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Verfahren zur Herstellung harter Metallegierungen Der unter der Bezeichnung
Hartmetall in erster Linie für die Verwendung an Schneid-und Ziehwerkzeugen bekannte
Werkstoff besteht entweder aus einem Gemenge oder aus einer Legierung von Carbiden
schwer schmelzender Metalle, wie beispielsweise desWolframs und Molybdäns. Sowohl
bei dem durch Sintern als auch bei dem durch Schmelzen und Legieren erzeugten Hartmetall
hat man bisher als Träger der Härte das Carbid angesprochen und aus diesem Grunde
in beiden Fällen einen ganz bestimmten Kohlenstoffgehalt im Ausgangsmaterial eingehalten.
So enthält eines der bekanntesten Sintermetalle beispielsweise Kohlenstoffgehalte
von 3 bis 7 °fo und eine ebenfalls bekannte Schmelzlegierung einen genau abgestimmten
C-Gehalt von 3 bis ¢l/2 °/o. Bei den Sintermetallen hat man überdies, entsprechend
der Eigenart eines solchen unhomogenen Gemenges, größte Sorgfalt auf die richtige
Auswahl eines leicht sinternden Bettungs- oder Hilfsmetalls zu legen, bei den über
den Schmelzfluß erzeugten Legierungen dagegen glaubt man durch Schmelzen im Vakuum
und Zugabe desoxydierender Stoffe eine Handhabe für die Erzeugung eines dichten
und harten Metalls zu haben.
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Wenn auch unter Beachtung aller dieser Maßnahmen es gelungen ist,
einen Werkstoff großer Härte herzustellen, so bleiben die Maßnahmen selbst doch
immer nur künstliche Hilfsmittel, mit denen der Aufbau der Hartmetalle unnatürlich
und nicht organisch wird. Die Erfindung geht demgegenüber von der Erkenntnis aus,
daß sich die Vereinigung schwer schmelzbarer Metalle zu harten Metallkomplexen ohne
oder mit nur geringen Zuschlägen nichtmetallischer oder metalloider Stoffe und die
Vereinigung der harten Metallkomplexe zu einem dichten Hartmetall stets dann erreichen
läßt, wenn der Einsatz beträchtlich über den Schmelzpunkt der Legierungselemente
erhitzt, die homogene Schmelze plötzlich abgekühlt und während der Abkühlung unter
hohem Druck verdichtet wird. Wie es bekannt ist, Eisen- und Kohlenstofflegierungen
geeigneten C-Gehaltes durch schroffes Abschrecken zu härten, so sind auch schon
Wolfram- oder Molybdäncarbidschmelzen zusammen mit dem Schmelztiegel in Eiswasser
abgekühlt worden. Eine gleichzeitige Verdichtung des- Regulus hat dabei aber nicht
stattgefunden.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung kann als Ausgangsstoffe alle bisher
zur Herstellung von Hartmetallen bekannte Metalle und Hilfsmetalle verwenden, sein
Vorzug besteht aber vor allem darin, daß es nicht an die Carbidform dieser Metalle
gebunden ist, sondern daß es auch aus reinen Metallen, wie Molybdän, Vanadin, Titan,
Wolfram,. Verbindungen herstellen kann, die allein oder zu
mehreren
ein homogenes äußerst hartes Werkmetall ergeben. Das Eigenartige und Neue bei dem
Verfahren besteht nun noch darin," daß die bisher getrennt davon bewerkstelligte
Herstellung der reinen Ausgangsmetalle, wie W, Mo, V Ti, aus ihren Oxyden u. dgl.
jetzt zusammen und in einem Arbeitsgang mit der Erschmelzung der Hartmetallegierung
vonstatten geht. Die Ausnutzung der gleichen Hitze zur Reduktion und zum Schmelzen
der Legierungselemente macht das Verfahren in besonderem Maße wirtschaftlich.
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Erfindungsgemäß wird für den Schmelzprozeß als Wärmequelle ein inniges
Gemisch von fein zerteiltem Aluminium mit den Oxyden der später weiter zu legierenden
und verdichtenden Metalle benutzt. Der die zu legierenden Metalle enthaltende Schmelztiegel,
in der Regel ein Kohlenegel, ist genau der Form des aus dem Hartmetall herzustellenden
Werkstückes angepaßt und durch einen dicht schließenden Deckel verschlossen. Diese
mit .den Legierungsmetallen gefüllte Tiegelform wird nun so in eine nach der zu
erzeugenden Wärmemenge bemessene ` Aluminiummetalloxydmenge eingebettet, daß sie
allseitig davon umgeben ist, und das Ganze dann durch eine plastische Masse aus
feuerfestem Material oder aus Lehm ballenförmig zusammengehalten. Zur Einführung
eines der bekannten Zündgemische und für den Abzug .der Schlacke und Gase aus der
Aluminiümmetalloxydmasse sind in der feuerfesten Hülle entsprechende Öffnungen gelassen.
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Das auf diese Weise vorbereitete Verfahren wickelt sich nun in drei
zeitlich zum Teil zusammenfallenden Stufen ab.: Nach der Zündung des Aluminiummetalloxydpulvers
erfolgt zunächst eine rasche und kräftige Reduktion seiner Metalloxyde, wobei die
Metalle selbst zu einer den Kohletiegel einbettenden festen und -undurchdringlichen
Masse zusammengeschmolzen werden. _ Durch die mit der Oxydation des Aluminiums entstehende
hohe Temperatur von über 3000° C und durch die dabei frei werdende große Wärmemenge
wird gleichzeitig der Tiegeleinsatz in kurzer Zeit geschmolzen, hoch überhitzt und
dabei innig legiert. Nach dem Abbrennen des Aluminiummetalloxydpulvers, dessen Menge;
wie beschrieben, sich nach der zum Schmelzen und Überhitzen erforderlichen Wärmemenge
bemißt, wird nun erfindungsgemäß der kompakte und den Kohlenegel einschließende
Metallkörper schroff, abgeschreckt, wobei als Härtebäder Wasser normaler Temperatur,
Eiswasser oder je nach der Härte der zu erzielenden Endlegierung auch andere Bäder
geeignet sind. Bei dieser schroffen Abküh-
lung schwindet und schrumpft jetzt
die die Tiegelform umschließende reduzierte Metallmasse so stark, daß der Kohletiegel
und. das darin befindliche innig legierte Metall während der Abkühlung unter höchsten
Druck gebracht wird. Dadurch .verdichtet es zu einem festen, homogenen und dichten
Hartmetallkörper. Nach seiner Abkühlung wird der den Tiegel umhüllende Metallkörper
zerschlagen und der Kohletiegel mit seinem Inhalt freigelegt. Die aus den später
wieder im Tiegelgefäß zu legierenden ttnd zu verdichtenden Ausgangsmetallen bestehende
Metallhülle kann nun anschließend für den neuen Einsatz gepulvert und 'aufbereitet
werden. Es liegt auch auf der Hand, daß man durch die gleichzeitige Mischung verschiedener
Metalloxyde mit Aluminiumpulver mit dem Verfahren auch eine Art Vorlegierung schaffen
kann, die durch ein anschließendes zweites Schmelzen zu läutern und zu einem hochwertigen
Hartmetall zu verdichten ist. Immer aber ist durch das Verfahren gemäß der Erfindung
ein ungewöhnlich dichtes und homogenes Hartmetall und in einem Arbeitsgang und unter
Ausnutzung der gleichen Hitze in einfacher Weise aus oxydischen Rohstoffen ein reines
und brauchbares Ausgangsprodukt zu schaffen. Das Verfahren läßt es, vor allem infolge
der bei der Abkühlung herrschenden hohen Drucke, auch zu; Metalle zu schmelzen und
zu legieren, die man mit den bisherigen Mitteln noch nicht zu einem brauchbaren
Hartmetall zusammenbringen konnte.