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Verfahren zur Herstellung von Hartmetallegierungen.
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oder mehreren Hartnitriden, welchen durch Sintern ein wesentlich niedriger schmelzendes Hilfsmetall, vorwiegend Eisen, Kobalt oder Nickel, eventuell auch Chrom und andere niedrig-oder hochsehmelzende
Metalle zulegiert sind.
Das Hilfsmetall (in Mengen von 5 bis etwa 20%) hat dabei vor allem den Zweck, die Hartkarbid- bzw. Hartnitridteilchen untereinander zu verbinden bzw. miteinander zu verlöten, um dadurch zu weniger spröden Sinterstücken, als wie es die Formlinge aus den reinen Hartkarbiden oder Hartnitriden, durch Sintern oder durch Giessen hergestellt, sind, zu gelangen. Die Verlötung erfolgt auf dem Weg des Sinterns bei Temperaturen meist knapp unterhalb des Schmelzpunktes des oder der Hilfsmetalle.
Alle diese Sinterstück weisen jedoch eine mehr oder weniger grosse Porosität auf, die bei der späteren Verwendung als Werkzeug od. dgl. nachteilig wirkt. Selbst unter Druck hergestellte Sinter- stücke, deren Anfertigung überdies sehr schwierig ist, sind fast immer noch im Kern etwas porös. Der , Druck pflanzt sich eben durch die sehr rauhe Masse, in der grosse Adhäsionskräfte wirken, nicht genügend fort. Die innere Kornreibung in derartigen Presslingen beim Pressvorgang ist eben ungemein gross und kann nur schwer, meist aber gar nicht vollkommen überwunden werden. Auch Presslinge, denen das oder die Hilfsmetalle nachträglich durch Einsaigern hinzulegiert wurden, sind noch etwas, vor allem im Kern, porös und zudem ziemlich spröde, da sie fast den Charakter von gegossenen Produkten ange- nommen haben.
Diesen Übelständen kann nun, wie eingehende Versuche gezeigt haben, dadurch abgeholfen werden, dass man derartige Presslinge nicht in einem einzigen Arbeitsgange mittels der Presse als einzelnes Stück, wie bisher herstellt, sondern durch Bildung zahlreicher übereinanderliegender, einzeln gepresster und untereinander durch Druck verseliweisster dünner Schichten.
Bisher wurden die Presslinge aus den geeigneten Karbidmetallpulvern zwecks Verfestigung viele
Stunden oder Tage bei Anwendung steigender Temperaturen thermisch behandelt (gesintert). Ein
Sintern erübrigt sich jedoch bei der Arbeitsweise gemäss vorliegender Erfindung.
Die Herstellung einer Hartmetallegierung nach diesem Verfahren kann beispielsweise praktisch auf folgende Weise geschehen : Es wird ein Pulvergemisch, bestehend z. B. aus Wolframkarbid, mit einem Hilfsmetall (8%), z. B. Eisen, in dünner Schicht von etwa 1/100 mm auf einer geeigneten Unterlage, z. B. Eisenplatte, gestreut, so dass diese (etwa vom Flächenmass von 2 X 10 em) damit vollkommen bedeckt ist. Die Unterlage wird dabei ständig in diesem Falle zweckmässig auf zirka 1000 oder 12000 C gehalten. Über dieser soeben hergestellten dünnen Schichte läuft nun einmalig (oder mehrmalig) eine Druckrolle, z. B. aus Wolframmetall, die zweckmässig hoch poliert ist, oder ein Gleitstück, ebenfalls hoch poliert, z.
B. aus Wolfram- metall, Saphir, Diamant od. dgl., oder es wird ein Pressstempel ganz kurze Zeit, zweckmässig ein Bruchteil einer Sekunde, einwirken gelassen. Ein grosser Druck wirkt günstig, ist aber bei der Verwendung bzw.
Auftragung so dünner Schichten nicht unbedingt erforderlich. Die Druckwalzen können z. B. bei der
Bearbeitung einer so kleinen Fläche (2 X 10 cm) mit nur etwa 10-20 kg belastet sein. Dieser relativ geringe Druck genügt vollkommen in Verbindung mit der hier angewandten hohen Temperatur. Nunmehr
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oder mehr gebildet ist. Es genügt in den meisten Fällen, wenn die Druckwalze ein einziges Mal über die ganze Fläche rollt. Demnach kann eine brauchbare Hartmetallschichte von 5 nun Dicke nach 500maligem Überwalzen hergestellt werden.
Diese Schichte kann später, wenn verlangt, von der Unterlage abgetrennt werden. Für diesen
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Gebrauch als Werkzeug Mitverwendung finden (Fig. 6 und 7).
Die so erhaltenen Produkte weisen selbst bei stärkerer Vergrösserung der geschliffenen und geätzten
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längeres Erhitzen, durch damit hervorgerufene Diffusionsvorgänge im Innern derselben, homogenisiert werden. Meist erübrigt sich jedoch eine solche Nachbehandlung. Die geschliffene und geätzte Oberfläche lässt meist die vorteilhafte und für den Verwendungszweck angestrebte Faserstruktur (hervorgerufen durch den Walzprozess) erkennen.
Der Prozess kann unter einem Schutzgas (Leuchtgas oder Wasserstoffgas od. dgl. ) oder im Vakuum oder aber abwechselnd unter Schutzgas und im Vakuum vorgenommen werden. Als Zusätze können auch Metalloide Verwendung finden, wie z. B. Silizium, Bor u. a. An Stelle der reinen Elemente (z. B. Eisen, Nickel) können auch deren Oxyde Verwendung finden, die dann während des Prozesses unter dem Einflusse des Schutzgases (z. B. Wasserstoff) eine Reduktion erfahren.
Die so hergestellten Hartmetallegierungen, die demnach aus zahlreichen dünnen übereinanderliegenden und untereinander verschweissten Schichten bestehen, sind den bisher bekanntgewordenen gesinterten oder gleichzeitig mit dem Pressen (der Formlinge) gesinterten oder geschmolzenen, meistens überlegen. Innere Spannungen der fertigen Formlinge werden hier durch die Art der Herstellung in Schichten in den allermeisten Fällen mit Erfolg vermieden.
Die nach diesem Verfahren hergestellten Produkte können auch für andere Arbeitsgeräte, wie
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aufhängung bei Uhren u. dgl. mehr, wofür sich die gesinterten Legierungen bisher trotz vielfacher Versuche in sehr vielen Fällen nicht bewährt haben.
Zur Anwendung (Verarbeitung) können alle bisher bekanntgewordenen Hartkarbide und Hartnitride mit oder ohne niedriger oder höher schmelzenden Hilfsmetallen, einzeln oder im Gemenge, kommen.
Diesen Pulvern können auch andere Hartsubstanzen (natürliche wie künstliche, z. B. Bor oder Diamant u. ähnl. ) hinzugefügt sein.
Sollen hilfsmetallfreie Hartkörper nach diesem Verfahren hergestellt werden, z. B. aus reinem
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metall mit dem Schmelzpunkte 35000 C, oder aus Kohle bestehen. Die Arbeitstemperatur wird dann zweckmässig in der Nähe des Erweichungspunktes des Karbidpulvers (2500 C) vorgenommen. Die Druckwalze besteht dann zweckmässig aus reinem Wolframmetall. Bei der dann angewendeten Erweichungstemperatur ist ein hoher Druck nicht erforderlich. Die Temperatur für eine eventuelle nachtägliche thermische Behandlung richtet sich nach der Wahl des Hilfsmetalls oder des Schmelzpunktes des Hilfsmetallgemisches. Bei Verwendung von Eisen oder Nickel als Hilfsmetall eignet sich der Tempe- raturbereich von 1000 bis 1200 C sehr gut für die thermische Nachbehandlung zwecks Homogenisierung.
Auf der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäss der Erfindung dargestellt, u. zw. zeigt : Fig. 1 schematisch die Vorrichtung in Vorderansicht, Fig. 2 eine Teilseitenansicht derselben. Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie A-B der Fig. 1, Fig. 4 die Seitenansicht der Profilwalze der Vorrichtung, Fig. 5 eine Teilansicht des fertigen Hartkörperringe, Fig. 6 die Ansicht eines der aus dem Ring gewonnenen Werkstücke und Fig. 7 einen mit dem Hartkörper gemäss der Erfindung versehenen Werkzeugdrehstichel.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel dient als Unterlage zur Aufnahme der dünnen Schichten keine ebene Platte, sondern ein (rotierender) Ring a rechteckigen Querschnittes aus Eisen, Nickel, Kohle, Graphit, Molybdän oder ein anderes hochsehmelzendes Metall. Der Ring a hat seitliche Bohrungen b,
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z. B. durch elektrische Widerstandserhitzung derart, dass der Ring a als Widerstand zwischen stromführenden Bürsten o, p angeordnet ist (z. B. wird für einen Ring von etwa 20 cm Durchmesser und von einer Breite von 20 w : m Strom von 20 Volt und 1500 Amp. benötigt).
Vorzugsweise am tiefsten Punkt des Ringes a ist eine an seiner Innenseite angreifende auf Druck arbeitende Profilwalze 1n, m1 angeordnet, die mit einer Gegenwalze n zusammenarbeitet. Mit Bezug
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das untere Ende des Ableitungsrohres il eines Trichters i, der sich unterhalb einer rotierenden Siebtrommel lt befindet, die das zu verarbeitende Pulvergemisch enthält.
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Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist folgende :
Das zu verarbeitende Pulvergemisch gelangt aus der Siebtrommel h über den Trichter t (dessen Ableitungsrohr einen der Breite des Ringes a entsprechenden rechteckigen Querschnitt gemäss Fig. 3 besitzt) auf die Innenfläche des rotierenden Ringes a und wird hier durch die Druckwalze m, mi fest-
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Schutzgasfüllung angeordnet (nicht dargestellt). Die Erhitzung des rotierenden Ringes a könnte z. B. auch durch eine Stichflamme erfolgen.
Das zu verarbeitende Pulvergemiseh kann auch anstatt im kalten Zustande heiss aufgetragen werden. Gegebenenfalls könnte das Pulver durch eine geeignete Vorrichtung auf die innere Ringfläche durch ein Druckgas, Schicht um Schicht, heiss aufgespritzt werden, bei welcher Verfahrensart der Ring (die Unterlage) auch unangewärmt sein könnte.
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens gemäss vorliegender Erfindung besteht in der Möglichkeit der automatischen Herstellung von Hartkörperstüeken und in dem Fortfall des Gebrauches von hydrau- lischen Pressen für die Anfertigung der Hartkörperpresslinge. Denn die Verwendung von hydraulischen
Pressen ist schwierig, umständlich und durch die notwendige Bedienung teuer im Betrieb.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Hartmetallegierungen aus Karbiden, Nitriden oder Gemischen von diesen, gegebenenfalls unter Zusatz von Metallen oder Metalloiden und fallweise Beimischung von
Hartkörpern, wie Siliziumkarbid, Kunstkorund, Diamant u. dgl. als Einschlussmaterial, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Mischung der Legierungsbestandteile im hocherhitzte Zustande in einzelnen dünnen
Schichten, vorteilhaft in Schutzgasatmosphäre, wie Leuchtgas, Wasserstoff oder im Vakuum oder abwechselnd in Schutzgasatmosphäre und Vakuum auf einer Unterlage von Eisen, Wolfram, Kohle u. dgl. übereinandergepresst und der fertige Körper entweder von der Unterlage abgelöst oder mit dieser verschweisst verwendet wird.