Hartmetall ist die am weitesten verbreitete Klasse von Werkstoffen für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung (HSM). Es wird pulvermetallurgisch hergestellt und besteht aus harten Hartmetallpartikeln (meist Wolframcarbid WC) und einer weicheren Metallbindung. Derzeit existieren Hunderte von WC-basierten Hartmetallen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen. Die meisten verwenden Kobalt (Co) als Bindemittel; Nickel (Ni) und Chrom (Cr) sind ebenfalls gängige Bindemittel, und es können weitere Legierungselemente hinzugefügt werden. Warum gibt es so viele Hartmetallsorten? Wie wählen Werkzeughersteller den richtigen Werkstoff für einen bestimmten Bearbeitungsprozess aus? Um diese Fragen zu beantworten, betrachten wir zunächst die verschiedenen Eigenschaften, die Hartmetall zu einem idealen Werkzeugwerkstoff machen.
Härte und Zähigkeit
WC-Co-Hartmetall bietet einzigartige Vorteile hinsichtlich Härte und Zähigkeit. Wolframcarbid (WC) ist von Natur aus sehr hart (härter als Korund oder Aluminiumoxid), und seine Härte nimmt mit steigender Betriebstemperatur kaum ab. Allerdings mangelt es ihm an ausreichender Zähigkeit, einer essenziellen Eigenschaft für Schneidwerkzeuge. Um die hohe Härte von Wolframcarbid zu nutzen und seine Zähigkeit zu verbessern, werden die Wolframcarbid-Kristalle mit Metallbindungen verbunden. Dadurch erreicht dieses Material eine Härte, die die von Schnellarbeitsstahl deutlich übertrifft, und ist gleichzeitig in der Lage, den meisten Zerspanungsprozessen standzuhalten. Darüber hinaus widersteht es den hohen Schnitttemperaturen, die bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung auftreten.
Heutzutage sind fast alle WC-Co-Messer und -Wendeschneidplatten beschichtet, sodass die Rolle des Grundmaterials weniger wichtig erscheint. Tatsächlich ist es aber der hohe Elastizitätsmodul des WC-Co-Werkstoffs (ein Maß für die Steifigkeit, der bei Raumtemperatur etwa dreimal so hoch ist wie der von Schnellarbeitsstahl), der das verformungsfreie Substrat für die Beschichtung bildet. Die WC-Co-Matrix sorgt zudem für die erforderliche Zähigkeit. Diese Eigenschaften sind die grundlegenden Eigenschaften von WC-Co-Werkstoffen. Die Materialeigenschaften lassen sich jedoch durch Anpassung der Materialzusammensetzung und des Mikrogefüges bei der Herstellung von Hartmetallpulvern gezielt verändern. Daher hängt die Eignung des Werkzeugs für eine bestimmte Bearbeitung maßgeblich vom vorgelagerten Fräsprozess ab.
Fräsprozess
Wolframcarbidpulver wird durch Aufkohlen von Wolframpulver (W) gewonnen. Die Eigenschaften des Wolframcarbidpulvers (insbesondere seine Partikelgröße) hängen hauptsächlich von der Partikelgröße des Ausgangsmaterials (Wolframpulver) sowie von Temperatur und Dauer der Aufkohlung ab. Auch die chemische Zusammensetzung ist entscheidend; der Kohlenstoffgehalt muss konstant gehalten werden (nahe dem stöchiometrischen Wert von 6,13 Gew.-%). Um die Partikelgröße des Pulvers in den nachfolgenden Prozessschritten zu steuern, kann vor der Aufkohlung eine geringe Menge Vanadium und/oder Chrom zugesetzt werden. Unterschiedliche Prozessbedingungen und Endanwendungen erfordern eine spezifische Kombination aus Wolframcarbid-Partikelgröße, Kohlenstoff-, Vanadium- und Chromgehalt, wodurch verschiedene Wolframcarbidpulver hergestellt werden können. Beispielsweise produziert ATI Alldyne, ein Hersteller von Wolframcarbidpulver, 23 Standardqualitäten von Wolframcarbidpulver, und die Vielfalt der nach Kundenwunsch kundenspezifisch hergestellten Wolframcarbidpulver kann mehr als das Fünffache der Standardqualitäten erreichen.
Beim Mischen und Vermahlen von Wolframcarbidpulver und Metallbindemittel zur Herstellung von Hartmetallpulver bestimmter Güteklassen können verschiedene Kombinationen verwendet werden. Der üblicherweise verwendete Kobaltgehalt liegt zwischen 3 % und 25 % (Gew.-%). Soll die Korrosionsbeständigkeit des Werkzeugs verbessert werden, ist die Zugabe von Nickel und Chrom erforderlich. Darüber hinaus lässt sich die Metallbindung durch die Zugabe weiterer Legierungsbestandteile optimieren. Beispielsweise kann die Zugabe von Ruthenium zu WC-Co-Hartmetall dessen Zähigkeit deutlich erhöhen, ohne die Härte zu verringern. Eine Erhöhung des Bindemittelgehalts kann die Zähigkeit von Hartmetall ebenfalls verbessern, führt jedoch zu einer Verringerung der Härte.
Durch die Verkleinerung der Wolframcarbidpartikel lässt sich die Härte des Materials erhöhen. Die Partikelgröße muss jedoch während des Sinterprozesses konstant bleiben. Beim Sintern verbinden sich die Wolframcarbidpartikel und wachsen durch Auflösung und Wiederausfällung. Um ein vollständig dichtes Material zu erhalten, verflüssigt sich die Metallbindung im eigentlichen Sinterprozess (Flüssigphasensintern). Die Wachstumsrate der Wolframcarbidpartikel kann durch die Zugabe anderer Übergangsmetallcarbide, wie Vanadiumcarbid (VC), Chromcarbid (Cr₃C₂), Titancarbid (TiC), Tantalcarbid (TaC) und Niobcarbid (NbC), gesteuert werden. Diese Metallcarbide werden üblicherweise hinzugefügt, wenn das Wolframcarbidpulver mit einer Metallbindung vermischt und vermahlen wird, obwohl sich auch Vanadiumcarbid und Chromcarbid bilden können, wenn das Wolframcarbidpulver aufgekohlt wird.
Wolframcarbidpulver kann auch aus recycelten Hartmetallabfällen hergestellt werden. Das Recycling und die Wiederverwendung von Hartmetallabfällen haben in der Hartmetallindustrie eine lange Tradition und sind ein wichtiger Bestandteil der gesamten Wertschöpfungskette. Sie tragen dazu bei, Materialkosten zu senken, natürliche Ressourcen zu schonen und umweltschädliche Entsorgung zu vermeiden. Hartmetallabfälle können in der Regel durch das APT-Verfahren (Ammoniumparatungstat), die Zinkrückgewinnung oder durch Zerkleinern wiederverwertet werden. Diese „recycelten“ Wolframcarbidpulver weisen im Allgemeinen eine bessere und besser vorhersagbare Verdichtung auf, da sie eine kleinere Oberfläche besitzen als Wolframcarbidpulver, die direkt durch das Aufkohlungsverfahren hergestellt werden.
Die Verarbeitungsbedingungen beim Mischmahlen von Wolframcarbidpulver und Metallbindemittel sind ebenfalls entscheidende Prozessparameter. Die beiden gängigsten Mahlverfahren sind Kugelmahlen und Mikromahlen. Beide Verfahren ermöglichen eine homogene Vermischung der gemahlenen Pulver und eine reduzierte Partikelgröße. Um dem später gepressten Werkstück ausreichende Festigkeit zu verleihen, seine Form zu erhalten und es dem Bediener oder Manipulator zu ermöglichen, ist in der Regel die Zugabe eines organischen Bindemittels während des Mahlens erforderlich. Die chemische Zusammensetzung dieses Bindemittels kann die Dichte und Festigkeit des gepressten Werkstücks beeinflussen. Zur besseren Handhabung empfiehlt sich die Verwendung hochfester Bindemittel, was jedoch zu einer geringeren Verdichtung und zur Bildung von Klumpen führen kann, die Defekte im Endprodukt verursachen können.
Nach dem Mahlen wird das Pulver üblicherweise sprühgetrocknet, um rieselfähige Agglomerate zu erhalten, die durch organische Bindemittel zusammengehalten werden. Durch Anpassen der Zusammensetzung des organischen Bindemittels lassen sich die Fließfähigkeit und die Ladungsdichte dieser Agglomerate gezielt einstellen. Durch Aussieben gröberer oder feinerer Partikel kann die Partikelgrößenverteilung des Agglomerats weiter optimiert werden, um ein gutes Fließverhalten beim Einfüllen in die Formkavität zu gewährleisten.
Werkstückfertigung
Hartmetallwerkstücke lassen sich mit verschiedenen Verfahren formen. Je nach Werkstückgröße, Formkomplexität und Produktionsmenge werden die meisten Schneideinsätze mithilfe von starren Formen mit Ober- und Unterdruck gegossen. Um die Gleichmäßigkeit von Gewicht und Größe des Werkstücks bei jedem Pressvorgang zu gewährleisten, muss sichergestellt sein, dass die in den Formhohlraum fließende Pulvermenge (Masse und Volumen) exakt gleich ist. Die Fließfähigkeit des Pulvers wird hauptsächlich durch die Korngrößenverteilung der Agglomerate und die Eigenschaften des organischen Bindemittels bestimmt. Die gegossenen Werkstücke (oder „Rohlinge“) entstehen durch Anlegen eines Formdrucks von 10–80 ksi (Kilo-Pfund pro Quadratfuß) auf das in den Formhohlraum gefüllte Pulver.
Selbst unter extrem hohem Formpressdruck verformen oder brechen die harten Wolframcarbidpartikel nicht. Das organische Bindemittel wird in die Zwischenräume zwischen den Wolframcarbidpartikeln gepresst und fixiert so deren Position. Je höher der Druck, desto fester die Bindung der Wolframcarbidpartikel und desto höher die Verdichtung des Werkstücks. Die Formeigenschaften verschiedener Hartmetallpulver können je nach Gehalt an metallischem Bindemittel, Größe und Form der Wolframcarbidpartikel, Agglomerationsgrad sowie Zusammensetzung und Menge des organischen Bindemittels variieren. Um quantitative Informationen über die Verdichtungseigenschaften von Hartmetallpulvern bereitzustellen, wird üblicherweise vom Pulverhersteller die Beziehung zwischen Formdichte und Formpressdruck ermittelt. Diese Information gewährleistet die Kompatibilität des gelieferten Pulvers mit dem Formgebungsprozess des Werkzeugherstellers.
Großformatige Hartmetallwerkstücke oder solche mit hohem Aspektverhältnis (z. B. Schäfte für Fräser und Bohrer) werden typischerweise aus gleichmäßig verpresstem Hartmetallpulver in einem flexiblen Beutel hergestellt. Obwohl der Produktionszyklus des Pressverfahrens länger ist als der des Formverfahrens, sind die Herstellungskosten des Werkzeugs geringer, weshalb sich dieses Verfahren besser für die Kleinserienfertigung eignet.
Bei diesem Verfahren wird das Pulver in einen Beutel gefüllt, dieser verschlossen und anschließend in eine Kammer gegeben. Mithilfe einer Hydraulikvorrichtung wird das Pulver dort verpresst, wobei ein Druck von 30–60 ksi aufgebracht wird. Die gepressten Werkstücke werden vor dem Sintern häufig auf die gewünschte Geometrie bearbeitet. Der Beutel ist größer dimensioniert, um die Schrumpfung des Werkstücks während des Pressvorgangs auszugleichen und ausreichend Spielraum für Schleifarbeiten zu gewährleisten. Da das Werkstück nach dem Pressen weiterbearbeitet werden muss, sind die Anforderungen an die Pulvermenge nicht so streng wie beim Formpressen. Dennoch ist es wünschenswert, dass jedes Mal die gleiche Pulvermenge in den Beutel gefüllt wird. Ist die Pulvermenge zu gering, befindet sich möglicherweise nicht genügend Pulver im Beutel, wodurch das Werkstück zu klein wird und Ausschuss entstehen kann. Ist die Pulvermenge hingegen zu hoch, muss das Werkstück nach dem Pressen nachbearbeitet werden, um überschüssiges Pulver zu entfernen. Obwohl das entfernte überschüssige Pulver und die Ausschussteile recycelt werden können, reduziert dies die Produktivität.
Hartmetallwerkstücke lassen sich mittels Extrusions- oder Spritzgießverfahren formen. Das Extrusionsverfahren eignet sich besser für die Massenproduktion rotationssymmetrischer Werkstücke, während das Spritzgießverfahren üblicherweise für die Massenproduktion komplex geformter Werkstücke eingesetzt wird. Bei beiden Verfahren wird Hartmetallpulver in verschiedenen Sorten in einem organischen Bindemittel suspendiert, das der Hartmetallmischung eine pastenartige Konsistenz verleiht. Die Mischung wird anschließend entweder durch eine Öffnung extrudiert oder in einen Formhohlraum eingespritzt. Die Eigenschaften des Hartmetallpulvers bestimmen das optimale Verhältnis von Pulver zu Bindemittel in der Mischung und haben einen wesentlichen Einfluss auf die Fließfähigkeit der Mischung beim Extrudieren oder Einspritzen in den Formhohlraum.
Nachdem das Werkstück durch Formen, isostatisches Pressen, Extrudieren oder Spritzgießen geformt wurde, muss das organische Bindemittel vor dem abschließenden Sinterprozess entfernt werden. Durch das Sintern wird die Porosität des Werkstücks beseitigt, wodurch es vollständig (oder nahezu vollständig) dicht wird. Während des Sinterns verflüssigt sich die Metallbindung im gepressten Werkstück, das Werkstück behält jedoch seine Form durch die kombinierte Wirkung von Kapillarkräften und Partikelbindung.
Nach dem Sintern bleibt die Geometrie des Werkstücks unverändert, die Abmessungen verringern sich jedoch. Um nach dem Sintern die gewünschte Werkstückgröße zu erreichen, muss die Schrumpfungsrate bei der Werkzeugkonstruktion berücksichtigt werden. Das für die Werkzeugherstellung verwendete Hartmetallpulver muss so ausgelegt sein, dass es beim Verpressen unter dem entsprechenden Druck die korrekte Schrumpfung aufweist.
In fast allen Fällen ist eine Nachbehandlung des gesinterten Werkstücks erforderlich. Die grundlegendste Behandlung von Schneidwerkzeugen ist das Schärfen der Schneide. Viele Werkzeuge müssen nach dem Sintern hinsichtlich ihrer Geometrie und Abmessungen geschliffen werden. Einige Werkzeuge erfordern ein Ober- und Unterseitenschleifen, andere ein Umfangsschleifen (gegebenenfalls mit Schärfen der Schneide). Alle beim Schleifen anfallenden Hartmetallspäne können recycelt werden.
Werkstückbeschichtung
In vielen Fällen muss das fertige Werkstück beschichtet werden. Die Beschichtung sorgt für Schmierfähigkeit und erhöhte Härte und bildet gleichzeitig eine Diffusionsbarriere zum Substrat, wodurch Oxidation bei hohen Temperaturen verhindert wird. Das Hartmetallsubstrat ist entscheidend für die Leistungsfähigkeit der Beschichtung. Neben der Anpassung der Haupteigenschaften des Matrixpulvers lassen sich auch die Oberflächeneigenschaften der Matrix durch die Auswahl der chemischen Zusammensetzung und die Wahl des Sinterverfahrens gezielt beeinflussen. Durch die Migration von Kobalt kann in der äußersten Schicht der Schaufeloberfläche (20–30 µm Dicke) im Vergleich zum restlichen Werkstück mehr Kobalt angereichert werden. Dies verleiht der Substratoberfläche eine höhere Festigkeit und Zähigkeit und macht sie verformungsbeständiger.
Abhängig von ihrem jeweiligen Fertigungsprozess (z. B. Entwachsungsverfahren, Aufheizrate, Sinterzeit, Temperatur und Aufkohlungsspannung) können Werkzeughersteller spezielle Anforderungen an die Qualität des verwendeten Hartmetallpulvers stellen. Einige Hersteller sintern das Werkstück im Vakuumofen, andere hingegen im Heißisostatischen Pressen (HIP), wobei das Werkstück gegen Ende des Prozesszyklus unter Druck gesetzt wird, um Rückstände zu entfernen. Im Vakuumofen gesinterte Werkstücke müssen unter Umständen zusätzlich heißisostatisch gepresst werden, um ihre Dichte zu erhöhen. Manche Werkzeughersteller verwenden höhere Vakuumsintertemperaturen, um die Sinterdichte von Mischungen mit geringerem Kobaltgehalt zu steigern. Dies kann jedoch zu einer Vergröberung des Mikrogefüges führen. Um eine feine Korngröße zu gewährleisten, können Wolframcarbidpulver mit kleinerer Partikelgröße gewählt werden. Um die spezifischen Produktionsanlagen optimal zu nutzen, müssen auch die Entwachsungsbedingungen und die Aufkohlungsspannung unterschiedliche Anforderungen an den Kohlenstoffgehalt im Hartmetallpulver stellen.
Notenklassifizierung
Die Kombination verschiedener Wolframcarbidpulver, die Zusammensetzung des Gemisches, der Anteil an Metallbindemitteln, Art und Menge des Kornwachstumshemmers usw. bestimmen die Vielfalt der Hartmetallsorten. Diese Parameter beeinflussen das Mikrogefüge und die Eigenschaften des Hartmetalls. Bestimmte Eigenschaftskombinationen sind für spezielle Verarbeitungsanwendungen von Bedeutung, weshalb die Klassifizierung der verschiedenen Hartmetallsorten sinnvoll ist.
Die beiden gebräuchlichsten Hartmetallklassifizierungssysteme für die spanende Bearbeitung sind das C-Klassifizierungssystem und das ISO-Klassifizierungssystem. Obwohl keines der beiden Systeme die Materialeigenschaften, die die Wahl der Hartmetallsorten beeinflussen, vollständig abbildet, bieten sie einen Ausgangspunkt für die Diskussion. Für jede Klassifizierung haben viele Hersteller ihre eigenen Sondersorten im Angebot, was zu einer großen Vielfalt an Hartmetallsorten führt.
Carbid-Sorten lassen sich auch nach ihrer Zusammensetzung klassifizieren. Wolframcarbid (WC)-Sorten können in drei Grundtypen unterteilt werden: einfach, mikrokristallin und legiert. Einfache Sorten bestehen hauptsächlich aus Wolframcarbid und Kobaltbindern, können aber auch geringe Mengen an Kornwachstumshemmern enthalten. Die mikrokristalline Sorte setzt sich aus Wolframcarbid und Kobaltbinder mit einigen Tausendstel Gramm Vanadiumcarbid (VC) und/oder Chromcarbid (Cr₃C₂) zusammen, wobei die Korngröße bis zu 1 µm betragen kann. Legierte Sorten bestehen aus Wolframcarbid und Kobaltbindern mit einigen Prozent Titancarbid (TiC), Tantalcarbid (TaC) und Niobcarbid (NbC). Diese Zusätze werden aufgrund ihrer Sintereigenschaften auch als kubische Carbide bezeichnet. Das resultierende Mikrogefüge weist eine inhomogene Dreiphasenstruktur auf.
1) Einfache Hartmetallsorten
Diese Sorten für die Metallbearbeitung enthalten üblicherweise 3 bis 12 Gew.-% Kobalt. Die Korngröße von Wolframcarbid liegt in der Regel zwischen 1 und 8 µm. Wie bei anderen Sorten führt die Verringerung der Partikelgröße von Wolframcarbid zu einer Erhöhung der Härte und Biegefestigkeit, jedoch zu einer Verringerung der Zähigkeit. Die Härte des reinen Typs liegt üblicherweise zwischen HRA 89 und 93,5; die Biegefestigkeit zwischen 175 und 350 ksi. Pulver dieser Sorten können große Mengen an Recyclingmaterial enthalten.
Die einfachen Werkstoffsorten lassen sich im C-System in C1 bis C4 unterteilen und im ISO-System gemäß den Reihen K, N, S und H klassifizieren. Einfache Werkstoffsorten mit mittleren Eigenschaften zählen zu den Allzwecksorten (z. B. C2 oder K20) und eignen sich für Drehen, Fräsen, Hobeln und Bohren. Sorten mit kleinerer Korngröße, niedrigerem Kobaltgehalt und höherer Härte werden als Schlichtwerkstoffe (z. B. C4 oder K01) klassifiziert. Sorten mit größerer Korngröße, höherem Kobaltgehalt und besserer Zähigkeit eignen sich als Schruppwerkstoffe (z. B. C1 oder K30).
Werkzeuge aus Simplex-Sorten eignen sich zur Bearbeitung von Gusseisen, Edelstahl der Serien 200 und 300, Aluminium und anderen Nichteisenmetallen, Superlegierungen und gehärteten Stählen. Diese Sorten werden auch in der Nichtmetallbearbeitung eingesetzt (z. B. als Bohrwerkzeuge für Gestein und Geologie). Sie weisen eine Korngröße von 1,5–10 µm (oder größer) und einen Kobaltgehalt von 6–16 % auf. Ein weiteres Anwendungsgebiet von Hartmetallen in der Nichtmetallbearbeitung ist die Herstellung von Matrizen und Stempeln. Diese Sorten haben typischerweise eine mittlere Korngröße und einen Kobaltgehalt von 16–30 %.
(2) Mikrokristalline Hartmetallsorten
Solche Werkstoffe enthalten üblicherweise 6–15 % Kobalt. Durch die Zugabe von Vanadiumcarbid und/oder Chromcarbid beim Flüssigphasensintern lässt sich das Kornwachstum steuern und so ein feinkörniges Gefüge mit einer Partikelgröße von unter 1 µm erzielen. Dieser feinkörnige Werkstoff zeichnet sich durch sehr hohe Härte und Biegefestigkeiten von über 500 ksi aus. Die Kombination aus hoher Festigkeit und ausreichender Zähigkeit ermöglicht den Einsatz eines größeren positiven Spanwinkels. Dies reduziert die Schnittkräfte und führt durch Schneiden statt Schieben des Werkstoffs zu dünneren Spänen.
Durch die strenge Qualitätsprüfung der verschiedenen Rohstoffe bei der Herstellung von Hartmetallpulver und die präzise Kontrolle der Sinterprozessbedingungen zur Vermeidung von übermäßig großen Körnern im Gefüge lassen sich die gewünschten Materialeigenschaften erzielen. Um eine kleine und gleichmäßige Korngröße zu gewährleisten, sollte recyceltes Pulver nur dann verwendet werden, wenn die Rohstoffe und der Rückgewinnungsprozess vollständig kontrolliert und umfassende Qualitätsprüfungen durchgeführt werden.
Mikrokristalline Stähle werden gemäß der M-Reihe des ISO-Klassifizierungssystems eingeteilt. Darüber hinaus entsprechen die Klassifizierungsmethoden im C-Klassifizierungssystem und im ISO-Klassifizierungssystem denen der reinen Stähle. Mikrokristalline Stähle eignen sich zur Herstellung von Werkzeugen für die Bearbeitung weicherer Werkstoffe, da ihre Oberfläche sehr glatt bearbeitet werden kann und eine extrem scharfe Schneide gewährleistet ist.
Mikrokristalline Hartmetallsorten eignen sich auch zur Bearbeitung von Nickelbasis-Superlegierungen, da sie Schnitttemperaturen bis zu 1200 °C standhalten. Bei der Bearbeitung von Superlegierungen und anderen Spezialwerkstoffen kann der Einsatz von Werkzeugen aus mikrokristallinen und rutheniumhaltigen Hartmetallsorten deren Verschleißfestigkeit, Verformungsbeständigkeit und Zähigkeit gleichzeitig verbessern. Mikrokristalline Hartmetallsorten sind auch für die Herstellung von rotierenden Werkzeugen wie Bohrern geeignet, die Scherspannungen erzeugen. Es gibt beispielsweise Bohrer aus Hartmetall-Verbundwerkstoffen. In bestimmten Bereichen desselben Bohrers variiert der Kobaltgehalt, sodass Härte und Zähigkeit des Bohrers optimal an die jeweiligen Bearbeitungsanforderungen angepasst werden.
(3) Hartmetallsorten aus Legierungen
Diese Sorten werden hauptsächlich zum Schneiden von Stahlteilen verwendet. Ihr Kobaltgehalt liegt üblicherweise zwischen 5 % und 10 %, die Korngröße zwischen 0,8 % und 2 µm. Durch die Zugabe von 4 % bis 25 % Titancarbid (TiC) lässt sich die Diffusion von Wolframcarbid (WC) an die Oberfläche der Stahlspäne verringern. Werkzeugfestigkeit, Kraterverschleißfestigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit können durch die Zugabe von bis zu 25 % Tantalcarbid (TaC) und Niobcarbid (NbC) verbessert werden. Die Zugabe dieser kubischen Carbide erhöht zudem die Warmhärte des Werkzeugs und trägt dazu bei, thermische Verformungen bei starker Zerspanung oder anderen Bearbeitungsvorgängen mit hohen Schneidkantentemperaturen zu vermeiden. Darüber hinaus kann Titancarbid beim Sintern Keimbildungsstellen bereitstellen und so die Gleichmäßigkeit der kubischen Carbidverteilung im Werkstück verbessern.
Im Allgemeinen liegt die Härte von Hartmetalllegierungen im Bereich von HRA 91–94, die Biegefestigkeit zwischen 150 und 300 ksi. Im Vergleich zu reinen Hartmetallsorten weisen Legierungen eine geringere Verschleißfestigkeit und Festigkeit, aber eine höhere Beständigkeit gegen adhäsiven Verschleiß auf. Legierungen werden im C-System in die Klassen C5–C8 und im ISO-System in die Klassen P und M eingeteilt. Legierungen mit mittleren Eigenschaften eignen sich als Allzwecksorten (z. B. C6 oder P30) zum Drehen, Gewindeschneiden, Hobeln und Fräsen. Die härtesten Sorten werden als Schlichtsorten (z. B. C8 und P01) für das Schlichtdrehen und Bohren eingesetzt. Diese Sorten zeichnen sich typischerweise durch kleinere Korngrößen und einen geringeren Kobaltgehalt aus, um die erforderliche Härte und Verschleißfestigkeit zu erreichen. Ähnliche Materialeigenschaften lassen sich jedoch durch die Zugabe von mehr kubischen Karbiden erzielen. Sorten mit der höchsten Zähigkeit werden als Schruppsorten (z. B. C5 oder P50) klassifiziert. Diese Werkstoffsorten weisen typischerweise eine mittlere Korngröße und einen hohen Kobaltgehalt auf, wobei geringe Zusätze kubischer Karbide die gewünschte Zähigkeit durch Hemmung des Risswachstums erreichen. Bei unterbrochenen Drehbearbeitungen lässt sich die Zerspanungsleistung durch den Einsatz der oben genannten kobaltreichen Werkstoffsorten mit höherem Kobaltgehalt auf der Werkzeugoberfläche weiter verbessern.
Legierungen mit geringerem Titancarbidgehalt werden zur Bearbeitung von Edelstahl und Temperguss eingesetzt, eignen sich aber auch für die Bearbeitung von Nichteisenmetallen wie Nickelbasis-Superlegierungen. Die Korngröße dieser Legierungen liegt üblicherweise unter 1 µm, der Kobaltgehalt zwischen 8 % und 12 %. Härtere Legierungen wie M10 eignen sich zum Drehen von Temperguss; zähere Legierungen wie M40 zum Fräsen und Hobeln von Stahl oder zum Drehen von Edelstahl oder Superlegierungen.
Hartmetallsorten vom Legierungstyp eignen sich auch für die Zerspanung von Nichtmetallen, insbesondere für die Herstellung verschleißfester Teile. Die Korngröße dieser Sorten liegt üblicherweise zwischen 1,2 und 2 µm, der Kobaltgehalt zwischen 7 und 10 %. Bei der Herstellung dieser Sorten wird in der Regel ein hoher Anteil an Recyclingmaterial beigemischt, was zu einer hohen Wirtschaftlichkeit bei Verschleißteilen führt. Verschleißteile erfordern eine gute Korrosionsbeständigkeit und hohe Härte, die durch die Zugabe von Nickel- und Chromcarbid bei der Herstellung dieser Sorten erreicht werden.
Um die technischen und wirtschaftlichen Anforderungen von Werkzeugherstellern zu erfüllen, ist Hartmetallpulver der Schlüssel. Pulver, die speziell auf die Bearbeitungsmaschinen und Prozessparameter der Werkzeughersteller abgestimmt sind, gewährleisten die Leistungsfähigkeit des fertigen Werkstücks und haben zur Entwicklung hunderter Hartmetallsorten geführt. Die Recyclingfähigkeit von Hartmetallwerkstoffen und die Möglichkeit der direkten Zusammenarbeit mit Pulverlieferanten ermöglichen es Werkzeugherstellern, ihre Produktqualität und Materialkosten effektiv zu kontrollieren.
Veröffentlichungsdatum: 18. Oktober 2022
