DE588911C - Gesinterte, Borcarbid enthaltende Hartmetallegierung fuer Arbeitsgeraete und Werkzeuge und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

• Gesinterte, Borcarbid enthaltende Hartmetallegierung für Arbeitsgeräte und Werkzeuge und Verfahren zu ihrer Herstellung Es ist bereits öfter vorgeschlagen worden, Borcarbicle wegen ihrer ungewöhnlich großen Härte, und zwar insbesondere das Borcarbid 'der Formel B., C, zur Herstellung von Arbeitsgeräten und Werkzeugen zu benutzen. Meist wird hierbei das Borcarbid entweder allein oder auch unter Zusatz geringer Mengen von hochschmelzenden Metallen oder deren Carbiden, wie -Wolfram, Titan, Wolframcarbid oder Titancarbid, geschmolzen und dann in eine der Gestalt der herzustellend°n Geräte oder Werkzeuge angepaßte Form ausgegossen. Diese Herstellungsart ist jedoch wegen des hoben Borcarbidschmelzpunktes schwierig und auch für eine Massenherstellung wenig geeignet, ganz abgesehen davon, daß die Fertigerzeugnisse hierbei nicht immer ein homogenes Gefüge erhalten und endlich auch nur mit erheblichen Schwierigkeiten nachträglich bearbeitet werden können.
• Es ist ferner versucht worden, durch SinterungvonpulverförmigenAusgangsmaterialien, z. B. Bornitrid und Kohle, .Sinterkörper herzustellen. Derartige Produkte haben eine sehr beträchtliche Härte, ,aber nur eine sehr geringe Festigkeit und eine sehr große Porosität. Man hat daher auch schon zur Erzielung von Borcarbidkörpern größerer Dichte vorgeschlagen, pulverförmiges Borcarbid in Fortuen aus Borstickstoft gleichzeitig zu pressen und zu sintern. Ein Nachteil dieser Herstellungsart liegt jedoch darin, daß die Preßformen den erforderlichen hohen Drücken bei gleichzeitiger hoher Erhitzung nicht genügend, zum mindesten nicht auf .die Dauer standhalten, sowie auch darin, daß man auf diese Weise ebenfalls nur zu einer .Einzelherstellung, nicht aber zu einer Wirtschaftliehen Massenherstellung gelangt.
• Die Erfindung beruht in der Erkenntnis, daß man bei der Sinterung von Pulverpreßkörpern dennoch zu harten, dichten und festen Formkörpern gelangen kann, und zwar auf einem für eine Massenherstellung durchaus geeigneten Wege, wenn Borcarbid zwar als Hauptbestandteil des Ausgangspulvers benutzt wird, diesem jedoch noch zusätzlich ein oder mehrere die Porosität herabsetzende Hilfscarbide von hohem, aooö° C übersteigendem Schmelzpunkt und außerdem auch gleichzeitig noch ein oder mehrere zur Erniedrigung der Sinterungstemperatur und zur Erhöhung der Zähigkeit und Festigkeit der Legierung dienende, niedriger schmelzende Hilfsmetalle zugesetzt werden. Die Zusatzstoffe, also hochschmelzende Carbide - einerseits und niedriger schmelzende Metalle andererseits, dürfen dabei zusammen nicht mehr als 25 °% der Gesamtmischung ausmachen, da bei größerem Prozentsatz der Zusatzstoffe die Härte des Fertigerzeugnisses unbefriedigend ist. Der Hilfsmetallgehalt kann zwischen o,5 und 2o °jo schwanken. Als hochschmelzende Hilfscarbide kommen vornehmlich die Carbide von Silicium, Vanadium, Wolfram, Molybdän, Titan, Hafnium und Zirkon in Betracht, während als niedriger schmelzendeZusatzinetallevornehmlichNickel; Kobalt, Eisen und Chrom geeignet sind.
• Zur Herstellung der Forrnkörpe r wird zunächst das Bor in bekannter Weise, z. B. in einem von. Wasserstoff, gegebenenfalls mit Zusatz von Kohlenwasserstoff, .durchspülten Kohlerohrofen bis zur Erreichung eines z. B. der FormzIB"C entsprechenden Kohlenstoffgehaltes karburiert. Sodann werden .dem Borcarbid die erforderlichen Mengen der hochschmelzenden Hilfscarbide und der niedrigschmelzenden Hilfsmetalle in möglichst feiner Verteilung hinzugefügt. Es ist nicht unbedingt notwendig, die hochschmelzenden Hilfscarbide vor der Zumischung in einem besonderen Arbeitsgang zu erzeugen. Es können mit dein gleichen Erfolg die Metalle der hochschmelzenden Hilfscarbide zugesetzt und während der Sinterung karburiert werden. Die aus einem solchen Pulvergemisch hergestellten Preßkörper werden nunmehr in einem Kohlerohrofen unter Wasserstoffspülung gesintert. Hierbei .gehen die zur Carbidbildung neigenden Zusatzstoffe, wie. Silicium, Titan, Zirkon, in Carbide über, wiihrend andererseits die Hilfsmetalle, wie Eisen, Nickel, Kobalt, Chrom, zwar auch etwas Kohlenstoff aufnehmen, aber ihren metallischen Charakter beibehalten. Es hat sich ferner gezeigt, daß zur Beseitigung der Porosität die zur Bildung hochschmelzender Carbide zuzusetzenden Metalle-ganz oder teilweise durch elementares Bor ersetzt werden können.
• Obwohl bei der neuartigen Zusammensetzung des Ausgangsgemisches allein durch !I genügend lange Dauer der Sinterung der Pulverpreßkörper dichte Erzeugnisse erzielt werden können, kann aber dennoch .die Sinterung auch unter gleichzeitiger Druckwirkung erfolgen, wodurch sie in weit kürzerer Zeit zu Ende geführt wird.
• Die Sinterung zu dichten Körpern kann erfolgreich dadurch erleichtert werden, daß das Pulvergemisch vor der Pressung im Vakuum möglichst vollständig bei hohen Temperaturen entgast und dann- der Sinterprozeß ebenfalls im Vakuum durchgeführt wird. Statt die Sinterung in einem Arbeitsgange durchzuführen, kann man auch den Preßkörper erst vorsintern und ihn durch Bearbeitung in die gewünschte Form bringen und dann erst hochs;intern. Ein zweckmäßiges Ausführungsbeispiel ist das folgend: Amorphes, möglichst feinkörniges Bor, welches beispielsweise durch Reduktion von Bortrioxyd mit Magnesium und Nachbehandeln mit Salzsäure gewonnen wurde, wird im Kohlerohrofen auf möglichst nicht kohlender Unterlage (Tantalcarbid) unter Spülung mit Wasserstoff oder einem Wasserstoff-Kohlenwasserstoff-Gemisch bei etwa i700° C so lange erhitzt, bis eine etwa der Formel B"C entsprechende Zusammensetzung erreicht ist. Das entstandene graue Pulver wird sodann mit etwa 5 °/" amorphem feinkörnigem Silicium und 2,5 % feinkörnigem, in Wasserstoff reduziertem Eisenpulver innig vermischt. Das Gemenge wird sorgfältig bei etwa 13500 C im Vakuum entgast und unmittelbar hierauf zu Formkörpern gepreßt. In -einem von trockenem Wasserstoff durchspülten Kohlerohrofen werden sodann die Preßkörper langsam auf etwa 20o0° C erhitzt, wodurch sie eine so große Festigkeit erlangen, daß sie sich gut bearbeiten lassen. Nach der Formgebung werden .die Formkörper unter den gleichen Bedingungen wie vorher auf etwa 220o bis 230o° C erhitzt und fertig gesintert, was nach etwa i Stunde der Fall ist.
• Die erfindungsgemäß hergestellten Erzeugnisse besitzen neben beträchtlicher Härte eine so große Festigkeit und Zähigkeit, daß sie als Material für Arbeitsgeräte und vor allem auch Werkzeuge aller Art ausgedehnte Verwendung finden können, und zwar nicht nur für metallische Werkstoffe, sondern auch für Glas, Porzellan, Isolierstoffe und harte Mineralstoffe, wie beispielsweise Bergkristall.

Claims (3)

1. PATrVTnrrsrrÜciir.: i. Gesinterte, Borcarbid, insbesondere das Borcarbid BOC, enthaltende Hartnietallegierung für Arbeitsgeräte und Werkzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß sie außer .dem den Hauptbestandteil bildenden Börcarbid sowohl ein oder mehrere die Porosität herabsetzende Hilfscarbide von hohem, 2ooo° C übersteigendem Schmelzpunkt, wie Silicium-, Vanadium-, Wolfram-, Molybdän-, Titan-, Hafnium- oder Zirkoncarbid, als auch gleichzeitig ein oder mehrere zur Erniedrigung der Sintertemperatur und zur Erhöhung der Zähigkeit und Festigkeit dienende, niedriger schmelzende Hilfsmetalle, vornehmlich Nickel, Kobalt, Eisen, Chrom, in einer Gesamtmenge bis höchstens 250/, enthält, wobei der Hilfsmetallgehalt zwischen o,5 und 2ö °/o liegt.
2. 2. Verfahren zur Herstellung von Hartmetallegierungen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die die Porosität herabsetzenden Hilfscarbide in Form ihrer Metalle dem zu sinternden Gemisch hinzugefügt und während des - Sintervorganges in die Carbide übergeführt werden.
3. 3. Verfahren zur Herstellung von Hartinetallegierungen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herabsetzung der Porosität Bor in elementarer Form dem zu sinternden Gemisch aus Borcarbid und niedriger schmelzenden Hilfsmetallen hinzugefiigt und während des Sintervorganges in Carbid übergeführt wird. q.. Verfahren zur Herstellung der Sinterlegierung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulvergemisch im Vakuum bei hohen Temperaturen möglichst vollst@indig entgast und die Sinterung des Pulverpreßkörpers ebenfalls im Vakuum durchgeführt wird.