Herstellungsprozess von Hartmetall. Es heißt oft, dass zur Verbesserung der Bearbeitungseffizienz die drei wichtigsten Schnittparameter – Schnittgeschwindigkeit, Schnitttiefe und Vorschub – optimiert werden müssen, da dies in der Regel der einfachste und direkteste Ansatz ist. Die Erhöhung dieser Parameter ist jedoch häufig durch die Gegebenheiten der vorhandenen Werkzeugmaschinen begrenzt. Daher ist die wirtschaftlichste und bequemste Methode die Auswahl des richtigen Werkzeugs. Hartmetallwerkzeuge sind derzeit der Standard auf dem Werkzeugmarkt. Die Qualität von Hartmetall wird durch drei Faktoren bestimmt: die Hartmetallmatrix (das Gerüst), die Struktur und Form der Schneide (das Innere) und die Beschichtung (die Oberfläche). Heute werden wir uns eingehend mit Bearbeitungswerkzeugen befassen, vom „Gerüst bis zum Inneren“. Zusammensetzung der Hartmetallmatrix. Die Hartmetallmatrix besteht aus zwei Hauptkomponenten:
Härtephase: Hierzu zählen Werkstoffe wie Wolframcarbid (WC) und Titancarbid (TiC), die als Pulver vorliegen.
Unterschätzen Sie diese Pulver nicht – sie sind die wichtigsten Rohstoffe für alle Hartmetalle.
Wolframcarbid-Produktion:Wolframcarbid wird aus Wolfram und Kohlenstoff hergestellt. Wolframpulver mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 3–5 μm wird in einer Kugelmühle mit Ruß trocken vermischt. Nach gründlichem Mischen wird die Mischung in eine Graphitschale gegeben und in einem Graphitwiderstandsofen auf 1400–1700 °C erhitzt. Bei dieser hohen Temperatur findet eine Reaktion statt, bei der Wolframcarbid entsteht.
Eigenschaften:Wolframcarbid ist ein extrem hartes, aber sprödes Material mit einem Schmelzpunkt über 2000 °C, der mitunter 4000 °C übersteigt. Er bestimmt die hohe Härte und Verschleißfestigkeit der Legierung.
Bindemetall: Typischerweise werden Metalle der Eisengruppe wie Kobalt (Co) und Nickel (Ni) verwendet, wobei Kobalt bei der maschinellen Bearbeitung am häufigsten zum Einsatz kommt.
Wird beispielsweise Wolframcarbid mit Kobalt gemischt, ist der Kobaltgehalt entscheidend für die Eigenschaften des Hartmetalls. Ein höherer Kobaltgehalt verbessert die Zähigkeit, während ein niedrigerer Kobaltgehalt die Härte und Verschleißfestigkeit erhöht.
Herstellungsprozess
1. Pulverherstellung (Nassvermahlung): In der Mahlkammer werden die Rohstoffe in einer Mischung aus Ethanol, Wasser und organischen Bindemitteln auf die gewünschte Partikelgröße vermahlen. Bei diesem als Nassvermahlung bezeichneten Verfahren werden organische oder anorganische Lösungsmittel als Mahlhilfsmittel zugesetzt.
▶ Warum Nassvermahlung?
▶Durch Trockenmahlen können Materialien nur bis in den Mikrometerbereich (z. B. über 20 μm) vermahlen werden, da unterhalb dieser Größe die elektrostatische Anziehung eine starke Partikelagglomeration verursacht, was ein weiteres Vermahlen erschwert.
▶Durch Nassmahlung kann mit Hilfe von Mahlhilfsmitteln die Partikelgröße auf wenige Mikrometer oder sogar Nanometer reduziert werden.
▶Dauer: Je nach Rohstoffen dauert das Nassmahlen etwa 8–55 Stunden und führt zu einer gleichmäßigen Suspension der Rohstoffe.
2. Sprühtrocknung: Das flüssige Gemisch wird in einen Sprühtrockner gepumpt, wo heißes Stickstoffgas das Ethanol und das Wasser verdampft und ein gleichmäßig großes, körniges Pulver zurückbleibt.
▶Das getrocknete Pulver besteht aus kugelförmigen Partikeln mit Durchmessern von 20–200 μm. Zum Vergleich: Das feinste Pulver ist weniger als halb so dick wie ein menschliches Haar.
▶Die getrocknete Suspension wird einer Qualitätskontrolle unterzogen, um die Konsistenz sicherzustellen.
3. Pressen: Das geprüfte Pulver wird in eine Pressmaschine gegeben, um Werkzeugeinsätze herzustellen.
▶Die Pressform wird in die Maschine eingesetzt, und Stempel und Matrize werden so gesteuert, dass das Pulver in die Grundform und -größe des Werkzeugs gepresst wird.
▶Je nach Einsatztyp kann der erforderliche Druck bis zu 12 Tonnen betragen.
▶Nach dem Pressvorgang wird jeder Einsatz gewogen, um Qualität und Präzision zu gewährleisten.
4. Sintern Die frisch gepressten Einsätze sind sehr zerbrechlich und müssen in einem Sinterofen gehärtet werden.
▶Die Einsätze werden 13 Stunden lang bei 1500 °C wärmebehandelt, wobei sich das geschmolzene Kobalt mit den Wolframcarbidpartikeln verbindet. Bei 1500 °C würde Stahl so schnell schmelzen wie Schokolade.
▶Beim Sintern verdampft das Polyethylenglykol (PEG) in der Mischung, und das Volumen des Einsatzes schrumpft um etwa 50 %, wodurch ein bestimmter Härtegrad erreicht wird.
5. Oberflächenbehandlung (Honen und Beschichten) Um präzise Abmessungen zu erzielen, werden die Einsätze gehont, um die Ober- und Unterseite zu schleifen.
▶Da gesinterte Hartmetalleinsätze extrem hart sind, werden für das Präzisionsschleifen industrielle Diamantschleifscheiben verwendet.
▶Dieser Schritt erfordert höchste Präzision in der Schleiftechnologie. Schweden setzt beispielsweise fortschrittliche 6-Achs-Schleiftechnologie ein, um extrem strenge Toleranzanforderungen zu erfüllen.
Nach dem Schleifen werden die Einsätze gereinigt, beschichtet und einer abschließenden Qualitätskontrolle unterzogen.
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Veröffentlichungsdatum: 18. Juli 2025
