Hartmetalle und Trägerwerkstoffe

Hartmetalle

Hartmetalle sind gesinterte Werkstoffe aus einem oder mehreren Hartstoffen, die in eine metallische Bindematrix eingebettet sind. Zusammensetzung, Gefüge und Fertigungstechnik bieten weite Variationsmöglichkeiten. So stehen heute Hartmetalle mit unterschiedlichsten Eigenschaften am Markt zur Verfügung. Viele Hartmetalle, insbesondere auch die mit höchster Verschleißfestigkeit und Zähigkeit bestehen fast ausschließlich aus Wolframkarbid mit Kobalt als Bindemetall. Durch weitere Karbide, wie z.B. TiC kann das Eigenschaftsprofil erweitert werden. Leistungsbestimmende Eigenschaften der Hartmetalle sind im wesentlichen die Kenngrößen: Härte, Warmhärte, Biegebruchfestigkeit, Diffusions- und Oxidationsbeständigkeit und Thermoschockbeständigkeit Ein ideales Hartmetall vereint die gegensätzlichen Eigenschaften einer hohen Härte mit gleichzeitig hoher Biegebruchfestigkeit. Die Weiterentwicklung der Hartmetalle und Herstellungstechnik führten zu neuen feinkörnigen Hartmetallsorten hoher Härte ohne Rückgang der Zähigkeitseigenschaften.

Unterschieden werden nach ISO drei Anwendungsgruppen der Hartmetalle.

• P-Gruppe                            Hier sind die Bestandteile meist Wolframkarbid + Titankarbid.
• K-Gruppe                            Hauptbestandteil Wolframkarbid.
• M-Gruppe                            Typ zwischen P und K, Hauptbestandteil Wolframkarbid mit geringen Anteilen an Titankarbid.

Grundsätzlich gilt, daß mit steigendem Titankarbidgehalt die Lötbarkeit mit traditionellen Verfahren und Zusätzen abnimmt. Daher sind Hartmetalle der Anwendungsgruppe K bevorzugt für das Hartlöten zu verwenden.

Neben der chemischen Zusammensetzung spielt die Oberflächenbeschaffenheit der Hartmetalle eine wichtige Rolle. So verbessert eine Anreicherung mit Kobalt die Lötbarkeit, wogegen eine Verarmung an Kobalt (abdampfen des Kobalts) bzw. auch das Vorhandensein von Resten der Sinterhaut (z.B. Siliziumoxide), die Lötbarkeit verschlechtern, bzw. ganz ausschließen.

Die Herstellung der Hartmetalle erfolgt im allgemeinen in mehreren Prozeßstufen:

1. Mahlen
2. Metallgranulierung
3. Formgebung (Herstellung des Grünlings)
4. Warmsintern, mit und ohne zusätzlich aufgebrachtem Druck. 

Mit der Anwendung von Hartmetallen erhebt sich sofort die Frage nach der einsetzbaren Fügetechnik zur Herstellung von hartmetallbestückten Bauteilen. Hier hat das stoffschlüssige Fügen, insbesondere das Hartlöten, einen hohen Anteil.

Trägerwerkstoffe

Werkzeuge sind sehr unterschiedlichen Beanspruchungsbedingungen unterworfen. An der Kontaktstelle mit dem zu bearbeitenden Werkstück wird der Werkstoff extrem hohen Reibungskräften ausgesetzt, woraus sich ein hoher Verschleißwiderstand, d.h. eine hohe Härte, als wesentlichste Forderung an jedes Werkzeug ableitet. Für schlagartige Beanspruchungen muß der Werkstoff eine ausreichende Zähigkeit besitzen. Eingesetzt werden üblicherweise Hochleistungsschnellstähle wie z.B. HSS 1.3343 oder HSS-E 1.3243. Die Fügepartner haben im Vergleich zum Hartmetall eine höhere Zähigkeit und geringere Festigkeit und Härte. Die Ausdehnungskoeffizienten sind ebenfalls unterschiedlich. An das Design und die Lotauswahl zum Fügen werden daher entsprechend hohe Anforderungen gestellt.

Wärmeausdehnungskoeffizienten

Stahl: 11-14 x 10 K HM

Hartmetall: 5-7 x 10 K