DEP0001451BA

DEP0001451BA - Hard metal alloys.

Info

Publication number: DEP0001451BA
Authority: DE
Inventors: Curt Dr. Agte
Original assignee: Skoda-Werke, Nationalunternehmen, Pilsen
Publication date: 1950-08-24

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.In particular by C. Agte, but also by other researchers, detailed investigations into the carbide and carbide-nitride systems of metals of the 4th, 5th and 6th groups of the periodic system, which are important for hard metal technology, have been made by recording the solidus curves as well as radiographic and metallographic Methods have been carried out. It was found that a large number of the investigated carbides respectively. Carbide nitrides form uninterrupted, sometimes limited, solid solution rows that are often retained at room temperature. Such mixed crystals have become of no small importance for hard metal technology, but especially for the production of hard metal types, e.g. the binary system WC-TiC or the ternary or quaternary system WC-TiC-TaC (NbC). In the manufacture of hard metal, one therefore consciously steers towards the formation of mixed crystals between the hard components.

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.They are either generated directly during the carburization respectively Nitriding of the metal or metal oxide mixtures or also subsequently by heating the finished carbides or nitrides as well as by other processes.

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.Within such mixed crystal rows, melting point maxima sometimes occur, of which the best known are those in the systems tantalum carbide-zirconium carbide, respectively. Tantalum carbide-hafnium carbide are established because they lead to bodies that have the highest known melting point (over 4200 ° abs) at all. Carbide or Carbide-nitride mixtures with melting point maxima now show, as further investigations of the scratch hardness have shown, at the same time also a hardness maximum. The present inventive concept is based on this finding, which is important for the hardness of the carbide constituents of hard metals.

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:It is fairly certain that double carbides or carbonitrides, i.e. chemical compounds, are present at these maximum melting point and hardness values. Among other things, hardness maxima in the following molecular compositions in the investigated carbide and / or Carbide-nitride systems:

2 WC . Mo(sub)2C2 toilets. Mo (sub) 2C

WC . TiCToilet. TiC

Mo(sub)2C . 6 TiCMo (sub) 2C. 6 TiC

4 TaC . ZrC4 TaC. ZrC

4 TaC . HfC4 TaC. HfC

4 TiN . TiC4 TiN. TiC

Im letzteren Fall (e TiN . TiC) handelt es sich um den sogenannten "Hochofenwürfel".In the latter case (e TiN. TiC) it is the so-called "blast furnace cube".

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.Even in ternary carbide or carbide-nitride systems, melting point and hardness maxima sometimes occur, which suggest the presence of double carbides or carbonitrides. Such a maximum was found, for example, with a molecular composition of WC. 4 TiC. TaC found.

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.The hardness maxima in the above-mentioned compositions only arise when the carbide bezw. Carbide-nitride mixtures are heated beforehand at a higher temperature. For this purpose, the carbides are respectively. After the production of the individual components, carbide nitrides are intimately mixed with one another and ground in the molecular ratio resulting in the maximum hardness. This is followed by heating at higher temperatures in the carbon tube short-circuit furnace, namely with carbide mixtures in hydrogen - with carbide-nitride mixtures in nitrogen-hydrogen flow (1: 3). These temperatures are in some cases considerably higher than the formation temperatures of carbides or nitrides and also of mixed crystals. To form a double carbide with the composition WTiC (sub) 2, for example, temperatures of 2200 to 2400 ° C are necessary. The double carbides formed respectively. Carbonitrides are ground after their production and then, after adding an auxiliary metal of the iron group - primarily cobalt and nickel or alloys of these metals - in amounts of 3 to 20% in the usual manner known from hard metal technology by grinding, pressing and sintering further processed.

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.Hard metal alloys with hard double carbides or carbonitrides as hard constituents and metals of the iron group in small amounts (3 to 20%) as auxiliary metal show Rockwell hardnesses A, which are 1.5 to 3 units higher than the alloys of the same molecular composition in which the carbides respectively Carbide-nitride mixtures only exist as mixed crystals. Only that to form the double carbides respectively. Carbonitride annealing in a carbon tube short-circuit furnace at temperatures that are usually considerably higher than 2000 ° C leads to the result described.

Claims

1. Hard metal alloys with hardness maxima, characterized in that they contain metals of the iron group or alloys from these metals in amounts of 3 to 20% as auxiliary or binding metal and the remainder double carbides or carbonitrides, which are made from carbides or nitrides of metals of the 4th, 5th and 6th group of the periodic system are formed by heating to higher temperatures than is necessary to form the carbides, nitrides or mixed crystals, so that the double carbides or carbonitrides have a higher hardness than carbide or carbide-nitride mixtures bezw. whose mixed crystals have the same composition.

2. Process for the production of hard metal alloys according to claim 1, characterized in that the double carbides or carbonitrides are produced by heating at temperatures higher than 2000 ° C in a carbonic or reducing atmosphere or in a stream of nitrogen.