-
Verfahren zur Herstellung von Werkzeugen aus harten Pulvern Hartmetalle
bestehen im wesentlichen aus Wolframcarbid oder ähnlichen harten Carbiden hochschmelzender
Metalle mit oder ohne Zusatz niedriger schmelzender Metalle, wie Kobalt, Nickel
und Eisen. Ursprünglich wurden Hartmetallegierungen vorwiegend durch Schmelzen hergestellt,
dabei hatte man die genaue Bemessung des Kohlenstoffgehaltes nicht genügend in der
Hand; namentlich aber erwiesen sich die geschmolzenen und gegossenen Hartmetalle
für die meisten Ver-%veildungszwecke als nicht zäh genug. Weiterhin hat man Hartmetallwerkzeuge
aus harten Metallcarbiden durch Sinterung hergestellt und später die gesinterten
Hartmetalle dadurch verbessert, daß man ihre Poren durch Einsaugenlassen niedriger
schipelzender Metalle, wie. Eisen, Nickel oder Kobalt, verringert und dadurch die
Zähigkeit erhöht hat. Ferner hat man zur Herstellung von Hartmetallen Metallcarbide
in Pulverform mit Pulvern der Metalle Eisen, Nickel oder Kobalt gemischt, gepreßt
und gesintert und damit Werkzeuge von erheblich höherer Zähigkeit erhalten, die
späterhin noch weiter dadurch verbessert wurden, daß man die Sinterung unter Druck
vornahm.
-
Man hat so Werkzeuge erhalten, die hohe Härte mit hoher Zähigkeit
vereinigen. Auch die Porosität der Werkzeuge ist bei diesem Herstellungsverfahren
weitgehend vermindert; makroskopische Poren sind meist überhaupt nicht mehr festzustellen,
nur mikroskopische oder vielleicht sogar submikroskopische Poren sind auch nach
dem letztgenannten Herstellungsverfahren nicht mit Sicherheit auszuschließen. Ferner
ist es nicht mit voller Sicherheit möglich, die maximal erreichbare Härte mit der
maximal erreichbaren Zähigkeit zu vereinigen. Ist nämlich das Metallcarbid in geringem
_überschuß und etwas zu wenig von dem gewissermaßen als Bindemittel zugesetzten
niedrigschmelzenden Metallpulver vorhanden, so wird die größtmögliche Härte ei#zielt,
aber die Zähigkeit bleibt unter dem maximal erreichbaren Wert. Ist andererseits
das als Bindemittel verwendete weichere niedriger schmelzende Metallpulver geringfügig
im überschuß, so wird zwar die Zähigkeit besonders hoch, aber die Härte undVerschleißfestigkeit
erreichen nicht den maximal erreichbaren Wert.
-
Das nachfolgend beschriebene Verfahren soll hier eine Verbesserung
bewirken, indem dafür gesorgt wird, daß in dem fertigen Werkzeug genau so viel als
Bindemittel dienendes niedriger schmelzendes Metall vorhanden ist, daß gerade die
Zwischenräume zwischen den dichtest gepackten Carbidpartikeln ausgefüllt werden,
ein überschuß aber mit Sicherheit vermieden wird. Dadurch wird sichergestellt, daß
die harten Carbidpartikel wirklich in dichtester Packung vorhanden sind.
Zur
Erreichung dieses Zieles wird in ähnlicher Weise vorgegangen, wie man dies früher
bei der Herstellung von zahnärztlichen Amalgamfüllungen getan hat. Man hat dabei
Metallpulver oder Legierungspulver riiit Quecksilber zusammengeknetet, bis eine
plastische Mässe entstand und aus dieser plastischen Masse nachträglich den Überschuß
an Quecksilber ausgepreßt. In analoger Weise wird hier ein Carbidpulver (z. B. Wolframcarbid,
Molybdäncarbid, Tantalcarbid, Borcarbid oder andere harte Pulver, wie Tantalborid,
Wolframsilicid usw.) als feines Pulver mit einem Überschuß eines Pulvers aus einem
niedriger schmelzenden Metall (z. B. Kobaltpulver, Nickelpulver, Eisenpulver, Molybdänpulver
o. dgl.) gemischt und gepreßt. Diese Preßlinge werden entweder als solche oder nach
vorausgegangenem Sintern bis zu Temperaturen, die unter dem Schmelzpunkt des Zusatzmetalls
liegen, unter Druck auf eine Temperatur erhitzt, die über dem Schmelzpunkt des Zusatzmetalls
liegt und dabei unter der Einwirkung dieses Druckes ein Überschuß an Zusatzmetall
ausgepreßt, so daß die Cärbidpartikelchen bis zur dichtesten Pakkung komprimiert
werden und nur die absolut notwendige Menge Zusatzmetall in dem fertigen Stück verbleibt.
Als Zusatzmetalle können an Stelle reiner Metalle auch pulverförmige Legierungen
von entsprechenden mechanischen Eigenschaften, beispielsweise hoher Streckgrenze;
Dauerstandsfestigkeit, hoher Verschleißfestigkeit oder auch Legierungen verwendet
werden, deren mechanische Eigenschaften in an sich bekannter Weise durch thermische
Vergütung verbessert werden können: Bei dem beschriebenen Herstellungsverfahren,
bei dem eine Erhitzung unter Druck bis über den Schmelzpunkt des Zusatzmetalies
erfolgt, wird das Zusatzmetall nicht lediglich als Bindemittel, sondern ;mehr nach
Art eines Lötmittels verwendet, indem unter den geschilderten Bedingungen die einzelnen
Carbidpartikelchen sich oberflächlich bis zu einer minimalen Schichtdicke mit dem
Zusatzmetall oder der Zusatzlegierung legieren können und dadurch ein Übergangsgefüge
geschaffen wird, das erhöhend auf Festigkeit und Zähigkeit -wirkt. Da die Behandlung
bei einer Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur der Zusatzlegierung unter Druck
erfolgt, werden durch diese Lötwirkung besonders die Punkte beeinflußt, an denen
sich die einzelnen Carbidpartikel berühren, so daß an diesen Stellen unter der Einwirkung
des Druckes eine Legierungsbildung leichter erfolgt und dadurch eine Verformung
bzw. Abtragung der Carbidpartikel an den Berührungspunkten eintritt, die eine noch
dichtere Packung der Carbidpartikel bewirkt. Es wird so erreicht, daß in einem gegebenen
Volumen eine größere Menge von Carbid untergebracht werden kann, als es möglich
wäre, wenn das Carbid Ohne das Zusatzmetall bei der gleichen Tempg,-atur unter Druck
gesintert würde.
-
Das Herauspressen eines Bestandteiles bei einer Temperatur oberhalb
des Schmelzpunktes des Zusatzmetalls: ist etwas gänzlich anderes als ein beim Pressen
von Gemischen von Metallpulvern im plastischen Zustand gelegentlich beobachtetes
Hochsteigen des Werkstoffes in der Form. Bei Anwendung von Druck und Temperatur
im Gebiete des plastischen Zustandes von Werkstoffen läuft nicht ein einzelner Bestandteil
des eingesetzten Gemisches fort, sondern, der in der Form hochsteigende Anteil besitzt
im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung wie die gesamte Masse. Bei dem Auspressen
gemäß der Erfindung wird dagegen aus einer teigigen Masse, d. h. einer Masse, die
teils fest und teils verflüssigt ist, ein Bestandteil vorwiegend heraüsgepreßt,
so daß die Grundmasse sich in ihrer Zusammensetzung ändert und auch der herausgepreßte
Anteil in seiner Zusammensetzung von der ursprünglich eingesetzten Zusammensetzung
abweicht.
-
Es ist zwar schon früher beobachtet worden, daß sich Teile abweichender
Zusammensetzung auspressen, aber es wurde nicht beobachtet, daß der übrigbleibende
andere Anteil nach dein Auspressen ein Werkstoff von überragenden Eigenschaften
ist.
-
Durch die Wahl zusammengehöriger Werte von Druck und Temperatur hat
man es außerdem bei dem Verfahren nach der Erfindung in der Hand, die Struktur des
fertigem Stückes noch weitgehend zu beeinflussen, in.-dem man beispielsweise zunächst
bei verhältnismäßig hoher Temperatur und niedrigem Druck den Hauptüberschuß des
Zusatzmetalls auspreßt und erst dann durch Drucksteigerung auf dichteste Packung
unter Verformung der einzelnen Carbidpartikelchen hinzielt, oder indem man zunächst
bei einer Temperatur möglichst dicht oberhalb des Schmelzpunktes des Zusatzmetalls
unter starkem Druck das Zusatzmetall möglichst vollständig auspreßt und erst dann
unter Steigerung der Temperatur die einzelnen Carbidpartikelchen namentlich an ihren
Berührungspunkten mit dem Zusatzmetall anlegiert und dadurch ein homogeneres Gefüge
erreicht.
-
Um zu vermeiden, daß die durch Pressen und nachfolgendes Sintern bei
niedrigerer Temperatur gebildeten Rohkörper bei der Erhitzung unter Druck auf eine
Temperatur über dem Schmelzpunkt des Zusatzmetalls i zerquetscht werden, kann man
das Drücken entweder in geschlossenen Formen vornehtuen,
die beispielsweise
aus Wolfram oder Wolfrarncarbid öder auch aus Kohle bestehen können. Man kann aber
auch das Erhitzen unter Druck auf Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes des Zusatzmetalls
zwischen zwei Preßflächen vornehmen und den zu pressenden Teil samt den Preßköpfen
mit einem Pulver umhüllen, das beispielsweise aus Ruß oder Kohlepulver oder aus
Magnesiumoxyd, Zirkonoxyd o. dgl. bestehen kann, und dieses Pulver für sich unter
Druck setzen, so daß der herzustellende Körper außer dem Druck der Preßorgane in
der Preßrichtung noch unter allseitigem Druck des umgebenden Pulvers steht. Schließlich
ist es auch möglich. den allseitigen Druck durch ein niedriger schmelzendes Metall
zu bewirken, das sich mit dem Carbid nicht zu legieren vermag und auch nicht zur
Legierungsbildung mit dem Zusatzmetall befähigt ist oder aber zwar nicht zur Legierungsbildung
mit dem Carbid, wohl aber zur Legierungsbildung mit dein Zusatzmetall befähigt ist,
so daß es den ausgepreßten überschuß des letzteren aufzunehmen oder zu lösen vermag.