Durit-Hartmetall

Hartmetall von A-Z

Auf dieser Seite finden Sie alles Wissenswerte rund um das Thema Hartmetall.

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Hartmetall

Was versteht man unter Hartmetall?

Hartmetalle sind Legierungen aus metallischen Hartstoffen (Karbide) und einem Bindemetall.

Woraus besteht Hartmetall?

Als Hartstoffe werden überwiegend Wolfram (WC), Titan (TiC), Tantal (TaC), Chrom (CrC) und andere Karbide verwendet. Als Bindematerial kommen Kobalt (Co), Nickel (Ni), Eisen (Fe) und Nickel-Chrom (NiCr) zum Einsatz. Hauptsächlich werden Hartmetalle in der Kombination Wolframkarbid und Kobalt (WC+Co) hergestellt.

Wer erfand das Hartmetall?

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurden verschiedene deutsche Patente hinsichtlich der Erzeugung von Wolframkarbid und deren Verwendung im Bereich der Werkzeugtechnologie erteilt. Durch kontinuierliche Entwicklungen werden seit ca. 1925 Hartmetalle im großen Umfang wirtschaftlich eingesetzt. Wesentlich an dieser Entwicklung beteiligt waren die Firmen Krupp und Osram.

Was ist Wolframkarbid?

Wolframkarbid wird durch die Karburierung (Zugabe von Kohlenstoff) von Wolframpulver hergestellt. Wolfram wird durch verschiedene Zwischenstufen aus den wichtigsten Wolframerzen Wolframit und Scheelit gewonnen. Die Hauptvorkommen der Erze befinden sich in China, Russland, Kanada, Österreich und Portugal.

Welche Binder gibt es?

Als Bindematerial kommen Kobalt (Co), Nickel (Ni), Eisen (Fe) und Nickel-Chrom (NiCr) zum Einsatz. Als Hauptbinder wird Kobalt eingesetzt, da die Stoffeigenschaften den Sinterprozess positiv beeinflussen. Wird eine bessere Korrosionsbeständigkeit gefordert, wird in der Regel ein Nickelbinder verwendet.

Welche Vorteile hat Hartmetall?

Hartmetall zeichnet sich durch eine sehr hohe Härte und Verschleißfestigkeit aus. Daraus resultieren hervorragende Standzeiten der Bauteile und Werkzeuge.

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Herstellung

Wie wird Hartmetall hergestellt?

Pulver aus WC und dem gewählten Binder werden in Attritoren oder Kugelmühlen in der gewünschten Zusammensetzung gemischt und vermahlen. Im nächsten Schritt wird das Pulver in einer Sprühtrocknungsanlage getrocknet. Das Hartmetallgranulat wird dann koaxial oder isostatisch in Form gepresst. Anschließend kann der Pressling (Grünling) formgebend mechanisch bearbeitet werden. Abschließend erfolgt die Sinterung des Grünlings bei ca. 1300 – 1500 °C.

Was ist ein Grünling?

Als Grünling wird der im Kreidezustand befindliche Pulverpressling bezeichnet.

Was ist Sintern?

Sintern ist ein thermischer Prozess unter Sauerstoffausschluss, der die Wolframkarbide in einer Bindermatrix einbindet. Hierbei wird der Binder im Grünling bis zur Flüssigphase erhitzt. Er füllt die vorhandenen Zwischenräume aus und umschließt die Karbide. Man unterscheidet zwischen einem „normalen“ Sinterprozess und einem Sinter-HIP Verfahren. Beim Sinter-HIP Verfahren wird nach dem Erreichen der Flüssigphase unter hohem Druck Argon eingepresst. Dadurch wird das Hartmetall nochmals verdichtet und garantiert eine homogene, porenfreie Struktur.

Was ist ein Hartmetall-Rohling?

Das nach dem Sintern vorliegende Hartmetallbauteil wird als Rohling bezeichnet.

Wie lange dauert die Herstellung von Hartmetall-Bauteilen?

Die Dauer der Herstellung ist abhängig u.a. von der Bauteilgröße, den gewünschten Geometrien sowie der geforderten Hartmetallqualität. Somit lässt sich keine pauschale Aussage hinsichtlich der Herstellungsdauer treffen. Sie wird für jedes Bauteil individuell ermittelt.

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Sorten

Welche Sorten Hartmetall gibt es?

GD – Hartmetalle für die Umformtechnik, den Verschleiß- und Korrosionsschutz

BD – Hartmetalle für die Umform- und Bergbautechnik

KD – Hartmetalle für die Zerspanungstechnik

Wie unterscheiden sich die Sorten?

Die Hartmetallsorten unterscheiden sich grundsätzlich durch den gewählten Binder, den Binderanteil sowie die Korngröße.

Welche Korngrößen gibt es bei Hartmetall?

Nanofeinkorn < 0,2 µm

Ultrafeinstkorn 0,2 – 0,5 µm

Feinstkorn 0,5 – 0,8 µm

Feinkorn 0,8 – 1,3 µm

Normalkorn 1,3 – 2,5 µm

Grobkorn 2,5 – 6,0 µm

Extragrobkorn > 6,0 µm

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Bearbeitung

Wie kann Hartmetall bearbeitet werden?

Hartmetall lässt sich ausschließlich mit Diamantwerkzeugen oder mittels Funkenerosion bearbeiten.

Wie lässt sich ein Grünling bearbeiten?

Da im verdichteten Pulver des Grünlings schon Wolframkarbid als verschleißfester Bestandteil vorhanden ist, lässt sich der Grünling somit wirtschaftlich nur noch mit diamantbestückten Werkzeugen bearbeiten.

Wie genau lässt sich Hartmetall bearbeiten?

Dies hängt stark von der gewünschten Werkstückgeometrie ab. Konturierte Bauteile können teilweise nur im Grünling wirtschaftlich bearbeitet werden. Durch die Schwindung des Grünlings beim Sinterprozess lassen sich solche Bauteile nur mit einer Genauigkeit im Zehntel-Bereich herstellen. Bei rundlaufenden bzw. regelgeometrischen Körpern lassen sich Genauigkeiten von bis zu 3 µm erzielen.

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Befestigung

Mit welchen Werkstoffen kann ich Hartmetall kombinieren?

Generell mit allen metallischen Werkstoffen oder geeigneten Kunststoffen

Welche Befestigungsarten sind möglich?

Löten, Kleben, Schrumpfen, Gießen oder durch mechanische Befestigung. Welche Befestigungsart die sinnvollste ist, hängt stark von dem Einsatzgebiet des Werkstückes ab.

Hartmetall Löten

Grundsätzlich lässt sich Hartmetall auf geeignete Stahlbauteile auflöten. Hierbei ist aber auf eine lötgerechte Gestaltung der Hartmetallbauteile zu achten. Ferner ist zu bedenken, dass Hartmetall im Vergleich zu einem Baustahl nur eine etwa halb so große Wärmeausdehnung besitzt. Dies sollte bei der Gestaltung von gelöteten Bauteilen beachtet werden.

Hartmetall Kleben

Hartmetall lässt sich sehr gut kleben, allerdings muss die Klebefläche mechanisch vorbearbeitet (aufgeraut) werden. Kleben ist in vielen Fällen eine gute Alternative zu Löten. Die verwendeten Kleber besitzen noch bis 200°C eine gute Warmfestigkeit. Bei höheren Temperaturen ist das Löten die einzige Alternative.

Hartmetall Schrumpfen

Das Warmschrumpfen ist die ideale Befestigung für gefasste rundlaufende Werkzeuge im Bereich der Umformtechnik. Hierbei wird die Stahlfassung auf 450°C erwärmt und anschließend der Hartmetallkern eingefügt.

Hartmetall Gießen

Es besteht die Möglichkeit, Stahlgussbauteile über ein spezielles Gussverfahren direkt mit hochkobalthaltigen Hartmetallbauteilen zu verbinden. Bei diesem Verfahren entsteht eine Mischzone aus Hartmetall und Stahlguss, die eine ausgezeichnete Haftung gewährleistet.

Hartmetall Mechanische Befestigung

Hartmetallbauteile lassen sich ohne Probleme verschrauben, wobei gestalterisch das Gewinde im Trägermaterial vorgesehen werden sollte.

Gewinde in Hartmetall

Die Fertigung von Gewinden in Vollhartmetall ist sehr aufwändig. Ein zu 100% normgerechtes Gewinde lässt sich mittels Senkerodieren herstellen. Wird jedoch eine Gewindegängigkeit nur über 3 bis 5 Gängen gefordert, z.B. als Hilfsgewinde zu Demontage, so lässt sich die Gewindekontur schon im Grünling einbringen. Als sehr gute Alternative hat sich Einlöten von Gewindebuchsen bewährt. Das Nenndrehmoment einer Schraube bei einer Einschraubtiefe von 1,5xD widersteht eine eingelötete Buchse problemlos.

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Werkstoffeigenschaft

Wie hart ist Hartmetall?

Hartmetall hat auf Grund seiner Vielfalt hinsichtlich der Zusammensetzung auch ein großes Spektrum an verfügbaren Härten. Es reicht von „weichen“ Sorten mit einer Härte von 750HV30 bis zu hochverschleißfesten Sorten mit einer Härte von bis zu 2000HV30. Die Härte wird im europäischen Raum in Vickers ermittelt, im amerikanischen Raum wird eine Rockwellprüfung (HRA) bevorzugt.

Wo wird Hartmetall eingesetzt?

Hartmetall wird in allen industriellen Anwendungen eingesetzt, bei denen ein gutes Verschleißverhalten gefordert wird.

Kann Hartmetall rosten?

Ja, aber nicht in der Art wie es bei Stählen der Fall ist. Bei einem kobaltgebundenen Hartmetall kann eine oberflächige Oxidation des Kobalts erfolgen, die aber nicht die eigentliche Struktur zerstört wie bei einem Stahl.

Leitet Hartmetall?

Ja, Hartmetall ist auf Grund seines Wolframkarbidanteils ein guter Leiter. Der durchschnittliche Widerstand liegt bei rund 20 µΩ/cm.

Ist Hartmetall magnetisch?

Bedingt durch die verwendeten Bindermaterialien Kobalt und Nickel besitzen Hartmetalle in der Regel eine magnetische Eigenschaft. Die kobaltgebundenen Hartmetalle sind stärker magnetisch als die nickelgebundenen. Durch ein spezielles Sinterverfahren lässt sich bei nickelgebundenen Hartmetallen die Magnetisierbarkeit stark reduzieren.

Kann Hartmetall beschichtet werden?

Hartmetall kann mittels PVD oder CVD Verfahren beschichtet werden. Wobei das PVD Verfahren, auf Grund der niedrigen Beschichtungstemperaturen von rund 450 °C, dem CVD Verfahren mit Beschichtungstemperaturen von 900-1100 °C vorzuziehen ist. Hartmetall wird gerne als Basis für Beschichtungen genutzt, da Hartmetall eine hohe Druckfestigkeit besitzt und dadurch kein Eierschaleneffekt beim Einsatz von beschichteten Bauteilen auftritt.

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