DE589871C

DE589871C - Verfahren zur Herstellung von sehr duennen, scheibenfoermigen Werkzeugen aus Hartmetallegierungen auf dem Sinterwege

Info

Publication number: DE589871C
Application number: DEA63348D
Authority: DE
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1930-09-08
Filing date: 1931-09-09
Publication date: 1933-12-19
Also published as: US1991233A; US1918064A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von dünnen, feingekörnten Hart-· metallscheiben mit einer zentralen Bohrung, die zur Verwendung als Glasschneider o. dgl. geeignet sind. Als Hartmetallegierungen kommen dafür Mischungen aus Wolframcarbid und einem Bindemittel, z. B. Kobalt, in Frage, wobei das Bindemittel etwa 3 bis 2o°/o der Hartmetallegierung ausmacht. An Stelle von Wolframcarbid kann auch Molybdäncarbid und an Stelle von Kobalt Nickel, Eisen, Mangan oder Uran als Bindemittel Verwendung finden.

Derartige Hartmetallegierungen wurden bisher hauptsächlich für Schneidplättchen von beträchtlicher Stärke verwendet. Es wurde bereits versucht, dünne Schneidscheiben von etwa 1,6 mm Stärke und weniger aus diesen Hartmetallegierungen herzustel-

ao len, aber es war bisher nicht möglich, eine einwandfreie, zähe, feingekörnte Scheibe herzustellen, die eben ist und einen scharfen Schneidrand aufweist, wenn sie nicht seitlich eingefaßt wurde.

Hartmetallegierungen in dünnen Scheiben neigen leicht zum Ausbröckeln, so daß es praktisch unmöglich ist, an solche Scheiben einen feinen und glatten Schneidrand anzuschleifen. Ferner ist es schwierig, sehr dünne Platten aus Hartmetall vollkommen eben herzustellen. Sie haben beim Erhitzen auf die Sinterungstemperatur die Neigung, sich krumm zu ziehen, und sind außerdem etwas porös und grobkörnig.

Bei dem bisher üblichen Herstellungsverfahren für Hartmetall kamen die pulverisierten Ausgangsmaterialien gewöhnlich in direkte Berührung mit einem Rohr oder einer Form aus Kohlenstoff während des Sintervorganges. Diese Berührung mit Kohlenstoff während einer gewissen Zeit bei hoher Temperatur dürfte wohl der Hauptgrund für ' die Sprödigkeit und die grobe Struktur sein, die an sehr dünnen Scheiben gefunden wurde. Graphit hat nämlich das Bestreben, Kobalt bei der Sinterungstemperatur zu absorbieren, und dieser Vorgang trägt dazu bei, die Sprödigkeit der Legierung zu vermehren. Die Grobkörnigkeit des Gefüges hat dieselbe Ursache und ist von der Zeit, bei der die Hartmetallegierung mit ihrer Sinterungstemperatur erhitzt wird, abhängig.

Ein Verfahren zur Herstellung dünner Platten aus Hartmetall, die auf beiden Seiten von gleich großen Molybdänplatten eingefaßt werden, ist bereits vorgeschlagen. Es lassen

sich damit dünne Scheiben mit scharfem Schneidrand herstellen. Für die Erzeugung von dünnen Scheiben ohne seitliche Einfassung ist jedoch dieses Verfahren nicht geeignet, '--

Es ist bereits bekannt, homogene Körper aus schwer schmelzbaren Metallen, z. B. Tantal oder Wolfram, dadurch herzustellen, daß das auf beliebigem Wege hergestellte Metallpulver durch Zusammenpressen oder Zusammensintern zu einem hinreichend festen Körper vereinigt wird und darauf durch Hindurchleiten eines elektrischen Stromes im Vakuum oder in indifferenter Umgebung bis zum Schmelzen erhitzt wird. -Es kann auch während des Erhitzens auf das Pulver Druck ausgeübt werden. Es ist auch bekannt, dünne Metallkörper mit sehr feinem Gefüge dadurch herzustellen, daß Carbonylverbindungen z. B.

von Eisen, Nickel, Kobalt, Chrom und Molybdän, gegebenenfalls unter Zusatz von Metallpulver und anderen anorganischen Stoffen, einem Sinterprozeß unterworfen werden und die dadurch erhaltenen Körper noch einer Walzbehandlung zu unterziehen. Die nach dem bekannten Verfahren gewonnenen Metallkörper sind jedoch für die Herstellung von dünnen Schneidscheiben nicht geeignet, da sie zu spröde sind.

Erfindungsgemäß sollen sehr dünne, zähe, harte, gleichmäßig feingekörnte, scheibenförmige Werkzeuge aus Hartmetallegierungen auf dem Sinterwege unter gleichzeitiger Anwendung von Druck im Vakuum oder in einer inerten Atmosphäre dadurch hergestellt werden, daß abwechselnde Schichten von kohlehaltigen Trennlagen und Schichten von pulverisierten Ausgangsbestandteilen von Hartmetall in einer elektrisch nicht leitenden Form, insbesondere aus Hartglas,, erhitzt werden.

Die für die Herstellung der dünnen Plättchen dienende, bereits vorgeschlagene Einrichtung ist auf den Abb. 1 bis 4 der Zeich-~ nung dargestellt.

In Abb. ι ist mit 1 ein Behälter bezeichnet, der von einem abnehmbaren Deckel 2 und von einer Grundplatte 3 abgeschlossen wird. In der letzteren ist ein mit Gewinde versehener Stöpsel 4 angebracht mit einer zentrischen Bohrung 5, die in eine Kreuzbohrung 6 und 7 der angeschraubten Muffe 8 übergeht. Der Deckel 2 ist in der Mitte mit einer Buchse 9 versehen, die zur Führung eines beweglichen Stabes 10 dient. Der Stab 10 besitzt an seinem unteren Ende eine Muffe 10' und trägt an seinem oberen Ende eine kleine Metallplatte 11, die durch eine Verlängerung 12 gehalten wird. Die Platte 1I₁ ist mit dem Deckel 2 60· durch einen elastischen Balg 13 verbunden. In dem Deckel 2 sind innerhalb des Balges 13 eine Anzahl Bohrungen 14 zum Ausgleich der Drücke in dem Balg 13 und dem Behälter 1 vorgesehen.

Auf die Platte 11 kann durch einen Hebel 15, der an einer Säule 16 gelagert ist, über ein Verbindungsstück 17 Druck evtl. durch ein angehängtes (nicht gezeichnetes) Gewicht ausgeübt werden.

Für die Herstellung von kleinen Schneidscheiben mit einem Durchmesser von etwa 4 mm wird ein Hartglasrohr 18 als Form verwendet, dessen Innendurchmesser dem Durchmesser der herzustellenden Scheibe entspricht und desjen Wandstärke etwa 3 mm oder mehr und dessen Länge etwa 100 mm oder weniger betragen kann. In beide Enden der Form 18 sind Kolben 19 und 20 aus Stahl oder einem anderen geeigneten Metall eingeschoben, die etwa 50 mm lang sind und eine Bohrung 21 bzw. 22 besitzen. Diese axialen Bohrungen haben "etwa die halbe Länge der Kolben und dienen zur Aufnahme -eines durchgehenden Stiftes 23 von etwa 0,75 min-©"-aus Quarz oder Graphit.

Nachdem zunächst der untere Kolben 20 etwa 12 mm in die Glasform 18 hineingeschoben und darauf der Graphitstift 23 in die Bohrung 22 des Kolbens gesteckt ist, wird eine dünne Graphitscheibe 24 mit einer dem Durchmesser des Stiftes 23 entsprechenden zentrischen Bohrung auf das obere Ende des Kolbens 20 gelegt. Darauf wird eine gepulverte Mischung 25, bestehend aus etwa 13 °/₀ Kobalt und etwa 87 °/₀ Wolframcarbid· in einer Menge, die einer Scheibe von etwa 0,4 mm Stärke und 4 mm Durchmesser entspricht, abgewogen und auf die Graphitscheibe 24 gestreut. Das Pulvermaterial wird mit Hilfe ^r eines (nicht gezeichneten) langen Rohres pläniert, das etwa den Durchmesser der Scheibe 24 hat und eine dem Stift 23 entsprechende Bohrung trägt. Danach werden abwechselnd Lagen von Graphitscheiben 24 und Pulvermaterial 25" hinzugefügt und-mit dem Röhr in gleicher Weise, wie beschrieben, planiert, bis die Form gefüllt ist. Sodann wird der obere Kolben 19 eingeführt und die Form in den Behälter 1 zwischen die Muffen 8 und iö' eingefügt. Diese Muffen sind mit einstellbaren Buchsen 26 und 27 (Abb. 3 und 4) versehen, die die freien Enden der Kolben 19 und 20 aufnehmen und ihre Achsen ausrichten.

Nach dem Einsetzen der Form 18 wird der Behälter 1 mit Wasserstoff ausgespült, der durch die öffnung £ zugeführt wird.- Nach Abschluß der Wasserstoffzufuhr wird der Behälter durch eine (nicht gezeigte) Pumpe evakuiert, die an den Stöpsel 4 angeschlossen ist. Nach Erreichung des gewünschten Vakuums wird ein elektrischer Stromkreis, der mit dem' Stöpsel 4 und dem Teil 12 verbunden ist, ein- '

gesehaäfet". Dieser-"Strom' mu®."eine-geMgende Siärke "besitzen"·; "um <iie'.IveSBcMeä%nen^! tagen ν-" de's'PülvermaferialsSMf ihre Sinterungstempei-ätur-zu'erhitzend'■■■ Mäch der Erhitzung, die sehr rasch vonstatten geht,-¹? drückt' der'. Kolbenng^i] fas -Pulvermaterial'zu einer harten, zähen'"Metallverbind'ung^;-^;zusanimen₎- dig^xäine ■■'·■ einheifl'ich feine Körnttng,'äüfweist ün<i--sehr gü-tiangesclili-ffen we'nten'-känn." r "_^: _r-."-}

ίο Die' Verwendung von· "Glas "für den.'Mantel des Gefäßes i-üfld die Form i8 gestattet, -den Vorgang zu beobachten,- Nach Einschalten des Stromes werden die Graphitscheiben in der Form bis zur Weißglut erhitzt. Inzwisehen sind auch die Schichten aus pulverisiertem Wolframcarbid und Kobalt, teilweise durch die Ausstrahlung der Graphitscheiben, teilweise durch den elektrischen Strom, der durch das Pulvermaterial hindurchgeht, auf ihre Sinterungstemperatur erwärmt. In dem Augenblick, in dem die einzelnen Schichten des Pulvermaterials diese Temperatur erreicht haben, wird jede Schicht auf etwa die Hälfte ihrer ursprünglichen Stärke in Bruchteilen von einer Sekunde zusammengedrückt. ■ Der Stromkreis wird dann geöffnet und Wasserstoffgas in den Behälter 1 eingeführt. Die Form 18 und die Kolben 19 und 20 werden darauf aus dem Behälter entfernt und die noch heiße Form in Wasser getaucht, wobei sie zerspringt und die gepreßten Scheiben entfernt werden können.

Für gewöhnlich genügt der Überdruck der Atmosphäre gegenüber dem Vakuum des Behälters 1 allein, um das Pulvermaterial auf die gewünschte Stärke zusammenzudrücken. Dieser Drude kann jedoch auch durch den Hebel 15 verstärkt werden. Der Stromdurchgang kann auch, wie bereits vorgeschlagen, durch eine Reguliervorrichtung 28, die an dem äußeren Ende des Hebels 15 angebracht ist, geregelt werden.

Da die Form 18 Elektrizität nicht leitet und somit nicht sehr warm wird, kann ein ziemlich hoher Druck angewendet werden. Da- außerdem das Pulvermaterial während einer ungewöhnlich kurzen Zeit, etwa ^oo bis ¹ZeOo der sonst üblichen Zeit, erhitzt wird, bietet sich praktisch keine Möglichkeit, daß die Korngröße des gepreßten Materials zunimmt oder das Kobalt von den Kohlenstoffscheiben absorbiert wird. Es ergibt sich vielmehr ein sehr hartes, zähes und gleichmäßig feingekörntes Material, das zu einem scharfen Schneidrand verarbeitet werden kann.

Die so hergestellten Scheiben haben eine Härte von etwa 90 bis 92 auf der Rockwell-A-Skala. Das Anschärfen der Scheiben kann für gewöhnlich nicht mit normalen Schleifvorrichtungen vorgenommen werden, sondern es sind besondere Schleifscheiben --aus" einei"

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' Anstatt die einzelnen Scheiben'25· des PuI- ;Ve.r.materials für jede Scheibe abzuwiegen, kann man auch eine geeignete Mischung aus Wolframcarbid, Kobalt und einem Bindemittel, z. B. Stärkekleister, in Form eines Rohres gepreßt werden. Der Kleister wird dann durch. Erhitzen in Wasserstoff entfernt,

■ und darauif werden geeignete Längen des Rohres abgeschnitten und evtl. durch zwischengelegtes Papier voneinander getrennt. Das Papier wird dann durch den elektrischen Strom, der durch den Graphitstift 23 hindurchgeleitet wird, verkohlt und ersetzt damit die Graphitscheiben.

Es können auch aus einer Mischung von Diamantstaub, Wolframcarbid und einem Bindemittel dünne Scheiben von etwa 1,6 mm Stärke und 12 mm -©" unter Druck gesintert werden. Die Festigkeit eines derartigen Materials ist nicht so groß wie die einer Legierung mit Wolframcarbid als Hauptbestandteil. Sie kann aber noch durch Hinzufügen von kleinen Molybdändrähten erhöht werden. Diese Drähte können in einer Stärke von etwa 0,25 mm und in einer Form der Buchstaben C oder O mit einem Durchmesser von etwa 0,8 mm Verwendung finden. Das Hinzufügen von etwa 2 Gewichtsprozent von diesen Drähten zu einer " Legierung von Wolframcarbid und Diamantenstaub gibt eine ausreichende Festigkeit, um den Beanspruchungen beim" Schneiden harter Stoffe, z. B. von Saphiren, zu widerstehen, wobei sich ein feinerer Schnitt und eine größere Geschwindigkeit als mit den bisher üblichen Sägen erzielen läßt. Die Molybdändrähte verstärken das gepreßte Pulvermaterial etwa in gleicher Weise wie Eiseneinlagen den Beton.

Die Erfindung ist nicht nur auf die angeführten Hartmetallegierungen beschränkt, sondern es können auch Mischungen aus Tantalcarbid oder Columbiumcarbid, allein oder in Verbindung miteinander, mit geeigneten Bindemitteln, bestehend aus einem oder mehreren Metallen oder Metallverbindungen, verwendet werden.

Claims

Patentansprüche:

i. Verfahren zur Herstellung von sehr dünnen, scheibenförmigen Werkzeugen aus v... ?--Hartmetellegierungen auf dem Sinterwege

unter gleichzeitiger Anwendung von Druck im Vakuum oder in einer inerten Atmosphäre, dadurch gekennzeichnet, daß abwechselnde Schichten von kohlehaltigen Trennlagen (24) und Schichten von Rulverisierten Ausgangsbestandteilen von Hartmetall (25) in einer elektrisch nicht leitenden Form, insbesondere aus Hartglas, erhitzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennlagen und Pulverschichten eine zentrische Bohrung besitzen, durch die ein Stab (23) aus Quarz oder Graphit hindurchragt, der seinerseits in Bohrungen (21, 22) der die Form (18) abschließenden Metallkolben (19,20) steckt·.
3. Nach dem Verfahren gemäß Anspruch ι und 2 hergestelltes scheibenförmiges Werkzeug aus einer Hartmetall- ao legierung, dadurch gekennzeichnet, daß in das Werkzeug Verstärkungsdrähte, insbesondere Molybdändrähte, in Häkchen- oder Ringform eingebettet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen