Klassifizierung und Leistungsfähigkeit von Hartmetall-Werkzeugwerkstoffen

1. Härte: Hartmetall enthält einen hohen Anteil an harten Carbiden (wie z. B. WC, TiC), wodurch seine Härte deutlich höher ist als die von Schnellarbeitsstählen. Je höher die Härte von Hartmetall, desto besser seine Verschleißfestigkeit, die im Allgemeinen wesentlich höher ist als die von Schnellarbeitsstählen.

Je höher der Anteil der Kobaltbindephase ist, desto geringer ist die Härte der Legierung.

Da TiC härter als WC ist, weisen WC-TiC-Co-Legierungen eine höhere Härte auf als WC-Co-Legierungen. Je höher der TiC-Gehalt, desto höher die Härte.

Durch die Zugabe von TaC zu WC-Co-Legierungen erhöht sich die Härte um etwa 40 bis 100 HV; durch die Zugabe von NbC erhöht sie sich um 70 bis 150 HV.

2. Festigkeit Die Biegefestigkeit von Hartmetall beträgt nur etwa 1/3 bis 1/2 derjenigen von Schnellarbeitsstählen.

Je höher der Kobaltgehalt, desto höher die Festigkeit der Legierung.

Legierungen mit TiC-Gehalt weisen eine geringere Festigkeit auf als solche ohne TiC; je höher der TiC-Gehalt, desto geringer die Festigkeit.

Die Zugabe von TaC zu WC-TiC-Co-Hartmetall erhöht dessen Biegefestigkeit und verbessert die Widerstandsfähigkeit der Schneidkante gegen Ausbrüche und Brüche deutlich. Mit steigendem TaC-Gehalt verbessert sich auch die Dauerfestigkeit.

Die Druckfestigkeit von Hartmetall ist 30 bis 50 % höher als die von Schnellarbeitsstahl.

3. Zähigkeit Die Zähigkeit von Hartmetall ist viel geringer als die von Schnellarbeitsstahl.

Legierungen mit TiC weisen eine geringere Zähigkeit auf als solche ohne TiC; mit zunehmendem TiC-Gehalt nimmt die Zähigkeit ab.

Bei WC-TiC-Co-Legierungen kann durch die Zugabe einer geeigneten Menge TaC die Zähigkeit um etwa 10 % erhöht werden, während die Hitzebeständigkeit und Verschleißfestigkeit erhalten bleiben.

Aufgrund seiner geringeren Zähigkeit ist Hartmetall nicht geeignet für Bedingungen mit starken Stößen oder Vibrationen, insbesondere bei niedrigen Schnittgeschwindigkeiten, wo Anhaftung und Ausbrüche stärker ausgeprägt sind.

4. Thermische physikalische Eigenschaften: Die Wärmeleitfähigkeit von Hartmetall ist etwa 2 bis 3 Mal höher als die von Schnellarbeitsstahl.

Da die Wärmeleitfähigkeit von TiC geringer ist als die von WC, weisen WC-TiC-Co-Legierungen eine geringere Wärmeleitfähigkeit auf als WC-Co-Legierungen. Je höher der TiC-Gehalt, desto geringer die Wärmeleitfähigkeit.

5. Hitzebeständigkeit Hartmetall besitzt eine viel höhere Hitzebeständigkeit als Schnellarbeitsstahl und kann bei Temperaturen von 800 bis 1000 °C geschnitten werden, wobei es auch bei hohen Temperaturen eine gute Beständigkeit gegen plastische Verformung aufweist.

Die Zugabe von TiC erhöht die Hochtemperaturhärte. Da die Erweichungstemperatur von TiC höher ist als die von WC, nimmt die Härte von WC-TiC-Co-Legierungen mit steigender Temperatur langsamer ab als die von WC-Co-Legierungen. Je höher der TiC- und je niedriger der Kobaltanteil, desto geringer ist der Härteabfall.

Durch die Zugabe von TaC oder NbC (mit höheren Erweichungstemperaturen als TiC) werden die Härte und Festigkeit bei hohen Temperaturen weiter erhöht.

6. Antihaft-Eigenschaften Die Hafttemperatur von Hartmetall ist höher als die von Schnellarbeitsstahl, wodurch es eine bessere Beständigkeit gegen Haftverschleiß aufweist.

Die Hafttemperatur von Kobalt auf Stahl ist viel niedriger als die von Wolframcarbid; mit zunehmendem Kobaltgehalt sinkt die Hafttemperatur.

Die Hafttemperatur von TiC ist höher als die von WC, daher weisen WC-TiC-Co-Legierungen eine höhere Hafttemperatur (etwa 100 °C höher) als WC-Co-Legierungen auf. Das bei hohen Temperaturen während des Schneidprozesses entstehende TiO₂ verringert die Haftung.

TaC und NbC weisen höhere Hafttemperaturen als TiC auf, wodurch die Antihafteigenschaften verbessert werden. Die Affinität von TaC zu Werkstückmaterialien beträgt nur einen Bruchteil bis wenige Zehntel derjenigen von WC.

7. Chemische Stabilität Die Verschleißfestigkeit von Hartmetallwerkzeugen hängt eng mit ihrer physikalischen und chemischen Stabilität bei den Betriebstemperaturen zusammen.

Die Oxidationstemperatur von Hartmetall ist höher als die von Schnellarbeitsstahl.

Die Oxidationstemperatur von TiC ist viel höher als die von WC, daher nehmen WC-TiC-Co-Legierungen bei hohen Temperaturen weniger an Oxidationsgewicht zu als WC-Co-Legierungen; je mehr TiC, desto stärker die Oxidationsbeständigkeit.

Die Oxidationstemperatur von TaC ist höher als die von WC, und Legierungen mit TaC und NbC weisen eine verbesserte Beständigkeit gegenüber Hochtemperatur-Oxidation auf. Ein höherer Kobaltgehalt begünstigt jedoch die Oxidation.