EP0195965B1 - Hartmetall und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

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EP0195965B1 EP86102983A EP86102983A EP0195965B1 EP 0195965 B1 EP0195965 B1 EP 0195965B1 EP 86102983 A EP86102983 A EP 86102983A EP 86102983 A EP86102983 A EP 86102983A EP 0195965 B1 EP0195965 B1 EP 0195965B1
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sintered
hard metal
percent
sintering
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Johannes Kolaska
Norbert Dr.-Ing. Reiter
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Fried Krupp AG
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Fried Krupp AG
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    • C22C29/06—Alloys 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
    • C22C29/067—Alloys 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 comprising a particular metallic binder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps

Definitions

  • the invention relates to a hard metal, the hard material phase of tungsten carbide and the binder metal phase of nickel and chromium and which is produced from powdered raw materials by pressing and sintering, and a method for its production.
  • Such hard metals are already known, because US Pat. No. 3,215,510 describes a hard metal which consists of 10 to 30% by weight of a chromium-nickel binding alloy and the remainder tungsten carbide, the weight ratio of chromium to binding metal being between 0.015 and 0. 15 lies, and which is made from powdered raw materials by pressing and sintering.
  • the invention has for its object to provide a hard metal of the type mentioned which, in addition to good corrosion resistance, also has high strength and in particular high toughness. Another object of the invention is to provide a method for producing the hard metal.
  • the hard metal contains, in addition to the hard material phase, 5 to 25% by weight of binder metal phase, which is composed of 5 to 15% by weight of chromium and the rest of nickel, and that the hard metal after sintering during a Time of 20 to 200 minutes in an inert gas atmosphere, preferably an argon atmosphere, at a temperature of 1300 to 1400 ° C and a pressure of 20 to 3000 bar.
  • the hard metal according to the invention is corrosion-resistant and has great strength and great toughness.
  • the strength and toughness of the hard metal according to the invention are even higher than in the case of corresponding tungsten carbide-cobalt hard metals, which according to current knowledge are distinguished by the highest strength and toughness.
  • the hard metal according to the invention is always non-magnetic, which is not always the case with the known hard metals. Because of its good properties, there are many possible uses for the hard metal according to the invention.
  • the tungsten carbide is replaced by titanium carbide, tantalum carbide and / or niobium carbide.
  • the object on which the invention is based is further achieved by a method for producing the hard metal, in which the sintered body is in a noble gas atmosphere, preferably an argon atmosphere, at a temperature of 1300 to 1400 ° C. and a pressure of 20 to 200 minutes 20 to 3000 bar can be treated.
  • a noble gas atmosphere preferably an argon atmosphere
  • the treatment of the sintered bodies according to the invention gives the hard metal good strength and toughness, which is attributed to a high degree of compaction of the hard metal structure.
  • the sintered bodies are cooled and then treated in a separate plant at 100 to 3000 bar or that the sintered bodies are treated in the sintering plant immediately after sintering at 20 to 100 bar. If the treatment of the sintered bodies according to the invention takes place immediately after their sintering, it is possible to work advantageously at particularly low pressure.
  • the powdered raw materials used for hard metal production have a particle size of 0.5 to 5 pm.
  • the hard metal is pressed and sintered according to the known methods.
  • the pressure should not be below 20 bar and the temperature should not be above 1400 ° C., since at a lower pressure there is insufficient compression of the structure and at a higher temperature there is an adverse enlargement of the structure. If the chromium content of the binder metal phase is greater than 15% by weight, chromium carbide precipitates occur in the hard metal structure, as a result of which the properties of the hard metal deteriorate sustainably.
  • the following table contains exemplary embodiments of the hard metal according to the invention and indicates their bending strengths.
  • the flexural strength is a measure of the strength and toughness of hard metals.
  • the table also shows the composition and bending strength of corresponding WC-Co hard metals.
  • the comparison of the bending strengths shows the excellent properties of the hard metal according to the invention.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Hartmetall, dessen Hartstoffphase aus Wolframcarbid und dessen Bindemetallphase aus Nickel und Chrom besteht und das aus pulverförmigen Rohstoffen durch Pressen und Sintern hergestellt ist, sowie auf ein Verfahren zu seiner Herstellung. Darartige Hartmetalle sind bereits bekannt, denn die US-PS 3 215 510 beschreibt ein Hartmetall, das aus 10 bis 30 Gew.-% einer Chrom-Nickel-Bindelegierung und Rest Wolframcarbid besteht, wobei das Gewichtsverhältnis von Chrom zu Bindemetall zwischen 0,015 und 0,15 liegt, und das aus pulverförmigen Rohstoffen durch Pressen und Sintern hergestellt wird. Ferner offenbart die Veröffentlichung von Kieffer und Benesovsky, Hartmetalle, 1965, Seiten 220, 221 und 228, ein Hartmetall, das aus 90 Gew.-% Wolframcarbid, 8 Gew.-% Nickel und 2 Gew.-% Chrom besteht. Diese bekannten Hartmetalle haben zwar eine gute Korrosionsfestigkeit, aber sie besitzen nur eine geringe Festigkeit und insbesondere eine sehr geringe Zähigkeit, so daß ihre Verwendungsmöglichkeiten stark eingeschränkt sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hartmetall der eingangs genannten Art zu schaffen, das neben einer guten Korrosionsfestigkeit auch eine hohe Festigkeit und insbsondere eine hohe Zähigkeit besitzt. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung des Hartmetalls zu schaffen.
  • Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Hartmetall neben der Hartstoffphase 5 bis 25 Gew.-% Bindemetallphase enthält, die aus 5 bis 15 Gew.-% Chrom und Rest Nickel zusammengesetzt ist, und daß das Hartmetall nach dem Sintern während einer Zeit von 20 bis 200 Minuten in einer Edelgasatmosphäre, vorzugsweise einer Argonatmosphäre, bei einer Temperatur von 1300 bis 1400°C und einem Druck von 20 bis 3000 bar behandelt worden ist. Das erfindungsgemäße Hartmetall ist korrosionsfest und hat eine größe Festigkeit sowie eine große Zähigkeit. Überraschenderweise hat sich aber gezeigt, daß Festigkeit und Zähigkeit des erfindungsgemäßen Hartmetalls noch höher sind als bei entsprechenden Wolframcarbid-Cobalt-Hartmetallen, die sich nach den heutigen Erkenntnissen durch höchste Festigkeiten und Zähigkeiten auszeichnen. Ferner ist das erfindungsgemäße Hartmetall immer unmagnetisch, was bei den bekannten Hartmetallen nicht immer der Fall ist. Wegen seiner guten Eigenschaften ergeben sich für das erfindungsgemäße Hartmetall vielfältige Verwendungsmöglichkeiten.
  • Es ist bekannt (FR-A-2 036 654 und 2 387 720) gesinterte Hartmetalle anderer als erfindungsgemäßer Zusammensetzung einer Nachbehandlung bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck zwecks Verbesserung der mechanischen Eigenschaften zu unterziehen. Es war aber überraschend, daß sich die Zähigkeit des Hartmetalles bei Beibehaltung oder sonstigen Günstigen Eigenschaften im Fall der erfindungsgemäßen Zusammensetzung durch die Nachbehandlung entscheidend verbessert.
  • Nach der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß 1 bis 30 Gew.-% des Wolframcarbids durch Titancarbid, Tantalcarbid und/oder Niobcarbid ersetzt sind. Hierdurch können die guten Eigenschaften des Hartmetalls variiert und bestimmten Verwendungszwecken angepaßt werden.
  • Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren zur Herstellung des Hartmetalls gelöst, bei dem die gesinterter Körper während einer Zeit von 20 bis 200 Minuten in einer Edelgasatmosphäre, vorzugsweise einer Argonatmosphäre, bei einer Temperatur von 1300 bis 1400°C und einem Druch von 20 bis 3000 bar behandelt werden. Durch die erfindungsgemäße Behandlung der gesinterten Körper erhält das Hartmetall eine gute Festigkeit und Zähigkeit, was auf einen hohen Verdichtungsgrad des Hartmetallgefüges zurückgeführt wird.
  • Nach der Erfindung ist schließlich vorgesehen, daß die gesinterten Körper abgekühlt und dann in einer gesonderten Anlage bei 100 bis 3000 bar behandelt werden oder das die gesinterten Körper unmittelbar nach der Sinterung in der Sinteranlage bei 20 bis 100 bar behandelt werden. Wenn die erfindungsgemäße Behandlung der gesinterten Körper unmittelbar nach ihrer Sinterung erfolgt, kann in vorteilhafter Weise bei besonders niedrigem Druck gearbeitet werden.
  • Die zur Hartmetallherstellung verwendeten pulverförmigen Rohstoffe haben eine Teilchengröße von 0,5 bis 5 pm. Das Pressen und Sintern des Hartmetalls wird nach den bekannten Methoden durchgeführt. Bei der erfindungsgemäßen Druck-Temperatur-Behandlung soll der Druck nicht unter 20 bar und die Temperatur nicht über 1400°C liegen, da bei einem kleineren Druck keine ausreichende Verdichtung des Gefüges und bei einer höheren Temperatur eine nachteilige Vergrößerung des Gefüges eintritt. Wenn der Chromgehalt der Bindemetallphase größer als 15 Gew.-% ist, treten im Hartmetallgefüge Chromcarbidausscheidungen auf, wodurch sich die Eigenschaften des Hartmetalls nachhaltig verschlechtern.
  • Die nachfolgende Tabelle enthält Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Hartmetalls und gibt deren Biegefestigkeiten an. Die Biegefestigkeit ist ein Maß für die Festigkeit und Zähigkeit von Hartmetallen. Die Tabelle zeigt auch die Zusammensetzung und Biegefestigkeit von entsprechenden WC-Co-Hartmetallen. Der Vergleich der Biegefestigkeiten beweist die ausgezeichneten Eigenschaften des erfindungsgemäßen Hartmetalls.
    Figure imgb0001

Claims (5)

1. Hartmetall, dessen Hartstoffphase aus Wolframcarbid und dessen Bindemetallphase aus Nickel und Chrom besteht, und das aus pulverförmigen Rohstoffen durch Pressen und Sintern hergestellt ist und neben der Hartstoffphase 5 bis 25 Gew.-% Bindemetallphase enthält, die aus 5 bis 15 Gew.-% Chrom und Rest Nickel zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Hartmetall nach dem Sintern während einer Zeit von 20 bis 200 Minuten in einer Edelgasatmosphäre, vorzugsweise einer Argonatmosphäre, bei einer Temperatur von 1300 bis 1400°C und einem Druck von 20 bis 3000 bar behandelt worden ist.
2. Hartmetall nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß 1 bis 30 Gew.-% des Wolframcarbids durch Titancarbid, Tantalcarbid und/oder Niobcarbid ersetzt sind.
3. Verfahren zur Herstellung des Hartmetalls nach den Ansprüchen 1 und 2, bei dem die pulverförmigen Rohstoffe zu Preßkörpern gepreßt und bei dem die Preßkörper anschließend während 20 bis 200 Minuten im Vakuum oder in einer Schutzgasatmosphäre aus Edelgasen oder Wasserstoff bei 1400 bis 1450°C gesintert werden, dadurch gekennzeichnet, daß die gesinterten Körper während einer Zeit von 20 bis 200 Minuten in einer Edelgasatmosphäre, vorzugsweise einer Argonatmosphäre, bei einer Temperatur von 1300 bis 1400°C und einem Druck von 20 bis 3000 bar behandelt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gesinterten Körper abgekühlt und dann in einer gesonderten Anlage bei 100 bis 3000 bar behandelt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gesinterten Körper unmittelbar nach der Sinterung in der Sinteranlage bei 20 bis 100 bar behandelt werden.
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