DE3511220C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hartmetalls mit hoher Festigkeit, dessen Hartstoffphase aus Wolframcarbid mit ggf. 1 bis 30 Gew.-% Titancarbid, Tantalcarbid und/oder Niobcarbid und dessen Bindemetallphase aus 5 bis 15 Gew.-% Chrom und Rest Nickel bestehen, wobei der Anteil der Bindemetallphase am Hartmetall 5 bis 25 Gew.-% beträgt, durch Pressen der pulverförmigen Rohstoffe und Sintern der Preßkörper bei einer Temperatur zwischen 1400 und 1450°C während einer Zeit von 20 bis 200 Minuten im Vakuum oder in einer Schutzgasatmosphäre aus Edelgasen oder Wasserstoff.

Die Erfindung betrifft ferner ein Hartmetall mit dieser Zusammensetzung.

Hartmetalle und deren Herstellung sind grundsätzlich aus Kieffer und Benesovsky, Hartmetalle, 1965, S. 51, 88, 108, 227 bis 229, bekannt. Insbesondere an den genannten Fundstellen werden die Relationen der unterschiedlichen Hartmetallzusammensetzung, der Sintertemperatur und der Sinterzeit sowie die Sintereffekte bei unterschiedlichen Temperaturen, die Unterschiede zwischen einem Normal- und einem Drucksintern im Hinblick auf den Ablauf und die Hartmetalleigenschaften sowie Hartmetalle mit einer WC-Hartstoffphase mit ggf. TiC, TaC und/oder NbC und einer Bindemetallphase aus einer Ni-Cr-Legierung erörtert. Insbesondere wird auf Seite 228 ein Hartmetall angesprochen, das aus 90% WC, 8% Ni und 2% Cr besteht.

Darüber hinaus wird in der US-PS 32 15 510 ein Hartmetall beschrieben, das aus 10 bis 30 Gew.-% einer Chrom-Nickel-Bindelegierung, Rest Wolframcarbid besteht, wobei das Gewichtsverhältnis von Chrom zum Bindemetall zwischen 0,015 und 0,15 liegt und das aus pulverförmigen Rohstoffen durch Pressen und Sintern hergestellt wird.

Die bekannten Hartmetalle haben zwar eine gute Korrosionsfestigkeit, aber sie besitzen nur eine geringe Festigkeit und insbesondere eine sehr geringe Zähigkeit, so daß ihre Verwendungsmöglichkeiten stark eingeschränkt sind.

Darüber hinaus wird in der AT-PS 2 17 818 ein Verfahren zur Herstellung von harten und verschleißfesten Oberflächen durch Auftragsschweißung in inertem Schutzgas mit Hilfe des elektrischen Lichtbogens unter Verwendung von Zusatzwerkstoffen aus gesintertem Hartmetall beschrieben, das überwiegend aus Wolframcarbid, ggf. in Kombination mit anderen Hartmetallcarbiden, und aus 5 bis 30% Hilfsmetall besteht, wobei das Hilfsmetall aus 5 bis 100% Nickel, bis zu 95% Eisen und/oder bis zu 30% Chrom zusammengesetzt ist. Die Herstellung des Zusatzwerkstoffes erfolgt derart, daß die aus Hartstoffen und Bindemetall bestehende Pulvermischung in einem organischen Bindemittel, wie z. B. Kunstharz, vermischt, zu Stäben stranggepreßt und anschließend bei Temperaturen zwischen 900 und 1300°C gesintert wird.

Die DE-AS 20 06 066 beschreibt ein Verfahren zum isostatischen Heißpressen von aus pulverförmigem Material vorgepreßten Körpern, wie es für Hartmetallprodukte anwendbar ist, die WC, TaC, TiC und VC sowie ein Bindemittel, das aus Co und/oder Ni besteht, enthalten. Vor dem isostatischen Heißpressen werden die Hartmetallkörper vorgesintert. Desgleichen beschreibt die DE-OS 21 63 889 ein isostatisches Heißpreßverfahren zur Herstellung eines dichten Keramik- und/oder Metall-Sinterkörpers, der direkt und allseitig einem Gasdruck ausgesetzt war. Allerdings werden die obengenannten Hartmetallzusammensetzungen dabei nicht erwähnt.

Die DE-OS 27 17 842 beschreibt die Aufstickung von Hartmetallkörpern in einem Sinterautoklaven.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem Hartmetalle mit einer guten Korrosionsfestigkeit, einer hohen Festigkeit und insbesondere einer hohen Zähigkeit hergestellt werden können. Ferner soll ein entsprechende Eigenschaften aufweisendes Hartmetall genannt werden.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Die Patentansprüche 2 und 3 beschreiben Weiterentwicklungen dieses Verfahrens.

Ferner wird die Aufgabe durch ein Hartmetall mit der obengenannten Zusammensetzung, hergestellt nach einem Verfahren gemäß der genannten Ansprüche 1 bis 3, gelöst.

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Hartmetall ist korrosionsfest und besitzt sowohl eine hohe Biegefestigkeit als auch eine hohe Druckfestigkeit. Dies ist überraschend, denn üblicherweise verhalten sich die Biegefestigkeit und die Druckfestigkeit bei den genannten Stoffen gegenläufig. Darüber hinaus wird in der genannten Literaturstelle Kieffer/Benesovsky, Seite 227ff., ausgeführt, daß WC-Ni-Cr-Hartmetalle keine besonderen technischen Vorteile gegenüber WC-Co-Hartmetallen bringen, wofür als Grund die geringe Festigkeit angegeben wird. Danach war also nicht zu erwarten, daß das an sich bekannte heißisostatische Pressen im Anschluß an das Sintern die genannten technischen Vorteile und verbesserten mechanischen Eigenschaften des Verfahrensproduktes bringt. Es hat sich nämlich gezeigt, daß die Festigkeit und die Zähigkeit des erfindungsgemäßen Hartmetalles noch höher sind als bei entsprechenden Wolframcarbid-Cobalt-Hartmetallen, die sich nach den heutigen Erkenntnissen durch höchste Festigkeiten und Zähigkeiten auszeichnen. Ferner ist das erfindungsgemäße Hartmetall immer unmagnetisch, was bei den bekannten Hartmetallen nicht immer der Fall ist. Wegen seiner guten Eigenschaften ergeben sich für das erfindungsgemäße Hartmetall vielfältige Verwendungsmöglichkeiten.

Durch die erfindungsgemäße Nachbehandlung der gesinterten Körper erhält das Hartmetall eine gute Festigkeit und Zähigkeit, was auf einen hohen Verdichtungsgrad des Hartmetallgefüges zurückgeführt wird.

Vorzugsweise ist beim Verfahren nach der Erfindung vorgesehen, daß die gesinterten Körper abgekühlt und dann in einer gesonderten Anlage bei 100 bis 3000 bar nachbehandelt werden oder daß die gesinterten Körper unmittelbar nach der Sinterung in der Sinteranlage bei 20 bis 100 bar nachbehandelt werden. Wenn die erfindungsgemäße Nachbehandlung der gesinterten Körper unmittelbar nach ihrer Sinterung erfolgt, kann in vorteilhafter Weise bei besonders niedrigem Druck gearbeitet werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden beschrieben:

Die zur Hartmetallherstellung verwendeten pulverförmigen Rohstoffe haben eine Teilchengröße von 0,5 bis 5 µm. Das Pressen und Sintern des Hartmetalls wird nach den bekannten Methoden durchgeführt. Bei der erfindungsgemäßen Druck-Temperatur-Nachbehandlung soll der Druck nicht unter 20 bar und die Temperatur nicht über 1400°C liegen, da bei einem kleineren Druck keine ausreichende Verdichtung des Gefüges und bei einer höheren Temperatur eine nachteilige Vergröberung des Gefüges eintritt. Wenn der Chromgehalt der Bindemetallphase größer als 15 Gew.-% ist, treten im Hartmetallgefüge Chromcarbidausscheidungen auf, wodurch sich die Eigenschaften des Hartmetalls nachhaltig verschlechtern.

Die nachfolgende Tabelle enthält Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Hartmetalls und gibt deren Biegefestigkeiten an. Die Biegefestigkeit ist ein Maß für die Festigkeit und Zähigkeit von Hartmetallen. Die Tabelle zeigt auch die Zusammensetzung und Biegefestigkeit von entsprechenden WC-Co-Hartmetallen. Der Vergleich der Biegefestigkeiten beweist die ausgezeichneten Eigenschaften des erfindungsgemäßen Hartmetalls.

In der Zeichnung ist ein Diagramm wiedergegeben, das die Druck- und Biegefestigkeiten von mit dem Verfahren nach der Erfindung hergestellten Hartmetallen für verschiedene Chromgehalte in der Bindemetallphase veranschaulicht. Aus der oberen Kurve A sind die Druckfestigkeit σ dB und der unteren Kurve B die Biegefestigkeit σ bB jeweils für Hartmetallproben zu entnehmen, deren Bindemetallphasen-Gewichtsanteil 9,5% beträgt. Das Diagramm zeigt ferner, daß die erzielten Druckfestigkeiten im wesentlichen über 5500 N/mm² liegen und damit auch die hinsichtlich dieser Eigenschaft bei einem üblichen WC-Co-Hartmetall vorhandenen Druckfestigkeitswerte von etwa 5000 N/mm² übertreffen.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung eines Hartmetalls mit hoher Festigkeit, dessen Hartstoffphase aus Wolframcarbid mit ggf. 1 bis 30 Gew.-% Titancarbid, Tantalcarbid und/oder Niobcarbid und dessen Bindemetallphase aus 5 bis 15 Gew.-% Chrom und Rest Nickel bestehen, wobei der Anteil der Bindemetallphase am Hartmetall 5 bis 25 Gew.-% beträgt, durch Pressen der pulverförmigen Rohstoffe und Sintern der Preßkörper bei einer Temperatur zwischen 1400 und 1450°C während einer Zeit von 20 bis 200 Minuten im Vakuum oder in einer Schutzgasatmosphäre aus Edelgasen oder Wasserstoff, gekennzeichnet durch eine Nachbehandlung der Sinterkörper bei einer Temperatur zwischen 1300 und 1400°C während einer Zeit von 20 bis 200 Minuten in einer Edelgasatmosphäre bei einem Druck von 20 bis 3000 bar.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterkörper abgekühlt werden und in einer gesonderten Anlage bei 100 bis 3000 bar nachbehandelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinterkörper unmittelbar nach der Sinterung in der Sinterlage bei 20 bis 100 bar nachbehandelt werden.

4. Hartmetall mit einer Zusammensetzung gemäß Anspruch 1, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3.