Hartmetall

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Hartmetallschneidplättchen für Drehmaschinen

Unter Hartmetallen versteht man gesinterte Karbidhartmetalle (gegossenes Hartmetall bezeichnet man als Stellit [veraltet]). Kennzeichnend für die Hartmetalle sind sehr hohe Härte, Verschleißfestigkeit und besonders die hohe Warmhärte. Sie finden daher eine ausgedehnte Anwendung in der Bestückung von Werkzeugen und Teilen für die Zerspanung, spanlose Formgebung und bei reibendem Verschleiß.

Das Sintern beruht darauf, dass man hochschmelzende Hartstoffe im fein zerkleinerten Zustand mit oder ohne einem leichter schmelzendem Zusatzkörper mischt und auf Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes des schwer schmelzbaren Anteils (Carbide) erhitzt, wobei die Temperatur und Zeitdauer der Erhitzung so gewählt werden, dass die Karbide zusammenbacken.

Hartmetall besteht meistens aus 90-94% Wolframcarbid (Matrix) und 6-10% Cobalt (Bindemittel, Zähigkeitskomponente). Die Wolframcarbidkörner sind durchschnittlich ca. 0.5-1 Mikrometer groß. Das Cobalt befindet sich als feines Pulver dazwischen. Herstellung: Die Formgebung erfolgt durch Pulverkompaktierung (Pressen) oder die Verarbeitung formbarer Massen (z.B. Strangpressen). Danach wird je nach Hersteller im Vakuum und/oder bei bis zu 1000-2000 Bar und bis zu 1600 °C gesintert. Das Verfahren liefert hochfeste und dichte Werkstoffe.

Es gibt neben den konventionellen Hartmetallen auf Wolframcarbid-Basis auch Hartmetalle, die nur Titancarbid und Titannitrid als Hartstoffe beinhalten. Die Bindephase besteht dabei aus Nickel, Kobalt und Molybdän. Diese als Cermets (ceramic + metal) bezeichneten Hartmetalle zeichnen sich durch eine weiter erhöhte Warmfestigkeit und Härte und durch sehr geringe Diffusions- und Adhäsionsneigung aus. So sind noch höhere Schnittgeschwindigkeiten zum Schlichten von Metall möglich. Aus diesem Grund werden die Cermet-Schneidstoffe vorwiegend zum HSC (High Speed Cutting) Verfahren eingesetzt.

Je nach Zerspanungsanwendung werden Hartmetalle in verschiedene Gruppen (P,M,K) unterteilt; die P-Hartmetalle haben einen verhältnismäßig großen Anteil an Titan- und Tantalcarbid(TiC bzw. TaC), und werden zur Bearbeitung von Stählen verwendet. Die fast TiC- und TaC-freien Hartmetalle der K-Gruppe werden bevorzugt für die Bearbeitung von Eisenguß, NE-Metallen (Nicht-Eisen-Metalle) und für Kunststoff verwendet. Die Hartmetalle der M-Gruppe können als Übergang zwischen P- und K-Hartmetallen angesehen werden.

Hartmetalle sind nicht so zäh wie Schnellarbeitsstähle (HSS – Hochleistungsschnellarbeitsstahl), ertragen aber viel höhere Schnitttemperaturen (Temperaturbeständigkeit 1100-1200°C) und damit noch höhere Schnittgeschwindigkeiten (~40-350 m/min) als Schnellarbeitsstähle. Sie sind im Gegensatz zu Schnellarbeitsstahl nur durch Schleifen bearbeitbar.Sie haben hohe Druckfestigkeit (4000-5900 N/mm²), mittlere Biegefestigkeit (800-2200 N/mm²), hohe Dichte (6.0-15.0 kg/dm³) und haben E-Moduli von 430000-630000 N/mm². Durch ihre hohe Härte (Vickershärte HV30: 13000-17000) sind Hartmetalle spröde, d. h. empfindlich gegen Schlag/Stoß sowie gegen plötzliche Temperaturwechsel (sog. Thermoschock-Empfindlichkeit).

Zur Optimierung verringert man die Korngrößen. Dies führt zu höherer Zähigkeit, höherer Härte, höherer Bruchdehnung. Faustformel: 1/4 ursprüngl. Korngröße ergibt doppelt so hohe Bruchdehnungen. Leider sind dieser Möglichkeit von der Strukturmechanik her bei ca. 50 nm Grenzen gesetzt.

Umgangssprachlich häufig auch nur mit dem Handelsnamen der Firma Krupp als Widia (= Wie Diamant) bezeichnet.

Hinweis

Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Hartmetall aus der freien Enzyklopädie Wikipedia und steht unter der GNU-Lizenz für freie Dokumentation. In der Wikipedia ist eine Liste der Autoren verfügbar.