Hartmetall ist die am weitesten verbreitete Klasse von Werkzeugmaterialien für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung (HSM), die durch pulvermetallurgische Verfahren hergestellt werden und aus harten Karbidpartikeln (normalerweise Wolframkarbid WC) und einer weicheren Metallbindungszusammensetzung bestehen. Derzeit gibt es Hunderte von Hartmetallen auf WC-Basis mit unterschiedlichen Zusammensetzungen, von denen die meisten Kobalt (Co) als Bindemittel verwenden, Nickel (Ni) und Chrom (Cr) sind ebenfalls häufig verwendete Bindemittelelemente, und es können auch andere hinzugefügt werden . einige Legierungselemente. Warum gibt es so viele Hartmetallsorten? Wie wählen Werkzeughersteller das richtige Werkzeugmaterial für einen bestimmten Schneidvorgang aus? Um diese Fragen zu beantworten, werfen wir zunächst einen Blick auf die verschiedenen Eigenschaften, die Hartmetall zu einem idealen Werkzeugmaterial machen.
Härte und Zähigkeit
WC-Co-Hartmetall bietet einzigartige Vorteile sowohl hinsichtlich der Härte als auch der Zähigkeit. Wolframcarbid (WC) ist von Natur aus sehr hart (härter als Korund oder Aluminiumoxid) und seine Härte nimmt mit steigender Betriebstemperatur selten ab. Allerdings mangelt es ihm an ausreichender Zähigkeit, einer wesentlichen Eigenschaft für Schneidwerkzeuge. Um die hohe Härte von Wolframcarbid zu nutzen und seine Zähigkeit zu verbessern, werden Wolframcarbide mithilfe von Metallbindungen miteinander verbunden, sodass dieses Material eine Härte aufweist, die weit über der von Schnellarbeitsstahl liegt und gleichzeitig den meisten Schnitten standhält Operationen. Schnittkraft. Darüber hinaus hält es den hohen Schnitttemperaturen stand, die bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung entstehen.
Heutzutage sind fast alle WC-Co-Messer und -Einsätze beschichtet, sodass die Rolle des Grundmaterials weniger wichtig zu sein scheint. Tatsächlich ist es jedoch der hohe Elastizitätsmodul des WC-Co-Materials (ein Maß für die Steifigkeit, das bei Raumtemperatur etwa dreimal so hoch ist wie der von Schnellarbeitsstahl), der das nicht verformbare Substrat für die Beschichtung bildet. Die WC-Co-Matrix sorgt zudem für die erforderliche Zähigkeit. Diese Eigenschaften sind die Grundeigenschaften von WC-Co-Materialien, aber die Materialeigenschaften können auch durch Anpassung der Materialzusammensetzung und Mikrostruktur bei der Herstellung von Hartmetallpulvern maßgeschneidert werden. Daher hängt die Eignung der Werkzeugleistung für eine bestimmte Bearbeitung in hohem Maße vom anfänglichen Fräsprozess ab.
Mahlvorgang
Wolframkarbidpulver wird durch Aufkohlen von Wolfram (W)-Pulver gewonnen. Die Eigenschaften von Wolframcarbidpulver (insbesondere seine Partikelgröße) hängen hauptsächlich von der Partikelgröße des Rohmaterials Wolframpulver sowie der Temperatur und Zeit der Aufkohlung ab. Auch die chemische Kontrolle ist entscheidend und der Kohlenstoffgehalt muss konstant gehalten werden (nahe dem stöchiometrischen Wert von 6,13 Gew.-%). Vor der Aufkohlungsbehandlung kann eine kleine Menge Vanadium und/oder Chrom hinzugefügt werden, um die Pulverpartikelgröße durch nachfolgende Prozesse zu steuern. Unterschiedliche nachgelagerte Prozessbedingungen und unterschiedliche Endverarbeitungsanwendungen erfordern eine spezifische Kombination aus Wolframcarbid-Partikelgröße, Kohlenstoffgehalt, Vanadiumgehalt und Chromgehalt, wodurch eine Vielzahl unterschiedlicher Wolframcarbidpulver hergestellt werden kann. Beispielsweise produziert ATI Alldyne, ein Hersteller von Wolframcarbidpulver, 23 Standardqualitäten von Wolframcarbidpulver, und die an die Benutzeranforderungen angepassten Sorten von Wolframcarbidpulver können mehr als das Fünffache der Standardqualitäten von Wolframcarbidpulver erreichen.
Beim Mischen und Mahlen von Wolframkarbidpulver und Metallbindung zur Herstellung eines bestimmten Hartmetallpulvers können verschiedene Kombinationen verwendet werden. Der am häufigsten verwendete Kobaltgehalt liegt zwischen 3 % und 25 % (Gewichtsverhältnis). Wenn die Korrosionsbeständigkeit des Werkzeugs erhöht werden muss, ist die Zugabe von Nickel und Chrom erforderlich. Darüber hinaus kann die Metallbindung durch Zugabe weiterer Legierungsbestandteile weiter verbessert werden. Beispielsweise kann die Zugabe von Ruthenium zu WC-Co-Hartmetall dessen Zähigkeit erheblich verbessern, ohne seine Härte zu verringern. Eine Erhöhung des Bindemittelgehalts kann auch die Zähigkeit von Hartmetall verbessern, verringert jedoch dessen Härte.
Eine Verringerung der Größe der Wolframcarbid-Partikel kann die Härte des Materials erhöhen, allerdings muss die Partikelgröße des Wolframcarbids während des Sinterprozesses gleich bleiben. Beim Sintern verbinden sich die Wolframkarbidpartikel und wachsen durch einen Prozess der Auflösung und Neuausfällung. Im eigentlichen Sinterprozess wird die Metallbindung flüssig (sogenanntes Flüssigphasensintern), um ein vollständig dichtes Material zu bilden. Die Wachstumsrate von Wolframkarbidpartikeln kann durch Zugabe anderer Übergangsmetallkarbide gesteuert werden, darunter Vanadiumkarbid (VC), Chromkarbid (Cr3C2), Titankarbid (TiC), Tantalkarbid (TaC) und Niobkarbid (NbC). Diese Metallkarbide werden normalerweise beim Mischen und Mahlen des Wolframkarbidpulvers mit einer Metallbindung zugesetzt, obwohl beim Aufkohlen des Wolframkarbidpulvers auch Vanadiumkarbid und Chromkarbid entstehen können.
Wolframkarbidpulver kann auch aus recycelten Hartmetallabfällen hergestellt werden. Das Recycling und die Wiederverwendung von Altkarbid hat in der Hartmetallindustrie eine lange Tradition und ist ein wichtiger Teil der gesamten Wirtschaftskette der Branche. Es trägt dazu bei, Materialkosten zu senken, natürliche Ressourcen zu schonen und Abfallmaterialien zu vermeiden. Schädliche Entsorgung. Hartmetallabfälle können im Allgemeinen im APT-Verfahren (Ammoniumparawolframat), im Zinkrückgewinnungsverfahren oder durch Zerkleinern wiederverwendet werden. Diese „recycelten“ Wolframkarbidpulver weisen im Allgemeinen eine bessere, vorhersagbare Verdichtung auf, da sie eine kleinere Oberfläche haben als Wolframkarbidpulver, die direkt durch den Wolframaufkohlungsprozess hergestellt werden.
Auch die Verarbeitungsbedingungen der Mischmahlung von Wolframkarbidpulver und Metallbindung sind entscheidende Prozessparameter. Die beiden am häufigsten verwendeten Mahltechniken sind Kugelmahlen und Mikromahlen. Beide Verfahren ermöglichen ein gleichmäßiges Mischen der gemahlenen Pulver und eine reduzierte Partikelgröße. Um dem später gepressten Werkstück eine ausreichende Festigkeit zu verleihen, die Form des Werkstücks beizubehalten und es dem Bediener oder Manipulator zu ermöglichen, das Werkstück für den Betrieb aufzunehmen, ist es in der Regel erforderlich, beim Schleifen ein organisches Bindemittel hinzuzufügen. Die chemische Zusammensetzung dieser Bindung kann die Dichte und Festigkeit des gepressten Werkstücks beeinflussen. Um die Handhabung zu erleichtern, empfiehlt sich die Zugabe von hochfesten Bindemitteln. Dies führt jedoch zu einer geringeren Verdichtungsdichte und kann zur Bildung von Klumpen führen, die zu Mängeln im Endprodukt führen können.
Nach dem Mahlen wird das Pulver üblicherweise sprühgetrocknet, um frei fließende Agglomerate zu erzeugen, die durch organische Bindemittel zusammengehalten werden. Durch die Anpassung der Zusammensetzung des organischen Bindemittels können die Fließfähigkeit und Ladungsdichte dieser Agglomerate nach Wunsch angepasst werden. Durch das Aussieben gröberer oder feinerer Partikel kann die Partikelgrößenverteilung des Agglomerats weiter angepasst werden, um einen guten Fluss beim Einfüllen in den Formhohlraum zu gewährleisten.
Werkstückfertigung
Hartmetallwerkstücke können durch verschiedene Prozessmethoden geformt werden. Abhängig von der Größe des Werkstücks, der Komplexität der Form und der Produktionscharge werden die meisten Schneideinsätze mit starren Matrizen mit Ober- und Unterdruck geformt. Um die Konsistenz von Gewicht und Größe des Werkstücks bei jedem Pressen aufrechtzuerhalten, muss sichergestellt werden, dass die in die Kavität fließende Pulvermenge (Masse und Volumen) exakt gleich ist. Die Fließfähigkeit des Pulvers wird hauptsächlich durch die Größenverteilung der Agglomerate und die Eigenschaften des organischen Bindemittels gesteuert. Geformte Werkstücke (oder „Rohlinge“) werden geformt, indem ein Formdruck von 10–80 ksi (Kilo-Pfund pro Quadratfuß) auf das in den Formhohlraum geladene Pulver ausgeübt wird.
Selbst unter extrem hohem Formdruck verformen oder brechen die harten Wolframcarbid-Partikel nicht, sondern der organische Binder wird in die Lücken zwischen den Wolframcarbid-Partikeln gedrückt und fixiert so die Position der Partikel. Je höher der Druck, desto fester ist die Bindung der Wolframkarbidpartikel und desto größer ist die Verdichtungsdichte des Werkstücks. Die Formeigenschaften von Hartmetallpulversorten können abhängig vom Gehalt an metallischem Bindemittel, der Größe und Form der Wolframkarbidpartikel, dem Agglomerationsgrad sowie der Zusammensetzung und Zugabe des organischen Bindemittels variieren. Um quantitative Informationen über die Verdichtungseigenschaften von Hartmetallpulvern zu erhalten, wird die Beziehung zwischen Formdichte und Formdruck normalerweise vom Pulverhersteller entworfen und konstruiert. Diese Informationen stellen sicher, dass das gelieferte Pulver mit dem Formverfahren des Werkzeugherstellers kompatibel ist.
Große Hartmetallwerkstücke oder Hartmetallwerkstücke mit hohen Aspektverhältnissen (z. B. Schäfte für Schaftfräser und Bohrer) werden typischerweise aus gleichmäßig gepressten Hartmetallpulversorten in einem flexiblen Beutel hergestellt. Obwohl der Produktionszyklus des ausgewogenen Pressverfahrens länger ist als der des Formverfahrens, sind die Herstellungskosten des Werkzeugs niedriger, sodass dieses Verfahren besser für die Kleinserienfertigung geeignet ist.
Bei dieser Prozessmethode wird das Pulver in den Beutel gegeben, die Beutelöffnung verschlossen und dann der mit Pulver gefüllte Beutel in eine Kammer gegeben und zum Pressen ein Druck von 30–60 ksi durch eine hydraulische Vorrichtung ausgeübt. Gepresste Werkstücke werden vor dem Sintern häufig auf bestimmte Geometrien bearbeitet. Die Größe des Sacks wird vergrößert, um der Schrumpfung des Werkstücks während der Verdichtung Rechnung zu tragen und ausreichend Spielraum für Schleifarbeiten zu bieten. Da das Werkstück nach dem Pressen bearbeitet werden muss, sind die Anforderungen an die Konsistenz der Beladung nicht so streng wie beim Formverfahren, dennoch ist es wünschenswert, sicherzustellen, dass jedes Mal die gleiche Pulvermenge in den Beutel geladen wird. Ist die Ladungsdichte des Pulvers zu gering, kann es zu einer unzureichenden Pulvermenge im Beutel kommen, was dazu führt, dass das Werkstück zu klein wird und verschrottet werden muss. Wenn die Beladungsdichte des Pulvers zu hoch ist und zu viel Pulver in den Beutel geladen wird, muss das Werkstück bearbeitet werden, um nach dem Pressen mehr Pulver zu entfernen. Das entfernte überschüssige Pulver und die ausrangierten Werkstücke können zwar recycelt werden, dies verringert jedoch die Produktivität.
Werkstücke aus Hartmetall können auch mit Strangpress- oder Spritzgusswerkzeugen umgeformt werden. Das Extrusionsverfahren eignet sich besser für die Massenproduktion von Werkstücken mit axialer Symmetrieform, während das Spritzgussverfahren normalerweise für die Massenproduktion von Werkstücken mit komplexer Form verwendet wird. Bei beiden Formverfahren werden Sorten von Hartmetallpulver in einem organischen Bindemittel suspendiert, das der Hartmetallmischung eine zahnpastaähnliche Konsistenz verleiht. Die Masse wird dann entweder durch ein Loch extrudiert oder in einen Hohlraum eingespritzt, um sie zu formen. Die Eigenschaften der Hartmetallpulversorte bestimmen das optimale Verhältnis von Pulver zu Bindemittel in der Mischung und haben einen wichtigen Einfluss auf die Fließfähigkeit der Mischung durch das Extrusionsloch oder die Injektion in den Hohlraum.
Nachdem das Werkstück durch Formen, isostatisches Pressen, Extrudieren oder Spritzgießen geformt wurde, muss das organische Bindemittel vor der letzten Sinterstufe vom Werkstück entfernt werden. Durch das Sintern wird die Porosität des Werkstücks entfernt, wodurch es vollständig (oder im Wesentlichen) dicht wird. Während des Sinterns wird die Metallbindung im pressgeformten Werkstück flüssig, aber das Werkstück behält seine Form unter der kombinierten Wirkung von Kapillarkräften und Partikelverknüpfung.
Nach dem Sintern bleibt die Werkstückgeometrie gleich, die Abmessungen verringern sich jedoch. Um nach dem Sintern die erforderliche Werkstückgröße zu erhalten, muss bei der Werkzeugkonstruktion die Schrumpfrate berücksichtigt werden. Die zur Herstellung jedes Werkzeugs verwendete Hartmetallpulversorte muss so ausgelegt sein, dass sie beim Verdichten unter dem entsprechenden Druck die richtige Schrumpfung aufweist.
In fast allen Fällen ist eine Nachbehandlung des gesinterten Werkstücks nach dem Sintern erforderlich. Die grundlegendste Behandlung von Schneidwerkzeugen ist das Schärfen der Schneidkante. Viele Werkzeuge erfordern nach dem Sintern ein Schleifen ihrer Geometrie und Abmessungen. Bei manchen Werkzeugen muss die Ober- und Unterseite geschliffen werden; andere erfordern ein Umfangsschleifen (mit oder ohne Schärfen der Schneidkante). Sämtliche beim Schleifen anfallenden Hartmetallspäne können recycelt werden.
Werkstückbeschichtung
In vielen Fällen muss das fertige Werkstück beschichtet werden. Die Beschichtung sorgt für Gleitfähigkeit und erhöhte Härte sowie eine Diffusionsbarriere zum Substrat und verhindert so Oxidation bei hohen Temperaturen. Das Hartmetallsubstrat ist entscheidend für die Leistung der Beschichtung. Neben der Anpassung der Haupteigenschaften des Matrixpulvers können auch die Oberflächeneigenschaften der Matrix durch chemische Auswahl und Änderung der Sintermethode angepasst werden. Durch die Migration von Kobalt kann in der äußersten Schicht der Klingenoberfläche innerhalb einer Dicke von 20–30 μm im Vergleich zum Rest des Werkstücks mehr Kobalt angereichert werden, wodurch die Oberfläche des Substrats eine bessere Festigkeit und Zähigkeit erhält und somit mehr beständig gegen Verformung.
Aufgrund seines eigenen Herstellungsprozesses (z. B. Entparaffinierungsmethode, Heizrate, Sinterzeit, Temperatur und Aufkohlungsspannung) kann der Werkzeughersteller besondere Anforderungen an die Qualität des verwendeten Hartmetallpulvers stellen. Einige Werkzeughersteller sintern das Werkstück möglicherweise in einem Vakuumofen, während andere möglicherweise einen Sinterofen mit heißem isostatischem Pressen (HIP) verwenden (der das Werkstück gegen Ende des Prozesszyklus unter Druck setzt, um etwaige Rückstände zu entfernen). In einem Vakuumofen gesinterte Werkstücke müssen möglicherweise auch durch einen zusätzlichen Prozess heißisostatisch gepresst werden, um die Dichte des Werkstücks zu erhöhen. Einige Werkzeughersteller verwenden möglicherweise höhere Vakuumsintertemperaturen, um die Sinterdichte von Mischungen mit geringerem Kobaltgehalt zu erhöhen, dieser Ansatz kann jedoch zu einer Vergröberung ihrer Mikrostruktur führen. Um eine feine Korngröße beizubehalten, können Pulver mit kleinerer Partikelgröße von Wolframcarbid ausgewählt werden. Um der spezifischen Produktionsausrüstung zu entsprechen, stellen die Entparaffinierungsbedingungen und die Aufkohlungsspannung auch unterschiedliche Anforderungen an den Kohlenstoffgehalt im Hartmetallpulver.
Klasseneinteilung
Kombinationsänderungen verschiedener Arten von Wolframkarbidpulver, Mischungszusammensetzung und Metallbindemittelgehalt, Art und Menge des Kornwachstumshemmers usw. ergeben eine Vielzahl von Hartmetallsorten. Diese Parameter bestimmen die Mikrostruktur des Hartmetalls und seine Eigenschaften. Einige spezifische Eigenschaftskombinationen haben für bestimmte Verarbeitungsanwendungen Priorität erlangt, weshalb es sinnvoll ist, verschiedene Hartmetallsorten zu klassifizieren.
Die beiden am häufigsten verwendeten Hartmetallklassifizierungssysteme für Bearbeitungsanwendungen sind das C-Bezeichnungssystem und das ISO-Bezeichnungssystem. Obwohl keines der Systeme die Materialeigenschaften, die die Wahl der Hartmetallsorten beeinflussen, vollständig widerspiegelt, bieten sie einen Ausgangspunkt für Diskussionen. Für jede Klassifizierung haben viele Hersteller ihre eigenen Spezialsorten, was zu einer großen Vielfalt an Hartmetallsorten führt.
Hartmetallsorten können auch nach ihrer Zusammensetzung klassifiziert werden. Wolframkarbidsorten (WC) können in drei Grundtypen unterteilt werden: einfach, mikrokristallin und legiert. Simplex-Sorten bestehen hauptsächlich aus Wolframkarbid- und Kobaltbindern, können aber auch geringe Mengen an Kornwachstumshemmern enthalten. Die mikrokristalline Sorte besteht aus Wolframcarbid und Kobalt als Bindemittel, dem mehrere Tausendstel Vanadiumcarbid (VC) und (oder) Chromcarbid (Cr3C2) zugesetzt sind, und ihre Korngröße kann 1 μm oder weniger erreichen. Legierungssorten bestehen aus Wolframcarbid- und Kobaltbindern, die einige Prozent Titancarbid (TiC), Tantalcarbid (TaC) und Niobcarbid (NbC) enthalten. Aufgrund ihrer Sintereigenschaften werden diese Zusätze auch als kubische Karbide bezeichnet. Die resultierende Mikrostruktur weist eine inhomogene Dreiphasenstruktur auf.
1) Einfache Hartmetallsorten
Diese Sorten für die Metallzerspanung enthalten normalerweise 3 bis 12 Gewichtsprozent Kobalt. Der Größenbereich der Wolframkarbidkörner liegt üblicherweise zwischen 1 und 8 μm. Wie bei anderen Sorten erhöht die Reduzierung der Partikelgröße von Wolframcarbid seine Härte und Querbruchfestigkeit (TRS), verringert jedoch seine Zähigkeit. Die Härte des reinen Typs liegt normalerweise zwischen HRA89-93,5; Die Querbruchfestigkeit liegt normalerweise zwischen 175 und 350 ksi. Pulver dieser Qualitäten können große Mengen an recycelten Materialien enthalten.
Die einfachen Typenklassen lassen sich im C-Klassensystem in C1-C4 einteilen und im ISO-Klassensystem in die Klassenreihen K, N, S und H einteilen. Simplex-Sorten mit mittleren Eigenschaften können als Allzwecksorten (z. B. C2 oder K20) klassifiziert und zum Drehen, Fräsen, Hobeln und Bohren verwendet werden; Sorten mit kleinerer Korngröße oder geringerem Kobaltgehalt und höherer Härte können als Endbearbeitungssorten klassifiziert werden (z. B. C4 oder K01); Sorten mit größerer Korngröße oder höherem Kobaltgehalt und besserer Zähigkeit können als Schruppsorten klassifiziert werden (z. B. C1 oder K30).
Werkzeuge aus Simplex-Sorten können für die Bearbeitung von Gusseisen, Edelstahl der Serien 200 und 300, Aluminium und anderen Nichteisenmetallen, Superlegierungen und gehärteten Stählen verwendet werden. Diese Sorten können auch in nichtmetallischen Schneidanwendungen verwendet werden (z. B. als Gesteins- und geologische Bohrwerkzeuge). Diese Sorten haben einen Korngrößenbereich von 1,5–10 μm (oder größer) und einen Kobaltgehalt von 6–16 %. Eine weitere nichtmetallische Verwendung einfacher Hartmetallsorten ist die Herstellung von Matrizen und Stempeln. Diese Qualitäten haben typischerweise eine mittlere Korngröße mit einem Kobaltgehalt von 16 % bis 30 %.
(2) Mikrokristalline Hartmetallsorten
Solche Qualitäten enthalten normalerweise 6–15 % Kobalt. Beim Flüssigphasensintern kann durch die Zugabe von Vanadiumcarbid und/oder Chromcarbid das Kornwachstum gesteuert werden, um eine feine Kornstruktur mit einer Partikelgröße von weniger als 1 μm zu erhalten. Diese feinkörnige Sorte hat eine sehr hohe Härte und Querbruchfestigkeiten über 500 ksi. Die Kombination aus hoher Festigkeit und ausreichender Zähigkeit ermöglicht bei diesen Sorten die Verwendung eines größeren positiven Spanwinkels, wodurch die Schnittkräfte reduziert werden und dünnere Späne durch Schneiden statt durch Drücken des Metallmaterials erzeugt werden.
Durch eine strenge Qualitätsidentifizierung verschiedener Rohstoffe bei der Herstellung von Hartmetallpulversorten und eine strenge Kontrolle der Bedingungen des Sinterprozesses, um die Bildung ungewöhnlich großer Körner in der Materialmikrostruktur zu verhindern, ist es möglich, geeignete Materialeigenschaften zu erhalten. Um die Korngröße klein und gleichmäßig zu halten, sollte recyceltes Recyclingpulver nur dann verwendet werden, wenn eine vollständige Kontrolle des Rohstoff- und Gewinnungsprozesses sowie umfangreiche Qualitätsprüfungen vorliegen.
Die mikrokristallinen Qualitäten können nach der M-Klassenreihe im ISO-Klassensystem klassifiziert werden. Darüber hinaus sind die anderen Klassifizierungsmethoden im C-Notensystem und im ISO-Notensystem mit den reinen Klassen identisch. Mikrokristalline Sorten können zur Herstellung von Werkzeugen zum Schneiden weicherer Werkstückmaterialien verwendet werden, da die Oberfläche des Werkzeugs sehr glatt bearbeitet werden kann und eine extrem scharfe Schneidkante erhalten bleibt.
Mikrokristalline Sorten können auch zur Bearbeitung von Superlegierungen auf Nickelbasis verwendet werden, da sie Schneidtemperaturen von bis zu 1200 °C standhalten. Bei der Bearbeitung von Superlegierungen und anderen Sonderwerkstoffen kann durch den Einsatz mikrokristalliner und rutheniumhaltiger reiner Werkzeuge gleichzeitig deren Verschleißfestigkeit, Verformungsbeständigkeit und Zähigkeit verbessert werden. Mikrokristalline Sorten eignen sich auch für die Herstellung rotierender Werkzeuge wie Bohrer, die Scherspannungen erzeugen. Es gibt einen Bohrer aus Verbundhartmetallsorten. An bestimmten Stellen desselben Bohrers variiert der Kobaltgehalt im Material, sodass Härte und Zähigkeit des Bohrers je nach Bearbeitungserfordernis optimiert werden.
(3) Hartmetallsorten vom Legierungstyp
Diese Sorten werden hauptsächlich zum Schneiden von Stahlteilen verwendet. Ihr Kobaltgehalt beträgt normalerweise 5 bis 10 % und die Korngröße liegt zwischen 0,8 und 2 μm. Durch die Zugabe von 4–25 % Titankarbid (TiC) kann die Tendenz von Wolframkarbid (WC), an die Oberfläche der Stahlspäne zu diffundieren, verringert werden. Die Werkzeugfestigkeit, Kolkverschleißfestigkeit und Thermoschockbeständigkeit können durch die Zugabe von bis zu 25 % Tantalkarbid (TaC) und Niobkarbid (NbC) verbessert werden. Die Zugabe solcher kubischen Karbide erhöht auch die Rothärte des Werkzeugs und trägt dazu bei, thermische Verformungen des Werkzeugs bei starker Zerspanung oder anderen Vorgängen, bei denen die Schneidkante hohe Temperaturen erzeugt, zu vermeiden. Darüber hinaus kann Titankarbid beim Sintern Keimbildungsstellen bereitstellen und so die Gleichmäßigkeit der kubischen Karbidverteilung im Werkstück verbessern.
Im Allgemeinen beträgt der Härtebereich von Hartmetallsorten vom Legierungstyp HRA91–94 und die Querbruchfestigkeit beträgt 150–300 ksi. Im Vergleich zu reinen Sorten haben Legierungssorten eine schlechtere Verschleißfestigkeit und eine geringere Festigkeit, weisen jedoch eine bessere Beständigkeit gegen adhäsiven Verschleiß auf. Legierungssorten können im C-Sortensystem in C5-C8 unterteilt werden und können im ISO-Sortensystem nach den P- und M-Sortenreihen klassifiziert werden. Legierungssorten mit mittleren Eigenschaften können als Allzwecksorten (z. B. C6 oder P30) klassifiziert und zum Drehen, Gewindeschneiden, Hobeln und Fräsen verwendet werden. Die härtesten Güten können als Schlichtgüten (z. B. C8 und P01) zum Schlichten von Dreh- und Bohroperationen klassifiziert werden. Diese Sorten haben typischerweise kleinere Korngrößen und einen geringeren Kobaltgehalt, um die erforderliche Härte und Verschleißfestigkeit zu erreichen. Ähnliche Materialeigenschaften können jedoch durch die Zugabe weiterer kubischer Karbide erreicht werden. Sorten mit der höchsten Zähigkeit können als Schruppsorten klassifiziert werden (z. B. C5 oder P50). Diese Sorten haben typischerweise eine mittlere Korngröße und einen hohen Kobaltgehalt mit geringen Zusätzen kubischer Karbide, um die gewünschte Zähigkeit durch Hemmung des Risswachstums zu erreichen. Bei unterbrochenen Drehoperationen kann die Schnittleistung durch den Einsatz der oben genannten kobaltreichen Sorten mit höherem Kobaltgehalt auf der Werkzeugoberfläche weiter verbessert werden.
Legierungssorten mit einem geringeren Titankarbidgehalt werden für die Bearbeitung von Edelstahl und Temperguss verwendet, können aber auch für die Bearbeitung von Nichteisenmetallen wie Superlegierungen auf Nickelbasis verwendet werden. Die Korngröße dieser Qualitäten beträgt üblicherweise weniger als 1 μm und der Kobaltgehalt liegt bei 8–12 %. Zum Drehen von Temperguss können härtere Sorten wie M10 verwendet werden; Zähere Sorten wie M40 können zum Fräsen und Hobeln von Stahl oder zum Drehen von rostfreiem Stahl oder Superlegierungen verwendet werden.
Hartmetallsorten vom Legierungstyp können auch für nichtmetallische Schneidzwecke verwendet werden, hauptsächlich für die Herstellung verschleißfester Teile. Die Partikelgröße dieser Qualitäten beträgt üblicherweise 1,2–2 μm und der Kobaltgehalt liegt bei 7–10 %. Bei der Herstellung dieser Qualitäten wird in der Regel ein hoher Anteil recycelter Rohstoffe beigemischt, was zu einer hohen Wirtschaftlichkeit bei Verschleißteilanwendungen führt. Verschleißteile erfordern eine gute Korrosionsbeständigkeit und eine hohe Härte, die durch die Zugabe von Nickel- und Chromkarbid bei der Herstellung dieser Sorten erreicht werden kann.
Um den technischen und wirtschaftlichen Anforderungen der Werkzeughersteller gerecht zu werden, ist Hartmetallpulver das Schlüsselelement. Pulver, die für die Bearbeitungsausrüstung und Prozessparameter der Werkzeughersteller entwickelt wurden, gewährleisten die Leistung des fertigen Werkstücks und haben zu Hunderten von Hartmetallsorten geführt. Die Recyclingfähigkeit von Hartmetallmaterialien und die Möglichkeit, direkt mit Pulverlieferanten zusammenzuarbeiten, ermöglichen Werkzeugherstellern eine effektive Kontrolle ihrer Produktqualität und Materialkosten.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 18. Okt. 2022
