DE891324C - Method of making tools - Google Patents

Description

Verfahren zum Herstellen von Werkzeugen Es ist bekannt, Werkzeuge, z. B. die Schneiden von Drehstählen, durch Aufschmelzen oder durch Auflöten von Hartmetall zu vergüten. Im wesentlichen bestehen. die aufzuschweißenden oder aufzulötenden Hartmetallschichten aus Karbiden, Nitriden oder Boriden eines oder mehrerer vornehmlich Schwermetalle, wobei besonders zweckmäßig diese Stoffe aus ein oder mehreren Karbiden, z. B. Wolfram-, Molybdän-, Tantalu. dgl. Karbide gewählt werden. Für andere Zwecke ist es auch bekannt, Schwermetalle insbesondere der Wolframgruppe in Kupfer z. B. durch Einwalzen einzubetten. Als Herstellungsverfahren für die Karbide, Nitride oder Boride sind zwei wesentlich verschiedene Verfahren besannt. Einmal das Schmelzen dieser Karbide zu einem einheitlichen Körper entweder in bestimmte, dem Verwendungszweck angepaßte Formen oder in einfache Formen, wie Platten, Stangen u. dgl., die dann zersägt und geschliffen werden, und das andere Mal das Sintern dieser Karbide zu bestimmten, dem Verwendungszweck genau angepaßten Formen.Method of making tools It is known to use tools, z. B. the cutting of turning tools, by melting or by soldering Tempered carbide. Essentially consist. those to be welded or soldered on Hard metal layers made of carbides, nitrides or borides of one or more mainly Heavy metals, whereby these substances are particularly expedient from one or more carbides, z. B. tungsten, molybdenum, tantalum. Like. Carbides can be selected. For other purposes it is also known to use heavy metals in particular of the tungsten group in copper e.g. B. embed by rolling. As a manufacturing process for the carbides, nitrides or borides are two essentially different processes. Once the melting these carbides form a single body either in certain, the intended use adapted shapes or in simple shapes, such as plates, rods and the like., which then sawed and ground, and the other time the sintering of these carbides too certain shapes precisely adapted to the intended use.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Werkzeugen mit Arbeitsflächen, die im wesentlichen aus Hartmetall bestehen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß Metallkarbide:, -nitride oder -boride in feinkörnigem Zustand in eine metallische Schmelze, deren spezifisches Gewicht von dem der Karbide, Nitride oder Boride abweicht, eingebracht werden; nach einer bestimmten Verweilzeit, die von dem Unterschied der spezifischen Gewichte,- der Korn= größe der eingebrachten Karbide und von der Zähigkeit der Schmelze abhängig ist, steigen die Hartmetalle in der Schmelze auf oder sinken-in ihr nieder. Anschließend daran wird die Schmelze abgekühlt. Es befindet sich dann an einer Oberfläche eine Konzentration von nahezu rtoio °/o der Karbide, während ' an der gegenüberliegenden Oberfläche das Metall der Schmelze in nahezu loo°ia Konzentration vorhanden ist. Zwischen' den beiden Oberflächen ist die Konzentrationsverteilung angenähert logarithmisch. Die Karbidschicht ist gewissermaßen aufgewachsen.The present invention relates to a method of production of tools with work surfaces that are essentially made of hard metal, which is characterized in that metal carbides:, nitrides or borides in fine-grained State in a metallic melt, the specific weight of which differs from that of the carbides, Nitrides or borides different, are introduced; after a certain dwell time, those of that Difference in specific weights, - the grain = size of the carbides introduced and the toughness of the melt increase the hard metals rise or fall in the melt. Then after that the melt is cooled. There is then a concentration on a surface of nearly rtoio ° / o of the carbides, while 'on the opposite surface the metal of the melt is present in almost 100% concentration. Between' the concentration distribution is approximately logarithmic for the two surfaces. The carbide layer has grown, so to speak.

Folgende Beispiele sollen das Verfahren näher erläutern. Beispiel t Reines Eisen wird unter neutraler Atmosphäre niedergeschmolzen und so hoch erhitzt, daß es dünnflüssig ist. Dann wird feingemahlenes Titankarbid unter kräftigem Schütteln und Rühren in die Schmelze eingebracht. Die Schmelze- wird nun einige Minuten ruhen gelassen und anschließend abgekühlt. Da flüssiges, reines Eisen ein spezifisches Gewicht von 7,g und Titankarbid ein solches von 4,25 besitzt steigt letzteres. in der Schmelze hoch. Wegen der großen Oberfläche des feingemahlenen Titankarbids wird das flüssige Eisen auch zwischen den einzelnen Körnern des Titankarbids als dünne Schicht mitgenommen. Vermutlich spielen kapillare Kräfte bei diesem Vorgang auch eine große Rolle, so :daß nach Abkühlung auf der titankarbidreichen Seite noch Eisen nachgewiesen werden kann, hingegen ist die andere Seite praktisch frei von Titankarbid. Jedes einzelne Korn von Titankarbid ist an der titankarbidreicheren Seite in Eisen gebettet, das zäh ist und so ein Herausbrechen des harten und spröden Titankarbids verhindert.The following examples are intended to explain the process in more detail. example t Pure iron is melted down in a neutral atmosphere and heated to such an extent that that it is thin. Then finely ground titanium carbide is shaken vigorously and stirring is introduced into the melt. The melt will now rest for a few minutes left and then cooled. Since liquid, pure iron is a specific one Weight of 7.1 g and titanium carbide has one of 4.25, the latter increases. in the melt high. Because of the large surface area of the finely ground titanium carbide, The liquid iron also appears as thin between the individual grains of titanium carbide Shift taken. Presumably, capillary forces also play a role in this process a big role, so: that after cooling on the titanium carbide-rich side there is still iron can be detected, however, the other side is practically free of titanium carbide. Every single grain of titanium carbide is on the higher titanium carbide side in iron embedded, which is tough and such a breaking out of the hard and brittle titanium carbide prevented.

Zwischen dem reinen Eisen und Titankarbid findet selbstverständlich eine chemische Reaktion statt, die dahin verläuft, daß ein Teil des Titankarbids seinen Kohlenstoff an- -Eisen abgibt und so zu Titan reduziert wird. Allerdings zeigt es sich, daß nur sehr wenig Titankarbid zu Titan reduziert wird, da die chemische Affinität des Titans zu Kohlenstoff wesentlich größer ist als die des Eisens. zu Kohlenstoff. -Man kann diese Erscheinung dazu benutzen, um das Verfahren wie folgt durchzuführen: Beispiele Reines Eisen wird geschmolzen und Kohle, z. B. in Form von Graphitpulver, in die Schmelze eingebracht. Der Kohlenstoff löst sich in-der Schmelze auf. Anschließend wird Titanpulver in die Schmelze eingerührt das sich zum allergrößten Teil mit. dem sich in Lösung befindlichen Kohlenstoff in Titankarbid umsetzt und dabei die Schmelze entkohlt. Dann wird wieder eine entsprechende Menge Graphit der Schmelze zugeführt und anschließend daran wieder Titanpulver und so fort, bis eine genügende Menge Titankarbid entständen ist: Der Pro'zeß muß so geführt werden, daß am Schluß nur wenig Kohlenstoff im Eisen gelöst ist, damit dem Eisen ein Stahlcharakter verliehen wird. Anschließend daran wird nach einer zweckmäßig gewählten Verweilzeit, in der das gebildete Titankarbid zur Oberfläche der Schmelze aufsteigt, abgekühlt. Zweckmäßig führt man - den Prozeß unter neutraler Atmosphäre im Elektroofen aus.Between the pure iron and titanium carbide takes place naturally a chemical reaction takes place which results in part of the titanium carbide releases its carbon to iron and is thus reduced to titanium. However it turns out that only very little titanium carbide is reduced to titanium, since the chemical The affinity of titanium for carbon is much greater than that of iron. to Carbon. -One can use this phenomenon to perform the procedure as follows to be carried out: Examples Pure iron is melted and coal, e.g. B. in shape of graphite powder, introduced into the melt. The carbon dissolves in the Melt on. Titanium powder is then stirred into the melt for the most part with. the carbon in solution in titanium carbide converts and decarburizes the melt. Then again a corresponding amount Graphite added to the melt and then titanium powder again and so on continue until a sufficient amount of titanium carbide is produced: The process must be carried out in this way That in the end only a little carbon is dissolved in the iron, so that the iron a steel character is given. Subsequently to this is expedient after a selected residence time in which the formed titanium carbide to the surface of the melt rises, cooled down. Appropriately, one conducts the process under a neutral atmosphere in the electric furnace.

Will man ein sehr dichtes Gefüge des Karbids an der einen Oberfläche erzielen, so kann man das Absetzen bzw. das Aufschweben des Karbids beschleunigen, dadurch, daß man die Schmelze mit dem Karbid in einer Zentrifuge ausschleudert. B,eispiel3 Wolframkarbidpulver, spezifisches Gewicht 15,5, wird in eine dünnflüssige Nickelschmelze, spezifisches Gewicht 81,8; bei neutraler Gasatmosphäre eingerührt und anschließend in eine Ringform vergossen. Die Ringform wird sofort geschleudert und während des Schleuderns abgekühlt. Das Schleudern erfolgt vorzugsweise so, daß die Ringform rasch um ihren Mittelpunkt gedreht wird. Das Wolframkarbid wandert dann sehr schnell und sehr vollständig an die äußere Oberfläche des Rings. Man erhält so einen vorzüglichen Ring für Schleifscheiben, bei, welchen das hatte Wolframkarbid in zähem-Nickel eingebettet ist. Gegen den Mittelpunkt-des Rings ist durch das Zentrifugieren die Konzentration an Wolframkarbid praktisch gleich Null, d. h. der innere Teil des Rings besteht ausschließlich aus zähem, festem Nickel, das sich leicht bearbeiten läßt. Derartige Ringe werden mit den üblichen Armaturen versehen und können als Schleifscheiben für die verschiedensten. Zwecke, z. B, für Genauigkeitsschleifen von Wellen aus Hartstahl, verwendet werden, da zufolge der besonders zähen Bindung des Schleifkorns mit sehr großen Umfangsgeschwindigkeiten (wesentlich größeren als bei keramischen Scheiben) gearbeitet "werden kann. Durch Abätzen lassen sich solche Scheiben stets wieder anschärfen, allerdings nur so lange, bis die Wolframkarbidschicht verbraucht ist.You want a very dense structure of the carbide on one surface achieve, so you can accelerate the settling or floating of the carbide, by throwing out the melt with the carbide in a centrifuge. B, ebeispiel3 tungsten carbide powder, specific gravity 15.5, is converted into a thin liquid Molten nickel, specific gravity 81.8; stirred in under a neutral gas atmosphere and then cast in a ring shape. The ring shape is thrown immediately and cooled down during spinning. The spinning is preferably carried out so that the ring shape is rotated rapidly around its center. The tungsten carbide migrates then very quickly and very completely to the outer surface of the ring. You get Such an excellent ring for grinding wheels, which had tungsten carbide is embedded in tough nickel. Against the center-of the ring is by centrifuging the concentration of tungsten carbide is practically zero, d. H. the inner part The ring is made entirely of tough, solid nickel that is easy to work with leaves. Such rings are provided with the usual fittings and can be used as Grinding wheels for the most diverse. Purposes, e.g. B, for precision grinding of shafts made of hard steel, because of the particularly tough bond of the abrasive grain with very high peripheral speeds (much greater than with ceramic disks) "can be worked. By etching away such Always sharpen the disks again, but only until the tungsten carbide layer is removed is consumed.

Statt in einer Ringform die Schmelze zu schleudern, kann man auch so vorgehen daß man ein Rohr schleudert, das nach dem Erkalten in Ringe zerschnitten wird. Man muß nur dafür Sorge tragen, daß die Schmelze während -des Schleudervorgangs genügend dünnflüssig bleibt, damit eine Trennung der Karbide und der Grundmasse in gewünschtem Umfange eintritt.Instead of throwing the melt in a ring shape, you can proceed in such a way that one hurls a pipe which, after cooling, is cut into rings will. You just have to make sure that the melt during the centrifugal process remains sufficiently thin to separate the carbides and the matrix occurs to the desired extent.

Sehr wesentlich für den Erfolg des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Korngröße des verwendeten Karbids. Durch mechanische Zerteilung des Karbids durch Mahlen können Reckspannungen im einzelnen Korn entstehen, die durch die anschließende Erhitzung in der Schmelze Rekristallisation veranlassen, die zu wesentlicher Vergröberung des -Korns führen kann. Dies wird dadurch vermieden, daß das Karbid nicht mechanisch geteilt wird,. sondern daß feinverteiltes Metall, z. B. Titan, bei erhöhter Temperatur in kohlenstoffhaltiger Atmosphäre, z. B. Benzoldampf, in Titankarbid übergeführt wird und dieses Pulver ohne weitere Behandlung in die Schmelze eingetragen wird.Is very essential for the success of the method according to the invention the grain size of the carbide used. By mechanically breaking up the carbide Milling can cause stretching stresses in the individual grain, which are caused by the subsequent Heating in the melt induces recrystallization, which leads to substantial coarsening of the grain can lead. This is avoided by the fact that the carbide is not mechanical is shared. but that finely divided metal, z. B. titanium, at elevated temperature in a carbonaceous atmosphere, e.g. B. benzene vapor in titanium carbide is transferred and this powder is entered into the melt without further treatment will.

Um zu vermeiden, daß mehrere Körner des Karbids zusammenbacken, empfiehlt es sich, immer nur wenig Karbid auf einmal einzutragen, dabei die Schmelze sehr intensiv zu rühren und zu rütteln. Durch den Rührvorgang soll erreicht werden, daß das Karbid möglichst gleichmäßig in der Schmelze verteilt und daß jedes Korn für sich von der Schmelze umgeben wird. Das Rütteln hat die Aufgabe, die durch den Rührvorgang unvermeidlich in die Schmelze gelangenden Gasblasen möglichst rasch aus ihr zu entfernen. Man kann sogar so weit gehen, und es wird sich in vielen Fällen als notwendig erweisen, die Schmelze während oder nach dem Eintragen des Karbids zu entlüften, etwa so, wie es bei der Vakuumschmelze üblich ist. Eine vorzügliche und sehr gleichmäßig wirkende Rührmethode besteht darin, daß man den Schmelzvorgang in einem elektrischen Drei-oder Mehrphaseninduktionsofen durchführt, indem die Schmelze mit großer Geschwindigkeit wandert und sich dabei durchmischt.To avoid multiple grains of carbide sticking together, recommends it is advisable to only add a little carbide at a time, with a lot of the melt to stir and shake vigorously. The aim of the stirring process is to ensure that the carbide distributed as evenly as possible in the melt and that each grain for is surrounded by the melt. The shaking has the task of being carried out by the stirring process to remove gas bubbles that inevitably get into the melt from it as quickly as possible. One can even go so far, and in many cases it will prove necessary to vent the melt during or after the introduction of the carbide, something like this, as is customary with vacuum melting. An excellent and very even effective stirring method consists in the melting process in an electric Three- or multi-phase induction furnace carries out the melt at high speed wanders and mixes in the process.

Für Drehstähle und ähnliche Werkzeuge eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren ganz besonders. Bei Herstellung großer Mengen eignet sich insbesondere eine Verfahrensabänderung gemäß Beispiel 4. Beispiel :I In einem Dreiphaseninduktionsofen wird eine größere Menge Eisen, z. B. 5-00k-, geschmolzen und nach und nach Titankarbid eingetragen. Durch die Bewegung der Schmelze wird das Titankarbid gleichmäßig in der Schmelze verteilt und verteilt gehalten. Dann wird aus der so vorbereiteten Schmelze in kleine Formen, die zweckmäßig vorgeheizt sind, vergossen. Nachdem die Form vorzugsweise liegend vergossen wurde, wird der Einguß durch einen Tonpfropfen verschlossen und die Form aufgestellt. Nach einer Verweilzeit von 1o Minuten, während dieser die ausgegossene Form zur Flüssighaltung der Schmelze durch zusätzliche Beheizung auf 130o° C gehalten wird, wird die Form abgekühlt. Umgerechnet auf die Charge im Induktionsofen wird etwa 2,5 % des Eisengewichts Titankarbid zugegeben, also bei 50,o kg Eisen 12,5 kg Titankarbid. Bei einem rechteckigen Querschnitt von 2 X 2 cm bei 1o cm Länge des fertigen Gußstücks reicht dann die Zone des Titankarbids etwa 5 mm tief. Das Gußstück, das einen Stahlcharakter besitzt, wird nun so umgeschmiedet oder gepreßt, daß die titankarbidreichere Fläche als Schneidfläche dienen kann. Dadurch wird erreicht, daß über die ganze Schneidfläche ein gleichmäßiges Gefüge von Titankarbid vorhanden ist. Nach dem Schmieden wird der Stahl ganz langsam auskühlen gelassen, um Wärmespannungen zu vermeiden, und dann wird im kalten Zustand die eigentliche Schneide geschliffen. @Es ist zweckmäßig, bei gerade der Temperatur zu schmieden, bei der sich das Schaftmaterial gerade noch gut schmieden läßt. Ein Schmieden bei höherer Temperatur kann zu einer Veränderung des Gefüges der karbidreicheren Seite führen, die nicht erwünscht ist.The invention is suitable for turning tools and similar tools Procedure in particular. When producing large quantities is particularly suitable a process modification according to Example 4. Example: I In a three-phase induction furnace a larger amount of iron, e.g. B. 5-00k-, melted and gradually titanium carbide registered. Due to the movement of the melt, the titanium carbide is uniformly in the melt distributed and kept distributed. Then the prepared one becomes The melt is poured into small molds, which are preheated for the purpose. after the The mold is preferably poured horizontally, the pouring is done through a clay plug closed and the form set up. After a dwell time of 10 minutes, during this the poured shape to keep the melt liquid through additional heating is kept at 130 ° C, the mold is cooled. Converted to the batch im About 2.5% of the iron weight of titanium carbide is added to the induction furnace, i.e. at 50, o kg iron 12.5 kg titanium carbide. With a rectangular cross-section of 2 X 2 cm with a length of 10 cm of the finished casting, the zone of the titanium carbide is sufficient about 5 mm deep. The casting, which has a steel character, is now forged in this way or pressed so that the surface richer in titanium carbide can serve as a cutting surface. This ensures that a uniform structure is achieved over the entire cutting surface of titanium carbide is present. After forging, the steel will cool down very slowly left in order to avoid thermal stresses, and then in the cold state the real one Sharpened cutting edge. @It is advisable to forge at just the temperature in which the shaft material can just be forged well. A forging at higher temperature can change the structure of the carbide-rich side lead that is not wanted.

Der Vorteil der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Drehstähle besteht hauptsächlich darin, daß die Herstellung sehr einfach und preiswert ist und daß durch den festen Halt der Karbide im Grundmetall sowohl die Wärmeableitung als auch die Abnutzung sehr gering ist. Derartige Drehstähle eignen sich auch für Drehschnitte, die eine stark stoßende Belastung der Schneiden ergeben, z. B. harten Grauguß u. dgl. Statt reinen Eisens oder ähnlichen Metallen können selbstverständlich auch legierte Metalle, wie Nickel-Chrom-Stähle oder ähnliche Drei- oder Mehrstoffstähle, aber auch Aluminiumbronze u. dgl. als Grundmetall benutzt werden. Schleifscheiben nach dem Verfahren können auch als Schleif- und Polierscheiben für rasch laufende zahnärztliche Bohrmaschinen u. .dgl. wegen ihrer hohen Wärmeableitung und Schneidhaltigkeit benutzt werden.The advantage of those produced by the process according to the invention The main thing about turning steels is that they are very easy and inexpensive to manufacture is and that by the firm hold of the carbides in the base metal both the heat dissipation as well as the wear and tear is very low. Such turning tools are also suitable for Rotary cuts that result in a strong impact load on the cutting edges, e.g. B. hard Gray cast iron and the like can of course be used instead of pure iron or similar metals also alloyed metals, such as nickel-chromium steels or similar three- or multi-component steels, but aluminum bronze and the like can also be used as the base metal. Grinding wheels after the process can also be used as grinding and polishing wheels for fast running dental drills and the like because of their high heat dissipation and edge retention to be used.

Was in der vorliegenden Beschreibung für Karbide beschrieben wurde, gilt naturgemäß auch für Nitride, Boride u. dgl. harte Werkstoffe.What has been described for carbides in the present description, Naturally, this also applies to nitrides, borides and similar hard materials.

Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von dem Duplexverfahren, wobei meist beim Schleudergießen zwei verschiedene Schmelzen in die gleiche Form nacheinander gegossen werden. Dieses Verfahren bezweckt einen möglichst festen Verband zwischen zwei Werkstoffen.The method according to the invention differs from the duplex method, mostly with centrifugal casting two different melts in the same shape be poured one after the other. The aim of this process is to ensure that the association is as strong as possible between two materials.

Es sind auch Verfahren bekannt, bei welchen beim Schleudergießen ein im Grundmetall lösliches Legierungsmetall pulverförmig eingebracht wird zu dem Zweck, daß der Gehalt der entstehenden Metallegierung an Legierungsmetall in radialer Richtung nicht konstant ist.There are also known methods in which a centrifugal casting Alloy metal soluble in the base metal is introduced in powder form for the purpose of that the content of the resulting metal alloy of alloy metal in the radial direction is not constant.

Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Herstellen von Werkzeugen mit Arbeitsflächen, die im wesentlichen aus Hartmetall bestehen, dadurch gekennzeichnet, daß Metallkarbide, -nitride oder -boride in feinkörnigem Zustand in eine metallische Schmelze, deren spezifisches Gewicht von dem der Karbide, Nitride oder Boride abweicht, eingebracht werden. PATENT CLAIMS: 1. Method for producing tools with work surfaces, which essentially consist of hard metal, characterized in that metal carbides, nitrides or borides in a fine-grained state in a metallic melt, whose specific gravity from which the carbides, nitrides or borides deviate will. 2. Verfahren nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze mit Kohlenstoff, Stickstoff oder Bor angereichert wird und anschließend daran die das Karbid, Nitrid oder Borid bildenden Metalle zwecks Bildung der Hartmetalle in die Schmelze eingebracht werden, gegebenenfalls unter Wiederholung dieses Vorgangs. 2. The method according to claim r, characterized in that the melt with Carbon, nitrogen or boron is enriched and then the that Carbide, nitride or boride-forming metals for the purpose of forming the hard metals in the Melt are introduced, if necessary with repetition of this process. 3. Verfahren nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beschleunigung des Vorgangs des Aufsteigens oder Niedersinkens der Hartmetalle die in der Form befindliche Schmelze mit den -Hartmetallen geschleudert wird. q.. 3. The method according to claims i and 2, characterized in that for acceleration the process of ascending or descending the hard metals in the mold located Melt with the hard metals is thrown. q .. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Vermeidung unerwünschter I-Cornvergröberung die für die Hartmetalle in Betracht kommenden Metalle in feingemahlenem Zustand in Hartmetalle übergeführt werden und diese ohne weitere Zerkleinerung Verwendung finden. Process according to claims 1 to 3, characterized in that for the purpose of avoidance undesirable I-corn coarsening the metals in question for the hard metals be converted into hard metals in a finely ground state and these without further Comminution find use. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis dadurch gekennzeichnet, daß die Hartmetalle Jn die Schmelze unter kräftigem Rühren und Rütteln eingebracht werden. 5. The method according to claims 1 to thereby characterized in that the hard metals Jn the melt with vigorous stirring and shaking be introduced. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von Drehstählen u. dgl. die vergossenen Formen umgeschmiedet-werden. Angezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 1 169 zg-g; französische Patentschrift Nr. 488 o$6; französische Zusatzpatentschrift Nr. 38 878.6. The method according to claims 1 to 5, characterized in that that for the production of turning tools and the like, the cast molds are forged. References: U.S. Patent No. 1,169 zg-g; French patent specification No. 488 o $ 6; French additional patent specification No. 38 878.