DE3412565A1 - Verfahren zum herstellen eines zaeh-harten werkstoffes fuer werkzeuge und/oder verschleissteile und nach diesem verfahren hergestellter werkstoff - Google Patents
Verfahren zum herstellen eines zaeh-harten werkstoffes fuer werkzeuge und/oder verschleissteile und nach diesem verfahren hergestellter werkstoffInfo
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Description
Patentanwalt DipU-lng. R. Beyer Gneisenaustraße 1 D-4030 Ratingen
Verfahren zu« Herstellen eines zäh-harten Werkstoffes
für Werkzeuge und/oder Verschleißteile und nach diesen
Verfahren hergestellter Merkstoff
Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren zum Herstellen
eines zäh-harten Werkstoffes für Werkzeuge und/oder Verschleißteile.
Des weiteren bildet Gegenstand der Erfindung ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Werkstoff.
Es ist bekannt, daß Gefüge harter Werkstoffe, die auf schmelzmetallurgischem Vieg erzeugt worden sind, aus
weicheren Bereichen - herrührend von den Dendritenstämmen und -armen des Erstarrungsgefüges - bestehen, die von
einem mehr oder weniger kontinuierlichen Netzwerk größerer Härte umgeben sind, das von der interdendritisch erstarrten
Restschmelze herrührt. Dieser härtere Gefügebestandteil
besteht bei den ledeburitischen Stählen aus Karbiden -
Patentanwalt Dipl.-lng. R. Beyer Gneisenaustraße 1 D-4030 Ratingen 6
-Zf-
typisch MC und M.C -, die in dichter Häufung in eine
ferritische Matrix eingelagert sind. Bei der Umformung wird das Netzwerk der harten Gefügebestandteile gestreckt.
Dies führt bei den ledeburitischen Stählen zu der bekannten Karbidzeiligkeit.
Die Rißfortpflanzung in einem solchen Gefüge folgt in der Regel dem vom härteren Gefügebestandteil vorgezeichneten
Weg. Insbesondere bei den ledeburitischen Stählen pflanzen sich die Risse stets längs der Karbidzeilen fort.
A u f g a Ib e
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1 zu
schaffen, mit dem es möglich ist, einen Werkstoff herzustellen, der zäher ist als übliche Schnellarbeitsstähle
und Hartmetalle und dabei eine Verschleißfestigkeit von ähnlicher Größenordnung aufweist, wie sie den Schnellarbeitsstählen
eigen ist.
Patentanwalt Dipl.-lng. R. Beyer Gneisenaustraße 1 D-4030 Ratingen
-Sr-
Des weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen vorteilhaften Werkstoff gemäß dem erfindungsgemäßen
Verfahren bereitzustellen.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich,
auf pulvermetallurgischem Wege ein Gefüge zu schaffen, bei dem harte Bereiche umgeben sind von einer weicheren
Matrix. Wenn die Dicke der weicheren, zäheren Zwischenschichten gegenüber der Größe der härteren Bereiche
zweckmäßig abgestimmt ist, wird die Rißfortpflanzung
in solchen Gefügen erschwert, die Zähigkeit erhöht.
Im Rahmen des Erfindungsgedankens (Aufgabe und Lösung)
können Schnellarbeitsstahl-Pulverteilchen auf z.B. folgender, an sich bekannter Basis zur Anwendung kommen:
1. Beispiel: Alle Pulvertypen mit besonders angereichertem Karbidgehalt bis zu 50 Volumenprozenten sowie an Vanadium,
Nfiob, Wolfram und Molybdän angereicherte Schnellarbeitsstahl-Pulversorten.
2. Beispiel: Fe + 4 % Chrom + 6 % Wolfram + 5 % Molybdän
+ 2 % Vanadium + 0,9 % Kohlenstoff (alle Angaben als
Gewichtsprozente).
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Für die Bindephase kann eingesetzt werden:
3. Beispiel: Mangan 20?ό bis 60?i + Nickel 2 0?i bis 5Οι
+ Fe O % bis 60% + C 1% bis 4% (alle Angaben als Gewichtsprozente
) .
Erfindungsgemäß werden die Schnellarbeitsstahl-Pulverteilchen
zweckmäßigerweise in eine austenitische Bindephase eingebracht, die die weichere, zähere Matrix bildet.
Für die Erzeugung des erfindungsgemäßen Gefüges nach
dem vorgeschlagenen Verfahren bieten sich grundsätzlich zwei Wege an:
Gemäß iPateimtamspriuicihi 3 erfolgt eine Beschichtung von
Schnellarbeitsstahl-Teilchen mit Nickel, etwa nach dem Sherritt-Gordon-Verfahren oder durch Electroless Plating
mit nachfolgendem isostatischem Heißpressen oder Schmieden.
Beim "Electroless Plating" erfolgt eine Belegung der Schnellarbeitsstahl-Pulverteilchen mit Nickel ohne Einwirkung
von elektrischem Strom.
Der zweite Weg wird in Pateinitainisproch 4 aufgezeigt.
Hierbei handelt es sich um ein Flüssigphasensinterη
von Schnellarbeitsstahl-Pulverteilchen mit einer Schmelze
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aus Austenitbildnern. Dafür können z.B. Nickel-Manganoder
Nickel-Hangan-Kupfer-Legierungen in Betracht kommen.
Der in Pateinitainispriuiclbi 4 aufgezeigte Weg hat vor allem
den Vorteil guter Wirtschaftlichkeit technischer Großproduktion. Gegenüber dem gängigen Verfahren der Supersolidus-Sinterung
von Schnellarbeitsstahlpulvern bringt er den Vorteil eines leichter beherrschbaren Sinterkorridors.
Die Bildung von Mangankarbiden muß verhindert u/erden. Dies kann z.B. durch Zulegieren von Bor und Silizium
zur Bindephase geschehen. Alternativ können die Stahl-Pulverteilchen durch Zementation zuerst mit Kupfer überzogen
uerden, bevor sie mit der Nickel-Mangan - oder Nickel-Mangan-Kupfer-Schmelze
in Kontakt gebracht werden (Patentanspruch 5) .
In Patentanspruch 6 ist eine vorteilhafte Verfahrensweise für die Erzeugung einer niedrigschmelzenden Bindephase
beschrieben.
In den Patentansprüchen 1 und 8 sind vorteilhafte Varianten
hierzu beschrieben. Im angesprochenen Konzentrationsbereich des Systems Ni-Mn treten mehrere intermetallische
Phasen auf, die leicht mahlbar sind. In diesem Zustand
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-M- - Jowird auch die Karburierung des Mn verzögert.
Lösuimg der Aufgabe betreffend den Merkstoff
Diese Aufgabe wird durch die in Pateimtamispriticlhi 9 wiedergegebenen
Merkmale gelöst.
Die Pateinitainispnrücltne 10 und II beschreiben vorteilhafte
Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Werkstoffes.
In der Zeichnung ist die Erfindung - teils schematisch an einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Es zeigen:
Fig. 1 Ein Gefügebild in starker Vergrößerung gemäß dem Stand der Technik und
Fig. 2 ein Gefügebild eines erfindungsgemäßen Werkstoffes.
In Fig. 1 sind mit dem Bezugszeichen 1 relativ weiche Werkstoffbestandteile bezeichnet, die in einem Netzwerk
eines relativ harten Gefügebestandteils 2 eingelagert
sind. Der Riß 3 in einem solche Gefüge folgt in der Regel dem vom härteren Gefügebestandteile 2 vorgezeichneten
Weg. Insbesondere bei den ledeburitschen Stählen pflanzen sich die Risse stets längs den Karbid
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- yt -
zeilen fort.
Unter Anwendung der Pulvermetallurgie wird erfindungsgemäß
ein Gefüge vom umgekehrten Typ geschaffen, indem harte Gefügebestandteile 4 von einer M/eicheren Matrix
5 ganz oder teilweise umgeben sind. Wenn die Dicke der weichen Zwischenschicht 5 gegenüber der Größe der harten
Bestandteile 4 zweckmäßig abgestimmt ist, wird in solchen Gefügen die Rißfortpflanzung erschwert und die Zähigkeit
erhöht.
Die in der Beschreibung, in der Zusammenfassung und in den Patentansprüchen beschriebenen sowie aus der
Zeichnung ersichtlichen Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung
der Erfindung wesentlich sein.
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Bezugszeiclh) e im 1 i s t e
1 weiche Gefügebestandteile
2 harte Gefügebestandteile
4 harte Gefügebestandteile
5 weiche Matrix, Zwischenschicht, Bindephase
Claims (11)
1. Verfahren zum Herstellen eines zäh-harten Werkstoffes für Werkzeuge und/oder Verschleißteile, dadurch
gekennzeichnet, daß pulvermetallurgisch vorbereitete, geeignete harte Werkstoff-Teilchen (3) in einer
weicheren Matrix (4) vollständig oder teilweise eingelagert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schnellarbeitsstahl-Pulverteilchen (3) in einer
austenitischen Bindephase (4) eingebracht werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schnellarbeitsstahl-Pulverteilchen (3) mit
dem Werkstoff der weicheren Bindephase (4), z.B. Nickel, beschichtet und anschließend isostatisch
heißgepreßt oder geschmiedet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn zeichnet, daß Schnellarbeitsstahl-Pulverteilchen
(3) mit einer Schmelze aus Austenitbildnern, z.B.
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-ι -
aus Nickel-Mangan- dder Nickel-Mangan-Kupfer, flüssigphasengesintert
werden.
5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadiuirclhi gekennzeichnet.,
daß die Schnellarbeitsstahl-Pulverteilchen (3) durch Zementation zuerst mit Kupfer überzogen
und anschließend mit der Nickel-Mangan- oder der Nickel-Mangan-Kupfer-Schmelze in Kontakt gebracht
werden und/oder dieser Schmelze Bor und Silizium, z.B. 1?Ä bis 2% Silizium und 0,3% Bor, zulegiert
«/erden.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dladliuurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der niedrigschmelzenden Bindephase (4) eine Vorlegierung wasserato
misiert wird, anschließend das Aussieben feiner Teilchen und Vermählen mit dem Schnellstahlpulver
vorgenommen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche
2 bis 5, dadhiurclh] gekennzeichnet, daß elementare
Pulver, z.B. Carbonylnickel, Elektrolytkupfer und
Elektrolytmangan, zur Erzeugung der niedrigschmelzenden Bindephase (4) gemischt u/erden.
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8. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß eine geeignete Vorlegierung auf der Basis des
'ή -Mangan-Kohlenstoff-Mischkristalls mit bis zu
2,6% C mit Fe und Ni hergestellt wird.
9. Ein gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 8 hergestellter zäh-harter Werkstoff
für Verschleißteile und/oder Werkzeuge, dadurch
gekennzeichnet, daß auf pulvermetallurgischem Wege hergestellte, harte Werkstoffteilchen (3), insbesondere
Schnellarbeitsstahl-Pulverteilchen (3), in einer weicheren Matrix (4) eingelagert sind.
10. Werkstoff nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die weichere Matrix-Bindephase (4) z.B. aus folgenden Bestandteilen gebildet wird:
1. Ni + 45?ί bis 70?ά Mn, vorzugsweise 55% bis 65%
Hn; oder:
2. Cu + 20?i bis 50?Ä Mn, vorzugsweise 30?£ bis 40?ό.Μη;
oder
3. Ni 35 ΐ 105S, vorzugsweise ΐ 558 + Mn 35 ΐ 105Ϊ,
vorzugsweise - 5% + Cu 30 - 10%, vorzugsweise - 5% (alle Angaben in Gewichtsprozenten)
Patentanwalt Dipl.-Ing. R. Beyer Gneisenaustraße 1 D-4030 Ratingen
11. Werkstoff nach Anspruch 9 oder 10, dladurclhi gekeimirs-
zeithnet, daß die Größe der härteren Schnellarbeitsstahl-Pulverteilchen
(3) 10 bis 500 jjm, vorzugsweise
20 pm bis 100 ^im und die Größe der Bereiche der
weicheren Bindephase (4) 0,1 bis 20 pm, vorzugsweise 0,2 bis 5 ^Jm, beträgt.
weicheren Bindephase (4) 0,1 bis 20 pm, vorzugsweise 0,2 bis 5 ^Jm, beträgt.
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