EP2066821B1 - Metal powder - Google Patents

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EP2066821B1
EP2066821B1 EP07803591A EP07803591A EP2066821B1 EP 2066821 B1 EP2066821 B1 EP 2066821B1 EP 07803591 A EP07803591 A EP 07803591A EP 07803591 A EP07803591 A EP 07803591A EP 2066821 B1 EP2066821 B1 EP 2066821B1
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EP
European Patent Office
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powder
iron
nickel
cobalt
binder
Prior art date
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EP07803591A
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EP2066821B9 (en
EP2066821A1 (en
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Benno Gries
Leo Prakash
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HC Starck GmbH
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HC Starck GmbH
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C22C29/005Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides comprising a particular metallic binder
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12Both compacting and sintering
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy

Definitions

  • Hard metals as a sintered and composite material consist of at least two phases, including a metallic binder phase, and one or more hard material phases. Due to the respective proportion of the metallic or hard phases, their different properties can be weighted and thus the desired properties of the hard metal, such as strength, hardness, modulus of elasticity, etc., can be set.
  • the hard material phase usually consists of tungsten carbide, and depending on the application of the carbide tool also cubic carbides such as vanadium carbide, zirconium, tantalum or niobium carbide, their mixed carbides with each other or with tungsten carbide, as well as chromium carbide or molybdenum carbide.
  • Typical binder contents for cemented carbides are between 5 and 15% by weight, but in special applications they may be up to 3% and more up to 40% by weight.
  • the metallic binder phase consists of predominantly cobalt in the classic carbide. Due to the liquid phase sintering and the consequent dissolution and deposition processes of the carbide phase, the metallic phase contains, after sintering, dissolved tungsten and carbon fractions, often also Cr - if e.g. Chromium carbide is used as an additive -, and for corrosion-resistant carbides also molybdenum. Very rarely, rhenium or ruthenium is used as an additive. The proportions of such metals in the binder which form cubic carbides are considerably lower because of their very low solubility.
  • the metallic binder phase in the sintered state comprises the hard material phase, forms a continuous network and is therefore often referred to as a "metallic binder” or as a "binder”. It is crucial for the strength of the carbide.
  • cobalt metal powder is usually mixed-milled with hard-material powders in ball mills or atres in liquids such as water, alcohols or acetone. In this case, a deforming stress of the cobalt metal powder takes place.
  • the resulting liquid suspension is dried, the resulting granules or powder ("hard metal mixture") pressed into compacts, and then sintered with at least partial melting of the metallic binder, subsequently ground if necessary to final gauge and / or provided with coatings.
  • shrinkage In powder metallurgy as well as in ceramics, the size change of the compact during sintering is referred to as shrinkage or shrinkage.
  • S l linear shrinkage
  • Typical values for this so-called linear shrinkage in the hard metal industry are between 15 and 23%. This value is dependent on numerous parameters, such as added organic auxiliaries (such as paraffin, low molecular weight polyethylenes or esters or amides of long-chain fatty acids as pressing aids, a film-forming agent for stabilizing granules after spray drying, such as polyethylene glycol or polyvinyl alcohol, or antioxidants such as hydroxylamine or Ascorbic acid).
  • added organic auxiliaries such as paraffin, low molecular weight polyethylenes or esters or amides of long-chain fatty acids as pressing aids
  • a film-forming agent for stabilizing granules after spray drying such as polyethylene glycol or polyvinyl alcohol, or antioxidants such as hydroxylamine or Ascorbic acid.
  • organic aids are also referred to as organic additives.
  • Other influencing factors which influence the shrinkage and its isotropy are, for example, the particle size and size distribution of the hard material powders, the mixed grinding conditions and the geometry of the compact. The deeper reason is that these parameters and additives affect the compaction process when pressing the hard metal mixture to the compact.
  • elemental carbon or refractory metal powders are used as further additives (inorganic additives), which can likewise influence the shrinkage and its isotropy.
  • anisotropies of the pressed density occur due to internal friction and wall friction during compaction, which can not be eliminated even by varying the parameters in the previous paragraph.
  • These density anisotropies lead to different shrinkages in two or even three spatial axes (anisotropic shrinkage), thus to tensions or even cracks in the sintered piece and must therefore be minimized as possible.
  • the empirical value is that the lower the shrinkage, ie the better the compactability during pressing, the better the shrinkage can be controlled within the desired tolerances, and the anisotropy of the shrinkage can be reduced.
  • eridkonturnahe or accurate sintered parts can be produced. In the latter case, grinding operations are eliminated.
  • EP 0 937 781 B1 describes how the undesirable shrinkage anisotropy in the production of cobalt-bonded tungsten carbide hard metals below 1 ⁇ m can be influenced by uniaxial pressing by means of the grain size of the cobalt metal powder used as binder.
  • the value for K should be at least 0.988 to avoid reworking by grinding operations. For hard metals with 20% cobalt, a K value of 0.960 is given.
  • the global shrinkage does not consider possible differences in the 3 dimensions and is to be regarded as the average of the shrinkages in the three spatial axes. It enables a forecast of shrinkage based on the press density.
  • nickel-based binders are already being used, for example, for corrosion-resistant or non-magnetic carbide grades. by virtue of However, the low hardness and high ductility at higher temperatures such carbide types are not used for metal cutting.
  • Iron- and cobalt-containing metallic binder systems are therefore in the center of interest and are already available on a commercial basis.
  • feedstocks in the mixed grinding with the hard material powders usually either element powder such as cobalt, nickel or iron metal powder or prealloyed powders are used.
  • element powder such as cobalt, nickel or iron metal powder or prealloyed powders are used.
  • the latter already represent the desired composition of the FeCoNi portion of the binder after sintering as a pre-alloyed powder.
  • EPA-1346074 discloses a FeNi-based cobalt-free binder type for coated hard metal cutting tools.
  • the case hardening can not occur due to the stable stability of the fcc binder phase over a wide temperature range from room temperature to the sintering temperature.
  • the lack of cobalt suggests that the high temperature properties (hot hardness) of the ductile binder can be exploited for certain applications, e.g. Turning metal are not sufficient.
  • a metallic binder phase with about 70% iron, 10% cobalt and 20% nickel has proven to be particularly resistant to wear Characterized by a martensitic transformation on cooling. (B. Wittman, W.-D. Schubert, B. Lux, Euro PM 2002, Lausanne).
  • pre-alloyed metal powders from the FeCoNi alloy system are described. Here coprecipitated metal compounds or mixed oxides are reduced with hydrogen at temperatures between 300 ° C and 600 ° C to the metal powder.
  • pre-alloyed metal powders may also be made by other methods in which there is a possibility that the metal components will be mixed by diffusion, such as mixing and annealing of oxides. If the equilibrium phase content of these powders given by the gross composition is biphasic at room temperature, these powders frequently already contain portions of excreted ferritic phase (cubic-body-centered, bcc) after production, the fcc portion still remaining (cubic face-centered , fcc) may be completely or partially metastable.
  • the alloy powders may be supersaturated at room temperature with respect to bcc fractions to be precipitated, and the excretion of bcc fractions may be promoted by mechanical activation of the powders even at room temperature.
  • the bcc-containing cemented carbide powder obtained after the mixing milling and drying can be pressed poorly. This results in low green densities, high and anisotropic shrinkages, and a greater dependence of compacted density on compacting pressure compared to elemental metal powders.
  • pre-alloyed FeCoNi powders which tend to biphase, could not be used as feedstock for carbide production due to process engineering reasons. Since the tungsten carbide is not deformed during pressing and only the metallic binder powder ensures the ductility required during pressing, the abovementioned problems with reduced binder content occur more frequently. Hard metals with a martensitic binder state - which require a pre-alloyed binder powder with very high iron contents and therefore high bcc contents - and low binder contents such as 6% are therefore only possible to produce under great process engineering effort.
  • This object is achieved by the method according to claim 7 for producing a hard metal mixture by using a) at least one prealloyed powder selected from the group consisting of iron / nickel, iron / cobalt, iron / nickel / cobalt and nickel / cobalt; b) at least one element powder selected from the group consisting of iron, nickel and cobalt or a prealloyed powder selected from the group consisting of iron / nickel, iron / cobalt, iron / nickel / cobalt and nickel / cobalt, which is derived from component a) is different; c) hard material powder, wherein the gross composition of components a) and b) together contains a maximum of 90% cobalt and a maximum of 70 wt .-% nickel.
  • the iron content is advantageously at least 10 wt .-%.
  • this is a method for producing a hard metal mixture according to claim 7, wherein the gross composition of the binder of Co max. 90% by weight, Ni max. 70 wt .-% and Fe is at least 10 wt .-%, wherein the iron content of the inequality Fe ⁇ 100 % - % Co • 90 % % Co + % Ni - % Ni • 70 % % Co + % Ni (with Fe: iron content in% by weight,% Co: cobalt content in% by weight,% Ni: nickel content in% by weight) is sufficient, with at least two binder powders a) and b) being used, with one binder powder having less iron as the gross composition of the binder and the other binder powder is more ferrous than the gross composition of the binder and wherein at least one binder powder is pre-alloyed of at least two elements selected from the group consisting of iron, nickel and cobalt is used.
  • Component a) is a prealloyed metal powder and component b) is an element powder or a prealloyed powder having a different composition, wherein one of the components a) or b) in particular advantageously has a greater proportion of a fcc phase which is stable at room temperature than the gross composition of Binders, this would be completely pre-alloyed. Particularly advantageous is one of the components a) or b) lower in iron than the gross composition of the binder powder.
  • the respective other component is more iron-rich, with the contents of iron, nickel and cobalt complementing the desired overall composition of the binder (the composition of components a) and b) together).
  • volume percent (vol.), Mol percent (mol.%) And weight percent (wt.%) are used interchangeably.
  • the nickel content of the components is collectively 70% by weight of the powder mixture or less.
  • the nickel content of components a) and b) together amount to 45% by weight of the powder mixture or less if the cobalt content is less than 5% by weight.
  • the nickel content of both components a) and b) together is 45% by weight of the powder mixture or less if the cobalt content is less than 5% by weight.
  • component a) is a prealloyed powder such as FeNi 50/50, FeCo 50/50 or FeCoNi 40/20/40.
  • the present invention also relates to a hard metal mixture obtainable by the method described above.
  • This hard metal mixture according to the invention can be used for the production of shaped articles, preferably by pressing and sintering.
  • the process for producing shaped articles is schematically shown in FIG. 6 shown.
  • the components a) and b), which are collectively referred to as binder powder 10, and the hard material powder 20 (component c) are mixed with a customary Mahl spasstechnik 30, for example water, hexane, ethanol, acetone and optionally other organic and / or inorganic additives (additives 40) subjected to a Mischmahlung 100, for example in a ball mill or an attritor.
  • the resulting suspension 50 is dried, removing the grinding fluid 90 and obtaining a hard metal mixture 60.
  • This cemented carbide mixture is pressed by a press 120 into the desired shape, whereby a compact 70 is obtained.
  • This is sintered by a conventional method, as described in detail below (sintering 130).
  • a molded article 90 is obtained, which consists of a hard metal.
  • Organic additives are e.g. Paraffin, low molecular weight polyethylene or esters or amides of long-chain fatty acids, which are used as pressing aids; a film-forming agent for stabilizing granules after spray-drying, such as e.g. Polyethylene glycol or polyvinyl alcohol, or antioxidants such as hydroxylamine or ascorbic acid.
  • a film-forming agent for stabilizing granules after spray-drying such as e.g. Polyethylene glycol or polyvinyl alcohol, or antioxidants such as hydroxylamine or ascorbic acid.
  • low molecular weight organic compounds are suitable as organic additives.
  • polymers having a low ceiling temperature of preferably below 250 ° C. for example polyacrylates and polymethacrylates such as polymethyl methacrylate, polyethyl methacrylate, polymethyl acrylate, polyethyl acrylate or even polyvinyl acetate or polyacetal homo- or copolymers are suitable. These are generally used in amounts of from 1% by weight to 5% by weight, based on the total amount of components a, b and c.
  • Inorganic additives are, for example, elemental carbon or refractory metal powder added to control the carbon balance of sintering, which may also affect shrinkage and its isotropy.
  • tungsten, chromium or molybdenum metal powders can be used as the refractory metal powder. In general, they are used in amounts of less than 1: 5, in particular less than 1:10 in a weight ratio to the total binder content of the hard metal.
  • Suitable graphite powders generally have BET surface areas of 10 to 30 m 2 / g, in particular 15 to 25 m 2 / g, advantageously 15 to 20 m 2 / g.
  • the particle size distributions have a d50 value of usually 2 to 10 .mu.m, advantageously from 3 to 7 .mu.m, the d90 value is generally from 5 to 15 .mu.m.
  • the basic feature of the invention is to have the lowest possible proportion of room-temperature-stable bcc phase in pressing on such binder compositions, which, if they were completely prealloyed, would be in the two-phase region bcc / fcc at room temperature.
  • This is achieved by adjusting the gross composition of the binder to at least two different powders, one of which is stable at room temperature (eg, iron powder or an iron-rich composition which is stable at room temperature and single-phase bcc), and another stable at room temperature fcc or at room temperature has a higher stable fcc content than the gross composition would have been, it would be completely prealloyed.
  • Another aspect of the invention is that when pressed, the least amount of bcc phase is present on such binder compositions, as compared to those which would have been produced entirely from elemental powders.
  • the invention is preferably relevant to the composition range FeCoNi of the binder (gross composition) which is pre-alloyed at room temperature (it is assumed that the temperature prevailing in the mixed grinding is between room temperature and a maximum of 80 ° C) according to the phase diagram in the two-phase region bcc (cubic-body centered ) / fcc (face-centered cubic), which is the prerequisite for the mechanically activated excretion of bcc phases. Since the fcc phases are more stable at high temperatures or their area of existence is larger, the general rule is that pre-alloyed metal powders in the FeCoNi system - provided the composition is in the two-phase region at room temperature - due to the usual manufacturing temperatures between 400 and 900 ° C.
  • iron powder FeCo powder with up to 90% Co, FeNi 82/18 or FeCoNi 90/5/5, constructed.
  • the boundary line two-phase region / fcc in the edge system FeNi is about 26% Ni, it is in the edge system FeNi at 70% Ni. If you connect these two points on the edge systems (FeNi 30/70 and FeCo 10/90) in the ternary system, you can draw the approximate course of the boundary line two-phase area / fcc at room temperature as a line and thus obtains its approximate course in the ternary system.
  • the dashed line A shows the boundary, the hatched area to the left of the dashed line A represents the gross composition area according to the invention.
  • the determined line also provides a means to obtain binder powder having the highest possible room temperature stable fcc Share.
  • the composition FeCoNi 40/20/40 must be biphasic.
  • the invention is carried out in such gross compositions FeCoNi of the binder, which satisfies the conditions Co a maximum of 90% and Ni a maximum of 70%, with the additional condition Fe ⁇ 100 % - % Co • 90 % % Co + % Ni - % Ni • 70 % % Co + % Ni
  • the boundary line A is in FIG. 4 described mathematically.
  • iron powder is used as the element powder in component b), but it is also possible to use an iron-rich alloy powder. You can get out of the Phase diagrams show that this preferred range for the bcc powder stable at room temperature satisfies the conditions "Ni max 10%” and "Co max 70%". In addition, any iron-rich prealloyed powder having a higher bcc stable at room temperature than the gross pre-alloyed powder composition may be used.
  • the gross composition of the binder which is calculated from the chemical compositions of the element or alloy powders used, takes into account only the metal content of the powders used.
  • the content of oxygen, nitrogen, carbon or any passivating organic nature (for example, waxes, polymers or antioxidants such as ascorbic acid) is not taken into account. This must be taken into account, in particular, in the commercially available iron carbonyl powders, which may well have carbon and nitrogen of more than one percent by weight. Nevertheless, they are called element powder.
  • the elements copper, zinc or tin are preferably present at most in the trace range, ie in amounts of at most 1000 ppm.
  • Component a) are so-called pre-alloyed powders.
  • the preparation of pre-alloyed powders is known in principle to a person skilled in the art and is described, for example, in US Pat EP-A-1079950 and EP-A-865 511 described, to which reference is made.
  • These pre-alloyed powders can be prepared by reduction of coprecipitated metal compounds or mixed oxides with hydrogen at temperatures between 300 ° C and 600 ° C to the metal powder.
  • pre-alloyed metal powders may also be made by other methods in which there is a possibility that the metal components will be mixed by diffusion, such as mixing and annealing of oxides.
  • the reduction can also be achieved in other reducing gases at a corresponding temperature. Such methods are known to the person skilled in the art or can be achieved by a small number of corresponding experiments.
  • pre-alloyed powders eg atomised pre-alloy
  • Such powders are expressly excluded from the term of pre-alloyed powders used herein and differ greatly in their properties.
  • an aqueous solution containing metal salts of the desired metals in the appropriate proportions to each other with an aqueous solution, for. a carboxylic acid, a hydroxide, carbonate or basic carbonate mixed.
  • the metal salts may advantageously be nitrates, sulfates or halides (especially chlorides) of iron, cobalt or nickel. This forms insoluble compounds of the metals, which precipitate from the solution and can be filtered off.
  • the precipitate is hydroxides, carbonates, or oxalates of the metals.
  • This precipitation product may optionally be subjected to thermal decomposition at a temperature of 200 to 1000 ° C in an oxygen-containing atmosphere (calcination).
  • the precipitate can be reduced to the prealloyed metal powder after precipitation and drying or after a calcination step in a hydrogen atmosphere at a temperature of 300 ° C to 1000 ° C.
  • Component a) contains at least two metals selected from the group consisting of iron, nickel and cobalt.
  • pre-alloyed powders in component a) are: pre-alloyed CoNi powders with any ratio Co: Ni between 0 and 200 also pre-alloyed with up to 10% Fe, FeNi powder with up to 30% Fe, FeNi 50/50.
  • component b) are FeCo 50/50, FeCo 20/80, FeCoNi 90/5/5, FeNi 95/5.
  • Component b) is an element powder selected from the group consisting of iron, nickel and cobalt, alternatively another prealloyed powder.
  • component b) is a prealloyed powder selected from the group consisting of iron / nickel, iron / cobalt, iron / nickel / cobalt and nickel / cobalt, which is different from component a).
  • the gross composition of components a) and b) together contains at least 10% by weight of iron and not more than 70% by weight of nickel. More preferably, the proportion of room-temperature-stable fcc phase of both components a) and b) is different from each other, and is higher than that of components a) and b), if they were completely pre-alloyed together to the desired gross composition of the binder. Also advantageous is a content of not more than 90% cobalt.
  • components a) or b) can in turn also be made up of components having different compositions, so that theoretically the number of binder powders used is not limited.
  • the choice of binder powder is also here according to the invention, i. the proportion of fcc phase stable at room temperature is greater than that of the gross composition as prealloyed powder.
  • the component b) according to the invention is a conventional iron powder, or the component b) is a conventional one Nickel metal powder, for example for powder metallurgical applications, or component b) is a conventional cobalt powder.
  • component b) is a conventional iron or nickel powder.
  • These metal powders are elemental powders, that is, these powders consist essentially of one, advantageously pure, metal.
  • the powder may contain common impurities.
  • These powders are known to those skilled in the art and are commercially available. For their preparation, numerous metallurgical or chemical processes are known. If fine powders are to be produced, the known methods often begin with the melting of a metal. The mechanical coarse and fine comminution of metals or alloys is also often used for the production of "conventional powders", but results in a non-spherical morphology of the powder particles.
  • Pre-alloyed powders are powders which consist of punctually sintered primary grains and therefore have an internal porosity and can therefore be comminuted in the case of mixed grinding, as in WO 00/23631 A1 , P.1, lines 26-30.
  • melted metal powders are not suitable for the disclosed process since they have no internal porosity.
  • mixed grinding for the production of the hard metal mixture occurs in the case of the use of atomized metal powders not for comminution, but for the ductile deformation of the powder particles, which causes microstructural defects in the sintered cemented carbide.
  • binder pools which contain no hard material, as well as elongated pores, which are formed by the fact that deformed metal particles melt with high aspect ratio in the liquid phase sintering and absorbed by the surrounding hard material powder via capillary forces, then leaving a pore which has the shape of the deformed metal particle.
  • binder pools which contain no hard material, as well as elongated pores, which are formed by the fact that deformed metal particles melt with high aspect ratio in the liquid phase sintering and absorbed by the surrounding hard material powder via capillary forces, then leaving a pore which has the shape of the deformed metal particle.
  • a point sintered cobalt metal powder produced by hydrogen reduction of oxides or oxalates. Sputtered cobalt metal powders, although easier to produce, have not been able to assert themselves from the problems described above for producing hard metal blends.
  • melt-spinning ie Pouring a melt onto a cooled roll to form a thin, generally easily shredded strip
  • crucible-melt-extraction ie immersing a cooled, profiled, high-speed roll into a molten metal, whereby particles or fibers are recovered become.
  • a suitable variant of the production of conventional powder element powders for powder metallurgy which are suitable for the production of the hard metal mixture according to the invention, is the chemical route via reduction of metal oxides or metal salts (US Pat. W. Schatt, K.-P. Wieters in “Powder Metallurgy - Processing and Materials", EPMA European Powder Metallurgy Association, 1997, 23-30 ), so that the procedure (apart from the use of the starting metal) is identical to the preparation of component a).
  • Extremely fine particles having particle sizes below one micrometer can also be produced by the combination of vaporization and condensation processes of metals as well as by gas phase reactions (US Pat. W. Schatt, K.-P. Wieters in "Powder Metallurgy - Processing and Materials", EPMA European Powder Metallurgy Association, 1997, 39-41 ).
  • One known industrial process for the production of iron, nickel and FeNi powders is the so-called carbonyl process, in which metal carbonyls are thermally decomposed.
  • the particle sizes here are between 0.3 and 10 .mu.m, with powders having particle sizes of less than 5 .mu.m being often suitable for hard metal production, such as, for example, the commercially available CM-type carbonyl iron powders from BASF AG, Germany.
  • Component c the hard material powder
  • these hard material powders are powders of, for example, carbides, borides, nitrides, metals of groups 4, 5 and 6 of the Periodic Table of the Elements.
  • the hard powder in the powder mixture according to the invention in particular carbides, borides and nitrides of the elements of Groups 4, 5 and 6 of the Periodic Table; in particular carbides, borides and nitrides of the elements molybdenum, tungsten, chromium, hafnium, vanadium, tantalum, niobium, zirconium.
  • Advantageous hard materials are in particular titanium nitride, titanium boride, boron nitride, titanium carbide, chromium carbide or tungsten carbide.
  • hard material powder one or more of the compounds mentioned above can be used.
  • component c) in the ratio of 1: 100 to 100: 1 or of 1:10 to 10: 1 or of 1: 2 to 2 : 1 or 1: 1 used.
  • tungsten carbide, boron nitride or titanium nitride these are advantageously used in amounts of from 3: 1 to 1: 100 or from 1: 1 to 1:10 or from 1: 2 to 1: 7 or from 1: 3 to 1: 6.3 used.
  • the hard material is advantageously used in amounts of from 3: 1 to 1: 100 or from 1: 1 to 1:10 or from 1: 2 to 1: 7 or from 1: 3 to 1: 6.3 ,
  • the hard metal mixture is a mixture of components a) and b) and component c) with the proviso that the ratio of component I to component III at 3: 1 to 1: 100, or from 1: 1 to 1:10, or from 1: 2 to 1: 7, or from 1: 3 to 1: 6.3.
  • the mean particle sizes before use in the process according to the invention are generally between 0.1 ⁇ m to 100 ⁇ m
  • the hard metal mixture according to the invention may contain conventional organic and inorganic additives, such as organic film-forming binders, as already described above.
  • Component a), the pre-alloyed powder, and component b), the element powder or the further pre-alloyed powder, complement the desired composition of the binder metal ("gross composition") for the component c), the hard material.
  • the components a) and b) together contain at least 10 wt .-% iron, the nickel content is not more than 70 wt .-%, advantageously, the maximum cobalt content is 90%.
  • the proviso that the iron content of the gross composition of both components a) and b) together satisfies the following inequality is particularly advantageous: Fe ⁇ 100 - % Co • 90 % Co + % Ni - % Ni • 70 % Co + % Ni (with Fe: iron content in wt%,% Co: cobalt content in wt%,% Ni: nickel content in wt%)
  • the nickel content of components a) and b) together is advantageously 70% by weight or less.
  • the nickel content of both components a) and b) together is 45% by weight of the powder mixture or less if the cobalt content is less than 5% by weight.
  • component a) is a prealloyed powder consisting of iron and nickel and component b) is a conventional elemental powder of iron.
  • component a) is a prealloyed powder selected from the group consisting of FeNi 50/50 and FeCoNi 40/20/40 or a nickel metal powder.
  • the components of the pre-alloyed powder are indicated by the element abbreviations and the numbers indicate the amount of the corresponding metal in weight percent.
  • component b) is a conventional one Iron powder, or a prealloyed powder of the composition FeCo 50/50, FeCoNi 90/5/5 or FeNi 90/10.
  • the hard metal mixture is used according to the invention for the production of shaped articles by sintering.
  • the hard metal mixture is pressed and sintered.
  • the cemented carbide composition according to the invention can be made into green bodies by known powder metallurgical processing methods, and is then sintered at a temperature of 1220 ° C to 1600 ° C for a period of 0.1 hour to 20 hours to form a liquid metal binder phase.
  • the green body Before sintering, the green body must be debinded in the presence of an organic additive, which is achieved for example by heating to a temperature of 200 to 450 ° C, but is also possible by other methods.
  • the sintering takes place advantageously in an inert or reducing atmosphere or in a vacuum.
  • an inert gas can be noble gases such as helium or argon, in some cases also use nitrogen, as reducing gases hydrogen or its mixtures with nitrogen, noble gases. In some cases, hydrocarbons are also used.
  • the design of the entire sintering cycle has great significance for the mechanical properties of the cemented carbides, but not for the shrinkage, provided the densification during sintering is close to the theoretical one.
  • the powder was examined by X-ray diffraction analysis.
  • 100 g of the binder metal powder was mixed with 400 g of WC (FSSS 0.6 (ASTM B330), type WC DS 60, manufacturer: HC Starck GmbH) and 2.13 g of carbon black (specific surface area: 9.6 m 2 / g) with 570 ml of spirit and 30 ml of water a ball mill (content 2 l) with 5 kg of 15 mm diameter hard metal balls at 63 rpm for 14 h mixed milled.
  • the hard metal balls were mechanically separated, and the suspension obtained in a glass flask at 65 ° C and 175 mbar absolute pressure heated under rotation to separate the grinding liquid by distillation. Was obtained a hard metal powder, which was sieved over 400 microns.
  • the height ratio of the main reflections bcc / fcc was determined by X-ray diffraction analysis to be 14.3, ie the bcc content is about 94% by volume and the fcc content is about 6% by volume. Based on this result, it can be assumed that the fcc phase stable at room temperature for a FeCoNi 70/10/20 is at most 6% by volume.
  • the cemented carbide powder was pressed uniaxially with a firm punch at 100, 150 and 200 MPa, determined the densities of the compacts, and sintered in vacuo at 1400 ° C for 1 h.
  • the following table shows the results thus obtained: Pressing pressure (MPa) 100 150 200 Press density (g / cm 3 ) 6.01 6.25 6.45 Global shrinkage (calculated from pressed density and sintered density, in%) 22.87 21.86 21,04
  • the change in phase balance is presumably due to supersaturation of the fully prealloyed binder powder at room temperature with respect to the face centered cubic content, and acceleration of the conversion rate from fcc to bcc due to the mechanical activation in the mixed grinding.
  • Example 1 was repeated, but instead of the pre-alloyed binder powder, the following elemental metal powders were used: amount element Manufacturer FSSS * Phase inventory according to X-ray diffraction analysis 70 g iron BASF, D 2.47 Pure bcc 10g cobalt Umicore, B 0.9 Hexagonal: fcc 1:25 20 g nickel Inco Specialties, UK 2.8 Pure fcc * ASTM B330
  • the amount of carbon black added had to be reduced to 0.84 g to achieve the same carbon content of the formulation as in Example 1. Since only the Ni powder is stable at room temperature fcc and the co-powder is predominantly hexagonal , results for the binder powder used On the other hand, the fcc portion stable at room temperature is 20% since the fcc portion in the cobalt metal powder is metastable at room temperature while iron is stably hexagonal at room temperature bcc and cobalt.
  • Example 1 Example 1) was repeated, except that 0.71 g of graphite powder having a BET surface area of 20 m 2 / g, a d50 of 3.3 ⁇ m and d90 of 6.5 ⁇ m were added as internal lubricant and the amount of carbon black added was reduced by the same amount , The results obtained are shown in the following table: Pressing pressure (MPa) 100 150 200 Press density (g / cm 3 ) 6.27 6.49 6.68 Global shrinkage (calculated from pressed density and sintered density, in%) 21.78 20.87 20.11
  • Example 1 was repeated, but the following amounts of prealloyed binder powder or Fe metal powder were added instead of the prealloyed binder powder: amount Manufacturer FSSS * Phase inventory according to X-ray diffraction analysis 40 g FeNi 50/50 HC Starck 2.01 Pure fcc 20 g FeCo 50/50 HC Starck 1.26 Pure bcc 40 g Fe powder BASF 2.47 Pure bcc • ASTM B330
  • the addition of carbon black was 1.94 g to set the same carbon content in the formulation as in Example 1.
  • the carbon black addition was 2.03 g to adjust the same carbon content in the formulation as in Example 1.
  • the proportion of stable at room temperature fcc phase after the Mixed grinding in the pre-alloyed binder content is difficult to estimate, since the phase diagram FeCoNi is not known in this alloy composition at room temperature, but should be well below 50%, since the starting powder FeCoNi 40/20/40 precipitates below about 500 ° C already bcc phase , Thus, the stable at room temperature fcc content of the binder would be less than 25%.
  • Example 2 was repeated. A portion of the hard metal powder was pressed directly after drying, another part was according to WO 2004 014586 with 2 parts by weight of paraffin infiltrated to 98 parts by weight of hard metal powder to achieve a homogeneous wax distribution. The results "waxed” and “unwaxed” are compared in the following table. At the values for the density "waxed” the measured value for the density was multiplied by the factor 0.98, because the wax is expelled during sintering.
  • Example 1 The hard metal powder from Example 1 was infiltrated with paraffin wax to give a content of 2%. Press densities corrected for wax content were 5.99 (100 MPa), 6.39 (150 MPa), and 6.61 (200 MPa). Comparison with Example 1 shows that there is only a slight improvement in the green density due to the added wax.
  • the sintering density was 14.80 g / cm3 +/- 0.03, but variant b) showed porosity and therefore reached only 14.54 g / cm3.
  • the variant a) shows a lower anisotropy of the shrinkage compared to the variant c).
  • Variant b) could not be densely sintered, which is an indication of a poor homogeneity of the green density and an indication of very high internal friction during pressing. The values for the shrinkage can therefore not be evaluated.
  • Examples 9 to 12 illustrate the essence of the invention particularly clearly.
  • the two embodiments of the invention show in comparison to the use of elemental powders a significantly lower shrinkage at the same time higher K value.
  • the fully pre-alloyed powder causes a much smaller K value at high shrinkages, which is even below the K value for 20% cobalt cemented carbides.
  • the K values which were obtained according to the invention and with elemental powders are above the value of 0.988 EP 0 937 781 B1 and it is therefore believed that these three cemented carbide mixtures are suitable for the production of sintered hard metal parts without post-processing.
  • the two embodiments of the invention provide in Compared to the use of pure element powders additionally the advantage of an overall lower shrinkage, which additionally facilitates the production of final contour sintering and the advantages of pre-alloyed powders in the sintering.
  • the paraffin wax commonly used as a lubricant in the hard metal industry improves the green density and the shrinkage, but does not increase the K value. This is explained by the fact that the lubricant facilitates the rotation or displacement of particles occurring during pressing against each other, but of course not the equally necessary deformation of metallic binder particles.
  • the examples show that the alloy state of the binder is the largest major factor influencing shrinkage and K value. This is even more true, the higher the binder content. In the case of 6% binder, the influence decreases significantly, which confirms the assumption that the role of the binder is crucial. Thus, the deformability of the binder particles would be crucial.
  • phase transformations or precipitates presumably caused by mechanical activation of precipitation processes or phase transformations of pre-alloyed powders in the mixed grinding with tungsten carbide, lead to an aggravation of compaction during pressing, by deteriorating the deformability.
  • proportion of cubic-body-centered phase increases, it can be assumed that a mechanically activated precipitation hardening occurs.
  • cubic body-centered metal alloys are less deformable than face-centered cubic because they have less crystallographic slip planes. The green density increases disproportionately with the stable at room temperature fraction of fcc phase. This is in FIG. 5 shown.
  • FIG. 7 shows the results obtained for the dependence of the shrinkage on the pressing pressure, the alloy state of the binding metal powder and in the direction perpendicular and parallel to the pressing direction.
  • the lines are practically superimposed.
  • the expected, very high anisotropy of shrinkage results, in the direction parallel to the pressing direction a much higher shrinkage is found.
  • c) according to the invention (“FeNi 50/50 + Fe")

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Description

Hartmetalle als Sinter- und Verbundwerkstoff bestehen aus mindestens zwei Phasen, davon eine metallische Binderphase, und eine oder mehrere Hartstoffphasen. Durch den jeweiligen Anteil der metallischen bzw. Hartphasen lassen sich deren unterschiedliche Eigenschaften gewichten und damit die gewünschten Eigenschaften des Hartmetalls wie Festigkeit, Härte, Elastizitäts-Modul etc. einstellen. Die Hartstoffphase besteht üblicherweise aus Wolframkarbid, sowie je nach Anwendungsfall des Hartmetallwerkzeugs auch aus kubischen Karbiden wie Vanadiumkarbid, Zirkon-, Tantal- oder Niobkarbid, deren Mischkarbide untereinander oder mit Wolframkarbid, als auch Chromkarbid oder Molybdänkarbid. Es können auch stickstoffhaltige kubische Karbide ("Karbonitride") eingesetzt werden, um beispielsweise beim Sintern die Phasenverhältnisse der Randzonen zu beeinflussen. Typische Bindergehalte bei Hartmetallen liegen zwischen 5 und 15% Gewichtsprozent, sie können bei speziellen Anwendungen aber auch darunter bei bis 3% und darüber bis zu 40 Gewichtsprozent liegen.Hard metals as a sintered and composite material consist of at least two phases, including a metallic binder phase, and one or more hard material phases. Due to the respective proportion of the metallic or hard phases, their different properties can be weighted and thus the desired properties of the hard metal, such as strength, hardness, modulus of elasticity, etc., can be set. The hard material phase usually consists of tungsten carbide, and depending on the application of the carbide tool also cubic carbides such as vanadium carbide, zirconium, tantalum or niobium carbide, their mixed carbides with each other or with tungsten carbide, as well as chromium carbide or molybdenum carbide. It is also possible to use nitrogen-containing cubic carbides ("carbonitrides") in order, for example, to influence the phase relationships of the edge zones during sintering. Typical binder contents for cemented carbides are between 5 and 15% by weight, but in special applications they may be up to 3% and more up to 40% by weight.

Die metallische Bindephase besteht beim klassischen Hartmetall aus überwiegend Kobalt. Bedingt durch die Flüssigphasensinterung und die dabei ablaufenden Lösungs- und Abscheidevorgänge der karbidischen Phase enthält die metallische Phase nach dem Sintern Anteile an gelöstem Wolfram und Kohlenstoff, oft auch Cr - falls z.B. Chromkarbid als Zusatz verwendet wird -, und bei korrosionsfesten Hartmetallen auch Molybdän. Sehr selten wird noch Rhenium oder Ruthenium als Zusatz verwendet. Die Anteile solcher Metalle im Binder, welche kubische Karbide bilden, sind wegen der sehr geringen Löslichkeit erheblich geringer.The metallic binder phase consists of predominantly cobalt in the classic carbide. Due to the liquid phase sintering and the consequent dissolution and deposition processes of the carbide phase, the metallic phase contains, after sintering, dissolved tungsten and carbon fractions, often also Cr - if e.g. Chromium carbide is used as an additive -, and for corrosion-resistant carbides also molybdenum. Very rarely, rhenium or ruthenium is used as an additive. The proportions of such metals in the binder which form cubic carbides are considerably lower because of their very low solubility.

Die metallische Binderphase umfasst im gesinterten Zustand die Hartstoffphase, bildet ein durchgängiges Netzwerk und wird daher oft als "metallischer Binder" oder als "Binder" bezeichnet. Sie ist für die Festigkeit des Hartmetalls von entscheidender Bedeutung.The metallic binder phase in the sintered state comprises the hard material phase, forms a continuous network and is therefore often referred to as a "metallic binder" or as a "binder". It is crucial for the strength of the carbide.

Zur Herstellung von Hartmetall wird üblicherweise Kobaltmetallpulver mit Hartstoffpulvern in Kugelmühlen oder Atrittoren in Flüssigkeiten wie Wasser, Alkoholen oder Azeton mischgemahlen. Hierbei findet eine umformende Beanspruchung des Kobaltmetallpulvers statt. Die so erhaltene flüssige Suspension wird getrocknet, das dabei erzeugte Granulat oder Pulver ("Hartmetallmischung") zu Presskörpern verpresst, und anschließend gesintert unter wenigstens teilweisem Schmelzen des metallischen Binders, nachfolgend ggf. auf Endmaß geschliffen und/oder mit Beschichtungen versehen.For the production of hard metal, cobalt metal powder is usually mixed-milled with hard-material powders in ball mills or atres in liquids such as water, alcohols or acetone. In this case, a deforming stress of the cobalt metal powder takes place. The resulting liquid suspension is dried, the resulting granules or powder ("hard metal mixture") pressed into compacts, and then sintered with at least partial melting of the metallic binder, subsequently ground if necessary to final gauge and / or provided with coatings.

Schleifoperationen bedingen einigen technischen Aufwand, denn es werden feine, gesundheitsschädliche Stäube erzeugt bzw. Schleifschlämme erzeugt, welche einen Verlust darstellen und deren umweltgerechte Handhabung Kosten verursacht. Daher ist es wünschenswert, die Größenänderung des Presslings beim Sintern so zu beherrschen, dass Schleifoperationen möglichst entfallen.Grinding operations require some technical effort, because it produces fine, harmful dusts or generated grinding sludge, which represent a loss and their environmentally friendly handling costs. Therefore, it is desirable to control the size change of the compact during sintering so that grinding operations omitted as possible.

In der Pulvermetallurgie sowie in der Keramik wird die Größenänderung des Presslings beim Sintern als Schrumpfung oder Schwindung bezeichnet. Berechnet wird die lineare Schrumpfung (Sl) einer Abmessung durch die sinterbedingte Abmessungsänderung, geteilt durch die ursprüngliche Abmessung des Presskörpers. Typische Werte für diese so genannte lineare Schrumpfung liegen in der Hartmetallindustrie zwischen 15 und 23%. Dieser Wert ist von zahlreichen Parametern abhängig, wie zugesetzten organischen Hilfsmitteln (wie z.B Paraffin, niedermolekulare Polyethylene oder Ester oder Amide langkettiger Fettsäuren als Presshilfsmittel, einem filmbildenden Mittel zur Stabilisierung von Granulaten nach der Sprühtrocknung, wie z.b. Polyethylenglykol oder Polyvinylalkohol, oder Antioxidantien wie Hydroxylamin oder Ascorbinsäure ). Diese organischen Hilfsmittel werden auch als organische Additive bezeichnet. Weitere Einflussgrößen, die die Schrumpfung und deren Isotropie beeinflussen, sind z.B. die Korngröße und -größenverteilung der Hartstoffpulver, den Mischmahlbedingungen und der Geometrie des Presskörpers. Der tiefere Grund liegt darin, dass diese Parameter und Zusätze den Verdichtungsvorgang beim Pressen der Hartmetallmischung zum Presskörper beeinflussen. Ferner kommen zur Beherrschung des Kohlenstoffhaushaltes beim Sintern elementarer Kohlenstoff oder Refraktärmetallpulver als weitere Zusätze zum Einsatz ( anorganische Additive ), die ebenfalls die Schrumpfung und deren Isotropie beeinflussen können.In powder metallurgy as well as in ceramics, the size change of the compact during sintering is referred to as shrinkage or shrinkage. Calculated is the linear shrinkage (S l ) of a dimension due to the sintered dimensional change divided by the original dimension of the compact. Typical values for this so-called linear shrinkage in the hard metal industry are between 15 and 23%. This value is dependent on numerous parameters, such as added organic auxiliaries (such as paraffin, low molecular weight polyethylenes or esters or amides of long-chain fatty acids as pressing aids, a film-forming agent for stabilizing granules after spray drying, such as polyethylene glycol or polyvinyl alcohol, or antioxidants such as hydroxylamine or Ascorbic acid). These organic aids are also referred to as organic additives. Other influencing factors which influence the shrinkage and its isotropy are, for example, the particle size and size distribution of the hard material powders, the mixed grinding conditions and the geometry of the compact. The deeper reason is that these parameters and additives affect the compaction process when pressing the hard metal mixture to the compact. Furthermore, to control the carbon balance during sintering, elemental carbon or refractory metal powders are used as further additives (inorganic additives), which can likewise influence the shrinkage and its isotropy.

Bei axial gepressten Presskörpern, wie sie industrieller Standard sind, treten, bedingt durch innere Reibung und Wandreibung bei der Verdichtung, Anisotropien der Pressdichte auf, die auch durch Variation der Parameter im vorherigen Absatz nicht beseitigt werden können. Diese Dichte-Anisotropien führen zu unterschiedlichen Schrumpfungen in zwei oder sogar drei Raumachsen (anisotrope Schrumpfung), somit zu Spannungen oder sogar zu Rissen im Sinterstück und müssen daher möglichst minimiert werden. Grundsätzlich gilt als Erfahrungswert, dass je niedriger die Schrumpfung ist, also je besser die Verdichtbarkeit beim Pressen ist, die Schrumpfung prozesstechnisch umso besser innerhalb der gewünschten Toleranzen kontrolliert werden kann und die Anisotropie der Schrumpfung verringert werden kann. Zusammen mit geeigneten Design der Presswerkzeuge lassen sich dann eridkonturnahe oder-genaue Sinterteile herstellen. In letzterem Fall entfallen dann Schleifoperationen.In the case of axially pressed compacts of the industrial standard, anisotropies of the pressed density occur due to internal friction and wall friction during compaction, which can not be eliminated even by varying the parameters in the previous paragraph. These density anisotropies lead to different shrinkages in two or even three spatial axes (anisotropic shrinkage), thus to tensions or even cracks in the sintered piece and must therefore be minimized as possible. In principle, the empirical value is that the lower the shrinkage, ie the better the compactability during pressing, the better the shrinkage can be controlled within the desired tolerances, and the anisotropy of the shrinkage can be reduced. Together with a suitable design of the pressing tools, eridkonturnahe or accurate sintered parts can be produced. In the latter case, grinding operations are eliminated.

Beim axialen Pressen besteht erfahrungsgemäß ein Unterschied in der Schrumpfung senkrecht und parallel zur Pressrichtung. Bei einfachen Geometrien, z.B. Würfeln oder Platten mit quadratischer Fläche senkrecht zur Pressrichtung, treten jedoch keine signifikanten Unterschiede in den beiden Richtungen senkrecht zur Pressrichtung auf, so dass es genügt, die Schrumpfung nur in einer der beiden Richtungen senkrecht zur Pressrichtung zu ermitteln.In axial pressing, experience has shown that there is a difference in shrinkage perpendicular and parallel to the pressing direction. In simple geometries, eg cubes or plates with a square surface perpendicular to the pressing direction, however, no significant differences occur in the two directions perpendicular to the pressing direction that it is sufficient to determine the shrinkage only in one of the two directions perpendicular to the pressing direction.

EP 0 937 781 B1 beschreibt, wie die unerwünschte Anisotropie der Schrumpfung bei der Herstellung von Kobalt-gebundenen Hartmetallen aus Wolframkarbid unter 1 µm durch uniaxiales Pressen mittels der Korngröße des als Binders verwendeten Kobaltmetallpulvers beeinflusst werden kann. Angestrebt wird eine in Pressrichtung und senkrecht dazu vollkommen gleiche Schrumpfung ( = isotrope Schrumpfung ), was einem Wert für den Parameter K von eins entspricht. Je weiter der Wert für K unter eins liegt, desto anisotroper ist die Schrumpfung. Der Wert für K sollte wenigstens bei 0,988 liegen, um Nacharbeit durch Schleifoperationen zu vermeiden. Für Hartmetalle mit 20% Kobalt wird ein K-Wert von 0,960 angegeben. .Aus vorliegenden Schrumpfungen S ( in % ) kann der K-Wert nach folgender Formel berechnet werden, wobei die Indices "s" senkrecht zur Pressrichtung, "p" parallel zur Pressrichtung bedeuten: K = / 100 Ss + 1 / 100 Sp + 1

Figure imgb0001
EP 0 937 781 B1 describes how the undesirable shrinkage anisotropy in the production of cobalt-bonded tungsten carbide hard metals below 1 μm can be influenced by uniaxial pressing by means of the grain size of the cobalt metal powder used as binder. The aim is a shrinkage that is completely equal in the pressing direction and perpendicular thereto (= isotropic shrinkage), which corresponds to a value for the parameter K of one. The further the value of K is less than one, the more anisotropic is the shrinkage. The value for K should be at least 0.988 to avoid reworking by grinding operations. For hard metals with 20% cobalt, a K value of 0.960 is given. From the present shrinkages S (in%), the K value can be calculated according to the following formula, the indices "s" being perpendicular to the pressing direction, "p" being parallel to the pressing direction: K = / 100 ss + 1 / 100 sp + 1
Figure imgb0001

Die globale Schrumpfung Sg in Prozent kann aus der Pressdichte und der Sinterdichte nach folgender Formal berechnet werden : Sg = 100 1 - Pr essdichte SIntedichte

Figure imgb0002
The global shrinkage S g in percent can be calculated from the compactness and the sintered density according to the following formula: sg = 100 1 - pr essdichte SIntedichte
Figure imgb0002

Die global Schrumpfung berücksichtigt nicht eventuelle Unterschiede in den 3 Abmessungen und ist als Mittelwert der Schrumpfungen in die drei Raumachsen zu betrachten. Sie ermöglicht eine Prognose der Schrumpfung anhand der Pressdichte.The global shrinkage does not consider possible differences in the 3 dimensions and is to be regarded as the average of the shrinkages in the three spatial axes. It enables a forecast of shrinkage based on the press density.

Aufgrund der gesundheitsschädlichen Wirkung von staubförmigem Verbundwerkstoff Wolframkarbid mit Kobalt, wie er beispielsweise beim Schleifen von gesintertem Hartmetall auftritt, sowie der oft schlechten Verfügbarkeit von Kobalt als Koppelprodukt der Nickel- oder Kupfergewinnung existiert ein erhebliches Interesse an der Substitution von Kobalt als Bindephase.Due to the harmful effect of dust-like composite tungsten carbide with cobalt, as occurs for example when grinding sintered cemented carbide, and the often poor availability of cobalt as co-product of nickel or copper extraction, there is considerable interest in the substitution of cobalt as binder phase.

Als potentieller Ersatz für Kobalt-basierte metallische Binder werden Nickel-basierte Binder z.B. für korrosionsfeste oder nichtmagnetische Hartmetallsorten bereits eingesetzt. Aufgrund der niedrigen Härte und der hohen Duktilität bei höheren Temperaturen sind derartige Hartmetallsorten jedoch nicht zur Metallzerspanung einsetzbar.As a potential replacement for cobalt-based metallic binders, nickel-based binders are already being used, for example, for corrosion-resistant or non-magnetic carbide grades. by virtue of However, the low hardness and high ductility at higher temperatures such carbide types are not used for metal cutting.

Eisen- und Kobalthaltige metallische Bindersysteme stehen daher im Mittelpunkt des Interesses und sind bereits auf kommerzieller Basis erhältlich. Als Einsatzstoffe bei der Mischmahlung mit den Hartstoffpulvern kommen dabei üblicherweise entweder Elementpulver wie Kobalt-, Nickel- oder Eisenmetallpulver oder vorlegierte Pulver zum Einsatz. Letztere stellen die nach dem Sintern gewünschte Zusammensetzung des FeCoNi-Anteils des Binders bereits als vorlegiertes Pulver dar.Iron- and cobalt-containing metallic binder systems are therefore in the center of interest and are already available on a commercial basis. As feedstocks in the mixed grinding with the hard material powders usually either element powder such as cobalt, nickel or iron metal powder or prealloyed powders are used. The latter already represent the desired composition of the FeCoNi portion of the binder after sintering as a pre-alloyed powder.

Aus EP-B-1007751 sind Hartmetalle mit bis zu 36 % Fe für Hartmetallanwendungen bekannt. Hier werden gegenüber Kobalt-gebundenen Hartmetallen Leistungsvorteile erzielt, da das gesinterte Hartmetall eine stabile kubisch-flächenzentrierte (face-centered cubic, fcc) Binderphase aufweist, im Gegensatz zu einem Kobalt-gebundenen Hartmetall, welches nach dem Sintern zwar eine fcc-Bindephase aufweist, diese sich jedoch im Einsatz in die bei niedrigeren Temperaturen stabilere hexagonale Phase umwandelt. Durch diese Phasenumwandlung kommt es zu einer Gefügeveränderung, die auch als Einsatzhärtung bezeichnet wird, und einem schlechteren Ermüdungsverhalten, die in einer stabilen fcc Binderphase nicht auftreten kann.Out EP-B-1007751 Carbides are known with up to 36% Fe for carbide applications. Performance advantages are achieved over cobalt bonded hardmetals since the sintered cemented carbide has a stable face centered cubic (fcc) binder phase as opposed to a cobalt bonded cemented carbide having an fcc binder phase after sintering. However, this converts in use in the stable at lower temperatures hexagonal phase. This phase transformation leads to a microstructural change, which is also referred to as case hardening, and a poorer fatigue behavior, which can not occur in a stable fcc binder phase.

In EPA-1346074 ist ein kobaltfreier Bindertyp auf FeNi-Basis für beschichtete Zerspanungswerkzeuge aus Hartmetall beschrieben. Hier kann durch die über einen breiten Temperaturbereich durchgängige Stabilität der fcc-Bindephase von Raumtemperatur bis zur Sintertemperatur keine Einsatzhärtung eintreten. Durch das fehlende Kobalt ist zu vermuten, dass die Hochtemperatureigenschaften (Warmhärte) des duktilen Binders für bestimmte Anwendungen wie z.B. Drehen von Metall nicht ausreichend sind.EPA-1346074 discloses a FeNi-based cobalt-free binder type for coated hard metal cutting tools. In this case, the case hardening can not occur due to the stable stability of the fcc binder phase over a wide temperature range from room temperature to the sintering temperature. The lack of cobalt suggests that the high temperature properties (hot hardness) of the ductile binder can be exploited for certain applications, e.g. Turning metal are not sufficient.

Aus DE-U-29617040 und der Dissertation von Leo Prakash (TH Karlsruhe, 1979) ist seit langem bekannt, dass Hartmetall mit Binderphasen auf FeCoNi-Basis, welche nach dem Sintern eine abkühlungsbedingte Phasenumwandlung unter Martensitbildung aufweisen, besonders hohe Warmhärten sowie eine generell höhere Verschleißfestigkeit und auch bessere chemische Korrosionsfestigkeit aufweisen. Aus dem Phasendiagramm des Dreistoffsystems Fe-Co-Ni kann man zwar den Bereich abschätzen, in welchem Martensit auftreten kann, es kommt im gesinterten Hartmetall durch den im metallischen Binder nach dem Sintern gelösten Gehalt an Wolfram, Kohlenstoff oder Chrom jedoch zu einer Verschiebung des Zweiphasengebietes, da diese Elemente den fcc Gittertyp stabilisieren. Als besonders verschleißfest hat sich für einige Hartmetallanwendungen eine metallische Binderphase mit etwa 70% Eisen, 10% Cobalt und 20% Nickel bewährt, die sich durch Zweiphasigkeit infolge einer martensitischen Umwandlung beim Abkühlen auszeichnet. ( B. Wittman, W.-D. Schubert, B. Lux, Euro PM 2002, Lausanne).Out DE-U-29617040 and the dissertation by Leo Prakash (TH Karlsruhe, 1979) has long been known that carbide with FeCoNi-based binder phases, which have a martensite-induced phase transformation after sintering, particularly high thermal hardness and a generally higher wear resistance and better chemical corrosion resistance exhibit. From the phase diagram of the three-component system Fe-Co-Ni it is possible to estimate the range in which martensite can occur, but in the sintered hard metal the content of tungsten, carbon or chromium dissolved in the metallic binder after sintering results in a shift of the two-phase region because these elements stabilize the fcc lattice type. For some hard metal applications, a metallic binder phase with about 70% iron, 10% cobalt and 20% nickel has proven to be particularly resistant to wear Characterized by a martensitic transformation on cooling. (B. Wittman, W.-D. Schubert, B. Lux, Euro PM 2002, Lausanne).

Aus metallurgischer Sicht ist es vorteilhaft, den FeCoNi-Anteil der metallischen Bindephase vorlegiert als Pulver einzusetzen, denn beim Einsatz von Elementpulvern ( z.B. Fe-, Co und Ni-Pulver ) kommt es erfahrungsgemäß zu lokal unterschiedlicher Temperatur- und Zusammensetzungslagen der Schmelzeutektika Co-W-C bzw. Ni-W-C bzw. Fe-W-C, somit zu frühzeitiger lokaler Schwindung, Inhomogenitäten der Sintergefüge und mechanischen Spannungen. Dem Sintervorgang sind somit chemische Ausgleichsvorgänge überlagert.From a metallurgical point of view, it is advantageous to use the FeCoNi portion of the metallic binder phase pre-alloyed as a powder, because experience shows that the use of elemental powders (eg Fe, Co and Ni powders) leads to locally different temperature and compositional layers of the melt eutectics Co-WC or Ni-WC or Fe-WC, thus premature local shrinkage, inhomogeneities of the sintered structure and mechanical stresses. The sintering process is thus superimposed chemical compensation processes.

In EP-A-1079950 sind Herstellungsverfahren für vorlegierte Metallpulver aus dem Legierungssystem FeCoNi beschrieben. Hierbei werden kopräzipitierte Metallverbindungen bzw. Mischoxide mit Wasserstoff bei Temperaturen zwischen 300°C und 600°C zum Metallpulver reduziert. Alternativ können vorlegierte Metallpulver auch durch andere Verfahren hergestellt werden, in welchen die Möglichkeit besteht, dass die Metallkomponenten sich durch Diffusion vermischen, wie beispielsweise Mischen und Tempern von Oxiden. Falls der durch die Brutto-Zusammensetzung vorgegebene Gleichgewichts-Phasenbestand dieser Pulver bei Raumtemperatur zweiphasig ist, enthalten diese Pulver nach der Herstellung oft abkühlbedingt bereits Anteile ausgeschiedener ferritischer Phase (kubisch-raumzentriert, bcc), wobei der noch enthaltene fcc-Anteil (kubisch-flächenzentriert, fcc) ganz oder teilweise metastabil sein kann. Die Legierungspulver können also bei Raumtemperatur in Bezug auf auszuscheidende bcc-Anteile übersättigt sein, wobei die Ausscheidung von bcc-Anteilen durch mechanische Aktivierung der Pulver auch bei Raumtemperatur gefördert werden kann. Durch die bekannt schlechte Verformbarkeit von bcc-Phasen und deren ausscheidungsbedingt fein verteiltes Vorliegen lassen sich die nach dem Mischmahlen und Trocknen erhaltenen bcc-haltigen Hartmetallpulver schlecht verpressen. Erhalten werden niedrige Gründichten, hohe und anisotrope Schrumpfungen sowie eine stärkere Abhängigkeit der Pressdichte vom Pressdruck, verglichen mit Element-Metallpulvern. Trotz der ausgeprägten Homogenität konnten sich daher zur Zweiphasigkeit neigende voriegierte FeCoNi-Pulver als Einsatzstoff zur Hartmetallherstellung aus prozesstechnischen Gründen nicht durchsetzen. Da beim Pressen das Wolframkarbid nicht verformt wird und lediglich das metallische Binderpulver die beim Pressen notwendige Duktilität sicherstellt, treten die oben genannten Probleme mit verringertem Bindergehalt verstärkt auf. Hartmetalle mit martensitischem Binderzustand - welche ein vorlegiertes Binderpulver mit sehr hohen Eisengehalten und damit hohen bcc-Anteilen erfordern - und geringen Bindergehalten wie 6% sind daher nur unter großem prozesstechnischem Aufwand herzustellen.In EP-A-1079950 Production processes for pre-alloyed metal powders from the FeCoNi alloy system are described. Here coprecipitated metal compounds or mixed oxides are reduced with hydrogen at temperatures between 300 ° C and 600 ° C to the metal powder. Alternatively, pre-alloyed metal powders may also be made by other methods in which there is a possibility that the metal components will be mixed by diffusion, such as mixing and annealing of oxides. If the equilibrium phase content of these powders given by the gross composition is biphasic at room temperature, these powders frequently already contain portions of excreted ferritic phase (cubic-body-centered, bcc) after production, the fcc portion still remaining (cubic face-centered , fcc) may be completely or partially metastable. Thus, the alloy powders may be supersaturated at room temperature with respect to bcc fractions to be precipitated, and the excretion of bcc fractions may be promoted by mechanical activation of the powders even at room temperature. Owing to the known poor deformability of bcc phases and their finely distributed presence due to their precipitation, the bcc-containing cemented carbide powder obtained after the mixing milling and drying can be pressed poorly. This results in low green densities, high and anisotropic shrinkages, and a greater dependence of compacted density on compacting pressure compared to elemental metal powders. Despite the pronounced homogeneity, pre-alloyed FeCoNi powders, which tend to biphase, could not be used as feedstock for carbide production due to process engineering reasons. Since the tungsten carbide is not deformed during pressing and only the metallic binder powder ensures the ductility required during pressing, the abovementioned problems with reduced binder content occur more frequently. Hard metals with a martensitic binder state - which require a pre-alloyed binder powder with very high iron contents and therefore high bcc contents - and low binder contents such as 6% are therefore only possible to produce under great process engineering effort.

Uhrenius at.al. beschreiben in " Int. J. of Refractory & Hard Materials", 15 (1997), Seiten 139-149 , die Verwendung alternativer Binder in Hartmetallen. Dabei werden die Härten der Ni-Fe-Co-WC-, Ni-Fe-WC-, sowie Co-WC- Legierungen mit unterschiedlichen Kohlenstoff-Gehalten untersucht und die Härten der Sinterlegierungen verglichen. Es hat sich gezeigt, dass die Harte der Fe-Ni-Co-WC Legierungen bei steigenden Kohlenstoff-Gehalten geringer wurde.Uhrenius at.al. describe in " Int. J. of Refractory & Hard Materials ", 15 (1997), pages 139-149 , the use of alternative binders in hard metals. The hardness of the Ni-Fe-Co-WC, Ni-Fe-WC and Co-WC alloys with different carbon contents are investigated and the hardness of the sintered alloys is compared. It has been found that the hardness of the Fe-Ni-Co-WC alloys decreased with increasing carbon contents.

In Metal Powder Report, Bd. 58, März 2003, S. 28-29 werden die vorlegierten 60Co/20Ni/20Fe-Pulver beschrieben. Diese Pulver zeichnen sich durch eine gleichmäßige Struktur und hohe Sinteraktivität aus.In Metal Powder Report, Vol. 58, March 2003, pp. 28-29 the pre-alloyed 60Co / 20Ni / 20Fe powders are described. These powders are characterized by a uniform structure and high sintering activity.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines gesinterten Hartmetalls mit FeCoNi-basiertem metallischem Binder mit verbessertem Pressverhalten vor der Sinterung, und ein akzeptables Schrumpfungsverhalten unter Verwendung von vorlegiertem FeCoNi-Legierungspulver aufweist, sowie ein Verfahren zur Herstellung und eine hierfür geeignete metallische Pulvermischung.It is an object of the present invention to provide a sintered cemented carbide having FeCoNi-based metallic binder with improved pressing performance before sintering and having an acceptable shrinkage performance using prealloyed FeCoNi alloy powder, and a method of manufacturing and a metallic powder mixture suitable therefor.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 7 zur Herstellung einer Hartmetallmischung durch Verwendung von a) mindestens einem vorlegierten Pulver ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Eisen/Nickel, Eisen/Cobalt, Eisen/Nickel/Cobalt und Nickel/Cobalt; b) mindestens einem Elementpulver ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Eisen, Nickel und Cobalt oder einem vorlegierten Pulver ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Eisen/Nickel, Eisen/Cobalt, Eisen/Nickel/Cobalt und Nickel/Cobalt, welches von der Komponente a) verschieden ist; c) Hartstoffpulver, wobei die Bruttozusammensetzung der Komponenten a) und b) gemeinsam maximal 90% Cobalt und maximal 70 Gew.-% Nickel enthält. Der Eisengehalt liegt vorteilhaft bei mindestens 10 Gew.-%. In der Ausgestaltung der Erfindung ist dies ein Verfahren zur Herstellung einer Hartmetallmischung nach Anspruch 7, wobei die Bruttozusammensetzung des Binders von Co max. 90 Gew.-%, Ni max. 70 Gew.-% und Fe mindestens 10 Gew.-% beträgt, wobei der Eisengehalt der Ungleichung Fe 100 % - % Co 90 % % Co + % Ni - % Ni 70 % % Co + % Ni

Figure imgb0003

(mit Fe: Eisengehalt in Gew.-%, %Co: Cobaltgehalt in Gew.-%, %Ni: Nickelgehalt in Gew.-%) genügt, wobei mindestens zwei Binderpulver a) und b) verwendet werden, wobei ein Binderpulver eisenärmer ist als die Bruttozusammensetzung des Binders und das andere Binderpulver eisenreicher ist als die Bruttozusammensetzung des Binders und wobei mindestens ein Binderpulver vorlegiert ist aus mindestens zwei Elementen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Eisen, Nickel und Kobalt verwendet wird.This object is achieved by the method according to claim 7 for producing a hard metal mixture by using a) at least one prealloyed powder selected from the group consisting of iron / nickel, iron / cobalt, iron / nickel / cobalt and nickel / cobalt; b) at least one element powder selected from the group consisting of iron, nickel and cobalt or a prealloyed powder selected from the group consisting of iron / nickel, iron / cobalt, iron / nickel / cobalt and nickel / cobalt, which is derived from component a) is different; c) hard material powder, wherein the gross composition of components a) and b) together contains a maximum of 90% cobalt and a maximum of 70 wt .-% nickel. The iron content is advantageously at least 10 wt .-%. In the embodiment of the invention, this is a method for producing a hard metal mixture according to claim 7, wherein the gross composition of the binder of Co max. 90% by weight, Ni max. 70 wt .-% and Fe is at least 10 wt .-%, wherein the iron content of the inequality Fe 100 % - % Co 90 % % Co + % Ni - % Ni 70 % % Co + % Ni
Figure imgb0003

(with Fe: iron content in% by weight,% Co: cobalt content in% by weight,% Ni: nickel content in% by weight) is sufficient, with at least two binder powders a) and b) being used, with one binder powder having less iron as the gross composition of the binder and the other binder powder is more ferrous than the gross composition of the binder and wherein at least one binder powder is pre-alloyed of at least two elements selected from the group consisting of iron, nickel and cobalt is used.

Es wurde überraschend gefunden, dass nicht der tatsächliche Anteil der bcc-Phase des metallischen Binderpulvers bei der Verwendung von vorlegierten Pulvern für das schlechte Verdichtungsverhalten verantwortlich ist, sondern der aus theoretischen Überlegungen heraus zu erwartende, bei Raumtemperatur stabil vorliegende bcc-Anteil, da offenbar beim Mischmahlen mechanisch induzierte Phasenumwandlungen vorlegierter Binderpulver, die bei Raumtemperatur noch metastabile Phasenanteile aufweisen (welche zu einer Umwandlungsaufhärtung führen), für das schlechte Verdichtungsverhalten verantwortlich sind. Entscheidend für ein günstiges Press- und Schrumpfungsverhalten ist somit der bei Raumtemperatur aus theoretischen Überlegungen heraus zu erwartende stabile fcc-Anteil. Die Komponente a) ist ein vorlegiertes Metallpulver und die Komponente b) ein Elementpulver oder ein vorlegiertes Pulver mit einer anderen Zusammensetzung, wobei insbesondere vorteilhaft eine der Komponenten a) oder b) einen größeren Anteil einer bei Raumtemperatur stabilen fcc-Phase aufweist als die Bruttozusammensetzung des Binders, wäre dieser komplett vorlegiert. Insbesondere vorteilhaft ist eine der Komponenten a) oder b) eisenärmer als die Bruttozusammensetzung des Binderpulvers.It was surprisingly found that not the actual proportion of the bcc phase of the metallic binder powder is responsible for the use of prealloyed powders for the poor compression behavior, but expected from theoretical considerations, stable at room temperature bcc content, as apparently in the Mixtures mechanically induced phase transformations of pre-alloyed binder powders which still have metastable phase portions at room temperature (resulting in conversion hardening) for which poor compaction behavior is responsible. Decisive for a favorable compression and shrinkage behavior is therefore the stable fcc fraction which can be expected at room temperature out of theoretical considerations. Component a) is a prealloyed metal powder and component b) is an element powder or a prealloyed powder having a different composition, wherein one of the components a) or b) in particular advantageously has a greater proportion of a fcc phase which is stable at room temperature than the gross composition of Binders, this would be completely pre-alloyed. Particularly advantageous is one of the components a) or b) lower in iron than the gross composition of the binder powder.

Entsprechend ist die jeweils andere Komponente eisenreicher, wobei sich die Gehalte an Eisen, Nickel und Cobalt zur gewünschten Gesamtzusammensetzung des Binders (die Zusammensetzung der Komponenten a) und b) gemeinsam) ergänzen.Accordingly, the respective other component is more iron-rich, with the contents of iron, nickel and cobalt complementing the desired overall composition of the binder (the composition of components a) and b) together).

Da die Dichten und Molmassen der Elemente Eisen, Cobalt und Nickel sehr ähnlich sind, werden in dieser Offenbarung Volumenprozent (Vol.-), Molprozent (Mol.-%) und Gewichtsprozent (Gew.-%) synonym verwendet.Since the densities and molecular weights of the elements iron, cobalt and nickel are very similar, in this disclosure, volume percent (vol.), Mol percent (mol.%) And weight percent (wt.%) Are used interchangeably.

Der Nickelgehalt der Komponenten beträgt gemeinsam 70 Gew.-% der Pulvermischung oder weniger.The nickel content of the components is collectively 70% by weight of the powder mixture or less.

Vorteilhaft betragen der Nickelgehalt der Komponenten a) und b) gemeinsam 45 Gew.-% der Pulvermischung oder weniger, wenn der Cobaltgehalt weniger als 5 Gew.-% beträgt.Advantageously, the nickel content of components a) and b) together amount to 45% by weight of the powder mixture or less if the cobalt content is less than 5% by weight.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beträgt der Nickelgehalt beider Komponenten a) und b) gemeinsam 45 Gew.-% der Pulvermischung oder weniger, wenn der Cobaltgehalt weniger als 5 Gew.-% beträgt.In a further embodiment of the invention, the nickel content of both components a) and b) together is 45% by weight of the powder mixture or less if the cobalt content is less than 5% by weight.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist a) ein vorlegiertes Pulver bestehend aus Eisen/Nickel und b) ein Eisenpulver. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Komponente a) ein vorlegiertes Pulver wie beispielsweise FeNi 50/50, FeCo 50/50 oder FeCoNi 40/20/40. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem eine Hartmetallmischung erhältlich nach dem oben beschriebenen Verfahren.In an advantageous embodiment of the invention, a) a prealloyed powder consisting of iron / nickel and b) an iron powder. In a further embodiment of the invention, component a) is a prealloyed powder such as FeNi 50/50, FeCo 50/50 or FeCoNi 40/20/40. The present invention also relates to a hard metal mixture obtainable by the method described above.

Diese Hartmetallmischung gemäß der Erfindung kann zur Herstellung von geformten Gegenständen, vorzugsweise durch Pressen und Sinterung, verwendet werden.This hard metal mixture according to the invention can be used for the production of shaped articles, preferably by pressing and sintering.

Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem das Verfahren gemäß Anspruch 17 zur Herstellung von geformten Gegenständen, enthaltend die Schritte:

  • Bereitstellen eines ersten vorlegierten Metallpulvers,
  • Bereitstellen eines Elementpulvers oder eines zweiten vorlegierten Metallpulvers,
  • Mischmahlen beider Komponenten mit einen Hartstoffpulver um eine Hartmetallmischung zu erhalten
  • Pressen und Sintern der Hartmetallmischung, wobei ein geformter Gegenstand aus einem Hartmetall erhalten wird.
The present invention also relates to the process according to claim 17 for the production of shaped articles, comprising the steps:
  • Providing a first prealloyed metal powder,
  • Providing an element powder or a second pre-alloyed metal powder,
  • Mixing of both components with a hard powder to obtain a hard metal mixture
  • Pressing and sintering the cemented carbide mixture, whereby a molded article is obtained from a cemented carbide.

Das Verfahren zur Herstellung von geformten Gegenständen ist schematisch in Figur 6 dargestellt. Die Komponenten a) und b), die gemeinsam als Binderpulver 10 bezeichnet sind, und das Hartstoffpulver 20 (Komponente c) werden mit einer üblichen Mahlfüssigkeit 30, z.B. Wasser, Hexan, Ethanol, Aceton und gegebenenfalls weiteren organischen und/oder anorganischen Additive (Zusätze 40) einer Mischmahlung 100 unterworfen, beispielsweise in einer Kugelmühle oder einem Attritor. Die erhaltene Suspension 50 wird getrocknet, wobei die Mahlflüssigkeit 90 entfernt und eine Hartmetallmischung 60 erhalten wird. Diese Hartmetallmischung wird durch einen Pressen 120 in die gewünschte Form gepresst, wobei ein Pressling 70 erhalten wird. Diese wird nach einem üblichen Verfahren, wie weiter unten im Detail beschrieben, gesintert (Sintern 130). Hierbei wird ein geformter Gegenstand 90 erhalten, der aus einem Hartmetall besteht.The process for producing shaped articles is schematically shown in FIG FIG. 6 shown. The components a) and b), which are collectively referred to as binder powder 10, and the hard material powder 20 (component c) are mixed with a customary Mahlfüssigkeit 30, for example water, hexane, ethanol, acetone and optionally other organic and / or inorganic additives (additives 40) subjected to a Mischmahlung 100, for example in a ball mill or an attritor. The resulting suspension 50 is dried, removing the grinding fluid 90 and obtaining a hard metal mixture 60. This cemented carbide mixture is pressed by a press 120 into the desired shape, whereby a compact 70 is obtained. This is sintered by a conventional method, as described in detail below (sintering 130). Here, a molded article 90 is obtained, which consists of a hard metal.

Es können außerdem übliche Hilfsstoffe enthalten sein. Dabei handelt es sich insbesondere um organische und anorganische Additive.It may also contain conventional auxiliaries. These are in particular organic and inorganic additives.

Organische Additive sind z.B. Paraffin, niedermolekulares Polyethylen oder Ester oder Amide langkettiger Fettsäuren, welche als Presshilfsmittel eingesetzt werden; einem filmbildenden Mittel zur Stabilisierung von Granulaten nach der Sprühtrocknung, wie z.b. Polyethylenglykol oder Polyvinylalkohol, oder Antioxidantien wie Hydroxylamin oder Ascorbinsäure. Als organische Additive sind insbesondere niedermolekulare organische Verbindungen geeignet. Werden Polymere verwendet, so sind Polymere mit einer niedrigen Ceiling-Temperatur von vorzugsweise unter 250°C, beispielsweise Polyacrylate und Polymethacrylate wie Polymethylmethacrylat, Polyethylmethacrylat, Polymethylacrylat, Polyethylacrylat oder auch Polyvinylacetat oder Polyacetalhomo- oder Copolymere geeignet. Diese werden im Allgemeinen in Mengen von 1 Gew.-% bis 5 Gew.-% eingesetzt, bezogen auf die Gesamtmenge der Komponenten a, b und c.Organic additives are e.g. Paraffin, low molecular weight polyethylene or esters or amides of long-chain fatty acids, which are used as pressing aids; a film-forming agent for stabilizing granules after spray-drying, such as e.g. Polyethylene glycol or polyvinyl alcohol, or antioxidants such as hydroxylamine or ascorbic acid. In particular, low molecular weight organic compounds are suitable as organic additives. When polymers are used, polymers having a low ceiling temperature of preferably below 250 ° C., for example polyacrylates and polymethacrylates such as polymethyl methacrylate, polyethyl methacrylate, polymethyl acrylate, polyethyl acrylate or even polyvinyl acetate or polyacetal homo- or copolymers are suitable. These are generally used in amounts of from 1% by weight to 5% by weight, based on the total amount of components a, b and c.

Anorganische Additive sind beispielsweise zur Beherrschung des Kohlenstoffhaushaltes beim Sintern zugesetzter elementarer Kohlenstoff oder Refraktärmetallpulver, die auch die Schrumpfung und deren Isotropie beeinflussen können. Als Refraktärmetallpulver können beispielsweise Wolfram- Chrom- oder Molybdänmetallpulver eingesetzt werden. Im Allgemeinen werden diese in Mengen von weniger als 1:5, insbesondere weniger als 1:10 im Gewichtsverhältnis zum gesamten Bindergehalt des Hartmetalles eingesetzt.Inorganic additives are, for example, elemental carbon or refractory metal powder added to control the carbon balance of sintering, which may also affect shrinkage and its isotropy. For example, tungsten, chromium or molybdenum metal powders can be used as the refractory metal powder. In general, they are used in amounts of less than 1: 5, in particular less than 1:10 in a weight ratio to the total binder content of the hard metal.

Als Kohlenstoff kann Ruß oder Graphit verwendet werden. Geeignete Graphitpulver weisen im Allgemeinen BET-Oberflächen von 10 bis 30 m2/g, insbesondere 15 bis 25 m2/g, vorteilhaft 15 bis 20 m2/g auf. Die Teilchengrößenverteilungen weisen einen d50-Wert von meist 2 bis 10 µm, vorteilhaft von 3 bis 7 µm auf, der d90-Wert liegt im Allgemeinen bei 5 bis 15 µm.As carbon, carbon black or graphite can be used. Suitable graphite powders generally have BET surface areas of 10 to 30 m 2 / g, in particular 15 to 25 m 2 / g, advantageously 15 to 20 m 2 / g. The particle size distributions have a d50 value of usually 2 to 10 .mu.m, advantageously from 3 to 7 .mu.m, the d90 value is generally from 5 to 15 .mu.m.

Das Grundwesen der Erfindung liegt darin, beim Pressen einen möglichst geringen Anteil an bei Raumtemperatur stabiler bcc-Phase an solchen Binderzusammensetzungen zu haben, welche, wären sie vollständig vorlegiert, im Zweiphasengebiet bcc/fcc bei Raumtemperatur lägen. Dies wird erreicht, indem die Bruttozusammensetzung des Binders auf mindestens zwei verschiedene Pulver eingestellt wird, wovon eines bei Raumtemperatur stabil bcc ist (beispielsweise Eisenpulver oder eine eisenreiche Zusammensetzung, welche bei Raumtemperatur stabil und einphasig bcc ist ), und eine andere stabil bei Raumtemperatur fcc ist oder bei Raumtemperatur einen höheren stabilen fcc-Anteil hat, als dies die Bruttozusammensetzung hätte, wäre sie vollständig vorlegiert.The basic feature of the invention is to have the lowest possible proportion of room-temperature-stable bcc phase in pressing on such binder compositions, which, if they were completely prealloyed, would be in the two-phase region bcc / fcc at room temperature. This is achieved by adjusting the gross composition of the binder to at least two different powders, one of which is stable at room temperature (eg, iron powder or an iron-rich composition which is stable at room temperature and single-phase bcc), and another stable at room temperature fcc or at room temperature has a higher stable fcc content than the gross composition would have been, it would be completely prealloyed.

Ein weiterer Charakter der Erfindung liegt darin, beim Pressen einen möglichst geringeren Anteil an bcc-Phase an solchen Binderzusammensetzungen zu haben, im Vergleich zu solchen, wären sie vollständig aus Elementpulvern hergestellt.Another aspect of the invention is that when pressed, the least amount of bcc phase is present on such binder compositions, as compared to those which would have been produced entirely from elemental powders.

Dies wird erreicht, indem die Bruttozusammensetzung auf mindestens zwei verschiedene Pulver eingestellt wird, wovon eines einen bei Raumtemperatur höheren stabilen fcc-Anteil hat, im Vergleich zur Verwendung von Elementpulvern zur Herstellung der Hartmetallmischung.This is accomplished by adjusting the gross composition to at least two different powders, one of which has a higher stable fcc content at room temperature, compared to using elemental powders to make the cemented carbide blend.

Die Erfindung ist somit vorzugsweise für denjenigen Zusammensetzungsbereich FeCoNi des Binders (Bruttozusammensetzung) relevant, welcher vorlegiert bei Raumtemperatur (es wird angenommen, dass die bei der Mischmahlung vorherrschende Temperatur zwischen Raumtemperatur und maximal 80°C liegt) laut Phasendiagramm im Zweiphasengebiet bcc (kubisch-raumzentriert)/fcc (kubisch-flächenzentriert) liegt, womit die Voraussetzung zur mechanisch aktivierten Ausscheidung von bcc-Phasen gegeben ist. Da die fcc-Phasen bei hohen Temperaturen stabiler ist bzw. ihr Existenzgebiet größer ist, gilt als allgemeine Regel, dass vorlegierte Metallpulver im System FeCoNi - vorausgesetzt die Zusammensetzung liegt im Zweiphasengebiet bei Raumtemperatur -, bedingt durch die üblichen Herstelltemperaturen zwischen 400 und 900°C, grundsätzlich bei Raumtemperatur übersättigt sind in Bezug auf den Gehalt an fcc-Phase, und daher bei mechanischer Aktivierung zur Ausscheidung von bcc-Phase neigen. Dieser Vorzugsbereich ist somit durch die Grenze des Zweiphasengebietes fcc/bcc zum fcc-Gebiet definiert. Vorzugsweise wird daher die Bruttozusammensetzung des Binders aus einem oder mehreren der Gruppe aus vorlegiertem FeCoNi-, FeNi, CoNi und Ni-Pulver einerseits ( mit höherem bei Raumtemperatur stabilen Anteil an fcc Phase als die Bruttozusammensetzung, oder sogar zu 100% bei Raumtemperatur stabil fcc wie Ni-Pulver oder FeNi 15/85 ) und einem aus der Gruppe der stabil einphasigen bcc-Pulver oder solchen mit einem höheren Anteil an bei Raumtemperatur stabilen bcc-Anteil andererseits, z. B. Eisenpulver, FeCo-Pulver mit bis zu 90% Co, FeNi 82/18 oder FeCoNi 90/5/5, aufgebaut.Thus, the invention is preferably relevant to the composition range FeCoNi of the binder (gross composition) which is pre-alloyed at room temperature (it is assumed that the temperature prevailing in the mixed grinding is between room temperature and a maximum of 80 ° C) according to the phase diagram in the two-phase region bcc (cubic-body centered ) / fcc (face-centered cubic), which is the prerequisite for the mechanically activated excretion of bcc phases. Since the fcc phases are more stable at high temperatures or their area of existence is larger, the general rule is that pre-alloyed metal powders in the FeCoNi system - provided the composition is in the two-phase region at room temperature - due to the usual manufacturing temperatures between 400 and 900 ° C. , are generally supersaturated at room temperature with respect to the content of fcc phase, and therefore tend to excrete bcc phase upon mechanical activation. This preferred range is thus defined by the boundary of the two-phase region fcc / bcc to the fcc region. Preferably, therefore, the gross composition of the binder of one or more of the group of prealloyed FeCoNi, FeNi, CoNi and Ni powders, on the one hand (with higher stable room temperature fcc phase than the gross composition, or even 100% at room temperature, is stable Ni powder or FeNi 15/85) and one from the group of stable single-phase bcc powder or those with a higher proportion of stable at room temperature bcc content on the other hand, for. As iron powder, FeCo powder with up to 90% Co, FeNi 82/18 or FeCoNi 90/5/5, constructed.

Überraschenderweise wird in einem vorlegierten Pulver der Zusammensetzung FeCoNi 40/20/40 bei Raumtemperatur bereits kubisch-flächenzentrierte Phase mittels Röntgenbeugung gefunden, obwohl publizierte Phasendiagramme für diese Zusammensetzung alleine die kubisch-flächenzentrierte Phase als stabil ausweisen. Weiterhin ist der sehr hohe Anteil an kubisch-flächenzentrierter Phase nach der Mischmahlung aus Beispiel 1 ein weiterer Hinweis darauf, dass die Grenzlinie des Zweiphasengebietes bcc/fcc zur fcc-Phase bei weit niedrigeren Eisenwerten verlaufen muss, als in der Literatur angegeben.Surprisingly, in a pre-alloyed powder of composition FeCoNi 40/20/40, cubic face-centered phase is already found by X-ray diffraction at room temperature, although published phase diagrams for this composition alone show the face-centered cubic phase to be stable. Furthermore, the very high proportion of cubic face-centered phase after the mixed grinding of Example 1 is a further indication that the boundary line of the biph / fcc two-phase region to the fcc phase must be at far lower iron values than indicated in the literature.

Betrachtet man die bei Raumtemperatur bekannten binären Phasendiagramme FeNi (dargestellt in Fig. 1) und FeCo (dargestellt in Fig. 2), welche zwei Randsysteme des ternären Systems darstellen, so stellt man fest, dass das publizierte Phasendiagramm FeCoNi (dargestellt in Fig. 3, aus Bradley, Bragg et al., J. Iron, Steel Inst. 1940, (142), S. 109-110 ) auf der Ni-freien Seite mit dem des FeCo übereinstimmt ( Grenzlinie Zweiphasengebiet zum fcc-Gebiet bei ca. 10 % Fe ), dass es jedoch auf der Co-freien Seite zu sehr großen Diskrepanzen kommt. Während nämlich laut Dreistoffdiagramm die Grenzlinie Zweiphasengebiet /fcc im Randsystem FeNi bei ca. 26% Ni liegt, liegt sie im Randsystem FeNi bei 70% Ni. Verbindet man nun diese beiden Punkte auf den Randsystemen (FeNi 30/70 und FeCo 10/90) im Dreistoffsystem, kann man den ungefähren Verlauf der Grenzlinie Zweiphasengebiet / fcc bei Raumtemperatur als Linie einzeichnen und erhält somit dessen ungefähren Verlauf im Dreistoffsystem.Considering the binary phase diagrams FeNi (shown in Fig. 1 ) and FeCo (shown in Fig. 2 ), which represent two edge systems of the ternary system, it can be seen that the published phase diagram FeCoNi (shown in Fig. 3 , out Bradley, Bragg et al., J. Iron, Steel Inst. 1940, (142), pp. 109-110 ) coincides with that of the FeCo on the Ni-free side (boundary line two-phase region to the fcc region at about 10% Fe), but that there are very large discrepancies on the Co-free side. Whereas, according to the ternary diagram, the boundary line two-phase region / fcc in the edge system FeNi is about 26% Ni, it is in the edge system FeNi at 70% Ni. If you connect these two points on the edge systems (FeNi 30/70 and FeCo 10/90) in the ternary system, you can draw the approximate course of the boundary line two-phase area / fcc at room temperature as a line and thus obtains its approximate course in the ternary system.

Dies ist in Figur 4 dargestellt. In dem Diagramm zeigt die gestrichelte Linie A die Grenze, der schraffierte Bereich links von der gestrichelten Linie A stellt den Bereich für die Bruttozusammensetzung gemäß der Erfindung dar. Die ermittelte Linie stellt ebenfalls ein Hilfsmittel dar, um Binderpulver mit einem möglichst hohen bei Raumtemperatur stabilen fcc-Anteil auszuwählen.This is in FIG. 4 shown. In the diagram, the dashed line A shows the boundary, the hatched area to the left of the dashed line A represents the gross composition area according to the invention. The determined line also provides a means to obtain binder powder having the highest possible room temperature stable fcc Share.

Interessanterweise zeigt sich jetzt, dass gemäß der so erhaltenen Grenzlinie die Zusammensetzung FeCoNi 40/20/40 zweiphasig sein muss. Vorzugsweise wird daher die Erfindung in solchen Bruttozusammensetzungen FeCoNi des Binders durchgeführt, die den Bedingungen Co maximal 90% sowie Ni maximal 70% genügt, mit der zusätzlichen Bedingung Fe 100 % - % Co 90 % % Co + % Ni - % Ni 70 % % Co + % Ni

Figure imgb0004

Hiermit ist die Grenzlinie A in Figur 4 mathematisch beschrieben.Interestingly, it now appears that according to the limit line thus obtained, the composition FeCoNi 40/20/40 must be biphasic. Preferably, therefore, the invention is carried out in such gross compositions FeCoNi of the binder, which satisfies the conditions Co a maximum of 90% and Ni a maximum of 70%, with the additional condition Fe 100 % - % Co 90 % % Co + % Ni - % Ni 70 % % Co + % Ni
Figure imgb0004

Herewith the boundary line A is in FIG. 4 described mathematically.

Vorzugsweise wird in der Komponente b) Eisenpulver als Elementpulver verwendet, es kann aber auch ein eisenreiches Legierungspulver verwendet werden. Man kann aus den Phasendiagrammen entnehmen, dass dieser bevorzugte Bereich für das bei Raumtemperatur stabile bcc Pulver der Bedingungen "Ni max. 10 %" und "Co max. 70 %" genügt. Darüber hinaus kann auch jedes eisenreiche, vorlegierte Pulver mit einem höheren bei Raumtemperatur stabilen Anteil an bcc verwendet werden, als die Bruttozusammensetzung als vorlegiertes Pulver hätte.Preferably, iron powder is used as the element powder in component b), but it is also possible to use an iron-rich alloy powder. You can get out of the Phase diagrams show that this preferred range for the bcc powder stable at room temperature satisfies the conditions "Ni max 10%" and "Co max 70%". In addition, any iron-rich prealloyed powder having a higher bcc stable at room temperature than the gross pre-alloyed powder composition may be used.

Die Bruttozusammensetzung des Binders, die sich aus den chemischen Zusammensetzungen der verwendeten Element- oder Legierungspulver errechnet, berücksichtigt lediglich den Metallinhalt der verwendeten Pulver. Der Gehalt an Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenstoff oder an eventuellen Passivierungsmitteln organischer Natur (beispielsweise Wachse, Polymere oder Antioxidantien wie Ascorbinsäure) wird dabei nicht berücksichtigt. Dies ist insbesondere bei den marktüblichen Eisen-Karbonylpulvern zu berücksichtigen, welche durchaus Kohlenstoff und Stickstoff von mehr als jeweils einem Gewichtsprozent aufweisen können. Trotzdem werden sie als Elementpulver bezeichnet. Gemäß der Erfindung sind die Elemente Kupfer, Zink oder Zinn vorzugsweise höchstens im Spurenbereich vorhanden, also in Mengen von je maximal 1000 ppm.The gross composition of the binder, which is calculated from the chemical compositions of the element or alloy powders used, takes into account only the metal content of the powders used. The content of oxygen, nitrogen, carbon or any passivating organic nature (for example, waxes, polymers or antioxidants such as ascorbic acid) is not taken into account. This must be taken into account, in particular, in the commercially available iron carbonyl powders, which may well have carbon and nitrogen of more than one percent by weight. Nevertheless, they are called element powder. According to the invention, the elements copper, zinc or tin are preferably present at most in the trace range, ie in amounts of at most 1000 ppm.

Überraschenderweise findet sich in der Literatur keine Aussage, wie bei FeCoNigebundenen Hartmetallen die Schrumpfung oder deren Anisotropie kontrolliert werden kann, obwohl dies für die Beherrschbarkeit der industriellen, möglichst endkonturnahen oder - gemäßen Fertigung wichtige Größen sind.Surprisingly, there is no statement in the literature as to how the shrinkage or its anisotropy can be controlled in the case of FeCoN bonded hard metals, although these are important parameters for the controllability of the industrial production, which is as close to final contour as possible or appropriate.

Bei der Komponente a) handelt es sich um so genannte vorlegierte Pulver. Die Herstellung vorlegierter Pulver ist dem Fachmann prinzipiell bekannt und wird beispielsweise in EP-A-1079950 und EP-A-865511 beschrieben, worauf Bezug genommen wird. Diese vorlegierten Pulver lassen sich durch Reduktion von kopräzipitierten Metallverbindungen bzw. Mischoxiden mit Wasserstoff bei Temperaturen zwischen 300°C und 600°C zum Metallpulver herstellen. Alternativ können vorlegierte Metallpulver auch durch andere Verfahren hergestellt werden, in welchen die Möglichkeit besteht, dass die Metallkomponenten sich durch Diffusion vermischen, wie beispielsweise Mischen und Tempern von Oxiden. Die Reduktion kann auch in anderen reduzierenden Gasen bei einer entsprechenden Temperatur erzielt werden. Derartige Verfahren sind dem Fachmann bekannt oder lassen sich durch eine geringe Anzahl entsprechender Versuche erreichen.Component a) are so-called pre-alloyed powders. The preparation of pre-alloyed powders is known in principle to a person skilled in the art and is described, for example, in US Pat EP-A-1079950 and EP-A-865 511 described, to which reference is made. These pre-alloyed powders can be prepared by reduction of coprecipitated metal compounds or mixed oxides with hydrogen at temperatures between 300 ° C and 600 ° C to the metal powder. Alternatively, pre-alloyed metal powders may also be made by other methods in which there is a possibility that the metal components will be mixed by diffusion, such as mixing and annealing of oxides. The reduction can also be achieved in other reducing gases at a corresponding temperature. Such methods are known to the person skilled in the art or can be achieved by a small number of corresponding experiments.

In der Literatur werden bisweilen auch Pulver, welche durch Mischen und Schmelzen von Elementpulvern sowie anschließendem Verdüsen der Schmelze erhalten wurden, fälschlicherweise als vorlegierte Pulver (z.B. atomised pre-alloy) bezeichnet. Derartige Pulver sind ausdrücklich nicht von dem hier benutzten Begriff der vorlegierten Pulver umfasst und unterscheiden sich stark in deren Eigenschaften.In the literature, sometimes powders obtained by mixing and melting elemental powders and then atomizing the melt are also erroneously referred to as pre-alloyed powders (eg atomised pre-alloy). Such powders are expressly excluded from the term of pre-alloyed powders used herein and differ greatly in their properties.

Zur Herstellung von vorlegierten Metallpulvern, wie sie gemäß der Erfindung eingesetzt werden, wird eine wässrige Lösung, welche Metallsalze der gewünschten Metalle in den entsprechenden Mengenverhältnissen zueinander enthält, mit einer wässrigen Lösung z.B. einer Karbonsäure, eines Hydroxides, Karbonates oder basischen Karbonates vermischt. Die Metallsalze können vorteilhaft Nitrate, Sulfate oder Halogenide (insbesondere Chloride) von Eisen, Kobalt oder Nickel sein. Hierbei bilden sich unlösliche Verbindungen der Metalle, welche aus der Lösung ausfallen und abfiltriert werden können. Bei dem Fällungsprodukt handelt es sich um Hydroxide, Karbonate, oder Oxalate der Metalle. Dieses Fällungsprodukt kann optional bei einer Temperatur von 200 bis 1000°C in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre einer thermischen Zersetzung unterzogen werden (Kalzinierung). Das Fällungsprodukt kann nach der Fällung und Trocknung oder nach einem Kalzinierungsschritt in Wasserstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 300°C bis 1000°C zum vorlegierten Metallpulver reduziert werden. Die Komponente a), das vorlegierte Pulver, enthält mindestens zwei Metalle ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Eisen, Nickel und Cobalt. Beispiele für vorlegierte Pulver in der Komponente a) sind : vorlegierte CoNi-Pulver mit jedem Verhältnis Co:Ni zwischen 0 und 200 auch vorlegiert mit bis zu 10% Fe, FeNi-Pulver mit bis zu 30% Fe, FeNi 50/50. Beispiele für Komponente b) sind FeCo 50/50, FeCo 20/80, FeCoNi 90/5/5, FeNi 95/5.For the preparation of pre-alloyed metal powders used according to the invention, an aqueous solution containing metal salts of the desired metals in the appropriate proportions to each other, with an aqueous solution, for. a carboxylic acid, a hydroxide, carbonate or basic carbonate mixed. The metal salts may advantageously be nitrates, sulfates or halides (especially chlorides) of iron, cobalt or nickel. This forms insoluble compounds of the metals, which precipitate from the solution and can be filtered off. The precipitate is hydroxides, carbonates, or oxalates of the metals. This precipitation product may optionally be subjected to thermal decomposition at a temperature of 200 to 1000 ° C in an oxygen-containing atmosphere (calcination). The precipitate can be reduced to the prealloyed metal powder after precipitation and drying or after a calcination step in a hydrogen atmosphere at a temperature of 300 ° C to 1000 ° C. Component a), the prealloyed powder, contains at least two metals selected from the group consisting of iron, nickel and cobalt. Examples of pre-alloyed powders in component a) are: pre-alloyed CoNi powders with any ratio Co: Ni between 0 and 200 also pre-alloyed with up to 10% Fe, FeNi powder with up to 30% Fe, FeNi 50/50. Examples of component b) are FeCo 50/50, FeCo 20/80, FeCoNi 90/5/5, FeNi 95/5.

Bei der Komponente b) handelt es sich um ein Elementpulver ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Eisen, Nickel und Cobalt, alternativ um ein weiteres vorlegiertes Pulver.Component b) is an element powder selected from the group consisting of iron, nickel and cobalt, alternatively another prealloyed powder.

In einer Ausführung der Erfindung ist die Komponente b) ein vorlegiertes Pulver ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Eisen/Nickel, Eisen/Cobalt, Eisen/Nickel/Cobalt und Nickel/Cobalt, welches von der Komponente a) verschieden ist.In one embodiment of the invention, component b) is a prealloyed powder selected from the group consisting of iron / nickel, iron / cobalt, iron / nickel / cobalt and nickel / cobalt, which is different from component a).

Vorzugsweise enthält die Bruttozusammensetzung der Komponenten a) und b) gemeinsam mindestens 10 Gew.-% Eisen und maximal 70 Gew.-% Nickel. Insbesondere vorzugsweise ist der Anteil an bei Raumtemperatur stabiler fcc-Phase beider Komponenten a) und b) unterschiedlich voneinander, und liegt höher als die der Komponenten a) und b), wären sie gemeinsam vollständig vorlegiert zur gewünschten Bruttozusammensetzung des Binders. Vorteilhaft ist auch ein Gehalt von maximal 90% Cobalt.Preferably, the gross composition of components a) and b) together contains at least 10% by weight of iron and not more than 70% by weight of nickel. More preferably, the proportion of room-temperature-stable fcc phase of both components a) and b) is different from each other, and is higher than that of components a) and b), if they were completely pre-alloyed together to the desired gross composition of the binder. Also advantageous is a content of not more than 90% cobalt.

Komponenten a) oder b) können ihrerseits auch wiederum aus Komponenten mit unterschiedlichen Zusammensetzungen aufgebaut sein, so dass theoretisch die Anzahl der verwendeten Binderpulver nicht begrenzt ist. Die Auswahl der Binderpulver geschieht auch hier erfindungsgemäß, d.h. der Anteil an bei Raumtemperatur stabiler fcc-Phase ist größer als derjenige der Bruttozusammensetzung als vorlegiertes Pulver.In turn, components a) or b) can in turn also be made up of components having different compositions, so that theoretically the number of binder powders used is not limited. The choice of binder powder is also here according to the invention, i. the proportion of fcc phase stable at room temperature is greater than that of the gross composition as prealloyed powder.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist die Komponente b) gemäß der Erfindung ein herkömmliches Eisenpulver, oder die Komponente b) ist ein herkömmliches Nickelmetallpulver, beispielsweise für pulvermetallurgische Anwendungen, oder die Komponente b) ist ein herkömmliches Cobaltpulver. Vorteilhaft ist in diesem Fall die Komponente b) ein herkömmliches Eisen- oder Nickelpulver.In a further embodiment of the invention, the component b) according to the invention is a conventional iron powder, or the component b) is a conventional one Nickel metal powder, for example for powder metallurgical applications, or component b) is a conventional cobalt powder. In this case, component b) is a conventional iron or nickel powder.

Dies sind Pulver, die eine im Wesentlichen sphärische, spratzige oder fraktate Form der Teilchen, wie zum Beispiel in Figur 1 der PCT/EP/2004/00736 abgebildet, aufweisen. Diese Metallpulver sind Elementpulver, das heißt, diese Pulver bestehen im Wesentlichen aus einem, vorteilhaft reinen, Metall. Das Pulver kann übliche Verunreinigungen enthalten. Diese Pulver sind dem Fachmann bekannt und kommerziell erhältlich. Für ihre Herstellung sind zahlreiche metallurgische oder chemische Verfahren bekannt. Sollen feine Pulver hergestellt werden, beginnen die bekannten Verfahren häufig mit dem Aufschmelzen eines Metalls. Die mechanische Grob- und Feinzerkleinerung von Metallen oder Legierungen wird ebenfalls häufig für die Herstellung von "herkömmlichen Pulvern" angewendet, führt allerdings zu einer nicht-sphärischen Morphologie der Pulverteilchen. Sofern sie grundsätzlich funktioniert, stellt sie eine sehr einfache und effiziente Methode der Pulvererzeugung dar. ( W. Schatt, K.-P. Wieters in "Powder Metallurgy - Processing and Materials", EPMA European Powder Metallurgy Association, 1997, 5-10 ). Die Morphologie der Partikel wird maßgeblich auch durch die Art der Verdüsung festgelegt.These are powders that have a substantially spherical, chapped or fractured shape of the particles, such as in FIG. 1 of the PCT / EP / 2004/00736 shown, have. These metal powders are elemental powders, that is, these powders consist essentially of one, advantageously pure, metal. The powder may contain common impurities. These powders are known to those skilled in the art and are commercially available. For their preparation, numerous metallurgical or chemical processes are known. If fine powders are to be produced, the known methods often begin with the melting of a metal. The mechanical coarse and fine comminution of metals or alloys is also often used for the production of "conventional powders", but results in a non-spherical morphology of the powder particles. Provided that it works in principle, it represents a very simple and efficient method of powder production. ( W. Schatt, K.-P. Wieters in "Powder Metallurgy - Processing and Materials", EPMA European Powder Metallurgy Association, 1997, 5-10 ). The morphology of the particles is also determined by the type of atomization.

Vorlegierte Pulver sind solche Pulver, die aus punktuell versinterten Primärkörnern bestehen, daher eine innere Porosität haben und sich daher bei der Mischmahlung zerkleinern lassen, wie in WO 00/23631 A1 , S.1, Zeilen 26 - 30, beschrieben ist. Aus der Schmelze verdüste Metallpulver sind dagegen für das offenbarte Verfahren nicht geeignet, da sie keine innere Porosität aufweisen. Bei der beschriebenen Mischmahlung zur Herstellung der Hartmetallmischung kommt es im Falle der Verwendung von verdüsten Metallpulvern nicht zur Zerkleinerung, sondern zur duktilen Umformung der Pulverpartikel, was im gesinterten Hartmetall Gefügefehler hervorruft. Bekannt sind so genannte Binderseen ( "binder pools" ), die keinen Hartstoff enthalten, und auch längliche Poren, die dadurch entstehen, dass umgeformte Metallpartikel mit hoher Aspektratio bei der Flüssigphasensinterung aufschmelzen und vom umgebenden Hartstoffpulver über Kapillarkräfte aufgesogen wird, zurück bleibt dann eine Pore, die die Form des umgeformten Metallpartikels aufweist. Aus diesen Gründen wird bei der Hartmetallherstellung vorzugsweise ein punktuell versintertes Kobaltmetallpulver verwendet, welches über Wasserstoffreduktion von Oxiden oder Oxalaten hergestellt wird. Verdüste Kobaltmetallpulver, obwohl einfacher herzustellen, haben sich aus den oben geschilderten Problemen zur Herstellung von Hartmetallmischungen nicht durchsetzen können.Pre-alloyed powders are powders which consist of punctually sintered primary grains and therefore have an internal porosity and can therefore be comminuted in the case of mixed grinding, as in WO 00/23631 A1 , P.1, lines 26-30. In contrast, melted metal powders are not suitable for the disclosed process since they have no internal porosity. In the described mixed grinding for the production of the hard metal mixture occurs in the case of the use of atomized metal powders not for comminution, but for the ductile deformation of the powder particles, which causes microstructural defects in the sintered cemented carbide. Known are so-called binder pools ("binder pools"), which contain no hard material, as well as elongated pores, which are formed by the fact that deformed metal particles melt with high aspect ratio in the liquid phase sintering and absorbed by the surrounding hard material powder via capillary forces, then leaving a pore which has the shape of the deformed metal particle. For these reasons, in cemented carbide production, it is preferable to use a point sintered cobalt metal powder produced by hydrogen reduction of oxides or oxalates. Sputtered cobalt metal powders, although easier to produce, have not been able to assert themselves from the problems described above for producing hard metal blends.

Neben der Herstellung von herkömmlichen Elementpulvern für pulvermetallurgische Anwendungen durch Verdüsung werden häufig auch andere einstufige schmelzmetallurgische Verfahren genutzt, wie das so genannte "melt-spinning", d.h. das Abgießen einer Schmelze auf eine gekühlte Walze, wodurch ein dünnes, in der Regel leicht zerkleinerbares Band entsteht oder die so genannte "Tiegel-Schmelz-Extraktion", d.h. das Eintauchen einer gekühlten, profilierten schnell drehenden Walze in eine Metallschmelze, wobei Partikel oder Fasern gewonnen werden.In addition to the production of conventional element powders for powder metallurgical applications by atomization, other single-stage melt metallurgical processes are often used, such as the so-called "melt-spinning", ie Pouring a melt onto a cooled roll to form a thin, generally easily shredded strip or so-called "crucible-melt-extraction", ie immersing a cooled, profiled, high-speed roll into a molten metal, whereby particles or fibers are recovered become.

Eine geeignete Variante der Herstellung von herkömmlichen Elementpulvern für pulvermetallurgische Anwendungen, die für die Herstellung der Hartmetallmischung gemäß der Erfindung geeignet sind, ist der chemische Weg über Reduktion von Metalloxiden oder Metallsalzen ( W. Schatt, K.-P. Wieters in "Powder Metallurgy - Processing and Materials", EPMA European Powder Metallurgy Association, 1997, 23-30 ), so dass die Vorgehensweise (abgesehen von der Verwendung des Ausgangsmetalles) identisch mit der Herstellung der Komponente a) ist. Extrem feine Partikel, die Partikelgrößen unterhalb eines Mikrometers aufweisen, können auch durch die Kombination von Verdampfungs- und Kondensationsprozessen von Metallen sowie über Gasphasenreaktionen erzeugt werden ( W. Schatt, K.-P. Wieters in "Powder Metallurgy - Processing and Materials", EPMA European Powder Metallurgy Association, 1997, 39-41 ).A suitable variant of the production of conventional powder element powders for powder metallurgy, which are suitable for the production of the hard metal mixture according to the invention, is the chemical route via reduction of metal oxides or metal salts (US Pat. W. Schatt, K.-P. Wieters in "Powder Metallurgy - Processing and Materials", EPMA European Powder Metallurgy Association, 1997, 23-30 ), so that the procedure (apart from the use of the starting metal) is identical to the preparation of component a). Extremely fine particles having particle sizes below one micrometer can also be produced by the combination of vaporization and condensation processes of metals as well as by gas phase reactions (US Pat. W. Schatt, K.-P. Wieters in "Powder Metallurgy - Processing and Materials", EPMA European Powder Metallurgy Association, 1997, 39-41 ).

Ein bekanntes industrielles Verfahren zur Herstellung von Eisen-, Nickel- und FeNi-Pulvern ist das so genannte Karbonylverfahren, bei welchem Metallkarbonyle thermisch zersetzt werden. Die Korngrößen liegen hier zwischen 0.3 und 10 µm, wobei Pulver mit Korngrößen unter 5 µm zur Hartmetallherstellung oft geeignet sind, wie beispielsweise die kommerziell erhältlichen Carbonyleisenpulver vom Typ CM der BASF AG, Deutschland.One known industrial process for the production of iron, nickel and FeNi powders is the so-called carbonyl process, in which metal carbonyls are thermally decomposed. The particle sizes here are between 0.3 and 10 .mu.m, with powders having particle sizes of less than 5 .mu.m being often suitable for hard metal production, such as, for example, the commercially available CM-type carbonyl iron powders from BASF AG, Germany.

Komponente c), das Hartstoffpulver, ist dem Fachmann im Prinzip bekannt und kommerziell erhältlich. Diese Hartstoffpulver sind Pulver aus beispielsweise Karbiden, Boriden, Nitriden, von Metallen der Gruppen 4,5 und 6 des Periodensystems der Elemente. Vorteilhaft sind die Hartstoffpulver in der Pulvermischung gemäß der Erfindung insbesondere Karbide, Boride und Nitride der Elemente der Gruppen 4, 5 und 6 des Periodensystems; insbesondere Karbide, Boride und Nitride der Elemente Molybdän, Wolfram, Chrom, Hafnium, Vanadium, Tantal, Niob, Zirkon. Vorteilhafte Hartstoffe sind insbesondere Titannitrid, Titanborid, Bornitrid, Titankarbid, Chromkarbid oder Wolframkarbid. Als Hartstoffpulver können eine oder mehrere der oben angegebenen Verbindungen eingesetzt werden.Component c), the hard material powder, is known in principle to the person skilled in the art and is commercially available. These hard material powders are powders of, for example, carbides, borides, nitrides, metals of groups 4, 5 and 6 of the Periodic Table of the Elements. Advantageously, the hard powder in the powder mixture according to the invention, in particular carbides, borides and nitrides of the elements of Groups 4, 5 and 6 of the Periodic Table; in particular carbides, borides and nitrides of the elements molybdenum, tungsten, chromium, hafnium, vanadium, tantalum, niobium, zirconium. Advantageous hard materials are in particular titanium nitride, titanium boride, boron nitride, titanium carbide, chromium carbide or tungsten carbide. As hard material powder, one or more of the compounds mentioned above can be used.

Im Allgemeinen wird die Komponente c), das Hartstoffpulver, in Verhältnissen von Komponente a) und b) : Komponente c) im Verhältnis von 1:100 bis 100:1 oder von 1:10 bis 10:1 oder von 1:2 bis 2:1 oder von 1:1 eingesetzt. Handelt es sich um Wolframcarbid, Bornitrid oder Titannitrid, so werden diese vorteilhaft in Mengen von 3:1 bis 1:100 oder von 1:1 bis 1:10 oder von 1:2 bis 1:7 oder von 1:3 bis 1:6,3 eingesetzt.In general, component c), the hard material powder, in ratios of component a) and b): component c) in the ratio of 1: 100 to 100: 1 or of 1:10 to 10: 1 or of 1: 2 to 2 : 1 or 1: 1 used. In the case of tungsten carbide, boron nitride or titanium nitride, these are advantageously used in amounts of from 3: 1 to 1: 100 or from 1: 1 to 1:10 or from 1: 2 to 1: 7 or from 1: 3 to 1: 6.3 used.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Hartstoff vorteilhaft in Mengen von 3:1 bis 1:100 oder von 1:1 bis 1:10 oder von 1:2 bis 1:7 oder von 1:3 bis 1:6,3 eingesetzt.In a further embodiment of the invention, the hard material is advantageously used in amounts of from 3: 1 to 1: 100 or from 1: 1 to 1:10 or from 1: 2 to 1: 7 or from 1: 3 to 1: 6.3 ,

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Hartmetallmischung eine Mischung der Komponenten a) und b) und Komponente c) unter der Maßgabe, dass das Verhältnis der Komponente I zu Komponente III bei 3:1 bis 1:100, oder von 1:1 bis 1:10, oder von 1:2 bis 1:7, oder von 1:3 bis 1:6,3 liegt. Die mittleren Korngrößen liegen vor der Verwendung im Verfahren gemäß der Erfindung im Allgemeinen zwischen 0,1 µm bis 100 µmIn a further embodiment of the invention, the hard metal mixture is a mixture of components a) and b) and component c) with the proviso that the ratio of component I to component III at 3: 1 to 1: 100, or from 1: 1 to 1:10, or from 1: 2 to 1: 7, or from 1: 3 to 1: 6.3. The mean particle sizes before use in the process according to the invention are generally between 0.1 μm to 100 μm

Als weitere Komponenten kann die Hartmetallmischung gemäß der Erfindung übliche organische und anorganische Additive, wie organische filmbildende Binder enthalten, wie bereits oben beschrieben.As further components, the hard metal mixture according to the invention may contain conventional organic and inorganic additives, such as organic film-forming binders, as already described above.

Die Komponente a), das vorlegierte Pulver, und die Komponente b), das Elementpulver oder das weitere vorlegierte Pulver, ergänzen sich zur gewünschten Zusammensetzung des Bindermetalls ("Bruttozusammensetzung") für die Komponente c), den Hartstoff. Hierbei enthalten die Komponenten a) und b) gemeinsam mindestens 10 Gew.-% Eisen, der Nickelgehalt beträgt maximal 70 Gew.-%, vorteilhaft beträgt der Cobaltgehalt maximal 90%. Insbesondere Vorteilhaft gilt zusätzlich die Maßgabe, dass der Eisengehalt der Bruttozusammensetzung beider Komponenten a) und b) zusammen der folgenden Ungleichung genügt: Fe 100 - % Co 90 % Co + % Ni - % Ni 70 % Co + % Ni

Figure imgb0005

(mit Fe: Eisengehalt in Gew.-%, %Co: Cobaltgehalt in Gew.-%, %Ni: Nickelgehalt in Gew.-%.)Component a), the pre-alloyed powder, and component b), the element powder or the further pre-alloyed powder, complement the desired composition of the binder metal ("gross composition") for the component c), the hard material. Here, the components a) and b) together contain at least 10 wt .-% iron, the nickel content is not more than 70 wt .-%, advantageously, the maximum cobalt content is 90%. In addition, the proviso that the iron content of the gross composition of both components a) and b) together satisfies the following inequality is particularly advantageous: Fe 100 - % Co 90 % Co + % Ni - % Ni 70 % Co + % Ni
Figure imgb0005

(with Fe: iron content in wt%,% Co: cobalt content in wt%,% Ni: nickel content in wt%)

Der Nickelgehalt der Komponenten a) und b) gemeinsam beträgt vorteilhaft 70 Gew.-% oder weniger.The nickel content of components a) and b) together is advantageously 70% by weight or less.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Nickelgehalt beider Komponenten a) und b) gemeinsam 45 Gew.-% der Pulvermischung oder weniger, wenn der Cobaltgehalt weniger als 5 Gew.-% liegt.In a further embodiment of the invention, the nickel content of both components a) and b) together is 45% by weight of the powder mixture or less if the cobalt content is less than 5% by weight.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Komponente a) ein vorlegiertes Pulver bestehend aus Eisen und Nickel und die Komponente b) ein herkömmliches Elementpulver aus Eisen.In a further embodiment of the invention, component a) is a prealloyed powder consisting of iron and nickel and component b) is a conventional elemental powder of iron.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Komponente a) ein vorlegiertes Pulver ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus FeNi 50/50 und FeCoNi 40/20/40 oder ein Nickelmetallpulver. Hierbei werden die Bestandteile des vorlegierten Pulvers durch die Elementkürzel angegeben und die Zahlen geben die Menge des entsprechenden Metalles in Gewichtsprozent an. Vorteilhaft ist in diesem Fall die Komponente b) ein herkömmliches Eisenpulver, oder ein vorlegiertes Pulver der Zusammensetzung FeCo 50/50, FeCoNi 90/5/5 oder FeNi 90/10.In a further embodiment of the invention, component a) is a prealloyed powder selected from the group consisting of FeNi 50/50 and FeCoNi 40/20/40 or a nickel metal powder. Here, the components of the pre-alloyed powder are indicated by the element abbreviations and the numbers indicate the amount of the corresponding metal in weight percent. In this case, component b) is a conventional one Iron powder, or a prealloyed powder of the composition FeCo 50/50, FeCoNi 90/5/5 or FeNi 90/10.

Die Hartmetallmischung wird gemäß der Erfindung zur Herstellung von geformten Gegenständen durch Sinterung verwendet. Hierzu wird die Hartmetallmischung gepresst und gesintert. Die Hartmetallmischung gemäß der Erfindung kann nach bekannten Verfahren der pulvermetallurgischen Verarbeitung zu Grünkörpern verarbeitet werden und wird anschließend bei einer Temperatur von 1220 °C bis 1600°C für eine Zeit von 0,1 Stunden bis 20 Stunden unter Auftreten von flüssiger metallischer Bindephase gesintert. Vor dem Sintern muss der Grünkörper bei Anwesenheit eines organischen Additivs entbindert werden, was beispielsweise durch Erhitzen auf eine Temperatur von 200 bis 450°C erreicht wird, jedoch auch durch andere Verfahren möglich ist.The hard metal mixture is used according to the invention for the production of shaped articles by sintering. For this purpose, the hard metal mixture is pressed and sintered. The cemented carbide composition according to the invention can be made into green bodies by known powder metallurgical processing methods, and is then sintered at a temperature of 1220 ° C to 1600 ° C for a period of 0.1 hour to 20 hours to form a liquid metal binder phase. Before sintering, the green body must be debinded in the presence of an organic additive, which is achieved for example by heating to a temperature of 200 to 450 ° C, but is also possible by other methods.

Die Sinterung findet vorteilhaft in inerter oder reduzierender Atmosphäre oder im Vakuum statt. Als Inertgas lassen sich Edelgase wie Helium oder Argon, im Einzelfall auch Stickstoff verwenden, als reduzierende Gase Wasserstoff oder dessen Gemische mit Stickstoff, Edelgasen. Zum Teil kommen auch Kohlenwasserstoffe zur Anwendung.The sintering takes place advantageously in an inert or reducing atmosphere or in a vacuum. As an inert gas can be noble gases such as helium or argon, in some cases also use nitrogen, as reducing gases hydrogen or its mixtures with nitrogen, noble gases. In some cases, hydrocarbons are also used.

Die Ausgestaltung des gesamten Sinterzyklus hat große Bedeutung für die mechanischen Eigenschaften der Hartmetalle, jedoch nicht für die Schrumpfung, sofern die Verdichtung beim Sintern nahe der theoretischen liegt.The design of the entire sintering cycle has great significance for the mechanical properties of the cemented carbides, but not for the shrinkage, provided the densification during sintering is close to the theoretical one.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter beschrieben. Alle Beispiele beschreiben ein Hartmetall mit der gleichen Nominalzusammensetzung sowie Bruttozusammensetzung des Binders. Die Sinterdichten bei 20% Bindergehalt betrugen 13.1 +/- 0.1 g/cm3, so dass es vertretbar war, diesen Mittelwert zur Errechnung der globalen Schrumpfung heranzuziehen, so dass die Beispiele besser vergleichbar sind. Einzelne Sinterstücke wurden zur Kontrolle metallographisch präpariert, wobei die Porosität besser war als A02 B02 nach ISO 4505.The invention will be further described by the following examples. All examples describe a cemented carbide having the same nominal composition and gross composition of the binder. The sintered densities at 20% binder content were 13.1 +/- 0.1 g / cm 3 , so that it was reasonable to use this average to calculate the global shrinkage so that the examples are more comparable. Individual sintered pieces were metallographically prepared for control, the porosity being better than A02 B02 according to ISO 4505.

Vergleichbeispiel 1Comparative Example 1

Als metallisches Binderpulver wurde ein nach EP-A-1079950 hergestelltes, vorlegiertes Metallpulver FeCoNi 70/10/20 Amperit® MAP HM der Fa. H. C. Starck GmbH, Deutschland mit den folgenden Eigenschaften eingesetzt:

  • Eisen 69.7 Gew.-%, Kobalt 10.3 Gew.-%, Nickel 19.5 Gew.-%, Sauerstoff 0.51 Gew.-%, Kohlenstoff 0.0242 Gew.-%, FSSS 2.86 µm
As a metallic binder powder was after EP-A-1079950 manufactured, pre-alloyed metal powder FeCoNi 70/10/20 Amperit® MAP HM from the company HC Starck GmbH, Germany with the following properties:
  • Iron 69.7% by weight, cobalt 10.3% by weight, nickel 19.5% by weight, oxygen 0.51% by weight, carbon 0.0242% by weight, FSSS 2.86 μm

Das Pulver wurde mittels Röntgenbeugungsanalyse untersucht. Das Höhenverhältnis der Hauptreflexe fcc und bcc betrug bcc/fcc = 3,45. Hieraus lässt sich abschätzen, dass der bcc-Anteil etwa 78 Vol.-% beträgt.The powder was examined by X-ray diffraction analysis. The height ratio of the main reflexes fcc and bcc was bcc / fcc = 3.45. From this it can be estimated that the bcc content is about 78% by volume.

100g des Bindermetallpulvers wurde mit 400 g WC ( FSSS 0.6 (ASTM B330 ), Typ WC DS 60, Hersteller : H. C. Starck GmbH ) und 2.13g Ruß ( spezifische Oberfläche : 9.6 m2/g ) mit 570 ml Spiritus und 30 ml Wasser in einer Kugelmühle ( Inhalt 2 l ) mit 5 kg Hartmetallkugeln mit 15 mm Durchmesser bei 63 UpM für 14 h mischgemahlen. Die Hartmetallkugeln wurden mechanisch abgetrennt, und die erhaltene Suspension in einem Glaskolben bei 65°C und 175 mbar Absolutdruck unter Rotation erhitzt um die Mahlflüssigkeit mittels Destillation abzutrennen. Erhalten wurde ein Hartmetallpulver, welches über 400 µm gesiebt wurde. Das Höhenverhältnis der Hauptreflexe bcc/fcc wurde mittels Röntgenbeugungsanalyse zu 14.3 bestimmt, d.h. der bcc-Anteil beträgt ca. 94 Vol.% und der fcc-Anteil ca. 6 Vol.- %. Es ist anhand dieses Ergebnisses davon auszugehen, dass der bei Raumtemperatur stabile Anteil an fcc-Phase für ein FeCoNi 70/10/20 bei höchstens 6 Vol.% liegt.100 g of the binder metal powder was mixed with 400 g of WC (FSSS 0.6 (ASTM B330), type WC DS 60, manufacturer: HC Starck GmbH) and 2.13 g of carbon black (specific surface area: 9.6 m 2 / g) with 570 ml of spirit and 30 ml of water a ball mill (content 2 l) with 5 kg of 15 mm diameter hard metal balls at 63 rpm for 14 h mixed milled. The hard metal balls were mechanically separated, and the suspension obtained in a glass flask at 65 ° C and 175 mbar absolute pressure heated under rotation to separate the grinding liquid by distillation. Was obtained a hard metal powder, which was sieved over 400 microns. The height ratio of the main reflections bcc / fcc was determined by X-ray diffraction analysis to be 14.3, ie the bcc content is about 94% by volume and the fcc content is about 6% by volume. Based on this result, it can be assumed that the fcc phase stable at room temperature for a FeCoNi 70/10/20 is at most 6% by volume.

Das Hartmetallpulver wurde uniaxial mit festem Unterstempel bei 100, 150 und 200 MPa gepresst, die Dichten der Presskörper bestimmt, und im Vakuum 1 h bei 1400°C gesintert. Die folgende Tabelle zeigt die so erhaltenen Ergebnisse: Pressdruck (MPa) 100 150 200 Pressdichte (g/cm3) 6,01 6,25 6,45 Globale Schrumpfung (errechnet aus Pressdichte und Sinterdichte, in % ) 22,87 21,86 21,04 The cemented carbide powder was pressed uniaxially with a firm punch at 100, 150 and 200 MPa, determined the densities of the compacts, and sintered in vacuo at 1400 ° C for 1 h. The following table shows the results thus obtained: Pressing pressure (MPa) 100 150 200 Press density (g / cm 3 ) 6.01 6.25 6.45 Global shrinkage (calculated from pressed density and sintered density, in%) 22.87 21.86 21,04

Die Veränderung des Phasenbestandes ist vermutlich darauf zurückzuführen, dass bei Raumtemperatur das vollständig vorlegierte Binderpulver in Bezug auf den Gehalt an kubisch-flächenzentrierter Phase übersättigt ist, und aufgrund der mechanischen Aktivierung bei der Mischmahlung eine Beschleunigung der Umwandlungsgeschwindigkeit von fcc zu bcc eintritt.The change in phase balance is presumably due to supersaturation of the fully prealloyed binder powder at room temperature with respect to the face centered cubic content, and acceleration of the conversion rate from fcc to bcc due to the mechanical activation in the mixed grinding.

Vergleichsbeispiel 2Comparative Example 2

Beispiel 1) wurde wiederholt, allerdings wurden anstelle des vorlegierten Binderpulvers folgende Element-Metallpulver eingesetzt: Menge Element Hersteller FSSS* Phasenbestand laut Röntgenbeugungsanalyse 70 g Eisen BASF, D 2,47 Rein bcc 10g Cobalt Umicore, B 0,9 Hexagonal:fcc 1:25 20 g Nickel Inco Specialities, GB 2,8 Rein fcc *ASTM B330 Example 1) was repeated, but instead of the pre-alloyed binder powder, the following elemental metal powders were used: amount element Manufacturer FSSS * Phase inventory according to X-ray diffraction analysis 70 g iron BASF, D 2.47 Pure bcc 10g cobalt Umicore, B 0.9 Hexagonal: fcc 1:25 20 g nickel Inco Specialties, UK 2.8 Pure fcc * ASTM B330

Aufgrund des Kohlenstoffgehaltes der Elementpulver musste die Menge an zugegebenem Ruß auf 0.84 g reduziert werden, um den gleichen Kohlenstoffgehalt der Formulierung zu erreichen, wie in Beipiel 1. Da nur das Ni-Pulver bei Raumtemperatur stabil fcc ist und das Co-Pulver überwiegend hexagonal ist, ergibt sich für die eingesetzten Binderpulver der Gewichtsanteil der fcc-Phase zu 20,67 %, dagegen ist der bei Raumtemperatur stabile fcc-Anteil 20%, da der fcc-Anteil im Kobaltmetallpulver bei Raumtemperatur metastabil ist während Eisen bei Raumtemperatur bcc und Kobalt stabil hexagonal ist.Due to the carbon content of the element powders, the amount of carbon black added had to be reduced to 0.84 g to achieve the same carbon content of the formulation as in Example 1. Since only the Ni powder is stable at room temperature fcc and the co-powder is predominantly hexagonal , results for the binder powder used On the other hand, the fcc portion stable at room temperature is 20% since the fcc portion in the cobalt metal powder is metastable at room temperature while iron is stably hexagonal at room temperature bcc and cobalt.

Es wurden folgende Ergebnisse erhalten: Pressdruck (MPa) 100 150 200 Pressdichte (g/cm3) 6,28 6,47 6,59 Globale Schrumpfung (errechnet aus Pressdichte und Sinterdichte, in % ) 21,74 20,95 20,47 The following results were obtained: Pressing pressure (MPa) 100 150 200 Press density (g / cm 3 ) 6.28 6.47 6.59 Global shrinkage (calculated from pressed density and sintered density, in%) 21.74 20.95 20.47

Vergleichsbeispiel 3Comparative Example 3

a) Beispiel 1) wurde wiederholt, jedoch wurde als internes Gleitmittel 0.71 g Graphitpulver mit einer BET-Oberfläche von 20 m2/g, einem d50 von 3.3 µm und d90 von 6.5 µm zugegeben und die zugesetzte Menge an Ruß um den gleichen Betrag reduziert. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle dargestellt: Pressdruck (MPa) 100 150 200 Pressdichte (g/cm3) 6,27 6,49 6,68 Globale Schrumpfung (errechnet aus Pressdichte und Sinterdichte, in % ) 21,78 20,87 20,11 a) Example 1) was repeated, except that 0.71 g of graphite powder having a BET surface area of 20 m 2 / g, a d50 of 3.3 μm and d90 of 6.5 μm were added as internal lubricant and the amount of carbon black added was reduced by the same amount , The results obtained are shown in the following table: Pressing pressure (MPa) 100 150 200 Press density (g / cm 3 ) 6.27 6.49 6.68 Global shrinkage (calculated from pressed density and sintered density, in%) 21.78 20.87 20.11

Der Vergleich mit Beispiel 1 und 2 zeigt, dass die mit vollständig vorlegiertem Binderpulver erhaltene Gründichte vergleichbar ist mit derjenigen, die bei Verwendung der Einzelpulver erhalten wird.Comparison with Examples 1 and 2 shows that the green density obtained with fully prealloyed binder powder is comparable to that obtained using the single powders.

b) Im folgenden Vergleichsbeispiel 3 b wurde identisch wie in 3 a vorgegangen, jedoch ein Graphitpulver mit einer BET-Oberfläche von 14.2 m2/g, einem d50 von 6 µm und einem d90 von 12 µm verwendet: Pressdruck (MPa) 100 150 200 Pressdichte (g/cm3) 6,52 6,8 6,94 Globale Schrumpfung (errechnet aus Pressdichte und Sinterdichte, in % ) 20,83 19,72 19,17 b) In the following Comparative Example 3b, the procedure was identical to that in 3a, but using a graphite powder having a BET surface area of 14.2 m 2 / g, a d50 of 6 μm and a d90 of 12 μm: Pressing pressure (MPa) 100 150 200 Press density (g / cm 3 ) 6.52 6.8 6.94 Global shrinkage (calculated from pressed density and sintered density, in%) 20.83 19.72 19.17

Beispiel 4Example 4

Beispiel 1 wurde wiederholt, allerdings wurden anstelle des vorlegierten Binderpulvers folgende Mengen an vorlegiertem Binderpulver bzw. Fe-Metallpulver zugegeben: Menge Hersteller FSSS* Phasenbestand laut Röntgenbeugungsanalyse 40 g FeNi 50/50 H.C. Starck 2,01 Rein fcc 20 g FeCo 50/50 H.C. Starck 1,26 Rein bcc 40 g Fe Pulver BASF 2,47 Rein bcc • ASTM B330 Example 1 was repeated, but the following amounts of prealloyed binder powder or Fe metal powder were added instead of the prealloyed binder powder: amount Manufacturer FSSS * Phase inventory according to X-ray diffraction analysis 40 g FeNi 50/50 HC Starck 2.01 Pure fcc 20 g FeCo 50/50 HC Starck 1.26 Pure bcc 40 g Fe powder BASF 2.47 Pure bcc • ASTM B330

Die Russzugabe betrug 1.94 g, um in der Formulierung den gleichen Kohlenstoffgehalt einzustellen wie im Beispiel 1. Der bei Raumtemperatur als anzunehmende fcc-Anteil sollte bei etwa liegen, und wird wie folgt berechnet: laut Phasendiagramm FeNi ist ein FeNi 50/50 bei Raumtemperatur instabil und entmischt sich in FeNi 90/10 sowie FeNi 30/70. Die Anteile der beiden Entmischungsprodukte sind 1/3 für das FeNi 90/10 und 2/3 für das FeNi 30/70. Das bedeutet, dass das FeNi 50/50 einen Anteil an bei Raumtemperatur stabiler fcc-Phase von 2/3 hat. FeCo 50/50 und Fe sind bei Raumtemperatur stabil bcc. Der Anteil der bei Raumtemperatur stabilen fcc-Phase bezogen auf die Bruttozusammensetzung ist daher 2/3 x 40% = 26.7%.The addition of carbon black was 1.94 g to set the same carbon content in the formulation as in Example 1. The fcc content to be assumed at room temperature should be about, and is calculated as follows: according to the phase diagram FeNi, a FeNi 50/50 is unstable at room temperature and separates into FeNi 90/10 and FeNi 30/70. The proportions of the two segregation products are 1/3 for the FeNi 90/10 and 2/3 for the FeNi 30/70. This means that the FeNi 50/50 has a 2/3 room temperature stable fcc phase. FeCo 50/50 and Fe are stable at room temperature bcc. The proportion of fcc phase stable at room temperature relative to the gross composition is therefore 2/3 x 40% = 26.7%.

Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst: Pressdruck (MPa) 100 150 200 Pressdichte (g/cm3) 7,19 7,33 7,44 Globale Schrumpfung (errechnet aus Pressdichte und Sinterdichte, in % ) 18,12 17,6 17,19 The results are summarized in the following table: Pressing pressure (MPa) 100 150 200 Press density (g / cm 3 ) 7.19 7.33 7.44 Global shrinkage (calculated from pressed density and sintered density, in%) 18.12 17.6 17.19

Beispiel 5Example 5

Beispiel 1 wurde wiederholt, allerdings wurden statt des vorlegierten Binderpulvers folgende Mengen an voriegiertem Binderpulver bzw. Fe-Pulver zugesetzt: Menge Hersteller FSSS* Phasenbestand laut Röntgenbeugungsanalyse 50 g FeCoNi 40/20/40 H.C. Starck 0,96 Bcc/fcc =0,77, fcc = 56.5 Gew.-% 50 g Fe Pulver BASF 2,47 Rein bcc *ASTM B330 Example 1 was repeated, but instead of the pre-alloyed binder powder, the following quantities of pre-mixed binder powder or Fe powder were added: amount Manufacturer FSSS * Phase inventory according to X-ray diffraction analysis 50 g FeCoNi 40/20/40 HC Starck 0.96 Bcc / fcc = 0.77, fcc = 56.5 wt% 50 g Fe powder BASF 2.47 Pure bcc * ASTM B330

Die Russzugabe betrug 2.03 g, um den gleichen Kohlenstoffgehalt in der Formulierung einzustellen, wie in Beispiel 1. Der gesamte Anteil an fcc-Phase beträgt 0.5 x 56.3% = 28.3%. Der Anteil der bei Raumtemperatur als stabil anzunehmenden fcc-Phase nach der Mischmahlung im vorlegierten Binderanteil ist schlecht abzuschätzen, da das Phasendiagramm FeCoNi bei dieser Legierungszusammensetzung bei Raumtemperatur nicht bekannt ist, sollte aber deutlich unter 50 % liegen, da das Ausgangspulver FeCoNi 40/20/40 unterhalb von ca. 500°C bereits bcc-Phase ausscheidet. Somit läge der bei Raumtemperatur stabile fcc-Anteil des Binders bei unter 25%.The carbon black addition was 2.03 g to adjust the same carbon content in the formulation as in Example 1. The total fcc phase fraction is 0.5 x 56.3% = 28.3%. The proportion of stable at room temperature fcc phase after the Mixed grinding in the pre-alloyed binder content is difficult to estimate, since the phase diagram FeCoNi is not known in this alloy composition at room temperature, but should be well below 50%, since the starting powder FeCoNi 40/20/40 precipitates below about 500 ° C already bcc phase , Thus, the stable at room temperature fcc content of the binder would be less than 25%.

Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst: Pressdruck (MPa) 100 150 200 Pressdichte (g/cm3) 6,76 6,93 7,06 Globale Schrumpfung (errechnet aus Pressdichte und Sinterdichte, in % ) 19,79 19,12 18,62 The results obtained are summarized in the following table: Pressing pressure (MPa) 100 150 200 Press density (g / cm 3 ) 6.76 6.93 7.06 Global shrinkage (calculated from pressed density and sintered density, in%) 19,79 19,12 18.62

Die Ergebnisse der Beispiele 1 bis 5 sind in Fig.1 dargestellt. Man sieht, dass die Gründichte am höchsten bzw. die globale Schrumpfung am niedrigsten ist für denjenigen Fall, dass alle verwendeten Metallpulver stabil einphasig sind und der bei Raumtemperatur stabile fcc-Anteil möglichst hoch ist.The results of Examples 1 to 5 are in Fig.1 shown. It can be seen that the green density is the highest or the global shrinkage is lowest for the case in which all the metal powders used are stable in a single phase and the fcc content stable at room temperature is as high as possible.

Vergleichsbeispiel 6Comparative Example 6

Beispiel 2 wurde wiederholt. Ein Teil des Hartmetallpulvers wurde nach dem Trocknen direkt gepresst, ein weiterer Teil wurde gemäß WO 2004 014586 mit 2 Gewichtsteilen Paraffin auf 98 Gewichtsteile Hartmetallpulver infiltriert, um eine homogene Wachsverteilung zu erreichen. Die Ergebnisse "gewachst" und "ungewachst" sind in der folgenden Tabelle gegenübergestellt. Bei den Werten für die Pressdichte "gewachst" wurde der Messwert für die Pressdichte mit dem Faktor 0.98 multipliziert, da das Wachs beim Sintern ausgetrieben wird.Example 2 was repeated. A portion of the hard metal powder was pressed directly after drying, another part was according to WO 2004 014586 with 2 parts by weight of paraffin infiltrated to 98 parts by weight of hard metal powder to achieve a homogeneous wax distribution. The results "waxed" and "unwaxed" are compared in the following table. At the values for the density "waxed" the measured value for the density was multiplied by the factor 0.98, because the wax is expelled during sintering.

Aus den Ergebnissen ist abzuleiten, dass die Verwendung von Presshilfsmittel in Bezug auf die Pressdichte und daraus abzuleitende gobale Schrumpfung neutral ist, dass jedoch die Unterschiede in der beobachteten Schrumpfung, gemessen senkrecht und parallel zur Pressrichtung, von ca 1 % Punkt im ungewachsten Fall auf 0.6 bis 0.8%-Punkte im gewachsten Fall reduziert werden. Die unerwünschte Anisotropie der Schrumpfung lässt sich also auch mit einem Presshilfsmittelmittel nur mildern. Die Nachteile der Verwendung von Elementpulvern bei der Sinterung bleiben bestehen. Pressdruck (MPa) 100 150 200 Pressdichte g/cm3 gewachst 6,47 6,64 6,76 ungewachst 6,48 6,63 6,74 Globale Schrumpfung ( errechnet aus Pressdichte und Sinterdichte, % ) gewachst 20.95 20,27 19,79 ungewachst 20,92 20,31 19,87 Gemessene Schrumpfungen (%) Senkrecht zur Pressrichtung gewachst 20,29 19,77 19,15 ungewachst 20,56 20,04 19,64 Parallel zur Pressrichtung gewachst 20,88 20,39 19,95 ungewachst 21,50 21,10 20,59 K-Wert gewachst 0,995 0,995 0,993 ungewachst 0,992 0,994 0,992 It can be deduced from the results that the use of pressing aids is neutral with regard to the pressed density and the resulting gobal shrinkage, but that the differences in the observed shrinkage, measured vertically and parallel to the pressing direction, are from about 1% point in the unwaxed case to 0.6 reduced to 0.8% points in the waxed case. The undesirable shrinkage anisotropy can therefore only be mitigated with a pressing aid agent. The disadvantages of using elemental powders in sintering remain. Pressing pressure (MPa) 100 150 200 Press density g / cm 3 waxed 6.47 6.64 6.76 unwaxed 6.48 6.63 6.74 Global shrinkage (calculated from press density and sintered density,%) waxed 20.95 20.27 19,79 unwaxed 20.92 20.31 19,87 Measured shrinkages (%) Perpendicular to the pressing direction waxed 20.29 19.77 19.15 unwaxed 20.56 20,04 19.64 Parallel to the pressing direction waxed 20.88 20.39 19,95 unwaxed 21,50 21.10 20.59 K value waxed 0.995 0.995 0.993 unwaxed 0.992 0.994 0.992

Vergleichsbeispiel 7Comparative Example 7

Das Hartmetallpulver aus Beispiel 1 wurde mit Paraffinwachs infiltriert, so dass sich ein Gehalt von 2% ergab. Die Pressdichten, korrigiert um den Wachsgehalt, lagen bei 5,99 ( 100 MPa ), 6,39 ( 150 MPa ) und 6,61 ( 200 MPa ). Vergleich mit Beispiel 1 zeigt, dass es nur zu einer leichten Verbesserung der Gründichte durch den Wachszusatz kommt.The hard metal powder from Example 1 was infiltrated with paraffin wax to give a content of 2%. Press densities corrected for wax content were 5.99 (100 MPa), 6.39 (150 MPa), and 6.61 (200 MPa). Comparison with Example 1 shows that there is only a slight improvement in the green density due to the added wax.

Aus Beispiel 6 und 7 ist zu schließen, dass das globale Verdichtungsverhalten beim Pressen vom Phasenzustand des Bindemetallpulvers nach der Mischmahlung dominiert wird, und erst in zweiter Linie vom Gleitmittelzusatz.It can be concluded from Examples 6 and 7 that the global compaction behavior during pressing is dominated by the phase state of the binder metal powder after the mixed grinding, and only secondarily by the lubricant additive.

Beispiel 8 ( a) gemäß der Erfindung)Example 8 (a) according to the invention)

Es wurden 3 Hartmetallansätze mit 6 Gew.% eines FeCoNi 70/10/20 - Binders analog zu den vorhergehenden Beispielen hergestellt, gepresst und gesintert. Die Sintertemperatur lag bei 1500°C. Variiert wurden die Formulierung des Binders:

  1. a) bestehend aus FeCo 50/50, FeNi 50/50 und Fe-Pulver in den Gewichtsverhältnissen 1:2:2
  2. b) bestehend aus vollständig vorlegiertem FeCoNi 70/10/20
  3. c) bestehend aus den Elementpulvern
3 hard metal batches with 6% by weight of a FeCoNi 70/10/20 binder were prepared analogously to the preceding examples, pressed and sintered. The sintering temperature was 1500 ° C. The wording of the binder was varied:
  1. a) consisting of FeCo 50/50, FeNi 50/50 and Fe powder in the weight ratios 1: 2: 2
  2. b) consisting of fully pre-alloyed FeCoNi 70/10/20
  3. c) consisting of the elemental powders

Die Sinterdichte lag bei 14.80 g/cm3 +/- 0.03, die Variante b) zeigte jedoch Porosität und erreichte daher nur 14,54 g/cm3.The sintering density was 14.80 g / cm3 +/- 0.03, but variant b) showed porosity and therefore reached only 14.54 g / cm3.

Die Unterschiede in Gründichte und Schrumpfungen sind bei den drei Varianten mit 6% Binder nicht so ausgeprägt wie bei 20 %, da der Anteil des Binders an den Presskräften naturgemäß weniger stark gewichtet ist.The differences in green density and shrinkage are not as pronounced in the three variants with 6% binder as at 20%, since the proportion of the binder in the pressing forces is of course less heavily weighted.

Die Variante a) zeigt gegenüber der Variante c) eine geringere Anisotropie der Schrumpfung.The variant a) shows a lower anisotropy of the shrinkage compared to the variant c).

Variante b) ließ sich nicht dicht sintern, was ein Indiz für eine schlechte Homogenität der Gründichte ist und ein Hinweis auf sehr hohe innere Reibung beim Pressen. Die Werte für die Schrumpfung können daher nicht bewertet werden.Variant b) could not be densely sintered, which is an indication of a poor homogeneity of the green density and an indication of very high internal friction during pressing. The values for the shrinkage can therefore not be evaluated.

Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst ( jeweils a bis c untereinander) : Pressdruck (MPa) 100 150 200 Gründichte g/cm3 a) 7,50 7,63 7,79 b) 7,35 7,63 7,79 c) 7,31 7,51 7,66 Globale Schrumpfung ( errechnet aus Pressdichte und Sinterdichte, % ) a) 20,27 19,82 19,26 b) 20,81 20,13 19,64 c) 20,95 20,24 19,71 Gemessene Schrumpfungen (%) Senkrecht zur Pressrichtung a) 20,59 19,82 19,26 b) 20,20* 20,13* 19,64* c) 20,53 20,24 19,71 Parallel zur Pressrichtung a) 20,36 19,79 19,42 b) 20,45* 19,93* 19,57* c) 21,25 20,52 19,97 K-Werte a) 1,002 1,000 0,999 b) 0,998* 1,002* 1,001* c) 0,994 0,998 0,998 * wegen Porosität nicht bewertbar The results are summarized in the following table (a to c among each other): Pressing pressure (MPa) 100 150 200 Green density g / cm 3 a) 7.50 7.63 7.79 b) 7.35 7.63 7.79 c) 7.31 7.51 7.66 Global shrinkage (calculated from press density and sintered density,%) a) 20.27 19.82 19.26 b) 20.81 20.13 19.64 c) 20.95 20.24 19.71 Measured shrinkages (%) Perpendicular to the pressing direction a) 20.59 19.82 19.26 b) 20.20 * 20.13 * 19.64 * c) 20.53 20.24 19.71 Parallel to the pressing direction a) 20.36 19,79 19.42 b) 20.45 * 19.93 * 19.57 * c) 21,25 20.52 19.97 K values a) 1,002 1,000 0.999 b) 0.998 * 1,002 * 1.001 * c) 0.994 0.998 0.998 * not evaluable due to porosity

Beispiele 9 bis 12 ( teilweise gemäß der Erfindung )Examples 9 to 12 (partially according to the invention)

Die Hartmetallpulver aus Vergleichsbeispielen 1 und 2 sowie Beispielen 4 und 5 (Vergleichsbeispiele 9 und 10, Beispiele 11 und 12) wurden erneut gepresst, die Presslinge ausgemessen, und im Vakuum bei 1410°C gesintert. Die Sinterlinge wurden vermessen, indem die Abmessungen parallel und senkrecht zur Pressrichtung bestimmt wurden, und anschließend unter Zuhilfenahme der Abmessungen im gepressten Zustand die Schrumpfungen in den beiden Richtungen errechnet wurde. Pressdruck : 100 MPa 150 MPa 200 MPa Hartmetallpulver: aus Beispiel 1 ( nicht gemäß der Erfindung ) Schrumpfung senkrecht (%) 19,64 18,76 17,94 Schrumpfung parallel(%) 27,23 26,24 24,93 K-Wert 0,940 0,941 0,944 aus Beispiel 2 ( nicht gemäß der Erfindung ) Schrumpfung senkrecht (%) 20,56 20,04 19,64 Schrumpfung parallel (%) 21,5 21,1 20,59 K-Wert 0,992 0,991 0,992 aus Beispiel 4 ( erfindungsgemäß ) Schrumpfung senkrecht (%) 18,3 17,9 17,31 Schrumpfung parallel (%) 19,1 18,6 18,32 K-Wert 0,993 0,994 0,992 aus Beispiel 5 ( gemäß der Erfindung ) Schrumpfung senkrecht (%) 20 19,21 18,8 Schrumpfung parallel (%) 20,23 19,81 19,46 K-Wert 0,998 0,995 0,994 The cemented carbide powders of Comparative Examples 1 and 2 and Examples 4 and 5 (Comparative Examples 9 and 10, Examples 11 and 12) were pressed again, the pellets were measured and sintered in vacuo at 1410 ° C. The sintered pieces were measured, by determining the dimensions parallel and perpendicular to the pressing direction, and then calculating the shrinkages in the two directions with the help of the dimensions in the pressed state. Pressing pressure: 100 MPa 150 MPa 200 MPa Carbide powder: from Example 1 (not according to the invention) Shrinkage vertical (%) 19.64 18.76 17.94 Shrinkage in parallel (%) 27.23 26.24 24.93 K value 0.940 0.941 0.944 from Example 2 (not according to the invention) Shrinkage vertical (%) 20.56 20,04 19.64 Shrinkage in parallel (%) 21.5 21.1 20.59 K value 0.992 0.991 0.992 from Example 4 (according to the invention) Shrinkage vertical (%) 18.3 17.9 17.31 Shrinkage in parallel (%) 19.1 18.6 18,32 K value 0.993 0.994 0.992 from Example 5 (according to the invention) Shrinkage vertical (%) 20 19.21 18.8 Shrinkage in parallel (%) 20,23 19.81 19.46 K value 0.998 0.995 0.994

Die Ergebnisse des Beispiels 9 bis 12 verdeutlichen das Wesen der Erfindung besonders deutlich. Die beiden erfindungsgemäßen Ausführungen zeigen im Vergleich zur Verwendung von Elementpulvern eine deutlich niedrigere Schrumpfung bei gleichzeitig höherem K-Wert. Das vollständig vorlegierte Pulver bewirkt einen sehr viel kleineren K-Wert bei hohen Schrumpfungen, welcher sogar unter dem K-Wert für Hartmetalle mit 20% Kobalt liegt. Die K-Werte, welche erfindungsgemäß sowie mit Elementpulvern erhalten wurden, liegen über dem Wert 0.988 gemäß EP 0 937 781 B1 und es ist daher davon auszugehen, dass diese drei Hartmetallmischungen für die Herstellung von gesinterten Hartmetallteilen ohne Nachbearbeitung geeignet sind. Die beiden erfindungsgemäßen Ausführungen bieten im Vergleich zur Verwendung von reinen Elementpulvern zusätzlich den Vorteil einer insgesamt geringeren Schrumpfung, was die Herstellung endkonturgemäßer Sinterlinge zusätzlich erleichtert sowie die Vorteile von vorlegierten Pulvern bei der Sinterung.The results of Examples 9 to 12 illustrate the essence of the invention particularly clearly. The two embodiments of the invention show in comparison to the use of elemental powders a significantly lower shrinkage at the same time higher K value. The fully pre-alloyed powder causes a much smaller K value at high shrinkages, which is even below the K value for 20% cobalt cemented carbides. The K values which were obtained according to the invention and with elemental powders are above the value of 0.988 EP 0 937 781 B1 and it is therefore believed that these three cemented carbide mixtures are suitable for the production of sintered hard metal parts without post-processing. The two embodiments of the invention provide in Compared to the use of pure element powders additionally the advantage of an overall lower shrinkage, which additionally facilitates the production of final contour sintering and the advantages of pre-alloyed powders in the sintering.

Zieht man ein Resumee aus den Ergebnissen der Beispiele, so wird zunächst deutlich, dass überraschenderweise das in der Hartmetallindustrie üblicherweise eingesetzte Paraffinwachs als Gleitmittel zwar die Gründichte und die Schrumpfung verbessert, jedoch den K-Wert nicht erhöht. Erklärbar ist dies dadurch, dass das Gleitmittel die beim Pressen auftretende Drehung oder Verschiebung von Partikeln gegeneinander erleichtert, jedoch naturgemäß nicht die ebenfalls notwendige Deformation von metallischen Binder-Partikeln.If a conclusion is drawn from the results of the examples, it becomes clear first of all that, surprisingly, the paraffin wax commonly used as a lubricant in the hard metal industry improves the green density and the shrinkage, but does not increase the K value. This is explained by the fact that the lubricant facilitates the rotation or displacement of particles occurring during pressing against each other, but of course not the equally necessary deformation of metallic binder particles.

Die Beispiele zeigen auch, dass der Legierungszustand des Binders den größten Haupteinflussfaktor auf die Schrumpfung und den K-Wert darstellt. Dies gilt umso mehr, je höher der Bindergehalt ist. Bei 6% Binder tritt der Einfluss deutlich zurück, was die Vermutung bestätigt, dass die Rolle des Binders entscheidend ist. Somit wäre die Deformierbarkeit der Binderpartikel entscheidend.The examples also show that the alloy state of the binder is the largest major factor influencing shrinkage and K value. This is even more true, the higher the binder content. In the case of 6% binder, the influence decreases significantly, which confirms the assumption that the role of the binder is crucial. Thus, the deformability of the binder particles would be crucial.

Es wird auch deutlich, dass Phasenumwandlungen oder Ausscheidungen, vermutlich hervorgerufen durch mechanische Aktivierung von Ausscheidungsvorgängen oder Phasenumwandlungen von vorlegierten Pulvern bei der Mischmahlung mit Wolframkarbid, zu einer Erschwerung der Verdichtung beim Pressen führen, indem die Deformierbarkeit verschlechtert wird. Da der Anteil an kubisch-raumzentrierter Phase zunimmt, ist davon auszugehen, dass es zu einer mechanisch aktivierten Ausscheidungsverfestigung kommt. Zudem ist bekannt, dass kubisch-raumzentrierte Metall-Legierungen schlechter deformierbar sind als kubisch-flächenzentrierte, da sie über weniger kristallografische Gleitebenen verfügen. Die Gründichte steigt überproportional mit dem bei Raumtemperatur stabilen Anteil an fcc-Phase. Dies ist in Figur 5 dargestellt.It also becomes clear that phase transformations or precipitates, presumably caused by mechanical activation of precipitation processes or phase transformations of pre-alloyed powders in the mixed grinding with tungsten carbide, lead to an aggravation of compaction during pressing, by deteriorating the deformability. As the proportion of cubic-body-centered phase increases, it can be assumed that a mechanically activated precipitation hardening occurs. In addition, it is known that cubic body-centered metal alloys are less deformable than face-centered cubic because they have less crystallographic slip planes. The green density increases disproportionately with the stable at room temperature fraction of fcc phase. This is in FIG. 5 shown.

Beispiel 13Example 13

Analog zu den vorherigenden Beispielen wurden drei verschiedene Bindemetallpulver mit gleicher Brutto-Zusammensetzung (Fe 85 Gew.%, Ni 15 Gew.%) zusammen mit einem Wolframkarbidpulver (WC) mit einem FSSS-Wert von 0,6 µm zur Herstellung von drei Hartmetallpulvern mit jeweils 90 Gew.% Wolframkarbid ohne weitere organische oder anorganische Zusätze eingesetzt :

  1. a) unter Verwendung von reinem Eisen und Nickelpulver (nicht erfindungsgemäß, Anteil an bei Raumtemperatur stabiler fcc Phase 15%, da nur Nickel bei Raumtemperatur stabil fcc ist)
  2. b) unter Verwendung eines vollständig vorlegierten Legierungspulvers (nicht erfindungsgemäß), mit praktisch vollständiger bcc-Phase
  3. c) unter Verwendung von vorlegiertem FeNi 50/50 und Eisenpulver (erfindungsgemäß). Der Anteil an bei Raumtemperatur stabiler Phase wird hier wie folgt abgeschätzt: nach der Hebelregel kann man für FeNi 50/50 aus Figur 4 abschätzen, dass das Verhältnis an bei Raumtemperatur stabiler fcc-Phase zur bcc-Phase 2,5 : 1 betragen muss, daraus errechnet sich ein Anteil von 71,4%. Da andererseits 30% FeNi 50/50-Pulver in der Bindemetallformulierung enthalten sind, errechnet sich der bei Raumtemperatur stabile Anteil an fcc-Phase zu 0,3 x 71,4% = 21,4%.
Analogous to the previous examples, three different binder metal powders of the same gross composition (Fe 85 wt.%, Ni 15 wt.%) Were used together with a tungsten carbide powder (WC) having an FSSS value of 0.6 .mu.m for the production of three hard metal powders 90% by weight of tungsten carbide used without further organic or inorganic additives:
  1. a) using pure iron and nickel powder (not according to the invention, proportion of room-temperature-stable fcc phase 15%, since only nickel is stable at room temperature fcc)
  2. b) using a fully pre-alloyed alloy powder (not according to the invention), with practically complete bcc phase
  3. c) using prealloyed FeNi 50/50 and iron powder (according to the invention). The proportion of stable at room temperature phase is estimated here as follows: according to the rule of leverage can be for FeNi 50/50 off FIG. 4 estimate that the ratio of room-temperature-stable fcc phase to bcc phase must be 2.5: 1, resulting in a ratio of 71.4%. On the other hand, since 30% FeNi 50/50 powder is contained in the binder metal formulation, the fcc phase stable portion at room temperature is calculated to be 0.3 × 71.4% = 21.4%.

Die weitere Vorgehensweise war wie bei den vorherigen Beispielen, allerdings wurde die Sinterung bei 1420°C für 45 Minuten im Vakuum durchgeführt. Verwendet wurden die erhaltenen Hartmetallpulver ohne Zusatz von Wachs.The further procedure was as in the previous examples, however, the sintering was carried out at 1420 ° C for 45 minutes in vacuo. The resulting hard metal powders were used without addition of wax.

Figur 7 zeigt die erhaltenen Ergebnisse für die Abhängigkeit der Schrumpfung vom Pressdruck, vom Legierungszustand der Bindemetallpulver sowie in Richtung senkrecht und parallel zur Pressrichtung. Im Falle der Verwendung von Elementpulvern ("elemental powders") ergibt sich eine praktisch vollständige Isotropie, die Linien fallen praktisch übereinander. Im Falle des vollständig vorlegierten Bindemetallpulvers ("prealloyed") ergibt sich die erwartete, sehr hohe Anisotropie der Schrumpfung, in Richtung parallel zur Pressrichtung wird eine sehr viel höhere Schrumpfung gefunden. Im erfindungsgemäßen Fall c) ( "FeNi 50/50 + Fe") ergibt sich eine sehr deutliche Reduzierung der Schrumpfung gegenüber a), mit einer für industrielle Fertigung akzeptablen Anisotropie ( K-Wert von 0,9937 bei 150 MPa ). FIG. 7 shows the results obtained for the dependence of the shrinkage on the pressing pressure, the alloy state of the binding metal powder and in the direction perpendicular and parallel to the pressing direction. In the case of the use of elemental powders results in a virtually complete isotropy, the lines are practically superimposed. In the case of fully prealloyed binder powder, the expected, very high anisotropy of shrinkage results, in the direction parallel to the pressing direction a much higher shrinkage is found. In the case c) according to the invention ("FeNi 50/50 + Fe"), a very significant reduction in the shrinkage compared to a) results, with an anisotropy which is acceptable for industrial production (K value of 0.9937 at 150 MPa).

Claims (17)

  1. Metallic powder mixture comprising a) at least one prealloyed powder selected from the group consisting of iron/nickel, iron/cobalt, iron/nickel/cobalt and nickel/cobalt; b) at least one element powder selected from the group consisting of iron, nickel and cobalt or a prealloyed powder selected from the group consisting of iron/nickel, iron/cobalt, iron/nickel/cobalt and nickel/cobalt which is different from component a).
  2. Metallic powder mixture according to Claim 1, wherein the overall composition of the components a) and b) together contains not more than 90% by weight of cobalt and not more than 70% by weight of nickel and the iron content satisfies the inequality Fe 100 % - % Co 90 % % Co + % Ni - % Ni 70 % % Co + % Ni .
    Figure imgb0009
  3. Metallic powder mixture according to one or more of Claims 1 to 2 containing organic and/or inorganic additives.
  4. Metallic powder mixture according to one or more of Claims 1 to 3 containing a component c) which is a hard material.
  5. Metallic powder mixture according to one or more of Claims 1 to 4 which is a metallic binder mixture.
  6. Use of a metallic powder mixture according to one or more of Claims 1 to 5 for producing metallic binders for hard metals.
  7. Process for producing a hard metal mixture using a) at least one prealloyed powder selected from the group consisting of iron/nickel, iron/cobalt, iron/nickel/cobalt and nickel/cobalt; b) at least one element powder selected from the group consisting of iron, nickel and cobalt or a prealloyed powder selected from the group consisting of iron/nickel, iron/cobalt, iron/nickel/cobalt and nickel/cobalt which is different from component a); c) hard material powder, wherein the overall composition of the components a) and b) together contains not more than 90% by weight of cobalt and not more than 70% by weight of nickel and the iron content satisfies the inequality Fe 100 % - % Co 90 % % Co + % Ni - % Ni 70 % % Co + % Ni .
    Figure imgb0010
  8. Process for producing a hard metal mixture according to Claim 7, wherein the overall composition of the binder comprises not more than 70% by weight of Ni and at least 10% by weight of Fe, wherein the iron content satisfies the inequality Fe 100 % - % Co 90 % % Co + % Ni - % Ni 70 % % Co + % Ni
    Figure imgb0011

    and at least two binder powders a) and b) are used, the first binder powder is lower in iron than the overall composition of the binder and the second binder powder is richer in iron than the overall composition of the binder and at least one binder powder is prealloyed from at least two elements selected from the group consisting of iron, nickel and cobalt.
  9. Process according to either of Claims 7 or 8, wherein the nickel content of the components together makes up 60% by weight or less of the powder mixture.
  10. Process according to any of Claims 7 to 9, wherein the iron content of the two components together makes up 5% by weight or more of the powder mixture.
  11. Process according to one or more of the preceding process claims, wherein the nickel content of the two components together makes up 45% by weight or less of the powder mixture when the cobalt content is less than 5% by weight.
  12. Process according to one or more of the preceding process claims, wherein component a) is a prealloyed metal powder and component b) is an element powder and the contents of iron, nickel and cobalt add up to the desired total composition of the binder powder.
  13. Process according to one or more of the preceding process claims, wherein a) is a prealloyed powder consisting of iron/nickel and b) is an iron powder.
  14. Process according to one or more of the preceding process claims, wherein component a) is a prealloyed powder FeNi 50/50, FeCo 50/50 or FeCoNi 40/20/40.
  15. Hard metal mixture obtainable according to one or more of the preceding process claims.
  16. Use of a hard metal mixture according to Claim 15 for producing shaped articles, preferably by sintering.
  17. Process for producing shaped articles from a hard metal mixture as defined in one or more of Claims 7-14, which comprises the following steps:
    - provision of a first prealloyed metal powder,
    - provision of an element powder or a second prealloyed metal powder,
    - mix-milling of the two components with a hard material powder to give a hard metal mixture
    - pressing and sintering of the hard metal mixture, giving a shaped article composed of a hard metal.
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