DE738488C - Verfahren zur Herstellung von Hartlegierungen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Hartlegierungen

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DE738488C
DE738488C DEV30656D DEV0030656D DE738488C DE 738488 C DE738488 C DE 738488C DE V30656 D DEV30656 D DE V30656D DE V0030656 D DEV0030656 D DE V0030656D DE 738488 C DE738488 C DE 738488C
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    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C29/00Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • C22C29/06Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds
    • C22C29/08Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbides, but not containing other metal compounds based on tungsten carbide

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Description

  • Verfahren zur Herstellung von Hartlegierungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Hartlegierungen für Werkzeuge und und eine Legierung besondewer Eignung. Die zu erzeugenden Legierungen bestehen neben Hilfsmetallen aus mindestens drei Carbiden, die bei gemeinsamer gegenseitiger Einwirkung in-.einander unlöslich oder nur beschränkt löslich sind. Zweck der Erfindung ist es, Hartlegierungen zu schaffen, die den bisher bekannten Legierungen dieser Art in; ihrer Eignung für die _ verschiedensten Verwenduegs; zwecke überlegen sind.
  • Bisher mußten nämlich besondere Legierungen hergestellt werden, wenn, man einerseits Stahl oder Stahlguß bearbeiten wollte und wenn man anderseits. Gußeisen bearbeiten mußte;denn Gußeisen hat viel Lunker, und der Span ist ganz anders als derjenige bei Stahl. Hartlegierungen, die .sich. darum für Stahl ausgezeichnet bewähren, konnten für Gußeisen keine Anwendung finden und umgekehrt.
  • Dier Erfindung gelingt es, Hartlegierungen zu schaffen, welche eine allgemeine Anwendung zulassen.
  • Ganz allgemein ist schon vorgeschlagen worden, Hartlegierungen aus mehreren Carbiden mit oder ohne Hilfsmetallen auf dem Schmelz- oder Sinterwege und unter Bedingungen herzustellen, bei .denen Uischkristalle entstanden sein mögen. Auf die Bildung der Mischkristalle wurde aber kein Wert gelegt, und es wurden auch keinerlei Vorkehrungen getroffen, daß sich gerade Mischkristalle aus den Carbiden untereinander in bestimmter Weise bilden. Irgendein Ziel in der Herbeiführung solcher Mischkristallbildung wurde überhaupt nicht verfolgt.
  • Ein weiterer bekannter Vorschlag zielte auf die bewußte Erzeugung eines, Carbidmischkristalles aus zwei oder mehreren Carbiden ab. Der zuvor bereitete Mischkristall wurde mit medrigschme lzenden Hilfsmetallen, vorzugsweise der Eisengruppe, gemischt und duTich Sinterung die Bindung hergestellt. Mit diesem Verfahren lassen sich nicht unter allen Umständen wohl bestimmte und wiederholbare Verhältnisse im Enderzeugnis erzielen, und zwar insbesondere dann nicht, wenn die verwendeten Carbide ineinanderumlöslichoder nur beschränkt löslich sind und ferner, wenn von einer Reihe von Carbiden ausgegangen wird.
  • Von den Gedanken des zuletzt genannten Vorschlages geht die Erfindung aus, gestützt auf die überraschende Feststellung, daß nicht durch Mischkristallbildung zwischen zwei Carbiden allein, sondern vielmehr dadurch ein Höchstmaß an Leistung und allgemeiner Anwendbarkeit erreicht werden kann, daß, man mindestens zwei Mischkristalle bildet und diese dann miteinander wiederum zu Mischkristallen vereinigt. Zu jedem Mischkristall gehören zwei oder mehrere Komponenten. Werden zu seiner Bildung nur zwei Komponenten benutzt, so mag der erhaltene Mischkristall in dieser Beschreibung :ein Mischkristallpaar genannt werden. Es, könnte, strenger der Systematik entsprechend, sonst als binärer Mischkristall bezeichnet werden im Gegensatz zu jenen Mischkristallen, welche aus mindestens drei Komponenten bestehen, welche dann einen Lernären Mischkristall ergeben usw.
  • Gemäß der Erfindung werden also zwei Mischkristallpaare untereinander verschiedener Zusammensetzung zu einem neuen Mischkristall zusammengesetzt und umgebildet. Wenn das erste Mischkristallpaar aus Wolframcarbid und Molybdäncarbid besteht, so kann das andere Mischkristallpaar ,aus Molybdäncarbid und Titancarbid bestehen. Der aus diesen beiden Mischkristallen seinerseits gebildete neue Mischkristall enthält dann drei Komponenten, nämlich Wolframcarbid, Molybdäncarbid und Titancarbid; es sind somit zwei binäre Mischkristalle in einen ternär; n Mischkristall umgebildet worden. Ebenso können aber auch zwei Mischkristallpaare, von denen das .eine, aus Wolframcarbid und Tantalcarbid und das andere aus Molybdäncarbid und Titancarbid besteht, in einen Mischkristall umgebildet werden, der nun die vier Komponenten Wolframcarbid, Molybdäncarbid, Tantalcarbid und Titancarbid enthält und somit einen quaternären Mischkristall darstellt. Die so erhaltenen Mischkristalle können dann geeignet zerkleinert und mit dem gewählten Hilfsmetall, wie z. B. Kobalt, Eisen, Nickel, gemischt werden. Das so erhaltene Gemisch Wird dann erhitzt, bis das Hilfsmetall mindestens teilweise in Schmelzfluß übergeht, vielleicht auch hie ternären oder quaternären Mischkristalle teilweise in Lösung nimmt, worauf man abkühlen läßt, wobei sich etwa aufgenommene Komponenten der Mischkristalle oder diese letzteren selbst wiederum ausscbeiden und ein mechanisch fester Körper erwünschter Form erhalten wird. Jedes bekannte Verfahren zut seiner Herstellung und Formgebung kann im übrigen verwendet werden, nur muß so verfahren werden, daß der Kristallverband im Mischkristall nicht so weit aufgegeben wird, daß nach dem Abkühlen nicht mehr der ursprünglich beigefügte Mischkristall in gewünschter oder ausreichender Menge vorhanden ist, was beispielsweise durch Anwendung zu hoher Sintertemperaturen und damit weitgehender Lösung der Miscl4kristalle im Hilfsmetall eintreten kann. Da sich aber .diese Verhältnisse auf Grund von Versuchen überwachen lassen, gelingt @es wiederholbar, eine in ihrer Zusammensetzung an mehrfachen und nur zweifachen Mischkristallen genau: bestimmte Hartlegierung zu schaffen.
  • Die überraschende Wirkung der Maßnahmen gemäß der Erfindung dürfte darin gelegen sein, daß die an sich als günstig auf Härte und Verschleißfestigkeit wirkende bekannte Mischkristallbildung in einer Weise geleitet wird, die .eine Wiederholbarkeit uttib?dingt bestimmter Verhältnisse im Enderzeugnis gestattet, und zwar auch dann, wenn Carbide benutzt werden, die überhaupt keine Mischkristalle oder nur in gewissen beschränkten Grenzen bilden. Das Enderzeugnis enthält homogene ternäre oder quaternäre Mischkristalle oder ein Gemenge intermetallischer Phasen. Beispielsweise ist die Mischkristallbildung zwischen Titancarbiden und gesättigtem Wo.lframcarbid (WC) auf verhältnismäßig geringe Mengen des Wolframcarbides beschränkt. Man muß, mit anderen Worten, verhältnismäßig große Titancarbidmengen in Kauf nehmen, wenn man durchweg Mischkristalle von Wolframcarbid und Titancarbid in der Hartlegierung wünscht. Große Mengen des sehr leichten Titancarbides sind aber für bestimmte Zwecke höchst unerwünscht. Während sie für solche Legierungen, die der Stahlbearbeitung dienen sollen, zulässig sein können, ergeben sich Schwierigkeiten bei Legierungen für die Bearbeitung von Gußeisen. Wolframcarbid und Molybdänearbid mischen sich hingegen praktisch in jedem Verhältnis.; sie bilden eine ununterbrochene Reihe von Mischkristallen. Wenn man darum Wolframcarbid und Molybdäncarbid im gewünschten Mengenverhältnis zu einem Mischkristall umformt, -wenn man weiterhin Molybdäncarbid .und Titancarbid, die gleichfalls weitgehendst Mischkristalle bilden, in geeignetem Verhältnis miteinander mischt, so kann man aus diesen beiden Mischkristallpaaren leicht einen ternären Mischkristall bilden, der nun Wo.lframcarbid, Titancarbid und Molybdänearbid in gewünschter Menge enthält. Das anwes-nde Molybdäncarbid vermittelt gleichsam die sonst unmögliche Mischkristallbildung, und es ist wegen seiner dem Wolframearbid weitgehend ähnlichen Eigenschaften auch sonst als nützlicher Bestandteil der Legierung anzu- i sprechen. Eine so hergestellte Legierung ist einer Legierung überlegen, die auf dem Wege einfacher Mischung der einzelnen Carbide hergestellt wurde, wie folgender Vergleichsversuch beweist.
  • Nach dem Stande der Technik wurden 62 Teile Wolframcarbid mit 25 Teilen Titancarbid und 5 Teilen Molybdäncarb:id gemeinsam 21/2 Stunden auf i 8oo@ erhitzt. Nach dieser Temperaturbehandlung wurde die i Mischkristallmasse gepulvert und unter Zusatz von 80%o Kobalt 8 Tage lang feinst gemahlen. Aus dem Hartmetallansatz wurden hierauf in einer hydraulischen Presse Stäbe verpreßt, die nach einer Vorsinterung zu Schneidplättchen geformt wurden. Die Plättchen wurden einer Sinterung auf 145o° für :eine Zeitdauer von 2 Stunden unterworfen. Die fertigen Plättchen hatten folgende Zusammensetzung: 58,7% Wolfram, 4,50/0 Molybdän, 18,50/0 Titan, o; 5 % Eisen, 7,90/0 Kobalt, 9,4% Kohlenstoff (Legierung i). Gemäß .dem Verfahren nach der Erfindung wurden 25 Teile Wolframcarbid mit 25 Teilen Titancarbid i Stunde auf 18o0° erhitzt. Es ergibt sich hierbei ein reiner Mischkristall vom Titancarbidtypus. Daneben wurden 5 Teile Molyb,däncarbid mit 37 Teilen Wolframcarbid 1/2 Stunde lang ,auf i 8oo° erhitzt, wobei ein homogener Mischkristall vom Wolframcarbidtypuserzielt wurde. Die beiden Mischkristalle wurden (einst gepulvert, gemengt und gemeinsam nochmals i Stunde auf i8oo°erhitzt. Dieses Carbidgemisch wurde daraufhin feinst gepulvert, .mit 8 % Kobalt gemischt, feins:t vermahlen, gepreß@t, vorgesintert, Plättchen daraus hergestellt und 2 Stunden bei 145o° fertiggesintert. Die fertigen Plättchen hatten folgende Zusammensetzung: 58,4% Wolfram, 4,6% Molybdän, 18,7 % Titan, 0,7% Eisen, 8,1 % Kobalt, 9,2% Kohlenstoff (Legierung 2). Legierung i und 2 haben, von geringfügigen und zu vernachlässigenden Abweichungen abgesehen, diegleicheZusammensetzung. Zum Vergleich wurden :diesle l@lättchen Drehverversuchen an einer Welle aus Siemens-Martin-Stahl mit 85 kg/mm2 Festigkeit unterworfen, wobei ein Vorschub von 0,46 mm/Umdr., eine Spantiefe von 3 mm bei einer Drehgeschwindgkeit von 16o m/Sek. in allen Fällen eingehalten wurde.
  • Die Legierung i zeigte nach einer Drehzeit von io Minuten eine mittlere Phasens.tumpfung von 2 5 mm, während die Legierung 2 nach der gleichen Zeit nur eine solche von o,16 mm aufwies, d. h. bezüglich der Phasenstumpfurig ist die Legierung 2 um etwa 25% überlegen. Im allgemeinen,wird nach der Erfindung eine Überlegenheit von 20% zu erreichen sein.
  • Bezüglich ider MischkristallbIldumg gilt ähnliches, wenn :ein Mischkristall aus hochgesättigtem Wolframcarbid und Molybdäncarb:id einerseits und aus Tantalcarbid und Titancarbid anderseits hergestellt wird, die dann zu einem quaternären Mischkristall auch mit Titancarbidmengen z. B. von 16% und mehrumgebildet werden können, die sonst in das hochgesättigte Wolframcarbid allein nicht einzuverleiben wären.
  • Die Erfindung ist aber durchaus. nicht darauf beschränkt, .daß Carbide gemischt werden, die aus KohIenstoffverbindungen untereinander verschiedener Elemente bestehen. Vielmehr fällt unter die Erfindung auch jeder Mischkristall, der aus, verschiedenen gesättigten Cärbiden desselben Elementes besteht, wie z. B. aus Wolframmonocarbid tmd Wolframbicarbid.
  • Die Erfindung ist ferner nicht darauf beschränkt, .daß in ihr durchweg mindestens ternäre Mischkristalle der verwendeten Carbide vorhanden sind; vielmehr genügt !es, wenn sich wesentliche Mengen. solcher Mischkristalle vorfinden, über io% der ganzen Hartlegierung und zweckmäßig annähernd oder über die Hälfte :der anwesenden Carbide in der Hartlegierung. Enthält diese also etwa 5 bis. 25 Hilfsmetalle, dann wird zweckmäßig diie Menge ternärer oder quaternäner Mischkristalle auf annähernd etwa 35 bis. 45% der Hartlegierung und selbstverständlich darüber bis zu 75 bis -95% bemessen. Den vorgebildeten. Mischkristallen können vor oder während der Vereinigung mit :den Hilfsmetallen andere Carbide zugesetzt werden.
  • Bei der Herstellung der Legierung wird darauf zu achten sein, däß, die zu Mischkristallpaaren zusammenzusetzenden Carbide in den vorgesehenen Mengen auch wirklich Mischkristalle bilden und daß, die so erhaltenen Mischkristalle wiederum mit dem anderen Mischkristallpaar feste Lösungen (Mischkristalle) ergeben. Ebenso wird aber auch das Hilfsmetall so. auszuwählen sein, daß @es nicht die vorgenommene Mischung in unerwünschter oder unbeherrschbaner Weise rückgängig macht oder verändert.
  • Für das Verfahren nach der Erfindung können de Carbide der Elemente Silicium, Bor, Titan, Zirkon, Vanadium, Tantal, Niob, Chrom, Molybdän und Wolfram verwendet werden. Als Hilfsmetalle kommen die Zähmetallle Kobalt, Nickel, Eisen in Betracht, gegebenenfalls in Legierung mit Elementen der vierten; fünften, sechsten und achten Gruppe des periodischen Systems.
  • Als besonders vorteilhaft hat sich beispielsweise eine Legierung bewährt mit etwa 6o bis 75% Wolframcarbid, sei es in der Form W2 C oder W C üÜer im Mischkristall; Titancarbid etwa 10 bis 250/0; Molybdäncarbid etwa i bis 250/0; Kobalt, Nickel oder Eisen etwa 5 bis 250/0. Innerhalb, dieser Grenzen wiederum ergab Titancarbid in Mengen von etwa 12 bis - 18 % und Molybdäncarbid von etwa i bis 5 % optimale Ergebnisse, wobei das Molyb.däncarbid zur Bildung eines Mischkristallpaares mit Wolframcarbid und Titancarbid zur Bildung eines anderen Mischkristallpaares. mit Wolframcarbid benutzt und zur Bildung des Mischkristalls aus dem außerordentlich hochschmelzenden Titancarbid zweckmäßig auch das h öchstschmelzende Wolframcarbid benutzt wurde, während das niedriger schmelzende Molybdäncarbid auch mit einem niedriger schmelzenden Wolframcarbid zu einem Mischkristallpaar vereinigt wurde. Während die Zähmetalle der E.isengruppe und deren Legierungen untereinander weitgehend gleichwertig sind, mag i;rn angeführten Sonderfall dem Kobalt zur Erzielung hoher Zähigkeit der Vorzug gegeben werden.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung einer neben Hilfsmetall Mischkristalle aus mindestens drei Carbidenenthaltenden Hartlegierung, deren Carbide bei gemeinsamer-gegenseitiger Einwirkung ineinander unlöslich oder nur beschränkt löslich sind für Werkzeuge und Arbeitsgerätschaften, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei Carbide in ein Mischkristallpaar überführt und die einzelnen Mischkristallpaare :anschließend ge-.mischt und durch Erhitzung zu homogenen ternären oder quaternären Mischkristallen Moder zu solchen enthaltende Gemenge verwandelt werden, worauf die Mischkristalle mit Hilfsmetallen in Mengen verarbeitet werden, da.ß die Mischkristalle mindestens 5o%, zweckmäßig über 8o% und darüber ,der Legierung ausmachen, während der Rest aus Hilfsmetallen besteht.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß den Mischkristallen vor -oder während der Vereinigung mit den Hilfsmetallen andere Carbide zugesetzt werden.
  3. 3. Nach Anspruch i oder 2 hergestellte Hartlegierung, dadurch gekennzeichnet, daß sie etwa io bis 25% Titancarbid, etwa i bis a5% Molybdäncarbid,etwa 5 bis 25o10 Hilfsmetall der Eisengruppe und als Rest etwa 6o bis 75010 eines oder zweier Wolframcarbide enthält.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1034871B (de) * 1952-06-26 1958-07-24 Eisen & Stahlind Ag Verwendung von Sinterlegierungen als Werkstoff fuer thermisch hoch beanspruchte Gegenstaende

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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