Was sind Hartmetalle?
Hartmetalle sind Legierungen aus metallischen Hartstoffen (Karbiden) und einem Bindemetall.
Woraus bestehen Hartmetalle?
Als Hartstoffe werden hauptsächlich Hartmetalle / Karbide wie Wolfram (WC), Titan (TiC), Tantal (TaC) und Chrom (CrC) verwendet. Als Bindemittel werden Kobalt (Co), Nickel (Ni), Eisen (Fe) und Nickel-Chrom (NiCr) verwendet. Hartmetall wird hauptsächlich durch eine Kombination aus Wolframkarbid und Kobalt (WC+Co) hergestellt.
Kurzgeschichte der Hartmetalle
Anfang des 20. Jahrhunderts wurden verschiedene deutsche Patente zur Herstellung von Hartmetall und dessen Verwendung in der Werkzeugtechnik erteilt. Dank ständiger Weiterentwicklung wird Hartmetall seit etwa 1925 in großem Umfang wirtschaftlich eingesetzt. Krupp und Osram haben an dieser Entwicklung maßgeblichen Anteil.
Welche Bindemittel gibt es?
Als Bindemittel werden Kobalt (Co), Nickel (Ni), Eisen (Fe) und Nickel-Chrom (NiCr) verwendet. Kobalt wird als Hauptbindemittel verwendet, da sich die Materialeigenschaften positiv auf den Sinterprozess auswirken. Nickel-Bindemittel (Ni-Bindemittel) oder Nickel-Chrom-Bindemittel (NiCR-Bindemittel) werden typischerweise verwendet, wenn eine bessere Korrosionsbeständigkeit erforderlich ist.
Hartmetall zeichnet sich durch eine sehr hohe Härte und Verschleißfestigkeit aus. Das sorgt für hervorragende Standzeiten von Bauteilen und Werkzeugen.
Welche Vorteile haben Hartmetalle?
Verschleißfestigkeit
Die wichtigste Eigenschaft von Hartmetall ist zweifellos die Verschleißfestigkeit. In vielen industriellen Prozessen treten zwischen verschiedenen Materialien abrasive Prozesse auf, die letztendlich immer zu einem vorzeitigen Verschleiß eines Materials führen. Hier bietet Carbide hervorragende Möglichkeiten, vorzeitigen oder ungeplanten Verschleiß deutlich zu reduzieren, auch dank der großen Designfreiheit.
Härte
Hartmetall wird nach der Vickers-Eindruckmethode bestimmt. Ein Gewicht von 30 kg (29 Newton) wird verwendet, um einen messbaren Eindruck auf der Oberfläche zu erzeugen, wo der Diamant definiert ist. Mit abnehmendem Bindergehalt und abnehmender Korngröße nimmt die Härte der Hartmetallkomponente zu. Die erreichbaren Härten reichen von 700 HV 30 bis ca. 2200 HV 30.
Dichte
Aufgrund der hohen Dichte von Wolframcarbid (15,7 g/cm³) ist die Dichte des Materials im Endprodukt mindestens 50-100 % höher als die von Stahl. Die daraus resultierende Gewichtszunahme des Hartmetallteils muss bei der Konstruktion des Objekts berücksichtigt werden, wenn das Gewicht des Werkstücks als kritisch für die Anwendung angesehen wird.
Zähigkeit
Sehr vereinfacht kann der Begriff „Zähigkeit“ auch als „die Fähigkeit, Brüche zu vermeiden“ definiert werden. Im Vergleich zu vielen anderen metallischen Werkstoffen liegt Hartmetall am unteren Ende der Haltbarkeitsskala – etwa vergleichbar mit gehärtetem Stahl.
Es gibt große Unterschiede in der Duktilität zwischen verschiedenen Hartmetallsorten. Zusammenfassend wird Hartmetall als sprödes Material eingestuft, da vor dem Bruch keine plastische Verformung auftritt.
Korrosionsbeständigkeit
Korrosion der Hartmetallkomponente führt zu einer Verringerung des Binderanteils an der Oberfläche. Nur der Kohlenstoffkörper verbleibt auf der beschädigten Oberfläche. Da die Verbindung zwischen den einzelnen Karbiden dadurch stark geschwächt wird, können dort zerstörerische Kräfte angreifen und ein vorzeitiges Versagen des Werkstücks verursachen. Um dies zu vermeiden, wird das Kobaltglied durch Nickel ersetzt. Dieses Bindemittel verbessert die Korrosionsbeständigkeit erheblich – ohne die physikalischen Eigenschaften wesentlich zu beeinträchtigen.
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