SE457089B - Saett att behandla en blandning av haardmetallkroppar foer att skilja dessa fraan varandra paa grundval av deras sammansaettningar och/eller strukturer - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 457 029 2 förvärvas till inköpspriser, som i regel är mycket lägre än världsmarknadspriserna på normalt hårdmetallskrot. Starkt förorenat hårdmetallskrot håller sådana låga priser och kan sålunda gå till kemisk omarbetning.

Huvudparten av det hàrdmetallskrot, som går till återanvänd- ning, omarbetas med mer direkta processer än de kemiska nämligen med exempelvis "Coldstreamprocessen" eller "Zink- processen“."Coldstreamprocessen“ innebär mekanisk nedbryt- ning av hárdmetallskrot till pulver bestående av härdämnen och bindemetaller. "Zinkprocessen" kännetecknas av omvand- ling av hàrdmetallskrot till pulver på metallurgisk väg.

Processen genomförs vid temperaturer, som i regel ej över- stiger IDOOOC. Zink, bringas att diffundera in i hárdme- tallen och att legera sig med bindemetallen, vanligen kobolt, varvid hàrdmetallen sönderfaller i pulver. Zink avlägsnas därefter i vakuum genom förångning i ugn vid hög temperatur och utfällning i kylkammare.

Termisk behandling av hàrdmetallskrot i sammanhàllna satser vid temperaturer omkring 2000°C för generering av klumpar av sammansintrat, ej separerbart, poröst och industriellt hanterbart material är känd.

Nu nämnda liksom övriga kända förfaranden för mekanisk eller metallurgisk nedbrytning av hàrdmetallskrot kännetecknas av att ej innehålla möjligheter att separera i hárdmetall ingående komponenter. Man har därför sökt att före nedbryt- ning dela upp hårdmetallskrot i sammansättnings- och/eller strukturgrupper genom manuell separering och/eller genom separering med metoder baserade på fysikaliska, kemiska och/eller mekaniska egenskaper hos hàrdmetallerna.

När det gäller tunga hârdmetallkroppar för sådana tillämp- ningar som högtryckssyntes, varmvalsning, kallvalsning, rördragning etc fungerar nu nämnda hantverksmässiga teknik för manuell separering ihop med mätning av exempelvis densitet. Bidragande omständighet till detta är, att aktu- 10 15 20 25 30 35 40 _ 3 4s7aos9 ella sorter liksom sorterna i hârdmetallkroppar för berg- borrnings- och bergavverkningsverktyg har volframkarbid, som helt dominerande hàrdämne.

Man har sökt finna lösningar på automatisk separering av små hårdmetallkroppar med avseende pà sammansättningar och/eller strukturer för framställning av billiga, sammansättningsan- passade råvaror.

Prövade enskilda förfaranden liksom kombinationer av förfar- anden har grundats på att låta kroppar löpande passera stationer för automatisk mätning av kemiska, fysikaliska och/eller mekaniska data hos varje enskild passerande kropp.

Mätsignalerna har överförts till enheter fö; uppsamling och bearbetning av signalerna för styrning av separeringsutrust- ningar, som verkställt uppdelning av kropparna i mätdata- klasser. Kemiska data har tagits fram med användande av exempelvis metoder grundade på optisk spektralanalys, röntgenfluorescensanalys, analys av àterstràlning av strålar från radioaktiva preparat och/eller kemisk analys medelst kolorometri. På detaljer framtagna fysikaliska data såsom densitet, elektrisk ledningsförmàga, koercitivitet och mättningsmagnetism har också använts som bas för separering.

Bland mekaniska data har hårdhet använts som separeringsgrund.

Dylik tidigare känd teknik framgår exempelvis av de amerikanska patentskrifterna US 4 466 945 och US 4 470 956. Dessa avser en separering av hårdmetallskrot varvid kornstorleken bestämmas som en funktion av koercitivkraften för en känd bindemetall- sammansättning.

Separering av hàrdmetallskrot i klasser med industriella utrust- ningar grundade pà magnetiska och gravimetriska förfaranden har provats.

De sorter, som finns i små skrotade hårdmetallkroppar om vikter omkring 100-150 g och lägre, inrymmer det mesta vad gäller samman- sättningar och strukturer. Huvudparten av små skrotade hårdmetall- kroppar har använts för skärande bearbetning av metaller och andra material. Störst och mest betydelsefull grupp år vândskâren, vilkas medelvikt ligger omkring 10 g. 457 089 4 Inom omrâdet skärande bearbetning har ej sorterna men väl användningskraven standardiserats. De enskilda härdmetall- tillverkarna utvecklar, konstruerar och tillverkar sina sorter, skär och verktyg utifrån erfarenheter, bedömningar och idêer. Hàrdmetallsorter för skärande bearbetning känne- tecknas av en rikedom av sammansättningar och strukturer.

Ett grovt, mycket överlappande samband finns, såsom tabellen nedan visar, mellan à ena sidan användningsområden och ä andra sidan materialdata, främst sammansättningar och strukturer. Tabellens hárdhets- och sammansättningsvärden kan vägda mot varandra betraktas som indikation om hàrdäm- _ nesfasernas genomsnittliga kornstorlekar.

Använd- Samansättningar Hårdhet ningsområde vikt-% Vickersenheter ISO HV WC (TiTaNb)C Co P10 55-70 20-35 7-10 1500-1750 P20 65-80 12-25 7,5-10,5 1450-1650 P30 70-82 7,5-20 8-11 1400-1600 P40 74-86 5-15 8,5-13 1300-1500 M10 83-88 7-10 5-7 1450-1700 M20 81-86 8-11 6-8 - 1350-1600 K05 92-97 0-3 3-5 1700-1950 KIO 89-95 O-4 5-7 1600-1850 K20 88-94 0-4 6-8 1400-1650 Överlappningarna har blivit än mer komplexa med tillkomsten av skiktbelagda skär. Sådana skär utgör ungefär hälften av alla skär, som tillverkas. Skikten har en tjocklek om S-10 /um och består av exempelvis titankarbid, titannitrid, titankarbonitrid, hafniumkarbid, hafniumnitrid, och/eller aluminiumoxid. 10 15 20 25 30 35 _ 5 457 os9 Den ymniga förekomsten av skiktbelagda skär har medfört, att separeringsförfaranden grundade på de i det föregående nämnda på kemiska mätvärden baserade metoderna har kommit till korta.

Att separeringsförfaranden, som är grundade på egenskaper, som följer bindemetallhalterna, dessvärre endast kan använ- das för mycket grovt särskiljande, framgår med full tydlig- het av tabellen.

Densiteten på hárdmetallsorter för skärande bearbetning ligger i huvudsak inom området 10-15 g/cm3. Ingående kompo- nenter i hårdmetall har följande densiteter: Volframkarbid 15.7 g/cm3 Tantalkarbid 14.5 " Kobolt 8.9 " Niobkarbid 7.8 " Titankarbid 4.9 " Hàrdmetallsorter företer betydande överlappningar vad gäller densiteter. Gravimetriska metoder ger sålunda blott möjlig- het till grov separering.

Tekniskt ekonomiskt realistisk, industriell separering av skrotade hårdmetallkroppar kräver hög kapacitet. Hög kapaci- tet innebär avprutning pá separeringsskärpa. Krav pá kapaci- tet och separeringsskärpa i ett läge, där de olika sorternas materialdata utmärks av komplex överlappning, har framtving- at, att mer eller mindre mekaniserad och automatiserad separering av härdmetallkroppar baserad pà olika sorters materialdata ej fått någon nämnvärd spridning eller betydel- Se. Överraskande nog visar föreliggande uppfinning, att inne- hållet av bindemetall kan omfördelas mellan hàrdmetall- kroppar, så att överlägsen, rationell separering pá samman- sättningar och strukturer medelst metoder beskrivna i det föregående blir tekniskt ekonomiskt möjlig och attraktiv. 10 lS 20 25 30 35 457 089 s Upphettas hàrdmetall till temperaturer för begynnande smältning bildas smälta av de bindefasbildande elementen - främst kobolt, nickel och/eller järn, - och av element inlösta från hàrdämnesfaserna. Hårdmetallkroppar belagda med skikt av exempelvis titankarbid, titannitrid, titankarboni- trid, hafniumkarbid, hafniumnitrid och/eller aluminiumoxid, får sina skikt angripna och nedbrutna av smältan. Bryggor uppstår mellan kroppar, som är i kontakt med varandra.

Hárdmetallkropparna bildar system av kärl med smält bindeme- tall med inlösta element som kommunicerande vätska.

Utmärkande för_hàrdmetallsorter är, att de utöver bindeme- tallfasen, där kobolt, nickel och/eller järn, är dominerande element, är uppbyggda av en till flera hàrdämnesfaser, i regel en eller två, nämligen hexagonal hárdämnesfas, vol- framkarbid, och/eller kubisk hàrdämnesfas, bestående av t ex titankarbid, tantalkarbid, niobkarbid och/eller vanadinkar- bid, etc med volframkarbid, i lösning. Bestämmande för de egenskaper, som hárdmetallsorterna är kännetecknade av, är såväl den kemiska sammansättningen - beskriven av fasmängder och fassammansättningar - som hàrdämnesfasernas medelkorn- storlekar och kornstorleksfördelningar. Dá hárdmetall upphettas i enlighet med föreliggande uppfinning, finner man, att hàrdämnesfasernas medelkornstorlekar, kornstorleks- spridningar, proportioner och sammansättningar har ett styrande inflytande på de med varandra kommunicerande smältorna i hárdmetallkropparna. Kroppar i kommunicerande kontakt med varandra har sålunda en förenande gemenskap av smälta. Verkan av de överraskande starka drivande krafterna leder till, att kroppar med grovkorniga hårdämneskorn kommer att ställa in sig på en lägre halt av smälta än kroppar med mer finkorniga hàrdämnen. I sorter, där exempelvis titankar- bid, tantalkarbid, niobkarbid, vanadinkarbid, hafniumkarbid, títannitrid med besläktade hàrdämnen ingår helt eller till viss del i stället för volframkarbid, är kapaciteten att hålla smälta reducerad, då kroppar i dessa sorter är till- sammans med kroppar i sorter med högre halter av volframkar- bid. Den genomsnittliga halten av bindefasbildande metaller, in 10 15 20 25 30 35 7 457 089 främst kobolt, nickel, och järn i ett system av kroppar i kontakt med varandra reglerar tillsammans med nämnda hàrdäm- nesfaktorer halterna av smälta i respektive kropp.

Hárdämnen i form av exempelvis i föregående nämnda karbider eller nitrider i kontakt med en smälta med ett eller flera element av järngruppens metaller såsom huvudelement kan bringas att växa i kornstorlek genom att temperaturnivàn över temperaturen för begynnande smältning höjs liksom att tiden vid denna temperaturnivá förlängs. Genom avvägd utformning av temperatur- och tidsförlopp ástadkoms för- _ stärkt instrument för omfördelning av smälta. Det har visat sig, att behandlingar av kroppar i kommunicerande kontakt med varandra i enlighet med uppfinningen måste genomföras vid temperaturer inom temperaturintervallet l250°C-2500°C, företrädesvis 13so°c-23so°c och helst 14oo°c-22oo°c. Tiden vid behandlingstemperaturen, dvs den högsta temperaturen, måste ligga inom ett tidsintervall ej överstigande 10 timmar, företrädesvis ej överstigande 8 timmar och helst ej överstigande 5 timmar. Hàrdmetallkroppar, som är under ugnsbehandling, måste för att avsedd omfördelning skall kunna nås, ha representativa andelar av den mängd av krop- par, som en aktuell charge utgör, helt eller delvis i kommunicerande kontakt. Minst 80 vikt-%, företrädesvis minst 90 vikt-% och helst minst 95 vikt-% av kropparna i en charge måste vara i kommunicerande kontakt med varandra. Med stigande temperatur ökar såväl andel bildad smälta som àngtrycken hos elementen i smältan. Med stigande temperatur omfördelas smält fas i ökande utsträckning över gasfas.

Direkt kontakt mellan kropparna är ej något nödvändigt för kommunicerande kontakt vid behandlingar vid temperaturer i det övre området av temperaturintervallet. Det är väsent- ligt, att omfördelning av smälta mellan hàrdmetallkroppar blir så fullständig som möjligt. Därför måste mer än 75 vikt-%, företrädesvis mer än 80 vikt-% och helst mer än 85 vikt-% av kroppar i behandling enligt uppfinningen väga mindre än 150 g, företrädesvis mindre än 125 g och helst mindre än 100 g. / / / 10 15 20 25 30 35 457 089 Kommunicerande kontakt är liktydigt med att omfördelning av smälta sker med minimering av bildning av bindningar mellan 8 kroppar. Kroppar i en charge, vilka underkastats ugnsbehand- ling enligt uppfinningen och sedan kylts ned till rumstempe- ratur, kan dock vara mer eller mindre starkt metallurgiskt bundna till varandra. Smältan har ju stelnat. Det har visat sig för att acceptabel separering i sammansättnings- och strukturklasser skall kunna ske, sá måste minst 65 vikt-%, företrädesvis minst 75 vikt-% och helst minst 85 vikt-% av en enligt uppfinningen behandlad viktsmängd bestå av kropp- ar, som efter mekanisk separeringsbehandling häller högst 10- vikt-%, företrädesvis högst 7.5 vikt-% och helst högst 5 vikt-% av metallurgiskt fastbundet material av annorlunda sort.

Utföringsexemplen i det följande åskådliggör utfall av behandling av hàrdmetalldetaljer enligt uppfinningen.

Exempel 1 Vid tillverkning av hárdmetallstift för borrkronor för slående borrning råkade stift i en sort 1 från ett parti A sammanblandas med stift i en sort 2 från ett parti B.

Stiften i respektive partier var identiskt lika till form och mätt. Mängden stift från parti A var dubbelt så stor som mängden stift från parti B. Sorternas data i de färdigsint- rade stiften var: Sort Kemisk sammansätt- Densitet Hårdhet ning vikt-% g/cm3 HV WC Co 94 6 14,9 1400-1450 94 6 14,9 1525-1575 10 15 20 25 30 35 9 457 089 Det vill säga sorterna, som var lika i kemisk sammansätt- ning, hade olika karbidkornstorlek.

Stiften chargerades på grafittallrikar med hjälp av vibra- tionsmatare i enskiktslager i slumpad orientering i förhåll- ande till och i direkt metallisk kontakt med varandra. Varje tallrik rymde cirka 10 kg stift av en vikt av 20 g per stift. En ugn chargerades med totalt 450 kg material.

Chargen upphettades till 1425°C och hölls en timme vid denna temperatur. Ugnsatmosfären bestod av vätgas. Efter svalning av chargen tömdes ugnen pà sitt gods. Detaljerna särades fràn varandra med tryckluftdrivet slagverk. Det fastställ- des, att 90 vikt-% av detaljerna hade mindre än 4 vikt-% av metallurgiskt fastbundet material av annan sort.

De från varandra särade detaljerna passerade en automatiskt arbetande anläggning försedd med vàgutrustning för vägning utan och i magnetfält motverkande tyngdkraften och med en av mikroprocessorutrustning på vägningsdata styrd sorteringsut- rustning. Genom kalibrering med likardetaljer bringades anläggningen att dela upp chargen i tvâ partier. Mängderna i de två partierna förhöll sig till varandra som 2 till l. Det större partiet har betecknats med C och det mindre med D.

Prov uttogs för kemisk analys, densitetsbestämning, hård- hetsmätning samt strukturundersökning. Följande resultat erhölls: Parti Kemisk samman- Densitet Hårdhet sättning vikt-8 9/cm3 EV WC CO C 94,9 5,1 15,0 1475-1500 D ' 92,3 7,7 14,7 1500-1525 Metallurgisk undersökning visade, att detaljerna i parti C hade samma karbidkornstorlek som detaljerna i parti A. 10 15 20 25 30 35 457 089 10 Likaså visade detaljerna i partierna D och B strukturell överensstämmelse. Ugnsbehandling enligt uppfinningen hade möjliggjort rationell separering av stiften i parti A från stiften i parti B. De två behandlade partierna framtagna genom ugnsbehandling och separering omarbetades till hârdme- tallpulver med hjälp av zinkprocessen.

Exempel 2 Två partier skärplattor SPUN 120308 hade genom förväxlingar i samband med lagerläggning av ännu ej märkta skär blivit _ hopblandade till ett parti. Det ena partiet, parti A, innehöll 3 gånger fler skär än det andra partiet, parti B.

Skären i de båda partierna var belagda med skikt av titan- karbid. Hárdmetallsorterna, som utgjorde material i substra- ten i de två partiernas skär, var ej desamma. För de tvâ sorterna gällde: Parti Sammansättníng Hårdhet vikt-% HV WC (TiTaNb)C CO A 85,9 8,6 5,5 1550 B 92,3 1,7 6,0 1500 Skären chargerades på grafittallrikar med hjälp av vibra- tionsmatare i ett enskiktslager i slumpad orientering i förhållande till varandra och i direkt kontakt med varandra.

I genomsnitt rymde tallrikarna 500 skär. En ugn chargerades med totalt 300 kg skär. Chargen upphettades till l500°C och hölls tvâ timmar vid denna temperatur, varefter chargen fick svalna till rumstemperatur. Ugnsatmosfären bestod av vätgas.

Efter chargering särades skären från varandra med tryckluft- drivet slagverk. Det konstaterades, att 95 vikt-% av skären hade mindre än 3 vikt-% av metallurgiskt fastbundet material av annan sort. Prov uttogs för metallografisk undersökning 10 15 11 457 089 och kemisk analys. Den metallografiska undersökningen visade att titankarbidskikten hade upplösts i ugnsbehandlingen.

Vidare visade den kemiska analysen att skären från parti A, dvs de med den högre halten av den kubiska hàrdämnesfasen - (TiTaNb)C med inlöst WC - fått kobolthalten sänkt till 5,1 vikt-% medan skären från parti B fått kobolthalten höjd till 7,1 vikt-z. ' De från varandra särade skären matades genom en automatiskt arbetande utrustning för mätning av skärens kobolthalt på spektralanalytisk väg sammankopplad med en av mikroproces- _ sorutrustning på analysvärden styrd sorteringsutrustning.

Sorteringsutrustningens effektivitet i funktion kalibrerades in med likardetaljer. Tiden för emittering av strålning från ljusbàgen kunde hållas så kort som 2 sekunder per skär.

Mängden skär, som härrörde från parti A, var tre gånger fler än skâren frán parti B. Slutlig omvandling till pulver skedde med zinkprocessen.

Claims (4)

457 089 12 Patentkrav

1. Sätt att ur en blandning av hárdmetallkroppar skilja dessa fràn varandra på grundval av deras sammansättningar och/eller strukturer, k ä n n e t e c k n a t av att innehållet av bindemetall omfördelas mellan kropparna genom att dessa upphettas till en högsta temperatur inom intervallet 1250 - 2S00°C, företrädesvis 1350 - 2350°C, varvid kropparna står i sådan- kontakt med varandra att överströmning av smält bindemetall sker mellan kropparna alternativt att överströmning sker genom föràngning och kondensering av bindemetallen, varefter kropparna separeras på i och för sig känt sätt.

2. Sätt enligt kravet 1, k ä n n e t e c k n a t av att tiden vid den högsta tempe- raturen ej överstiger 10 timmar, företrädesvis ej överstiger 8 timmar.

3. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t av att minst 80 vikt-%, företrädes- vis minst 90 vikt-% av kropparna är i kommunicerande kontakt.

4. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t av att mer än 75.vikt-% och före- trädesvis mer än 80 vikt-% av kropparna väger mindre än 150 g, företrädesvis mindre än 125 g.