Wissens­wertes

Einführung in die Welt der Hartmetalle

Das Einmaleins des Hartmetalls

Seit Jahrzehnten ist bekannt, dass die Verwendung von Hartmetall eine optimale Lösung bei Werkzeugen zur Metallbearbeitung und Gesteinsbohren ist. Inzwischen haben Hartmetalle auch in vielen anderen Anwendungsbereichen Ihre Überlegenheit bewiesen.

Idealerweise werden Konstruktionslösungen in Zusammenarbeit mit Ingenieuren und Anwendungstechnikern des Hartmetallherstellers entwickelt.

Der Einsatz von Hartmetall führt gerade bei kostenträchtigen Industrieanlagen oder hochwertigen Maschinen dazu, dass die Stillstandszeiten durch den verschleißbedingten Ausfall eines einzigen Teiles erheblich reduziert werden. Im Umkehrschluss führt dies zu einer deutlich Verbesserung der Verfügbarkeit sowie auch der Prozesssicherheit.

Was ist Hartmetall?

Hartmetall ist ein Sinterwerkstoff und besteht aus sehr harten Carbiden (Wolframcarbid = WC), die in einer metallischen Matrix gebunden sind.

Wolframcarbid – die harte Phase – bildet zusammen mit Cobalt (Co) – der Bindephase – das Hartmetallgrundgefüge. Parallel zu diesen beiden Stoffen gibt es zusätzliche Anteile von unterschiedlichen Carbiden (TiC, TaC), die bei einzelnen Anwendungsbereichen Vorteile bringen.

Die Haupteigenschaften des Hartmetalls (Härte, Verschleißfestigkeit und Zähigkeit) werden beeinflusst durch die Kombination aus Cobaltanteil, sowie der Korngröße des Wolframcarbids.

Eigenschaften & Vorteile

Zähigkeit

Ganz einfach dargestellt kann man sagen, dass der Begriff „Zähigkeit“ auch als „Fähigkeit, einen Bruch zu vermeiden“ definiert werden kann. Im Vergleich mit vielen anderen metallischen Werkstoffen liegt Hartmetall im unteren Bereich der Zähigkeitsskala – in etwa vergleichbar mit gehärtetem Stahl.

Unter den verschiedenen Hartmetallsorten gibt es große Unterschiede im Zähigkeitsverhalten. Letztlich kann festgehalten werden, dass Hartmetall als spröder Werkstoff eingestuft werden kann, da vor einem Bruch keine plastische Verformung stattfindet.

Härte

Bei Hartmetall wird die Härte nachdem Vickers-Eindruck-Verfahren ermittelt. Hier wird die Kraft eines Gewichtes von 30 kg (294 Newton) dafür verwendet, um über einen definierten Diamanten einen messbaren Eindruck auf einer Oberfläche zu erzeugen.

Die Härte eines Hartmetallbauteils steigt mit sinkendem Bindemittelgehalt und sinkender Korngröße. Der Bereich der erreichbaren Härte beginnt bei 700 HV 30 und endet bei ca. 2200 HV 30.

Druckfestigkeit

Eine der herausragenden Eigenschaften der Hartmetalle ist die extrem hohe Druckfestigkeit bei einer einachsigen Belastung. Die Druckfestigkeit eines Hartmetallbauteils steigt mit sinkendem Bindemittelgehalt und sinkender Korngröße. Eine Hartmetallsorte mit kleiner Wolframcarbid-Korngröße und niedrigen Bindemittelgehalt hat eine typische Druckfestigkeit von annähernd 7000 N/mm².

Dichte

Aufgrund der hohen Dichte des Wolframkarbids (15,7 g/cm³) entsteht eine Materialdichte im Endprodukt, die mindestens um 50% bis hin zu 100% höher ist, als die Dichte von Stahl. Das daraus resultierende höhere Gewicht des Hartmetallteiles ist unbedingt bei der Auslegung des Artikels zu beachten, wenn das Gewicht des Werkstücks für die Anwendung als kritisch eingestuft wird.

Korrosionsfestigkeit

Eine Korrosion an einem Hartmetallbauteil führt an der Oberfläche zu einer Reduzierung des Binderanteils. Zurück bleibt an der betroffenen Oberfläche nur noch ein Carbid-Skelett. Da die Bindung zwischen den einzelnen Carbiden somit stark geschwächt ist, können dort zerstörende Kräfte angreifen und zum vorzeitigen Ausfall des Werkstücks führen.

Um dem entgegenzuwirken, substituiert man den Binder Kobalt durch Nickel. Dieser Binder führt zu einer erheblichen Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit – ohne nennenswerte Einschränkung der physikalischen Eigenschaften.

Verschleiß­schutz

Die Reduzierung des Verschleißverhaltens von stark beanspruchten Bauteilen besitzt in zahlreichen Anwendungsfällen einen hohen Stellenwert. Durch den Einsatz von Hartmetall lassen sich Nutzungsdauer oder Langlebigkeit von betroffenen Komponenten deutlich steigern.

Durch die vielfältigen Möglichkeiten moderner Hartmetallherstellung in fast allen Geometrien, ist dieser Werkstoff für viele Anwendungsfälle die richtige Wahl, wenn es um die Optimierung des Verschleißschutzes geht.

Gerne beraten wir Sie bei der geometrischen Auslegung oder Modifikation Ihrer Bauteile, sowie natürlich auch bei der Wahl des passenden Werkstoffes in Abhängigkeit von der jeweiligen Beanspruchung.

Bedeutung der Verschleißfestigkeit

Die definitiv wichtigste Eigenschaft des Hartmetalls ist die Verschleißfestigkeit. In vielen Prozessen in der Industrie kommt es zu abrasiven Vorgängen zwischen unterschiedlichen Werkstoffen, bei denen letztlich immer einer der beiden Werkstoffe vorzeitig verschleißt.

Hier bietet Hartmetall – auch aufgrund seiner großen Gestaltungsfreiheit – ausgezeichnete Möglichkeiten, den vorzeitigen oder auch ungeplanten Verschleiß erheblich zu reduzieren.

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