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Verfahren zur Herstellung harter Metallegierungen Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung harter Metallegierungen. Die neue Arbeitsweise besteht
darin, daß zuerst aus einem oder mehreren zur Bildung harter Carbide befähigten
Metallen, wie Wolfram, Tantal, und einem oder mehreren weichen, zur Carbidbildung
praktisch nicht befähigten Metallen, wie Kupfer, Silber, gegebenenfalls unter Zusatz
von Vanadin oder Mangan, eine Zwischenlegierung hergestellt und diese dann etwa
durch Erhitzen in kohlender Atmosphäre einem Kohlungsprozeß unterworfen wird. Technisch
kann diese Arbeitsweise bei der Herstellung von Formstücken beispielsweise so ausgeführt
werden, daß man aus der Zwischenlegierung die gewünschten Formstücke zunächst in
der annähernd endgiltigen Form herstellt und diese dann dem Kohlungsprozeß unterwirft.
Auch kann man vor der endgültigen Formung und darauffolgenden Kohlung die Zwischenlegierung
zunächst einem plastischen Verformungsprozeß durch Hämmern, Walzen oder Ziehen aussetzen.
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Die neue Arbeitsweise bezieht sich somit vor allem auf solche Metallegierungen,
bei denen ein sehr harter Grundbestandteil, wie Wolframcarbid, Tantalcarbid, Chromcarbid,
Titancarbid o. dgl. (aber auch ein hartes Borid oder Silicid), mit einem weicheren,
zur Carbidbildung nicht neigenden Metall, wie Kupfer, Silber, nicht aber Nickel,
Kobalt oder Eisen, legiert ist, wobei das weichere Metall meist in geringeren Mengen
vorhanden ist als die harte Metallverbindung.
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Solche Legierungen hat man bisher in der Technik entweder durch Zusammenschmelzen
der Bestandteile oder durch Sinterung aus Pulvern hergestellt. Nach der Erfindung
geschieht die Herstellung in der Weise, daß zuerst aus dem metallischen Bestandteil
des Carbids (Borids, Silicids u. dgl.), z. B. Wolfram, Tantal, und dem weicheren
Bestandteil, z. B. Kupfer oder Silber, eine Legierung hergestellt wird, sei es durch
Schmelzen oder durch Sintern, worauf dann diese Legierung einem Kohlungsprozeß (Boridbildungs-
oder Sälicierungsprozeß) ausgesetzt wird, sei es durch Erhitzen in einer kohlenstoffhaltige
Gase enthaltenden Atmosphäre, sei es durch Erhitzen in Gegenwart von festem Kohlenstoff.
Der Kohlenstoff dringt dann durch Diffusion in die Legierung ein und verwandelt
die entsprechenden Metalle in Carbide. Für den Fall, daß auch die weicheren Metalle
zur Carbdbildung fähig sind, muß durch geeignete Leitung des Kohlungsprozesses dafür
gesorgt werden, daß diese von der Kohlung nicht oder nur so weit erfaßt werden,
als für die Eigenschaften der Leg:ierung günstig ist, z. B. durch Bemessung der
Dauer des Prozesses oder durch Bemessung
der Konzentration des kohlenstoffhaltigen
Gases oder durch Regulierung der Temperatur. Da die nur aus Metallen bestehenden
Zwischenlegierungen verhältnismäßig weich sind. ist es möglich, ihnen vor dem Kohlungsprozeß
clie endgültige Form der herzustellenden Hartmetallgegenstände zu geben, sei es
durch plastische oder spanabhebende Verformung, und dann an den fertiggeformten
Stücken den Kohlungsprozeß durchzuführen.
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Besonderen Vorteil erreicht man, wenn die kohlenstofffreie Zwischenlegierung
duktil ist, z. B. Wolframkupfer (gegebenenfalls mit Zusützen von Kobalt oder Chrom
zur Erhöhung der Hä rte und Zähigkeit des fertigen Hartmetallproduktes), und man
sie vor der endgültigen Formgebung einem Verformungsprozeß durch Hämmern, Walzen
oder Ziehen unterwirft. Man erreicht so nicht mir eine größere Dichtigkeit des Endproduktes,
insbesondere wenn man von gesinterten Legierungen ausgeht, sondern man kann auch
Körper herstellen, die sich sonst schwer herstellen lassen. Z. B. kann man Grammophonnadeln
in der Weise herstellen, daß eine Wolfram-Ku lpfer-Legierung zu Draht gewalzt und
gezuwen wird und die aus ihr hergestellten Nadeln durch den Kohlungsprozeß die gewünschte
Härte erhalten.
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Zur Frage der Legierungsfähigkeit von Wolfsam sei bemerkt, daß ein
heterogenes Gemisch von Kupfer und Wolfram in feiner Verteilung auch als eine Legierung
im ineren Sinne angesprochen werden darf, auch wenn keine Mischkristallbildung oder
keine chemische Verbindung zwischen Kupfer und Wolfram erfolgt. Der technische Vorteil
der Kupfer-Wolfram-Legierungen in dem Sinne, wie dies zum Ausdruck gebracht wird,
besteht darin, daß der nachträgliche Kohlungsprozeß bei Verwendung einer solchen
Leierung leicht so geleitet werden kann daß nur das Wolfram karburiert wird, weil
das anwesende Kupfer keinen Kohlenstoff aufnimmt. Es entsteht dadurch ein definierter
Körper. während z. B. bei Verwendung von Eisen und Wolfram beim Karburieren auch
ein Teil des Eisens Kohlenstoff aufnehmen wird, so daß im Enderzeugnis dann nur
eine undefinierte Menge Hilfsmetall vorhanden ist.
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Die für die Güte der harten Legierungen sehr wichtigen Korngrößenverhältnisse
können durch die Wahl der Ausgangspulver bei der Sinterung durch den plastischen
Verformungsprozeß, durch die Temperatur der Verkohlung, aber auch durch nachträgliches
Abschrecken oder Erwä rmen auf geeignete Tempe raturen weitgehend beeinflußt werden.
Auch können nicht nur die weicheren Bestandteile gleichzeitig aus verschiedenen
Me tallen bestehen, etwa, wie oben erwähnt, Kupfer und Silber, es können auch mehrere,carbidbildende
Metalle, z. B. Wolfram und Tantal, gleichzeitig verwendet werden. Auch Vanadin und
Mangan eignen sich als Zusätze.
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An sich war es der Technik schon bekannt, eins ein hartes Carbid bildendes
Metall erst einer mechanischen Bearbeitung zu unterwerfen und dann einem Kohlungsprozeß
zu unterziehen. Die Zähigkeit des Enderzeugnisses soll bei dieser Arbeitsweise durch
den mechanischen Bearbeitungsvorgang und (die dadurch verursachte Strukturänderung
erzielt werden, während bei der neuen Arbeitsweise das weiche Einbettungsmetall
die Grundlage für die Zähigkeit bildet. Es ist zu beachten. daß bei der neuen Arbeitsweise
es sich um die Herstellung von Einbettungslegierungen handelt und es hierbei naturgemäß
darauf an kommt, daß der einzuführende Kohlenstoff nur an das das harte Carbid bildende
Metall, wie z. B. Wolfram, angelagert wird. nicht aber an das Einbettungsmittel
gebunden wird. Dies wird möglich durch die besondere Natur der erfindungsgemäß anzuwendenden
Einbettungsmittel. Während bei den bisher bekannten Verfahren fertiges Carbid mit
dem weicheren Metall, die beide in Pulverform vorlagen, gemischt und dann nach demn
Pressen gesintert wurde, wird nach der neuen Arbeitsweise erst eine Legierung aus
dem Carbid bildenden Metall und dein Einbettungsgut hergestellt und dann der härtende
Kohlenstoff hinzugebracht, wodurch verschiedene Vorteile erreicht werden. nämlich:
die Möglichkeit, von gegossenen Legierungen auszugehen; die weitere Möglichkeit,
die Vorlegierung in sonst nicht herstellbaren Formen herzustellen, insbesondere
durch plastische Verformung in duktilem Zustand, und dann durch Kohlenstoftaufnahmne
zu härten: die Möglichkeit, eine dichtere Carhidlegierung zu erzielen als nach den
in der Technik gebräuchlichen Arbeitsweisen: die Möglichkeit. eine dichtere Legierung
bei niedrigeren a1s den in Tier Technik üblichen Temperaturen herzustellen: die
Möglichkeit. eine Auflösung des Carbids durch das Einbettungsnetall durch Flüssigwerden
des letzteren bei der üblichen Sintertemnperatur zu vermeiden, da bei der erfindungsgemäl:i
vorgenommenen Kohlung kein Flüssigwerden des Einbetttinstoffes notwendig ist und
trotzdem eine gute Dichte erreicht wird. So ergibt sieh der Grundgedanke der neuen
Erfindung: Ein ein hartes Carbid lieferndes Metall, wie Wolfram oder- Tantal, ist
in weiches, kein Carbid lieferndes Metall einzubetten. also eine Zwischenlegierung
herzustellen, beispielsweise uni eine Wolfräm-Kupfer-Legierung, z iichst und diese
Zwischenlegierung ist dann in einem zweiten Arbeitsgang zu kohlen. Z_wischenlegierungen,
die
neben denn Carbid bildenden Metall, z. B. Wolfram, der Hauptmenge nach Metalle der
Eisengruppe enthalten, wie z. B. Wolframeisenlegierung oder Wolfrarnkobaltlegierungen,
sind auszuschließen, da Metalle der Eisengruppe zu leicht kohlen. Der Vorteil bei
der Verwendung des Hilfsmetalls, Kupfer oder Silber, erschöpft sich nicht darin,
daß man ein weiches, zähes Metall in den schließlichen Formkörper hineinbringt;
er ist vor allem in chemischer Hinsicht zu erblicken; weil dieses Hilfsmetall kein
Carbid liefert, kann man die Kohlung des Carbid liefernden Metalls unbeschadet der
Anwesenheit des Hilfsmetalls so leiten, wie es notwendig ist, um zu optimalen Bedingungen
in bezug auf die Herstellung des gewünschten Carbids zu gelangen. Hierbei wird im
allgemeineren Sinne ein heterogenes Gemisch von Kupfer und Wolfram in feiner Verteilung
als Legierung angesprochen, wenn auch keine Mischkristalle bzw. keine chemische
Verbindung zwischen Kupfer und Wolfram sich bilden. Der technische Vorteil einer
solchen Kupfer-Wolfram-Legierung besteht darin, daß der nachträgliche Kohlungsprozeß
leicht so geleitet werden kann, daß nur das Wolfram gekohlt wird, während das anwesendeKupfer
keinenKohlenstoff aufnimmt; es entstehen so leicht definierte Körper. Der erfindungsgemäß
vorgesehene Zusatz von Vanadin und Mangan ist so gedacht, daß diese Metalle als
Zusatz zum Hilfsmetall sich im Ergebnis darstellen, wodurch dieses einerseits härter
wird, andererseits beispielsweise Wolfram besser benetzt. Solche Zusätze wird man
vorzugsweise dann vornehmen, wenn man ein Hilfsmetall verwendet, das, wie Kupfer,
zu diesen Metallen eine so große Affinität hat, daß es ins Hilfsmetall übergeht.
So ist eine Vanadincarbidbildung nur wenig zu befürchten, da Vanadin starke Affinität
zu Kupfer besitzt und das Vanadin, in einer Legierung mit Kupfer weniger leicht
gekohit wird als das Wolfram, das zu Kupfer keine Affinität besitzt und das als
besondere Phase vorhanden ist. Ähnliches gilt von Mangan, das auch mit Kupfer sehr
leicht unter Bildung von Mischkristallen sich legiert und durch diese Legierung
der Einwirkung des Kohlenstoffs entzogen ist. Eine Bildung von Vanadincarbid oder
Mangancarbid kann nicht in nennenswertem Ausmaße stattfinden (sie ist übrigens unschädlich),
weil bei Herstellung der Zwischenlegierung die genannten Metalle nur an das Kupfer
gehen, denn zu ihrer Legierung mit Wolfram sind höhere Temperaturen erforderlich.
Ist doch die Reaktionsgeschwindigkeit der Legierung hochschmelzender Metalle, wie
Wolfram, noch gering bei Temperaturen, bei denen Kupfer sich bereits rasch mit Metallen
legiert.