SE459100C - Hårdmetallkropp med bindemedelsanrikad yta och förfarande för dess framställning - Google Patents

Description

459 100 lO 15 20 25 30 35 2 koboltanrikning. Koboltanrikning är önskvärd eftersom det är välkänt att ökning av kobolthalten ökar segheten eller slaghållfastheten hos hårdmetaller. Tyvärr är det svårt att reglera den bildade anrikningsnivån hos underlag med C-porositet. I det typiska fallet bildades ett överdrag av kobolt och kol på ytan av underlaget.

Detta överdrag av kotolt och kol avlägsnades före av- sättning av det eldfasta materialet på underlaget, för att erhålla vidhäftande bindning mellan överdraget och underlaget. Ibland var koboltanrikningsnivån i skikten under ytan på underlaget så hög att den hade en skadlig inverkan på nötningen av släppningsytorna. Som ett resultat därav bortslipades ibland skiktet med koboltan- rikning på släppningsytorna hos underlaget, varvid kvar- lämnades koboltanrikningendastpå spânytornaochnöjlighet till material med C-porositet på släppningsytan. I jäm- förelse med underlag med porositet av typ A eller B är underlag med C-porositet inte lika kemiskt homogena.

Detta kan resultera i mindre reglering av bildningen av eta-fas vid överdrag-underlaggränsytan (en hård och spröd fas, som påverkar segheten), en reduktion av överdragsvidhäftningen ochefllökning i oenhetlig över- dragstillväxt.

Definitionsmässigt kan den porositet som iakttages hos hârdmetaller klassificeras i en av tre kategorier, som rekommenderas av ASTM (American Society for Testing and Materials) enligt följande: Typ A för än 10 pm. en porstorlek med en diameter av mindre Typ B för en porstorlek med en diameter av l0-40 pm.

Typ C för oregelbundna porer, som förorsakas av närvaro av kolinneslutningar. Dessa inneslutningar ut- drages ur provet under metallografisk preparering, var- vid de ovannämnda oregelbundna porerna kvarlämnas.

Förutom ovanstående klassificeringar kan den obser- verade porositeten förlänas ett tal, som varierar från l till 6 för att indikera graden eller frekvensen av lO 15 20 25 30 35 459 100 3 observerad porositet. Metoden för att göra denna klassifi- cering återfinnesj.Cemented Carbidesznrdr P. Schwarzkopf och dr R. Kieffer, publicerad av MacMillan Co., New York (1960) sid ll6-l20.

Hårdmetaller kan också klassificeras genom sin halt av bindemedel, kol och volfram. Volframkarbid-kobolt- legeringar med överskott av kol kännetecknas av C-porosi- tet, vilken, som redan nämnts, faktiskt är inneslutningar av fritt kol. Volframkarbid-koboltlegeringar med låg kolhalt och i vilka kobolten är mättad med volfram _ en M C eller 12 MGC-karbid, där M betyder kobolt och volfram. Mellan ytterlighetsfallen med C-porositet och eta-fas, finns kännetecknas genom förekomst av eta-fas, ett område med mellanliggande bindemedelslegerings- sammansättningar, som innehåller volfram och kol i lös- ning_i varierande halt, men så att inget fritt kol eller eta-fas förefinnes. Volframhalten, som förefinnes i volframkarbid-koboltlegeringar, kan även kännetecknas genom den magnetiska mättnaden hos bindemedelslegeringen, eftersom den magnetiska mättnaden hos koboltlegeringen är en funktion av dess sammansättning. Kobolt som är mättat med kol anges ha en magnetisk mättnad av 158 gauss-cm3/g kobolt, vilket indikerar porositet av C-typ, medan en magnetisk mättnad 125 gauss-cm3/g kobolt och därunder indikerar förekomst av eta-fas.

Det är därför ett ändamål med föreliggande uppfin- ning att âstadkomma ett enkelt reglerbart och ekonomiskt förfarande för framställning av ett bindemedelsanrikat skikt nära ytan av en hårdmetallkropp.

Det är ett ytterligare ändamål med uppfinningen att åstadkomma en hårdmetallkropp, som har ett bindemedels- anrikat skikt nära sin yta, varvid i huvudsak all poro- sitet genom kroppen är av A- eller B-typ.

Det är även ett ändamål med uppfinningen att åstad- komma hårdmetallkroppar med kolhalter varierande från C-porositet till eta-fas med ett bindemedelsanrikat skikt nära den periferiella ytan. 459 100 10 15 20 25 30 35 4 Det är ett ytterligare ändamål med uppfinningen att kombinera de ovannämnda hàrdmetallkropparna enligt föreliggande uppfinning med ett eldfast överdrag för att skapa överdragna skärinsatser, som har en kombination av hög nötningsbeständighet och hög seghet.

Dessa och andra ändamål med föreliggande uppfinning kommer att framgå mera fullständigt kvid beaktande av följande beskrivning av uppfinningen.

KORT SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning avser en hárdmetallkropp, som kännetecknas därav, att den inbegriper ett metalliskt bin- demedel och en fast lösning av en första karbid, som utgö- res av volframkarbid, och en andra karbid eller karboni- trid av en övergångsmetall, vars karbid har en fri bild- ningsenergi som är mera negativ än den hos den första karbiden nära bindemedlets smältpunkt, och att hårdmetall- kroppen har ett på bindemedel anrikat och på fast lösning utarmat skikt, som börjar vid och sträcker sig inåt från en periferiyta hos kroppen, varjämte hårdmetallkroppen företrädesvis har i huvudsak A- till B-typ porositet genom hela kroppen.

Hårdmetallkroppen enligt uppfinningen kan framställas genom ett förfarande, som kännetecknas därav, att en press- kropp framställes med väsentligen enhetlig fördelning av ett metalliskt bindemedel, en första karbid, som utgöres av volframkarbid, och ett kemiskt medel, som valts bland metaller, legeringar, hydrider, nitrider och karbonitrider av övergångsmetaller, vilkas karbider har en fri bild- ningsenergi som är mera negativ än den hos den första karbiden nära bindemedlets smältpunkt, att presskroppen förtätas och värmebehandlas, varigenom det kemiska medlet åtminstone delvis omvandlas till karbid i fast lösning med den första karbiden, och att under värmebehandlingen binde- medelshalten ökas mot presskroppens periferiyta så att det bildas ett skikt, som börjar vid och sträcker sig inåt från periferiytan och som är anrikat på bindemedel och utarmat på fast lösning, varjämte presskroppen företrädesvis har i huvudsak A- till B-typ porositet genom helakroppen. 10 15 20 25 30 35 459 100 5 Ytterligare kännetecken hos uppfinningen framgår av patentkraven.

Förfarandet i enlighet med föreliggande uppfinning kan användas för att framställa ett skikt med bindemedels- anrikning nära en periferiyta hos en hårdmetallkropp, företrädesvis med i huvudsak enbart A- till B-typsporo- sitet genom hela kroppen. Anrikning kan också uppnås hos hårdmetallkroppar, som har kolhalter varierande från eta-fas till C-porositet.

Hàrdmetallkroppar enligt föreliggande uppfinning _ har också befunnits ha ett skikt under det bindemedels- anrikade skiktet som är delvis bindemedelsutarmat.

Företrädesvis kan bindemedelslegeringen vara kobolt, nickel, järn eller deras legeringar, men är mest före- draget kobolt.

Företrädesvis väljes det kemiska medlet bland hydrider, nitrider och karbonitrider av elementen i grupp IVB och VB i det periodiska systemet och till~ sätts företrädesvis i en liten men effektiv mängd, helst 0,5 - 2 vikt% av pulverchargen. Det föredrages mest att det kemiska medlet är titannitrid eller titankarbonitrid.

Hârdmetallkroppar i enlighet med föreliggande uppfinning har också befunnits ha ett skikt, som är åtminstone delvis utarmat på karbid i fast lösning nära en periferiyta hos kroppen. Hârdmetallkroppar i enlighet med föreliggande uppfinning har också be- funnits ha ett skikt under det utarmade skiktet av fast lösning som är anrikat på karbider i fast lösning.

Hàrdmetallkroppar enligt föreliggande uppfinning har företrädesvis en skärkant vid förbindelselinjen mellan en spånyta och en släppningsyta med ett hårt, tätt, eldfast överdrag vidhäftande bundet till dessa ytor. Det bindemedelsanrikade skiktet kan bortslipas från släppningsytan före överdragning.

Det eldfasta överdraget är företrädesvis samman- satt av ett eller flera skikt av en metalloxid, karbid, nitrid, borid eller karbonitrid. 459 100 10 15 20 25 30 KORT RITNINGSBESKRIVNING Den exakta naturen av föreliggande uppfinning kom- mer att framgå tydligare genom följande detaljerade beskrivning med hänvisning till de bifogade ritningarna.

På dessa visar fig l en schematisk tvärsektion genom en utföringsform av en överdragen metallskärinsats enligt föreliggande uppfinning. Fig 2 är en grafisk representation av de typiska nivåerna av koboltanrik- ning som skapas i en hârdmetallkropp enligt föreliggande uppfinning, som en funktion av djupet under spån- - ytan. Fig 3 är en grafisk representation av variationen i relativa koncentrationer av bindemedel och karbider i fast lösning som en funktion av djupet under spånytan i ett prov enligt exempel l2.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN De ovannämnda ändamålen enligt uppfinningen uppnås genom värmebehandling av en hårdmetallpresskropp, som innehåller ett element med en karbid med en mera negativ fri bildningsenergi än den hos volframkarbid vid en förhöjd temperatur nära eller över bindemedlets smält- punkt. För skärinsatstillämpningar kan detta element eller kemiska medel väljas bland övergângsmetaller i grupp IVB och VB, deras legeringar, nitrider, karbo- nitrider och hydrider. Man har funnit att material- skiktet intill periferin på en hårdmetallkropp kan på ett reproducerbart sätt bindemedelsanrikas och vanligtvis åtminstone delvis utarmas på karbid i fast lösning under sintring eller återupphettning vid en temperatur över smältpunkten hos bindemedelslegeringen genom införlivning av nitrid-, hydrid- och/eller karbo- nitridtillsatser av övergångsmetaller i grupp IVB och VB till pulverchargen.

Under sintring reagerar dessa grupp IVB- och VB- tillsatser med kol till bildning av en karbid eller karbonitrid. Dessa karbider eller karbonitrider kan förekomma helt eller delvis i fast lösning med volfram- karbid och eventuella andra karbider som är närvarande. 10 15 20 25 30 35 459 100 7 Kvävehalten som finns i den slutliga sintrade karbiden är i det typiska fallet reducerad från den kvävehalt som tillsätts som en nitrid eller karbonitrid, efter- som dessa tillsatser är instabila vid förhöjda tempe- raturer över och under bindemedelslegeringens smältpunkt och leder till åtminstone partiellt förflyktigande av kväve från provet om sintringsatmosfären innehåller en kvävekoncentration, som är mindre än dess jämviktsång- tryck. Om det kemiska medlet tillsätts som en metall, legering eller hydrid kommer den också att omvandlas - till kubisk karbid, typiskt i fast lösning med volfram- karbiden och eventuella andra karbider som förefinnes.

Vätet i eventuell hydrid som tillsätts, förflyktigas under sintring.

Metallerna, hydriderna, nitriderna och karbo- nitriderna av tantal, titan, niob, hafnium kan användas ensamma eller i kombination för att gynna följdriktig koboltanrikning via sintring eller efterföljande värme- behandling av volframkarbid-koboltbaslegeringar med vidsträckt kolhalt. Tillsatser av upp till ca 15 vikt% har befunnits vara användbara. Det förmodas att metal- lerna, nitriderna, karbonitriderna och hydriderna av zirkonium och vanadin även är lämpliga för detta ända- mål. I legeringar med A- och B~porositet och kolut- armade legeringar innehållande eta-fas, inträffar koboltanrikning utan periferiell kobolt- eller kol- inkapsling, varigenom således behovet av att avlägsna T överskott av kobolt och kol från hårdmetallytorna före överdragning med eldfast material elimineras.

Tillsatser av ca 0,5-2 vikt%, speciellt av titan i form av titannitrid eller titankarbonitrid, till volframkarbid-koboltbaslegeringar föredrages. Eftersom titannitrid inte är fullständigt stabil under vakuum- sintring, utan förorsakar åtminstone partiellt för- flyktigande av kvävet, föredrages det att tillsätta en halv mol kol per mol utgångskväve för att upprätt- hålla den kolhalt som är nödvändig för en volframfattig koboltbindemedelslegering. Man har funnit att kobolt- 459 100 10 15 20 25 30 35 8 anrikning via värmebehandling av volframkarbid-kobolt- baslegeringar inträffar lättare när legeringen inne- håller ett volframfattigt koboltbindemedel. Det volfram- fattiga koboltbindemedlet bör företrädesvis ha en magnetisk mättnad av 145-157 gauss-cm3/g kobolt. Titan- nitridtillsatser tillsammans med de nödvändiga kol- tillsatserna till volframkarbid-koboltbaspulverbland- ningar gynnar bildningen av en koboltbindemedelslege- ring med en magnetisk mättnad av 145-157 gauss-cm3/g kobolt, vilket i vanliga fall är svårt att uppnå. Fastän en koboltbindemedelslegering, som har ennagnetisk mätt- nad av 145-157 gauss-cm3/g kobolt, föredrages, kan legeringar som innehåller volframmättade koboltbinde- medelslegeringar (mindre än 125 gauss-cm3/g kobolt) också anrikas.

Man har funnit att ett skikt av koboltanrikning som är tjockare än 6 pm resulterar i en betydande för- bättring av kantstyrkan hos hårdmetallinsatser som är överdragna med ehfiàstmaterial.Medan en så djup kobolt- anrikning som 125 pm har uppnåtts, föredrages ett koboltanrikat skikt med en tjocklek av 12-50 pm för överdragna skärinsatstillämpningar. Det föredrages också att kobolthalten hos det koboltanrikade skiktet hos en med eldfast material överdragen insats är 150-300 % av den genomsnittliga kobolthalten, mätt på ytan medelst energispridande röntgenanalys.

Det förmodas att bindemedelsanrikning bör inträffa i alla volframkarbid-bindemedel-kubisk kar bidlegeringar (dvs tantal, niob, titan, vanadin, hafnium, zirkonium), som inte sintrar till ett kontinuerligt karbidskelett.

Dessa legeringar, som innehåller bindemedel från 3 vikt% och däröver, bör anrikas med utnyttjande av det beskrivna förfarandet. För skärinsatstillämpningar föredrages det emellertid att bindemedelshalten är 5-10 vikt% kobolt och att den totala halten av kubisk karbid är 20 vikt% eller mindre. Medan kobolt är det föredragna bindemedlet kan nickel, järn och deras legeringar med varandra och med kobolt ersätta kobolt.

LH 15 20 25 30 35 459 100 9 Andra bindemedelslegeringar, som innehåller nickel eller kobolt eller järn bör också vara lämpliga.

De sintrings- och värmebehandlingstemperaturer ¿ som används för att uppnå bindemedelsanrikning är de' typiska temperaturerna för vätskefassintring. För koboltbaslegeringar är dessa temperaturer 1285-l540°C.

Sintringscyklerna bör vara minst l5 min vid denna tem- peratur. Resultaten kan optimeras ytterligare genom användning av reglerade avkylningshastigheter från värmebehandlingstemperaturerna ned till en temperatur under bindemedelslegeringens smältpunkt. Dessa ned- kylningshastigheter bör vara 25-85°C/h, företrädesvis 40-70OC/h. Det föredrages mest att värmebehandlingscykeln för skärinsatsunderlag med ett koboltbindemedel är 1370-l500°C under 30-150 min, följt av 40-70°C/h ned- kylning till l2OOOC. Trycknivån under värmebehandling kan variera från 10-3 torr upp till och inbegripet de förhöjda tryck som typiskt används vid varm isostatisk pressning. Den föredragna trycknivån är 0,1-0,15 torr.

Om nitrid- eller karbonitridtillsatser utnyttjas, ligger kvävets ângtryck i sintringsatmosfären företrä- desvis under dess jämviktstryck för att medge för- flyktigande av kväve från underlaget.

Medan ursprunglig anrikning inträffar vid sintring, kan efterföljande slipningssteg vid tillverknings- processen av metallskärinsatsen avlägsna de anrikade zonerna. I dessa situationer kan en efterföljande Värmebehandling i enlighet med ovanstående parametrar utnyttjas för att utveckla ett nytt anrikat skikt under periferiytorna.

Bindemedelsanríkade underlag, som skall användas i överdragna skärinsatser, kan ha bindemedelsanrikning på både spân~ och släppningsytorna. Beroende på typen av insats kan emellertid bindemedelsanrikningen på släppningsytaniblandavlägsnas,men detta är inte nöd- vändigt för att uppnå optimala prestanda i samtliga fall. 459 100 10 20 25 30 10 De bindemedelsanrikade underlagen kan överdragas med användning av de tekniker för överdragning av eld- fast material som är välkända för faokmannen på området.

Medan det påförda, eldfasta överdraget kan ha ett eller flera skikt, som innefattar material, vilka är valda bland grupp IVB och VB karbider, nitrider, borider och karbonitrider samt oxiden eller oxinitriden av alumi- nium, har man funnit att en kombination av god styrka hos den skärande kanten och nötning av släppningsytan kan uppnås genom att kombinera ett underlag, som har ett bindemedelsanrikat skikt enligt föreliggande upp- finning, med ett överdrag av: aluminiumoxid över ett innerskikt av titankarbid; eller ett innerskikt av titankarbid bundet till ett mellanskikt av titankarbo- nitrid, som är bundet till ett ytterskikt av titan- nitrid, eller titannitrid bundet till ett innerskikt av titankarbid. En hârdmetallkropp, som har ett binde- medelsanrikat skikt enligt föreliggande uppfinning i kombination med ett titankarbid/aluminiumoxid-överdrag, föredrages mest. Överdraget bör härvid ha en total tjocklek av 5-8 pm.

I fig l visas schematiskt en utföringsform av en överdragen metallskärinsats 2 enligt föreliggande upp- finning. Insatsen 2 inbegriper ett underlag eller hård- metallkropp l2, som har ett bindemedelsanrikat skikt 14, samt ett bindemedelsutarmat skikt 16 över huvudmassan l8 hos underlaget l2, som har i huvudsak samma kemiska sammansättning som den ursprungliga pulverblandningen.

Ett bindemedelsanrikat skikt 14 finns på spånytorna4 hos hårdmetallkroppen och har slipats bort från kroppens släppningsytor 6. Innanför det bindemedelsanrikade skiktet 14 kan finnas en bindemedelsutarmad zon 16. Denna bindemedelsutarmade zon l6 har befunnits utvecklas till- sammans med det bindemedelsanrikade skiktet när hård- metallkropparfframställs i enlighet med det beskrivna förfarandet.

Den bindemedelsutarmade zonen 16 är delvis utarmad på bindemedelsmaterial, medan den är anrikad på karbider 10 15 20 25 30 35 459 100 11 i fast lösning. Det anrikade skiktet 14 är delvis ut- armat på karbider i fast lösning. Innanför den binde- medelsutarmade zonen 16 finns huvudmassan av underlags- material 18.

Vid föreningen eller skärningen mellan spånytorna och släppningsytorna 6 bildas en skärande kant 8. Medan den här visade skärande kanten 8 är henad, är det inte nödvändigt med hening av den skärande kanten för alla tillämpningar av föreliggande uppfinning. Det framgår av fig l att det bindemedelsanrikade skiktet 14 sträcker sig in i området för den skärande kanten och är före- trädesvis anordnat intill det mesta om inte hela den henade kanten 8. Den bindemedelsutarmadezonen lâsträcker sig till släppningsytan 6 strax under de skärande kanterna 8. Ett eldfast överdrag 10 är vidhäftande bundet till periferiytan på hârdmetallkroppen 12.

Dessa och andra kännetecken hos uppfinningen kommer att framgå tydligare genom följande exempel.

EXEMPEL l En blandning innehållande 7000 g pulver maldes och blandades i 16 h med ett paraffin, ett ytaktivt medel, ett lösningsmedel och koboltbundna volfram- karbidcykloider i de nedan angivna mängderna och pro- portionerna: 10,3 %* Ta(c> 5,85 %* Ti 0,2 %: Nb(c) 700 g 8,5 % Co 1,5 s* T1(N) ~ 102,6 g wc + c I för att skapa en 2/98 vikt% ~ W/Co bindemedelslegering __l Vikt% paraffin (Sunoco 3420) (Sun Oil Co) 2,5 liter lösningsmedel (perkloretylen) 14 g ytaktivt medel (Ethomeen S-15) (Armour Industrial Chemical Co) x vikt% av tillsatt metall 459 100 12 Kvadratiska insatsämnen med dimensionerna 15,1 mm x 15,1 mm x 5,8 - 6,1 mm och en vikt av 11,6 g tablettpressades med användning av en kraft av 8200 kg. massa insatser vakuumaiatradea vid 149s°c 1 30 min och kyldes sedan under omgivande ugnsbetingelser. Efter sintring vägde insatserna 11,25 g och hade måtten 13,26 mm x 13,26 mm X 4,95 mm. Insatserna behandlades till SNG433 slipade dimensioner enligt följande: (detta identifieringsnummer baserar sig på det identi- fieringssystem för insatser som utvecklats av American Standards Association och som allmänt accepterats av skärverktygsindustrin. är: SNGN 12 04 12). 1. Insatsernas topp och botten (spånytorna) slipades 15 till en tjocklek av 4,75 mm.

Den internationella beteckningen 2. Insatserna värmebehandlades vid l427°C i 60 min vid ett vakuum av 100 p och kyldes sedan med en hastighet av ss°c/h till 12o4°c, ugnsbetingelser. följt av kylning under omgivande 3. Periferin (släppningsytorna) slipades till bild- ning av en 12,70 mm kvadrat och de skärande kanterna henades till 0,064 mm radie.

Ett titankarbid/titankarbonitrid/titannitrid- överdrag applicerades sedan på de slipade insatserna I\J U1 med användning av följande kemiska ångavsättningsteknik (CVD) i följande ordning: TABELL l överdrag överdragsreaktioner Typ Temperatur Tryck Tic ä82-1o25°c ~»1 arm. Ticl +cH §2Tic +4Hc1 4 4+ (s) o . H2 .

TiCN 982-1025 C °'l atm. TiC14+CH4+l/2N2: T1CN(S)+4HCl min 9s2~1o5o°c -1 arm.

TiCl4+2H2+l/2Ná->TiN(s)+4HCl 459 100 13 Tillsammans med ovanstående insatser behandlades in- satser, som framställts från samma pulverblandning, men utan TiN och dess åtföljande koltillsats. Mikrostruktu- rella data, som erhållits från de överdragna insatserna anges nedan: EXEMPEL l EXEMPEL l utan TiN med TiN Porositet Al Al, B2 (ej - anrikad huvudmassa) Al (anrikad) Koboltanrikad zon, tjocklek Ingen ~22,9 pm (endast spånytan) Fast lösningutarmad zon, Ingen ~22,9 pm tjocklek (endast spånytan) TiC/underlag-gränsyta, 4,6 pm 3,3 pm Eta-fas-tjocklek Överdragstjocklek TiC 5,6 pm 5,0 pm TiCN 2,3 pm 3,9 pm TiN 1,0 pm l,O pm EXEMPEL 2 Räa, dvs ej sintrade, tablettpressade insatser fram- ställdes enligt exempel l med användning av blandningarna enligt exempel l med och utan TiN och dess åtföljande koltillsatser. Dessa insatser sintrades vid l496°C i 30 min under 25 p vakuum och kyldes sedan under omgivande ugnsbetingelser. De henades sedan (0,064 mm radie) och TiC/TiCN/TiN-CVD-överdrogs sedan enligt den teknik som visats i tabell l. I detta exempel bör det noteras att det koboltanrikade skiktet förelåg på både släppnings- ' och spånytorna.

De överdragna insatserna utvärderades i huvudsak och följande resultat erhölls: 459 100 14 EXEMPEL 2 utan TiN Porositet A-1 kanter A-3 mitt Koboltanrikad zon, tjocklek Ingen Fast lösningutarmad zon, Ingen tjocklek TiC/underlag-gränsyta, upp till eta-fastjocklek 5,9 pm överdragstjocklek TiC 2,0 pm TiCN 1,7 pm TiN 8,8 pm Genomsnittlig Rockwell "A"-hårdhet (huvud- 91,2 massans material) Koercitiv kraft, Hc 138 örsted EXEMPEL 3 EXEMPEL 2 med TiN A-2 anrikad zon A-4 huvudmassa upp till 22,9 pm partiell och intermittent upp till 21 pm 3,3 pm 1,3 um 1,0 pm 7,9 pm 91,4 134 örsted En blandning, som innefattade följande material, satsades i en cylindrisk kvarn tillsammans med ett yt- aktivt medel, flyktigt bindemedel, lösningsmedel och 114 kg cykloider: 85,15 5,90 2,6 6,04 0,23 WC (2-2,5 pm kornstorlek) vikt% WC (4-5 pm kornstorlek) vikt% Tac vikt% Tin “ vikt% Co vikt% C (Ravin 410, en produkt 15000 g 27575 2990 1300 3020 115 I-QUJKQKQÛ från Industrial Carbon Corp) 50000 g 10 15 20 25 30 459 100 15 Pulverchargen balanserades för att ge 6,25 vikt% totalt kol i chargen. Blandningen blandades och maldes under 90261 varv för att skapa en medelkornstorlek av 0,90 pm. Blandningen våtsiktades sedan, torkades och maldes i hammarkvarn. Presskroppar pressades och sin- traaes sedan via 1454°c i 30 min följt av kylning under omgivande ugnsbetingelser.

Denna behandling åstadkom ett sintrat ämne, som hade en total (dvs mätningen inbegrep huvudmassans material och bindemedelsanrikat material) magnetisk mättnad av ll7-l2l gauss-cm3/g kobolt. Mikrostrukturell utvärdering av det sintrade ämnet visade: eta-fas förekom genom hela ämnet; porositeten var A-2 till B-3; den koboltanrikade zonens tjocklek var ca 26,9 pm; och tjock- leken hos den fastlösningutarmade zonen var ca 31,4 pm.

EXEMPEL 4 Följande material sattes till en kvarntrumma med innerdiametern 190 mm och längden 194 mm, vilken trumma var fodrad med en volframkarbid-koboltlegering. Dessutom sattes 17,3 kg 3,2 mm volframkarbid-koboltcykloider till trumman. Dessa material maldes och blandades samman genom att rotera kvarntrumman runt dess cylinderaxel med 85 r/m i 72 h (dvs 367200 varv).

CHARGENS SAMMANSÄTTNING 283 9 (4,1 vikt%) TaC 205 Q (3,0 vikt%) NbC 105 g (1,5 vikt%) TiN 7,91 g (0,1 vikt%) C 381 g (5,5 vikt%) Co - 5946 9 (85,8 vikt%) WC 105 g Sunoco 3420 14 g Ethomeen S-15 2500 ml Perkloretylen 459 100 lO l5 20 25 30 35 l6 Denna blandning balanserades för att ge en 2/98 vikt% W/Co-bindemedelslegering. Efter malning och blandning våtsiktades uppslamningen för att avlägsna för stora partiklar och föroreningar, torkades vid 93OC under kväveatmosfär och maldes sedan i en hammar- kvarn av typ Fitzpatrick Co J- upp agglomerat. 2 Fitzmill för att bryta Med användning av detta pulver pressades press- kroppar, som sedan sintrades vid l454°C i 30 min och kyldes under omgivningsbetingelser.

Insatsens topp och botten (dvs spånytorna) slipades sedan till sluttjocklek. Detta följdes av en värme- behandling vid l427°C under ett 100 p vakuum. Efter 60 min vid denna temperatur kyldes insatserna med en hastighet av 5s°c/h till 12o4°c och ugnskyldes sedan under omgivningsbetingelser. Periferi-(eller släppnings- ytorna slipades sedan till en 12,70 mm kvadrat och in- satsens skärande kanter henades till 0,064 mm radie.

Dessa behandlingar resulterade i ett insatsunderlag, vari endast spånytorna hade en koboltanrikad och fast lösningutarmad zon, vilka zoner hade slipats bort från släppningsytorna.

Insatserna infördes sedan i en överdragsreaktor och överdrogs med ett tunt skikt av titankarbid med användning av följande teknik för kemisk ångavsättning.

Den heta zon, som innehöll insatserna, upphettades först från rumstemperatur till 900°C. Under denna upp- hettningsperiod fick vätgas strömma genom reaktorn med en hastighet av 11,55 liter/min. Trycket i reaktorn hölls vid något mindre än l atm. Den heta zonen upp- hettades sedan från 900°C till 982oC. Under detta andra upphettningssteg hölls reaktortrycket vid 180 torr och en blandning av titantetraklorid och väte samt ren vätgas infördes i reaktorn med en flödeshastighet av 15 liter/min respektive 33 liter/min. Blandningarna av titantetraklorid och vätgas âstadkoms genom att låta vätgasen passera genom en förångare, som höll titan- 10 l5 20 25 30 459 100 l7 tetrakloriden vid en temperatur av 47°C. När man upp- nådde 982OC fick även metan sedan inkomma i reaktorn med en hastighet av 2,5 liter/min. Trycket i reaktorn reducerades till 140 torr. Under dessa betingelser reagerar titantetrakloriden med metanen i närvaro av väte till bildning av titankarbid på den heta insats- ytan. Dessa betingelser upprätthölls i 75 min, var- efter flödet av titantetraklorid, väte och metan avstängdes. Reaktorn fick sedan svalna medan argon fick passera genom reaktorn med en flödeshastighet av 1,53 liter/min vid ett tryck av något mindre än l atm.

Undersökning av mikrostrukturen hos den slutliga insatsen avslöjade en koboltanrikad zon, som sträckte sig inåt upp till 22,9 pm, samt en på kubisk karbid i fast lösning utarmad zon, som sträckte sig inåt upp till 19,7 pm från underlagets spånytor. Porositeten i den anrikade zonen och resten av underlaget upp- skattades till mellan A-l och A-2.

EXEMPEL 5 Materialet i detta exempel blandades och maldes med användning av ett malningsförfarande i två steg med följande materialsatsningar: Steg I (489600 varv) l4l,6 g (2,0 vikt%) TaH 136,4 g (1,9 vikt%) TiN 220,9 g (3,1 vikt%) NbC l34,3 g (1,9 vikt%) TaC 422,6 g (5,9 vikt%) Co 31,2 g (0,4 vikt%) C 14 g Ethomeen S-15 1500 ml Perkloretylen Steg II (8l600 varv) 6098 g (84,9 vikt%) WC 140 g Sunoco 3420 1000 ml Perkloretylen 459 100 lO l5 20 25 30 35 18 Detta balanserades för att ge en 2/98 vikt% W/Co- bindemedelslegering.

Provinsatserna framställdes sedan och TiC-överdrogs i enlighet och tillsammans med de provämnen som be- skrivits i exempel 4. _ Mikrostrukturell utvärdering'av-de överdragna insatserna avslöjade att porositeten i det kobolt- anrikade såväl som huvudmassans material var A-l.

Den koboltanrikade zonen och den fast lösningutarmade zonen sträckte sig inåt från spånytan till ett djup - av ca 32,1 pm respektive 36 pm.

EXEMPEL 6 Följande material satsades i en kvarntrumma med innerdiametern 190 mm: 283 g (4,l vikt%) TaC 205 g (3,0 viktßs) Nbc 105 g (1,5 vikt%) TiN 7,91 g (0,1 vikt%) C ,_38l g (5,5 vikt%) Co 5946 g (85,8 vikt%) WC 140 g Sunoco 3420 l4 g Ethomeen S-15 2500 ml Perkloretylen Denna blandning balanserades för att ge en 2/98 vikt% W/Co-bindemedelslegering.

Dessutom sattes cykloider till kvarnen. Blandningen maldes sedan i fyra dagar. Blandningen torkades i en sigma-blandare vid l2l°C under partiellt vakuum, efter den maldes i en Fitzmill sikt. var- -kvarn genom en 40 maskors SNG433-insatser tillverkades sedan med användning av den teknik som beskrivits i exempel 4. Insatserna i detta exempel CVD-överdrogs emellertid med ett TiC/TiN- överdrag. överdragningsförfarandet som användes var följande: 10 15 20 25 30 35 459 100 19 l. TiC-överdragning: Proven i överdragningsreaktorn hölls vid ca 1026-l036°C under ett vakuum av 125 torr.

Vätebärgas strömmade till en TiCl4-förångare med en hastighet av 44,73 liter/min. Förångaren hölls vid 33-35°C under vakuum. TiCl4-ånga medrycktes i H2-bär- gasen och bars in i överdragningsreaktorn. Fritt väte och fritt metan strömmade in i överdragningsreaktorn med en hastighet av l9,88 respektive 3,98 liter/min.

Dessa betingelser upprätthölls i 100 min och skapade ett kompakt TiC-överdrag, som var vidhäftande bundet till _ underlaget. 2. TiN-överdragning: Metanflödet till reaktorn avbröts och N2 infördes i reaktorn med en hastighet av 2,98 liter/min. Dessa betingelser upprätthölls i 30 min och skapade ett kompakt TiN-överdrag, som var vidhäftande bundet till TiC-överdraget.

Utvärdering av de överdragna insatserna gav föl- jande resultat: Porositet A-l, helt igenom Koboltanrikad zon, tjocklek Fast lösningutarmad zon, tjocklek TiC/underlag-gränsyta, eta-fasttíocklek 17,0-37,9 pm upp till 32,7 pm upp till 3,9 pm Överdragstjocklek TiC 3,9 pm TiN 2,6 pm Genomsnittlig Rockwell “A"- 91,0 hårdhet hos huvudmassan Koercitiv kraft, Hc 98 örsted EXEMPEL 7 En materialblandning framställdes med användning av följande malcykel i två steg: I steg I sattes följande material till en WC-C0- fodrad kvarntrumma med innerdiametern l8l mm och längden 194 mm tillsammans med l7,3 kg 4,8 mm WC-Co-cykloider. 459 100 lO 15 20 25 30 35 20 Kvarntrumman roterades runt sin cylinderaxel med 85 r/m i 48 h (244800 varv). 140,8 g (2,0 vikt%) Ta 72,9 g (1,0 vikt%) TiH 23,52 g (0,3 vikt%) C 458,0 g (6,5 vikt%) Co 30 g Ethomeen S-15 120 g Sunoco 3420 1000 ml Soltrol 130 (ettlös- ningsmedel) I steg II tillsattes 6314 g (90,2 vikt%) WC och 1500 ml Soltrol 130 och hela chargen roterades ytter- ligare 16 h (8l600 varv). Denna blandning balanserades för att ge en 5/95 vikt% W/Co-bindemedelslegering.

Efter malning våtsiktades uppslamningen genom en 400 maskors sikt, tarkaaes unaer kväve vid 93°c 1 24 h och maldes i en Fitzmill-kvarn genom en 40 maskors sikt.

Provbitar pressades enaxligt vid en total kraft av 16400 kg till l5,ll mm x lS,ll mm x 5,28 mm (specifik vikt 8,6 g/cm3).

Ovanstående råpressade provbitar sintrades vid C i 150 min under 1 p vakuum. Insatserna kyldes Sedan under omgivande ugnsbetingelser. Flinggrafit användes som släppmedel mellan provinsatserna och grafitsintringstrâgen. 14680 De sintrade insatserna henades till en radie av 0,064 mm. Insatserna överdrogs sedan med ett TiC/TiCN/TiN- överdrag enligt följande förfarande: l. Insatserna lokaliserades i reaktorn och luft urspolades ur reaktorn genom att låta väte strömma genom den. 2. Insatserna upphettades till ca l038°C medan vät- gasflöde upprätthölls genom reaktorn. överdragnings- reaktortrycket hölls något över en atmosfär. 3. TiC-överdragning: Under 25 min infördes en blandning av H2 + TiCl4 i'reaktorn med en hastighet av 10 15 20 25 30 35 459 100 21 ca 92 liter/min och metan infördes i reaktorn med en hastighet av 3,l liter/min. TiCl4-förângaren hölls vid ca 0,42 kg/cmz och 30oC. 4. TiCN~överdragning: Under 13 min upprätthölls flödet av H2 reducerades med hälften; och N + TiCl4-blandning i huvudsak; metanflödet 2 infördes i reaktorn med en hastighet av 7,13 liter/min. 5. TiN-överdragning: Under 12 min avbröts metan- flödet och kväveflödeshastigheten fördubblades. Vid avslutning av TiN-överdragningen avbröts både flödet av H2 + TiCl4~blandningen och N reaktorns upphett- I ningselement avstängdes och reaâtorn spolades med fri H2 tills. den kylts till ca 25o°c. vid zso°c spolades reaktorn med kväve.

Det bestämdes att insatsunderlagen hade en A-l till A-2-porositet i sin ej anrikade inre del eller materialhuvudmassan. En koboltanrikad zon och fast lösningutarmad zon sträckte sig in från ytorna ca 25 pm respektive 23 pm. Den ej anrikade inre delen hade en genomsnittlig hårdhet av 91,7 Rockwell "A". Koercitiv- kraften, Hc, hos underlaget befanns vara 186 örested.

EXEMPEL 8 En 260 kg blandning av pulver, som hade kol balan- serat till C3/C4 porositet i det slutliga underlaget, tillverkades med användning av följande blandninge- och malningsförfarande i två steg: STEG I Följande charge maldes i 96 h: 10108 g TaC (6,08 vikt% kol) 7321 g NbC (ll,28 vikt% kol) 3987 g TiN ll0O g* C (Molocco Black - en produkt från Industrial Carbon Corp) l6358 g Co 500 g Ethomeen S-15 364 kg 4,8 mm Co-WC-cykloider nafta 459 100 10 15 20 25 30 35 22 STEG II Följande sattes till ovanstående blandning och blandningen maldes ytterligare 12 h: 221,75 kg WC 5,0 (6,06 vikt% kol) kg Sunoco 3420 nafta Den slutliga blandningen våtsiktades sedan, torkades och maldes i en Fitzmill-kvarn.

Insatsämnen pressades sedan och sintrades senare vid l454°C i 30 min. Detta sintringsförfarande skapade en koboltanrikad zon, som var anordnad över huvud- massans material med en C3/C4-porositet. De sintrade ämnena slipades sedan och henades till SNG433-insats- dimensioner, vilket resulterade i avlägsnande av den koboltanrikade zonen.

De sintrade insatserna packades sedan med fling- grafit inuti en öppen grafitbehâllare. Detta utsattes sedan för het isostatisk pressning (HIP) vid 1371-1377°c under 1 n 1 en atmosfär av 25 vo1% NZ och '75 vol% He med ett tryck av 8,76 x 108 dyn/cmz.

Mikrostrukturell undersökning av ett HIP-behandlat prov avslöjade att en koboltanrikad zon med ett djup av ca 19,7 pm hade skapats under HIP-behandlingen. Omkring 4 pm ytkobolt och 2 pm ytkol skapades också på grund av det underlag med porositet av C-typ som utnyttjades.

EXEMPEL 9 En sats innehållande följande material maldes i kulkvarn: 30,0 vikt% WC (medelkornstorlek l,97 um) 750 - kg 51,4 vikt% WC (medelkornstorlek 4,43 pm) l286 kg 6,0 vikt% co 150 kg 5,0 vikt% WC-TiC-karbid i fast lösning 124,5 kg 6,l vikt% TaWC-karbid i fast lösning 152 kg l,5 vikt% W 37,5 kg lO 15 20 25 30 35 459 100 23 Denna blandning satsades till 6,00 vikt% totalt kol.

Dessa material maldes under 51080 varv med 3409 kg cykloider och 798 liter nafta. En slutlig kornstorlek av 0,82 pm åstadkoms. 5000 g pulver avdelades från den blandade och malda satsen och följande material sattes därtill: 1,9 vikt% TiN (förmald till ca 1,4-1,7 pm) 96,9 9 0,2 vikt% C (Ravin 410) 9,4 g _ 1500 ml perkloretylen Dessa material maldes sedan i en kvarntrumma, som var fodrad med volframkarbid och hade en innerdiameter av 190 mm samt som innehöll 50 vol% cykloider (l7,3 kg), under 16 h. Vid avslutning av malningen vâtsiktades det hela genom en 400 maskors sikt, torkades under partiellt vakuum i sigma-blandare vid l2l°C och maldes sedan i Fitzmill-kvarn genom en 40 maskors sikt.

SNG433-ämnen pressades med användning av en kraft av 3600 kg för att skapa en ämnesdensitet av 8,24 g/cm3 och en ämneshöjd av 5,84-6,10 mm. Ämnena sintrades vid l454°C i 30 min på ett NbC- pulversläppmedel vid ett 10-25 p vakuum och fick sedan ugnssvalna. De sintrade proverna hade sintrade dimen- sioner av 4,93 mm x 13,31 mm, en densitet av 13,4 g/cm3 och ett totalt magnetiskt mättnadsvärde av 146-150 gauss-cm3/g Co. Mikrostrukturell utvärdering av proverna visade A-porositet alltigenom och ett kobolt~ anrikat skikt, som var ca 21 pm tjockt.

Insatsernas topp och botten slipades sedan till en total.tjocklek av 4,75 mm. Insatserna värmebehandlades sedan vid l427°C i 60 min vid ett vakuum av 100 p, kyldes till 12o4°c vid en hastighet av 5e°c/h och ugns- kyldes sedan.

Släppningsytorna hos varje insats slipades till en kvadrat med sidan 12,70 mm och kanterna henades till en radie av 0,064 mm. 459 100 10 l5 20 25 24 Insatserna CVD-överdrogs därefter med titankarbid/- aluminiumoxid med användning av följande teknik.

Insatserna placerades i en överdragningsreaktor och upphettades till ca 1026-lO30oC och hölls vid ett vakuum av 88-125 torr. vätgas leddes med en hastighet av 44,73 liter/min genom en förångare, som innehöll Tici4 vid 35-3s°c under vakuum. Tic14-ånga medrycktes i vätgasen och infördes i överdragningsreaktorn.

Samtidigt strömmade väte och metan in i reaktorn med en hastighet av 19,88 och 2,98 liter/min. Dessa be- tingelser för vakuum, temperatur och flödeshastighet upprätthölls under 180 min, varvid skapades ett vid- häftande TiC-överdrag på insatserna. Vätgasflödet till förângaren och metanflödet in i reaktorn avbröts sedan.

Väte och klor fick nu strömma till en generator, som innehöll aiumininmpnrtikinr vid 380-4oo°c och ett tryck av 0,035 kg/cmz. Vätet och kloren strömmade in i gene- ratorn med en hastighet av 19,88 liter/min respektive 0,8-1,0 liter/min. Kloren reagerade med aluminiumet till bildning av AlCl3-ånga, som sedan infördes i reaktorn. Medan vätet och AlCl3 inströmmade i reaktorn inströmmade även C02 med en hastighet av 0,5 liter/min i reaktorn. Dessa flödeshastigheter upprätthölls under 180 min, varunder insatserna hölls vid 1026-1o28°c vid ett vakuum av ca 88 torr. Detta förfarande skapadeettknmr 203, som var vidhäftande bundet till ett inneröverdrag av TiC. pakt överdrag av A1 Utvärdering av de överdragna insatserna gav föl- jande resultat: 459 100 25 Porositet Al i anrikad zon, Al med spridda B i huvudmassan Koboltanrikad zon, tjock- ca 39,3 pm lek (spånyta) Fast lösningutarmad zon, upp till 43,2 Pm tjocklek (spånyta) överdragstjocklek TiC 5,9 um Al2O3 2,0 pm _ Genomsnittlig Rockwell A- 91,9 hårdhet hos underlagets huvudmassa Koercitiv kraft, Hc l70 örsted EXEMPEL 10 Ytterligare 5000 g material avdelades från den ursprungliga materialsats som åstadkommits i exempel 9.

Förmalt TiCN i en mängd av 95,4 g (1,9 vikt%) och l,98 g (0,02 vikt%) Ravin 410 kolsvart sattes till detta material, blandades i 16 h, siktades, torkades och maldes i Fitzmill-kvarn, såsom i exempel 9.

Provstyckena tablettpressades, vakuumsintrades vid l496OC i 30 min och ugnkyldes sedan vid omgivande ugnskylningshastighet. Utvärdering av de sintrade proverna gav följande resultat.

Porositet A-l alltigenom Koboltanrikad zon, tjocklek ca 14,8 pm Fast lösningutarmad zon, upp till 19,7 Pm tjocklek ' Genomsnittlig Rockwell 92,4 A-hårdhet hos under- lagets huvudmassa Magnetisk mättnad l3O gauss-cm3/g Co Koercitiv kraft (Hc) 230 örsted 4 459 100 26 EXEMPEL ll Ytterligare 5000 g material avdelades från den ursprungliga satsen, som framställts i exempel 9.

Förmald TiCN i en mängd av 95,4 g (1,9 vikt%) till- sattes, blandades i 16 h, siktades, torkades och mal- des i Fitzmill-kvarn, såsom i exempel 9. Provbitar pressades sedan och sintrades vid l496°C tillsammans med provbitarna i exempel 10.

Utvärdering av de sintrade proverna gav följande resultat: - Porositet Al med kraftig eta-fas alltigenom Koboltanrikad zon, tjocklek ca 12,5 Fm Fast lösningutarmad zon, upp till l6,4 pm tjocklek Genomsnittlig Rockwell 92,7 A-hårdhet hos huvudmassan Magnetisk mättnad 120 gauss-cm3/g Co Koercitiv kraft, Hc 260 örsted EXEMPEL 12 Följande blandning satsades med användning av den nedan antydda tvåstegsmalningen: STEG I Följande material sattes till en kvarntrumma, var WC-Co- som fodrad och hade en innerdiameter av 181 mm och var l94 mm lång, tillsammans med 17,3 kg 4,8 mm WC~Co- cykloider. Kvarntrumman roterades runt sin cylinderaxel med 85 r/m i 48 h (24480O varv). _ 455 g (6,5 vikt%) Ni 280 g (4,0 vikt%) TaN ll2 g (1,6 vikt%) TiN 266 g (3,8 vikt%) NbN 42,7 g (0,6 vikt%) kol 1410 9 Ethomeen S-15 1500 ml ;. perkloretylen 10 15 20 25 30 35 459 100 27 STEG II Följande sattes sedan till kvarntrumman och denna roterades ytterligare 16 h (8l600 varv): 5890 g (83,6 vikt%) WC 105 g Sunoco 3420 1000 ml perkloretylen Denna blandning balanserades för att ge en 10/90 vikt% W/Ni-bindemedelslegering_ Efter uttagning av blandningsf uppslamningen från kvarntrumman våtsiktades den genom en 400 maskors sikt (Tyler), torkades vid 93OC under kväveatmosfär och maldes med Fitzmill-kvarn genom en 40 maskors sikt.

Provbitarna tablettpressades, sintrades vid l450OC i 30 min i en kväveatmosfär med trycket 6,9 x 104 dyn/cmz och ugnkyldes sedan vid omgivande ugnkylningshastighet.

Efter sintring HIP-behandlades proverna vid l370°C i 9 dyn/cmz. Optisk 60 min i en heliumatmosfär av l x 10 metallografisk utvärdering av de HIP-behandlade proverna visade att materialet hade A-3 porositet alltigenom och en fast lösningutarmad zon med en tjocklek av ca 25,8 pm.

Därefter iordningställdes provet åter och undersök- tes medelst energispridande röntgenstrâlelinjeavsök- ningsanalys (EDX) på olika avstånd från spånytan. Fig 3 visar en grafisk representation av variationen av de relativa koncentrationerna av nickel, volfram, titan och tantal som en funktion av avståndet från spånytan hos provet. Det framgår tydligt att det finns ett skikt nära ytan, vari titanet och tantalet, som bildar karbider vilka är i fast lösning med volframkarbid, är åtminstone delvis-utarmade. Denna fast lösningutarmade zon sträcker sig inåt ca 70 Pm. Diskrepansen mellan detta värde och det ovan rapporterade värdet förmodas bero på det faktum att provet återiordningställdes mellan utvärderingarna så att olika plan genom proverna undersöktes vid varje utvärdering. 459 100 10 15 20 25 30 35 28 I motsvarighet till titan- och tantalutarmningen finns ett anrikat skikt av nickel (se fig 3). Nickel- koncentrationen i det anrikade skiktet minskar när avståndet från spånytan minskar från 30 till 10 pm.

Detta indikerar att nicklet i denna zon förflyktigades delvis under vakuumsintringen.

Toppen i titan- och tantalkoncentrationen vid ll0 Pm förmodas bero på avsökning av ett eller flera slumpvisa stora korn med hög koncentration av dessa element.

De båda parallella horisontella linjerna Visar den typiska spridning som erhålles vid en analys av provets huvudmassa runt den nominella kemiska bland- ningssammansättningen.

EXEMPEL 13 Följande blandning satsades med användning av den nedan antydda malningscykeln i två steg: STEG I v Följande material maldes enligt steg l i exempel 12 455 g (6,4 vika) Ni 280 g (3,9 vikt%) TaH 112 g (1,6 vikt%) TiN 266 g (3,7 vikt%) NbN 61,6 g (0,9 vikt%) C Ravin 410, 502 14 g Ethomeen S-15 2500 ml perkloretylen STEG II Följande sattes sedan till kvarntrumman och rote- rades ytterligare i 16 h: 5980 g (s3,6 vikta wc 140 g Sunoco 3420 Denna blandning balanserades för att ge 10/90 vikt% W/Ni-bindemedelslegering. lO l5 20 25 30 35 459 100 29 Efter utmatning av blandningen siktades den, torkades och maldes i Fitzmill-kvarn enligt exempel 12.

Pressade provbitar vakuumsintrades vid l466°C i 30 min under en 35 p atmosfär. De sintrade proverna hade en A-3 porositet alltigenom och en fast lösning- utarmad zon, som var upp till l3,l Pm tjock.

EXEMPEL 14 En blandning satsades med användning av följande malningscykel i två steg: STEG I Följande material sattes till en kvarntrumma, som var WC-Co-fodrad och hade en innerdiameter av 190 mm och var 194 mm lång, tillsammans med 17,3 kg 4,8 mm WC-Co- cykloider. Kvarntrumman roterades runt sin axel med 85 r/m i 48 h (244800 varv): 177 g (2,5 vikt%) HfH2 132,3 g (2,5 vikt%) TiH2 55,3 g (0,8 vikt%) kol 459 9 (6,4 vikt%) Co 14 g Ethomeen S-15 2500 ml perkloretylen STEG II Följande sattes sedan till kvarntrumman och rote- rades ytterligare l6 h (8l600 varv): 6328 g 140 g (87,9 vikt%) WC Sunoco 3420 Denna blandning balanserades för att ge 10/90 vikt% W/Co-bindemedelslegering.

Efter uttagning av uppslamningen från kvarntrumman våtsiktades uppslamningengenmnen400nwskorssikt,torkades vid 93oC under kväveatmosfär och maldes i Fitzmill-kvarn genom en 40 maskors sikt.

Insatsämnen pressades och sintrades sedan vid 459 100 10 15 20 25 30 35 30 l468°C i 30 min under ett 35 P vakuum, som medgav för- flyktigande av en huvuddel av vätet i proverna. Under sintringen uppbars proverna på ett NbC-pulversläppmedel.

Det sintrade provet hade A-2 porositet i den anrikade zonen och A-4 porositet i provets ej anrikade huvudmassa. Provet hade en genomsnittlig Rockwell "A"- hårdhet av 90, en zon av fast lösningutarmning, som var 9,8 pm tjock, 150 örsted.

EXEMPEL 15 samt en koercitiv kraft, Hc, av En materialsats, som hade en sammansättning vilken motsvarande den hos satsen i exempel 9, blandades, maldes och pressades till insatsämnen. Ämnena sintrades sedan, slipades, värmebehandlades och slipades (endast släppningsytorna) i huvudsak i enlighet med förfarandet som användes i exempel 9. Emellertid användes en av- kylningshastighet av 69°C/h vid den slutliga värmebe- handlingen.

En insats analyserades genom EDX-linjeavsöknings- analys på olika avstånd från insatsens spånytor.

Resultatet av denna analys visas i fig 2. Av fig 2 framgår förekomsten av ett koboltanrikat skikt, som sträcker sig inåt från spånytorna till ett djup av ca 25 pm, följt av ett skikt av material, som är delvis utarmat på kobolt och som sträcker sin inâttill ca 90 pm från spånytorna. Fastän det inte visas i diagrammet i fig 2 har partiell fast lösningutarmning hittats i det koboltanrikade skiktet och fast lösninganrikning har hittats i det partiellt utarmade koboltskiktet.

De båda horisontella linjerna indikerar den typiska spridningen vid analys av huvudmassans material runt den nominella kemiska sammansättningen hos blandningen.

Föregående beskrivning och exempel har givits för att belysa några av de möjliga legeringar, produkter och förfaranden samt användningar som ligger inom ramen för uppfinningen sådan den definieras i de efterföljande _ patentkraven.

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 459 100 3! PATENTKRAV

1. l. Hårdmetallkropp, bildad genom sintring av en en- hetlig blandning av beståndsdelar, k ä n n e t e c k - n a d därav, att hårdmetallkroppen består av mellan 3 vikt% och 10 vikt% av ett metalliskt bindemedel, som är valt bland ett eller flera ur den grupp som består av ko- bolt, nickel, järn och deras legeringar, minst 70 vikt% volframkarbid, varvid volframkarbiden föreligger i fast lösning med upp till 20 vikt% karbid och eventuellt karbo- nitrid av minst en övergångsmetall, vars karbid har en fri bildningsenergi som är mera negativ än den för volframkar- bid nära det metalliska bindemedlets smältpunkt, och att hårdmetallkroppen har ett första område, som börjar vid och sträcker sig inåt från en periferiyta hos kroppen till ett djup av mellan 6 pm och 125 pm, varvid det första om- rådet är anrikat på det metalliska bindemedlet i en sådan omfattning att nivån på metallisk bindemedelsanrikning i det första området når mellan 150% och 300% av kroppens genomsnittliga halt av metalliskt bindemedel, varjämte det första området är åtminstone delvis utarmat på den fasta lösningen, och att hårdmetallkroppen har i huvudsak enbart A- till B-typsporositet genom hela kroppen.

2. Hårdmetallkropp enligt kravet 1, k ä n n e - t e c k n a d därav, att övergångsmetallen är en över- gångsmetall i grupp IVB eller grupp VB i det periodiska systemet.

3. Hårdmetallkropp enligt kravet 1 eller 2, k ä n - att övergångsmetallen är vald zirkonium och vanadin. k ä n n e - n e t e c k n a d därav, bland tantal, titan, niob, hafnium,

4. Hàrdmetallkropp enligt kravet 3, t e c k n a d därav, att övergångsmetallen är titan.

5. Hårdmetallkropp enligt något av kraven 1-4, k ä n n e t e c k n a d därav, att det första området har en tjocklek av mellan 12 um och 50 um. gl 10 15 20 25 30 35 459 100 32

6. Hårdmetallkropp enligt kravet 5, k ä n n e - t e c k n a d därav, att det metalliska bindemedlet är en koboltbaserad legering med ett totalt magnetiskt mättnads- värde av mellan 145 och 158 gauss-cm3/g kobolt.

7. Hårdmetallkropp enligt kravet 1, k ä n n e ~ t e c k n a d därav, att det under det första området finns ett andra område, varvid det andra området är delvis utarmat på det metalliska bindmedlet och anrikat på den fasta lösningen.

8. Förfarande för bildning av en hårdmetallkropp genom sintring av en enhetlig blandning av beståndsdelar, k ä n n e t e c k n a t av följande steg: malning och mellan 3 vikt% som väljs bland ett eller flera ur den grupp som består av kobolt, nickel, minst 70 vikt% volframkarbid, blandning av följande pulverbeståndsdelar: och 10 vikt% av ett metalliskt bindemedel, järn och legeringar därav, och minst 0,5 vikt% av ett kemiskt medel, nitrider och karbonitrider som väljs bland metaller, legeringar, hydrider, av övergångsmetaller, vars karbider har en fri bildnings- energi som är mera negativ än den för volframkarbid nära det metalliska bindemedlets smältpunkt, eventuellt till- sammans med karbider av nämnda övergångsmetaller; till- sättning under malningen och blandningen av en tillräcklig mängd kol för att åstadkomma ett volframfattigt metalliskt bindemedel i den sintrade kroppen; formning av en press- kropp av de malda och blandade beståndsdelarna; och värmebehandling av presskroppen vid en temperatur över det metalliska bindemedlets smälttemperatur så att det kemiska medlet åtminstone delvis omvandlas till karbid i fast lösning med volframkarbid, varigenom under värmebe- det metalliska bindemedlet nära förtätning handlingen halten av presskroppens periferiyta ökar så att ett bildas som börjar vid och sträcker sig inåt från kroppens periferiyta till ett djup av mellan 6 um och 125 pm, var- vid halten metalliskt bindemedel i det första området når mellan 150% och 300% av kroppens genomsnittliga bindeme- delshalt, varjämte det första området är åtminstone delvis första område 10 15 20 25 30 35 459 100 33 utarmat pà karbider eller karbonitrider i fast lösning, och att presskroppen har i huvudsak enbart A- till B-typs- porositet genom hela kroppen.

9. Förfarande enligt kravet 8, k ä n n e t e c k - n a t därav, att det kemiska medlet väljs bland nitrider och karbonitrider av övergàngsmetaller i grupperna IVB och VB.

10. Förfarande enligt kraven 8 och 9, k ä n n e - t e c k n a t därav, att det metalliska bindemedlet är en koboltbaserad legering med ett totalt magnetiskt mättnads- värde av mellan 145 och 158 gauss-cm3/g kobolt.