Das globale Streben nach extremer Haltbarkeit
In der Welt der Fertigung, des Bergbaus und der Luft- und Raumfahrt gibt es nichts Wertvolleres als Haltbarkeit . Jedes Mal, wenn ein Bohrer bricht, eine Turbinenschaufel erodiert oder ein Lager verschleißt, kostet das Zeit, Geld und Effizienz. Seit Jahrzehnten verfolgen Ingenieure den Traum von einem Material mit der Festigkeit eines Metalls, aber der Schnitthärte eines Diamanten.
Dieses Streben führte zur Entwicklung von Hartmetalle , eine revolutionäre Klasse von Verbundwerkstoffen, die das Herzstück moderner Superwerkzeuge bilden. Der Ausgangspunkt für fast alle dieser Materialien ist eine fein abgestimmte Zutat: Hartmetall-Verbundpulver .
Was genau ist Hartmetall-Verbundpulver?
Ein einfaches Metall oder ein reines Keramikmaterial verfügt selten über die perfekte Mischung von Eigenschaften, die für Anwendungen mit hoher Beanspruchung erfoderderlich sind. Metalle sind zäh und bruchsicher, aber sie sind oft weich und verschleißen schnell. Keramik ist wie reine Karbide extrem hart, aber typischerweise spröde.
Hartmetall-Verbundpulver ist eine technische Mischung, die das Beste aus beiden Welten vereint und dem „Verbundprinzip“ folgt, dass das Endmaterial seinen Komponenten überlegen ist.
Die zwei wesentlichen Phasen
Das Pulver ist eine mikroskopisch kleine Mischung aus zwei unterschiedlichen Komponenten, die jeweils eine wichtige Rolle spielen:
1. Die harte Phase: Das Hartmetallkorn
Diese Phase liefert die Legende des Materials Härte und Verschleißfestigkeit. Es besteht meist aus mikroskopisch kleinen Partikeln eines Metallkarbids Wolframkarbid (WC) . Wolframcarbid ist eine Keramikverbindung, die auf der Härteskala knapp unter Diamant liegt. Diese starren, kantigen Körner sind die Arbeitstiere, die das Schneiden, Bohren und Schleifen erledigen. Andere Karbide wie Titankarbid (TiC) oder Chromkarbid (CrC) werden manchmal verwendet, um bestimmte Eigenschaften wie Korrosionsbeständigkeit zu verbessern.
2. Die Bindemittelphase: Der Metallkleber
Typischerweise werden die harten Karbidkörner mit einem Metallpulver vermischt Kobalt (Co) , aber manchmal auch Nickel (Ni) oder Eisen (Fe). Das ist das Bindemittel – der „Kleber“, der die Keramikpartikel zusammenhält. Ohne sie wäre das Hartmetall zu spröde und würde beim Aufprall zerbrechen. Der Ordner liefert das Entscheidende Zähigkeit und Bruchfestigkeit.
Das Verhältnis zwischen dem harten Hartmetall und dem weicheren, metallischen Bindemittel wird präzise gesteuert, um unterschiedliche Materialqualitäten zu erzeugen. Mehr Bindemittel bedeutet ein härteres Material, das Stößen besser standhält, während weniger Bindemittel und kleinere Karbidkörner ein härteres, verschleißfesteres Material ergeben.
Vom Pulver zum Werkzeug: Der Sinterprozess
Wie verwandelt sich dieses lose Pulver in einen festen Gegenstand, der Stahl durchschneiden kann? Der Vorgang wird aufgerufen Sintern , eine Form der Pulvermetallurgie.
1. Mischen und Pressen (Der „grüne“ Zustand)
Erstens, die Hartmetall-Verbundpulver wird gründlich gemischt, oft mit einem organischen Presshilfsmittel, und dann unter hohem Druck in die gewünschte Form verdichtet. Dieses vorgesinterte Objekt, „Grünling“ genannt, ist zerbrechlich und kreideartig.
2. Sintern und Zementieren
Der Grünling wird dann in einen Hochtemperaturofen mit kontrollierter Atmosphäre gegeben. Es wird auf eine Temperatur erhitzt, die über dem Schmelzpunkt des Bindemittels (Kobalt), aber unter dem Schmelzpunkt des Karbids (Wolframkarbid) liegt. Das Bindemittel schmilzt und fließt durch die Struktur, löst die Karbidkörner auf, scheidet sie dann wieder aus und verklebt sie beim Abkühlen. Dadurch entsteht ein dichtes, festes Material, in dem die harten Karbidkörner vom metallischen Bindemittel umgeben und gestützt werden – das Ergebnis ist unglaublich stark Hartmetall or Hartmetall .
Die unverzichtbaren Anwendungen von Hartmetall-Verbundwerkstoffen
Das resultierende Material zeichnet sich durch eine hervorragende Kombination aus hoher Härte, hoher Druckfestigkeit und guter Zähigkeit aus und ist daher für unzählige industrielle Anwendungen unverzichtbar:
- Schneidwerkzeuge: Die in der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung (Drehmaschinen, Fräsmaschinen) verwendeten Schneideinsätze und -spitzen bestehen fast ausschließlich aus Hartmetall. Sie ermöglichen es Herstellern, Hartmetalle viel schneller zu schneiden, zu formen und zu bearbeiten als herkömmliche Stahlwerkzeuge.
- Bergbau und Bohren: Gesteinsbohrer, Tunnelbohrmaschinen-Einsätze sowie Öl- und Gasbohrmeißel sind auf Hartmetallspitzen angewiesen, um dem extremen Abrieb und den Stößen beim Schneiden von Gestein und Erde standzuhalten.
- Verschleißteile: Überall dort, wo Teile unter hoher Belastung aneinander reiben, wie Lager, Dichtungen, Pumpenkomponenten und Düsen, werden sie durch Hartmetall geschützt.
- Oberflächenbeschichtungen: Karbid-Verbundpulver werden auch auf Metallkomponenten (z. B. Flugzeugfahrwerke, Turbinenschaufeln) gesprüht, wobei Techniken wie das Hochgeschwindigkeits-Sauerstoff-Brennstoffspritzen (HVOF) zum Einsatz kommen, um extrem harte Schutzschichten zu erzeugen, die Erosion und Korrosion widerstehen.
Durch die Bereitstellung eines ausgewogenen Materials, das die Schärfe einer Keramik und die Widerstandsfähigkeit eines Metalls bietet, Hartmetall-Verbundpulver gibt der Industrie wirklich den unumstößlichen Vorsprung, den sie braucht, um die moderne Welt aufzubauen.
