Mit einer Hartmetallauflage versehenes Werkzeug. ,;Die Erfindung betrifft ein mit einer Häiltmetallauflage versehenes Werkzeug, NAbei die Auflage beispielsweise mit dem Schaft des Werkzeuges durch Schweissen oder ähnliche Hitzebehandlung verbunden worden sein kann.
Es wurde bereits vorgeschlagen, solche Hartmetallauflagen aus sogenannten Stelliten herzustellen, welche im allgemeinen Legie rungen darstellen, die aus Wolfram oder Moly bdän, Chrom und Kobalt, oder Nickel bestehen und :die im .Schmelzfluss auf den Werkzeugschaft aufgetropft wurden. Die Härte solcher Auflagen ist jedoch oft unzu reichend, und man versuchte daher, reines Wolframkarbid oder Gemische von Wolfram und Kohle mit Hilfe von Metallen der Eisengruppe aufzuschweissen.
Zu letzterem Zweck hat man beispielsweise das Wolfram karbid in ein Rohr aus Eisen eingeschlossen Lind nun das Rohr geschmolzen, wodurch das Wolframkarbid, eingebettet in das schmelz- flüssige Metall, mit dem Werkzeugschaft verschweisst wurde. Eine solche Verbindung weist aber oft unzureichende Festigkeit auf, weil das schmelzende Rohr in der kurzen Zeit des Aufschweissens nicht alle Zwischen räume zwischen den Karbidstückchen durch dringen kann,
und weil anderseits eine innige Verbindung des Rohrmetalles mit dem MTerkzeugschaft nur dann möglich ist, wenn der letztere an der Verbindungsstelle gleich falls schmilzt. Da für den Werkzeugschaft regelmässig kohlenstoffhaltiges Essen (Stahl) verwendet wird, dringt dieser Kohlenstoff auch in das Rohrmetall ein, wodurch dessen Zähigkeit und damit die Festigkeit der gan zen Auflage herabgesetzt wird. Auch sind solche Schmelzauflagen unerwünscht porös.
Gemäss der Erfindung besteht die Hart metallauflage aus einer Legierung, welche zum überwiegenden Teil mindestens zwei Metalle der sechsten Gruppe des periodi schen Systems, von denen eines oberhalb 2000 " C und ein anderes unterhalb 2000 C schmilzt, und ausserdem 'Kohlenstoff in Alen- gen von 2-6 %, sowie mindestens 25 % eines Metalles der Eisengruppe enthält.
Es hat sich gezeigt, dass eine solche Le gierung als Hartmetallauflage, z. B. zum Aufschmelzen auf einen Werkzeugschaft, ausserordentlich geeignet ist<B>und</B> mit .diesem eine innige Verbindung auch bei Tempe raturen eingeht, die nur wenig von dem Schmelzpunkt des Schaftmaterials verschie den sind.
In einer besonderen Ausführungsform kann die Hartmetallauflage aus 50-60% Wolfram,<B>2-6%</B> Kohlenstoff, 5-.15 Chrom, Rest mindestens ein. Metall .der Eisengruppe, oder aus 50-65% tech nischem Wolframkarbid, 5-15% Chrom und 30-40% mindestens eines Metallas der Eisengruppe bestehen.
In einer solchen Legierung kann das Wolfram mindestens teilweise .durch Molyb- dän ersetzt sein.
Zu einer solchen Legierung kann aber noch mindestens ein Element .der vierten Gruppe des periodischen Systems, wie Titan, Zirkon und Silizium, oder auch Bor in be scheidenen Mengen zugesetzt sein. Die Ge samtmenge dieser letzterwähnten Zusätze wird vorteilhaft zwischen 1 % und 6 % 'ge wählt.
Eine Legierung, die 50-60% Wolfram, <B>2-6%</B> Kohlenstoff, 2-6% Titan, 5-15 Chrom, 25-40% Eisen enthielt, hat sich als Hartmetallauflage an Werkzeugen be sonders bewährt, da sie ausserordentliche Widerstandsfähigkeit gegen Verschleiss und Abnutzung aufwies. Ihre Härte liegt zwi schen etwa 84--86 Rockwall "C" und über trifft demnach diejenige bekannter Stellite ganz erheblich. Ferner ist diese Legierung zäher als aufgeschmolzenes reines Wolfram karbid.
Schliesslich kann sie bei Tempe raturen zwischen etwa 1500 bis<B>1800'</B> C aufgeschmolzen werden, bei denen keine er heblichen, und jedenfalls keine unerwünsch ten Mengen .des Metallas der Unterlage in die Legierung beim Aufschmelzen eingehen. Die Legierung behält also auch nach dem Aufschmelzen ihre vorzüglichen Eigenschaf ten. Die Verbindung kann insbesondere im elektrischen Lichtbogen, vorteilhaft in Gegenwart von Wasserstoff erfolgen.
Andere Zusammensetzungsbeispiele sind folgende: 50-65% technisches Wolframkarbid, <B>5-15%</B> Chrom,<B>l-3,%</B> Titankarbid, Rest mindestens ein Metall der Eisengruppe.
50-60% Wolfram, -5-15% Chrom, <B>2-67,</B> Kohlenstoff,<B>2-6%</B> Titan, Rest mindestens ein Metall der Eisengruppe.
50-60% Molybdän, 5-15% Chrom, <B>2-6%</B> Kohlenstoff, 2-6% Titan, Rest mindestens ein Metall der Eisengruppe.
Die Anwesenheit von Titan, oder eines andern Elementes der vierten Gruppe des periodischen Systems, ergibt hervorragende Widerstandsfähigkeit gegen Oxydation auch bei den hohen Temperaturen, die z. B. beim Drehen, Bohren oder Schneiden mit Hilfe eines mit der Hartmetallauflage versehenen Werkzeuges, auftreten.
Ein solches Werk zeug eignet sich darum auch besonders als Bohrkrone an Bergwerksma:schinen. Die Oxydationsbeständigkeit der Legierung ist aber auch für deren Verbindung mit dem Werkzeugschaft (Träger) in der Hitze von Bedeutung, da, hierdurch die Aufnahme schädlicher Mengen Sauerstoffes auch bei Abwesenheit eines Schutzgases (Wasser stoffes) verhindert wird.
Andere Legierungen die sich als Hart metallauflagen an Werkzeugen bewährt haben, bestehen z. B. aus 50-60 Teilen tech nischem Wolframkarbid, 10 Teilen Chrom und 30-:10 Teilen Kobalt, das ganz oder teilweise durch Eisen ersetzt sein kann. Ist besonders Oxydationsfestigkeit erwünscht, welche im Einzelfall durch den Chromgehalt noch nicht ausreichend gewährleistet sein mag, so kann die Legierung Titankarbid in Mengen von 1-3 % enthalten.
Im übrigen ist technisches Vbrolframkarbid, das also nicht aus chemisch reinen Stoffen, sondern den handelsüblichen hergestellt wird, mei stens. mit Silizium verunreinigt, das in Men- gen bis zu etwa, 1 % anwesend ist. Eine solche Legierung ergibt Auflagen mit einer Härte bis zu etwa 86 Rockwell "C", die ausserordentlich billig sind und der Ab nutzung in höchstem Masse widerstehen.
Die Herstellung einer für Hartmetall auflagen an Werkzeugen geeigneten Legie rungen kann auf verschiedene Weise erfol gen. So kann beispielsweise Wolfram, Chrom, Eisen und Titan im Graphittiegel zusammengeschmolzen und so lange im Schmelzfluss gehalten werden, bis die ge wünschte Menge Kohlenstoffes aus dem Graphittiegel durch die Schmelze aufgenom men worden ist. Sodann wird die Schme1ae zu Stäben, Platten, Ingots oder dergleichen vergossen, erkalten gelassen, gegebenenfalls thermisch nachbehandelt und sodann in die Form gebracht, die sich zur Verbindung mit einem Werkzeug eignet.
Ebenso kann die Schmelze unmittelbar auf den Werkzeug träger aufgegossen werden, wenn dieser letz tere in eine Form eingelegt wird, welche je nen Raum freilässt, in den die Schmelze zwecks Verhindung mit dem Werkzeugträ ger eintreten soll. Letzterer wird vor dem Einlegen in die Form, oder in dieser letzte ren selbst, ausreichend hoch erhitzt, so dass die Verbindung mit der eintretenden Schmelze rasch und innig stattfindet. Die Form kann dann beliebig ,gekühlt werden.
Man kann aber auch so verfahren, dass man zuerst mindestens ein Karbid eines hochschmelzenden Metalles, z. B. des Wol frams und Titans, herstellt, nötigenfalls aus reichend zerkleinert und sodann mittels einer Schmelze aus Chrom und Eisen zu Körpern gewünschter Form verbindet.
Geht man insbesondere von technischem Wolframkarbid, Chrom und Kobalt, Eisen und/oder Nickel aus, so kann man ein Ge menge dieser Stoffe nötigenfalls auf die ge wünschte Korngrösse zerkleinern, hierauf in die gewünschte Form pressen und sodann auf eine Temperatur von etwa 1100 bis 1200 C erhitzen, bei welcher der Körper bereits zu sintern beginnt. Hierdurch erhält man einen wenig dichten, ziemlich porösen Körper, der aber ausreichende mechanische Festigkeit besitzt. Er kann ohne Zerbrechen versandt werden, ebenso auch mechanisch bearbeitet, z. B. geteilt werden, und er kann auch in eine Schweissmaschine eingespannt und in dieser auf einen Werkzeugschaft auf geschweisst werden.
Die Temperatur, bei der die vorbeschriebene Behandlung vor sich geht, liegt jedenfalls unter derjenigen Tem peratur, bei der das Aufschweissen des Kör pers auf die Unterlage erfolgt. Letztere Temperatur liegt zwischen 1500 bis<B>1800'</B> C. Da die Körper als solche praktisch nicht ver wendet werden, sondern vielmehr erst als Auflagen an einem Werkzeug, ist auch eine vollständige Sinterung nicht erforderlich.
Man kann die Ausgangspulver auch mit irgend einem Bindemittel, wie etwa Tra- gantgummi, so weit miteinander verbinden, dass1 eine plastische Masse entsteht, die leicht verformt werden kann. Beispielsweise könnte man lange Stäbe in einer ,StrangTresse aus pressen, wodurch ein ausserordentlich billi ges Herstellungsverfahren erhalten wird.
Es ist wohl verstanden, dass jede Ver- fa-hrensweise zur Herstellung der Hartlegie rung, als auch zu deren Verbindung mit dem Werkzeug anwendbar ist, wenn diese hier auch nur für besondere Ausführungsbei spiele im einzelnen dargelegt wurde.
Tool with a hard metal pad. The invention relates to a tool provided with a metal support, where the support can be connected, for example, to the shaft of the tool by welding or a similar heat treatment.
It has already been proposed to produce such hard metal layers from so-called stellites, which are generally alloys made of tungsten or molybdenum, chromium and cobalt, or nickel and: which were dripped onto the tool shank in the melt flow. However, the hardness of such conditions is often insufficient, and attempts have therefore been made to weld on pure tungsten carbide or mixtures of tungsten and carbon with the help of metals of the iron group.
For the latter purpose, for example, the tungsten carbide was enclosed in an iron tube and the tube was now melted, as a result of which the tungsten carbide, embedded in the molten metal, was welded to the tool shank. Such a connection, however, often has insufficient strength because the melting tube cannot penetrate all the spaces between the carbide pieces in the short time it is welded on.
and because, on the other hand, an intimate connection of the tube metal with the MTerkzeugschaft is only possible if the latter also melts at the connection point. Since carbon-containing food (steel) is regularly used for the tool shank, this carbon also penetrates into the tube metal, which reduces its toughness and thus the strength of the entire support. Such melt layers are also undesirably porous.
According to the invention, the hard metal coating consists of an alloy which predominantly contains at least two metals of the sixth group of the periodic system, one of which melts above 2000 "C and another below 2000 C, and also carbon in algae from 2-6% and at least 25% of a metal of the iron group.
It has been shown that such an alloy as a hard metal layer, eg. B. for melting on a tool shank, is extremely suitable <B> and </B> with .this an intimate connection is also at temperatures that are only slightly different from the melting point of the shaft material.
In a particular embodiment, the hard metal coating can consist of 50-60% tungsten, <B> 2-6% </B> carbon, 5-15 chromium, the remainder at least one. Metal of the iron group, or of 50-65% technical tungsten carbide, 5-15% chromium and 30-40% of at least one metal from the iron group.
In such an alloy, the tungsten can be at least partially replaced by molybdenum.
However, at least one element of the fourth group of the periodic system, such as titanium, zirconium and silicon, or also boron in two different amounts can be added to such an alloy. The total amount of these last-mentioned additives is advantageously chosen between 1% and 6%.
An alloy containing 50-60% tungsten, <B> 2-6% </B> carbon, 2-6% titanium, 5-15 chromium, 25-40% iron has proven itself as a hard metal coating on tools , because it showed extraordinary resistance to wear and tear. Their hardness is between about 84-86 Rockwall "C" and therefore exceeds that of known Stellite quite considerably. This alloy is also tougher than melted pure tungsten carbide.
Finally, it can be melted at temperatures between about 1500 to 1800 ° C, at which no significant, and in any case no undesirable, amounts of the metal from the substrate enter the alloy during melting. The alloy therefore retains its excellent properties even after melting. The connection can in particular take place in an electric arc, advantageously in the presence of hydrogen.
Other composition examples are as follows: 50-65% technical tungsten carbide, <B> 5-15% </B> chromium, <B> 1-3,% </B> titanium carbide, the remainder at least one metal from the iron group.
50-60% tungsten, -5-15% chromium, <B> 2-67, </B> carbon, <B> 2-6% </B> titanium, the remainder at least one metal from the iron group.
50-60% molybdenum, 5-15% chromium, <B> 2-6% </B> carbon, 2-6% titanium, the remainder at least one metal from the iron group.
The presence of titanium, or another element of the fourth group of the periodic table, gives excellent resistance to oxidation even at the high temperatures that z. B. when turning, drilling or cutting with the help of a tool provided with the hard metal layer occur.
Such a tool is therefore particularly suitable as a drill bit on mining machines. The oxidation resistance of the alloy is also important for its connection with the tool shank (carrier) in the heat, since this prevents the absorption of harmful amounts of oxygen even in the absence of a protective gas (hydrogen).
Other alloys that have proven themselves as hard metal supports on tools exist, for. B. from 50-60 parts tech African tungsten carbide, 10 parts of chromium and 30-: 10 parts of cobalt, which can be replaced in whole or in part by iron. If oxidation resistance is particularly desired, which in individual cases may not be sufficiently guaranteed due to the chromium content, the alloy can contain titanium carbide in quantities of 1-3%.
Incidentally, technical tungsten carbide, which is not made from chemically pure substances but from commercially available materials, is mostly. contaminated with silicon, which is present in amounts up to about. 1%. Such an alloy results in conditions with a hardness of up to about 86 Rockwell "C", which are extremely cheap and withstand extreme wear and tear.
An alloy suitable for hard metal supports on tools can be produced in various ways. For example, tungsten, chromium, iron and titanium can be melted together in the graphite crucible and kept in the melt flow until the desired amount of carbon from the graphite crucible passes through the Melt has been absorbed. The mold is then cast into rods, plates, ingots or the like, allowed to cool, if necessary thermally post-treated and then brought into the shape that is suitable for connection with a tool.
Likewise, the melt can be poured directly onto the tool carrier when the latter is placed in a mold that leaves free space into which the melt should enter for the purpose of preventing the tool carrier. The latter is heated sufficiently high before it is placed in the mold, or in the latter itself, so that the connection with the incoming melt takes place quickly and intimately. The mold can then be cooled as required.
But you can also proceed in such a way that at least one carbide of a high-melting metal, e.g. B. of Wolframs and titanium, produces, if necessary from sufficient crushed and then connects by means of a melt of chromium and iron to form bodies of the desired shape.
If one assumes in particular technical tungsten carbide, chromium and cobalt, iron and / or nickel, then, if necessary, a quantity of these substances can be crushed to the desired grain size, then pressed into the desired shape and then to a temperature of around 1100 to 1200 Heat C at which the body already begins to sinter. This gives a less dense, fairly porous body which, however, has sufficient mechanical strength. It can be shipped without breaking, also machined, e.g. B. be divided, and it can also be clamped in a welding machine and welded in this on a tool shank.
The temperature at which the above-described treatment takes place is in any case below the temperature at which the body is welded onto the base. The latter temperature is between 1500 to 1800 C. Since the bodies are practically not used as such, but rather only as supports on a tool, complete sintering is also not necessary.
The starting powders can also be bonded to one another with some kind of binding agent, such as suspension rubber, to such an extent that a plastic mass is created that can be easily deformed. For example, long rods could be pressed out in a strand tress, which results in an extremely cheap manufacturing process.
It is well understood that any method of manufacturing the hard alloy and its connection to the tool can be used if it is only presented here in detail for special exemplary embodiments.