeit. Der Druck wird nach 1 bis 30 Minuten nach Ende der Erwärmung ver­ ringert.

Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Schnitts der nach der Erfindung hergestellten Materialzusammen­ setzung. Der Schnitt zeigt eine Zusammensetzung mit einem Bereich, der gesinterte Teilchen mit einer ausreichenden gegenseitigen Nähe enthält, so daß die erhaltenen Diffusionszonen eine kontinuierliche Matrix für die Teil­ chen bilden. Ferner ist ein anderer Bereich mit einem ausreichenden Mangel gesinterter Teilchen gezeigt, in dem dann die Eigenschaften im wesentlichen des Matrix­ metalls vorliegen.

Die in der fertigen Zusammensetzung verbleibenden Teilchen haben eine Härte von 78 Rockwell C-Einheiten. Die Matrix, die die Teilchen umgibt, hat drei Bereiche, mit 70, 60 und 40 Rockwell C-Härteeinheiten. Diese Be­ reiche gehen ineinander über und bilden eine kontinuier­ liche Diffusionszone. Das eigentliche Matrixmetall ist an der unteren linken Seite der Darstellung angedeutet und hat eine Härte von 30 Rockwell B-Einheiten.

Claims (8)

1. Verfahren zur Bildung eines Verbundmaterials aus Hartstoff­ teilchen in einer metallischen Matrix aus einer Legierung auf Eisengruppenbasis, bei dem die Legierung geschmolzen wird und die Hartstoffteilchen in der geschmolzenen Legie­ rung teilweise gelöst werden und dann eine Abkühlung unter die Erstarrungstemperatur der Legierung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mischung aus den Hartstoffteilchen und dem in Teilchenform vorliegenden Ma­ trixmaterial angefertigt wird, daß diese Mischung auf ei­ ne Temperatur oberhalb der Sintertemperatur der Hartstoff­ teilchen so lange erhitzt wird, bis die Hartstoffteilchen auf eine vorgegebene mittlere Teilchengröße verkleinert sind, und daß die Mischung dann abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß Metallkarbidteilchen verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß Wolframkarbidteilchen verwendet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Erhitzung durch Hoch­ frequenzinduktion erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung beendet wird, wenn 1 bis 70% der Hartstoffteilchen in der geschmolzenen Matrix verkleinert sind.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzung in einem Durchlaufofen vorgenommen wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Matrixmaterial Stahl verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Erhitzung auf eine Temperatur zwischen 1450°C und 1760°C erfolgt.