Hartmetall: Der Werkstoff der Zukunft

Hartmetall ist ein faszinierender Werkstoff, der in vielen Industrien eine entscheidende Rolle spielt. Seine herausragenden Eigenschaften machen ihn zur bevorzugten Wahl für Anwendungen, bei denen es auf Härte und Verschleißfestigkeit ankommt. In diesem Artikel werden wir die Vorteile und Nachteile von Hartmetall sowie die verschiedenen Einsatzgebiete von Bauteilen aus diesem Werkstoff näher beleuchten.

Vorteile von Hartmetall

  1. Außergewöhnliche Härte und Verschleißfestigkeit: Hartmetall besteht hauptsächlich aus Wolframcarbid, das durch ein Bindemittel wie Kobalt zusammengehalten wird. Diese Kombination verleiht Hartmetall eine außerordentliche Härte, die nur von Diamant übertroffen wird. Mit einer Härte von bis zu 2.600 HV ist Hartmetall besonders widerstandsfähig gegen Verschleiß und Abnutzung.
  2. Hohe Temperaturbeständigkeit: Hartmetall behält seine mechanischen Eigenschaften auch bei hohen Temperaturen bei. Dies ist besonders vorteilhaft in Anwendungen, bei denen hohe Temperaturen auftreten, wie zum Beispiel bei der Metallbearbeitung oder in der Luft- und Raumfahrtindustrie.
  3. Korrosionsbeständigkeit: Viele Hartmetall-Sorten sind auch korrosionsbeständig, was ihre Lebensdauer in aggressiven Umgebungen verlängert. Dies ist ein entscheidender Vorteil in der chemischen Industrie und anderen Bereichen, in denen Korrosion ein Problem darstellt.
  4. Hohe Druckfestigkeit: Hartmetall kann extremen Druckbelastungen standhalten, was es ideal für Anwendungen macht, bei denen hohe Kräfte wirken, wie zum Beispiel beim Tiefbohren oder in der Bergbauindustrie.

Nachteile von Hartmetall

  1. Sprödigkeit: Trotz seiner Härte ist Hartmetall relativ spröde. Dies bedeutet, dass es unter extremen Schlagbelastungen oder plötzlichen Belastungsspitzen brechen kann. Diese Eigenschaft schränkt seine Anwendungsmöglichkeiten in Bereichen ein, in denen hohe Schock- oder Schlagbelastungen auftreten.
  2. Hohe Herstellungskosten: Die Produktion von Hartmetall ist komplex und teuer. Dies liegt an den hohen Kosten der Rohstoffe (insbesondere Wolfram) und den aufwändigen Herstellungsverfahren. Diese hohen Kosten können ein Hindernis für den Einsatz in kostensensitiven Anwendungen sein.
  3. Schwierige Bearbeitung: Aufgrund seiner Härte ist Hartmetall schwierig zu bearbeiten. Spezielle Werkzeuge und Techniken sind erforderlich, um Hartmetall-Bauteile präzise zu formen und zu bearbeiten. Dies kann den Herstellungsprozess verlangsamen und die Kosten weiter erhöhen.

Einsatzgebiete von Hartmetall

  1. Werkzeug- und Formenbau: Hartmetall wird häufig für Schneidwerkzeuge, Bohrer und Fräser verwendet, da es auch unter den härtesten Bedingungen scharf bleibt und eine lange Lebensdauer aufweist. Darüber hinaus wird es im Formenbau für die Herstellung von Präzisionsformen und Matrizen verwendet.
  2. Maschinenbau und Automobilindustrie: In diesen Branchen wird Hartmetall für Verschleißteile wie Lager, Ventilsitze und Stanzwerkzeuge eingesetzt. Seine Verschleißfestigkeit und Druckbeständigkeit machen es ideal für hochbelastete Maschinenkomponenten.
  3. Bergbau und Erdölindustrie: Bohrköpfe und Schneidwerkzeuge aus Hartmetall sind in der Bergbau- und Erdölindustrie weit verbreitet. Ihre Fähigkeit, extremen Druck- und Verschleißbedingungen standzuhalten, macht sie unverzichtbar für Bohr- und Schneidanwendungen.
  4. Medizintechnik: In der Medizintechnik wird Hartmetall für chirurgische Instrumente und Zahnarztwerkzeuge verwendet. Seine Härte und Korrosionsbeständigkeit sind entscheidend für die Präzision und Langlebigkeit dieser Werkzeuge.
  5. Luft- und Raumfahrtindustrie: Hartmetall findet auch in der Luft- und Raumfahrt Anwendung, insbesondere in Komponenten, die hohen Temperaturen und extremen Belastungen ausgesetzt sind. Dazu gehören beispielsweise Turbinenschaufeln und Verschleißteile in Triebwerken.

Fazit

Hartmetall ist ein bemerkenswerter Werkstoff mit einzigartigen Eigenschaften, die es in vielen Industrien unverzichtbar machen. Seine Vorteile wie außergewöhnliche Härte, hohe Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit sowie Druckfestigkeit sind jedoch durch Nachteile wie Sprödigkeit, hohe Herstellungskosten und schwierige Bearbeitung eingeschränkt. Trotz dieser Herausforderungen bleibt Hartmetall in zahlreichen High-Tech-Anwendungen unerlässlich und wird aufgrund kontinuierlicher Weiterentwicklungen auch in Zukunft eine wichtige Rolle spielen.

Weiterführende Links: 

Hersteller von Hartmetall | Wolframcarbid-Kobalt-Hartmetall – Wikipedia

Hartmetallbearbeitung: Technologien und Möglichkeiten bei KWS

Hartmetall ist aufgrund seiner außergewöhnlichen Härte und Verschleißfestigkeit in vielen Industrien ein unverzichtbarer Werkstoff. Diese herausragenden Eigenschaften machen jedoch auch die Bearbeitung von Hartmetall zu einer anspruchsvollen Aufgabe. In diesem Blog-Artikel werden wir die verschiedenen Technologien und Methoden zur Bearbeitung von Hartmetall näher betrachten.

Technologien zur Bearbeitung von Hartmetall bei KWS

1 Schleifen
Das Schleifen ist die häufigste Methode zur Bearbeitung von Hartmetall. Hierbei kommen diamantbeschichtete Schleifscheiben zum Einsatz, die aufgrund ihrer Härte das Hartmetall präzise und effizient abtragen können. Es gibt verschiedene Schleifverfahren, darunter Flachschleifen, Rundschleifen und Profilschleifen, die je nach Anforderung und Werkstückform eingesetzt werden.

2 Erodieren
Die Funkenerosion, auch als Elektroerosion oder EDM (Electrical Discharge Machining) bekannt, ist eine Methode, bei der Material durch elektrische Entladungen abgetragen wird. Es gibt zwei Hauptarten der Funkenerosion:

    • Drahterodieren (Wire EDM): Hierbei wird ein dünner Draht als Elektrode verwendet, der das Hartmetall durch Funkenabstände schneidet. Bei KWS kommen Erodierdrähte mit einem minimalsten Durchmesser von 0,02 mm zum Einsatz (Feinstdraht). Dies ermöglicht die Herstellung von Innenkonturen mit einem Eckenradius von nahzu null.
    • Senkerodieren (Die-Sinking EDM): Bei dieser Methode wird eine formgebende Elektrode verwendet, um komplexe Geometrien in das Hartmetall zu erodieren.

Die Funkenerosion eignet sich besonders für die Bearbeitung komplexer Formen und harter Materialien, insbesondere auch Hartmetall, die mit traditionellen Methoden schwer oder überhaupt nicht zu bearbeiten sind.

3 CNC-Drehen

Drehmaschinen, besonders hochpräzise Modelle wie die Hembrug Mikroturn 100, die bei KWS zur Verfügung stehen, ermöglichen das Einhalten sehr enger Toleranzen und einer hohen Wiederholgenauigkeit. Dies ist besonders wichtig für Bauteile, die hohe Genauigkeit erfordern. Wir sind in der Lage, exzellente Oberflächen zu erzeugen, was oft eine zusätzliche Nachbearbeitung überflüssig macht. Dies ist bei Anwendungen entscheidend, bei denen die Oberflächenqualität eine wichtige Rolle spielt. Der mögliche, hohe Materialabtrag beim Drehen ermöglicht eine wesentlich kürzere Bearbeitungszeit als bspw. beim Schleifen oder Erodieren. Die Bearbeitungszeit kann gegenüber Schleifen beispielsweise bis um das zwanzigfache reduziert werden. Das hat erhebliche, positive Auswirkungen auf den Bauteilpreis und die Durchlaufzeit. Beim Drehen können sehr einfach komplexe Geometrien und Formen hergestellt werden. Von einfachen zylindrischen Teilen bis hin zu komplexen Konturen. Dadurch ist das Einsatzgebiet von gedrehten Hartmetallbauteilen sehr vielfältig. Die hohe Präzision und Oberflächenqualität, die mit Drehmaschinen erreicht werden, reduzieren den Bedarf an Nacharbeit. Dies spart Zeit und Kosten in der Produktion.

4 HSC-Fräsbearbeitung

HSC-Fräsen (High-Speed Cutting) ist eine Weiterentwicklung des traditionellen CNC-Fräsens. Durch die erhöhten Schnittgeschwindigkeiten können Werkstücke schneller bearbeitet werden, was die Produktionszeit verkürzt. HSC-Fräsen erzeugt feinere Oberflächenstrukturen, da die geringeren Schnittkräfte und die höhere Bearbeitungsgeschwindigkeit zu weniger Materialverdrängung führen. Dadurch erhält man exzellente Oberflächen und die Nachbearbeitung der Bauteile wird auf ein Minimum reduziert bzw. eliminiert.

HSC-Fräsen ist ideal für die Bearbeitung von Hartmetall. Diese Bearbeitungs-technologie ermöglicht die Bearbeitung von Hartmetall mit minimalem mechanischem Druck und geringer thermischer Belastung, was das Risiko von Rissen oder Brüchen verringert. Ist eine Beschichtung der Bauteile erforderlich wird dadurch die Standzeit der Beschichtung erhöht.

5 Polieren

Das Polieren von Hartmetall erfolgt meist nach dem Schleifen, um eine glatte und spiegelnde Oberfläche zu erzielen. Hierbei kommen diamantbasierte Polierpasten und spezielle Polierscheiben zum Einsatz. Polieren ist besonders wichtig für Anwendungen, bei denen eine hohe Oberflächengüte erforderlich ist, wie zum Beispiel in der Medizintechnik oder bei Präzisionswerkzeugen.

 

Möglichkeiten zur Bearbeitung von Hartmetall bei KWS

1 Formgebung und Profilierung

Bei KWS können durch Schleifen, Erodieren, HSC-Fräsen, CNC-Drehen und Polieren komplexe Formen und Profile in Hartmetall hergestellt werden. Diese Technologien ermöglichen die Produktion von präzisen Bauteilen und Werkzeugen mit engen Toleranzen und komplexen Geometrien.

2 Herstellung von Schneidwerkzeugen

Hartmetall wird häufig zur Herstellung von Schneidwerkzeugen verwendet. Schleif- und Erodiertechniken ermöglichen die Produktion von Bohrern, Fräsern und Schneidplatten mit hoher Präzision und langer Lebensdauer. Diese Werkzeuge sind in der Metallbearbeitung, der Holzbearbeitung und in der Kunststoffverarbeitung unverzichtbar.

3 Herstellung von Verschleißteilen

Aufgrund seiner hohen Verschleißfestigkeit wird Hartmetall für die Herstellung von Verschleißteilen verwendet, die extremen Bedingungen standhalten müssen. Dies umfasst Anwendungen in der Bergbauindustrie, der Öl- und Gasförderung sowie in der Papier- und Zellstoffindustrie.

4 Mikrobearbeitung

Mit fortschrittlichen Technologien wie der Laser- und Ultraschallbearbeitung können auch kleinste und feinste Strukturen in Hartmetall realisiert werden. Diese Mikrobearbeitung ist besonders in der Elektronikindustrie und der Medizintechnik gefragt, wo winzige, präzise Komponenten benötigt werden.

Fazit

Die Bearbeitung von Hartmetall stellt aufgrund seiner Härte und Sprödigkeit eine besondere Herausforderung dar. Moderne Technologien wie Schleifen, Funkenerosion, HSC-Fräsen und CNC-Drehen sowie Laserbearbeitung und Ultraschallbearbeitung bieten jedoch vielfältige Möglichkeiten, um Hartmetall effizient und präzise zu bearbeiten. Diese Methoden, sowie die Finishbearbeitung mittels Polieren oder Beschichten ermöglichen bei KWS die Herstellung komplexer und hochwertiger Bauteile, die in zahlreichen Industrien unverzichtbar sind. Durch kontinuierliche Weiterentwicklungen in der Bearbeitungstechnologie wird es in Zukunft noch mehr Möglichkeiten geben, Hartmetall in immer anspruchsvolleren Anwendungen einzusetzen.

Alle Maschinen und Technologien von KWS im Überblick

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