DEP0001451BA - Hartmetallegierungen. - Google Patents

Description

Besonders von C. Agte, aber auch anderen Forschern sind früher eingehende Untersuchungen über die für die Hartmetalltechnik wichtigen Karbid- und Karbid-Nitridsysteme von Metallen der 4., 5. und 6. Gruppe des periodischen Systems durch Aufnahme der Soliduskurven sowie nach röntgenographischen und metallographischen Methoden durchgeführt worden. Dabei wurde festgestellt, dass eine grosse Anzahl der untersuchten Karbide bezw. Karbid-Nitride lückenlose, z.T. auch begrenzte Mischkristallreihen bilden, die häufig bei Zimmertemperatur erhalten bleiben. Derartige Mischkristalle sind von einer nicht geringen Bedeutung für die Hartmetalltechnik, im besonderen aber für die Herstellung der Hartmetallsorten, z.B. das binäre System WC-TiC oder das ternäre bzw. quaternäre System WC-TiC-TaC (NbC) geworden. Man steuert daher bewußt bei der Hartmetallherstellung auf die Bildung von Mischkristallen zwischen den harten Bestandteilen hin.

Man erzeugt sie entweder bereits direkt bei der Karburierung bezw. Nitrierung der Metall- oder Metalloxydgemische oder aber auch nachträglich durch Erhitzung der fertigen Karbide oder Nitride sowie nach anderen Verfahren.

Innerhalb solcher Mischkristallreihen treten mitunter Schmelzpunktsmaxima auf, von denen die bekanntesten die in den Systemen Tantalkarbid-Zirkonkarbid, bezw. Tantalkarbid-Hafniumkarbid festgestellten sind, da sie zu Körpern führten, die den höchsten bisher bekannten Schmelzpunkt (über 4200°) abs) überhaupt besitzen. Karbid- bezw. Karbid-Nitridgemische mit Schmelzpunktsmaxima zeigen nun, wie weitere Untersuchungen der Ritzhärte haben erkennen lassen, gleichzeitig auch ein Härtemaximum. Auf dieser für die Härte der karbidischen Bestandteile der Hartmetalle wichtigen Feststellung beruht der vorliegende Erfindungsgedanke.

Es ist ziemlich sicher, dass bei diesen Schmelzpunkts- und Härtemaximalwerten Doppelkarbide oder Karbonitride, also chemische Verbindungen, vorliegen. Es konnten u.a. Härtemaxima bei folgenden molekularen Zusammensetzungen in den untersuchten Karbid- bezw. Karbid-Nitridsystemen festgestellt werden:

2 WC . Mo(sub)2C

WC . TiC

Mo(sub)2C . 6 TiC

4 TaC . ZrC

4 TaC . HfC

4 TiN . TiC

Im letzteren Fall (e TiN . TiC) handelt es sich um den sogenannten "Hochofenwürfel".

Auch in ternären Karbid- oder Karbid-Nitridsystemen treten mitunter Schmelzpunkts- und Härtemaxima auf, die auf das Vorhandensein von Doppelkarbiden oder Karbonitriden schliessen lassen. Ein solches Maximum wurde z.B. bei einer molekularen Zusammensetzung von WC . 4 TiC . TaC gefunden.

Die Härtemaxima bei oben genannten Zusammensetzungen entstehen nur dann, wenn die Karbid- bezw. Karbid-Nitridgemische vorher bei höherer Temperatur erhitzt werden. Zu diesem Zweck werden die Karbide bezw. Karbid-Nitride nach der Herstellung der einzelnen Komponenten in dem das Härtemaximum ergebenden molekularen Verhältnis miteinander innig gemischt und gemahlen. Darnach erfolgt eine Erhitzung bei höheren Temperaturen im Kohlerohrkurzschlussofen, und zwar bei Karbidgemischen im Wasserstoff- bei Karbid-Nitridgemischen im Stickstoff-Wasserstoffstrom (1 : 3). Diese Temperaturen liegen zum Teil erheblich über den Bildungstemperaturen der Karbide oder Nitride und auch der Mischkristalle. Zur Bildung eines Doppelkarbides entsprechend der Zusammensetzung WTiC(sub)2 z.B. sind Temperaturen von 2200 bis 2400°C notwendig. Die gebildeten Doppelkarbide bezw. Karbonitride werden nach ihrer Herstellung gemahlen und dann nach Zumischung eines Hilfsmetalles der Eisengruppe - vornehmlich Kobalt und Nickel oder Legierungen aus diesen Metallen - in Mengen von 3 bis 20% in üblicher, aus der Hartmetalltechnik bekannter Weise durch Mahlen, Pressen und Sintern weiterverarbeitet.

Hartmetallegierungen mit harten Doppelkarbiden oder Karbonitriden als harte Bestandteile und Metallen der Eisengruppe in geringer Menge (3 bis 20%) als Hilfsmetall zeigen Rockwellhärten A, die um 1,5 bis 3 Einheiten höher liegen als die Legierungen der gleichen molekularen Zusammensetzung, bei denen die Karbide bezw. Karbid-Nitridgemische nur als Mischkristalle vorliegen. Erst das zur Bildung der Doppelkarbide bezw. Karbonitride notwendige Glühen im Kohlerohrkurzschlussofen bei Temperaturen, die meist erheblich höher als 2000°C liegen, führt zu dem beschriebenen Ergebnis.

Claims (2)

1. Hartmetallegierungen mit Härtemaxima, dadurch gekennzeichnet, dass sie Metalle der Eisengruppe oder Legierungen aus diesen Metallen in Mengen von 3 bis 20% als Hilfs- oder Bindemetall und als Rest Doppelkarbide oder Karbonitride enthalten, die aus Karbiden oder Nitriden von Metallen der 4., 5. und 6. Gruppe des periodischen Systems durch Erhitzen auf höhere Temperaturen gebildet sind, als zur Bildung der Karbide, Nitride oder Mischkristalle erforderlich ist, sodass die Doppelkarbide oder Karbonitride eine höhere Härte als Karbid- oder Karbid-Nitridgemische bezw. deren Mischkristalle gleicher Zusammensetzung besitzen.

2. Verfahren zur Herstellung von Hartmetallegierungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Doppelkarbide oder Karbonitride durch Erhitzung bei Temperaturen, die höher als 2000°C liegen, in kohlender oder reduzierender Atmosphäre oder im Stickstoffstrom hergestellt werden.