DE2018032C3

DE2018032C3 - Verfahren zur Herstellung von Karbidhartmetall auf der Basis von WC, TiC und/oder TaC

Info

Publication number: DE2018032C3
Application number: DE2018032A
Authority: DE
Inventors: Thomas Eugene Warren Hale; William Anthony Huntington Woods Reich
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1969-04-16
Filing date: 1970-04-15
Publication date: 1979-03-29
Also published as: US3551991A; DE2018032B2; FR2045357A5; DE2018032A1; GB1310381A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Karbidhartmetall auf der Basis von WC, TiC und/oder TaC.

Karbidhartmetalle zeichnen sich bekanntlich durch eine Kombination von Härte, Festigkeit und Widerstand gegen Abrieb aus und werden dementsprechend für industrielle Anwendungen, wie Schneidwerkzeuge, Ziehdüsen und Verschleißteile eingesetzt. Sie werden durch pulvermelallurgische Techniken (vgl. F. Eisenkolb, »Fortschritte der Pulvermetallurgie«, Band II, Seiten495, 496 und 513-516 (19631) darunter die Flüssigphasensinterung eines oder mehrerer hochschmelzender Karbidmetalle der IV., V. und VI. Gruppe des Periodensystems der Elemente mit einem oder mehreren Metallen der Eisengruppe als Bindemetall hergestellt.

Das Bindemetall ist zumeist eine Legierung von Metallen der Eisengruppe, da diese mehrere kritische Eigenschaften aufweisen, die für den Sinterprozeß und das metallurgische Gefuge, von der die Eigenschaften der Karbidhartmetalle abhängen, von Bedeutung sind.

Um die gewünschte Flüssigphasensinterung zu erreichen, muß das Bindemetall die Fähigkeit haben, mit dem Karbid ein ausreichend niedrig schmelzendes Eutcktikum zu bilden. Es muß ebenfalls die Fähigkeit haben, im flüssigen Zustand eine hinreichend große Menge des Karbids zu lösen, und es muß ferner das Karbid so benetzen, daß in vernünftiger Zeit eine vollständige Verdichtung erreicht wird. Zusätzlich darf das Bindemetall nahezu keine irre^ versible Bindung mit dem Karbid eingehen. Schließlich soll das Bindemetall sowohl bei Raum- als auch bei höheren Temperaturen zu der hohen Festigkeit der zementierten Karbidlegierung beitragen. Als Ergebnis dieser komplexen Anforderungen wird nur eine geringe Anzahl von Bindemetallen kommerziell eingesetzt. Kobalt ist das bei weitem am meisten benutzte Bindemetall für Wolframkarbid und Nickel das am meisten benutzte Bindemetall für Titankarbide.

Die genannten Kombinationen aus Karbiden und Bindemetallen ergeben die normalerweise von Karbidhartmetallen gewünschten Eigenschaften. Sie haben jedoch bestimmte Begrenzungen. Einer der wichtigsten Nachteile von Kobalt als Bindemetall für Karbidhartmetalle auf der Basis von Wolframkarbid ist seine relativ geringe Korrosionsfestigkeit, besonders gegenüber Säuren. Ein weiterer Nachteil von Karbidhartmetallen auf der Basis von Wolframkarbid, in denen Kobalt als Binder dient, ist die relativ geringe Widerstandsfestigkeit gegen Deformation bei erhöhten Temperaturen.

Viele andere Bindernetaiie sind zum Ersetzen von Kobalt in Karbidhartmetallen auf der Basis von Wolframkarbid vorgeschlagen worden. Aus den obengenannten Gründen sind jedoch auch diese anderen Bindemetalle nicht allgemein anwendbar. In manchen Fällen können solche anderen Bindemetalle jedoch eingesetzt werden, dann aber nur in Vol.-% von mehr als 15 oder 20. So ist in der US-PS 32 15 510 die

in Verwendung von Nickel-Chrom-Legierungen als Ersatz für Kobalt in Karbidhartmetallen auf der Basis von Wolframkarbidlegierungen vorgeschlagen. Hierdurch wird die Korrosionsfestigkeit verbessert, ohne daß gleichzeitig Festigkeit und Härte verschlechtert

j5 werden. Hinreichende Verdichtung und andere Eigenschaften in dem fertigen Karbidhartmetall werden jedoch nur erhalten, wenn der Bindergehalt größer als ungefähr 15 VoI.-% (I0Gew.-%) ist.
Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem man trotz eines Bindemetall-Anteils von weniger als 20 Vol.-% ein vollständig dichtes feinkörniges homogenes Gefüge sowie bisher nicht oder nur mit großen Schwierigkeiten erreichte Eigenschaftskombinationen erhält. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß aus einem Sinterkörper mit weniger als 20 Vol.-% Bindemetall zumindest ein Teil des Bindemetalls durch chemisches Auslaugen unter Verbleiben des Karbidskeletts entfernt und das

in ausgelaugte Bindemetall durch Infiltration eines zweiten andersartigen Bindemetalls in das Karbidskelelt ersetzt wird.

Als Vorstufe /um erfindungsgemäßen Verfahren stellt man zunächst ein Karbidhartmetall aus WC, TiC und/oder TaC mit weniger als 20Vol.-% eines Eisengruppenmetalls als Bindemetall durch an sich bekannte pulvermetallurgische Techniken her. Hierbei wird durch Flüssigphasensinterung ein vollständig dichtes Karbidhartmetall mit annehmbaren Higen-

M) schäften erhalten

Durch erfindungsgernäßes chemisches Auslaugen z. B, mit einer Säure, wird dann zumindest ein Teil des Kobalts oder anderen benutzten Eisengruppetv Bindemetalls aus dem Karbidhartmetall entfernt und so ein Karbidskeltt erhallen. Um den Auslaugprozeß zu beschleunigen, ist es zweckmäßig, die Säure zu erhitzen, vorteilhaft bis zum Siedepunkt. Besonders nützliche Säuren sind Salzsäure und Schwefelsäure,

bevorzugt in verdünnter, konstant siedender Konzentration. Der Auslaugprozeß dauert in Abhängigkeit von der Form und den Abmessungen des Produktes mehrere Tage oder Wochen, bis das Bindemetall entfernt ist. Eine geringere Zeit ist erforderlich, wenn nur die Oberfläche des Formstückes auszulaugen ist. Wenn der Auslaugprozeß das gewünschte Ausmaß erreicht hat, werden die überschüssige Säure und das Wasser durch Erhitzen in einer Wasserstoffatmosphäre entfernt. Gelegentlich ist das Karbidskelett beim Aus- in laugen bis zu einem bestimmten Betrag oxydiert worden, was einen Verlust von Kohlenstoff im Karbidskelett zur Folge hat. Wenn der Kohlenstoffvtrlust stört, kann der Kohlenstoffgehalt durch Erhitzen des Karbidskeltts in einer kohlenstoffhaltigen Atmosphäre π oder durch Zusetzen von Kohlenstoff zum infiltrierenden Austausch-Bindemetall ergänzt werden.

In dieses Karbidskelett wird dann erfindungsgemäß ein sich vom ursprünglich eingesetzten Bindemetall unterscheidendes Bindemetall, das die Eigenschaften der gewünschte» Endzusammensetzung vermittelt, infiltriert.

Die Infiltration wird in einer reduzierenden oder etwas karburisierenden Atmosphäre durchgeführt und richtet sich nach der zu behandelnden Zusammen- >ϊ Setzung und der Karbidskeleitstruktur. Das zu infiltrierende Austausch-Bindemetali wird in Pulverform oder als Festkörper oder als Folie mit dem Karbidskelett in Kontakt gebracht und bis etwas oberhalb des Schmelzpunktes des Bindemetalls erhitzt. Hierbei jo infiltriert das Austausch-Bindemetall durch Kapillarkräfte

Auf diese Weise werden die Eigenschaften von Kobalt oder Nickel als Binuemetali benutzt, um ein Karbidhartmetall der g&wünscntcn Dichte, strukturel- π len Gleichmäßigkeit und HomogeniJt herzustellen, wonach der ursprüngliche Binder zumindest teilweise entfernt und ersetzt wird durch das ausgewählte Bindemetall, das die erwünschten Eigenschaften des endgültigen Karbidharlmetalls aufweist. Anders ausgedrückt svird der Kobalt- oder Nickelbinder wegen seiner günstigen Eigenschaften als Verfahrenshilfe verwendet.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Produkte sind vollständig dicht, mehr als 99% 4-. und gewöhnlich mehr als 99,5 Vol.-% der theoretischen Dichte, haben eine Härte von mehr als 85 und gewöhnlich mehr als 90 Rockwell A. Weiterhin sind sie zäh und durch ein feinkörniges homogenes metallurgisches Gefüge gekennzeichnet. v>

Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird es möglich, Karbidhartmetalle herzustellen, die Austausch-Bindemetalle enthalten, die selbst nicht den strengen metallurgischen Anforderungen für die Flüssigphasensinterung entsprechen. r> Die einzigen metallurgischen Anforderungen, denen das Bindemetall für dieses Verfahren entsprechen muß, sind erstens die Fähigkeit, das Karbidskeletl so weit zu benetzen, daß das Skelett infiltriert wird und daß es zweitens keine störenden irreversiblen Umsetzungen wi mit dem Karbid eingeht. Es gibt viele Metalle und Legierungen, die diesen geringen Anforderungen entsprechen, die jedoch nicht die zusätzlichen Eigenschaften aufweisen, die fur das Flüssigphasensintern erforderlich sind. So ist es durch dieses Verfahren hi möglich, Karbidhartmetalle auf der Basis Von WC, TiC, oder WC-TipTaC herzustellen, die feine (1 bis 3 μιτι große) gleichmäßig dispergierte Karbidkörner bis zu einer Konzentration von mehr als 80Vo|.-% in einem Bindemetall aus Kupfer, Silber oder Gold oder Nickel-Chrom-, Nickel-Aluminium-, Kobalt-Aluminium-, Kupfer-Silizium-Legierungen, ferner Legierungen von Nickel oder Kobalt mit hochschmelzenden Metallen, wie Niob, Tantal, Chrom, Molybdän oder Wolfram enthalten.

Die Erfindung macht auch die Herstellung vollständig dichter Karbidhartmetalle auf der Basis von Wolframkarbid mit hoher Korrosionsfestigkeit mö&üch, die weniger als 15 Vol.-% einer Nickel-Chrom-Legierung als Bindemetall enthalten. Mit einem Bindemetallgehalt von weniger als 15 Vol.-% war dies bisher nicht möglich.

Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird es auch möglich, Karbidhartmetalle herzustellen, die Nickel-Aluminium-Legierung mit 1 bis I0Gew.-% Aluminium als Bindemetall enthalten. Derartige Binder haben bekanntlich hohe Tempe.aturfestigkeit und verbessern daher den Formänderungswiderstand der Karbidhartmetalle bei hohen Temperaturen.

Bisher waren diese Binder nicht üblich, da sie nicht geeignet sind, befriedigende Ergebnisse beim Flüssigphasensintern zu liefern und nicht die erforderliche Verdichtung und das feinkörnige, homogene Gefüge ergeben.

Die Festigkeit von Kobalt bei hohen Temperaturen wird ebenfalls durch 1 bis 4% Aluminium verbessert.

Darüber hinaus wird es möglich, Karbidhartmetalle mit weniger als 20 Vol.-% Aluminiumlegierungen als Bindemetalle herzustellen. Dies war bisher extrem schwierig, da ein beträchtlicher Anteil des Aluminiums im Bindemetall beim Kaltpressen und dem Flüssigphasensintem irreversibel oxidiert. Das Ergebnis hiervon ist die Bildung zahlreicher Oxideinschlüsse in dem Karbidhartmetall, wodurch die Eigenschaften des Karbidhartmetalls verschlechtert werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vollständig vermieden, daß Aluminium oxidiert, da Jas Aluminium in keiner Stufe des Verfahrens als Pulver zugegen sein muß.

Weitere Austausch-Bindemetalle, die durch das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar sind, sind Nickel- oder Kobaltlegierungen, die höhere Aluminiumgehalte aufweisen, wie die Nickel-Aluminium-Verbindungen Ni₃AI, NiAI oder die Kobaltverbindungen CoAI. Diese intermetallischen Nickel- und Kobaltverbindungen sind wertvolle Bindemetalle für Wolframkarbid und dessen Mischungen mit TiC und/ oder TaC, die bei hohen Temperaturen - 1350 bis 1600 C - ungewöhnlich widerstandsfähig gegen Deformationen sind.

Durch llüssigphascnsintern ist es nicht möglich, vollständig dichte, Karbidhartmetalle mit einem Bindemetallgehalt von weniger als 20 Vol.-% herzustellen, da die Löslichkeit von Wolframkarbid in diesen Mischungen sehr gering isl und deshalb die Rückverteilung der Karbidphase, die in der Flüssigphasensinlerstufe dringend erforderlich ist, verhindert wird. Das Karbidhartmetall soll genügend VoI.-% des hochschmelzenden Karbidmetalls enthalten, damit nach Entfernung des Bindemetall ein stabiles Karbidskcleü zurückbleibt, So zerbricht beim Auslaugen im Falle der Karbidhartmetalle WC-Co und WC-TiC-TaC-Co das Karbidskelelt gewöhnlich in zahlreiche Stücke oder zerfällt zu Pulver, wenn der Karbidgehalt geringer als ungefähr 80 Vol.-% ist.

Es ist durch andere Verfahren, z. B. Heißpressen, möglich, Karbidskelette mit weniger als 80% VoI.-% Karbid herzustellen, die nicht zusammenbrechen, d. h., Pressverfahren können ebenfalls zur Herstellung von Karbidskeletten mit einer Volumendichte von mehr als 80% eingesetzt werden. Jedoch hat daß Heißpreßverfahren mehrere Nachteile. Es ist langsam und aufwendig, da nur wenige Teile gleichzeitig hergestellt werden können und da die Graphitformen unter der, Bedingungen, die eingehallen werden müssen, um die gewünschte Dichte zu erreichen, nicht lange halten. Zusätzlich ist es schwierig, durch Heißpressen gleichmäßige Dichte und gleichmäßige Korngröße durch das Skelett hindurch zu erhalten. Weiterhin ist die Oberfläche gewöhnlich mit dem Form- H material imprägniert oder vergiftet.

Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens könmen dagegen unter Benutzung eines konventionellen Sinterofens und eines Auslaugtanks genügender Größe gleichzeitig große Mengen Karbidskelett herge- 2n stellt werden. Die erhaltene SkelRttqualität ist in bezug auf Korngröße, gleichmäßige Dichte und Abwesenheit von Oberflächenverunreinigungen ausgezeichnet. Das Verfahren ergibt daher Kosten- und Qualitätsverbesserungen gegenüber dem Heißpressverfahren zur Herstellung von Karbidskelettkörpern.

Für einige Anwendungen ist es möglich, Kobalt als Bindemetall nur aus einer Oberflächenregion des als Ausgangsmaterial verwendeten Karbidhartmetalls zu entfernen. In diesen Fällen kann ein unterschied- 3n liches zweites Bindemetall zu jeder gewünschten Tiefe in das Karbidskelett infiltriert werden, wobei die gewünschten Eigenschaften nur in der betreffenden Oberflächenregion hervorgerufen werden und der Kobaltbinder in der Hauptmasse des Karbidkörpers s> verbleibt.

Durch Variieren von Dauer und Temperatur der infiltration können verschiedene Legierungsstufen zwischen dem infiltrierten Austausch-Bindemetall und der Masse des Kobaltbinders erhalten werden. Wenn der Binuer nur in der Oberflächenregion ausgetauscht werden soll, ist das zu infiltrierende Austausch-Bindemetall beschränkt auf solche Metalle und Legierungen, die einen tieferen Schmelzpunkt als den des WC-Co oder WC-TiC-TaC-Co-Eutektikums aufweisen. Dies ist -n erforderlich, damit das ursprüngliche Bindemetall nicht schmilzt und in die Oberfläche des Kaibidsksletts wandert, bevor das zu infiltrierende Auslausch-Bindemetal! dorthin gelangt.

Zu infiltrierende Austausch-Bindemetalle, die das w Karbid auflösen, sollten zuvor mit dem Karbid gesättigt werden, um zu vermeiden, daß das Karbidskelett aufgelöst wird. Daher sollten Nickel-Chrom-Legierungen normalerweise mit Wolframkarbid gesättigt werden bevor sie in ein Wolframkarbidskelett « infiltriert werden.

Besonders vorteilhafte Ausführungsformen des erTabelle I

fjndungsgemäßen Verfahrens finden sich in den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen näher erläutert, in denen, wie auch in der Beschreibung, die Anteile von Karbid- und Bindemetallphase, wenn nicht anders vermerkt, in Vol.-% angegeben, da weite Differenzen in der Dichte drr Bindemetalle bestehen. Bestandteile des Bindemetalls selbst werden jedoch in Übereinstimmung mit der bei Metallegierungen üblichen Praxis in Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Bindemetalls, angegeben.

Beispiel 1

Rechteckig geformte Karbidhartmetall-Stücke in einer Größe von 19,05 x 9,525 x 5,08 mm, bestehend aus 90Vol.-% Wolframkarbid und lOVoL-% Kobalt (6 Gew.-% Kobalt), wurden durch konventionelles Kaltpressen und Flüssigphasensintem hergestellt. Die Stücke wurden dann 7 Tage lang in siedender 20%iger Salzsäure ausgelaugt, um das Kobalt zu entfernen. Nach einiger Zeit zeigte eine ch .-lische Analyse einen Kobaitrückstand von 0,ioGew.-,o. Das so erhaltene Wolframkarbidskelett wurde dann in einer karburisierenden wasserstoffhaltigen Atmosphäre 1 Stunde lang auf 1100 C erhitzt, um restliche Säure zu entfernen und den Kohlenstoffgehalt, der während des Auslaugens durch Oxydation vermindert wurde, zu ergänzen. Das Wolframkarbidskeletl wurde dann mit einer Nickelchromlegierung, die zusätzlich 20Gew.-% Wolframkarbid und 2Gew.-% Kohlenstoff enthielt, infiltriert. Das Wolframkarbid ist zugefügt worden, um das zu infiltrierende Austausch-Bindemetall mit Wolframkarbid zu sättigen und so eine F.rosion des Wolframkarbidskeletts während der Infiltration zu vermeiden. Der Kohlenstoff ist zugefügt worden, um den Kohlenstoffgehalt des Wolframkarbidskeletts zu ergänzen und auf diesem Wege die Bildung von ternären Karbiden vom »Eta-Phasentyp« zu verhindern. Das Infiltriermittel wurde in einem Überi'huß von 5% über den Betrag, der erforderlich ist, um die Hohlräume in Karbidskelett zu füllen, eingesetzt.

Die Infiltration wurde durch Auflegen eines vorgeschmolzenen Knopfes aus dem zu infiltrierenden Austausch-Bindemetall auf das Karbidskelett und Steigern der Temperatur auf 1425 C vorgenommen. In einer Wasserstoffatmosphäre wurde die 'lemperatur 15 Minuten gehalten. Das entstandene Produkt hatte ausgezeichnete physikalische Eigenschaften und überlegene Korrosionsbeständigkeit, wie der folgenden Tabelle I zu entnehmen ist. Weiterhin ermöglicht die Tabelle den Vergleich der Eigenschaften eines handelsüblichen Karbidhartmetalls aus Wolframkarbid und 10 Vol.-% Kobalt (Produkt 1), aus dem die Karbidhartmclille aus Wolframkarbid und Nickel-Chrom-Legierungen als Bindemetall (Produkte 2, 3 und 4) hergestellt wurden, Tiit den genannten erfi.idungsgemäßen Produkten.

Produkt	10 Vol.-%	Co	Dichte	Tiansversale	Härte	Korro-
	10 Vol.'%	(Ni-5 Cr)		Zugfestigkeit		sions-
					emp'iirid-
		g/cm³	N/cm²	Ra	lichkeit⁺)
I. V/C -		14,95	216,3	92,0	258
2. WC -		14,98	178,5	92,0	6,3

\ ι' I

■jr.

Siil

■Mit

Fortsetzung

I'rodukl

Dichte Transversale Härte

Zugfestigkeit

g/cm·' N/cm² R_A

Korrosionsempfiridlichkeit⁺)

3. WC- lOVol.-%(Ni-2,5Cr) 14,98 222,6 91,9 8,6

4. WC - 10 VoL-% (Ni-30 Cr) 14,82 175,0 92,5 14,7 *) Gegenüber NaCI-nssigsäure-Lösung; Gewichtsverlust in mg/dm² Tag.

Wie der Tabelle I entnommen werden kann, sind Dichte, Härte und Festigkeit der Karbidhartmetalle aus Wolframkarbid und Nickel-Chromlegierung nahezu gleich wie bei dem Karbidharlmclall aus Wolframkarbid und Kobalt, während die Säiirekorrosionsfestig-

L"f»it flgr £τΠΓΚ!ϋΠ^η5"«ϊΤϊ»!β Crh((!'CilCri PrGCiüntC 2 — 4

beträchtlich erhöht ist. Außerdem sind die Karbidhartmetaile aus Woiframkarbid und Nickcl-Chromiegierung vollständig unmagnetisch, während das Karbidhartmetall aus Wolframcarbid und Kobalt ausgeprägt magnetisch ist.

Versuche, die gleichen Karbidhartmelalle aus WoIframkarbid und Nickcl-Chrom-Lcgierung direkt durch konventionelle Flüssigphasensinterung herzustellen, ergaben unvollständig verdichtete Körper mit ungenügender Festigkeit. Nur Produkte, die mehr als 15Vol.-% Bindemetall aufwiesen, ergaben genügende Verdichtung durch Flüssigphasensinterung in der üblichen Weise, doch waren sie, bedingt durch den geringen Karbidgehalt, beträchtlich weicher als die obengenannten infiltrierten Produkte mit IOVol.-% Bindemetall.

Beispiel 2

Durch saures Auslaugen von Karbidhartmetallen aus Wolframkarbid mit einem Gehalt von lOVoL-% Kobalt wurden Wolframkarbidskelette hergestellt, die eine Porosität von lOVoL-% aufwiesen. Anschließend wurden die Produkte, wie in Beispiel 1 beschrieben, unter WasserstofTerhitzt. Die porösen Produkte wurden dann mit mehreren Nickel-Aluminium-Legierungen, die von 2,5 bis 30Gew.-% Aluminium enthielten, infiltriert. Um Erosionen des Karbidskeletts und die

Tabelle II

Bildung von ternären Karbiden des »Eta-Phasentyps« zu vermeiden, wurden dem zu infiltrierenden Auslausch-Bindemetal! genügende Mengen Wolframkarbid und Kohlenstoff zugesetzt. Diese betrugen 5% Wolframkarbid, wenn der Aluminiumgehalt zwischen 2,5 und 10% !ag und 0% Woiirarnfearbid, wenn der Aluminiumgehalt größer als 10% war. Zu allen Mischungen wurden 2% Kohlenstoff zugefügt.

Infiltriert wurde durch Auflegen vorgeschmolzener Knöpfe aus dem gewünschten zu infiltrierenden Austausch-Bindemetall auf das Karbidskelett und Erhitzen Unter Wasserstoff oder im Vakuum auf eine Temperatur, die 25 C oberhalb des Schmelzpunkts des zu infiltrierenden Metalls lag. Die Temperatur betrug 1450 C" iür die 5 bis 10% Aluminium enthaltenden Legierungen und 1700 C Tür die 30% Aluminium enthaltenden Legierungen.

Die folgende Tabelle II zeigt die physikalischen Werte Tür diese nach der Erfindung erhaltenen Karbidhartmetalle (Produkte 3 bis 6), ferner Tür das ursprüngliche Karbidhartmetall aus WoIframkarbid-10%

π Vol.-% Kobalt (Produkt 1) und für Karbidhartmetaile, bei denen das WC mit reinem Nickel infiltriert worden war. (Produkt 2). Verglichen mit der Festigkeit des ursprünglichen Wolframkarbid-Kobaltmaterials stieg die Festigkeit des Materials mit Nickel-Aluminium-Legierung als Bindemetall von einem Wert, der etwas niedriger als beim Material mit 0% Aluminium lag, bis zu einem beträchtlich höheren Wert bei 2,5% Aluminium an und fiel dann mit ansteigendem Aluminiumgehalt ab. Die Härte war bei 0% Aluminium relativ niedrig und stieg dann ständig mit ansteigendem Aluminiumgehalt an.

Produkt

Dichte
g/cm

Transversale
Zugfestigkeit

N/cm²

Härte

1. WC - 10 VoI.-%Co

2. WC - 10 Vol.-% Ni (infiltriert)

3. WC - 10 VoI.-% (Ni-2,5% Al)

4. WC - 10 VoL-% (Ni-5% AI)

5. WC - 10 Vol.-% (Ni-I8% AI)

6. WC-10 VoI.-% (Ni-30 % AI)
⁺ ) Extrapolierte Werte.

Die Werte der in der Tabelle H aufgeführten Karbidhartmetaile zeigen, daß solche mit einem höheren Aluminiumgehait eine bessere Deformationsfestigkeit

14,95	216,3	92,0
14,98	196,0	90,6
15,00	266,0	91,2
15,0O⁺)	245,O⁺)	91,8
15,09	136,5	92,2
15,00*)	94,5	92,3

bei höheren Temperaturen ergeben als vergleichbare Karbidhartmetaile aus Wolframkarbid und Kobalt. So zeigte ein Prüfkörper aus Wolframkarbid und 10"Vol.-%

(Nickel mit 18% Aluminium) (Produkt 5 in Tabelle II) keine plastische Kurzzeildcformalion, wenn er einem Druck von etwa 422 kg/cm² bei 1300 C ausgesetzt wurde, während das vergleichbare Produkt aus WoIframkarbid-10 Vol.-% Kobalt unter diesen Bedingungen beträchtlich verfofnit wurde.

Die wenig Aluminium enthaltenden Legierungen zeigten ausgezeichnete Verschleißfestigkeit in Metalldrehtcsvii. So wurden Werkzeuge aus dem Produkt 4 der Tabellen zur Bearbeitung der Nickellegierung Rene'41 eingesetzt. Es wurde gefunden, daß die Verschleißrate dieses Werkzeugs aus KarbidHaflmetall aus Wolframkarbid und Nickel-Aluminium-Legierung etwa 40% geringer ist als die des Werkzeugs aus dem Tür diesen Zweck handelsüblichen Karbidhartmetall aus Wolframkarbid und 10Vol.-% Kobalt.

Beispiel 3

Wolframkarbidskclettc, die eine Porosität von IOVol.-% aufwiesen, wurden durch Auslaugen von Karbidhartmetallen aus Wolframkarbid-10Vol.-% Kobalt und anschließendem Erhitzen unter Wasserstoff, wie im Beispiel 1 beschrieben, hergestellt. Danach wurden sie mit mehreren Kobalt-Legierungen, die 2,5 bis 30% Aluminium enthielten, infiltriert. Etwa 5% Wolframkarbid wurde der zu infiltrierenden Legierung zugesetzt, wenn deren Aluminiumgehalt geringer als 15% war. In jedem Falle wurden jedoch 2% Kohlenstoff zugesetzt. In Abhängigkeit vom AIuminiumgchalt wurde die Infiltration bei verschiedenen Temperaturen vorgenommen (vgl. Beispiel 2). Die physikalischen Eigenschaften der erhaltenen Produkte sind der Tabelle III zu entnehmen:

Tabelle III

Produkt

Dichte	Transversale	llürt
	Zugfestigkeit
g/cm'	N/cm^J	Ra
14,95	216,3	92,0
14,99	246,4	91,7
14,92	220,5	91,9
14,90	166,6	92,0
14,81	160,2	92,3
14,99	105,0	92,8

1. WC - 10 Vol.-%Co

2. WC - 10 Vol.-% (Co-2,5 Al)

3. WC - 10 VoI.-% (Co-5 Al)

4. WC - 10 VoI.-% (Co-10 Al)

5. WC - 10 Vol.-%(Co-15 Al)

6. WC - 10 Vol.-% (Co-30 Al)

Der durch Variieren des Aluminiumgehaltes bei dem Karbidhartmetall aus Wolframkarbid und Kobalt-Aluminium-Legierung erreichte Effekt entspricht etwa den in vergleichbaren Karbidhartmetallen aus WoIframkarbid und Nickel-Aluminium-Legierungen gefundenen Verhältnissen.

Obwohl es möglich wäre, durch konventionelle Sinterung Produkte herzustellen, die neben Wolframkarbid und IOVoL-% Kobalt bis zu 10Gew.-% Aluminium im Bindemetall enthalten, würde es selbst dann große Schwierigkeiten bereiten, eine Oxydation des feinen Aluminiumpulvers zu vermeiden, wenn es zuvor mit Kobalt legiert wurde. Dagegen ist in den erfindungsgemäß infiltrierten Karbidhartmetallen aus Wolframkarbid und Nickel-Aluminium-Legierungen kein Aluminiumoxid enthalten. Selbst wenn die Oxydation des Aluminiums kein Problem wäre, wäre es nicht möglich, die volle Dichte nach dem Flüssigphasensintem zu erreichen, wenn der Aluminiumgehalt in dem Bindemetall 10% überschreitet, da die Löslichkeit des Wolframkarbids in diesen NiAl-Legierungen sehr gering ist Die Karbidhartmetalle aus . Wolframkarbid-10 VoI.-% Kobalt-Aluminium-Legierungen hatten die gleiche verbesserte Deformationsfestigkeit bei hohen Temperaturen und die gleichen Gebrauchseigenschaften, wie sie im Beispiel 2 für Karbidhartmetalle aus Wolframkarbid-10 Vol.-% Nikkel-Alummium-Legierungen beschrieben werden.

Beispiel 4

Ein Karbidhartmetall aus Wolframkarbid-10 Vol.-% Kobalt wurde durch Säure ausgelaugt, bis das Kobalt r> bis zu einer Tiefe von 0,254 mm unterhalb der Oberfläche entfernt war. Das so erhaltene poröse Karbidskelett wurde durch Gold infiltriert, indem das Formstück mit der erforderlichen Menge Goldfolie bedeckt und unter Wasserstoff auf 1150 C erhitzt wurde.

4(> Nachfolgende Korrosionstests in Kochsalz-Essigsäure-Lösung (22 Stunden Einwirkzeit) zeigten einen Gewichtsverlust von 2,6 mg/dm² Tag Tür das goldinfiltrierle Material gegenüber 258 mg unter den gleichen Bedingungen Tür einen Wolframkarbid-

« I0Vol.-% Kobalt-Kontrollkörper, d.h. eine lOOfache Verbesserung.

Beispiel 5

5ό Schneideinsätze (12,70 X 12,70 X 4,76 mm) aus Kar-. bidhartmetall aus 72% Wolframkarbid, 8% TiC, 11,5% TaC 'ind 8,5% Kobalt wurden 1 Woche, wie in Beispiel 1 beschrieben, in siedender Salzsäure ausgelaugt. Es entstand ein Karbidskelett mit 88% Dichte. Anschließe'nd wurde bei 1600°C mit einer Kobalt 15%-Aluminium-Legierung, die zusätzlich 5% Wolframkarbid und 2% Kohlenstoff enthielt, infiltriert. Die Teile wurden zur Bearbeitung von SAE 1045-StahI unter Bedingungen eingesetzt, die deutliche Spitzendeformation an dem üblichen Karbidhartmetall mit Kobalt als Bindemetall hervorrufen (gemessene Ausbauchung 0,127 mm).

Unter diesen Bedingungen wurde das Material mit der Kobalt-Aluminium-Matrix deutlich weniger deformiert (gemessene Ausbauchung 0,0254 mm).

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Karbidhartrnetall auf der Basis von WC, TiC und/oder TaC, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem Sinterkörper mit weniger als 20 Vol.-% Bindemetall zumindest ein Teil des Bindemetalls durch chemisches Auslaugen unter Verbleiben des Karbidskeletts entfernt und das ausgelaugte Bindemetall durch Infiltration eines zweiten andersartigen Bindemetalls in das Karbidskelett ersetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Austausch-Bindemetall eine Mischung aus einer Nickel- oder Kobalt-Legierung mit 10 bis 30Gew.-% Aluminium und 2Gew.-% Kohlenstoff infiltriert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Austausch-Bindemetall eine Mischung aus einer Nickel- oder Kobalt-Legierung mit 2,5 bis iO Gew.-% Aluminium sowie 5 Gcw.-% Wolframkarbid und 2 Gew.-% Kohlenstoff infiltriert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Austausch-Bindemetall eine Mischung aus einer Nickellegierung mit 2,5 bis 30 Gew.-% Chrom sowie 20 Gew.-% Wolframkarbid und 2 Gew.-% Kohlenstoff infiltriert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Austausch-Bindemetall Gold, Silber oder Kupfer infiltriert wird.