Plattenförmiges Hartmetall

Abstract

In dieser Diplomarbeit wurde untersucht, ob es möglich ist, ein Hartmetall mit plattenförmigem Wolframcarbid aus heute (2013) kommerziell verfügbaren Rohstoffen herzustellen. Weiters sollten die Eigenschaften des Materials nach gewissen Vorgaben verändert werden. Das Endprodukt soll eine Härte im Bereich von 1300 bis 1600 HV10 besitzen, gleichzeitig sollte eine möglichst hohe Zähigkeit erreicht werden. Als Charakterisierungsmethoden wurden die Metallographie (LOM), SEM inkl. EDX, Makrohärte, XRD sowie magnetische Messungen (HcJ und Ms) festgelegt. Pulveransätze, die im fertigen Werkstoff ein solches plattenförmiges Wolframcarbid bilden, wurden an einen industriellen Hartmetallhersteller gesendet. Dort wurden sie zu fertigen Gesteins- und Betonbohrern verarbeitet und werden beim Anwender im Praxistest untersucht. Es sind in der Literatur zwei Routen zur Plattenbildung bekannt, für den Rahmen dieser Diplomarbeit wurde lediglich die Methode der „Rekristallisation“ von feinem Wolframcarbid untersucht, da diese Variante im Hinblick auf eine industrielle Verwendung einfacher und leichter großtechnisch zu realisieren ist. Bei dieser Route wird extrem feines Wolframcarbid (< 200 µm) eingesetzt, das nach intensiven Mahlungen mit Zusätzen von Titancarbid bei relativ hohen Sintertemperaturen „rekristallisiert“ und dabei in Form von Platten wächst. Im Zuge dieses Projekts wurden mögliche kommerzielle Wolframcarbid-Ausgangspulver ausgewählt, die, nach den intensiven Mahlungen unter Zugabe von Titancarbid, beim Sintern ein Plattenwachstum zeigen. Verschiedene Einflüsse auf das Plattenwachstum wurden umfassend untersucht: der Einfluss der Mischung und Mahlung und der Sinterbedingungen, sowie der Einfluss von unterschiedlichen Bindersystemen (Co, Ni, CoNi und CoNiCr) und des Titancarbidgehalts. Aus den ausgewählten kommerziellen WC-Pulvern konnten Hartmetalle mit plattenförmigem Wolframcarbid hergestellt werden, dies gelang sogar mit sehr hohen Plattenbildungsgraden (Aspect-Ratios von bis zu 1 : 9).

This thesis deals with a way to produce hard metals with plate-shaped tungsten carbide out of today (2013) commercially available raw materials. Furthermore, the properties of the material should be varied according to certain specifications. The final product should have a hardness in the range from 1300 to 1600 HV10, at the same time the toughness should be as high as possible. Metallography (LOM), SEM including EDX, macro hardness, XRD and magnetic measurements (HcJ and Ms) were used as characterization methods. Different powder mixtures, which show a plate-shaped tungsten carbide in the finished material, were sent to a hardmetal producer. There they were processed to finished rock drills and will be tested in practical use. There are two known routes in literature that lead to a disc-shaped carbide structure. For this thesis, only the method thas uses the "recrystallization" of fine tungsten carbide was investigated, since this route is simpler and easier to implement an industrial scale. This route uses ultra-fine tungsten carbide powders. After intensive grinding, with additions of titanium carbide, the WC "recrystallizes" in the form of platelets at relatively high sintering temperatures. In the course of this project available commercial tungsten carbide starting powders were selected, which show a plateshaped growth of the tungsten carbide. Furthermore, the influence of mixing/grinding and sintering conditions as well as the influence of different binding systems (Co, Ni, and CoNi CoNiCr) and ter amount od Titaniumcarbide were investigated. It was possible to produce hard metals out of the selected commercial WC-powders, that show a high amount of the tungsten carbide in a platelet structure.