Die feinteilige Gefügestruktur führt bei diesen Hartmetallen zu teilweise signifikanten
Eigenschaftsänderungen. Die wesentlichen Änderungen sind nachfolgend kurz dargestellt.
3.1 Härte
In Hartmetallen gleicher chemischer Zusammensetzung wird die Härte in erster Linie
von der Korngröße der Karbidphase bestimmt. Da die Attritormahlung weniger einen
Mahl- als vielmehr einen Homogenisierungsvorgang realisiert, wird die Härteeigenschaft
fast nur durch die Korngröße der Ausgangspulver beeinflusst. Mit fallender Korngröße
steigt die Härte beträchtlich an (Abb. 1), so dass die Feinst- und Ultrafeinstkorn-Hartmetalle
durch ihre hohen Härten auffallen. Die Härtesteigerung geht einher mit der Erhöhung
der Koerzitivfeldstärke und zeigt an, dass die Bindemetallphase feiner verteilt
vorliegt und unter einer höheren Zugspannung steht.
Abb. 1 : Veränderung der mech. Eigenschaften in Abhängigkeit von der Korngröße
3.2 Warmhärte
Mit zunehmender Kornfeinheit verfügen diese Hartmetalle insbesondere über verbesserte
Härteeigenschaften bei erhöhten Temperaturen, so dass daraus gefertigte Zerspanungswerkzeuge
Einsatzvorteile aufweisen.
3.3 Biegebruchfestigkeit
Diese Eigenschaftsgröße entscheidet in hohem Maße über das Einsatz- und Anwendungsprofil
der Hartmetalle.
Eine kleinere Korngröße der Karbidphase hat bei gleichem Co-Gehalt eine Verringerung des mittleren feinen Abstandes der WC-Körner zur Folge und damit eine Verminderung
der Teilchenbeweglichkeit.
Eine Erhöhung der Biegebruchfestigkeit ist so lange noch zu erreichen, bis die Co-Zwischenschicht
kein freies Co mehr enthält und der sortenspezifische Grenzwert des mittleren freien
Abstandes unterschritten wird. Die bekannten Sorten haben diesen Punkt noch nicht
erreicht und weisen verbesserte Biegebruchfestigkeiten auf (Abb. 1).
3.4 Bruchzähigkeit
Die Bruchzähigkeit verhält sich im gleichen Sinne wie die Biegebruchfestigkeit,
mit fallen- der WC-Korngröße steigt sie an, wenn die Zusammensetzung gleich bleibt.
Es besteht also eine Korrelation zwischen WC-Korngröße, Koerzitivfeldstärke, Biegebruchfestigkeit
und Bruchzähigkeit.
3.5 Druckfestigkeit
Die hohe Druckfestigkeit der Hartmetalle ist eine der wichtigsten Eigenschaften
dieser Werkstoffe,
da sie in praktisch allen technischen Anwendungen von Bedeutung
ist.
Durch die Erhöhung der Feinstruktur tritt eine signifikante Steigerung ein und derartige
Hartmetalle besitzen die höchsten Druckfestigkeiten bei vergleichbaren Zusammensetzungen
(Abb. 1).
3.6 Verschleißfestigkeit
3.6.1 Abrasivverschleiß
Mit sinkender WC-Einsatzkorngröße steigen Härte und Festigkeit der Feinst- und Ultrafeinstkorn-Hartmetalle
und der Verschleiß durch Abrasion nimmt ab.
Der härtere HM-Körper setzt dem Abrieb einen größeren Widerstand entgegen, außerdem
werden die dünnen Bindemetallschichten zwischen den feinstkörnigen Hartstoffkristalliten
schwieriger herausgewaschen und die kleinen, aus dem Gefügeverband ausbröckelnden
Hartstoffteilchen, führen zu einem deutlich verlangsamten Verschleißfortschritt.
3.6.2 Korrosionsverschleiß
Ähnliche Wirkung wie beim Abrasivverschleiß ist auch beim korrosiven Verschleiß
festzustellen. Infolge Feinst- und Ultrafeinstkornstruktur, kleinsten Kristallkorngrößen
und insbesondere signifikant verringerter Bindemetallzwischenschicht werden letztere
nur schwer von den Korrosionsmedien erreicht. Da dabei wiederum nur kleinste Hartstoffteilchen
ausbrechen, wird der korrosive Abtrag verringert. Zur Wachstumshemmung des WC wird
meist mit Cr3C2-Zusätzen gearbeitet, die größtenteils im Bindemetall gelöst sind.
Diese wirkt passivierend und tragen zur Verbesserung der Korrosionsfestigkeit bei.
Da in den wenigsten Anwendungen abrasiver und korrosiver Verschleiß genau zu trennen
ist, ist wegen der generellen
Eigenschaftsverbesserung ein Feinststruktur-Hartmetall
die bessere Wahl.
3.7 Wärmeleitfähigkeit
Für ihre Anwendung ist die Wärmeleitfähigkeit der Hartmetalle von großer Bedeutung.
Mit fallender Korngröße der Karbidphasen nimmt auch die Leitfähigkeit für Wärme
ab und folglich werden derartige Werkzeuge und Werkzeugsysteme nicht mehr so hoch
temperaturbelastet.
Die Ursache ist darin zu sehen, dass im Zerspanvorgang der Hauptteil der Wärmeenergie
in die Späne geleitete und mit diesen aus dem Prozeß ausgetragen wird. Eine geeignete
Prozeßführung, z.B. durch hohe Schnittgeschwindigkeiten bei den Hochleistungsbearbeitungen,
dienen dabei der Unterstützung dieser Vorgänge.
In Tabelle 2 ist der Einfluss der Feinstruktur auf die verschiedenen Eigenschaften
von Hartmetallen dargestellt.
|
Parameter |
Änderung |
|
Dichte |
sinkt |
|
Härte |
steigt |
|
|
|
|
Koerzitivkraft |
steigt |
|
spez. magn. Sättigung |
keine |
|
|
|
|
Biegebruchfestigkeit |
steigt |
|
Bruchzähigkeit |
steigt |
|
Schlagfestigkeit |
steigt |
|
Wechselfestigkeit |
steigt |
|
|
|
|
Druckfestigkeit |
steigt |
|
Poisson-Zahl |
keine |
|
E-Modul |
steigt |
|
Schubmodul |
keine |
|
|
|
|
elektr. Leitfähigkeit |
sinkt |
|
Warmfestigkeit |
steigt |
|
Wärmeleitfähigkeit |
sinkt |
|
Wärmeausdehnungskoeffizient |
keine |
|
spezifische Wärme |
keine |
Tab. 2 : Eigenschaftsänderungen an HM-Legierungen infolge Feinstruktur
In allen anwendungsrelevanten Eigenschaften wie Härte, Zähigkeit, Festigkeit und
Starrheit führt die feinere Struktur zu Verbesserungen. Dennoch kann nicht der Schluss
gezogen werden, dass immer die Hinwendung zu feinstrukturierten Hartmetallen auch
zu einer generellen Verbesserung der Einsatzergebnisse führt.
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