Bartmetall. - Die Erfindung betrifft ein Hartmetall aus mindestens einem Karbid und einem Hilfs metall, sowie ein Verfahren zu dessen Her stellung. Gemäss der Erfindung enthält das Hartmetall über 50ö Titankarbid. Das Hilfsmetall, in das das Titankarbid eingebet tet sein oder das auch auf andere Weise als Bindemittel für das Titankarbid dienen kann, kann aus einem einzelnen oder mehreren Me tallen oder aus deren Legierungen oder Mi schungen bestehen.
Titankarbid hat gegenüber den zur Her stellung von Hartmetallen schon bekannten Schwermetallkarbiden wie zum Beispiel Wolframkarbid ganz erhebliche Vorzüge. Einesteils ist die Gewichtseinheit wesent licher billiger, andernteils hat es erheblich geringeres spezifisches Gewicht. Da in der Anwendung für Werkzeuge usw. nicht das Gewicht der verwendeten Menge, sondern das Volumen ausschlaggebend ist, vermindert sich deren Preis dadurch noch weiter.
Die Härte des Titankarbides steht hinter der jenigen des Wolframkarbides nicht zurück, es ist vielmehr möglich, bei gleichem prozen tualen Gehalt an Hilfsmetall eine grössere Härte des fertigen Körpers zu erzielen als die Härte eines entsprechenden wolEram- karbidhaltigen Körpers.
Das Titankarbid hat die Fähigkeit, in Legierung mit einer ganzen Reihe von Me tallen ausserordentlich homogene, mechanisch widerstandsfähige Körper zu bilden. Als solche Metalle kommen in erster Linie die Metalle der Eisengruppe und unter ihnen insbesondere Kobalt in Betracht; es können. auch Legierungen oder Mischungen von Ko balt und Eisen verwendet werden. Ferner ist auch Nickel für sich allein oder in Verbin dung mit andern Metallen verwendbar. Es können jedoch auch andere Legierungen, die mindestens ein Metall der Eisengruppe ent halten, zum Beispiel Legierungen von Kobalt, Chrom und Wolfram mit oder ohne Kohlen stoffzusatz vorteilhaft verwendet werden.
Das Hartmetall gemäss der Erfindung kann ausser Titankarbid noch andere Karbide ent halten. Es darf sich dabei jedoch immer nur um einen verhältnismässig kleinen Bruchteil der ganzen Karbidmasse handeln, wenn man nicht die guten Eigenschaften, die durch ;lie Verwendung des Titankarbides erzielt wer den, zu stark beeinträchtigen will. Zusätze von beispielsweise 10 bis 20% Wolframkar- bid, Molybdänkarbid oder Tantalkarbid sind ohne weiteres zulässig.
Um die hervorragenden Eigenschaften des Titankarbides auszuwerten, ist es zweck mässig, Titankarbid in Mengen von über zwei Dritteln der ganzen Masse des Hartmetalles zu verwenden. Besonders gute Eigenschaften weisen beispielsweise solche Körper auf, die 85 % Titankarbid enthalten. Es ist aber mög- lieh, den Karbidgehalt noch darüber hinaus zu steigern, beispielsweise bis zu 95 %.
Mit wachsendem Karbidgehalt steigt im allgemei nen die Härte des fertigen Körpers, jedoch wird es mit wachsendem Karbidgehalt immer schwieriger, eine feste Bindung der Karbid masse zu erzielen. Je höher der Karbidgehalt ist, desto höher muss die zur Verfestigung des fertigen Körpers erforderliche Tempera tur gesteigert werden. Man kommt dabei un ter Umständen bis über 2000 .
Die Schwie rigkeiten sind zum Teil darin begründet, dass das Titankarbid wegen seines relativ gerin gen spezifischen Gewichtes und des daraus sich ergebenden grösseren Volumens und der grösseren Gesamtoberfläche der gleichen Ge wichtsmenge Pulver eine relativ grössere Menge Hilfsmetall zur Ausfüllung der Zwi schenräume zwischen den Karbidteilehen er fordert als andere, schwerere Karbide. Es hat sich aber gezeigt, dass man über diese Schwie rigkeiten durch die Wahl entsprechend hoher Verfestigungstemperaturen gut hinwegkom men kann.
Zur Herstellung des Hartmetalles gemäss der Erfindung hat sich insbesondere ein sol ches Verfahren als geeignet erwiesen, bei dem aus einem mindestens Titankarbid enthalten- den Pulver ein Pressling geformt und durch Erhitzen in Gegenwart des Hilfsmetalles gleichmässig verfestigt wird.
Man kann in einfachster Weise zum Bei spiel so vorgehen, dass man Titankarbid pul verisiert-und mit der zur Bindung erforder lichen Menge eines Pulvers von Kobalt oder Eisen oder einer Mischung von Kobalt und Eisen innig vermengt, diese pulverige Masse alsdann in die Form presst, die der fer tige Körper erhalten soll, und den Pressling auf eine so hohe Temperatur erhitzt, dass eine genügende Verfestigung eintritt. Im allge meinen ist dazu erforderlich, dass die Tempe ratur bis erheblich über den Schmelzpunkt des Hilfsmetalles erhöht wird.
Bei Verwen dung von Kobalt, Eisen oder ähnlichen Me tallen in einer Menge von beispielsweise etwa 20%, wird man auf Temperaturen von etwa 1900 oder noch mehr gehen müssen. Hierbei besteht nun die Gefahr, dass das Titankarbid mit andern Stoffen, mit denen es in Berüh rung kommt, zum Beispiel mit dem Sauer stoff oder Stickstoff der Atmosphäre, in Re aktion tritt. Dadurch würde die Eigenschaft des fertigen Körpers unter Umständen erheb lich beeinträchtigt. Es ist deshalb zweck mässig, bei der Erhitzung vor allem Sauer stoff und Stickstoff fernzuhalten. Man wird die Erhitzung deshalb zum Beispiel in einer Wasserstoffatmosphäre oder in einer andern indifferenten Atmosphäre oder auch im Va kuum vornehmen.
Es kommt dabei darauf an, auch geringe Spuren von Sauerstoff oder Stickstoff fernzuhalten, weil sonst ein Ab binden der Masse durch das Hilfsmetall über haupt nicht mehr in befriedigendem Masse er zielbar wäre, da sich die einzelnen Karbid- teileben mit Oxyd- oder Nitridschichten über ziehen würden, die einen Kontakt zwischen dem Karbid und dem Hilfsmetall verhindern.
Statt die Presslinge sofort in ihre end gültige Form zu bringen und durch Erhitzen fertig zu machen, kann man auch so vor gehen, dass man Körper herstellt, die man zu nächst nur auf eine geringere Temperatur er hitzt, beispielsweise bis dicht unterhalb des Schmelzpunktes des Itilfsmetalles oder nur wenig darüber. Diese Körper sind dann zu nächst noch verhältnismässig leicht bearbeit- bar. Man kann sie durch Schneiden oder dergleichen in die gewünschte Form bringen und dann die so erhaltenen Körper durch Er hitzen auf die höheren Verfestigungstempera- turen fertig machen.
Man kann ferner das als Ausgangsstoff dienende, mindestens Titankarbid enthal tende Pulver derart erhalten, dass eine chemi sche Verbindung des Hilfsmetalles, die sich zum Beispiel in Pulverform oder in einer Lö- suno; befindet, mit dem Karbidpulver ver mengt und durch Erhitzung in einer redu zierenden Atmosphäre in metallisches Hilfs metall von besonders feiner Verteilung über- g@führt wird. Die die Hauptmasse des Hart metalles bildenden Karbidpartikel bleiben dabei chemisch unverändert.
Der Vorteil die ser Verfahrensform besteht darin, dass man ausser der bei der Zerstörung der -chemischen Verbindung des Hilfsmetalles erzielten be sonders feinen Verteilung des metallischen Hilfsmetallee durch weiteres Erhitzen des Gemenges eine besonders innige Bindung des Hilfsmetalles an die Karbidpartikel erhält. Man kann beispielsweise von den Oxyden oder Oxalaten der Hilfsmetalle ausgehen und reit möglichst reinem Wasserstoff bei relativ niedrigen Temperaturen, zum Beispiel bei be ginnender Rotglut, reduzieren und dann erst die weitere Erhitzung vornehmen, bei der dann zweckmässig Sauerstoff und Stickstoff fernzuhalten sind.
Das Herstellungsverfahren kann auch in der Weise ausgeführt werden, dass der ge formte Pressling zu einem porösen Körper vorgesintert und mindestens die Hauptmenge des Hilfsmetalles durch Einsaugen unter Er hitzung in ihn eingeführt wird. Man geht da bei folgendermassen vor: Die Presslinge wer den aus Titankarbidpulver ohne oder mit nur geringem Zusatz von Hilfsmetall hergestellt und bei hoher Temperatur zu porösen Kör pern gesintert.
Die Sinterkörper werden dann mit der in sie noch einzuführenden Menge des Hilfsmetalles in Berührung gebracht und bis zur endgültigen Verfestigungstemperatur erhitzt. Man kann beispielsweise das Hilfs metall in Gestalt eines festen, zusammenhän genden Körpers auf den vorgesinterten Titan- karbidkörper auflegen und dann das Ganze im Vakuum erhitzen. Der Hilfsmetallkörper wird von dem vorgesinterten Titankarbid- körper aufgesaugt und gleichmässig verteilt.
Beard metal. - The invention relates to a hard metal made of at least one carbide and an auxiliary metal, and a method for its manufacture. According to the invention, the hard metal contains over 50 ° titanium carbide. The auxiliary metal in which the titanium carbide can be embedded or which can also serve in some other way as a binder for the titanium carbide can consist of one or more metals or of their alloys or mixtures.
Titanium carbide has considerable advantages over the heavy metal carbides already known for the manufacture of hard metals, such as tungsten carbide. On the one hand, the unit of weight is significantly cheaper, on the other hand it has a significantly lower specific weight. Since in the application for tools etc. it is not the weight of the quantity used, but the volume that is decisive, their price is reduced even further.
The hardness of titanium carbide is not inferior to that of tungsten carbide; rather, it is possible to achieve a greater hardness of the finished body than the hardness of a corresponding tungsten carbide-containing body with the same percentage of auxiliary metal.
Titanium carbide has the ability to form extremely homogeneous, mechanically resistant bodies in an alloy with a whole range of metals. Such metals are primarily the metals of the iron group and, among them, especially cobalt; it can. alloys or mixtures of cobalt and iron can also be used. Nickel can also be used on its own or in conjunction with other metals. However, other alloys containing at least one metal from the iron group, for example alloys of cobalt, chromium and tungsten, with or without the addition of carbon, can also be used advantageously.
In addition to titanium carbide, the hard metal according to the invention can also contain other carbides. However, it can only be a relatively small fraction of the total carbide mass if one does not want to impair the good properties that are achieved by using the titanium carbide too much. Additions of, for example, 10 to 20% tungsten carbide, molybdenum carbide or tantalum carbide are readily permissible.
In order to evaluate the excellent properties of titanium carbide, it is advisable to use titanium carbide in quantities of over two thirds of the total mass of the hard metal. For example, bodies that contain 85% titanium carbide have particularly good properties. However, it is possible to increase the carbide content even further, for example up to 95%.
As the carbide content increases, the hardness of the finished body generally increases, but with an increasing carbide content it becomes more and more difficult to achieve a firm bond of the carbide mass. The higher the carbide content, the higher the temperature required to solidify the finished body must be increased. Under certain circumstances you can get to over 2000.
The difficulties are partly due to the fact that the titanium carbide, because of its relatively low specific weight and the resulting larger volume and the larger total surface of the same amount of powder, requires a relatively larger amount of auxiliary metal to fill the spaces between the carbide parts than other, heavier carbides. However, it has been shown that these difficulties can be easily overcome by choosing correspondingly high solidification temperatures.
For the production of the hard metal according to the invention, such a process has proven particularly suitable, in which a compact is formed from a powder containing at least titanium carbide and is uniformly solidified by heating in the presence of the auxiliary metal.
One can proceed in the simplest way, for example, that one pulverizes titanium carbide and intimately mixes it with the required amount of a powder of cobalt or iron or a mixture of cobalt and iron, and then presses this powdery mass into the mold, which the finished body is to receive, and the pellet is heated to such a high temperature that sufficient solidification occurs. In general, this requires that the temperature is increased to well above the melting point of the auxiliary metal.
When using cobalt, iron or similar metals in an amount of, for example, about 20%, you will have to go to temperatures of about 1900 or even more. There is now a risk that the titanium carbide will react with other substances with which it comes into contact, for example with the oxygen or nitrogen in the atmosphere. As a result, the property of the finished body would be significantly affected under certain circumstances. It is therefore advisable to keep oxygen and nitrogen away when heating. The heating will therefore be carried out, for example, in a hydrogen atmosphere or in another inert atmosphere or else in a vacuum.
It is important to keep away even small traces of oxygen or nitrogen, because otherwise the auxiliary metal would no longer bind the mass to a satisfactory extent, since the individual carbide parts are covered with oxide or nitride layers would prevent contact between the carbide and the auxiliary metal.
Instead of immediately bringing the pellets into their final shape and making them ready by heating, one can also proceed in such a way that bodies are produced that are initially only heated to a lower temperature, for example to just below the melting point of the auxiliary metal or little more than that. These bodies are then still relatively easy to process at first. They can be brought into the desired shape by cutting or the like and then the bodies obtained in this way can be finished by heating them to the higher solidification temperatures.
The powder used as the starting material and containing at least titanium carbide can also be obtained in such a way that a chemical compound of the auxiliary metal, for example in powder form or in a solution; is located, mixed with the carbide powder and transferred by heating in a reducing atmosphere to metallic auxiliary metal with a particularly fine distribution. The carbide particles, which make up the bulk of the hard metal, remain chemically unchanged.
The advantage of this form of the process is that, in addition to the particularly fine distribution of the metallic auxiliary metals achieved when the chemical compound of the auxiliary metal is destroyed, further heating of the mixture results in a particularly intimate bond of the auxiliary metal to the carbide particles. One can, for example, start from the oxides or oxalates of the auxiliary metals and use the purest possible hydrogen at relatively low temperatures, for example when red heat begins, and only then carry out the further heating, in which it is advisable to keep away oxygen and nitrogen.
The manufacturing process can also be carried out in such a way that the molded compact is pre-sintered to form a porous body and at least the majority of the auxiliary metal is introduced into it by suction while heating. The procedure is as follows: The pellets are made from titanium carbide powder with little or no addition of auxiliary metal and are sintered at high temperature to form porous bodies.
The sintered bodies are then brought into contact with the amount of auxiliary metal still to be introduced into them and heated to the final solidification temperature. You can, for example, place the auxiliary metal in the form of a solid, coherent body on the presintered titanium carbide body and then heat the whole thing in a vacuum. The auxiliary metal body is sucked up by the pre-sintered titanium carbide body and distributed evenly.