DEP0000819BA - Verfahren zur Herstellung von Hartmetallegierungen. - Google Patents

Description

In den technisch wichtigsten Sinterhartmetallen ist das Hilfs- oder Bindemetall stets ein Metall der Eisengruppe, welches gegenüber dem harten Karbidbestandteil bei wesentlich niedrigeren Temperaturen schmilzt. Die Wirkung des Hilfs- oder Bindemetalls besteht nun darin, dass dieses unter Erniedrigung seines Schmelzpunktes beim Hochsintern der Hartmetallegierung grössere Mengen des Karbides löst, diese jedoch beim Abkühlen mehr oder weniger wieder ausscheidet. Das gelöste Karbid scheidet sich auf der Oberfläche der ungelösten Karbidkörner ab, wodurch sich ein Karbidskelett bildet. Die Hohlräume desselben werden von dem Hilfsmetall ausgefüllt, welches als Kittsubstanz wirkt. Durch diesen Vorgang wird dem Hartmetall die ihm eigene hohe Festigkeit und Zähigkeit verliehen.

Ein Hilfsmetall ist dann in Bezug auf das verwendete Karbid als günstig anzusehen, wenn es das beim Sintern der Legierung in seiner Schmelze gelöste Karbid möglichst vollständig wieder beim Abkühlen ausscheidet. Hierauf beruht in erster Linie das spezifisch günstige Verhalten des Hilfsmetalles Kobalt für Wolframkarbid. Es behält nur noch 1,4% WC in fester Phase gelöst, während Nickel und Eisen weit grössere Mengen dieses Karbides in Lösung halten. Infolge dieses Verhaltens ist das Bindemetall Nickel oder Eisen nicht nur spröder, sondern auch - bei gleichem Zusatz - in grösserer Menge vorhanden. Beides wirkt ungünstig, da dadurch die Festigkeit erniedrigt wird.

Das Hilfsmetall Kobalt zeigt jedoch nicht immer das spezifisch günstigste Verhalten gegenüber allen für eine Hartmetallegierung in Betracht kommenden Karbiden. Gegenüber Tantalkarbid, z. B. verhält sich das Hilfsmetall Nickel infolge der oben beschriebenen Lösungs- und Abscheidungsvorgänge günstiger. Auch in Mo(sub)2C-TiC-Legierungen zeigt das Hilfsmetall Nickel ein besonderes Verhalten als Kobalt.

Die Hartmetallsorten der modernen Sinterhartmetalle zur Stahlbearbeitung bestehen nun nicht mehr aus Einzelkarbiden als harte Bestandteile, sondern aus zwei oder mehreren Karbiden der 4,5, und 6. Gruppe des periodischen Systems. Die Karbide können dabei als Karbidgemische, Mischkristalle und unter Umständen auch als Doppelkarbide vorhanden sein. Meist liegt in den Sinterhartmetallen nur ein Teil der Karbide in Form von Mischkristallen vor, während der übrige - in der Regel grössere - Anteil ein Karbidgemisch darstellt. So bestehen z. B. technisch wichtige Hartmetallsorten aus Mo(sub)2C-TiC oder WC-TiC-TaC (NbC)-Legierungen mit Metallen der Eisengruppe als Bindemetall.

Eine Verbesserung der Eigenschaften von Hartmetallegierungen, die auf der Basis von zwei oder mehr Karbiden aufgebaut sind, lässt sich nun erfindungsgemäss dadurch erreichen, dass jedem in der Legierung vorhandenen Karbid das spezifisch günstigste Hilfs- oder Bindemetall der Eisengruppe in äquivalenter Menge zugeordnet wird. Kobalt ist für WC und TiC, Nickel für TaC - NbC oder Mo(sub)2C günstig. In Legierungen aus WCMo(sub)2C ist daher Nickel bei hohen Mo(sub)2C-Gehalten als Bindemetall besser, bei hohen WC-Gehalten dagegen Co. Aehnlich verhalten sich Mo(sub)2C-TiC-Legierungen. Auch in WC-Mo(sub)2C-Legierungen ist bei nicht zu geringen Mo(sub)2C-Gehalten Nickel als Bindemetall geeigneter als Kobalt. Art und Menge des Bindemetalls ist dabei in erster Linie für die Festigkeit und Zähigkeit der Sinterlegierungen massgebend, während die Härte derselben fast ausschliesslich durch den karbidischen Anteil bestimmt wird.

Bei aus mehreren Karbiden bestehenden Sinterlegierungen wählt man daher die Hilfsmetalle zweckmässig so aus, dass jeweils eine äquivalente Menge auf dasjenige Karbid entfällt, welches zu dem betreffenden Hilfsmetall das günstigste Verhalten zeigt. Dabei ist es jedoch zweckmässig, Nickel infolge seiner gegenüber Kobalt geringeren Warmfestigkeit in etwas grösserer Menge - etwa um 15 bis 25% - mehr hinzugeben, als sich für das Hilfsmetall Kobalt berechnet.

Als Beispiele seien folgende Legierungszusammensetzungen genannt:

a) 66% WC, 12% TiC, 15% TaC oder TaC/NbC-Mischkristalle, 5% Co und 2%Ni

b) 84,6% WC, 5% TaC, 2% Mo(sub)2C, 2% TiC, 5,5% Co und 0,9 Ni

c) 51,7% WC, 26% Mo(sub)2C, 16% TiC, 4,3% Co und 2% Ni

Im Falle a) entfällt das Nickel auf das Tantalkarbid, bzw. auf die Mischkristalle aus TaC-NbC, im Falle b) auf TaC und Mo(sub)2C, im Falle c) ausschliesslich auf Mo(sub)2C. Das Kobalt ist das Lösungs- und Bindemittel für die übrigen Schwermetallkarbide WC und TiC.

Legierungen der obigen Zusammensetzung zeigen höhere Bruchfestigkeiten als solche, die nur ein einziges Hilfsmetall, also entweder Kobalt oder Nickel, enthalten. Die Erhöhung der Bruchfestigkeit beträgt 10 bis 50%.

Die Herstellung der Legierungen verläuft an sich in bekannter Weise. Es hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, vor der Zusammenmischung und dem Mahlen des endgültigen Hartmetallpulvers die Karbide, bzw. deren Mischkristalle den ihnen zuzuordnenden Hilfsmetallen gesondert zu mahlen. (Z. B. für drei Stunden in einer Kugelmühle). Auf diese Weise überziehen sich die einzelnen Karbidkörner mit einer dünnen Haut oder einem Film des für sie jeweils günstigsten Hilfsmetalles. Erst danach erfolgt die Weiterverarbeitung durch Mischen der Hartmetallbestandteile, durch das eine Kornverfeinerung bedingende längere Mahlen, durch Pressen und Sintern.

Die Hilfsmetalle müssen in möglichst grosser Reinheit und in einer feinen Korngrösse die 2 bis 3 nicht übersteigen soll, hinzugegeben werden. Sie werden daher zweckmässig aus den Karbonylen oder aus sehr reinen Oxalaten durch Glühen im Wasserstoff hergestellt, wobei der Reduktionsprozess so gelenkt wird, dass die geforderte Feinkörnigkeit des Hilfsmetalles erzielt wird.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung von Hartmetallegierungen, die aus zwei oder mehr Karbiden von hochschmelzenden Metallen der 4.,5, und 6. Gruppe des periodischen Systems und Hilfsmetallen der Eisen-Gruppe bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes einzelne Karbid jeweils das Hilfsmetall hinzugegeben wird das das<Nicht lesbar> Karbid beim Sintern teilweise löst, beim Abkühlen aber möglichst vollständig wieder ausscheidet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Hilfsmetall für Wolfram-Titan-und Zirkonkarbid Kobalt, für Molybdän-, Tantal-, und Niobkarbid jedoch Nickel hinzugefügt wird.

3.Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass Nickel in einer Menge zugesetzt wird, die um 15 bis 25% grösser ist als die auf Kobalt entfallende Menge.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Karbide mit den ihnen zugeordneten Hilfsmetallen vor der Weiterverarbeitung einer Zwischenmahlung unterzogen werden.