DE1174997B

DE1174997B - Verwendung von borhaltigen Hartmetallen

Info

Publication number: DE1174997B
Application number: DED38151A
Authority: DE
Inventors: Fritz Frehn
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Current assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Priority date: 1962-02-14
Filing date: 1962-02-14
Publication date: 1964-07-30
Also published as: US3211386A; GB972414A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl.: C 22 c

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Deutsche IQ.: 40 b-29/00

D 38151VI a /40 b
14. Februar 1962
30. JuH 1964

Es ist bekannt, Werkstücke, die beispielsweise aus Stahl, Stahllegierungen, Nickellegierungen od. dgl. bestehen, dadurch- mit einer verschleißfesten Oberfläche zu versehen, daß eine mehr oder weniger dicke Schicht aus Hartmetallen auf die Oberfläche dieser Teile aufgetragen wird. Dies kann durch einfaches Aufschmelzen entsprechend zusammengesetzter, leicht schmelzender Hartmetallegierungen geschehen, es kann aber auch nach einem der bekannten Pulverspritzverfahren die aufzutragende Schicht erzeugt werden. Bei diesen zuletzt genannten Verfahren wird im Prinzip stets so vorgegangen, daß das Pulver durch eine Zone mit erhöhter Temperatur geführt und dort in den schmelzflüssigen Zustand übergeführt wird. Das geschmolzene Pulver wird sodann auf die Oberfläche der zu panzernden Gegenstände aufgespritzt, wobei gegebenenfalls auch die zu panzernde Oberfläche selbst vorher oder gleichzeitig, etwa mittels eines zusätzlichen Lichtbogens, aufgeschmolzen wird.

Sollen mit Hilfe eines solchen Verfahrens Hartmetallschichten auf beliebige metallische Gegenstände aufgebracht werden, so wird als Hartmetall im allgemeinen eine gesinterte Legierung aus einem Hilfsmetall, etwa Kobalt, und Karbiden der IV., V. oder VI. Gruppe des Periodischen Systems der Elemente verwendet. Diese Legierungen müssen, damit sie in den entsprechenden Spritzvorrichtungen verwendet werden können, zunächst zerkleinert, d. h. pulverisiert werden und nach der Zerkleinerung gegebenenfalls noch mit anderen weiteren Hilfslegierungen vermischt werden. Diese weiteren Hilfslegierungen haben den Zweck, den Schmelzpunkt der Pulvermischung zu erniedrigen.

Eine hierfür geeignete bekannte Legierung hat etwa folgende Zusammensetzung:

65 bis 75% Nickel, . · 13 bis 20 % Chrom, 2,8 bis 4,50 °/o Bor, 0,5 bis 1,0% Kohlenstoff, 3,5 bis 4,5 % Silizium, 3,0 bis 4,0% Eisen.

Werden beim Aufspritzen des Pulvers bzw. des Pulvergemisches hinreichend hohe Temperaturen angewandt, wie dies etwa bei dem" bekannten Plasma-Spritzverfahren der Fall ist, so können auch pulverisierte Hartkarbid-Bindemetall-Legierungen (also sogenannte »Hartmetalle«) oder sogar Karbide ohne Bindemittelphase aufgespritzt bzw. aufgeschweißt werden, wobei auf eine zusätzliche Hilfslegierung, etwa auf der Basis Nickel-Chrom-Bor-Sihzium, verVerwendung von borhaltigen Hartmetallen

Anmelder:

Deutsche Edelstahlwerke Aktiengesellschaft,

Krefeld, Oberschlesienstr. 16

Als Erfinder benannt:
Fritz Frehn, Krefeld

ziehtet werden kann. In jedem Fall liegt aber das Problem vor, Hartkarbide bzw. Hartkarbid-Bindemetall-Legierungen vor Anwendung des jeweiligen Spritzverfahrens zu pulverisieren.

Hartmetalle zu zerkleinern, stößt infolge der bekannten mechanischen Eigenschaften dieser Werkstoffe auf sehr große Schwierigkeiten. Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, einen Weg anzugeben, auf dem es dennoch möglich ist, Hartmetalle auf mechanischem Wege zu zerkleinern. Erfindungsgemäß geschieht dies, indem als Ausgangswerkstoff für die Herstellung derartiger · Hartmetallpulver, welche durch mechanische Zerkleinerung von Hart₇ metallstücken hergestellt werden sollen, an sich bdikannte borhaltige Hartmetalle auf Hartkarbid-Bindemittel-Basis verwendet werden, die einen Borgehalt von 0,05 bis 2%, vorzugsweise 0,1 bis 0,8%, aufweisen. Das Bor muß in diesen Werkstoffen in elementarer Form oder als Borid vorliegen. Am einfachsten ist es, bei der Herstellung der Legierung das Bor als Borvorlegierung, etwa Ferrobor, Nickelbor oder Kobaltbor, in entsprechenden Mengen zuzüsezen.

Durch den angegebenen Borgehalt sinkt die Biegebruchfestigkeit des Hartmetalls derart ab, daß einte mechanische Zerkleinerung etwa' in Backenbrechern, Kugelmühlen od. dgl. möglich wird.

Die folgenden Beispiele sollen diese Wirkung des Borzusatzes illustrieren.

B e i s ρ i e 1 1
+5 Ein Hartmetall mit

63% Wolframkarbid,
18% Titankarbid,
10 % Tantalkarbid,
9% Kobaltmetall

zeigte nach dem Sintern und Abkühlen auf Raumtemperatur eine Biegebruchf estigkedt von 203 kg/mm².

409 638/292

Die gleiche Legierung, jedoch mit einem Borgehalt von 0,05%, zeigte bei Raumtemperatur eine Biegebruchfestigkeit von 133 kg/mm² und eine Legierung mit 0,1 % Bor nur 117 kg/mm².

Beispiel 2

Wolframkarbid 80%

Kobaltmetall 20%

Die folgende Tabelle zeigt die Biegebruchfestigkeit bei Raumtemperatur:

ohne Borzusatz 250 bis 300 kg/mm²

mit 0,05% Bor 150 bis 180 kg/mm²

mit 0,1 % Bor 100 bis 150 kg/mm²

mit 0,5% Bor 60bis 100 kg/mm²

Beispiel 3

Wolframkarbid 93%

Kobaltmetall 7%

Biegebruchfestigkeit:

ohne Borzusatz 230 bis 280 kg/mm²

mit 0,5 % Bor 30 bis 80 kg/mm²

Beispiel 4

Wolframkarbid 89 %

Kobaltmetall 11 %

im Ausgangspulver stets vorhandene Sauerstoff bei Verwendung der borhaltigen Hartmetallpulver teilweise mit dem vorhandenen Bor reagiert, teilweise aber auch mit dem vorhandenen freien Kohlenstoff. Das heißt mit anderen Worten, daß auch die Reaktion C + O₂-v 2CO begünstigt wird. Hierdurch wird einerseits der Sauerstoffgehalt in der aufgesinterten Schicht gesenkt, zum anderen aber auch infolge des Kohlenstoffverbrauchs werden mehr oder weniger sogenannte Doppelkarbide gebildet, welche bekanntlich verschleißfeste Phasen darstellen.

Im nachfolgend angeführten Beispiel 6 ist eine Übersicht über den Kohlenstoff- und Sauerstoffhaushalt gegeben, der sich bei der Herstellung eines Wolframkarbid -Titankarbid -Tantalkarbid - Metalles eingestellt hat:

Beispiel 6 Ausgegangen wurde von einem Hartmetallansatz

2o mit

25 50% Wolframkarbid, 35 % Titankarbid,

7% Tantalkarbid,

8% Kobaltmetall.

Folgende Kohlenstoff- und Sauerstoffgehalte wurden im fertiggesinterten Hartmetall ermittelt:

Biegebruchfestigkeit bei Raumtemperatur:

ohne Bor 246 bis 276 kg mm²

mit 0,5% Bor 67 bis 77 kg/mm²

Beispiel 5

Wolframkarbid 86 %

Kobaltmetall 14%

Biegebruchfestigkeit bei Raumtemperatur:

ohne Bor 283 bis 317 kg/mm²

mit 0,5% Bor 58 bis 77 kg/mm²

35

	⁰Zo C	"/0 O₂
Ohne Bor	9,62 9,45 9,35 8,98	0,62 0,11 0,09 0,04
Mit 0,05% Bor aus Co B Mit 0,1 % Bor aus Co/B Mit 0,5% Bor aus Co/B

40

Außer dem Vorteil, daß derartige borhaltige Hartmetalle leicht mechanisch zerkleinert werden können, bringt die erfindungsgemäß angegebene Verwendung noch den Vorteil mit sich, daß gleichzeitig mit der durch Bor eingetretenen Versprödüng die Verschleißfestigkeit der aufgesinterten bzw. aufgespritzten Schicht deutlich erhöht wird.
Schließlich ist noch auf folgendes hinzuweisen: Beim Plasma-Spritzverfahren wird — wie auch bei einigen anderen Spritzverfahren, bei denen das zu verspritzende Hartmetallpulver zum Schmelzen kommt — das Pulver durch eine Zone stark erhöhter Temperatur geführt. Hierbei tritt ein Karbidzerfall, und zwar beispielsweise ein Zerfall des Wolframkarbides WC in Kohlenstoff und das Karbid W₂C ein. Der bei diesem Vorgang frei werdende Kohlenstoff scheidet sich in Form von Graphit in der aufgespritzten Schicht ab und bedingt, daß die Schicht teilweise Poren enthält. Versuche haben gezeigt, daß durch die erfindungsgemäße Verwendung borhaltiger Ausgangsstoff der Karbidzerfall weitgehend unterdrückt wird. Weiter wurde beobachtet, daß auch der Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Verwendung von borhaltigen Hartmetallen für den angegebenen Zweck ist darin gelegen, daß sich die mit Bor legierten Hartstoffe beim Einsintern nach dem Spritzen besser und schneller mit dem Grundwerkstoff verbinden. Dies ist vermutlich darauf zurückzuführen, daß die diffusionshemmenden Oxyde fehlen bzw. beim Aufspritzen entfernt werden. Wird, wie oben gezeigt, eine Chrom-Nickel-Bor-Silizium-Hilfslegjerung verwendet, so begünstigt die Anwesenheit von Bor auch in der Hartstoffkomponente die Diffusionsverbindung auch dieser Komponente mit dem Bindemetall bzw. dem Grundwerkstoff. Diese Vorteile sind besonders deshalb wichtig, weil alle Diffusionsvorgänge in der sehr kurzen Zeit ablaufen müssen, die zum Aufschweißen nur zur Verfügung steht.

Claims

Patentanspruch:

Verwendung von an sich bekannten borhaltigen Hartmetallen auf Hartkarbid-Bindemittel-Basis mit 0,05 bis 2%, vorzugsweise 0,1 bis 0,8%, Bor als Ausgangswerkstoff für die Herstellung von Hartmetallpulvern durch mechanische Zerkleinerung von Hartmetallstücken, insbesondere von solchen Pulvern, die auf Teile aus Metall aufgeschweißt oder aufgespritzt werden sollen.

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