Die Eigenschaften des Hartmetalls

Technische Merkmale

Das Hartmetall hat einige wirklich einzigartige Eigenschaften. Auf diesen Seiten werden wir diese Thematik von einem rein technischen Standpunkt aus betrachten.

Härte

An erster Stelle muss sicher die „Härte“ des Widia angegeben werden. Dies ist die physikalische Eigenschaft, welche für praktische Anwendungen am wichtigsten ist. Auch wenn seine Abriebfesigkeit aussergewöhnlich ist, warden wir sehen, dass dies nicht der einzige Grund für seinen kommerziellen Erfolg ist. Die Härte wird mit Hilfe der Einbuchtung einer mit einem Penetrationsdiamanten für den ASTM-Standard B-294 gebohrten Probe berechnet. Die Härtewerte der Widia werden in Rockwell „A“ – oder Vickers-Werten ausgedrueckt. In der Natur ist Diamant das einzig härtere Material als diese Art von Metall: Nur der Diamant kann das Carbidcarbonat zerkratzen. Silber und Gold sind im Vergleich dazu viel weichere Metalle.

Dichte

Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal ist seine Dichte. Diese Eigenschaft wird mit dem Standard ASTM B311 berechnet. Die Dichte des Hartmetalls variiert in Abhängigkeit von seiner Zusammensetzung, welches eine Verbundlegierung ist. Daher haben seine Bestandteilgradienten individuelle variable Dichten. Durch Kombination dieser Materialien in unterschiedlichen Proportionen kann eine Variation der Dichte des resultierenden Materials erzeugt werden. Eine Dichte von 14,5 g / cm³ ist z.B. typisch für eine 10 prozentige Kobaltmischung. Dieser Wert weist die doppelte Dichte von Schmiedeeisen 1040 auf: ein Element, das besonders dann im Augenmerk behalten werden sollte, wenn das Gewicht ein wichtiger Faktor für die praktische Anwendung ist.

Widerstand gegen Querbruch

Die mechanische Festigkeit von Hartmetall wird im Allgemeinen durch das Verfahren der Querbruchfestigkeit bestimmt und nicht durch einen Zugversuch, wie er üblicherweise für Stahl durchgeführt wird. Diese Methode wird verwendet, weil bröckelige Materialien sehr empfindlich auf die Nicht-Ausrichtung von Zugversuchen und auf Oberflächendefekte reagieren, die eine Spannungskonzentration verursachen und somit zu falschen Testergebnissen führen können. Die Querbruchkraft wird ermittelt, indem man eine Standardprobe (nach ASTM B-406, ISO 3327) zwischen zwei Stützen legt und bis zum Bruchpunkt belastet. Der erhaltene Wert wird als Querbruchkraft oder Kohäsionskraft bezeichnet und in Relation zu dem Gewicht, das den Bruch verursacht hat, gemessen. Dieser Test erfasst die Belastung des einzelnen Bereichs der Einheit und wird in psi oder N / mm2 ausgedrückt. Da das Hartmetall eine Reihe von Bruchwerten aufweist, die sich durch das Vorhandensein von Mikrohohlräumen unterscheiden, welche für alle bröckeligen Materialien charakteristisch sind, wird dieser Test durchgeführt, indem verschiedene Untertests durchgeführt werden: Der resultierende Referenzwert wird mit den Durchschnittswerten aller Tests bewertet.

Die Werte für die Bruchfestigkeit, welche in den Graphen der Herstellereigenschaften erscheinen, spiegeln die mechanische Kraft wider, die nur auf eine bestimmte Fläche ausgeübt wird. Irrtümlicherweise betrachten viele Ingenieure – selbst diejenigen, die in der metallurgischen Industrie arbeiten – diesen Wert als einen Kraftwert des Modells. Diese Daten werden verwendet, um den Grad zu bewerten, in dem die Legierung in einer bestimmten Anwendung arbeiten sollte, wobei eine direkte Übereinstimmung mit diesem Wert erwartet wird. In Wirklichkeit nehmen diese Ergebnisse ab, wenn die Größe der fraglichen Fläche abnimmt: Der Wert der Stärke des Modells sollte daher immer im Verhältnis zu seiner tatsächlichen Größe berechnet werden.

Ein weiterer Einflussfaktor auf die mechanischen Eigenschaften von Hartmetall, insbesondere die Querbruchfestigkeit, ist seine Korngröße. Je größer die Korngröße, desto mehr verringern sich die Bruchkraft und die Verschleißfestigkeit.

Druckkraft

Dies ist eine weitere wichtige Eigenschaft von Hartmetall. Duktile unter Kompression stehende Materialien neigen dazu ohne Brüche zu quellen oder zu expandieren, aber ein brüchiges Material hält diese Art von Test aufgrund des Auftretens von Schneidfrakturen nicht besser aus als einen Test für echte Kompression. Hartmetall weist im Vergleich zu den meisten anderen Materialien eine hohe Druckfestigkeit auf und der Wert steigt mit abnehmendem Mischungsgehalt und abnehmender Korngrösse. In Bezug auf die Größe des Granulats und den Gehalt der Mischung sind die Werte zwischen 400 K und 900 K psi (7kN/mm2) typisch für Hartmetall.

Schlagzähigkeit

Das Hartmetall zeigt eine auffallende Schlagkraft, insbesondere bei hohen Temperaturen, wenn es 25% Kobaltbindemittel mit einer groben körnigen Struktur enthält. Der Querbruch wird oft fälschlicherweise als Maß für die Schlagzähigkeit verwendet, wenn die Bruchzähigkeit in der Tat ein besserer Indikator für die Fähigkeit des Hartmetalls ist, einem mechanischen Stoß oder Schlag standzuhalten. Die Bruchfestigkeit variiert entsprechend der Größe des Granulats und des enthaltenen Bindemittels.

Widerstand gegen Ermüdung

Wenn ein Material wiederholten Schwankungen ausgesetzt ist können mehrere Schäden auftreten. Diese können selbst dann auftreten, wenn das Material einer Belastung ausgesetzt wird, die niedriger als die bei einem konstanten Stress verursachten Belastung ist. Die Ermüdungseigenschaften werden bewertet, indem einige Proben einem Belastungszyklus unterzogen werden und die Anzahl der Zyklen, die bis zum Schaden stattfinden, berechnet wird. Mehrere große Unternehmen haben diese Art von Hartmetalltests durchgeführt und ihre Berichte dazu geschrieben. Die schwedische Firma Sandivik zum Beispiel hat den Nachweis erbracht, dass die Ermüdungsfestigkeit des Hartmetalls in einer Kompressionsladung zu einer 65 bis 85prozentigen Druckkraft bei 2 x 106 Zyklen fuehren kann. Die Ermüdungsfestigkeit steigt mit abnehmender Größe des Wolframcarbidgranulats und mit Abnahme des Bindungsanteils.

Korrosionsbeständigkeit

Wolframcarbid-Partikel sind beständig gegen die ätzendsten Substanzen. Es ist ein bindendes Material, das in Gegenwart einer starken Säure oder einer alkalischen Lösung ausgelaugt wird. Das Bindematerial wird von der Oberfläche des Hartmetalls ausgelaugt und hinterlässt eine Skelettstruktur, die keinen Halt bietet. DieCarbidpartikel werden dann sehr schnell abgekratzt, wodurch ein neuer Bereich der Oberfläche freigelegt wird. Wenn das Bindemittel gering ist, ist das Carbidskelett dichter. Eine geringe Bindemittelabstufung zeigt eine etwas höhere Kombination von Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit auf als solche mit einer höheren Bindemittelabstufung. Diese Partikel sind auch schwer zu zerbröseln oder zu löten und werden in spezifischen Anwendungen verwendet, in denen Korrosions- und Verschleißbeständigkeit eine unentbehrliche Notwendigkeit sind, während die Widerstandsfähigkeit gegen mechanischen Widerstand und thermische Schockfestigkeit nicht so wichtig sind.

Thermische Eigenschaften

Das Hartmetall zeigt einen sehr niedrigen linearen Ausdehnungskoeffizienten, etwa die Hälfte im Vergleich zu Stahl. Eine Carbidsorte mit 8% Cobalt weist indikativ einen linearen Ausdehnungskoeffizienten von 5 × 10 -6 / ° C in einem Temperaturbereich von 20 bis 400 ° C auf. Die Wärmeleitfähigkeit ist ungefähr doppelt so hoch wie bei einem unlegierten Stahl und liegt bei einem Drittel verglichen mit Kupfer. Die spezifische Wärmekapazität eines generischen Grades Hartmetalls beträgt etwa 150-350 J / (kg * ° C), d.h. liegt etwa im Mittel eines unlegierten Stahls.

Elektrische und magnetische Eigenschaften

Das Carbid hat einen niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand und liegt bei einem typisches Wert von 20 μOcm. Als Konsequenz des niedrigen spezifischen Widerstands ist das Carbid ein guter Leiter mit einem Leitfähigkeitswert, der etwa 10% geringer als der von Kupfer ist. Aufgrund des Cobalt- oder Nickelgehalts zeigt das Carbid auch ferromagnetische Eigenschaften bei Raumtemperatur. Daher liegt die Curie-Temperatur im Bereich zwischen 950 und 1050 ° C, abhängig von der Zusammensetzung des Grades. Die magnetische Permeabilität ist sehr gering und hängt vom Kobaltgehalt ab. Sie steigt mit dem Kobaltgehalt. Ein typischer Wert liegt im Bereich von 2 bis 12, wenn der Vakuumwert gleich 1 ist.