DE654829C - Hartmetallegierung - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 31. DEZEMBER 1937

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

M 654829 KLASSE 40 b GRUPPE

Dr. Wilhelm Müller in Berlin Hartmetallegierung

Patentiert im Deutschen Reiche vom 15. Februar 1930 ab

In Auswertung der wissenschaftlichen Erkenntnisse M ο i s s a η s sind in den letzten Jahrzehnten als Ausgangsmaterialien für besonders widerstandsfähige Werkzeuge, Arbeitsgeräte und Geschosse sog. Hartmetalle oder Schneidmetalle hergestellt worden, die ihre Härte in erster Linie dem Gehalt an Carbiden der Metalle der Chromgruppe, also des Wolframs, Molybdäns, Chroms Und Urans, verdanken. Ohne weitere Zusätze haben diese Kohlenstoffverbindungen z. B. Verwendung gefunden für Ziehsteine und Bohrspitzen, bei denen eine gewisse Sprödigkeit in Kauf genommen werden kann. Um die überragende Härte der genannten Carbide ebenso¹ wie ihre Unempfindlichkeit gegen hohe Temperaturen für spanabhebende Werkzeuge auszunutzen, war es nötig, den Carbiden zur Milderung der Sprödigkeit Zusatzmetalle beizugeben. Als solche wurden verwendet Eisen, Kobalt, Nikkei, Mangan und Titan, und zwar das letztere nur in geringen Mengen. Bisweilen werden diese Zähmetalle den Hartmetallegierungen in einem Umfange, z.B. bis zu 600/0, zugesetzt, daß die eigentlich kennzeichnende Eigenschaft dieser Sonderlegierungen, die Härte, etwas in den Hintergrund tritt und sich wenig von der normaler SchneUdrehstähle unterscheidet. Die Vorzüge diesen gegenüber bestehen dann wesentlich in anderen Eigenschaften, z.B. in hoher Warm- und Verschleißfestigkeit oder chemischer Widerstandsfähigkeit. Das ist z. B. der EaIl bei Hartschneidmetallen, wie Stellkeil, die sich vornehmlich auf dem System Chrom-Wolfram-Kobalt aufhauen.

Gegenstand der Erfindung ist ebenfalls nne Hartlegierung oder eine Gruppe von Hartlegierungen mit den wesentlichen vorbeschriebenen Eigenschaften. Sie gründet sich jedoch nicht, wie die vorbeschriebenen Legierungen, auf Schwermetallcarbide allein, sondern enthält die Berylliumlegierung eines oder mehrerer Metalle der Chro-mgruppe. so daß Beryllium als weitere Härtekomponente dient. Hartlegierungen dieser Art sind bereits vorgeschlagen worden, und zwar aus reinen Wolframcarbid«! mit wenigstens 2,8 0/0 Kohlenstoff und einem Zusatz von Beryllium.

Demgegenüber wird erfindungsgemäß erstmais eine Hartlegierung geschaffen, die einen ganz erheblichen Anteil (über 3 ο o/o) an freiem, nicht an Kohlenstoff gebundenem Wolfram besitzt und im einzelnen aus 2 bis 9.S⁰Jo Beryllium, 0,5 bis 2 0/0 Kohlenstoff und einem Rest aus einem oder mehreren Metallen der Chromgruppe Wolfram, Molybdän, Chrom besteht.

Diese Unterschiede sind deshalb von großer Bedeutung, weil, wie eingehende Untersuchungen gezeigt haben, Beryllium eine außerordentlich vorteilhafte Härtewirkung besitzt, die völlig unabhängig ist von der an sich bekannten Zähigkeit verleihenden Wirkung des Berylliums bei der bekannten Legierung. Diese vorteilhafte Härtewirkung des Berylliums be-

steht darin, daß es zwar nicht so scharf härtet wie der carbidbildende Kohlenstoff, dafür aber den Wolf ramlegierungen, bei Vermeid aller Sprödigkeit, die bei höheren Kö3 stoff gehalten infolge Graphitausscheidung tisch unvermeidlich ist, gleichzeitig ein höhte Zähigkeit verleiht. Zur Härtesteigerurig ist es in allen Fällen vorteilhafter, dien Berylliumanteil zu erhöhen; im allgemeinen soll

ίο dieser mindestens doppelt so groß sein wie der Kohlenstoffgehalt.

Die Erfindung, die auf der Erkenntnis, der selbständigen Härtewirkung des Berylliums auf einen beträchtlichen Anteil an Wolfram beruht, kann in der Weise eine Weiterbildung erfahren, daß bei einem Berylliumgehalt von weniger als 4,5°/o als Hilfsmetalle Metalle der Eisengruppe oder Titan in solcher Menge zugesetzt werden, daß bei entsprechend geringerem Gehalt an Chrommetallen die fertige Legierung nur einen tmtergeordneten Anteil an diesen Hilfsmetallen (5 bis 15 0/0) enthält. Durch diese Beschränkung der Zähmetallgehalte auf geringe Beträge bleibt der erfindungsgemäße Charakter der Legierung gewahrt, da sich die bekannten weichen Doppelcarbide des Systems Wolfram - Kohlenstoff - Hilfsmetalle nicht oder nur in ganz unbeachtlichem Betrage bilden könneu. Diese Weiterbildung des Erfindungsgedankens wird also· nicht berührt durch eine bekannte Wolfram - Kohlenstoff - Beryllium Hilfsmetallegierung, die Zähmetalle in so hohem Betrage enthält, daß in ihr die Doppelcarbide der Systeme Wolfram - Zähmetalle Kohlenstoff wesentlich den Charakter der Legierung bedingen.

Mit dem Berylliumgehalt sollte man auch bei Abwesenheit von Zusatzmetallen (Eisen, Kobalt, Nickel, Mangan, Titan) zweckmäßig nicht über 4,50/0 hinausgehen, wenn die Legierungen eine gewisse Zähigkeit besitzen müssen. Eine weitere Steigerung des Berylliumanteils bis etwa 9 0/0 'erhöht die Härte

4-5 nicht mehr wesentlich und ist nur für solche Materialien angebracht, die z. B. als Ausgangsmetall für Ziehsteine eine gewisse Sprödigkeit besitzen dürfen. Eine Erhöhung über 9,50/0 Beryllium steigert die Härte praktisch überhaupt nicht mehr, hat aber eine fast sprunghafte Zunahme der Sprödigkeit zur Folge.

Wegen der hohen chemischen Aktivität des Berylliums ist die Herstellung der Legierung nach der Erfindung nur unter besonderen Vorsichtsmaßnahmen möglich und stellt sowohl an die Reinheit der Ausgangsstoffe als auch an das Geschick des Metallurgen erheblich größere Ansprüche als z. B. die Herstel- -"■'lung der Schwermetallcarbide. Die hohe Af-■^inität des Berylliums zum Sauerstoff macht ;i$Äi 'yornhferein einschmelzen unter Luftzu- !i^fitt unmöglich.: Wider Erwarten führte je-"'aoch auchydie Herstellung in einer Stickstoffatmosphäre zu schlechten Ergebnissen. Möglicherweise -geht bei den weit über 2000⁰ liegenden Schmelz- bzw. Sintertemperaturen das Beryllium auch mit dem Stickstoff Verbindungen ein, wie es bisher nur mit Sauerstoff bekannt war. Legierungen, die wegen ihres hohen Gehaltes - an Zähmetallen unter 2000⁰ schmelzen bzw. sintern, sind gegen Stickstoff weit weniger empfindlich. Doch empfiehlt sich, auch sie in einer Atmosphäre aus Wasserstoff oder im Vakuum herzustellen.

Zur Herstellung der Hartlegierungen gemäß der Erfindung lassen sich praktisch alle Verfahren verwerten, die zur Erstellung der Schwermetallcarbide Anwendung finden. Bei der Gattierung kann man sowohl von den Elementen ausgehen als auch von einem Gemisch, das z, B. nur die Zähmetalle als Elemente enthält, denen die in einem besonderen Schmelz- oder Sinterprozeß hergestellten Beryllide und gegebenenfalls Carbide zugesetzt sind. Auch können die Zähmetalle als Legierungen mit einem oder mehreren Metallen der Chromgruppe (Ferrochrom) oder mit einem Härtemittel, (FejToberyllium). dem Ausgangsgemisch zugesetzt werden u. ä. m. Ebenso können die Legierungen unter entsprechender Leitung des Erhitzungsprozesses durch Sinterung oder durch Vergießen der völlig niedergeschmolzenen Legierung hergestellt werden.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   ι . Hartmetallegierung für Werkzeuge, Arbeitsgeräte und Geschosse, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem oder mehreren Metallen der Chromgruppe (Wolfram, Molybdän, Chrom), 2 bis 9,5% Beryllium tind o, 5 bis 2 0/0 Kohlenstoff besteht.
2. 2. Hartmetallegierung nach Anspruch 1 i°5 mit weniger als 4,5 0/0 Beryllium, dadurch gekennzeichnet, daß sie 5 bis 15 0/0 Zusatzmetalle der Eisengruppe oder Titan enthält bei entsprechend verringertem Gehalt an Metallen der Chromgruppe, no
3. 3. Hartmetallegierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Beryllium mindestens doppelt so groß ist wie der an Kohlenstoff.