-
Verfahren zur Herstellung einer harten Schmelzlegierung für Arbeitswerkzeuge,
insbesondere Ziehsteine Für Arbeitsw-erkzeuge, insbesondere Ziehsteine, werden neuerdings
vielfach durch Sintem oder Schmelzen 'hergestellte Karbide und Legierungen,des Wolframs
und Molybdäns benutzt, da diese eine große Härte aufweisen, die oft sogar die des
Rubins übertrifft. Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß sich auf dem Schmelzwegge
Körper von außergewöhnlicher Härte und guter Festigkeit ergeben, wenn diese durch
Einbaltung neuartiger Verfahrensvorschriften eine ganz bestimmte, bisher nicht bekannte
Struktur aufweisen. Zu
diesem Zwecke muß 'bei der Herstellung , nicht
nur auf eine ganz bestimmte Zusammensetzung der Körper, sondern vor allem auch außerdem
auf die Einhaltung einerganz besonderen, sorgfältig zu überwachenden Wärmebehandlung
geachtet werden. Versuche haben nämlich ergeben -, daß der Gehalt an Kohlenstoff,
-wie an sich bekannt, im Verhältnis zum Metall, beispielsweise Wolfram, gerechnet,
nicht mehr als 41-12% betragen und nicht unter 3 0/0 sinken darf, und daß
man in diesem besdnunten Bereich dann eine Legierung bzw. einen Körper von ganz
besonders hervorragender Härte und ausreichender Festigkeit erhält, wenn man durch
äußerst schnelles Abkühlen der in Schmelzung gebrachten Legierung, z. B. durch Abstelleu
eines zur Schmelzung ., benutzten und in einem 27ekühlten Gefäß untergebrachten
elektrischen Lichtbogens dafür sorgt, daß das fertige Produkt aus groben Primärkristallen
besteht, die in feine, büschelförmig angeordnete Kriställchen unterteilt sind. Die
groben Primärkristalle sind unter Umständen schon mit bloßem Auge, mit Sicherheit
aber bei schwacher Vergrößerung erkennbar.- Die sie erfüllenden, büschelförn-lig
angeordneten feinen Kriställchen sind da- gegen mit Sicherheit bei mikroskopischer
Untersuchung, und zwarlinsbesondere nach voraufgeg ang ener Ätzung, festzustellen.
-
Versuche haben nämlich ergeben, daßWolframkarbid mit 3 bis
4'j'201'o Kohlenstoffgehalt beim Abkühlen sich zuerst in Form homogener. sehr grober
Prirnärkristalle absclieidet, und daß die Primärkristalle bereits dicht unterhalb
des Schmelzpunktes in ein büschelförmiges, sehr feinesKristall,-,emischoder'Eutel,-toid
(vgl. G u c r t 1 e r, Meiallo- hie, L Band, , r#LP 112- Das
Dystektikum, -oder Eutektoid) zerfallen, das bei weiter fortschreitender
Ab-
kühlung unter Auflösung in zwei ungleiche Kristallarten üi einen stabilen,
jedoch weichen Endzustand, das Eutektikum, übergeht. Festgestellt wurde -ferner,
daß die Härte des Wolframkarbides im engsten Zusammenhang Z>
mit diesen
sich bei der Abkühlung ergebenden Strukturen steht, und daß die Härte des
fertig
gen abgekühlten Produktes zuninimt, je mehr sich die Struktur desselben den Primärkristallen
oder wenigstens dem büscheHörmigen Eutektoid nähert. Es ist daher bei der Abkühlung
des Karbides zweckmäßig.. was man bisher nicht erkannt und daher auch nicht ausgeführt
hatte, bei der Abkühlung den geeigneten Augenblick des Zerfalles der groben Primärkristalle
in die feine büschelförm#.-e Eutektoidstruktur durch eine äußerst schnelle, nur
wenige Sekunden Zeit beanspruchende Abkühlun- abzupassen, denn läßt man die Legierung.
wie meist üblich, langsam oder sogar auch schon in einem Zeitraum von etwa 2o Sekunden.
abkühlen, so erhält man unter Auflösung der Primärkristalle und des diese erfüllenden
Eutektoids nur ein Eutektikum und damit ein weiches Produkt. Das gleiche tritt ein.
wenn nian die erfindungsgemäß erhaltenen Produkte nachträglich tempert. Damit sich
die gewünschte instabilem Überg gangsstruktur mit Sicherheit einstellt, ist es notwendig,
zum mindesten für ein ungewöhnlich schnelles Durchlaufen des Temperaturgebietes
von der Schmelztemperatur bis zur Rotglut zu sorgen.
-
Es ist bereits vorgeschlagen worden ., Wolfram im Kohletiegel
im Vakuumofen zu erschmelzen und die dabei entstehende Wolframkarbidschmelze samt
Üern Kohletiegel anschließend in Eiswasser abzuschrecken. Hierbei entstand zwar
ein dichter homi#),-,ener Regulus, der jedoch durch den für das Herausbringen der
Schmelze aus dem Ofen bedingten Zeitraum und die große Masse des mit zur Abkühlung
gelangenden Tiegels nicht schnell genug in sich abkühlte und demgemäß nicht die
hier gemeinte instabile Übergangsstruktur aufwies. -%ndererseits wurde auch schon
vorgeschlag gen, ein Wolframkohlenstaffgemenge in einer Leuchtgas- oderWasserstoffatmosphäre
mittels Lichtbogens zu schmelzen und durch Abstellen des Stromes und Verstärkung
des Gasstromes dann das Schmelzgut abzukühlen. Da hierbei zum Erreichen der Rotglut
etwa 20 Sekunden. 'benötigt wurden, so wurde nur eine grobkristalline, mürbe Masse
erzielt, die ebenfalls nicht die hier ,gemeinte eigenartige Übergangsstruktur aufwies.
-
Zur Erzielung des gewünschten Kohlenstoffgehaltes geht man entweder
von einem Material mit höherem Kohlenstoff-gehalt aus und schmilzt dieses in einer
koblenstoffreien Atmosphäre oder im Vakuum, bis sich der richtige Kohlenstoffgehalt
eingestellt hat, oder man geht von einem kohlenstoffärineren oder kohlenstofffreiem
Material aus und schmilzt dieses in einerkolflenstoffhaltigenAtmosphäre, bis es
den gewünschten Kohlenstoffgehalt aufgenommen hat. Vorteilhaft kann man auch einerseits
das Wolfram ganz oder teilweise durch Molybdän oder Chrom ersetzen und andererseits
den Kohlenstoff ganz oder teilweise durch Bor, Titan oder Silizium, letztere bei
Anwendung entsprechender molekularer Verhältnisse, verdrängen. Im letzteren Falle
ist es zweckmäßig, den Schmelzprozeß in einer neutralen Gasatmosphäre oder ini Vakuum
auszu-führen. Durch Abstellung des das Schmelzgut über die Schmelztemperatur erhitzenden
elektrischen Lichtbogens und Vorsehung geeignet-er Kühl::mittel läßt sich leicht
eine sofortige Erstarrung und schnelles Abkühlen des Schmelzgutes erreichen. Das
gleiche läßt sich natürlich auch Üadurch erlaj#gen, daß das Schmelzgut aus dem Bereich
des elektrischen Lichtbogens gebracht wird, Letwa durch Einfallenlassen in eine
geeignete, innerhalb des Ofens untergebrachte Forin, wobei letztere dem Fertigprodukt
gleichzeitig eine erwünschte äußere Form gibt, so daß auch die Nachbearbeitung des
Produktes wesentlich erleichtert wird.
-
Bei der Ausführung des neuen Verfahrens können gegebenenfalls noch
' besondere Mittel -angewandt werden, um die herzustellenden Körper porenfrei
zu r--rhalten. Als solche haben sich das Schmelzen in stark luftverdünnter Atmosphäre
sowie die Verwendung eines weitgehend durch hohes Erhitzen im Vakuum, Argon oder
Wasserstoff entgasten Ausgangsmaterials herausgestellt.
-
Die Herstellung eines Ziehsteines kann gemä3 der Erfindung etwa wie
folgt vorgenommen weraen: Als Ausgangsmaterial dientWolframkarbidpulver, welches
durch überleiten von Kohlenoxyd über Wolframmetallpulver bei iooci' C
gewonnen
wird. Um das Karbidpulver in. eine für den Schmelzprozeß geeignete Form zu bringen,
werden daraus Tabletten von etwa 8 mm Höhe und 16 mm Durchmesser durch
hydraulische Pressung in einer Form aus. gehärtetern Stahl hergestellt. Damit die
Tabletten die- gr die weitere Handhabung nötige Festigkeit erhalten, werden sie
zweckmäßig in Wasserstoff bei i2oo' C. l/. Stunde vorgesintert, wobei gleichzeitig
eine Entgasung derselben stattfindet, die die Herstellung porenfreier Produkte bei
der späteren Schmelzung im elektrischen Lichtbogen erleichtert. Man kann jedoch
bei der Vorsinterung auch bis auf 2ooo' C hinaufgehen, sofern man die Vorsinterung
in einem Kohlerohrofen v3rränim-t.
-
i Das Schmelzen der Tabletten erfolgt in einem Vakuumlichtb:)genofen,
der aus einem vakuumdichten, -wassergekühlten Eisengefäß von etwa 6 Liter
Inhalt besteht, in welcheis oben und unten bewegliche, mit Kühlung versehene
Halter
für die Elektroden isoliert eingebaut sind. Als Kathode dienteineLichtbogenkohle,
während die zu schmelzende Wolframkarbidtablette, die zweckmäßig auf einem mit einer
Forrnvertiefung versehenen Graphitkörper liegt, die Anode bildet. Bei einem Vakuum
von etwa 5o m Mac Leod wird dann durch Berührung und -Auseinanderziehung der Elektroden
bei einer Bogenspannung von ungefähr 5o'bis 6o Volt der Lichtbogen -gebildet. Die
Stromstärke läßt man langsam auf ioo bis i5o Amp. steigen. In etwa 11/2 Minuten
ist unter kreisender Bewegung der Kathode, deren Halter zu diesem Zweck in einer
nachgiebigen Gummidichtung geführt sein kann, die obere Hälfte dell Tablette geschmolzen,
die sich hierbei zur Tropfenforrn zusammenzieht. In diesem Augenblick wird durch
sofortige Aussch#altung des Stromes der Schmelzprozeß unterbrochen. Die durchgeschmolzene
Tablettenhälfte kühlt sichbierbeiinnerhalb desVakuumgefäßes, und zwar insbesondere
wegen der Kühlung des Gefäßes und der Elektrodenhalter in etwa 2 bis 3 Sekunden
bis auf Rotglut und darunter ab. Nach dem Erkalten wendet man die einseitig geschmolzene
Tablette um und schmilzt von der anderen Seite in genau derselben Weise, also ebenfalls
mit außergewöhnlich schneller Abkühlung, worauf endlich das Fertigprodukt, gegebenenfalls
noch durch Diamantwerkzeug ge für den späteren Gebrauch 'bearbeitet werden kann.