DE4117775A1 - Verfahren zum verdichten von profilkoerpern aus wolfram-kupfer-traenkwerkstoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verdichten von Profilkörpern aus Wolfram-Kupfer-Tränkwerkstoffen, ins­ besondere für Elektroden zur funkenerosiven Metallbe­ arbeitung bei der Herstellung von Werkzeugen, Preßformen und Matrizen mit geringer Oberflächenrauhigkeit, wobei von einem durch mechanisches Pressen von Wolframpulver, thermisches Sintern des Preßlings und in flüssigem Kupfer oder in einer flüssigen Kupferlegierung getränkten Profil­ körper ausgegangen wird.

Es sind Wolfram-Kupfer-Tränkwerkstoffe bekannt, bei denen der Anteil an Kupfer oder Kupferlegierungen zwischen 20 und 40 Masse-% liegt und die sich wegen ihrer hohen Ab­ brandfestigkeit sehr gut als Kontaktwerkstoffe für elektrische Schaltkontakte eignen (W. Schatt, Pulver­ metallurgie, Sinter- und Verbundwerkstoffe, Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie Leipzig, 1988, S. 401 bis 412). Bei der Herstellung solcher Tränkwerkstoffe wird zuerst aus Wolframpulver ein Form- bzw. Profilkörper ge­ preßt und durch thermisches Sintern zu einem Wolfram­ skelettkörper verfestigt, der dann mit flüssigem Kupfer oder mit einer flüssigen Kupferlegierung getränkt wird. Dieser Vorgang des Tränkens beruht auf der Kapillar­ wirkung der Poren im Wolframskelettkörper. Bei aus­ reichender Benetzung werden die zugänglichen Poren ausgefüllt und nach dem Abkühlen liegt ein Profil­ körper aus einem Tränkwerkstoff vor.

Die mechanische Festigkeit, die Abbrandfestigkeit bei Lichtbogeneinwirkung und die Härte des Tränkwerkstoffes sind von seiner Restporösität abhängig. Bei der Ver­ wendung solcher Tränkwerkstoffe für Elektroden zur funkenerosiven Metallbearbeitung verursacht schon eine verhältnismäßig geringe Restporösität im Tränkwerkstoff eine rauhe Oberfläche der erodierten Form, die für die in Betracht kommenden Werkzeuge nicht brauchbar ist. Eine solche rauhe Oberfläche der erodierten Form müßte durch Polieren in den erforderlichen Einsatzzustand gebracht werden. Dabei würden aber die Form- und Maß­ genauigkeit beeinträchtigt. In den Fällen, in denen ein Nachpolieren zugelassen werden kann, bedeutet dies immer einen zusätzlichen Arbeitsaufwand und einen Qualitätsverlust.

Für die Herstellung von Sinterhartmetall ist unter der Bezeichnung "Heißisostatisches Pressen" ein Verfahren bekannt geworden, durch das es möglich ist, die Rest­ porosität in Sinterhartmetallkörpern weitgehend zu be­ seitigen, die aus mechanisch gepreßten sowie thermisch gesinterten Pulvermischungen von oxidischen, carbidischen oder nitridischen Schwermetallverbindungen mit Binde­ metallen hergestellt worden sind (W. Schedler, Hart­ metall für den Praktiker, VDI-Verlag Düsseldorf, 1988, S. 107 bis 109). Bei diesem Verfahren werden die bereits gesinterten Hartmetallegierungen in Öfen, die in einem Druckbehälter eingebaut sind, bis in den Bereich der Sintertemperatur erhitzt und einem Edelgasdruck von etwa 100 MPa ausgesetzt. Unter diesen Bedingungen soll das Hartmetall bis in die Poren hinein plastisch ver­ formt werden. Ähnliche Verfahrensbedingungen für das isostatische Heißpressen von aus pulverförmigem Material vorgepreßten Körpern sind auch in der DE-AS 20 06 066 und in der EPA Nr. 61 988 angegeben. Nachteilig an diesen bekannten Verfahren des heißisostatischen Pressens von Sinterhartmetallen und Metallpulvermischungen ist, daß diese mit den angegebenen Verfahrensbedingungen für Wolfram-Kupfer-Tränkwerkstoffe wegen der zu hohen Rest­ porosität nicht geeignet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verdichten von Profilkörpern aus Wolfram-Kupfer-Trän­ kwerkstoffen, insbesondere für Elektroden zur funkenerosiven Metallbearbeitung zu entwickeln, durch das ausgehend von dem bekannten Vakuum- und Drucksintern die Restporosität in solchen Tränkwerkstoffen verringert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der aus einem Wolfram-Kupfer-Tränkwerkstoff vorgefertigte Profilkörper in einem Drucksinterofen zuerst unter Vakuum auf eine Aufheiztemperatur zwischen 1020 und 1130°C auf­ geheizt und nach einer Haltezeit von 1 bis 15 Minuten unter dieser Aufheiztemperatur der Einwirkung eines inerten gasförmigen Druckmittels mit einem isostatischen Druck zwischen 3 bis 10 MPa während einer Einwirkdauer von 10 bis 60 Minuten ausgesetzt und anschließend abge­ kühlt wird.

Für Tränkwerkstoffe aus 60 bis 80% Wolfram und 20 bis 40% Kupfer hat es sich als günstig erwiesen, daß die Aufheiztemperatur 1060 bis 1085°C beträgt.

Für die isostatische Druckbehandlung der betreffenden Tränkwerkstoffe ist es zweckmäßig, daß als inertes gas­ förmiges Druckmittel Argon verwendet wird.

Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein nahezu porenfreies Gefüge und eine hohe Dichte bei Wolfram-Kupfer-Tränkwerkstoffen erzielt. Durch die poren­ arme Struktur wird bei Verwendung von Profilkörpern aus solchen Tränkwerkstoffen als Elektrodenmaterial bei der funkenerosiven Metallbearbeitung von Preßwerkzeugen aus Sinterhartmetall eine sehr gute Oberflächenqualität er­ reicht. Die geringe Rauhtiefe erfordert wesentlich ge­ ringere Bearbeitungszeiten beim Nachpolieren, so daß Form- und Maßgenauigkeit nicht beeinträchtigt werden.

Es ist auch festzustellen, daß sich die Eigenschaften für die spanende Bearbeitung des entsprechend der Er­ findung nachverdichteten Tränkwerkstoffes gegenüber dem unbehandelten nicht unterscheiden. So können kompli­ zierte Elektrodenformen aus erfindungsgemäß behandelten Wolfram-Kupfer-Tränkwerkstoffen wie bisher durch Drehen, Fräsen, Bohren, Hobeln oder Schleifen bearbeitet werden.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungs­ beispiel näher erläutert.

Für die Herstellung von Elektroden zur funkenerosiven Metallbearbeitung wurden Profilkörper aus Wolframpulver gepreßt, formgebend nachgearbeitet und unter den üblichen Bedingungen zu Wolframskelettkörpern im Vakuum gesintert. Ebenfalls unter Vakuum erfolgte dann das Tränken dieser Skelettkörper mit flüssigem Kupfer. Nach dem Abkühlen enthielt der Tränkwerkstoff 70 Masse-% Wolfram und 30 Masse-% Kupfer. Anschließend wurden diese Profilkörper in einem Drucksinterofen verdichtet. Zu diesem Zweck wurden diese unter Vakuum mit einer Geschwindigkeit von 4 K/min auf eine Temperatur von 1065°C aufgeheizt und bei dieser Temperatur 5 Minuten lang gehalten. Dann wurde durch Einlaß von Argon in den Ofen ein Druck von 5,5 MPa erzeugt, ohne dabei die Aufheiztemperatur zu verändern. Nach einer Einwirkungsdauer dieses Druckes von ca. 30 Minuten wurde der Ofen abgekühlt.

Als Ergebnis des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verdichteten Wolfram-Kupfer-Tränkwerkstoffes zeigte sein Gefüge eine deutliche Verringerung der Porosität sowie eine homogene Gefügeausbildung. Die Dichte dieses Tränkwerkstoffes wurde von 14,29 g/cm³ auf 14,47 g/cm³ erhöht.

Die aus dem erfindungsgemäß verdichteten Wolfram-Kupfer-Tränk­ werkstoff bestehenden Elektroden wurden zur funken­ erosiven Bearbeitung von inneren und/oder äußeren Konturen in oder an Hartmetallkörpern für Preßwerkzeuge einge­ setzt. Die Rauhtiefe der bearbeiteten Formflächen betrug 16,6 bis 18,2 µm. Nach einer Polierdauer von nur 60 Minuten war die Rauhtiefe nur noch 0,43 µm bis 0,76 µm. Im Vergleich dazu wurde unbehandelter Wolfram-Kupfer-Tränk­ werkstoff unter den gleichen Bedingungen unter­ sucht. Dabei ergab sich eine Ausgangsrauhigkeit an der erodierten Fläche von 27 bis 34 µm, die nach einer Polierdauer von 60 Minuten nur auf 9,8 bis 14,9 µm gesenkt werden konnte, so daß noch weitere 60 Minuten nachpoliert werden mußte.

Claims (3)

1. Verfahren zum Verdichten von Profilkörpern aus Wolfram­ Kupfer-Tränkwerkstoffen, insbesondere für Elektroden zur funkenerosiven Metallbearbeitung bei der Herstellung von Werkzeugen, Preßformen und Matrizen mit geringer Oberflächenrauhigkeit, wobei von einem durch mechani­ sches Pressen von Wolframpulver, thermisches Sintern des Preßlings und in flüssigem Kupfer oder in einer flüssigen Kupferlegierung getränkten Profilkörper aus­ gegangen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der aus einem Wolfram-Kupfer-Tränkwerkstoff vorge­ fertigte Profilkörper in einem Drucksinterofen zuerst unter Vakuum auf eine Aufheiztemperatur zwischen 1020 und 1130°C aufgeheizt und nach einer Haltezeit von 1 bis 15 Minuten unter dieser Aufheiztemperatur der Einwirkung eines inerten gasförmigen Druckmittels mit einem isostatischen Druck zwischen 3 bis 10 MPa während einer Einwirkungsdauer von 10 bis 60 Minuten ausgesetzt und anschließend abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheiztemperatur 1060 bis 1085°C beträgt.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als inertes gasförmiges Druckmittel Argon ver­ wendet wird.