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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffes, der Diamant oder ku- bisches Bornitrid als überharten Bestandteil und hochschmelzende Karbide mit zementieren wirkender Phase, insbesondere Wolframkarbid und Kobalt, Chromkarbid und Nickel, Wolframkarbid und Nickel als Grundmaterial enthält.
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verschiedener Art, die unter Bedingungen eines intensiven abreibenden Verschleisses eingesetzt werden sowie auch bei Messinstrumenten, Metallbearbeitungswerkzeugen und anderer Ausrüstung verwendet werden.
Es sind Verfahren nach den US-PS Nr. 2,216, 908, Nr. 2,712, 988, Nr. 2,607, 676, der DE-PS Nr. 611860 und GB-PS Nr. 349,732 bekannt, nach denen die Herstellung von Erzeugnissen aus überharten Werkstoffen, durch Erhitzung des zu sinternden Gemenges mit gleichzeitiger Druckanwendung, d. h. zum Warmpressenver- fahren erfolgt.
Die von den Erfindern vorgenommenen Untersuchungen haben erwiesen, dass Diamanten und Metalle bei einer stufenweisen Erhöhung der Sintertemperatur aktiv in Wechselwirkung treten, indem sie feste Lösungen oder Karbide bilden. Dabei ändert sich der Grad der erwähnten Wechselwirkung wesentlich in Abhängigkeit von der Temperatur und der Dauer der Erhitzung.
Beispielsweise kann sich bei der Temperatur von 14600C (Sintertemperatur des Hartmetalls im Binde- metall Kobalt) ein Diamantkorn mit einer Grösse von 1 bis 2 mm im Laufe von 20 mln auflösen. Es ist ver- ständlich, dass bei der Herstellung eines Werkstoffes, der feinere Körner, von einer Grösse von z. B. 250 jim enthält, die spez. Kornoberfläche, die auf ein Karat fällt, grösser ist als bei grösseren Körnern, so dass solche kleine Körner praktisch schon im Laufe von 2 bis 5 min zerstört werden. Die zulässige Grösse des Diamant- verlustes soll aber bei der Herstellung des Werkstoffes 1 Gew.-% nicht übersteigen, da nur in diesem Falle eine sichere Befestigung des Diamantkornes und folglich eine hohe Arbeitsleistung des hergestellten Werk- zeuges sichergestellt wird.
Nach den einstufigen Verfahren, die in den obengenannten Patentschriften veröffentlicht sind, ist die
Zeitdauer der Durchführung des Warmpressenvorganges nicht genau bestimmt, und nur in der US-PS
Nr. 2,216, 908 wird mitgeteilt, dass zur Pressung des Werkstoffes bei dessen Erhitzung mit HF-Strom eine
Haltezeit bei der Endtemperatur von etwa 10 min erforderlich ist.
Bei der Herstellung der meisten überharten Werkstoffe mit hohenArbeitsleistungen, womit sich die Er- findung befasst, sind so lange Haltezellen nicht annehmbar. Das ergibt sich aus den oben angeführten Darle-
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Grösse aufweisen, die unter 1 mm liegt.
Ausserdem erwärmt sich die Pressform bei der Erhitzung des her zustellenden Erzeugnisses selbst, und findet bei der beschleunigten Erzielung der erforderlichen Betriebsdaten der Sinterung eine Überhitzung des Erzeugnisses statt, was ein wesentlicher Nachteil dieses Verfahrens ist.
Ausgehend aus dem Dargelegten bezweckt die Erfindung die Beseitigung der genannten Nachteile.
Der Erfindung wurde die Aufgabe zugrundegelegt, ein Verfahren zur Herstellung von überharten Erzeugnissen zu entwickeln, bei dem die optimale Temperaturführung beim Erhitzen des zu sinternden Gemenges sichergestellt und die unerwünschte Wechselwirkung der überharten Grundmaterialmischung mit Diamantkörnern sowie eine Überhitzung des Gemenges beim Sintern ausgeschlossen ist.
Demnach betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Hartmetall-Sinterkörpern die Diamantkörner einer Grösse von weniger als 1 mm enthalten, durch Warmpressen dieser Körner gemeinsam mit einer Hartmetall-Mischung bei Temperaturen bis zu 18000C inPressformenaus Graphit, welches dadurch gekenn- zeichnet ist, dass das zu sinternde Gemenge in Stufen erhitzt wird, Indem es bei einem Druck von 50 bis 100bar zuerst auf 12000C mit einer Geschwindigkeit von 1000 bis 11000pro min durch Erhitzung der Press- form mit HF-Strom und auf die endgültige Sintertemperatur mit einer Geschwindigkeit von 3000 bis 60000C pro min durch eine gemeinsame gleichzeitigeErhitzung der Pressform mitHF-Strom und des Gemenges mit Widerstandsheizung, d. h.
im Stromdurchgang durch das Gemenge unter Anwendung eines Druckes von 100 auf 200 bar gebracht wird.
Dies gestattet eine Überhitzung der Sintermasse zu vermeiden und überharte Erzeugnisse von hoher Qualität hinsichtlich deren Verschleissfestigkeit und Schneidfähigkeit zu erhalten.
Gemäss einer Ausführungsvariante der Erfindung zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, dass das zu sinternde Gemenge nach der Erreichung der Temperatur von 12000C in der Pressform bis 2 min auf dieser Temperatur und dann höchstens 2 bis 3 s bei Sintertemperatur gehalten wird.
Diese Massnahme gestattet es, die optimalen Betriebsdaten des Sintervorganges für die Hartmetall-Mischung zu erzielen.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass die Erhitzung der Erzeugnisse aus überhartem Werkstoff auf die Temperatur 12000C mit einer Geschwindigkeit von 1000 bis 11000C pro min unter Anwendung eines spez. Druckes von 50 bis 100 bar erfolgt, und dass hierauf die Erzeugnisse unter diesen Bedingungen zwecks Sinterung des Grundmaterials des Werkstoffes und zur Auflösung des Kohlenstoffes und des Wolframs im Ko-
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balt etwa 2 min lang gehalten werden.
Die weitere Erhitzung auf die Sintertemperatur erfolgt mit einer Geschwindigkeit von 3000 bis 31000C pro min mit darauffolgendem Halten während 2 bis 3 s unter Anwendung eines spez. Druckes von 100 bis
200 bar. Der Vorteil der Erfindung besteht vor allem darin, dass eine hohe Qualität der Erzeugnisse aus dem I überharten Werkstoff dank dem Umstand gesichert wird, dass eine Graphitbildung aus Diamanten und deren
Wechselwirkung mit der Grundmasse bis zur Erreichung der Temperatur 12000C praktisch nicht stattfindet und im weiteren der Sinterprozess mit beschleunigter Temperaturführung, d. h. binnen 12 bis 15 s vor sich geht, so dass die oben genannten Reaktionen nicht eintreten.
Die Erwärmung der Pressform aus Graphit, in
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duktionsverfahren mit HF-Strom und beginnend von 12000C an bis auf die Sintertemperatur mit beschleunigter Temperaturführung, d. h. es werden sowohl die Pressform (im Induktionsverfahren) als auch der zu sinternde Werkstoff (im unmittelbaren Stromdurchgang durch das Gemenge) gleichzeitig erhitzt.
Die Pressform mit dem gesinterten Werkstoff wird nach dem Warmpressen in einer Presse unter Anwendung von Druck auf 750 bis 8000C abgekühlt, wonach eine langsame Abkühlung mit einer Geschwindigkeit von 2 bis 3 C/min in einem Behälter mit Sand oder in einem Tieftemperaturofen stattfindet.
Die Herstellung eines Arbeitsteiles mit 0 10 x 10 mm aus dem überharten Verbundwerkstoff zur Verstärkung der Werkzeuge kann an Hand folgenden Beispiels erläutert werden. Es wird Diamantpulver mit einer Körnung von 630 bis 500 in einer Menge von 3,5 Karat mit 9 g pulverförmigem Hartmetall-Grundmaterial bestehend aus 94% Wolframkarbid und 6% Kobalt, sorgfältig vermischt und in eine Pressform aus Graphit eingebracht, die einen zylindrischen Hohlraum mit 10 mm Durchmesser hat.
Die Pressform wird in einer Warmpresse montiert.
Der Pressdruck beträgt etwa 100 bar.
Man erhitzt das Gemisch mit HF-Strom mit einer Geschwindigkeit von 100 bis 1100 C pro min auf 12000C. Die Haltezeit bei dieser Temperatur beträgt 0,5 bis 2 min. Dann erhitzt man bis zur Sintertemperatur, die von der Art des Grundmaterials abhängt, mit einer Geschwindigkeit von 300 bis 31000C pro min.
Die Haltezeit bei dieser Temperatur beträgt 2 bis 3 s.
Dann wird der Presskörper auf eine Temperatur von 750 bis 8000C in einer Presse abgekühlt, wonach die Abkühlung des Presskörpers in einem Behälter mit Sand fortgeführt wird.
Zusammenfassend hat das behandelte Verfahren zur Herstellung von Diamantwerkzeugen folgende Vorteile :
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Diamantwerkzeuge aufrecht erhalten.
2. Es wird der Bereich der zur Anwendung kommenden Metalle und deren Legierungen zur Herstellung von Matrizen für Diamantwerkzeuge durch erhöhte Sintertemperatur erweitert und die Anwendung von Werkstoffen mit einem Schmelzpunkt bis zu 18000C ermöglicht.
3. Es wird der Zeitaufwand zur Herstellung der Werkzeuge reduziert, was eine Erhöhung der Arbeitsproduktivität bedeutet.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist auch zur Herstellung anderer Erzeugnisse, die überharte Werk- stoffe enthalten, z. B. von mit Diamanten versehenen Reibungsflächen, anwendbar.
In der folgenden Tabelle sind technologische Vergleichsdaten mit bekannten Herstellungsverfahren von Diamanten angegeben.
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Vergleichstabelle
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Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von überharten Materialien hat folgende Vorteile : a) der Grad der Wechselwirkung zwischen Diamanten und Basismaterialien wird bedeutend verkleinert, wodurch die Eigenschaften der Diamanten erhalten bleiben ; b) die Anwendungsbreite von Metallen und ihren Legierungen zur Herstellung von Diamantinstrumentmatrizen wird vergrössert ; es wird ermöglicht, Materialien mit einer Schmelztemperatur bis zu 18000C zu verwenden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Hartmetall-Sinterkörpern die Diamantkörner einer Grösse von weniger als 1 mm enthalten, durch Warmpressen dieser Körner gemeinsam mit einer Hartmetall-Mischung bei
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einer Geschwindigkeit von 1000 bis 1100 C pro min durch Erhitzung der Pressform mit HF-Strom und dann auf die endgültige Sintertemperatur mit einer Geschwindigkeit von 3000 bis 60000C pro min durch eine gemeinsame gleichzeitige Erhitzung der Pressform mit HF-Strom und des Gemenges mit Widerstandsheizung d. h. im Stromdurchgang durch das Gemenge unter Anwendung eines Druckes von 100 bis 200 bar gebracht wird.
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