DE1471078B1 - Verfahren zum verbinden eines sinterhartmetalls mit einem metallischen koerper - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines durch Sintern mit flüssiger Phase hergestellten Sinterhartmetalls mit einem metallischen Körper, wobei im wesentlichen genau zusammenpassende Flächen der zu verbindenden Teile aufeinandergelegt und mittels Wärmebehandlung miteinander verbunden werden.

Das Verbinden eines Sinterhartmetalls, bei dem es sich in bekannter Weise um einen Verbundwerkstoff handelt, der aus einem oder mehreren Hartstoffen, wie Wolframcarbid, Titancarbid und Tantalcarbid, und einem Bindemetall der Eisengruppe, meist Kobalt, besteht, mit einem metallischen Körper, wie einem Werkzeugstahl, erfolgt meistens durch Hartlöten. Diese Verbindungsart kann jedoch nicht immer zur Anwendung gebracht werden, weil es dabei, insbesondere infolge der unterschiedlichen Ausdehnungkoeffizienten des Sinterhartmetalls und des metallischen Körpers, leicht zur Bildung von Spannungsrissen kommt, die aus beim Löten entstehenden Schrumpfungsspannungen resultieren.

Es entspricht auch häufiger Übung, das Sinterhartmetall bei gleichzeitiger Erwärmung unter Anwendung von Druck gegen den metallischen Körper anzupressen, um so die Verbindung herbeizuführen. Abgesehen davon, daß dieses Verfahren die Bereitstellung kostspieliger Formen erfordert, ist es nicht · immer anwendbar.

Zum Verbinden von zwei Körpern aus Sinterhartmetall, deren Ausdehnungskoeffizienten sich zu diesem Zweck um nicht mehr als 25% unterscheiden sollten, ist es weiterhin bekannt, unter zweckmäßiger Anwendung von Wasserstoff als Schutzgas den einen Körper auf den anderen Körper bei einer Temperatur aufzusintem, die gleich oder höher ist als die Sintertemperatur des als Grundkörper gewählten Sinterhartmetalls. Dabei wird die Anwendung von Druck zur Beschleunigung des Sinterns empfohlen.

Diese Verbindungsart von zwei Körpern aus Sinterhartmetallen hat darüber eine Abwandlung erfahren, daß diese zunächst nur gepreßt oder gepreßt und vorgesintert und dann an den Verbindungsflächen spanabhebend bearbeitet wurden, um dann nach erfolgtem Aufeinanderlegen fertiggesintert zu werden.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das auch und insbesondere für das in der Vergangenheit kritisch gebliebene Verbinden eines Sinterhartmetalls mit üblichem Stahl eine feste und dauerhafte Verbindung ergibt, wobei nach diesem Verfahren ohne Rückgriff auf kostspielige Formen und arbeitsaufwendige Bearbeitungsvorgänge auch komplizierte Werkstückformen unterschiedlichster Größe herstellbar sein sollen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung vorgeschlagen, die Wärmebehandlung im Vakuum bei Temperaturen zwischen dem Schmelzpunkt der niedrigstschmelzenden Phase des Bindemetalls im Sinterhartmetall und einer mindestens 50 grd unterhalb der für das Sintern des Hartmetalls gewählten Temperatur vorzunehmen.

Die Durchführung dieses erfindungsgemäßen Verfahrens kann beispielsweise wie folgt geschehen. Es werden 1000 g Titancarbid einer Teilchengröße von 5 bis 7 μπι mit 1500 g Carbonyleisenpulver einer durchschnittlichen Teilchengröße von 20 um und einem Kohlenstoffgehalt von 0,80% in einer zur Hälfte mit Kugeln aus rostfreiem Stahl gefüllten Kugelmühle über 40 Stunden miteinander vermischt. Die Pulverbestandteile enthalten dafür 1 g Paraffinwachs pro 1000 g Mischung, und als Träger ist Hexan anwesend. Nach Beendigung des Mahlvorganges wird das Gemisch im Vakuum getrocknet, und anschließend wird eine Teilmenge zu zwei runden Werkstücken gleichen Durchmessers, aber unterschiedlicher Höhe gepreßt, die dann mit flüssiger Phase bei einer Temperatur von 1435° C in einem 20 μΐη Quecksilbersäule entsprechenden Vakuum über eine halbe Stunde gesintert werden. Die so gesinterten Körper werden nach ihrer Abkühlung zum Vergüten über zwei Stunden auf 900° C erwärmt und danach mit einer Rate von 15° C je Stunde auf 100° C abgekühlt. Die in ihrem Mikrogefüge Sphäroidit enthaltenden Sinterkörper werden dann in jeweils einer Fläche plan geschliffen und über diese Flächen aufeinandergelegt. Es folgt-dann abschließend die Wärmebehandlung zum Verbinden der beiden Körper bei einer Temperatur von 1385° C über 30 Minuten in einem Vakuum, das vorzugsweise weniger als 10 μπι Quecksilbersäule entspricht. Die Temperatur dieser dem Verbinden dienenden Wärmebehandlung liegt als 50 grd niedriger als die Sintertemperätur, und andererseits liegt sie höher als der Schmelzpunkt der niedrigst schmelzenden Phase des Bindemetalls im Sinterhartmetall, bei welcher es sich um ein aus dem Bindemetall und dem Hartstoff, nämlich Titancarbid, gebildetes Eutektikum handelt. Die Verbindungszone hat dabei eine Stärke von etwa 0,025 bis 0,038 mm.

Das somit erkennbar äußerst einfach durchzuführende Verfahren nach der vorliegenden Erfindung

t eine äußerst feste Verbindung, die bei einer !belastung zweier Teile direkt an der Verbinszone eher zu einem Querbruch in dem Sinterietall neben der Verbindungszone als in dieser : führt. Diese feste Verbindung liegt auch dann renn ein durch Sintern mit flüssiger Phase herltes Sinterhartmetall mit einem Teil aus gelichem Stahl verbunden wird, wobei gegenüber sonst dafür geübten Hartlöten der weitere Voriner Erhitzbarkeit auf gegenüber der Schmelz- ;ratur von üblichem Hartlot höhere Temperades Gesamtkörpers bei gleichzeitiger Vermeijeglicher Spannungsrisse erzielbar ist. Wegen η Vakuum durchgeführten Wärmebehandlung n angegebenen Temperaturbereich bleiben die ndungsflächen sauber, so daß es zu keiner äligen Beeinflussung der chemischen und phy- ;chen Eigenschaften der zu verbindenden Teile Fremdsubstanzen kommt, auch werden dargalvanische Reaktionen in der Verbindungsweitgehend unterbunden. Indem diese Verbinzone äußerst dünn ist, wird darüber auch jede ve Abnutzung der Verbindungsflächen weit-J vermieden, und es kann für den Gesamt- : davon ausgegangen werden, daß er bis auf äußerst dünne Verbindungszone monolithische ichaften besitzt. Indem das erfindungsgemäße iren ohne jegliche Druckanwendung unter «dung kostspieliger Formen auskommt, ist ;r ein weiterer, nicht unerheblicher Vorteil erar.

erfindungsgemäße Verfahren kann darüber Drteilhafte Abwandlung erfahren, daß vor dem landerlegen der Teile jede der zusammenden Flächen beispielsweise mit grobem Aluminiumoxydpulver sandgestrahlt wird. Man erhält dadurch eine noch innigere Verbindung zwischen den beiden Teilen, deren Verbindungszone selbst bei 30facher Vergrößerung nicht sichtbar wird; auch bei lOOOfacher Vergrößerung tritt die Verbindungszone kaum in Erscheinung, und es zeigt sich dabei ein im wesentlichen gleichmäßiges Gefüge.

Für einzelne Anwendungsfälle des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es daneben auch vorteilhaft sein, vor dem Aufeinanderlegen der Teile eine Pulverschicht aus Sinterhartmetall über eine der zusammenpassenden Flächen auszubreiten, die gegebenenfalls sandgestrahlt sein können.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auf das Verbinden von Sinterhartmetallkörpern von im wesentlichen derselben Zusammensetzung untereinander ebenso vorteilhaft, unabhängig von einer speziellen Formgebung und Größenabmessung derselben, anwenden wie auf das Verbinden eines Sinterhartmetallkörpers mit einem Körper aus Stahl, einer Nichteisenlegierung oder einer sonstigen hitzebeständigen Legierung. Das Sinterhartmetall kann dabei aus einem oder mehreren der üblichen Hartstoffe, wie Wolframcarbid, Tantalcarbid und Titancarbid, und einem Bindemetall der Eisengruppe, wie einem Stahl mit niedrigem oder hohem Kohlenstoffgehalt, einem niedrig- oder hochlegierten Stahl, wie Werkzeugstahl oder rostfreier Stahl, Nickel oder Nickellegierungen, Kobalt oder Kobaltlegierungen und Beryllium, bestehen. Falls der Hartstoff aus Wolframcarbid besteht, empfiehlt sich ein Bindemetallanteil von 5 bis 30% Co, Ni od. dgl. Besteht der Hartstoff aus Titancarbid, dann empfiehlt sich ein Bindemetallanteil von 30 bis 80%, insbesondere 60% Stahl.

Vorlage nicht besser kopierfähig

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verbinden eines durch Sintern mit flüssiger Phase hergestellten Sinterhartmetalls mit einem metallischen Körper, wobei im wesentlichen genau zusammenpassende Flächen der zu verbindenden Teile aufeinandergelegt und mittels Wärmebehandlung miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung im Vakuum bei Temperaturen zwischen dem Schmelzpunkt der niedrigstschmelzenden Phase des Bindemetalls im Sinterhartmetall und einer mindestens 50 grd unterhalb der für das Sintern des Hartmetalls gewählten Temperatur vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufeinanderlegen der Teile jede der zusammenpassenden Flächen sandgestrahlt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufeinanderlegen der Teile eine Pulverschicht aus Sinterhartmetall über eine der zusammenpassenden Flächen ausgebreitet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sinterhartmetall mit einem anderen Sinterhartmetall von im wesentlichen derselben Zusammensetzung verbunden wird.