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Verfahren zur Herstellung harter, zäher Legierungen Die vorliegende
Erfindung betrifft an sich bekannte Hartmetallegierungen, die im allgemeinen aus
einem Carbid. eines Elementes der sechsten Gruppe des periodischen Systems, beispielsweise
Wolframcarbid, und einem Hilfs- oder Bindemetall der Eisengruppe, beispielsweise
Kobalt, bestehen. Man mischt gewöhnlich das pulverförmige Carbid und das ebenfalls
pulverförmige Kobalt, preßt das Gemisch in eine gewünschte Form unter hohem Druck
und erhitzt den Formling bis zur Sintertemperatur.
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Es ist bereits ein Verfahren vorgeschlagen worden, nach dem eine Mischung
aus Carbiden von Elementen der sechsten Grüppe des periodischen Systems und einem
Hilfsmetall oder Metalloid mit niedrigerem Schmelzpunkt zunächst geschmolzen, darauf
die entstandene Legierung pulverisiert und sodann bei Temperaturen von etwa 220o
bis 240o° C gesintert wird.
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Erfindungsgemäß läßt sich unter Ver-,yendung von geringeren Temperaturen
als in dein vorher erwähnten Verfahren ein verbessertes Produkt erhalten, das eine
sehr feinkörnige Struktur und große Dichte besitzt. I-in nach diesem Verfahren hergestellter
Werkstoff ist eine harte, zähe Sinterlegierung, die sieh nicht nur vorteilhaft für
Schneid-Werkzeuge oder Zieheisen verwenden läßt, sondern auch für besondere Werkzeuge
als Grundkörper für einen Diamantzusatz sowie zur Herstellung von festen und harten
Stäben oder Drähten mit geringem Durchmesser geeignet ist.
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Erfindungsgemäß wird ein gepulvertes Carbid eines Elementes der sechsten
Gruppe, z. B. Wolframcarbid, mit einem Metall der Eisengruppe, beispielsweise Kobalt,
in geeignetem Mengenverhältnis miteinander gemischt und unter Druck und Erhitzen
bis zur Sintertemperatur zu einer dichten, festen Masse verwandelt, die eine sehr
harte, feste und zähe iHetallegierung darstellt. Das so gebildete Sinterungsprodukt
.wird hierauf zerkleinert, z. B. gemahlen oder gebrochen, zu Teilchen, die die ungefähre
Größe von Weizenkörnern besitzen; zu diesem Zwecke hat sich ein Druck von etwa 25
t/cm= als geeignet erwiesen. Das gemahlene Produkt wird zu einem solchen Feinheitsgrad
pulverisiert, daß es auf Alkohol ungefähr 5 Minuten schwimmt, hierauf in eine geeignete
Form gepreßt und bei einer Temperatur von etwa 138o° C zum zweiten Male gesintert.
Dieses Preß- und wiederholte Sinterungsverfahren kann man nach Belieben entweder
nacheinander oder gleichzeitig ausführen. Wird das
Produkt unter
gleichzeitiger Anwendung von Hitze und Druck hergestellt, so hat sich ein Druck
von etwa 300 kg(cm' für einige @finuten und eine Sintertemperatur von etwa
i.loo' C als geeignet erwiesen. Dabei erhält man sehr befriedigende Resultate mit
einem Pulvergemisch, das aus etwa 87 °1o Wolframcarbid und 13 °/o Kobalt besteht.
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Es ist natürlich höchst wünschenswert, N-erunreinigungen des pulverisierten
Gemisches durch irgendeinen Fremdstoff zu verhindern. Das bis zur Korngröße zerkleinerte,
gesinterte Material sollte deshalb im Mörser mit dem Pistill gepulvert werden, die
beide aus sehr hartem Material, beispielsweise einer gesinterten Wolframcarbi d-Kobalt-Leg
ierung, bestehen; man* kann das gesinterte Material auch in einer Kugelmühle pulverisieren,
die ebenfalls mit einer gesinterten Wolframcarbid-Kobalt-Legi.erung gefüttert ist
und wobei man als Kugeln verhältnismäßig große Stücke, die aus der gleichen Legierung
hergestellt sind, verwendet. Der Werkstoff, der nach diesem verbesserten Verfahren
hergestellt ist, 4esitzt ein helles, glänzendes Aussehen, und seine Konstruktur
ist von großer Feinheit; selbst bei einer etwa 450fachen Vergrößerung sind keine
Poren oder Hohlräume im Gefüge zu beobachten. Ein pulverisierter, gesinterter Werkstoff,
der gepreßt und hierauf ein -zweites Mal gesintert wird, zeigt .nach der Härteskala
C von Rockwell bei einer Belastung von etwa 6o kg etwa 8; bis 9i Härte-Cr grade.
Während eine aus Wolframcarbid und Kobalt bestehende wiederholt gesinterte Legierung
einen sehr erwünschten Wcrkstoft für Schneidwerkzeuge ergibt, wurde gefunden, daß
dieser Werkstoff sich auch ganz besonders eignet als Einbettungsmaterial für sehr
feines Diainantpulver bei der Herstellung von Schneid- oder Schleifwerkzeugen.
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Es ist bereits vorgeschlagen, Schneid- oder Schleifwerkzeuge aus einem
Werkstoff herzustellen, der aus Wolframcarbid, Kobalt und Diainantstaub besteht.
Bei der Herstellung solcher Werkzeuge wurde gewöhnlich Diamantstaub, der ein d.o-1)is-ioo-2#laschen-Sieb
passiert, verwendet, (la bisher bei dessen Verwendung bessere Bohrer erhalten wurden
als mit äußerst feinem Diainantstaub, z. B. vorn lieinheitsgrad G, Gier handelsüblich
als die feinste Form von Diainantstaub gilt.
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Es wurde jedoch gefunden, daß, wenn ein hartes, zähes Material aus
gesintertem Wolframcarbid und Kobalt so pulverisiert wird, daß (las Pulver die fünfminutige
Sch«-initnprobe aushält, dieses sich finit sehr feinem Dianiantstaub, z. 13. vom
heinheitsgrad G, vermengen läßt. Diese Mischung wird hierauf in eine Form gepreßt
und bis zur Sintertemperatur erhitzt. Das gemischte Material kann auch gepreßt und
hierauf geentert «-erden, obgleich in vorteilhafter Weise das fressen und Sintern
am besten gleichzeitig erfolgt. In letzterem Falle werden zweckmäßig, wie durch
Versuche festgestellt, ein Druck von etwa 28o bis 3oo kg/cm=2 für die Dauer von
i Minute und eine Temperatur von etwa iooo' C, jedenfalls aber unter 1400' C, angewendet.
Der so erhaltene Werkstoff ist fester und härter als ein solcher, der bei Verwendung
von gröberem Diamantstaub erhalten wird; er besitzt einen glatten, einheitlichen
Bruch, ist selbst in Salpetersäure und Flußsäure praktisch unlöslich und läßt sich
in geeigneter Weise zur Herstellung von Werkzeugen, Bohrern oder Ziehsteinen verwenden.
Das Mischungsverhältnis der Ausgangsstoffe, die zur Herstellung der Legierung verwendet
werden, kann etwa 31/= V olumteile Wolframcarbid und Kobalt zu i Volumteil Diamantstaub
betragen, oder in atiderenZ@Torten: etwa i Gewichtsteil Diamantstaub zu io bis
13 Gewichtsteilen der Wolfranicarbid-Kobalt-L egierung. In dieser Zusarninensetzung
hat der Diamantstaub ani ähernd denselben Feinheitsgrad wie die geu, Z, Z,
pulverte
und gesinterte Wolfranicarbi(1-Kobalt-Legierung. Eine wiederholt gesinterte Hartmetalllegierung
aus Wolframcarbid und Kobalt kann in vorteilhafter Weise verwendet werden zur Herstellung
von verhältnismäßig kleinen Stäben oder Drähten, beispielsweise von solchen, die
im Durchmesser von einigen hundertstel hlilliinetern bis zu etwa 3 Milliinetern
schwanken. Bei der Herstellung solcher Stiil)e wird die gesinterte Legierung aus
Wolframcarbid und Kobalt in gepulvertem Zustande in eine Ouarzröhre von geeignetem
Durchmesser gebracht und durch Stempel aus Wolfram oder Molybdän gepreßt, die zugleich
in an sich bekannter `'eise als Stromleiter benutzt «-erden. Der hierbei angewendete
Druck kann sehr gering sein, beispielsweise nur i 1,:g/cm=. Bei der Verwendung eines
Heizstromes von etwa 75 Amp. und etwa a bis .6 Volt Spannung ist der SInterungs\-organg
schon nach wenigen Sekunden beendet. Stäbe oder Drähte, C111. auf diese Weise aus
der gesinterten Wolfranicarbid-Kobalt-Legierung hergestellt sind, sind sehr hart,
in keiner Weise poriis und kiinnen zur Herstellung %-on Nadeln zur Aufnahme Lind
Wiedergab(: von Schallplatten verwendet werden.
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1?in in der oben beschriebenen Weise hergestellter 1)1-<111t o.
dgl. aus Pulver, das nicht vorher gesintert wurde, ist etwas porös, offenbar, weil
während des Sinterungsvorganges
sich Gas entwickelt, das in Form
mikroskopisch kleiner Bläschen während der kurzen Sinterungsdauer nicht entweichen
kann. Wo gesintertes, gepulvertes Material verwendet wird, entwickelt sich beim
wiederholten Sintern und Pressen auch kein Gas. Dies bedeutet einen weiteren Vorteil
in der Anwendung des gesinterten, pulverisierten Werkstoffes bei der Herstellung
von Drähten im Hinblick auf die Tatsache, daß es bei Verwendung einer nicht gesinterten,
pulverisierten Wolframcarbid-Kobalt-Mischung sehr schwer ist; den elektrischen Strom
durch den verhältnismäßig kleinen Durchmesser des in der Quarzröhre vorhandenen
gepulverten i11aterials zu schicken. Der Widerstand unter solchen Bedingungen beträgt
einige Megolim, wobei das Metallpulver auf eine Länge von 2;5 eni und etwa il/,
tim im Durchmesser zusaminengepreßt ist. Durch spezielle Behandlung ist es möglich,
diesen Widerstand auf etwa 200 Ohm zu reduzieren; hierbei wird jedoch der elektrische
Kontakt unzuverlässig und ungleich. Wird dagegen gesintertes, gepulvertes Material
dazu verwendet, so ist der Widerstand verhältnismäßig gering; z. B. etwa ein Ohm,
und der elektrische Kontakt ist dabei gesichert.
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Der zur Herstellung von kleinen Drähten oder Stäben bereits oben beschriebene
Prozeß aus wiederholt gesintertem Wolframcarbid-Kobalt-Hartmetall kann - in vorteilhafter
Weise zur Herstellung von kleinen Bohrern u. dgl. verwendet werden, deren Köpfe
aus Wolframcarbid und Kobalt, gemischt mit Diamantstaub, bestehen. Beispielsweise
kann ein feiner Diamantstaub mit einer gesinterten Hartmetallegierung in dem obengenannten
Mengenverhältnis gemischt und hierauf in eine Ouarzröhre von geeignetem Durchmesser
eingebracht werden. Mit Wolfram= oder vorzugsweise Molybdänstempeln wird ein geringer
Druck auf die gepulverten Ausgangsstoffe ausgeübt, während man einen Strom von etwa
75 Amp. und etwa 4 bis 6 Volt für einige Sekunden auf das gepulverte Metall zwecks
wiederholter Sinterung einwirken läßt. Während dieser zweiten Sinterung verbindet
sich das finit Diamantstaub vermischte Material mit den Molybdänstempeln. Der aus
dein wiederholt gesinterten tVerkstoff hergestellte Stab kann- in der 'Mitte geteilt
und in vorteilhafter Weise zur Herstellung von zwei Bohrern verwendet werden, wobei
auf diese Weise der Bohrkopf oder die schneidenden Teile desselben aus einer wiederholt
gesinterten Wolfraincarbid-Kobalt-Legierung bestehen, die mit feinen Diamantteilchen
durchsetzt ist.