Einfluss des Wärmeausdehnungskoeffizienten

Einfluss des Wärmeausdehnungskoeffizienten

 

Die außergewöhnlichen technologischen und physikalischen Eigenschaften der Hartmetalle ergeben beim Löten mit einer Stahlunterlage (Trägerstahl) Erschwernisse.Die Wärmeausdehnungskoeffizienten von Hartmetallen und Trägerstählen verhalten sich etwa 1 : 2.

Sobald das Lot unterhalb der Soliduslinie erstarrt ist, beginnen sich, infolge des unterschiedlichen Schrumpfens, beim Abkühlen in den beiden durch das Lot verbundenen Partnern Spannungen auszubilden.

Der Trägerstahl wird am Schrumpfen gehindert, in der Nähe der Lötnaht daher gedehnt. Dadurch ergeben sich in den meisten Fällen im innern Zugspannungen.

Das Hartmetall dagegen wird wegen der geringeren Schrumpfung gestaucht, d.h. es ergeben sich hier Druckspannungen.

In den meisten Fällen kommt es allerdings im Hartmetall zu einer Kombination von mehreren Spannungsarten, so daß in vielen Fällen ein Biegemoment im Hartmetall auftritt. Dieses Biegemoment in den Hartmetallen führt dann in der Randzone zu Anrissen, da das Hartmetall zwar eine hohe Druckfestigkeit aber nur eine sehr geringe Dehnung bei Zug- und Biegebeanspruchung aufweist. So entstehen die gefürchteten Hartmetallrisse. Aus diesem Grund wählt man meist Trägerstähle mit einer hohen Streckgrenze und hoher Zugfestigkeit - Werkzeugstähle mit Kohlenstoffgehalt - 0,5 bis 0,7 % - und einer Zugfestigkeit von ca. 700 – 1000 N/mm². Für hochbeanspruchte Schneidwerkzeuge sind dies meist lufthärtende Trägerstähle, deren Vergütung aus der Lötwärme erfolgen kann.

Die auftretenden Spannungen können durch die Wahl des Lotes und des Montagespaltes beeinflußt werden.

Bei Loten mit niedriger Arbeitstemperatur < 750 °C, werden die Spannungswerte verständlicherweise geringer. In diesem Zusammenhang empfiehlt es sich, vor allem bei großflächigen Hartmetall/Stahlverbindungen, die Anwendung der Sandwich-Lotfolie (A 312 F). Der breite Lötspalt und die weiche Kupferschicht sorgen bei der Abkühlung für den Abbau der entstehenden Spannungen durch plastische Verformung.

Weitere Möglichkeiten zum Spannungsabbau bestehen in der Anwendung von geschlitzten Stahlträgern oder in der Unterteilung der Hartmetalle in Einzelteile, d.h., es wird nicht ein kompaktes Hartmetall, sondern mehrere kleine Einzelstücke aus Hartmetall verlötet. Beim Löten von schlanken und langen Hartmetall/Stahlverbindungen, z.B. Papiermessern, ist es üblich, diese entgegengesetzt des auftretenden Verzuges vorzuspannen und in diesem Zustand zu löten.

Die Anwendung von Drahtgewebeeinlagen zwischen Hartmetall und Trägerwerkstoffen führt zu einer Verbreiterung des Lötspaltes (> 0,1 mm) und somit zum Spannungsabbau.