Die außergewöhnliche Verschleißfestigkeit vonWolframkarbidklingenObwohl dieses Material den meisten anderen Schneidwerkzeugmaterialien überlegen ist, unterliegt es bei kontinuierlichem Betrieb über längere Zeiträume dennoch einem allmählichen Verschleiß durch mehrere gleichzeitig wirkende Mechanismen. Das Verständnis dieser Verschleißprozesse ist unerlässlich für die Entwicklung wirksamer Gegenmaßnahmen und die Optimierung der Schneidleistung in industriellen Anwendungen.
1. Abrasiver Verschleiß
Abrasiver Verschleiß stellt einen der häufigsten und wirtschaftlich bedeutendsten Verschleißmechanismen dar, die folgende Bereiche betreffen:Wolframkarbidklingenim kontinuierlichen Betrieb. Dieser Prozess tritt auf, wenn harte Einschlüsse oder kaltverfestigte Partikel im Werkstückmaterial mechanisch mit der Klingenoberfläche interagieren, was zu einem allmählichen Materialabtrag durch Mikroschneid- und Pflugwirkungen führt. Die extreme Härte desWolframcarbidkörnerDie Kobaltbindephase bietet zwar einen erheblichen Widerstand gegen diesen Verschleißmechanismus, ist aber im Vergleich zu Kobalt anfälliger für Abrieb, was zum Hervortreten von WC-Körnern und deren anschließendem Bruch oder Herausziehen führen kann. Untersuchungen zeigen, dass abrasiver Verschleiß besonders häufig bei der Bearbeitung von Werkstoffen mit abrasiven Bestandteilen auftritt, wie beispielsweise Silizium-Aluminium-Legierungen, Verbundwerkstoffen oder Werkstücken mit gehärteten Oberflächenschichten.
Die Rate des abrasiven Verschleißes wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst, darunter die Größe und Morphologie der Abrasivpartikel, die mechanischen Eigenschaften des Werkstücks und des Schneidwerkzeugs sowie die angewandten Schnittbedingungen. Beobachtungen in der Industrie bestätigen, dass sich abrasiver Verschleiß typischerweise als gleichmäßiger Abrieb der Werkzeugfreifläche oder als Bildung von Riefen entlang der Spankontaktfläche äußert. Die Verschleißrate korreliert im Allgemeinen direkt mit der Schnitttiefe und umgekehrt mit der Schnitthärte.
2. Diffusiver Verschleiß
Diffusiver Verschleiß, auch als Auflösungs-Diffusions-Verschleiß bekannt, spielt insbesondere bei Hochtemperaturbearbeitungen mit Schnitttemperaturen über 800 °C eine wichtige Rolle. Bei diesen hohen Temperaturen werden die chemischen Bestandteile sowohl der Hartmetallschneide als auch des Werkstückmaterials zunehmend mobil, was zu einer gegenseitigen Diffusion an der Werkzeug-Werkstück-Grenzfläche führt. Dieses Phänomen ist besonders ausgeprägt bei der Bearbeitung von Eisenwerkstoffen, da Eisen aus dem Werkstück in die Hartmetallschneide diffundieren kann, während Kohlenstoff, Wolfram und Kobalt aus der Schneide in das Spanmaterial gelangen.
Der Diffusionsprozess verändert grundlegend die Zusammensetzung und die Eigenschaften der Oberflächenschichten der Klinge. Durch die Migration von Kohlenstoffatomen von der Klingenoberfläche werden die WC-Kristalle destabilisiert, was zu einer Verringerung der Gesamthärte und der mechanischen Festigkeit führt. Gleichzeitig schwächt die Diffusion von Kobalt die Bindung zwischen den Wolframcarbidkörnern und beeinträchtigt so die strukturelle Stabilität der Klinge zusätzlich. Diese chemische Zersetzung führt typischerweise zur Bildung von Kraterverschleiß an der Spanfläche des Werkzeugs, wobei die maximale Verschleißtiefe an der Stelle der höchsten Temperatur auftritt. Studien haben gezeigt, dass die Beimischung von Titancarbid (TiC) zur Wolframcarbid-Zusammensetzung den Diffusionsverschleiß aufgrund des niedrigeren Diffusionskoeffizienten von TiC im Vergleich zu WC und seiner Fähigkeit, bei erhöhten Temperaturen schützende Titanoxidschichten zu bilden, deutlich reduzieren kann.
3. Klebstoff- und Chemikalienverschleiß
Adhäsiver Verschleiß entsteht, wenn mikroskopisch kleine Fragmente des Werkstückmaterials unter dem Einfluss von hohem Druck und hoher Temperatur an der Werkzeug-Werkstück-Kontaktfläche mit der Schneidkantenoberfläche verschweißen. Diese Klebeverbindungen können anschließend bei Relativbewegung brechen, was zum Abtragen kleiner Partikel von der Schneidkantenoberfläche führt. Dieser Mechanismus tritt besonders häufig bei der Bearbeitung duktiler Werkstoffe auf, die zum Anhaften neigen.Schneidwerkzeugewie beispielsweise Aluminiumlegierungen oder bestimmte Edelstähle.
Gleichzeitig können chemische Verschleißprozesse, einschließlich Oxidation und anderer thermochemischer Reaktionen, erheblich zur Zerstörung der Schaufeln beitragen, insbesondere in Umgebungen mit hohen Temperaturen.WolframcarbidBei Temperaturen über 600 °C kann es zu Wolframoxid und Kohlendioxid oxidieren. Kobaltbindemittel sind ebenfalls oxidationsanfällig, was zum Zerfall der Bindemittelphase der Klinge und dem damit verbundenen Verlust von Wolframcarbidkörnern führen kann. Das Vorhandensein bestimmter chemischer Elemente in den Werkstückmaterialien, wie beispielsweise Chlor oder Schwefel in einigen Legierungen, kann diese chemischen Verschleißprozesse durch die Bildung flüchtiger oder geringfester Reaktionsprodukte beschleunigen.
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Veröffentlichungsdatum: 24. Oktober 2025
