DE3837006A1 - Hartmetall - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hartmetall, dessen Hartstoffphase aus Wolframcarbid und dessen Bindemetallphase aus Nickel und Chrom besteht, und das aus pulverförmigen Rohstoffen durch Pressen und Sintern hergestellt ist.

Derartige Hartmetalle sind bereits bekannt, z.B. beschreibt die US-PS 32 15 510 ein Hartmetall, das aus 10-30 Massen-% einer Chrom-Nickel-Bindelegierung, Rest Wolframcarbid besteht, wobei das Gewichtsverhältnis von Chrom zu Binde­ metall zwischen 0,015 und 0,15 liegt. Dieses Hartmetall wird aus pulverförmi­ gen Rohstoffen durch Pressen und Sintern hergestellt.

Ferner wird in der DE-Druckschrift von Kieffer und Benesowsky, Hartmetalle, 1965, Seiten 220, 221 und 228 ein 90 Massen-% Wolframcarbid, 8 Massen-% Nic­ kel und 2 Massen-% Chrom bestehendes Hartmetall beschrieben. Diese an sich korrosionsfesten Hartmetalle besitzen nachteiligerweise eine geringe Festig­ keit und insbesondere eine sehr geringe Zähigkeit, so daß ihre Verwendungs­ möglichkeiten eingeschränkt sind.

Aus der EP 00 28 620 B1 ist ferner eine Sinterhartlegierung bekannt, bei der zum Zweck jeweils guter Festigkeit, Zähigkeitseigenschaften und Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit 55-95 Vol.-% Hartstoffe mit mindestens 90% WC und gegebenenfalls weiteren Carbiden sowie 5-45 Vol.-% Einphasenbindemittel mit mindestens 50% Nickel, 2-25% Chrom, 1-15% Molybdän und jeweils ma­ ximal 10% Mangan, 5% Aluminium, 5% Silicium, 10% Kupfer, 30% Kobalt, 20 % Eisen und 13% Wolfram besteht.

Schließlich wird in der EP 02 14 679 A1 eine korrosionsfeste Hartmetalle­ gierung vorgeschlagen, die aus 31-84 Gew.-% Wolframcarbid, 15-60 Gew.-% eines oder mehrerer Carbide der Gruppe Tantalcarbid, Niobcarbid, Zirkoncar­ bid, Titancarbid, Chromcarbid, Molybdäncarbid sowie 1-9 Gew.-% einer Binde­ legierung aus Nickel und/oder Kobalt mit 2-40 Gew.-% Chromzusatz besteht. Auch diese Legierung soll gute mechanische Festigkeitseigenschaften und eine hohe Verschleißfestigkeit aufweisen.

Erfahrungen haben gezeigt, daß die bisher bekannten Legierungen hinsichtlich ihrer Korrosionsbeständigkeit nicht ausreichend sind.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hartmetallegierung an­ zugeben, die sowohl eine hohe mechanische Festigkeit als auch eine hohe Ver­ schleißfestigkeit aufweist und dazu eine verbesserte Korrosionsfestigkeit be­ sitzt.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Hartmetall dadurch gelöst, daß es neben der Hartstoffphase 5-25 Massen-% Bindemetallphase enthält, die aus 0.1-10% TiN, 5-15 Massen-% Chrom, Rest Nickel zusammengesetzt ist. Die Vorteile dieser Legierung liegen in der verbesserten Korrosionsbeständigkeit und der gleichzeitigen erheblichen Reduktion des Abrasivverschleißes. Die guten mechanischen Eigenschaften ermöglichen eine unbedenkliche Verwendung der Legierung im Chemieanlagenbau sowie als extremen Verbrennungstemperaturen ausgesetzten Werkstoffen.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung enthält das Hartmetall 8-13 Massen-% Bindemetallphase mit 2-5% Titannitrit, 8-12% Chrom, Rest Nickel.

Vorzugsweise wird das Hartmetall nach dem Sintern während einer Zeit von 20- 200 Minuten in einer Edelgasatmosphäre, insbesondere einer Argonatmosphäre, bei einer Temperatur von 1300-1400°C und einem Druck von 20-3000 bar be­ handelt. Hierdurch erhält das Hartmetall eine gute Festigkeit und eine her­ vorragende Zähigkeit, was auf einen hohen Verdichtungsgrad des Hartmetallge­ füges zurückzuführen ist. Insbesondere ist es möglich, die gesinterten Körper abzukühlen und dann in einer gesonderten Anlage bei 100-3000 bar zu behan­ deln oder unmittelbar nach der Sinterung in der Sinteranlage bei 20-100 bar zu behandeln. Dies zeigt, daß die unmittelbare Behandlung nach der Sinterung ein Arbeiten bei niedrigerem Druck zuläßt.

In einem speziellen Ausführungsbeispiel sind drei Legierungen, die denselben Behandlungsschritten unterworfen gewesen sind, miteinander verglichen worden. In allen Fällen ging man von einem pulverförmigen Rohstoffgemisch aus mit ei­ ner Teilchengröße zwischen 0,5 und 5 µm. Das Pressen und Sintern des Hartme­ talls ist nach dem Stand der Technik in bekannter Weise bei ca. 1400°C durchgeführt worden. Die massenprozentuale Zusammensetzung ergibt sich aus folgender Tabelle:

Werkstoff 1: 90,5 Massen-% WC, 8,5% Ni, 1% Cr
Werkstoff 2: 90,2 Massen-% WC, 8,5% Ni, 1% Cr, 0,3% Mo
Werkstoff 3: 90,2 Massen-% WC, 8,5% Ni, 1% Cr, 0,3% TiN

Die fertig gesinterten und anschließend einer Edelgasatmosphäre unter Druck ausgesetzten Hartmetalle zeigten den aus Fig. 1 ersichtlichen spezifischen Massenverlust: Der Abrasivverschleiß der erfindungsgemäßen Hartmetalle war dabei deutlich niederiger als der der beiden anderen nach dem Stand der Tech­ nik bekannten Werkstoffe 1 und 2.

Die Lösungen waren wie folgt zusammengesetzt: H₂O mit 300 mg Cl⁻/l und 200 mg SO₄ ^--/l als Natriumsalze mit Essigsäure auf ph = 4 eingestellt. Die dabei gemessenen Stromdichte-Potential-Kurven sind in Fig. 2 abgedruckt. Das Hartmetall mit dem erfindungsgemäßen TiN-Zusatz zeigt unter den eingestellten Prüfbedingungen erst bei positiveren Potentialen einen Stromanstieg und ist damit korrosionsunempfindlicher.

Claims (4)

1. Hartmetall, dessen Hartstoffphase aus Wolframcarbid und dessen Binde­ metallphase aus Nickel und Chrom besteht, und das aus pulverförmigen Rohstof­ fen durch Pressen und Sintern hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Hartmetall neben der Hartstoffphase 5-25 Massen-% Bindemetallphase ent­ hält, die aus 0.1-10 Massen-% TiN 5-15 Massen-% Chrom, Rest Nickel zusam­ mengesetzt ist.

2. Hartmetall nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hartmetall 8-13 Massen-% Bindemetallphase mit 2-5 Massen-% TiN, 8-12 Massen-% Chrom, Rest Nickel enthält.

3. Hartmetall nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hartmetall nach dem Sintern während einer Zeit von 20-200 Minuten in einer Edelgasatmosphäre, vorzugsweise einer Argongasatmosphäre, bei einer Temperatur 1300-1400°C und einem Druck von 20-3000 bar behandelt wird.

4. Hartmetall nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß 1-30 Gew.-% des Wolframcarbids durch Titancarbid, Tantalcarbid und/oder Niobcarbid ersetzt sind.