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Schneidstoffe und Beschichtungen - Schneidstoffe

Hartmetalle und Cermets

Auszug aus

Handbuch Spanen

Herausgeber: Günter Spur
10/2014, 1392 Seiten, € 239,99
ISBN: 978-3-446-43699-2
S. 99

Hartmetalle und Cermets bestehen aus einem Skelett aus harten Karbiden oder Karbonitriden, die durch Bindemetalle, meist Kobalt oder Nickel, zusammengehalten werden. Charakteristisch für diese Werkstoffe sind die Härte und die Verschleißfestigkeit bei sehr hohen Temperaturen.

Bei diesen Klassen der Schneidstoffe wird der Verbundwerkstoffcharakter sehr deutlich. Diese Werkstoffe bestehen aus einem Skelett aus harten Karbiden oder Karbonitriden der Metalle der IV. – VI. Nebengruppe, zusammengehalten durch Bindemetalle, meist Kobalt oder Nickel, aber auch Eisen sowie Legierungen dieser Elemente. Die Gefügebilder (Bild 1) verdeutlichen die Verhältnisse. Hohe Schmelzpunkte der meisten dieser Karbide sorgen dafür, dass diese ihre Härte erst bei sehr hohen Temperaturen verlieren. Auch die Erweichung der Bindephase tritt auf Grund ihrer sehr feinen Verteilung erst bei deutlich höheren Temperaturen als bei den Schnellarbeitsstählen auf [1, 2].

Gefüge verschiedener Hartmetalle: WC-Co-Hartmetall, feinstkörnig, WC- (Ti,Ta,Nb)C-Co- Hartmetall, Cermet

Die hohen Schmelzpunkte der Karbide lassen ein Sintern in Reinform wirtschaftlich nicht zu. Zudem wären sie als monolithische Bauteile zu spröde, um z. B. als rundlaufende Werkzeuge eingesetzt zu werden. Auf Grund ihrer stark metallischen Bindung sind die genannten Karbide jedoch gut durch flüssige Metalle der Eisengruppe (Fe, Co, Ni) benetzbar. Zudem bilden sich Eutektika, was es erlaubt, Mischungen aus Karbid und Bindmetall bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes des Bindemetalls pulvermetallurgisch herzustellen.

Bahnbrechende Arbeiten hierzu wurden durch Schröter [3] durchgeführt, letztere führten zur Vorstellung der ersten handelsfähigen WC-Co-Hartmetalle auf der Leipziger Frühjahrsmesse 1925. Zum weiteren Verlauf der Entwicklung sei auf [4] verwiesen.

Heutzutage werden im Wesentlichen drei verschiedene Grundtypen der Hartmetalle verwendet:

Tabelle: Einfluß der Zusammensetzung auf Anwendungseigenschaften der Hartmetalle

Hartmetalle auf Basis WC-Co mit geringen Beimengungen an VC, Cr3C2 und/oder TaC

Diese Hartmetalle weisen auf Grund der sehr guten Benetzbarkeit des WC durch Co eine für ihre Härte sehr gute Zähigkeit auf und sind daher für rundlaufende Werkzeuge sehr gut geeignet. Durch eine immer stärkere Reduktion der WC-Korngrößen in den Bereich bis 0,1 μm weisen sie zudem eine hohe Kantenfestigkeit auf. Die meisten handelsüblichen, für die Metallzerspanung eingesetzten Hartmetalle dieser Gruppe weisen Co-Gehalte zwischen 6 und 12 M % auf, dabei WC-Korngrößen zwischen 0,5 und 1 μm.

Die gute Benetzbarkeit des WC führt jedoch, neben der guten Löslichkeit vieler zu zerspanendender Werkstoffe im Bindemetall, zu einer hohen Empfindlichkeit gegen Kolkverschleiß. Erst durch die Einführung von Hartstoffbeschichtungen wurde diese Hartmetallgruppe für die Bearbeitung von Stählen einsetzbar. Unbeschichtet neigen sie zu Kolkverschleiß. Die maximale Einsatztemperatur der Hartmetalle wird mit ca. 800 bis 900 °C angegeben, da oberhalb dieser Temperatur die plastische Verformbarkeit des Hartmetalls so stark zunimmt, dass ein thermisches Erliegen der Schneide schnell zu erwarten ist. Ursächlich hierfür ist ein Erweichen der Binderphase [2]. An der Oberfläche im Kontakt mit dem Span kann diese Temperatur jedoch durchaus überschritten werden, da hier auch keine Oxidationsprobleme zu erwarten sind.

Zur Eigenschaftsbeeinflussung stehen die Parameter WC-Korngröße und Co-Gehalt zur Verfügung, in kleinem Ausmaße die Zugabe weiterer Karbide (VC, Cr3C2, TaC), die einerseits die WC-Korngröße im Sinterprozess stabilisieren, aber auch Auswirkungen auf die Härte-Zähigkeitsrelation haben. Gerade bei dieser Hartmetallgruppe ist der Trend zu immer feineren Gefügen (0,2 bis 0,7 μm) gegangen worden, sodass Hartmetalle mit sogenanntem „Normalkorn“ (1 bis 2 μm) in der Zerspanung nur noch Nischen ausfüllen.


Inhaltsverzeichnis
Auszug aus

Handbuch Spanen

Herausgeber: Günter Spur
10/2014, 1392 Seiten, € 239,99
ISBN: 978-3-446-43699-2
S. 99
Literaturhinweis

[1] Luycks, S.: The Hardness of Tungsten Carbide –Cobalt Hardmetal. In Riedel, R. (Hrsg.): Handbook of Ceramic Hard Materials. Wiley-VCH, Weinheim 2000, S. 946 – 964.

[2] Östberg, G.; Buss, K.; Christensen, M.; Norgren, S.; Andrén, H.-O.; Mari, D.; Wahnström, G.; Reineck, I.: Effect of TaC on plastic deformation of WC-Co and Ti(C,N)-WC-Co. RMHM 24 (2006), S. 145 – 154.

[3] Schröter: DRP 420 689 Gesinterte, harte Metallegierung und Verfahren zu ihrer Herstellung. 1923.

[4] Schedler, W.: Hartmetall fur den Praktiker. VDI-Verlag GmbH, Duseldorf 1988.

[5] Rudy: US 3.994 692 „Sintered Carbonitride Tool Materials“ (1974); US 3.971.656 „Spinodal Carbonitride Alloys for Tool and Wear Applications“ (1974).

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