Hartmetalle sind Teilchenverbundwerkstoffe, die bevorzugt in der Zerspanungstechnik Einsatz finden. Als Teilchenverbundwerkstoffe werden alle diejenigen Werkstoffe bezeichnet, bei denen eine zweite Phase ohne ausgeprägte Vorzugsorientierung in eine Matrix eingebettet ist. Dadurch sind die Eigenschaften von Teilchenverbundwerkstoffen weitgehend isotrop.
Eigenschaften von Hartmetallen
Hartmetalle sind Werkstoffe, die aus einem geringen Anteil metallischer Phasen und einem größeren Anteil keramischer Phasen bestehen. Die Matrix ist aus einem weichen, zähen Metall (somit ist der Name dieser Gruppe ein wenig irreführend) aufgebaut. Am häufigsten werden Kobalt und Kobalt-Nickel-Legierungen verwendet. Der Anteil des Matrixstoffes kann max. 25% erreichen.
Als Verstärkungsstoffe werden sehr harte Teilchen metallischer Hartstoffe, meist Karbide und Nitride, eingesetzt. Das typische Gefüge eines Hartmetalls ist schematisch in Abb. 1a dargestellt. Die häufigsten Verstärkungsteilchen sind eckige Wolframkarbide.
Des Weiteren können Titan-Mischnitride mit abgerundeter Form und einer Kern-Rand-Struktur verwendet werden (Abb. 1 b). Diese Hartmetalle werden auch als Cermets bezeichnet. Durch die abgerundete Form der Teilchen weisen Cermets eine bessere Oxidationsbeständigkeit auf als normale Hartmetalle auf
Abb. 1 Aufbau und Anwendungsbeispiel für Hartmetalle a) Gefüge mit eckigen Teilchen, b) Gefüge mit abgerundeten Teilchen, c) Wendeschneidplatten
Hartmetalle werden sintertechnisch aus Pulvern hergestellt. Dadurch werden Hartmetalle häufig der technischen Keramik oder den Sinterwerkstoffen zugeordnet. Nach dem Hauptkriterium der Werkstofftechnik, d. h. nach dem Aufbau eines Werkstoffs, gehören Hartmetalle jedoch zu den Verbundwerkstoffen.
Hartmetalle besitzen ein besonderes Eigenschaftsprofil. Sie haben eine sehr hohe Härte (bis 2000HV), die bis ca. 1000 °C erhalten bleibt. Bedingt durch die hohe Härte und ihr Gefüge, sind sie sehr verschleißfest. Die weiche, metallische Matrix verleiht eine ausreichende Zähigkeit. Durch das stark heterogene Gefüge werden Schwingungen gut gedämpft. Nachteilig ist ihre sehr hohe Dichte von ca. 15 g/cm³.
Anwendung von Hartmetallen
Hartmetalle werden überwiegend in der Zerspanungstechnik als Wendeschneidplatten für Fräs- und Drehwerkzeuge (Abb. 1c) oder als schwingungsdämpfende Vollhartmetall-Werkzeuge eingesetzt. In Abb. 2 ist ein neuer Wälzfräser aus Vollhartmetall gezeigt.
Bedingt durch die hohe dichte des Werkstoffs ist das Werkzeug sehr schwer, so dass man spezielle Tragehilfen benutzen muss. Bei genauem Betrachten des Fräsers konnte eine bereits abgebrochene Kante eines Zahns erkannt werden (in der Abb. 1 leider nicht zu sehen). Es war ein kleiner Beweis dafür, dass Hartmetalle sehr spröde sind. Allerdings lassen sie sich gut schleifen und dadurch instand setzen.
Abb. 2 Vollhartmetall-Wälzfräser
Bezeichnung von Hartmetallen
Für den zerspanungstechnischen Einsatz wurde eine spezielle Buchstaben-Bezeichnung der Hartmetalle eingeführt, bei der folgende Zerspanungs-Hauptgruppen unterschieden werden: P - Eignung zum Zerspanen von langspanenden Eisenwerkstoffen, M - Eignung zum Zerspanen von lang- und kurz spanenden Eisenwerkstoffen, K - Eignung zum Zerspanen von kurzspanenden Eisenwerkstoffen, Nichteisenmetallen und Nichtmetallen.
In der Praxis, insbesondere in Deutschland, werden Hartmetalle mit dem Wort „Widia“ bezeichnet, was aus dem Ausdruck „wie Diamant“ abgeleitet ist. <<
