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Verfahren zur Herstellung von gesinterten Hartlegierungen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gesinterten Hartlegierungen, die mindestens zwei verschiedene harte Bestandteile und als Bindemittel ein Metall, eine Legierung oder eine feste Lösung enthalten.
Es gibt eine grosse Zahl von gesinterten Hartlegierungen, die aus zwei oder mehreren harten Bestandteilen, im allgemeinen Karbiden, in beliebigen Mengenverhältnissen zusammengesetzt sind.
Man hat beispielsweise schon Legierungen aus zwei Wolframkarbiden, WC und W2C, und auch bereits Zusammensetzungen auf der Grundlage eines oder zweier Wolframkarbide und von Titan-oder Tantalkarbid und ähnlich zusammengesetzte Legierungen vorgeschlagen. In der Regel werden diese gesinterten Legierungen durch Zusammenmischen der Gesamtheit der harten Bestandteile mit der Gesamtheit der Hilfsbestandteile erhalten, für welche im allgemeinen die Metalle oder Legierungen der Eisengruppe, z. B. Kobalt, Nickel, verwendet werden. Häufig werden die pulverförmigen Bestandteile längere Zeit in einem geschlossenen Apparat, beispielsweise in einer : Kugelmühle, zerrieben und das erhaltene Gut wird dann verdichtet und durch die Einwirkung einer hohen Temperatur gesintert. Das Sintern kann nach dem Verdichten oder gleichzeitig damit geschehen.
Dieses allgemeine Verfahren, welches den-Vorteil hat, einfach zu sein, befriedigt nicht immer.
Es kann nämlich leicht der Fall eintreten, dass die harten Bestandteile ungleiche Adsorptionsfähigkeit gegenüber dem durch ein Metall oder eine Legierung gegebenen Bindemittel aufweisen. Der adsorptiv wirksamste Bestandteil bewirkt dann zum Schaden der weniger wirksamen Bestandteile eine kräftige Fixierung des Bindemittels, z. B. der dafür vorgesehenen Legierung. Infolgedessen wird die Zähigkeit und der Zusammenhalt der als Endprodukt sich ergebenden Legierung ungünstig beeinträchtigt.
Diesem Übelstand wird nach der Erfindung bei der Herstellung von Hartlegierungen mit mindestens zwei harten Bestandteilen und leichter schmelzbaren, als Bindemittel dienenden Hilfsmetallen
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Hilfsmetall oder eine Hilfslegierung durch Adsorption fixiert und die so erhaltenen Produkte nach inniger Mischung in bekannter Weise sintert.
Durch das Verfahren nach der Erfindung erhält man eine Hartlegierung, bei welcher die Körner jedes Hartbestandteiles miteinander durch eine Schicht aus Hilfsmetall oder Hilfslegierung verbunden sind, deren äusserste Atome durch den betreffenden Hartbestandteil fixiert sind. Zwischen diesen äussersten Schichten ist eine mehr oder weniger homogenisierte Hilfslegierung verteilt, die durch die beim thermischen Vorgang des Sinterns erfolgende augenblickliche gegenseitige Diffusion der Hilfsbestandteile entstanden ist. Die erfindungsgemäss erzeugte Hartlegierung weist infolgedessen ein besonderes und vorteilhaftes Gefüge von festem Zusammenhalt und grosser Zähigkeit auf.
Man kann an jedem der Hartbestandteile das gleiche Hilfsmetall bzw. die gleiche Hilfslegierung oder auch voneinander verschiedene Hilfsmetalle bzw. Hilfslegierungen in einem der Adsorptionsfähigkeit der Hartbestandteile für die betreffenden Hilfsmetalle bzw. Hilfslegierungen entsprechenden Verhältnis adsorbieren. Im allgemeinen wird aber ein einziges Hilfsmetall bzw. eine einzige Hilfslegierung nicht gleich gut durch die verschiedenen harten Bestandteile fixiert. Man wird daher meist mit Vorteil an jedem harten Bestandteil ein besonderes Hilfsmetall bzw. eine besondere Hilfslegierung fixieren. Beispielsweise kann eine Zerreibung in einer Kugelmühle getrennt für jeden Hartbestandteil mit der zugehörigen, durch ihn zu adsorbierenden Menge Hilfsmetall oder Hilfslegierung in Pulverform ausgeführt werden.
Anderseits kann im Verlauf des die Legierungsherstellung abschliessenden Sinterns jedes dieser einzelnen Metalle oder jede dieser einzelnen Legierungen auf die anderen Hilfsmetalle oder Hilfslegierungen einwirken.
Erfindungsgemäss kann man auch solche Hilfsmetalle bzw. Hilfslegierungen verwenden, welche beim Sintern des Gemisches miteinander feste Lösungen bilden. Dies bietet den Vorteil, dass die Atome eines bestimmten Metalls, die durch einen harten Bestandteil adsorbiert worden sind, trotz der gegenseitigen, die feste Lösung ergebenden Diffusion der Hilfsmetalle adsorbiert bleiben. Die Zähigkeit und der Zusammenhalt der Hartlegierung erfährt daher eine günstige Steigerung.
Im einzelnen kann das Verfahren der Erfindung beispielsweise wie folgt ausgefürt werden : Es sei Wolframkarbid WC mit Titankarbid TiC und einer festen Hilfslösung zu sintern ; der Versuch zeigt, dass Wolframkarbid kräftig fixierend auf Kobalt wirkt, während Titankarbid besser Nickel fixiert. Es wird daher im feingepulverten Zustand einerseits die Gesamtheit des Wolframkarbids und die für die endgültige Legierung erforderliche Menge Kobalt und anderseits die Gesamtmenge des Titankarbids und die mindestens zu seiner getrennt en Agglomeration notwendige Menge Nickel gemischt.
Es lassen sich gute Ergebnisse dadurch erzielen, dass man einerseits 75-97 Gewichtsteile Wolfram-
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karbid mit 25-3 Teilen Kobalt und anderseits 75-92 Gewichtsteile Titankarbid mit 25-8 Gewichtsteilen Nickel mischt.
Jedes dieser aus zwei Bestandteilen zusammengesetzten Gemische wird einer kräftigen Reibungsund Zerkleinerungswirkung, z. B. durch längeres Zerreiben in einer luftdicht abgeschlossenen Kugelmühle auf trockenem Wege oder in Gegenwart einer keine chemische Wirkung auf die Bestandteile ausübenden Flüssigkeit, unterworfen. Auf Grund dieser Zerreibungswirkung wird das Nickel an dem
Titankarbid und das Kobalt an dem Wolframkarbid fixiert. Man mischt dann die beiden erhaltenen
Pulver, was sich verhältnismässig leicht ausführen lässt, weil das Gleiten des Nickels auf dem Kobalt sich ungefähr ebenso leicht vollzieht wie das Gleiten des Nickels auf dem Nickel oder des Kobalts auf dem Kobalt. Wenn die vollständige Homogenisierung erreicht ist, verdichtet man die Masse unter einem Druck von mehreren, z.
B. 4-6, Tonnen auf den Quadratzentimeter und härtet durch Sintern in neutraler oder reduzierender Atmosphäre zwischen 1250 und 15000 C.
Die Sinterungsdauer muss um so länger sein, je niedriger die gewählte Temperatur ist. Es ist vorteilhaft, dass die Sinterungsbedingungen dem Kobalt und dem Nickel eine gegenseitige Diffusion ermöglichen, um eine ungefähr homogene feste Lösung zu erhalten, aber dies ist keine unbedingt notwendige Forderung. Die Erfahrung hat gezeigt, dass die Zähigkeit und der Zusammenhalt des erzeugten Produktes befriedigend bleibt, selbst wenn die feste Lösung nicht im vollkommensten Zustande erhalten wird, ja sogar wenn sie kaum eingeleitet ist.
Ein besonderes vorteilhaftes Ausführungsbeispiel für eine zähe, wirksam zusammenhaltende Legierung ist eine Zusammensetzung von 90-95 Gemischgewichtsprozenten Wolframkarbid und Kobalt mit 10-5 Gewichtsprozenten Titankarbid und Nickel. Für diese besonderen Zusammensetzungen ist es, wie festgestellt worden ist, von Bedeutung, dass das Gemisch von Wolframkarbid und Kobalt zwischen 8 und 6 % Kobalt enthält, während es für das Gemisch von Titankarbid und Nickel sich empfiehlt, einen Gehalt an Nickel von etwa 12-18 % vorzusehen.
Das Sintern kann auch in zwei oder mehreren Stufen erfolgen, indem man der Legierung nicht gleich ohneweiters ihre ganze Zähigkeit verleiht, sondern eine Bearbeitung oder Streckung der Legierung vor der Ausführung der endgültigen Sinterung bei der Höchsttemperatur vornimmt.
Man kann das Sintern auch gleichzeitig mit dem Verdichten bewirken, indem man beispielsweise die Masse einem Druck von 50-100 kg auf den Quadratzentimeter und ausserdem einer Temperatur von 1200-1500 C unterwirft. In diesem Falle bleibt die gesamte Sinterungsdauer unter einigen Minuten.
Das Verfahren der Erfindung ist auch auf Legierungen anwendbar, die aus noch mehr Bestandteilen zusammengesetzt sind. Wenn es sich beispielsweise um drei harte Bestandteile handelt, kann man sie nach Belieben je nach ihrer Natur mittels einer, zweier oder dreier Legierungen oder Metalle fixieren, die als Bindemittel dienen. Die Arbeitsweise der Erfindung gestattet somit auch, Gemische von zwei Wolframkarbiden mit Tantalkarbid oder Titankarbid sowie auch Gemische von Wolframkarbid oder Wolframkarbiden WC, von Tantalkarbid TaC und von Niobkarbid NbC usw. zusammenzuballen.
Die Praxis hat gezeigt, dass durch die Verwendung des Verfahrens der Erfindung die Widerstandsfähigkeit und Festigkeit der darnach hergestellten Platten und Plättchen, wenn man sie Biegungsversuchen aussetzt, um 30-70% gesteigert wird. Der Hauptvorteil dieses Verfahrens liegt aber in der höheren Stossfestigkeit, welche die aus Legierungen nach der Erfindung hergestellten Werkzeuge und Arbeitsgeräte aufweisen.
PATENT-ANSPRUCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von gesinterten Hartlegierungen mit mindestens zwei harten Bestandteilen und leichter schmelzbaren, als Bindemittel dienenden Hilfsmetallen oder Hilfslegierungen, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem der harten Bestandteile gesondert ein Hilfsmetall oder eine Hilfslegierung durch Adsorption fixiert wird und die so erhaltenen Produkte nach inniger Mischung in bekannter Weise gesintert werden.