In diesem Handbuch Hartmetall (auch als Widia, Hartmetall oder Wolframkarbid bekannt) definieren wir es als ein Material in verwendeten mechanischer Bearbeitung , die besteht aus harten Partikeln aus Hartmetall in einer Metallmatrix (oft Kobalt) eingebettet ist .
Hartmetall entsteht durch den Sinterprozess ; Mit anderen Worten, die feinen Pulver der Komponenten werden gemischt, gepresst und dann erhitzt, während ein hoher Druck aufrechterhalten wird, so dass sich die Körnchen der Pulver zu einem einzigen Stück vereinigen. Dies bedeutet, dass Hartmetalle keine tatsächlichen Metalle sind, sondern Carbide (80-95%), die durch ein Metall gebunden sind.
Das zementierte Wolframcarbid ist das bevorzugte Material für alle Teile, die mühsamen Einwirkungen wie Abrieb , Erosion , Korrosion und Metallfressen standhalten müssen . Aus diesem Grund ist eine Hartmetallführung für die Führung von Technikern und Designern unerlässlich.
Neben einer hohen Druckkraft Beständigkeit gegen Verformung bei hohen Temperaturen. Dies sind physikalische Eigenschaften, die besonders beim Schneiden von Metall nützlich sind. Werkzeuge, die bei Verwendung aus anderen Materialien vorzeitig abgenutzt würden, haben eine lange Lebensdauer .
In den späten 1800er Jahren machte der französische Chemiker und 1906 Nobelpreisträger für Chemie Henri Moissan eine interessante Entdeckung .
Der Chemiker entdeckte, dass durch Mischen der Wolframpulver mit den Kohlenstoffpulvern eine neue Verbindung gebildet wurde. Eine Verbindung , die, wenn sie bei hoher Temperatur in einer seiner Konstruktion Elektro – Lichtbogenofen erhitzt, ein geformtes Material sehr hart und widerstandsfähig zu tragen.
Es war jedoch ein zu sprödes Material, um in den typischen Anwendungen heutiger Hartmetalle verwendet zu werden. Dieses Problem wurde 1914 von Karl Schroter analysiert und gelöst. Schroter arbeitete zu dieser Zeit als Forscher bei der Firma Osram in Deutschland.
Seine Forschung war sehr spezifisch und befasste sich mit der Möglichkeit, neue Materialien zum Ziehen der Filamente von Glühbirnen zu finden. Der im Inneren der Glühbirne vorhandene Draht bestand aus einer Stahldüse, die sich im Laufe der Zeit verbreiterte, wenn die Matrix der Drahtstärke abgenutzt war.
Mit anderen Worten, zu Beginn des Verarbeitungszeitraums war die Zeichnung kleiner und wurde während der Verarbeitung immer größer. Schroter wurde beauftragt, ein stärkeres Material als Stahl zu finden, um den Wolframdraht zu ziehen.
In dieser Forschung fand er die Lösung durch Mischen von Wolfram und Kobalt : eine Intuition, die ihn zu einem neuen Material führte. Er entdeckte, dass es möglich war, Wolframcarbidpulver mit einem Metallbindemittel wie Nickel oder Kobalt zu mischen, und dann konnte die Mischung bei einer Temperatur von etwa 1500 ° C gesintert werden. Auf diese Weise wurde ein Produkt mit geringer Porosität mit einer sehr hohen Härte und guter Zähigkeit erhalten.
So kam dieser Chemiker zu einer neuen Legierung, die von einem praktischen Problem im Zusammenhang mit der Herstellung von Glühbirnen ausgeht. Dieses Material wurde erstmals 1927 von Krupp (deutsche Stahlindustrie) als Schneidwerkzeug unter dem eingetragenen Namen ” Widia ” (wie diamantähnlicher Diamant) eingeführt.
In Deutschland kaufte Friedrich Krupp das ursprüngliche Patent und startete ein Widia-Produktionsprogramm, das hauptsächlich aus Wolframcarbidpartikeln bestand, die mit einer Kobaltmatrix durchschnitten waren, die 5 bis 15% der Gesamtzusammensetzung ausmachte.
Nach engen Verhandlungen mit Krupp gingen alle Rechte später auf die Amerikaner von General Electric über, während Krupp das Recht behielt, Hartmetall in die USA zu exportieren. General Electric gründete die Carboloy Company, die die Tochtergesellschaften Firth-Sterling Steel Company und Ludlum Steel Company eröffnete. Zu dieser Zeit war in Amerika Hartmetall unter den Begriffen Carboloy, Dimondite und Strass Metal bekannt.
Obwohl die ersten Produktionstests 1922 in den Essener Labors durchgeführt wurden, begann Krupp erst 1926 mit dem Handel mit Widia in Deutschland.
In den 1920er und 1930er Jahren war Hartmetall sehr teuer und kostete mehr als 450 Euro pro Unze. Selbst zu diesem Preis könnte seine Verwendung jedoch wirtschaftlich gerechtfertigt sein.
Darüber hinaus ergibt sich der Brauch, nur die Spitze der Hartmetallinstrumente herzustellen, genau aus wirtschaftlichen Erwägungen. In jedem Fall wurden die Widia-Instrumente in den Werken von General Electric getestet und 1928 der öffentlichen Meinung auferlegt.
Hartmetall hat wirklich einzigartige Eigenschaften . Auf diesen Seiten werden wir dieses Thema aus rein technischer Sicht vertiefen.
Zunächst muss unbedingt die „Härte“ von Widia angegeben werden. Dies ist die physikalische Eigenschaft, die für praktische Anwendungen als am wichtigsten angesehen wird. Obwohl es, wie wir sehen werden, nicht der einzige Grund ist, der den Geschäftserfolg bestimmt hat, ist seine Abriebfestigkeit außergewöhnlich.
Die Härte wird unter Verwendung der Eindrückung einer Probe berechnet, die mit einem Penetrationsdiamanten nach ASTM-Standard B-294 durchbohrt wurde. Die Härtewerte von Widia werden als Rockwell “A” – oder Vickers-Werte ausgedrückt. In der Natur ist Diamant das einzige Material, das härter als diese Art von Metall ist: Nur Diamant kann das Carbonatcarbid zerkratzen. Silber und Gold sind im Vergleich viel weichere Metalle.
Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal ist seine Dichte. Diese Eigenschaft wird mit dem ASTM B311- Standard berechnet . Die Dichte von Hartmetall variiert je nach seiner Zusammensetzung als Verbundlegierung, und daher weisen seine Gradientenbestandteile einzelne variable Dichten auf.
Durch Kombinieren dieser Materialien in unterschiedlichen Anteilen ist es möglich, eine Variation in der Dichte der resultierenden Materie zu erzeugen. Eine Dichte von 14,5 g / cm³ ist typisch für eine 10% ige Kobaltmischung. Dieser Wert hat die doppelte Dichte von Schmiedeeisen 1040: ein Element, das besonders dann zu beachten ist, wenn das Gewicht ein wichtiger Faktor für eine praktische Anwendung ist.
Die mechanische Festigkeit von Hartmetall wird typischerweise eher durch das Querbruchfestigkeitsverfahren als durch einen Zugtest bestimmt, wie er üblicherweise für Stahl durchgeführt wird.
Diese Methode wird verwendet, weil spröde Materialien sehr empfindlich gegenüber Zugversuchen und Oberflächenfehlern sind, was zu einer Spannungskonzentration führen und zu falschen Testergebnissen führen kann. Die Querbruchkraft wird bestimmt, indem eine Standardprobe (für ASTM B-406, ISO 3327 ) zwischen zwei Stützen gelegt und bis zur Bruchstelle belastet wird. Der erhaltene Wert wird als Querbruchkraft oder Kohäsionskraft bezeichnet und in Bezug auf das Gewicht gemessen, das den Bruch verursacht hat.
Dieser Test erfasst die Belastung des einzelnen Bereichs des Geräts und wird in psi oder N / mm2 ausgedrückt. Da Hartmetall aufgrund des Vorhandenseins von Mikrohohlräumen, die für alle bröckeligen Materialien charakteristisch sind, einen Bereich unterschiedlicher Bruchwerte aufweist, wird dieser Test durch mehrere Tests durchgeführt: Der resultierende Referenzwert wird im Durchschnitt aller bewertet Tests beobachtet.
Die Werte für die Querbruchkraft, die in den vom Hersteller bereitgestellten Eigenschaftstabellen angegeben sind, spiegeln die mechanische Kraft wider, die nur für einen bestimmten Bereich ausgeübt wird. Viele Ingenieure – auch diejenigen, die in der Metallindustrie arbeiten – nehmen diesen Wert fälschlicherweise als Modellfestigkeitswert.
Diese Daten werden dann verwendet, um zu bewerten, inwieweit die Legierung in einer bestimmten Anwendung funktionieren sollte, wobei eine direkte Übereinstimmung mit diesem Wert erwartet wird. In der Realität nehmen diese Ergebnisse mit abnehmender Größe des betreffenden Bereichs ab: Der Wert der Stärke des Modells sollte im Verhältnis zu seiner tatsächlichen Größe berechnet werden.
Ein weiterer Faktor, der die mechanischen Eigenschaften von Hartmetall, insbesondere die Querbruchkraft, beeinflusst, ist seine körnige Größe . Je größer die Größe des Granulats ist, desto stärker nehmen die Querbruchkraft und die Verschleißfestigkeit ab.
Dies ist eine weitere der wichtigsten Eigenschaften von Hartmetall. Unter Druck stehende duktile Materialien quellen einfach auf oder dehnen sich ohne Bruch aus, aber ein sprödes Material hält dieser Art von Test für das Auftreten von Scherbrüchen nicht mehr stand als für eine echte Kompression.
Zementcarbid weist im Vergleich zu den meisten anderen Materialien eine hohe Druckfestigkeit auf, und der Wert steigt mit abnehmendem Verbindungsgehalt und Granulatgröße. In Bezug auf die Größe des Granulats und den Gehalt der Verbindung sind Werte zwischen 7 kN / mm² (400 K-900 K psi ) typisch für Hartmetall.
Zementcarbid zeigt eine überraschende Schlagfestigkeit , insbesondere bei hohen Temperaturen, da es 25% Bindemittelkobalt mit einer grobkörnigen Struktur enthält. Querversagen wird häufig als Maß für die Schlagfestigkeit missbraucht, wenn die Bruchfestigkeit tatsächlich ein besserer Indikator für die Fähigkeit des Hartmetalls ist, mechanischen Stößen oder Stößen standzuhalten. Die Bruchfestigkeit variiert je nach Größe des Granulats und des enthaltenen Bindemittels.
Wenn ein Material wiederholten Schwankungszyklen ausgesetzt wird, können verschiedene Schäden auftreten. Diese Probleme können auftreten, auch wenn die Material Erfahrungen weniger Stress als es verursacht worden sein könnte , wenn die Last Belastung konstant gewesen war.
Die ermüdungsbedingten Eigenschaften werden bewertet, indem einige Probenproben einem Spannungszyklus unterzogen werden und die Anzahl der Zyklen, die bis zur Beschädigung stattfinden, berechnet wird. Mehrere große Unternehmen haben diese Art von Hartmetalltests durchgeführt und ihre Berichte darüber verfasst.
Das schwedische Unternehmen Sandivik hat beispielsweise bestätigt, dass die Dauerfestigkeit von Hartmetall bei einer Lastkompression bei 2 x 106 Zyklen zu 65% bis 85% der Druckkraft führen kann. Die Dauerfestigkeit nimmt zu, wenn die Größe des Wolframcarbidgranulats abnimmt und der Bindemittelgehalt abnimmt.
Die Wolfram – Karbid – Partikel sind beständig gegen die meisten korrosiven Substanzen. Es ist ein Bindungsmaterial , das unterliegt das Auslaugen in Gegenwart einer starken Säure oder alkalischer Lösung. Das Bindematerial wird von der Hartmetalloberfläche ausgelaugt und hinterlässt eine skelettartige, nicht abgestützte Struktur.
Die Carbidpartikel werden ziemlich schnell abgekratzt, wodurch eine neue Oberfläche freigelegt wird, die angegriffen werden kann. Wenn das Bindemittel niedrig ist, ist das Karbidgerüst dichter . Eine niedrige Bindemittelqualität zeigt eine etwas höhere Kombination aus Verschleiß und Korrosionsbeständigkeit als solche mit einem höheren Bindemittelgehalt.
Diese Partikel sind auch schwer zu zerbröckeln oder zu schweißen und werden in bestimmten Anwendungen eingesetzt, bei denen Korrosions- und Verschleißfestigkeit eine unverzichtbare Notwendigkeit sind, während die Beständigkeit gegen mechanische Festigkeit und Wärmeschock so wichtig ist.
Carbid weist einen sehr niedrigen linearen Ausdehnungskoeffizienten auf . Etwa die Hälfte von Stahl. Ein Hartmetallgrad mit 1,8% Kobalt weist indikativ einen linearen Ausdehnungskoeffizienten von 5 · 10 & supmin; & sup6; /ºC in einem Temperaturbereich von 20 bis 400ºC auf . Die Wärmeleitfähigkeit ist ungefähr doppelt so hoch wie die von unlegiertem Stahl und ein Drittel der von Kupfer. Die spezifische Wärmekapazität eines generischen Hartmetalls beträgt etwa 150 bis 350 J / (kg * ° C) , dh etwa die Hälfte der eines unlegierten Stahls.
Hartmetall hat einen niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand und ein typisches ist 20 uOcm. Infolge des geringen spezifischen Widerstands ist Hartmetall ein guter Leiter mit einem Leitfähigkeitswert, der etwa 10% unter dem von Kupfer liegt. Aufgrund des Kobalt- oder Nickelgehalts zeigt das Hartmetall auch bei Raumtemperatur ferromagnetische Eigenschaften.
Daher liegt die Curie-Temperatur im Bereich zwischen 950 und 1050 ° C , dies hängt von der Zusammensetzung der Sorte ab.
es ist sehr niedrig und hängt vom Kobaltgehalt ab. Es nimmt mit dem Kobaltgehalt zu. Ein typischer Wert liegt im Bereich von 2 bis 12, wenn der Vakuumwert gleich 1 ist.
