NL1016112C2 - Gradually hard metal body such as punching tools and method for producing them. - Google Patents

Gradually hard metal body such as punching tools and method for producing them. Download PDF

Info

Publication number
NL1016112C2
NL1016112C2 NL1016112A NL1016112A NL1016112C2 NL 1016112 C2 NL1016112 C2 NL 1016112C2 NL 1016112 A NL1016112 A NL 1016112A NL 1016112 A NL1016112 A NL 1016112A NL 1016112 C2 NL1016112 C2 NL 1016112C2
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
compaction
zone
tmd
hard
amount
Prior art date
Application number
NL1016112A
Other languages
Dutch (nl)
Inventor
Erik Peter Carton
Eric Peterus Hyacintu Eijkeren
Original Assignee
Tno
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tno filed Critical Tno
Priority to NL1016112A priority Critical patent/NL1016112C2/en
Priority to PCT/NL2001/000660 priority patent/WO2002020863A1/en
Priority to CA002421429A priority patent/CA2421429A1/en
Priority to AU2001294389A priority patent/AU2001294389A1/en
Priority to EP01975020A priority patent/EP1319090A1/en
Priority to US10/363,607 priority patent/US20040093985A1/en
Application granted granted Critical
Publication of NL1016112C2 publication Critical patent/NL1016112C2/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/05Mixtures of metal powder with non-metallic powder
    • C22C1/051Making hard metals based on borides, carbides, nitrides, oxides or silicides; Preparation of the powder mixture used as the starting material therefor
    • 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
    • B22F3/02Compacting only
    • B22F3/08Compacting only by explosive forces
    • 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
    • B22F7/00Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression
    • B22F7/02Manufacture of composite layers, workpieces, or articles, comprising metallic powder, by sintering the powder, with or without compacting wherein at least one part is obtained by sintering or compression of composite layers
    • 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

Description

Titel: Lichaam van gradueel hardmetaal zoals stansgereedschap en werkwijze voor het produceren daarvan.Title: Body of graduated hard metal such as punching tools and method for producing them.

De uitvinding heeft betrekking op een lichaam van gradueel hardmetaal zoals 5 stansgereedschap en werkwijze voor het produceren daarvan. Volgens de uitvinding speelt de toepassing van op zichzelf bekende statische en dynamische verdichtingstechnieken voor de vervaardiging van nieuwe lichamen van hardmetaal zoals gereedschap met een hard eerste uiteinde en een taai tweede uiteinde, bijvoorbeeld snij- en vormgereedschap zoals stansgereedschap, een essentiële rol. 10 Alvorens de uitvinding in detail te bespreken volgt eerst een toelichting betreffende de in deze beschrijving en conclusies gebruikte termen respectievelijk de volgens de onderhavige uitvinding toegepaste technieken.The invention relates to a body of graduated hard metal such as punching tools and a method for producing them. According to the invention, the use of per se known static and dynamic compaction techniques for the manufacture of new hard metal bodies such as tools with a hard first end and a tough second end, for example cutting and forming tools such as punching tools, plays an essential role. Before discussing the invention in detail, an explanation first follows regarding the terms used in this description and claims or the techniques used according to the present invention.

Lichamen van hardmetaal 15Tungsten carbide bodies 15

Onder lichamen van hardmetaal worden producten verstaan die een harde verbinding zoals een metaalcarbide en een metallisch bindmiddel bevatten, en die aan sintering of hot isostatic pressing zijn onderworpen. Hun relatief grote hoeveelheid carbide maakt het hardmetaal stijf, hard en slijtvast. Het bindmiddel geeft het geheel de nodige 20 taaiheid en sterkte.Hard metal bodies are understood to mean products that contain a hard compound such as a metal carbide and a metallic binder and that have been subjected to sintering or hot isostatic pressing. Their relatively large amount of carbide makes the hard metal rigid, hard and durable. The binder gives the assembly the necessary toughness and strength.

In de onderhavige beschrijving en conclusies wordt de harde verbinding aangeduid met A en het metallische bindmiddel met B.In the present description and claims, the hard compound is indicated by A and the metallic binder by B.

De harde verbindingen A zijn bijvoorbeeld carbiden, boriden, nitriden en diamant.The hard compounds A are, for example, carbides, borides, nitrides and diamonds.

25 De harde verbindingen A hebben de volgende eigenschappen: hoge hardheid, geringe taaiheid, grote druksterkte, lage treksterkte en een hoog smeltpunt. Daarnaast zijn ze niet of zeer weinig ferromagnetisch. Wolfraamcarbide is de meest toegepaste harde metallische verbinding in hardmetalen producten.The hard compounds A have the following properties: high hardness, low toughness, high compressive strength, low tensile strength and a high melting point. In addition, they are not or very little ferromagnetic. Tungsten carbide is the most commonly used hard metallic compound in hard metal products.

De taaie verbindingen B zijn bijvoorbeeld metalen zoals Co, Cr, Ni, Fe (roestvast 30 staal) en legeringen daarvan.The tough compounds B are, for example, metals such as Co, Cr, Ni, Fe (stainless steel) and alloys thereof.

Over hardmetalen producten, de methoden voor de vervaardiging daarvan met inbegrip van sintering en hot isostatic pressing is in de algemeen technische literatuur en in de octrooiliteratuur veel informatie te vinden. Voor een algemeen overzicht over mifii 12 I 1 2 "cemented carbides" kan worden verwezen naar het ASM Metals Handbook, 9e editie, Vol. 16, "Machining", blz. 71-83, gepubliceerd in 1989. De inhoud van deze publicatie dient hier als ingelast te worden beschouwd.Much information can be found in the general technical literature and in the patent literature on hard metal products, the methods for their manufacture including sintering and hot isostatic pressing. For a general overview of mifii 12 I 1 2 "cemented carbides" reference can be made to the ASM Metals Handbook, 9th edition, Vol. 16, "Machining", pp. 71-83, published in 1989. The content of this publication is to be considered here.

Voor de productie, eigenschappen en testmethoden van hardmetalen producten op 5 basis van wolfraamcarbide kan voorts worden verwezen naar het boek Cemented Tungsten Carbides, Production, Properties, and Testing, 1998, van Gopal S. Upad-hyaya, uitgegeven door Noyes Publications, U.S.A.. Hierbij wordt in het bijzonder verwezen naar de informatie over sintering en hot isostatic pressing (HIP) met inbegrip van sinter HIP. De desbetreffende tekst van blz. 110-130 van deze publicatie van 10 Upadhyaya dient als hier ingelast te worden beschouwd.For the production, properties and testing methods of tungsten carbide-based carbide products, reference can also be made to the book Cemented Tungsten Carbides, Production, Properties, and Testing, 1998, by Gopal S. Upad-hyaya, published by Noyes Publications, USA. Special reference is made to the information about sintering and hot isostatic pressing (HIP) including sinter HIP. The relevant text of pages 110-130 of this publication of 10 Upadhyaya should be considered as inserted here.

Statische en dynamische verdichtingstechniekenStatic and dynamic compaction techniques

Statische en dynamische verdichtingstechnieken zijn op zichzelf bekend voor de 15 verdichting (compactie) van poedervormige materialen.Static and dynamic compaction techniques are known per se for the compaction of powdered materials.

Statische verdichtingstechnieken, die in het kader van de onderhavige uitvinding kunnen worden toegepast, zijn derhalve algemeen bekend en lijken geen nadere toelichting te behoeven. Voor een overzicht van statische verdichtingstechnieken, die in het kader van de onderhavige uitvinding een rol (kunnen) spelen, kan worden verwezen 20 naar J.S. Reeds Principles of ceramic processing, 2 ed., J. Wiley & Sons, New York (1995).Static compaction techniques that can be used in the context of the present invention are therefore generally known and do not appear to require further explanation. For an overview of static compaction techniques, which can play a role in the context of the present invention, reference can be made to J.S. Already Principles of ceramic processing, 2 ed., J. Wiley & Sons, New York (1995).

Voor dynamische verdichtingstechnieken, die in het kader van de onderhavige uitvinding een rol (kunnen) spelen, kan worden verwezen naar de publicatie "The Dynamic Compaction of Powdered Materials" van S. Clyens en W. Johnson in Materials 25 Science and Engineering, 30 (1977) 121-139. In deze publicatie worden vier hoofdgebieden aangegeven, waarbij verdichting van poeder (powder compaction processes) wordt toegepast: de poedermetallurgie-, brandstof-, keramische en farmaceutische industrie. Met betrekking tot deze industrieën wordt het volgende vermeld: "Powder metallurgy fabrication techniques have been developed for three principal reasons. 30 Firstly, because for some components and materials established methods of forming are not suitable, e.g., refractory metals have long been fabricated by powder metallurgy because of the difficulties encountered in melting and casting. Secondly, in some cases powder metallurgy processes are more economical; many iron-base alloys are fabri- 1n1R1 3 cated from powders into finished components because the savings in materials and machining make it worthwhile. Thirdly, the greater control of both grain size and component distribution afforded by the processes often results in a more homogeneous metallurgical structure.For dynamic compaction techniques, which can play a role in the context of the present invention, reference can be made to the publication "The Dynamic Compaction of Powdered Materials" by S. Clyens and W. Johnson in Materials Science and Engineering, 30 ( 1977) 121-139. In this publication four main areas are indicated, in which powder compaction processes are used: the powder metallurgy, fuel, ceramic and pharmaceutical industries. With regard to these industries, the following is stated: "Powder metallurgy fabrication techniques have been developed for three principal reasons. 30 Firstly, because for some components and materials established methods of forming are not suitable, eg, refractory metals have long been fabricated by powder metallurgy because of the difficulties encountered in melting and casting Secondly, in some cases powder metallurgy processes are more economical; many iron-base alloys are factories 1n1R1 3 cated from powders into finished components because the savings in materials and machining make it worthwhile. Thirdly, the greater control of both grain size and component distribution afforded by the processes often results in a more homogeneous metallurgical structure.

5 For many years the ceramic industry has employed compaction techniques to form dry- or slightly moist ceramic powders into a wide range of products. The drypressing technique has two main advantages; unlike the wet-forming methods, dry pressing may be fully automated with high rates of production and one operator may take charge of several presses. Also, as the powder is pressed dry, the expense of filter 10 pressing and drying is avoided, so that dimensional tolerances to better than 1% in the fired product may be achieved.5 For many years the ceramic industry has employed compaction techniques to form dry or slightly moist ceramic powders into a wide range of products. The dry pressing technique has two main advantages; unlike the law-forming methods, dry pressing may be fully automated with high rates of production and one operator may take charge or several presses. Also, if the powder is pressed dry, the expense of filter 10 pressing and drying is avoided, so that dimensional tolerances of better than 1% in the fired product may be achieved.

The pharmaceutical industry employs powder compaction processes to form medicinal powders into tablets. Tabletting has been used mainly as a convenient and simple form of dosage and there are now few countries in which tablets are not manu-15 factured.The pharmaceutical industry employs powder compaction processes to form medicinal powders into tablets. Tabletting has been used mainly as a convenient and simple form of dosage and there are now few countries in which tablets are not manu-15 invoiced.

In the fuel industries many processes lead to the production of powdered fuels which cannot be handled conveniently or re-used. Such powders have often been disposed of as waste representing an economic loss to industry and, in some instances, a major cause of pollution. Compaction processes have been used to form these powders 20 into briquettes which may be handled easily and used again.".In the fuel industries many processes lead to the production of powdered fuels which cannot be conveniently or re-used. Such powders often have been disposed of or as waste representing an economic loss to industry and, in some instances, a major cause of pollution. Compaction processes have been used to form these powders 20 into briquettes which may be handled easily and used again. "

Opgemerkt wordt dat bovenstaande informatie geen betrekking heeft op relatief sterke verdichting. De compactietechniek die in de keramische industrie wordt toegepast betreft bijvoorbeeld het voorpersen van keramische poeders alvorens ze gesinterd worden, zodat de "dimensionele tolerantie beter dan 1% is". Het gaat hier in feite om 25 een verdichting die als mogelijke voorverdichting (niet verplicht) bij de werkwijze volgens de uitvinding wordt toegepast, zoals verderop nader wordt beschreven.It is noted that the above information does not relate to relatively strong compaction. The compacting technique used in the ceramic industry concerns, for example, the pre-pressing of ceramic powders before being sintered, so that the "dimensional tolerance is better than 1%". This is in fact a compaction that is used as a possible pre-compaction (not compulsory) in the method according to the invention, as will be further described below.

De publicatie van Clyens et al. besteed na de inleiding van de in 1977 conventionele statische verdichtingsmethoden aandacht aan de dynamische verdichtingsme-thoden. Over het verschil met de tot dan toe gebruikelijke verdichtingsmethoden wordt 30 gezegd: "These methods differ from the more conventional consolidation techniques in respect of the compacting pressure and the speed or rate of compaction used. There is now some evidence to suggest that increasing the rate of compaction results in a more uniform density distribution, improved green strength, and in the case of die com- 10161 12 é 1 4 paction, lower compact ejection forces.". In de zin die loopt van biz. 121 naar biz. 122 wordt het volgende gezegd: "In the powder metallurgy and ceramic industries efforts have concentrated mainly upon developing methods capable of producing high-density components of complex shape or large, semi-finished articles, whereas, in the pharma-5 ceutical and fuel industry, interest has concentrated upon increasing production rates.".The publication of Clyens et al., After the introduction of the static compaction methods conventional in 1977, pays attention to the dynamic compaction methods. Regarding the difference with the previously used compaction methods, it is said: "These methods differ from the more conventional consolidation techniques in respect of the compacting pressure and the speed or rate of compaction used. There is now some evidence to suggest that increasing the rate or compaction results in more uniform density distribution, improved green strength, and in the case of those com- paction 10161 12 é 1 4 paction, lower compact ejection forces. " In the sense that runs from biz. 121 to biz. 122 the following is said: "In the powder metallurgy and ceramic industries efforts have concentrated mainly upon developing methods capable of producing high-density components or complex shape or large, semi-finished articles, whereas, in the pharma-5 ceutical and fuel industry , interest has concentrated on increasing production rates. "

De verdichting (compaction) waarvan sprake is in de hierboven genoemde literatuur brengt uiteraard een vermindering van de porositeit met zich mee. Dit betekent dat het poriënvolume wordt verminderd en dus de dichtheid toeneemt. In de onderhavige context - ook die van de verderop besproken uitvinding - wordt de dichtheid niet 10 als absolute waarde (in g/cm3) weergegeven, maar als relatieve dichtheid (RD) ten opzichte van de dichtheid van de vaste stof zonder poriën, ofwel de Theoretisch Maximale Dichtheid (TMD) van de stof. Het is duidelijk dat bij de hierboven besproken bekende compactie op het gebied van de hardmetaalproductie een relatief geringe verdichting plaatsvindt, waarbij de RD van de desbetreffende materialen nimmer wordt 15 verhoogd tot een waarde die ligt boven ongeveer 65% TMD, hetgeen de deskundigen onmiddellijk duidelijk zal zijn.The compaction, which is mentioned in the literature mentioned above, naturally entails a reduction in porosity. This means that the pore volume is reduced and therefore the density increases. In the present context - also that of the invention discussed below - the density is not shown as an absolute value (in g / cm 3), but as a relative density (RD) relative to the density of the pore-free solid, or the Theoretical Maximum Density (TMD) of the substance. It is clear that with the known compaction discussed above in the field of hard metal production, a relatively small compaction takes place, whereby the RD of the relevant materials is never increased to a value that is above approximately 65% TMD, which will immediately be clear to the experts. to be.

Voor de dynamische verdichtingstechnieken en de daaraan ten grondslag liggende mechanismen wordt verwezen naar de genoemde publicatie van Clyens et al., waarvan de inhoud als hier ingelast dient te worden beschouwd.For the dynamic compaction techniques and the underlying mechanisms, reference is made to the aforementioned publication by Clyens et al., The contents of which are incorporated herein by reference.

2020

Het aan de onderhavige uitvinding ten grondslag liggende probleemThe problem underlying the present invention

Zoals in de eerste alinea van deze beschrijving is aangegeven, betreft de uitvinding lichamen van gradueel hardmetaal en de productie daarvan. Het aan de 25 onderhavige uitvinding ten grondslag liggende probleem wordt toegelicht aan de hand van stansgereedschap, maar vergelijkbare problemen worden ondervonden bij allerlei werktuigen die uit hardmetaal zijn vervaardigd en die op verschillende locaties verschillende mechanische eigenschappen (moeten) bezitten.As indicated in the first paragraph of this description, the invention relates to solid carbide bodies and their production. The problem underlying the present invention is elucidated on the basis of punching tools, but similar problems are encountered with all kinds of tools made from hard metal and which (must) have different mechanical properties at different locations.

Stansgereedschap dient aan de stanskant hard (slijtvast) te zijn, en aan de terug-30 stootkant slagvast (taai). Tot dusver zijn deze eigenschappen niet te combineren binnen één materiaal zodat stansgereedschap in het algemeen uit twee materialen wordt opgebouwd. De terugstootkant is in het algemeen van snelstaal (een slijtvaste staalsoort) terwijl de stanskant uit hardmetaal (wolfraamcarbide met kobalt, WC/Co) bestaat. Deze 1016112 5 materialen worden mechanisch aan elkaar verbonden. Hierdoor komt er gedurende het gebruik van het gereedschap speling in de verbinding, hetgeen tot een vermindering van de productkwaliteit leidt. Dit beperkt de stanstijd van het stansgereedschap (zoals stansstempels) waardoor dit gereedschap vroegtijdig moet worden vervangen hetgeen 5 kostenverhogend werkt en waardoor het productieproces veelvuldig moet worden onderbroken. Daarom zou het gewenst zijn over stansgereedschap te beschikken, dat geheel uit hardmetaal is opgebouwd, maar waarin door het graduele verloop van de samenstelling er toch een slagvaste (taaie) kant en een slijtvaste (harde) stanskant is. Met betrekking tot dit probleem wordt bijvoorbeeld verwezen naar de Amerikaanse 10 octrooischriften 4.820.482 en 5.543.235.Punching tools must be hard (wear-resistant) on the punching side and impact-resistant (tough) on the back-impact side. So far these properties cannot be combined within one material, so that punching tools are generally made up of two materials. The rebound side is generally made of high-speed steel (a wear-resistant steel type) while the die-cutting side consists of hard metal (tungsten carbide with cobalt, WC / Co). These 1016112 5 materials are mechanically connected to each other. As a result, there is play in the connection during use of the tool, which leads to a reduction in product quality. This limits the punching time of the punching tool (such as punching stamps), as a result of which this tool must be replaced at an early stage, which increases costs and whereby the production process must be frequently interrupted. That is why it would be desirable to have punching tools that are entirely made of hard metal, but in which, due to the gradual course of the composition, there is nevertheless an impact-resistant (tough) edge and a wear-resistant (hard) punching edge. With regard to this problem, reference is made, for example, to U.S. Pat. Nos. 4,820,482 and 5,543,235.

Zo wordt in het Amerikaanse octrooischrift 4.820.482 in de inleiding beschreven dat tijdens het sinteren van lichamen van hardmetaal diffusie van de bindmiddelfase plaatsvindt hetgeen leidt tot gesinterde lichamen met een nagenoeg uniforme bindmiddelfase. Ook wordt de techniek besproken waarbij uitgangsmaterialen met verschil-15 lende deeltjesgrootten worden gebruikt of waarbij het hardmetalen lichaam is onderverdeeld in zones met verschillende deeltjesgrootten. Ook die technieken falen om op gecontroleerde wijze lichamen met enerzijds slagvaste locaties en anderzijds slijtvaste locatie te produceren. In dit octrooischrift wordt een oplossing gegeven voor dit probleem door toepassing van "carburizing" van het gesinterde lichaam in een zodanige 20 mate dat daarbij de zogeheten eta-fase volledig te verwijderen. Daarbij ontstaat een lichaam met twee zones: een kern met een relatief hoog gehalte bindmiddel en een op-pervlaktezone met een relatief laag gehalte bindmiddel (en mogelijk kleine hoeveelheden vrij grafiet). Bij deze techniek kan weliswaar een lichaam worden verkregen waarvan de kern andere eigenschappen heeft dan het oppervlak, maar lichamen met een 25 slagvaste kant en een harde stanskant, waarin een geleidelijke overgang van het bind-middelgehalte aanwezig is, kunnen volgens deze techniek niet worden vervaardigd.For example, in U.S. Pat. No. 4,820,482 it is described in the introduction that diffusion of the binder phase takes place during the sintering of hard metal bodies, which leads to sintered bodies with a substantially uniform binder phase. The technique is also discussed in which starting materials with different particle sizes are used or in which the hard metal body is subdivided into zones with different particle sizes. These techniques also fail to produce bodies with impact-resistant locations on the one hand and wear-resistant locations on the other. In this patent a solution is given for this problem by using "carburizing" of the sintered body to such an extent that thereby completely removing the so-called eta phase. This creates a body with two zones: a core with a relatively high binder content and a surface zone with a relatively low binder content (and possibly small amounts of free graphite). It is true that with this technique a body can be obtained whose core has other properties than the surface, but bodies with an impact-resistant side and a hard punching side, in which a gradual transition of the binder content is present, cannot be manufactured according to this technique .

Van recentere datum (1996) is het bovengenoemde Amerikaanse octrooischrift 5.543.235, waarin "multiple grade" producten van hardmetaal en een werkwijze voor het vervaardigen daarvan worden beschreven. Ook in de inleiding van dit octrooischrift 30 (kolom 1, regels 56-64) wordt melding gemaakt van "cemented carbide articles are invariably fabricated having a substantially uniform composition and microstructure.... and substantially uniform properties throughout the volume of the article. Many such substantially homogeneous compositions exist in the prior art.". Volgens dit Ameri- 1 n 1 1 9 ' 4 6 kaanse octrooischrift worden de uitgangsmaterialen voor het hardmetalen lichaam in een mal gebracht, die in verschillende compartimenten kan worden onderverdeeld, waarbij de scheidingsschotten van die compartimenten kunnen worden verwijderd. De compartimenten worden met verschillende mengsels gevuld, waarna de scheidings-5 schotten worden verwijderd en het poeder wordt samengeperst tot een "single compact" met de gewenste vorm. Hierna wordt gesinterd.More recently, (1996), the aforementioned U.S. Patent No. 5,543,235 discloses "multiple grade" hard metal products and a process for their manufacture. Also in the introduction of this patent specification 30 (column 1, lines 56-64) mention is made of "cemented carbide articles are invariably fabricated having a substantially uniform composition and microstructure .... and substantially uniform properties throughout the volume of the article. Many such substantially homogeneous compositions exist in the prior art. " According to this American patent specification, the starting materials for the hard metal body are introduced into a mold which can be subdivided into different compartments, whereby the partitions can be removed from those compartments. The compartments are filled with different mixtures, after which the partitions are removed and the powder is compressed into a "single compact" with the desired shape. After this, sintering.

Het probleem komt ook aan de orde in het recente (1998) bovengenoemde boek Cemented Tungsten Carbides van G. Upadhyaya, in het bijzonder biz. 365/366, waar onder "Functionally Graded Cemented Carbides" het volgende wordt vermeld: "Com-10 position gradient cemented carbide tools are expected to offer a number of advantages for specific engineering applications. For example, a tough bulk and a hard surface would be interesting in the case of cutting picks used in the mining industry, which are subjected to shocks.The problem is also addressed in the recent (1998) aforementioned book Cemented Tungsten Carbides by G. Upadhyaya, in particular biz. 365/366, where "Functionally Graded Cemented Carbides" states the following: "Com-10 position gradient cemented carbide tools are expected to offer a number of advantages for specific engineering applications. For example, a tough bulk and a hard surface would be interesting in the case of cutting picks used in the mining industry, which are subject to shocks.

The first attempt to study a model of such a type of structure was done'by Cooper 15 et al. in order to explain the migration of cobalt from the coarse grained to fine grained layers of a hardmetal composite. The driving force for migration was the higher capillary forces existing in the fine grained layer during liquid phase sintering.The first attempt to study a model or such a type or structure was done'by Cooper 15 et al. In order to explain the migration of cobalt from the coarse grained to fine grained layers or a hard metal composite. The driving force for migration was the higher capillary forces existing in the fine grained layer during liquid phase sintering.

Coling et al. investigated multilayer graded structures in WC-Co cemented carbides with cobalt content varying from 10-30 wt% from one side of the structure to the 20 other, prepared by solid state or liquid phase sintering routes. In the case of solid state sintering, the graded structure remained after sintering, as there was no risk of homogenization during such sintering. In the case of liquid phase sintering, the sintering time had to be much shorter because densification occurred much faster with the liquid phase. This required precise control of sintering time, which had to be as short as 25 possible in order to avoid homogenization of the structure. In the former case, to obtain dense material, post-sintering HIP treatment became necessary.".Coling et al. Investigated multilayer graded structures in WC-Co cemented carbides with cobalt content ranging from 10-30 wt% from one side of the structure to the other 20, prepared by solid state or liquid phase sintering routes. In the case of solid state sintering, the graded structure remained after sintering, as there was no risk of homogenization during such sintering. In the case of liquid phase sintering, the sintering time had to be much shorter because densification occurred much faster with the liquid phase. This required precise control or sintering time, which had to be as short as 25 possible in order to avoid homogenization of the structure. In the former case, to obtain dense material, post-sintering HIP treatment became necessary. "

Volgens de uitvinding wordt het probleem van ongewenst massatransport, leidend tot homogenisatie, opgelost doordat een methode wordt verschaft die het mogelijk maakt lichamen te produceren die nagenoeg geheel uit hardmetaal bestaan 30 met een ondergeschikte hoeveelheid bindmiddel waarin de samenstelling van A en B een gradueel verloop heeft.According to the invention, the problem of undesired mass transport, leading to homogenization, is solved by providing a method which makes it possible to produce bodies which consist almost entirely of hard metal with a minor amount of binder in which the composition of A and B has a gradual course .

l n 1K11 o .ln 1K11 o.

77

De uitvinding betreft derhalve een werkwijze voor het produceren van een lichaam van hardmetaal bestaande uit een harde verbinding A en een bindmiddel B, waarbij men gekozen hoeveelheden poedervormig A en B of een al dan niet voorver-5 dicht voorwerp dat A en B in gekozen hoeveelheden bevat, in een houder brengt en het A en B bevattende materiaal onderwerpt aan verdichting in een of meer stappen ter verhoging van de relatieve dichtheid (RD) tot een waarde die ligt boven 70% van de Theoretisch Maximale Dichtheid (TMD) onder 10 vorming van een lichaam van hardmetaal, waarin enerzijds ten minste een zone (Za) met een relatief grote hoeveelheid B en anderzijds ten minste een zone (Zb) met een relatief kleine hoeveelheid B aanwezig zijn en de hoeveelheid B van ten minste een zone Za gradueel naar ten min-15 ste een zone Zb afneemt, waarna men dit lichaam eventueel onderwerpt aan sintering, hot isostatic pressing (HIP) of sinter-HIP.The invention therefore relates to a method for producing a hard metal body consisting of a hard compound A and a binder B, wherein selected amounts of powdered A and B or an object, whether or not pre-compacted, that A and B in selected amounts contains and places the A and B containing material in one or more steps to increase the relative density (RD) to a value that is above 70% of the Theoretical Maximum Density (TMD) with formation of a carbide body, in which on the one hand at least one zone (Za) with a relatively large amount of B and on the other hand at least one zone (Zb) with a relatively small amount of B are present and the amount of B from at least one zone Za gradually towards minus 15 a zone Zb takes off, after which this body may be subjected to sintering, hot isostatic pressing (HIP) or sinter-HIP.

Wanneer in de onderhavige beschrijving en conclusies wordt gesproken over "verdichting" (compactie), dan wordt hiermee niet bedoeld de verdichting (consolida-20 tie) die optreedt bij een temperatuurbehandeling zoals sintering, HIP of sinter-HIP.When "compaction" is used in the present description and claims, this does not mean the compaction (consolidation) that occurs during a temperature treatment such as sintering, HIP or sinter-HIP.

De werkwijze volgens de uitvinding maakt het mogelijk B op een gewenste en gecontroleerde wijze te immobiliseren ten opzichte van A. Met immobilisatie van B ten opzichte van A wordt bedoeld dat geen volledig of nagenoeg geen massatransport van B optreedt tijdens het sinteren of hot isostatic pressing (HIP). Aan de uitvinding ligt het 25 inzicht ten grondslag dat die gewenste immobilisatie van B, dat wil zeggen het niet volledig optreden van massatransport tijdens sintering of HIP, tot stand kan worden gebracht door het poriënvolume van het poedervormige uitgangsmateriaal A en B tot een geschikte waarde te verminderen. Deze vermindering van het poriënvolume gaat verder dan de uit de stand van de techniek bekende voorverdichting, die vooraf gaat aan 30 sintering of HIP van voorproducten. Zoals boven reeds is vermeld ligt de voorverdichting volgens de stand van de techniek in de ordegrootte van maximaal 65% TMD.The method according to the invention makes it possible to immobilize B in a desired and controlled manner with respect to A. With immobilization of B with respect to A it is meant that no complete or substantially no mass transport of B occurs during sintering or hot isostatic pressing ( HIP). The invention is based on the insight that the desired immobilisation of B, i.e. the incomplete occurrence of mass transport during sintering or HIP, can be achieved by adjusting the pore volume of the powdered starting material A and B to a suitable value. Reduce. This reduction in the pore volume goes beyond the prior compaction known from the prior art, which precedes sintering or HIP of precursors. As already stated above, the pre-compaction according to the state of the art is in the order of a maximum of 65% TMD.

1016112 8 *1016112 8 *

Om de gewenste immobilisatie van B tijdens sintering of HIP te verkrijgen dient men bij voorkeur een verdichting van het uitgangsmateriaal boven 80% TMD, in het bijzonder boven 90% TMD, te bewerkstelligen.In order to achieve the desired immobilization of B during sintering or HIP, it is preferable to effect a compaction of the starting material above 80% TMD, in particular above 90% TMD.

Hoe sterker de verdichting, des te geringer het transport van B bij sinteren of HIP 5 is. Via het T,t-effect kan het transport respectievelijk immobilisatie van bindmiddel B worden geregeld. Een grote verdichting (zelfs tot 100% TMD) verzekert een zeer aanzienlijke of zelfs volledige immobilisatie van B ten opzichte van A volgens de uitvinding indien het verdichte product wordt onderworpen aan sintering of HIP. Zo zal een te lange sintertijd en/of een te hoge sintertemperatuur toch (uiteindelijk) tot een 10 hardmetaal met een homogene samenstelling leiden. Daarentegen zal een te korte sintertijd en/of te lage temperatuur een onvoldoende diffusie van B teweegbrengen waardoor de (te) steile B-gradiënt blijft bestaan in het eindproduct.The stronger the compaction, the smaller the transport of B during sintering or HIP 5. The transport or immobilization of binder B can be controlled via the T, t effect. A large compaction (even up to 100% TMD) ensures a very substantial or even complete immobilisation of B against A according to the invention if the compacted product is subjected to sintering or HIP. Thus, a too long sintering time and / or a too high sintering temperature will nevertheless (ultimately) lead to a hard metal with a homogeneous composition. On the other hand, a too short sintering time and / or too low temperature will cause insufficient diffusion of B, as a result of which the (too) steep B gradient will continue to exist in the end product.

Het probleem van de conventionele hardmetaalproductie is dat de T,t-combinatie die benodigd is voor het verwijderen van de porositeit (een eerste vereiste voor sterke 15 producten) reeds een homogenisatie van het bindmiddel B teweeg brengt. De verdichting volgens de uitvinding maakt het mogelijk gradueel hardmetaal dicht te sinteren voordat homogenisatie in grote mate of volledig optreedt.The problem with conventional hard metal production is that the T, t combination required for removing the porosity (a prerequisite for strong products) already brings about homogenization of the binder B. The compaction according to the invention makes it possible to sinter gradually hard metal before homogenization occurs to a large or complete extent.

Aan de korrelgrootten van A en B worden bij.de werkwijze volgens de uitvinding geen bijzondere eisen gesteld. Hierbij kan worden verwezen naar de waarden voor de 20 korrelgrootten zoals die bij de conventionele hardmetaalproductie worden toegepast.No particular requirements are imposed on the grain sizes of A and B in the method according to the invention. Reference can be made here to the values for the grain sizes as used in the conventional hard metal production.

De verdichting volgens de uitvinding kan in één keer of in diverse stappen worden uitgevoerd. Het is vaak doelmatig het poeder van A en B, dat op gecontroleerde wijze in een houder wordt gebracht, aan een voorverdichting te onderwerpen, waardoor de daaropvolgende eindverdichtingsstap of -stappen effectiever zijn. Derhalve betreft 25 de uitvinding volgens een voorkeursuitvoeringsvorm een werkwijze zoals hierboven omschreven, waarbij men de verdichting in twee stappen uitvoert: a) een eerste verdichting (voorverdichting) ter verhoging van de RD tot een waarde van maximaal 70% TMD; b) een tweede verdichting waarbij de RD van het voorverdichte poeder of voorwerp van stap a) verder wordt verhoogd tot een waarde boven 70% TMD, bij voorkeur boven 80% TMD, in het bijzonder tot boven 90% TMD.The compaction according to the invention can be carried out in one go or in various steps. It is often expedient to subject the powder of A and B, which is introduced into a container in a controlled manner, to a pre-compaction, so that the subsequent final compaction step or steps are more effective. The invention according to a preferred embodiment therefore relates to a method as described above, wherein the compaction is carried out in two steps: a) a first compaction (pre-compaction) for increasing the RD to a value of a maximum of 70% TMD; b) a second compaction wherein the RD of the pre-compacted powder or article of step a) is further increased to a value above 70% TMD, preferably above 80% TMD, in particular to above 90% TMD.

De werkwijze volgens de uitvinding maakt het mogelijk dat mechanische bindingen, die in werktuigen zoals stansgereedschap vaak worden toegepast, kunnen worden 10 16112 9 geëlimineerd omdat volgens de uitvinding werktuigen kunnen worden vervaardigd die geheel uit hardmetaal (met een variërend percentage bindmiddel) zijn opgebouwd. Doordat de samenstelling van A en B gradueel verloopt is er toch een slagvaste (taaie) kant en een slijtvaste (harde) stanskant. Derhalve betreft de uitvinding eveneens een 5 werkwijze zoals hierboven beschreven, waarbij men verschillende mengsels van A en B in twee of meer zones van de houder brengt, waarbij de gewichtsverhouding A:B in de twee of meer zones verschillende waarden hebben.The method according to the invention makes it possible for mechanical bonds, which are often used in tools such as punching tools, to be eliminated because, according to the invention, tools can be manufactured entirely from hard metal (with a varying percentage of binder). Because the composition of A and B is gradual, there is nevertheless an impact-resistant (tough) side and a wear-resistant (hard) punching side. Therefore, the invention also relates to a method as described above, wherein different mixtures of A and B are introduced into two or more zones of the container, wherein the weight ratio A: B in the two or more zones have different values.

Voor bijvoorbeeld de vervaardiging van stansgereedschap wordt volgens de uitvinding een werkwijze toegepast, waarbij de houder een langwerpige vorm heeft en 10 men de houder zodanig vult met verschillende mengsels van A en B dat de hoeveelheid bindmiddel aan het ene uiteinde van de vorm H kleiner is dan aan het andere uiteinde van de vorm T. Mogelijke uitvoeringsvormen worden verderop in deze beschrijving aan de hand van tekeningen nader toegelicht.For the manufacture of punching tools, for example, a method is used according to the invention, wherein the holder has an elongated shape and the holder is filled with different mixtures of A and B such that the amount of binder at one end of the shape H is smaller than at the other end of the form T. Possible embodiments are explained in more detail later in this description with reference to drawings.

Bij de werkwijze volgens de uitvinding zal dus in het algemeen gebruik worden 15 gemaakt van variërende hoeveelheden A en B, waarbij de hoeveelheid B aan het harde uiteinde uiteraard klein is en de hoeveelheid B aan het taaie uiteinde relatief hoog. Daarbij verdient het de voorkeur dat de hoeveelheid B aan uiteinde H van de vorm tenminste 1 gew.%, en de hoeveelheid B aan het uiteinde T van de vorm maximaal 50 gew.% bedraagt, waarbij de hoeveelheid betrokken zijn op het gewicht van het totale 20 mengsel. De uitvinding maakt het mogelijk de gewichtshoeveelheid B van uiteinde H naar uiteinde T gradueel te laten toenemen. Indien in deze beschrijving wordt gesproken van "uiteinde H" en "uiteinde T", wordt eveneens zone Zb respectievelijk zone Za bedoeld. Door keuze van de "geometrie" van de uitgangsmaterialen (rangschikking) kunnen voorwerpen met allerlei denkbare zones van harde en taaie gebieden worden 25 ingesteld, ook "binnen" in de voorwerpen.Thus, in the method according to the invention, use will generally be made of varying amounts of A and B, wherein the amount of B at the hard end is of course small and the amount of B at the tough end is relatively high. It is preferred here that the amount of B at the end H of the mold is at least 1% by weight, and the amount of B at the end T of the mold is at most 50% by weight, the amount being based on the weight of the total Mixture. The invention makes it possible to gradually increase the amount of weight B from end H to end T. If "end H" and "end T" are used in this description, zone Zb and zone Za are also meant. By choosing the "geometry" of the starting materials (arrangement), objects with all kinds of conceivable zones of hard and tough areas can be set, also "inside" in the objects.

Als uitgangsmaterialen A en B komen de bekende harde verbindingen enerzijds en de bekende metallische bindmiddelen anderzijds in aanmerking. Hierbij wordt verwezen naar de literatuur die in de inleiding van deze beschrijving genoemd is. Bij voorkeur wordt A gekozen uit de groep bestaande uit diamant of carbiden zoals SiC, 30 WC, TiC, TaC, NbC, ZrC, HfC, Cr3C2, M02C, nitriden zoals TiN, HfN en BN en bori-den zoals TiB2 en ZrB2, in het bijzonder wolfraamcarbide, en B wordt gekozen uit de groep bestaande uit de metalen Co, Cr, Ni, Fe (bijvoorbeeld roestvast staal) en legeringen hiervan, in het bijzonder kobalt.Suitable starting materials A and B are the known hard compounds on the one hand and the known metallic binders on the other. Reference is made to the literature mentioned in the introduction to this description. Preferably A is selected from the group consisting of diamonds or carbides such as SiC, WC, TiC, TaC, NbC, ZrC, HfC, Cr3 C2, MO2 C, nitrides such as TiN, HfN and BN and borides such as TiB2 and ZrB2. in particular tungsten carbide, and B is selected from the group consisting of the metals Co, Cr, Ni, Fe (e.g. stainless steel) and alloys thereof, in particular cobalt.

1016Π2 101016Π2 10

De verdichting volgens de uitvinding wordt bij voorkeur uitgevoerd bij een temperatuur waarbij geen massatransport van de ene component in de andere component optreedt, dat wil zeggen dat zowel diffusie van B als A wordt vermeden. Dit houdt in dat men geen bijzondere maatregelen betreffende de temperatuur hoeft te nemen. Bij 5 voorkeur wordt bij omgevingstemperatuur gewerkt. Dit draagt bij aan een eenvoudige uitvoering van de werkwijze volgens de uitvinding.The compaction according to the invention is preferably carried out at a temperature at which no mass transport of one component into the other component occurs, i.e. that both diffusion of B and A is avoided. This means that no special measures have to be taken regarding the temperature. It is preferable to work at ambient temperature. This contributes to a simple implementation of the method according to the invention.

Het zal duidelijk zijn dat de poriënvolumevermindering van poedervormig A en B de kern van de onderhavige uitvinding vormt. Deze poriënvolumevermindering kan worden gerealiseerd volgens op zichzelf bekende methoden. Bij de werkwijze volgens 10 de uitvinding maakt men voor de verdichting in het algemeen gebruik van statische of dynamische verdichtingstechnieken, bij voorkeur (iso)dynamische verdichtingstechnie-ken zoals pneumomechanische uniaxiale compactie, ballistische compactie, explosieve compactie met inbegrip van schok(golf)verdichting ("shock compaction") en magnetische compactie. Voor de verdichtingstechnieken wordt verwezen naar de informatie en 15 literatuur die in de inleiding van deze beschrijving gegeven worden.It will be appreciated that the pore volume reduction of powdered A and B forms the core of the present invention. This pore volume reduction can be achieved by methods known per se. In the method according to the invention, static or dynamic compaction techniques are generally used for compaction, preferably (iso) dynamic compaction techniques such as pneumomechanical uniaxial compaction, ballistic compaction, explosive compaction including shock (wave) compaction ( "shock compaction") and magnetic compaction. For the compaction techniques, reference is made to the information and literature given in the introduction to this description.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op hardmetalen lichamen, die volgens de hierboven vermelde werkwijzen volgens de uitvinding verkrijgbaar zijn, alsmede lichamen van hardmetaal omvattende een harde verbinding A en een bindmiddel B waarbij over een dwarsdoorsnede van het lichaam de gewichtsverhouding A:B veran-20 dert teneinde verschillende mechanische eigenschappen zoals enerzijds taaiheid in tenminste een zone Za of aan tenminste één uiteinde (T) en anderzijds hardheid in ten minste een zone Zb of aan tenminste één ander uiteinde (H) aan dat lichaam te verlenen, waarbij de verandering van de verhouding A:B gradueel is.The invention also relates to hard metal bodies obtainable according to the above-mentioned methods according to the invention, as well as hard metal bodies comprising a hard compound A and a binder B wherein the weight ratio A: B changes over a cross-section of the body in order to impart various mechanical properties such as toughness in at least one zone Za or at least one end (T) and hardness in at least one zone Zb or at least one other end (H) to that body, the change in the ratio A: B is gradual.

De uitvinding betreft voorts de toepassing van dynamische verdichtingstechnie-25 ken zoals genoemd in conclusie 10 voor de vervaardiging van uit één deel bestaande -lichamen van hardmetaal met tenminste één harde zone (Zb) of hard uiteinde (H) en tenminste één taaie zone (Za) of taai uiteinde (T). Het is niet bekend uit de stand van de techniek om verdichtingstechnieken zoals hierboven genoemd toe te passen voor de sterke poriënvolumevermindering volgens de uitvinding (dat wil zeggen tot boven 70% 30 TMD) van poedervormige mengsels of materialen die dienen als uitgangsmateriaal voor lichamen van hardmetaal.The invention furthermore relates to the use of dynamic compaction techniques as mentioned in claim 10 for the manufacture of one-piece hard metal bodies with at least one hard zone (Zb) or hard end (H) and at least one tough zone (Za ) or tough end (T). It is not known from the prior art to use compaction techniques as mentioned above for the strong pore volume reduction according to the invention (i.e. up to more than 70% TMD) of powdered mixtures or materials that serve as starting material for hard metal bodies.

Een belangrijk toepassingsgebied van lichamen volgens de uitvinding is stansge-reedschap.An important field of application of bodies according to the invention is punching tools.

1016112 I1016112 I

1111

Voorbeelden van graduele uitvoeringsvormen volgens de uitvinding zijn weergegeven in de figuren 1-4.Examples of gradual embodiments according to the invention are shown in Figures 1-4.

In de figuren zijn de concentratieverschillen van de componenten A en B door grijstinten weergegeven. Daarbij betekent wit een relatief lage hoeveelheid harde ver-5 binding (relatief veel bindmiddel) en zwart een relatief grote hoeveelheid harde verbinding (relatief weinig bindmiddel) betekent.In the figures, the concentration differences of components A and B are represented by shades of gray. Here, white means a relatively low amount of hard compound (relatively much binder) and black means a relatively large amount of hard compound (relatively little binder).

In figuur 1 is te zien dat door de zeer steile concentratiegradiënt in het persvlak na voorverdichting (midden tussen T en H) bij HIP nog wel (enig) transport van B optreedt, hetgeen de gradiënt in concentratie van B afvlakt en spontaan een gradueel 10 hardmetaal wordt gevormd.In figure 1 it can be seen that due to the very steep concentration gradient in the pressing surface after pre-compaction (middle between T and H) HIP still has (some) transport of B, which smoothes the gradient in concentration of B and spontaneously smoothes a gradually hard metal is being formed.

In de figuren 2-4, waarbij telkens uitgegaan wordt van een andere rangschikking van A en B, blijkt dat een flauwe gradiënt te weinig drijvende kracht voor diffusie van B oplevert, waardoor de graduele samenstelling tijdens HIP behouden blijft.In figures 2-4, where each time a different arrangement of A and B is assumed, it appears that a slight gradient produces too little driving force for diffusion of B, whereby the gradual composition is retained during HIP.

Uit de bovenstaande voorbeelden blijkt dus duidelijk dat graduele patronen van 15 velerlei type kunnen worden ingesteld.It is thus clear from the above examples that gradual patterns of various types can be set.

VoorbeeldenExamples

Volgens deze voorbeelden wordt hardmetaal vervaardigd uit een grote fractie 20 wolfraamcarbide en een kleine fractie kobalt. Als uitgangsmaterialen worden het bij deskundigen bekende materiaal Grade 8 en WC/Co 70/30 met respectievelijk 8 en 30m% Co. Om gradueel hardmetaal te maken worden deze uitgangsstoffen in verschillende verhoudingen met elkaar gemengd, zoals weergegeven in onderstaande tabel; zie ook de "stapelwijze" in Fig. 5..According to these examples, hard metal is made from a large fraction of tungsten carbide and a small fraction of cobalt. The starting materials are Grade 8 and WC / Co 70/30, known to those skilled in the art, with 8 and 30 m% Co respectively. To make gradually hard metal, these starting materials are mixed together in different proportions, as shown in the table below; see also the "stacking method" in Fig. 5 ..

Fractie Fractie Co-fractie Hardheid eind- TMD mengselFraction Fraction Co-fraction Hardness final TMD mixture

Grade 8 WC/Co 70/30 in mengsel product [GPa] [g/cm3] ÏÖÖ Ö 8 Ï25Ö 14,74 75 25 Ï33 Ï12Ö Ï4/8 50 50 19 ÏÖIÖ 13^67 25 75 24/5 900 Ï3J9 Ö ÏÖÖ 3Ö 8ÏÖ 12/74 25 1016112 12 *Grade 8 WC / Co 70/30 in product mixture [GPa] [g / cm3] ÏÖÖ Ö 8 Ï25Ö 14.74 75 25 333312124/8 50 50 19 ÏÖIÖ 13 ^ 67 25 75 24/5 900 Ï3J9 Ö ÏÖÖ 3Ö 8IÖ 12/74 25 1016112 12 *

De in bovenstaande tabel aangegeven samenstellingen (poedercompacts) worden voorverdicht tot ongeveer 50% TMD door middel van koud uni-axiaal persen. Dit voorpersen wordt uitgevoerd met behulp van een buis van roestvast staal met een binnendiameter van 20 mm en een wanddikte van 1,5 mm, die eenzijdig wordt 5 afgesloten met een stop van roestvast staal (zie ook figuur 5, die hieronder nader wordt besproken). De onderste helft van de buis wordt vervolgens telkens gevuld met een hardmetaal poeder in de WC/Co massaverhouding zoals aangegeven in bovenstaande tabel. De bovenste helft van de buis wordt gevuld met hardmetaal poeder met een Co-fractie zoals aangegeven in bovenstaande tabel. Het poeder wordt steeds na het 10 aanbrengen van een geringe hoeveelheid poeder uni-axiaal aangeperst met een druk van ongeveer 100 MPa. Na dit vul- en voorverdichtingsproces wordt de buis bovenaan afgesloten met een stop van roestvast staal.The compositions (powder compacts) indicated in the table above are pre-compacted to approximately 50% TMD by cold uniaxial pressing. This pre-pressing is carried out with the aid of a stainless steel tube with an inner diameter of 20 mm and a wall thickness of 1.5 mm, which is closed unilaterally with a stainless steel stopper (see also figure 5, which is further discussed below) . The lower half of the tube is then each time filled with a hard metal powder in the WC / Co mass ratio as indicated in the table above. The upper half of the tube is filled with hard metal powder with a Co-fraction as indicated in the table above. The powder is always uni-axially pressed after applying a small amount of powder with a pressure of approximately 100 MPa. After this filling and pre-compaction process, the pipe is sealed at the top with a stainless steel stopper.

Een alternatieve uitvoering van het voorverdichten van het poeder is gebruik te maken van een Cold Isostatic Press (CIP). Hierbij wordt het poeder (of de verschillende 15 poedermengsels) in een cilindervormige rubberen houder gestort, waarna de houder met een eveneens rubberen stop wordt afgesloten. De het poeder bevattende houder wordt in de met vloeistof gevulde CIP geplaatst, waarna de CIP hermetisch wordt afgesloten. Via een pomp wordt de vloeistof op druk (3000 bar) gezet, waarbij het poeder in de rubberen houder isostatisch wordt voorverdicht. Met deze methode is een 20 begindichtheid van het poeder van 64% TMD bereikt. Na verwijdering van het cilindervormige poedercompact uit de rubberen houder wordt het omwikkeld met een metaalfolie (koperfolie met een dikte van 0,1 mm), waardoor de diameter van het compact kan worden aangepast op de binnendiameter van een net iets grotere metalen buis. De buis wordt vervolgens weer aan beide uiteinden afgesloten met metalen 25 stoppen.An alternative version of the pre-compacting of the powder is to use a Cold Isostatic Press (CIP). The powder (or the various powder mixtures) is herein poured into a cylindrical rubber container, after which the container is closed with a rubber stopper, too. The powder-containing container is placed in the liquid-filled CIP, after which the CIP is hermetically sealed. The liquid is pressurized (3000 bar) via a pump, the powder in the rubber container being pre-compacted isostatically. With this method an initial density of the powder of 64% TMD has been achieved. After removal of the cylindrical powder compact from the rubber container, it is wrapped with a metal foil (copper foil with a thickness of 0.1 mm), so that the diameter of the compact can be adjusted to the inside diameter of a slightly larger metal tube. The tube is then closed again at both ends with metal plugs.

Dynamische verdichtingDynamic compaction

Voor het dynamisch (explosief) verdichten van het poeder wordt de buis gecentreerd vastgelijmd in een PVC-cilinder met een lengte van 175 mm, een binnendiameter van 76 mm en een wanddikte van 4 mm. De tussenliggende 30 overgebleven ruimte wordt gevuld met een springstofpoeder op ammoniumnitraatbasis. De detonatiesnelheid van de springstofpoeder bedraag 3,6 km/s. Bij het detoneren van de springstof wordt de metalen buis (hoofdzakelijk) in diameter gereduceerd, daarmee het hardmetaalpoeder verdicht tot een relatieve dichtheid van ongeveer 90% TMD. Een mifii 1? 13 schematische weergave van een dergelijke opstelling voor het explosief verdichten is weergegeven in figuur 5, waarin de verwijzingscijfers de volgende betekenis hebben: 1. = detonator; 2. = poederexplosief; 5 3. = PVC-buis; 4. = metalen buis; 5. = hardmetaalpoeder; 6. = metalen stop; 7. = ondergrond.For dynamic (explosive) compacting of the powder, the tube is glued centered in a PVC cylinder with a length of 175 mm, an inner diameter of 76 mm and a wall thickness of 4 mm. The intermediate space remaining is filled with an explosive powder on an ammonium nitrate basis. The detonation speed of the explosive powder is 3.6 km / s. When detonating the explosive, the metal tube is (mainly) reduced in diameter, thereby compacting the hard metal powder to a relative density of approximately 90% TMD. A mifii 1? Fig. 13 schematically shows such an arrangement for explosive compacting is shown in Fig. 5, in which the reference numerals have the following meaning: 1. = detonator; 2. = powder explosive; 3. = PVC pipe; 4. = metal tube; 5. = hard metal powder; 6. = metal stopper; 7. = substrate.

In 1«1 ioIn 1 «1 io

Claims (14)

1. Werkwijze voor het produceren van een lichaam van hardmetaal bestaande uit een harde verbinding A en een bindmiddel B, 5 waarbij men gekozen hoeveelheden poedervormig A en B of een al dan niet voorverdicht voorwerp dat A en B in gekozen hoeveelheden bevat, in een houder brengt en het A en B bevattende materiaal onderwerpt aan verdichting in een of meer 10 stappen ter verhoging van de relatieve dichtheid (RD) tot een waarde die ligt boven 70% van de Theoretisch Maximale Dichtheid (TMD) onder vorming van een lichaam van hardmetaal, waarin enerzijds ten minste een zone (Za) met een relatief grote hoeveelheid B en anderzijds ten minste een zone (Zb) met een relatief kleine hoe-15 veelheid B aanwezig zijn en de hoeveelheid B van ten minste een zone Za gradueel naar ten minste een zone Zb afneemt, waarna men dit lichaam eventueel onderwerpt aan sintering, hot isostatic pressing (HIP) of sinter-HIP.Method for producing a hard metal body consisting of a hard compound A and a binder B, wherein selected amounts of powdered A and B or an object, whether or not pre-compacted, containing A and B in selected amounts, in a container and subject the A and B containing material to compaction in one or more steps to increase the relative density (RD) to a value that is above 70% of the Theoretical Maximum Density (TMD) to form a hard metal body, in which on the one hand at least one zone (Za) with a relatively large amount of B and on the other hand at least one zone (Zb) with a relatively small amount B are present and the amount B from at least one zone Za gradually to at least one zone Zb, after which this body may be subjected to sintering, hot isostatic pressing (HIP) or sinter-HIP. 2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij men het A en B bevattende materiaal ver dicht tot een RD-waarde boven 80% TMD, bij voorkeur boven 90% TMD.Method according to claim 1, wherein the material containing A and B is reduced to an RD value above 80% TMD, preferably above 90% TMD. 3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarbij men de verdichting in twee stappen uitvoert: a) een eerste verdichting (voorverdichting) ter verhoging van de RD tot een waarde van maximaal 70% TMD; b) een tweede verdichting waarbij de RD van het voorverdichte poeder of voorwerp van stap a) verder wordt verhoogd tot een waarde boven 70% TMD, bij voorkeur boven 80% TMD, in het bijzonder tot boven 90% TMD.Method according to claim 1 or 2, wherein the compaction is carried out in two steps: a) a first compaction (pre-compaction) to increase the RD to a value of a maximum of 70% TMD; b) a second compaction wherein the RD of the pre-compacted powder or article of step a) is further increased to a value above 70% TMD, preferably above 80% TMD, in particular to above 90% TMD. 4. Werkwijze volgens een of meer der voorgaande conclusies, waarbij men verschil-25 lende mengsels van A en B in twee of meer zones van de houder brengt, waarbij de gewichtsverhouding A:B in de twee of meer zones verschillende waarden hebben.4. Method as claimed in one or more of the foregoing claims, wherein different mixtures of A and B are introduced into two or more zones of the container, wherein the weight ratio A: B in the two or more zones have different values. 5. Werkwijze volgens een of meer der voorgaande conclusies, waarbij de houder een langwerpige vorm heeft en men de houder zodanig vult met verschillende mengsels 1016112 t t van A en B dat de hoeveelheid bindmiddel aan het ene uiteinde van de vorm (H) kleiner is dan aan het andere uiteinde van de vorm (T).Method according to one or more of the preceding claims, wherein the container has an elongated shape and the container is filled with different mixtures 1016112 tt of A and B such that the amount of binder at one end of the shape (H) is less than at the other end of the mold (T). 6. Werkwijze volgens een of meer der voorgaande conclusies, waarbij de hoeveelheid B in Zone Zb tenminste 1 gew.%, en de hoeveelheid B in zone Za maximaal 50 5 gew.% bedraagt, waarbij de hoeveelheid betrokken zijn op het gewicht van het totale mengsel.Method according to one or more of the preceding claims, wherein the amount of B in Zone Zb is at least 1% by weight, and the amount of B in zone Za is a maximum of 50% by weight, the amount being based on the weight of the total mixture. 7. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de gewichtshoe-veelheid B gradueel van zone Zb naar zone Za al dan niet gradueel toeneemt.Method according to one of the preceding claims, in which the amount by weight B gradually increases from zone Zb to zone Za, whether or not gradually. 8. Werkwijze volgens een of meer der voorgaande conclusies, waarbij A wordt geko-10 zen uit de groep bestaande uit diamant of carbiden zoals SiC, WC, TiC, TaC, NbC, ZrC, HfC, Cr3C2, M02C, nitriden zoals TiN, HfN en BN en boriden zoals T1B2 en ZrB2, bij voorkeur wolfraamcarbide, en waarbij B wordt gekozen uit de groep bestaande uit de metalen Co, Cr, Ni, Fe (bijvoorbeeld roestvast staal) en legeringen hiervan, bij voorkeur kobalt.8. Method according to one or more of the preceding claims, wherein A is selected from the group consisting of diamond or carbides such as SiC, WC, TiC, TaC, NbC, ZrC, HfC, Cr 3 C 2, M02 C, nitrides such as TiN, HfN and BN and borides such as T1B2 and ZrB2, preferably tungsten carbide, and wherein B is selected from the group consisting of the metals Co, Cr, Ni, Fe (e.g. stainless steel) and alloys thereof, preferably cobalt. 9. Werkwijze volgens een of meer der voorgaande conclusies, waarbij men de ver dichting uitvoert bij een temperatuur waarbij geen of nagenoeg geen massatransport van B of A optreedt, bij voorkeur omgevingstemperatuur.9. Method according to one or more of the preceding claims, wherein the densification is carried out at a temperature at which no or substantially no mass transport of B or A occurs, preferably ambient temperature. 10. Werkwijze volgens een of meer der voorgaande conclusies, waarbij men voor de verdichting gebruik maakt van statische of (iso)dynamische verdichtingstechnieken, 20 bij voorkeur dynamische verdichtingstechnieken zoals pneumomechanische uniaxiale compactie; ballistische compactie; explosieve compactie met inbegrip van schok(golf)verdichting ("shock compaction") en 25 magnetische compactie.10. Method as claimed in one or more of the foregoing claims, wherein static or (iso) dynamic compaction techniques are used for compaction, preferably dynamic compaction techniques such as pneumomechanical uniaxial compaction; ballistic compaction; explosive compaction including shock (wave) compaction ("shock compaction") and magnetic compaction. 11. Lichaam verkrijgbaar volgens de werkwijze van een of meer der voorgaande conclusies.Body obtainable according to the method of one or more of the preceding claims. 12. Lichaam van hardmetaal omvattende een harde verbinding A en een bindmiddel B waarbij over een dwarsdoorsnede van het lichaam de gewichtsverhouding A:B ver- 30 andert teneinde verschillende mechanische eigenschappen zoals enerzijds taaiheid in tenminste een zone Za of aan tenminste één uiteinde (T) en anderzijds hardheid in ten minste een zone Zb of aan tenminste één ander uiteinde (H) aan dat lichaam te verlenen, waarbij de verandering van de verhouding A:B gradueel is. 1016112 » *12. Tungsten carbide body comprising a hard compound A and a binder B wherein the weight ratio A: B changes over a cross section of the body in order to have different mechanical properties such as toughness in at least one zone Za or at least one end (T) and, on the other hand, impart hardness in at least one zone Zb or at least one other end (H) to that body, wherein the change in the ratio A: B is gradual. 1016112 »* 13. Lichaam van hardmetaal volgens conclusie 11 of 12, omvattende stansgereedschap.Tungsten carbide body according to claim 11 or 12, comprising punching tool. 14. Toepassing van dynamische verdichtingstechnieken zoals genoemd in conclusie 10 voor de vervaardiging van uit één deel bestaande lichamen met tenminste één harde zone (Zb) of hard uiteinde (H) en tenminste één taaie zone (Za) of taai uiteinde (T). 1016112Use of dynamic compaction techniques as claimed in claim 10 for the manufacture of one-piece bodies with at least one hard zone (Zb) or hard end (H) and at least one tough zone (Za) or tough end (T). 1016112
NL1016112A 2000-09-06 2000-09-06 Gradually hard metal body such as punching tools and method for producing them. NL1016112C2 (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1016112A NL1016112C2 (en) 2000-09-06 2000-09-06 Gradually hard metal body such as punching tools and method for producing them.
PCT/NL2001/000660 WO2002020863A1 (en) 2000-09-06 2001-09-06 Hard metal body with hardness gradient, such as punching tools
CA002421429A CA2421429A1 (en) 2000-09-06 2001-09-06 Hard metal body with hardness gradient, such as punching tools
AU2001294389A AU2001294389A1 (en) 2000-09-06 2001-09-06 Hard metal body with hardness gradient, such as punching tools
EP01975020A EP1319090A1 (en) 2000-09-06 2001-09-06 Hard metal body with hardness gradient, such as punching tools
US10/363,607 US20040093985A1 (en) 2000-09-06 2001-09-06 Hard metal body with hardness gradient, such as punching tools

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1016112 2000-09-06
NL1016112A NL1016112C2 (en) 2000-09-06 2000-09-06 Gradually hard metal body such as punching tools and method for producing them.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL1016112C2 true NL1016112C2 (en) 2002-03-07

Family

ID=19772031

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL1016112A NL1016112C2 (en) 2000-09-06 2000-09-06 Gradually hard metal body such as punching tools and method for producing them.

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20040093985A1 (en)
EP (1) EP1319090A1 (en)
AU (1) AU2001294389A1 (en)
CA (1) CA2421429A1 (en)
NL (1) NL1016112C2 (en)
WO (1) WO2002020863A1 (en)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0222344D0 (en) * 2002-09-26 2002-11-06 Giantcode As Graded particulate composition
DE102008021636B3 (en) * 2008-04-30 2009-11-19 Esk Ceramics Gmbh & Co. Kg Method for fixing a connecting element on a workpiece and component of a workpiece with a connecting element fixed thereon
US8234788B2 (en) * 2008-05-13 2012-08-07 GM Global Technology Operations LLC Method of making titanium-based automotive engine valves
EP2123377A1 (en) * 2008-05-23 2009-11-25 Rovalma, S.A. Method for manufacturing a workpiece, in particular a forming tool or a forming tool component
KR101211090B1 (en) * 2008-07-18 2012-12-12 일진다이아몬드(주) Excavating tool insert
US20100028190A1 (en) * 2008-07-31 2010-02-04 Gm Global Technology Operations, Inc. Method of making powder metal parts using shock loading
TWI530570B (en) * 2014-11-25 2016-04-21 Nation Tsing Hua University Refractory metal cemented carbide
CN107774984B (en) * 2017-09-13 2019-12-03 昆明理工大学 A kind of tungsten carbide granule reinforced steel matrix composite material and preparation method
CN107774983B (en) * 2017-09-13 2019-09-27 昆明理工大学 A kind of rare earth modified granule reinforced steel matrix skin layer steric configuration composite material and preparation method

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3112166A (en) * 1960-03-10 1963-11-26 Ici Ltd Formation of hollow bodies from powdered materials
US3178807A (en) * 1961-10-05 1965-04-20 Du Pont Cermet of aluminum with boron carbide or silicon carbide
US3605860A (en) * 1968-12-04 1971-09-20 Galloway Co G W Method for producing solid bodies from powdered material
GB1447794A (en) * 1972-11-01 1976-09-02 Gen Electric Process for the preparation of a cubic boron nitride layer bonded directly to a supporting high elastic modulus mass
EP0260850A2 (en) * 1986-09-18 1988-03-23 The British Petroleum Company p.l.c. Graded structure composites
WO1996027566A1 (en) * 1995-03-07 1996-09-12 Nederlandse Organisatie Voor Toegepast- Natuurwetenschappelijk Onderzoek Tno Method for manufacturing a composite material
EP0774527A2 (en) * 1995-11-15 1997-05-21 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Superhard composite member and method of manufacturing the same

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4811625A (en) * 1987-09-21 1989-03-14 J & L Sorg Enterprises, Inc. Energy conservator
US5240672A (en) * 1991-04-29 1993-08-31 Lanxide Technology Company, Lp Method for making graded composite bodies produced thereby
US5525374A (en) * 1992-09-17 1996-06-11 Golden Technologies Company Method for making ceramic-metal gradient composites
US5543235A (en) * 1994-04-26 1996-08-06 Sintermet Multiple grade cemented carbide articles and a method of making the same
AU4938297A (en) * 1996-11-12 1998-06-03 National Research Council Of Canada Functionally gradient ceramic structures
CA2232517C (en) * 1997-03-21 2004-02-17 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha .) Functionally gradient material and method for producing the same
US6124635A (en) * 1997-03-21 2000-09-26 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Functionally gradient integrated metal-ceramic member and semiconductor circuit substrate application thereof
EP0984839B1 (en) * 1997-05-28 2002-03-20 Siemens Aktiengesellschaft Metal-ceramic graded-index material, product produced from said material, and method for producing the material
US6089444A (en) * 1997-09-02 2000-07-18 Mcdonnell Douglas Corporation Process of bonding copper and tungsten
US6136452A (en) * 1998-02-27 2000-10-24 The Regents Of The University Of California Centrifugal synthesis and processing of functionally graded materials
TW460587B (en) * 1998-04-30 2001-10-21 Nat Science Council Method for manufacturing functionally gradient composite materials
SG75852A1 (en) * 1998-06-23 2000-10-24 Univ Singapore Functionally gradient materials and the manufacture thereof
US6114048A (en) * 1998-09-04 2000-09-05 Brush Wellman, Inc. Functionally graded metal substrates and process for making same
US6248286B1 (en) * 1999-12-03 2001-06-19 Ut-Battelle, Llc Method of making a functionally graded material

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3112166A (en) * 1960-03-10 1963-11-26 Ici Ltd Formation of hollow bodies from powdered materials
US3178807A (en) * 1961-10-05 1965-04-20 Du Pont Cermet of aluminum with boron carbide or silicon carbide
US3605860A (en) * 1968-12-04 1971-09-20 Galloway Co G W Method for producing solid bodies from powdered material
GB1447794A (en) * 1972-11-01 1976-09-02 Gen Electric Process for the preparation of a cubic boron nitride layer bonded directly to a supporting high elastic modulus mass
EP0260850A2 (en) * 1986-09-18 1988-03-23 The British Petroleum Company p.l.c. Graded structure composites
WO1996027566A1 (en) * 1995-03-07 1996-09-12 Nederlandse Organisatie Voor Toegepast- Natuurwetenschappelijk Onderzoek Tno Method for manufacturing a composite material
EP0774527A2 (en) * 1995-11-15 1997-05-21 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Superhard composite member and method of manufacturing the same

Also Published As

Publication number Publication date
CA2421429A1 (en) 2002-03-14
US20040093985A1 (en) 2004-05-20
WO2002020863A1 (en) 2002-03-14
EP1319090A1 (en) 2003-06-18
AU2001294389A1 (en) 2002-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bose et al. Traditional and additive manufacturing of a new Tungsten heavy alloy alternative
JP6494513B2 (en) Method of forming a metal or ceramic article having a novel composition of functionally graded material and article containing the same
US5778301A (en) Cemented carbide
US6355209B1 (en) Metal consolidation process applicable to functionally gradient material (FGM) compositons of tungsten, nickel, iron, and cobalt
US5543235A (en) Multiple grade cemented carbide articles and a method of making the same
CA2173916C (en) Layered composite carbide product and method of manufacture
NL1016112C2 (en) Gradually hard metal body such as punching tools and method for producing them.
EP0909869A3 (en) Hardmetal overlay for earth boring bit
KR20080046597A (en) Method of making a sintered body, a powder mixture and a sintered body
JP2001510236A (en) How to mold dense and complex molded products
WO1998022631A1 (en) Dense fine grained monotungsten carbide-transition metal cemented carbide body and preparation thereof
EP2221131A1 (en) Methods of producing a powder compact and a sintered composite body
EP0046209B1 (en) Steel-hard carbide macrostructured tools, compositions and methods of forming
EP1694875B1 (en) Processes for sintering aluminum and aluminum alloy components
US20240093336A1 (en) Printable and sinterable cemented carbide and cermet powders for powder bed-based additive manufacturing
WO1986001196A1 (en) Novel composite ceramics with improved toughness
WO2018134202A1 (en) Method for producing hard metal bodies by means of 3d printing
KR102103376B1 (en) Cemented carbide and its manufacturing method
US7517492B2 (en) Processes for sintering aluminum and aluminum alloy components
EP0421084A1 (en) Method for making components by powder metallurgy
US20020136658A1 (en) Metal consolidation process applicable to functionally gradient material (FGM) compositions of tantalum and other materials
US6461564B1 (en) Metal consolidation process applicable to functionally gradient material (FGM) compositions of tantalum and other materials
US5008071A (en) Method for producing improved tungsten nickel iron alloys
DE19709651A1 (en) Composite material used in production of e.g. cutting plates
JPH05320717A (en) Production of different-composition composite sintered compact by powder metallurgy

Legal Events

Date Code Title Description
PD2B A search report has been drawn up
VD1 Lapsed due to non-payment of the annual fee

Effective date: 20060401