DE3025533C1 - Compound sintering process - Google Patents

Compound sintering process

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DE3025533C1
DE3025533C1 DE19803025533 DE3025533A DE3025533C1 DE 3025533 C1 DE3025533 C1 DE 3025533C1 DE 19803025533 DE19803025533 DE 19803025533 DE 3025533 A DE3025533 A DE 3025533A DE 3025533 C1 DE3025533 C1 DE 3025533C1
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Fritz 4150 Krefeld Frehn
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Thyssen Stahl AG
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Thyssen Edelstahlwerke AG
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    • C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
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Description

Es ist noch ein weiteres Verfahren bekannt (DE-PS 21 39 738), bei dem ein Verbundkörper aus zwei verschiedenen Materialien in der Weise hergestellt werden kann, daß eine Schüttung der verschiedenen Pulver in zwei Lagen erfolgt, diese dann gepreßt und anschließend gesintert werden. Dieses Verfahren There is still another method known (DE-PS 21 39 738), at which a composite body made of two different materials in the way it can be that the various powders are poured in two layers, these are then pressed and then sintered. This method

ermöglicht jedoch nur die Herstellung eines pulvermetallurgischen Verbunderzeugnisses, nicht jedoch die Verbindung eines pulvermetallurgischen Erzeugnisses mit einem Kompaktkörper.however, only allows the production of a powder metallurgical one Composite product, but not the combination of a powder metallurgical product with a compact body.

In der DE-PS 29 28 792 wird vorgeschlagen, daß ein Preßkörper aus einem Werkstoff mit mindestens einem bei Sintertemperatur eine flüssige Phase bildenden Bestandteil drucklos und direkt auf die Oberfläche eines kompakten Körpers aufgesetzt und beide Teile durch Sintern im Vakuum oder unter Schutzgas bei einer unterhalb der Liquidustemperatur des kompakten Körpers liegenden Temperatur fest miteinander verbunden werden. Die Sinterung erfolgt also ohne Druckanwendung, ohne Zwischenlage (Lot) und ohne mechanische Bearbeitung der Kontaktflächen. Die Sintertemperatur liegt je nach Art der Werkstoffe im Bereich von 1 100 bis 1400o C. In DE-PS 29 28 792 it is proposed that a pressed body from a material with at least one liquid phase that forms at sintering temperature Component placed without pressure and directly on the surface of a compact body and both parts by sintering in a vacuum or under protective gas with one below the temperature of the liquidus temperature of the compact body get connected. The sintering takes place without the application of pressure, without an intermediate layer (Solder) and without mechanical processing of the contact surfaces. The sintering temperature depends on the type of material in the range from 1,100 to 1,400o C.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein möglichst wirtschaftliches, also kostengünstiges Verfahren anzugeben, mit dem es möglich ist, einen zähen, festen kompakten Körper, z. B. aus Stahl, mit einem hochverschleißfesten pulvermetallurgisch hergestellten Körper aus einer Hartstofflegierung zu paaren und dabei durch geeignete Maßnahmen die Sintertemperatur zu senken und die Schwindung des Preßkörpers möglichst gering zu halten. The invention is based on the object of providing the most economical, So to specify a cost-effective process with which it is possible to produce a tough, solid compact body, e.g. B. made of steel, with a highly wear-resistant powder metallurgy Manufactured body made of a hard alloy to pair and thereby through suitable Measures to lower the sintering temperature and the shrinkage of the compact as possible to keep it low.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Zusatz von 2 bis 4% Aluminium und/oder 2 bis 4% Kupfer in Pulverform als flüssige Phase bildender Bestandteil zu der Mischung, aus der der Preßkörper hergestellt wird, gelöst. The object is achieved according to the invention by adding 2 to 4% aluminum and / or 2 to 4% copper in powder form as the component forming the liquid phase to the mixture from which the compact is made.

Vorteilhafte Anwendungen für das erfindungsgemäße Verfahren sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Advantageous applications for the method according to the invention are characterized in the subclaims.

Es wurde festgestellt. daß die hochkarbidhaltigen Hartlegierungen nicht durch Kohlenstoff, sondern durch Kupfer und Aluminium in ihrem Sinterverhalten zu niedrigen Temperaturen geführt werden können, ohne daß die Eigenschaften negativ beeinflußt werden. It was determined. that the high-carbide hard alloys not by carbon, but by copper and aluminum in their sintering behavior can be carried out to low temperatures without adversely affecting the properties to be influenced.

Der Schwund muß bei der Sinterung der Hartstofflegierung möglichst klein sein, um Spannungen oder gar einen Bruch zu verhindern. Dies gelingt durch den erfindungsgemäßen Zustand von Aluminium und/oder Kupfer in der angegebenen Menge.The shrinkage must be as possible during the sintering of the hard material alloy be small to prevent tension or even breakage. This works through the state of aluminum and / or copper according to the invention in the specified amount.

Anhand der folgenden Beispiele wird die Erfindung erläutert. The invention is illustrated by the following examples.

Beispiel 1 Ein 10 mm dicker Preßkörper aus 60% Titankarbid und einem austenitischen Binder mit 20% Chrom 1 5,5% Molybdän 0,5% Niob 0,02% Bor aus Ni/B Rest Nickel wurde zur Herstellung eines Verbundkörpers auf ein rostfreies Stahlblech (16.00/0 Chrom, 0,25% C) von 20 mm Dicke aufgelegt und bei der für die hochkarbidhaltige Hartlegierung notwendigen Sintertemperatur von 1410"C im Vakuum von 1,33 P.i gesintert. Durch Diffusion vom Sinterkörper in den Stahl entstand ein unbrauchbarer Schmelzkörper. Example 1 A 10 mm thick pressed body made of 60% titanium carbide and a Austenitic binder with 20% chromium 1 5.5% molybdenum 0.5% niobium 0.02% boron from Ni / B The remainder of the nickel was used to produce a composite body on a stainless steel sheet (16.00 / 0 chrome, 0.25% C) with a thickness of 20 mm and for the high-carbide Hard alloy necessary sintering temperature of 1410 "C sintered in a vacuum of 1.33 P.i. Diffusion from the sintered body into the steel resulted in an unusable melting body.

Beispiel 2 Der in Beispiel 1 genannten Hartstofflegierung wurden nun 3,0% Aluminium aus Ni/AI und 3,5% Kupfer zugegeben. Dadurch konnte die Sintertemperatur auf 1270aC gesenkt werden, ohne die Eigenschaften zu verschlechtern. Eine Verbundsinterung Preßkörper/ Stahl mit 16,0% Chrom und 0,25% Kohlenstoff ließ sich problemlos durchführen. Die Härte des Hartstoffteiles lag bei 70 HRC, die des Stahles bei 30 HRC, Die Stahlseite konnte ohne Probleme spanend auf Maß bearbeitet werden, die Hartstoffseite wurde nur plangeschliffen. Example 2 The hard material alloy mentioned in Example 1 were now 3.0% aluminum from Ni / Al and 3.5% copper were added. This allowed the sintering temperature can be lowered to 1270aC without deteriorating the properties. A composite sintering Pressings / steel with 16.0% chromium and 0.25% carbon could be carried out without any problems. The hardness of the hard material part was 70 HRC, that of the steel 30 HRC, the steel side could be machined to size without problems, the hard material side was just ground flat.

Nach den Beispielen 1 bis 2 können nun alle austenitischen Hartstofflegierungen auf Eisen-, Nickel-und/oder Kobaltbasis auf kompakten Stählen plattiert werden. Dazu ist notwendig, den hartstoffhaltigen Ansätzen je nach Hartstoffgehalt 2 bis 4% Aluminium aus einer entsprechenden Vorlegierung und/oder 2 bis 4% Kupfer zuzugeben. According to Examples 1 to 2, all austenitic hard material alloys can now be used iron, nickel and / or cobalt-based clad on compact steels. For this purpose, the hard material-containing approaches, depending on the hard material content 2 to Add 4% aluminum from a corresponding master alloy and / or 2 to 4% copper.

Anwendungsbeispiele sind Schläger und Hämnier in Schlagmühlen, Schlagmühlenleisten, Rotor- und Statormesser, Preßformen für Keramiken, Strangpreßwerkzeuge für alle Industriezweige, Mahltöpfe, Brecherbakken, Ventilsitze und Kegel, Werkzeuge und Verschleißteile für Warmarbeit, z. B. beim Glasschmelzen u. ä. Application examples are beater and hammer in beater mills, beater mill strips, Rotor and stator knives, molds for ceramics, extrusion tools for everyone Industries, grinding pots, crusher jaws, valve seats and cones, tools and Wear parts for hot work, e.g. B. when melting glass and the like.

Claims (4)

Patentansprüche: 1. Verfahren zum Verbinden von pulvermetallurgisch erzeugten Körnern mit kompakten Körpern durch Flüssig-Phase-Verbu ndsintern, bei dem ein Preßkörper aus einer Mischung von 10 bis 90 Gew.-% Hartstoff, insbesondere Titankarbid, und einem Binder aus den Komponenten einer Legierung mit mindestens einem bei Sintertemperatur eine flüssige Phase bildenden Bestandteil direkt auf die Oberfläche eines kompakten Körpers aus Metall, insbesondere Stahl, aufgelegt und beide Teile durch Sintern im Vakuum oder unter Schutzgas bei einer unterhalb der Liquidustemperatur des kompakten Körpers liegenden Temperatur fest miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichn e t, daß 2 bis 4% Aluminium und/oder 2 bis 4% Kupfer in Pulverform der Mischung als flüssige Phase bildender Bestandteile zugesetzt wird (werden).Claims: 1. Method for connecting powder metallurgy produced grains with compact bodies by liquid-phase composite sintering a compact made of a mixture of 10 to 90 wt .-% hard material, in particular Titanium carbide, and a binder from the components of an alloy with at least a component forming a liquid phase at sintering temperature directly the surface of a compact body made of metal, in particular steel, is applied and both parts by sintering in a vacuum or under protective gas with one below the temperature of the liquidus temperature of the compact body are connected, characterized in that 2 to 4% aluminum and / or 2 to 4% copper in powder form is added to the mixture as components forming the liquid phase will be). 2. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zum Verbinden von kompakten Stahlkörpern mit einem Preßkörper aus einer Mischung von 10 bis 90 Gew.-% Metallkarbid, insbesondere Titankarbid, und 90 bis 10 Gew.-% folgender Bestandteile (in Gew.-0io) einer Binderlegierung auf Eisenbasis mit 0 bis 0,ob% Kohlenstoff 0,5 bis 20,00/0 Molybdän 5,0 bis 30.00/0 Nickel bis 1,5% Niob/Tantal bis 0,1 %Bor bis 3,00/0 Mangan bis 7,0% Wolfram bis 2,0% Silizium bis 0,8% Titan 2 bis 4,00/0 Aluminium und/oder 2 bis 4,00/0 Kupfer Rest Eisen. 2. Application of the method according to claim 1 for connecting compact Steel bodies with a pressed body made from a mixture of 10 to 90% by weight of metal carbide, in particular titanium carbide, and 90 to 10% by weight of the following ingredients (in% by weight) an iron-based binder alloy with 0 to 0, whether% carbon 0.5 to 20.00 / 0 Molybdenum 5.0 to 30.00 / 0 nickel up to 1.5% niobium / tantalum up to 0.1% boron up to 3.00 / 0 manganese up to 7.0% tungsten up to 2.0% silicon up to 0.8% titanium 2 to 4.00 / 0 aluminum and / or 2 to 4.00 / 0 copper, remainder iron. 3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zum Verbinden von kompakten Stahlkörpern mit einem Preßkörper aus einer Mischung von 10 bis 90 Gew.-% Metallkarbid, insbesondere Titankarbid, und 90 bis 10 Gew.-% folgender Bestandteile (in Gew.-%) einer Binderlegierung auf Nickelbasis mit 0 bis 0,3% Kohlenstoff 10 bis 30,00/0 Chrom 5 bis 20,0% Molybdän bis 1,5% Niob/Tantal bis 0,1% Bor bis 3,0% Mangan bis 7,0% Wolfram bis 2,5% Silizium bis 2,80/0 Titan 2 bis 4,0% Aluminium und/oder 2 bis 4,0% Kupfer Rest Nickel. 3. Application of the method according to claim 1 for connecting compact Steel bodies with a pressed body made from a mixture of 10 to 90% by weight of metal carbide, in particular titanium carbide, and 90 to 10% by weight of the following ingredients (in% by weight) a binder alloy based on nickel with 0 to 0.3% carbon 10 to 30.00 / 0 Chromium 5 to 20.0% molybdenum up to 1.5% niobium / tantalum up to 0.1% boron up to 3.0% manganese up to 7.0% tungsten up to 2.5% silicon up to 2.80 / 0 titanium 2 up to 4.0% aluminum and / or 2 up to 4.0% copper, the remainder nickel. 4. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zum Verbinden von kompakten Stahlkörpern mit einem Preßkörper aus einer Mischung von 10 bis 90 Gew.-96 Metallkarbid, insbesondere Titankarbid, und 90 bis 10 Gew.-% folgender Bestandteilen (in Gew.-Yo) einer Binderlegierung auf Kobaltbasis mit 0,3 bis 2,50/0 Kohlenstoff 15,0 bis 35,0% Chrom 2 bis 14,00/0 Wolfram bis 10,0% Molybdän bis 14,0% Nickel bis 5,% Eisen bis 5,00/0 Niob/Tantal bis 3,0% Bor bis 3,0% Silizium bis 2,00/0 Titan 2 bis 4,00/0 Aluminium und/oder 2 bis 4,00/0 Kupfer Rest Kobalt. 4. Application of the method according to claim 1 for connecting compact Steel bodies with a pressed body made from a mixture of 10 to 90 wt. 96 metal carbide, in particular titanium carbide, and 90 to 10% by weight of the following ingredients (in Yo by weight) a binder alloy based on cobalt with 0.3 to 2.50 / 0 carbon 15.0 to 35.0% Chromium 2 to 14.00 / 0 tungsten up to 10.0% molybdenum up to 14.0% nickel up to 5,% iron up to 5.00 / 0 niobium / tantalum up to 3.0% boron up to 3.0% silicon up to 2.00 / 0 titanium 2 to 4.00 / 0 Aluminum and / or 2 to 4.00 / 0 copper, the remainder cobalt. Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Verbinden von pulvermetallurgisch erzeugten Körpern aus Hartstofflegierungen mit kompakten Körpern aus Metali durch Flüssig-Phase-Verbundsintern. The invention is based on a method for connecting powder metallurgy produced bodies made of hard alloys with compact bodies made of metal Liquid-phase composite sintering. Hochverschleißfeste Werkstoffe haben allgemein einen so hohen Anteil an Hartstoff (Metallnitride, -boride, -silizide und -karbide), daß sie schmelzmetallurgisch nicht erzeugt werden können. Sie werden daher auf pulvermetallurgischem Weg hergestellt, wobei der pulverförmige Hartstoffanteil mit den Komponenten einer Legierung als Binder, ebenfalls in Pulverform, gemischt, gepreßt und gesintert wird. Highly wear-resistant materials generally have such a high proportion of hard material (metal nitrides, borides, silicides and carbides) that they are melt-metallurgical cannot be generated. They are therefore manufactured using powder metallurgy, wherein the powdery hard material portion with the components of an alloy as Binder, also in powder form, is mixed, pressed and sintered. Die Verbindung von kompakten Körpern gleicher oder unterschiedlicher Zusammensetzung gehört zum Stand der Technik. Aus »Industrie-Anzeiger«, 1968, Seiten 18 bis 23 ist das Verbinden durch Preßschweißen generell bekannt, das durch Erwärmen der zu verbindenden Körper, Zusammendrücken mit geringem Druck ohne Verformung und Zusammensintern im Vakuum oder unter Schutzgas, evtl. mit metallischen Zwischenlagen (Diffusionsschweißen), geschieht. Das Zusammensintern zweier Preßkörper oder zweier Sinterkörper, gegebenenfalls mit Einstäuben der Berührungsflächen mit einem Material hohen Dampfdrucks ist aus der DE-PS 8 67 164 bekannt. Das Aufeinanderlegen von Preß- oder Sinterkörpern mit vorheriger spanabhebender Bearbeitung der Verbindungsflächen und Zusammensintern ist bekannt aus DE-AS 14 71 078. The connection of compact bodies of the same or different Composition belongs to the state of the art. From "Industrie-Anzeiger", 1968, pages 18 to 23 joining by pressure welding is generally known, that by heating the body to be connected, compressing with low pressure without deformation and Sintering together in a vacuum or under protective gas, possibly with metallic intermediate layers (Diffusion welding) happens. The sintering of two compacts or two Sintered body, optionally with dusting of the contact surfaces with a material high vapor pressure is known from DE-PS 8 67 164. The superimposition of press or sintered bodies with prior machining of the connecting surfaces and sintering together is known from DE-AS 14 71 078. Allen diesen bekannten Verfahren ist gemeinsam. daß sie nur die Verbindung gleichartiger Köroer zum Ziel haben. Es werden also jeweils nur Preß- oder Sinter-oder Kompaktkörper miteinander verbunden. Das Zusammensintern von Körpern unterschiedlicher Ausgangsstruktur, also z. B. Preßkörper mit Sinterkörpern oder Preßkörper mit Kompaktkörpern ist bisher nur nach vorherigem Heißpressen vorgenommen worden. Common to all of these known methods. that they just connect aiming at a similar body. So there are only pressed or sintered or Compact bodies connected to one another. The sintering of bodies of different kinds Starting structure, e.g. B. pressed bodies with sintered bodies or pressed bodies with compact bodies has so far only been carried out after prior hot pressing. Man legt dabei auf den Kompaktkörper eine Pulverschüttung oder einen vorgepreßten Körper und preßt diesen dann unter hohem Druck und hoher Temperatur gegen den Kompaktkörper. Anschließend erfolgt die Verbundsinterung. Dieses Heißpressen führt zwar technisch zu einem brauchbaren Ergebnis, hat jedoch den Nachteil, daß es einen hohen apparativen und Energieaufwand zur Erzeugung des Drucks und der Temperatur erfordert und daher sehr teuer ist.A bulk of powder or a powder is placed on the compact body pre-pressed body and then pressed it under high pressure and high temperature against the compact body. The composite sintering then takes place. This hot pressing Although technically leads to a useful result, it has the disadvantage that it requires a lot of equipment and energy to generate the pressure and temperature requires and is therefore very expensive.
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