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Verfahren zur Herstellung von Werkzeugen aus homogenen Legierungen von grosser Härte.
Es sind bereits Verfahren bekannt, die die Herstellung mechanisch widerstandsfähiger Körper von solcher Härte zum Ziele haben, dass sie an Stelle von Diamantwerkzeugen verwendet werden können.
Es handelt sich dabei in erster Linie um die praktische Verwertung gewisser hochschmelzender Metall- karbide,-silizide und-boride. Der technischen Verarbeitung dieser Stoffe stellen sich jedoch erhebliche
Schwierigkeiten entgegen.
Will man aus diesen Stoffen Werkzeuge durch Giessen herstellen, so sind zu der Verflüssigung verhältnismässig hohe Temperaturen nötig ; ausserdem aber haben diese Stoffe den noch weit schwerer wiegenden Nachteil, dass ihre Schmelze in verhältnismässig grossen Kristalliten erstarrt, die nur lose miteinander zusammenhängen, so dass die so hergestellten Körper keine oder eine nur sehr geringe Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Beanspruchung besitzen. Diese nachteilige Eigenschaft wird noch dadurch verstärkt, dass die Schmelzen dieser Stoffe in besonders hohem Masse die Neigung haben, heterogene Bestandteile beim Erstarren ausseigern zu lassen.
Diese Schwierigkeiten hat man dadurch zu vermeiden gesucht, dass man den gepulverten Metall- karbiden,-siliziden oder-boriden metallische Bindemittel, wie z. B. Eisen, Kobalt oder Nickel, zusetzt, aus diesen Mischungen durch Pressen Formstücke herstellte und diese einem Sinterungsprozess unterwarf.
Auf diese Weise lassen sich allerdings Formstücke bei ganz wesentlich niedrigerer Temperatur herstellen als bei der Erzeugung durch Giessen. Jedoch hat dieses Verfahren den grossen Nachteil, dass durch die als Bindemittel zugesetzten Metalle die Härte des Ausgangsstoffes erheblich herabgesetzt wird.
Ein anderer Weg zur Vermeidung der dargetanen Sehwierigkeiten besteht darin, dass man die zu Werkzeugen zu verarbeitenden Karbide, Silizide und Boride nicht über ihren Schmelzpunkt hinaus, sondern nur bis in die Nähe desselben erhitzt. Durch diese Massnahme ist dann-wenigstens bei der Verarbeitung von Wolframkarbid und Molybdänkarbid-die Möglichkeit gegeben, Werkzeuge herzustellen, die sowohl die Härte der Grundstoffe wie auch eine beträchtliche mechanische Festigkeit besitzen.
Aber selbst wenn man bei diesem Verfahren den Ausgangsstoffen zur Verbreiterung des günstigsten Temperaturgebietes, das unter der Phase des vollständig Flüssigen liegt, kleine Mengen anderer Metalle. wie z. B. Eisen, Kobalt oder Nickel, zusetzt, so stösst die praktische Ausführung auf erhebliche Schwierigkeiten. Werden die günstigsten Temperaturbedingungen nicht sehr genau innegehalten, so ist es unvermeidlich, dass ein erheblicher Prozentsatz der Erzeugnisse minderwertig wird. Bei geringer Übersehreitung des günstigsten Temperaturintervalls tritt beim Erstarren ein Ausseigern von Legierungsbestandteilen ein, in erster Linie von Kohlenstoff, ein Vorgang, der sich auch durch noch so schnelle Abkühlung nicht unterdrücken lässt und die Güte der Werkzeuge beeinträchtigt.
Bleibt man mit der Erwärmung unterhalb der günstigsten Temperaturbedingungen, so wird ein Gefüge erzielt, das von Poren und Lunkern durchsetzt ist und das die praktische Verwendung der Werkzeuge unmöglich macht. Diese Sehwierig- keiten treten bei der Herstellung von Werkzeugen grösserer Abmessungen in ganz besonders hohem Masse auf. Fast unmöglich ist es jedoch, nach diesem Verfahren solche Werkstücke herzustellen, die aus Kohlenstofflegierungen der Metalle von hoher Sehmelztemperatur bestehen, welche bei dem Optimum der Verarbeitungstemperatur an Kohlenstoff nicht gesättigt sind und die für viele Zwecke besonders wertvolle Eigenschaften besitzen. Das Auftreten grosser Lunker und Poren ist bei solchen Werkstileken unvermeidlich.
Diese Schwierigkeiten werden durch das vorliegende Verfahren vollständig vermieden. Es besteht in folgendem : Zunächst wird durch Schmelzen und schnelle Abkühlung eine homogene Legierung von solchem Kleingefüge hergestellt. dass sie für den jeweiligen Anwendungszweck die maximale Härte und
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den maximalen Widerstand gegen Abnutzung besitzt. Dieses in den kleinsten Teilen durchaus gleich- artige Ausgangsmaterial wird feingepulvert, durch hohen Druck und unter Verwendung geeigneter Press- werkzeuge in die Form der gewünschten Werkzeuge gebracht und unter Anwendung einer indifferenten
Atmosphäre einem Erwärmungsprozess unterworfen.
Diese Erwärmung kann an sich in beliebiger Weise erfolgen ; es kann sowohl äussere Wärmezufuhr wie auch Widerstandserhitzung des Formkörpers ange- wendet werden. Ob die Anwendung des Druckes und der Erwärmung zeitlich hintereinander oder gleich- zeitig erfolgt, ist für das Wesen der Erfindung ohne Bedeutung.
Man muss bei der Erwärmung lediglich darauf achten, dass nicht solche Umwandlungspunkte der betreffenden Legierung erreicht oder über- schritten werden, die eine nachteilige Umbildung des Kleingefüges zur Folge haben. Überraschender- weise gelingt es, auf diesem Wege-sehr wahrscheinlich infolge der völlig homogenen Zusammensetzung der verarbeiteten Legierungen-Werkzeuge herzustellen, die unter Aufrechterhaltung der vollen Härte des Ausgangsmaterials ganz frei von Lunkern und Poren sind und eine besonders grosse mechanische
Widerstandsfähigkeit besitzen.
Die Eigenschaften der so hergestellten Werkzeuge sind am besten, wenn sowohl das Verschmelzen des Ausgangsmaterials wie auch die Erwärmung der durch Pressen hergestellten Formkörper unter Anwendung von indifferenten Gasen sowie unter Unterdruck vor sich geht. Sehr vorteilhaft ist es ferner. die Formstücke unmittelbar nach der Erwärmung einer solchen Wärmebehandlung zu unterwerfen. die eine Verbesserung des Kleingefüges der Werkzeuge herbeiführt. Diese Massnahme ist insbesondere dann wertvoll, wenn durch Überschreiten von Umwandlungspunkten während der Ausübung des zweiten Prozesses eine Verschlechterung des Kleingefüges bewirkt worden ist.
Das Verfahren kann mit Vorteil auch zur Herstellung solcher Werkzeuge Anwendung linden. deren Struktur durch mechanische Bearbeitung, gegebenenfalls unter Erwärmung auf höhere Temperatur. verbessert werden kann. In den Werkzeugen können direkt durch die Pressung Löcher. Aussparungen usw. angebracht werden.
Die den sehwerschmelzenden Metallen zuzufügenden Zusatzstoffe, insbesondere die Metalloide (Kohlenstoff, Bor, Silizium), können auch erst im Verlauf des Schmelzprozesses, z. B. aus den Tiegeln. der Mischung zugeführt werden. Die Zusatzmetalle, wie z. B. Eisen, Kobalt oder Nickel, können ganz oder zum Teil durch Metalloide (Kohlenstoff, Bor, Silizium) ersetzt werden. Besonders vorteilhalte Eigenschaften haben solche Schmelzen, in denen der an Wolfram gebundene Kohlenstoff unterhalb 3"" liegt. Man verfährt zur Herstellung der Werkzeuge bzw. Werkzeugteile z. B. in folgender Weise : my
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Klemmen aus Kohlenstoff gefassten Kohletiegel gefüllt und durch elektrische Beheizung in einer Wasserstoffatmosphäre bis zum Schmelzen erwärmt.
Der für die Legierung erforderliche Kohlenstoit wird ausser aus dem Titankarbid auch aus dem Kohletiegel von der Schmelze aufgenommen. Sofort mach Erreichen des Schmelzflusses wird das geschmolzene Gemisch in eine durch Wasser gekühlte Form aus Kupfer gegossen. Dadurch wird ein sehr feinkörniges, von Ausseigerungen völlig ireies Gefüge erzielt.
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kunden auf 15000 C abgekÜhlt und darauf in etwa 45 Minuten auf Zimmertemperatur gebracht.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Werkzeugen aus homogenen Legierungen von grosser Härte durch Schmelzen, Pulvern und Sintern der aus Verbindungen der sehwerschmelzenden Metalle mit Kohlenstoff, Bor oder Silizium und Zusatzmetallen bestehenden Legierung, dadurch gekennzeichnet, dass der erschmolzenen Legierung durch sehnelle Abkühlung ein feinkörniges Gefüge gegeben wird, das bei dem nachfolgenden Sintern dadurch erhalten bleibt, dass man das Sintern unterhalb der Temperatur vornimmt, bei der die durch die Wärmebehandlung erzielte Struktur des Feingefüges nachteili : be- einfluss wird.