DE720502C - Hartmetallegierung, insbesondere fuer Werkzeuger, und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

• Hartmetallegierung, insbesondere für Werkzeuge, und Verfahren zu ihrer Herstellung Die Erfindung betrifft harte, gesinterte Legierungen, insbesondere für Werkzeuge, und ein Verfahren zur Herstellung dieser Legierungen.
• Es ist bereits bekannt, besonders leistungsfähige harte Werkzeuge aus Karbiden des Wolframs oder Molybdäns herzustellen. Da solche nur aus Karbiden bestehende Werkzeuge zu spröde waren, ist ferner vorgeschlagen worden, dem Wolfram- oder Molybdänkarbi.d Hilfsmetalle in beschränkter Menge zwischen 3 und unter 30 °/a, insbesondere 5 bis 2o'/0, hinzuzufügen und das Ganze durch Hitzebehandlung zu verfestigen..
• Die Hartmetallegierung gemäß :der Erfindung verwendet gleichfalls harte Karbide, denen Hilfsmetalle der bekannten Art in entsprechend beschränkter Menge zwecks Erhöhung der Zähigkeit zugesetzt sind.
• Es ist ferner nicht mehr neu, Werkzeugstücke .dadurch herzustellen, daß man eine beliebige Auswahl unter den Elementen Wolfram, Molybdän, Titan, Bor, Zirkon, @Va=nadium,-Eisen, Nickel traf, die gewählten Bestandteile mit ausreichendem Kohlenstoff mischte und das so erhaltene Gemenge zu solcher Dünnflüssigkeit erschmolz, ,daß es durch einen Kanal unmittelbar in die gewünschte Form abgelassen werden konnte. Das Eisen oder Nickel war als Katalysator zugesetzt und sollte mindestens teilweise während,des Schmelzens verdampfen. Dampften die Zusätze aus, so wurde nur unbrauchbar sprödes Karbid allein erhalten. Blieb ein solcher Zusatz zurück, .dann ging er in .die Reaktion zwischen den zur Karbidbildung bestimmten Elementen und dein anwesenden Kohlenstoff zumindest zum Teil mit ein.
• Die vorliegende Erfindung besteht nun darin, daß in einer harten und zähen, aus Karbiden und entsprechend beschränkter Menge Hilfsmetalle bestehenden Werkzeuglegierung mindestens zwei Karbide in fester Lösung, also homogener Durchdringung als Mischkristalle anwesend sind, die vor der Zugabe der Hilfsmetalle durch -Hitzebehandlung bereitet sind, und zwar vorzugsweise in solchem Mischungsverhältnis, daß sie im Bereich größter Härte liegen.
• Der Begriff .der Mischkristalle und ihrer größten Härte liegt in der Wissenschaff fest. Man spricht von Mischkristallen :dann wenn zwei Stoffe miteinander homogene, feste Lösungen :bilden. Man hat festgestellt, daB solche Lösungen ein Härtemaximum aufweisen, das. vom Mischungsverhältnis der in den Mischkristallen anwesenden Stoffe abhängt. Sind die Stoffe ungefähr gleich hart, dann ergibt sich der Mischkristall größter Härte, wenn :die Stoffe im einfachen atomaren Verhältnis im Mischkristall anwesend sind. Überwiegt ein Stoff den anderen erheblich oder sehr erheblich an Härte, dann verschiebt stich das Verhältnis zugunsten des härteren Stoffes, bleibt aber ganzzahlig, also 3 : i, 2 : i, 3 : 2. Schließlich hat die Wissenschaft festgestellt, daß ein solches Härtemaximum flach ist; spricht darum die Erfindung von dem vorteilhaft härtesten Mischkristall, so fällt darunter der Bereich von etwa 5 bis io0% nach beiden Seiten von dem theoretisch härtesten Mischkristall.
• Diese Lehre der Wissenschaft wird von der Erfindung zur Herstellung harter Werkzeuglegierungen in der Weise angewendet, daß=die Karbide vor der Vermischung mit den Hilfsmetallen in Mischkristalle verwandelt werden. Das notwendige Mischungsverhältnis der Karbide ergibt sich ohne weiteres dadurch, daß diese in ein- oder mehrfachem molekularem Verhältnis zusammenzusetzen sind, je nachdem ihre Härte gleich oder verschieden ist.
• Nimmt man beispielsweise das System Molybdänkarbid (Mo2 C) und Wolframkarbid (WC), so stellt man fest, daß .diese -miteinander eine lückenlose Reihe von Mischkristallen bilden. Das Molekulargewicht des Molybdänkarbids ist 2o,., dasjenige des Wolframkarbids 2o6. Obwohl sowohl Wolframkarbid als auch Molybdän@karbid eine Härte über g in der Mohsschen Skala besitzen, übertrifft das Wolframkarbid das Molybdänkarbid erheblich an Härte; darum ist das erste im doppelten Verhältnis zu .dem . letzteren zu nehmen, woraus sich ungefähr 660/,) WC und 34% Mo2 C zur Bildung des härtesten Mischkristalls errechnen. Sind io % Hilfsmetall in der Legierung vorhanden, dann verringert sich der Anteildes Wolframkarbids an der Gesamtmenge der Legierung um diese io % auf etwa 6o 0%, derjenige des Molybdänkarbids auf etwa 30 0/0, Rest io % Hilfsmetall. Der Bereich des härtesten Mischkristalls erstreckt sich etwa io % nach rechts und links, in :dem angenommenen Fall mit io % Hilfsmetall, also auf etwa 54 bis 66 0/0 WC, etwa 27 bis 33 % Mo2 C, Rest io 0% Hilfsmetall.
• Mit den theoretischen Erwägungen des Erfinders stimmen Versuche überein, die er praktisch gemacht hat .mit Legierungen aus WC, Mo2C und Kobalt als Hilfsmetall. Es ergab sich das praktische Härtemaximum bei einem Gehalt von etwa 63 0% WC, 27% MO, C bei einem Kobalt-Hilfsmetallgehalt von io olo-Ferner verliefen die aufgenommenen Kurven in der Umgebung des Härtemaximums flach.
• Nimmt man beispielsweise das System Molybdänkarbid (Mo2 C) und Titankarbid (Ti C) und berücksichtigt man wieder, daß die Härte des Titankarbids Jiejenige.,des Mfllybdänkarbids sogar sehr erheblich übertrifft, so. ist das. Mischungsverhältnis zur Erlangung des härtesten Mischkristalls mindestens i : 3. Hieraus ergibt sich unter Berücksichtigung des Molekulargewichts des Titankarbids mit 6o ein Gehalt von etwa -19,5 % Molpbdänkarbid und 40,5 0% Titankarbid bei einem Hilfsmetallgehalt von io 0% und. unter Berücksichtigung - des Bereiches des härtesten Mischkristalls somit eine Zusammensetzung von etwa 4x Abis 55 0lo Molybdänkarbid, etwa 35 bis 45 010 Titankarbid bei io 0% Hilfsmetall.
• Nimmt man das System Wolfr.amkarbid (WC) und Titankarbid (Ti C), berücksichtigt man die beinahe gleiche Härte der .beiden Karbide und wählt man darum ein Mischungsverhältnis i : i zur Erlangung des härtesten Mischkristalls, so ergibt sich bei den Molekulargewichten der beiden Karbide ein Gehalt von ungefähr 2o0/0 Titankarbid, ungefähr 7o 0/0 Wolframkarbid bei io % Hilfsmetall, und .der -Bereich des härtesten Mischkristalls erstreckt sich demnach auf etwa 18 bis 22 0% Titankarbid, 68 bis 72 % Wolframkarbid bei io 0/0 Hilfsmetall.
• Nach diesen Beispielen ist es ohne weiteres möglich, die richtigen Mischungsverhältnisse der Karbide im Bereich des härtesten Mischkristalls von den Karbiden zu wählen, auf die sich .die Erfindung bezieht, nämlich denjenigen des Wolframs, Molybdäns, des Siliciums, Titans, Zirkons, des Bors und des Vanadiums. Als zusätzliche Hilfsmetalle wählt die Erfindung Chrom, Nickel, Kobalt, und zwar in Mengen von 3 bis 20 0/0 einzeln oder zu -mehreren.
• Zur Beeinflussung .der Härte können in der Legierung neben .dem Karbidmischkristall und ,den gewählten Hilfsmetallen zusätzlich noch Karbide des Bors, Siliciums, Titans, Zirkons oder Vanadins bis insgesamt 20 0/0 vorhanden sein.
• Die Mischkristalle können in jeder geeigneten Weise bereitet werden. Insbesondere können die zu Mischkristallen umzuformenden Karbide, beispielsweise des Wolframs und des Molybdäns, nach geeigneter Zerkleinerung gemischt und durch eine der Sinterung entsprechende Hitzebehandlung, die also jedenfalls unter dem Schmelzpunkt der Karbide bleibt (im angenommenen Beispiel unter 25oo bzw. 29oo° C), zur gegenseitigen Durchdringung und somit zur Bildung von Mischkristallen gebracht werden. Man kann aber auch die Karbide im gewünschten Mischungsverhältnis mischen und durch Schmelzen und d arauffolgendec Erstarrenlassen in Mischkristalle umwandeln, sofern die angewandten Karbide solche Schmelzung ohne Zerfall zulassen. _ Auf jeden Fall erhält man derart einen Mischkristall, welcher das weichere der beiden Ausgangskarbide an Härte übertrifft und der bei Auswahl der Ausgangskarbide in solchem Mischungsverhältnis, welches dem vorzugsweise härtesten Mischkristall entspricht, auch einen Mischkristall bildet, welcher das härtere der beiden Ausgangskarbide seinerseits noch an Härte übertrifft, so daß durch die Erfindung ganz besonders harte Metallkarbide in einer gleichzeitig zähen Werkzeuglegierung zur Verfügung gestellt werden.
• Den so bereiteten Ausgangsstoffen werden nun in möglichst feiner Verteilung Zusätze beigemengt, welche in der Hauptsache die Zähigkeit der Legierung bestimmen, d: h. aIso die Hilfsmetalle Chrom, Nickel und/oder Kobalt; zur Beeinflussung der Härte kann ein Zusatz an Karbiden erfolgen. Das Ganze wird nun .gesintert, vorzugsweise im Vakuum, um in der Legierung enthaltene oder sich bildende Gase; besonders aber :den meistens in Spuren vorhandenen Sauerstoff auszutreiben und Porenbildung weitest gehend zu vermeiden. Hierbei findet die Erhitzung vorteilhaft durch Induktion (Hochfrequenz) statt. Das Ausgangsgemisch kann .dabei in die für die Hitzebehandlung geeignete Form gepreßt sein.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Gesinterte Hartinetallegierung, gekennzeichnet durch nachstehende Zusammensetzung: 3 bis 2o % eines oder mehrerer der Metalle Nickel, Kobalt oder Chrom, Rest mindestens zwei Karbide der Elemente Wolfram, Molybdän, Titan, Zirkon, Silicium, Bor und Vanadin mit .der Maßgabe, daß die Karbide .in Form von Mischkristallen, und zwar vorl zugsweise in einem der größten Härte entsprechenden Mischungsverhältnis vore liegen. a. Gesinterte Hartmetallegierung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, da$ zur Beeinflussung der Härte im Rest neben dem Karbidmi.schkristall noch eines oder mehrere dei- Karbide :der Elemente Bor" Silicium, Titan,. Zirkon oder Vanadin his insgesamt 2o °% enthalten sind. 3. Verfahren zur Herstellung von Hartmetallegierungen gemäß Anspruch r und 2,, dadurch gekennzeichnet, daß man die Karbide in einem vorzugsweise größter Härte entsprechenden Mischungsverhältnis durch Hitzebehandlung in Mischkristalle überführt und diese sodann in feiner Verteilung mit dem Hilfsmetall und gegebenenfalls mit zusätzlichen Karbiden prellt und sintert. q.. Verfahren riacli Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Überführung der Ausgangskarbide in Mischkristalle :durch Hitzebehandlung unterhalb der Schmelztemperatur erfolgt.