Hartmetallarten in der Übersicht

Hartmetalle sind vielfältig in ihrer Zusammensetzung und es gibt weit über 100 verschiedene Arten. In zahlreichen Branchen wie zum Beispiel in der Schmuckverarbeitung und für medizinische Geräte wird Hartmetall seit einigen Jahren verwendet. Hartmetalle bieten aufgrund ihrer Zusammensetzung viele Vorteile. Ihre Einsetzbarkeit in fast allen Lebensbereichen, ihre Flexibilität und die Qualität der entstandenen Produkte zählen unter anderem dazu.

Hartmetalle bestehen aus verschiedenen Metallen und sind gemischt mit Metallkügelchen verschiedener Körnung. Wir haben im folgenden Beitrag einige interessante Fakten über Hartmetalle zusammengefasst und befassen uns mit der Frage: Welche Metalle gehören zu den Hartmetallen?

Was versteht man unter einem Hartmetall?

Hartmetall ist heutzutage in fast jedem industriellen Bereich vertreten und deshalb nicht mehr wegzudenken. Bereits mit Beginn des 20. Jahrhunderts wurden erste Schmelzversuche mit dem Werkstoff Wolframkarbid vorgenommen. Im Laufe der kommenden Jahre sollte die Metallindustrie ihren großen Durchbruch durch die Verschmelzung von verschiedensten Metallen erleben. Zur Marktetablierung von Hartmetallen in der Industrie waren bekannte Firmen wie Osram und Krupp maßgeblich beteiligt.

Unter Hartmetall versteht man den Verbund von einem hinzugefügten Hartstoff und einem Bindemetall. Hartmetalle sind durch diesen Verbund von zum Beispiel Kobalt und Wolframkarbid unglaublich hart und langlebig. Hartmetalle sind zudem extrem verdichtet und zeichnen sich, wie der Name schon sagt, durch besondere Härte aus. Es kommt immer auf die Zusammensetzung an, ob die Hartmetalle verschiedene Eigenschaften aufweisen.

Arten von Hartmetall-Werkstoffvarianten

In den meisten Fällen besteht Hartmetall bis zu über 90 % aus Wolframkarbid. Die restlichen Prozent werden mit einem Bindemittel wie Cobalt ergänzt. Es entsteht eine sogenannte Verbundmatrix. Die Wolframcarbidkörner erhalten durch das ergänzte Bindemittel ihre Dichte, da die Zwischenräume beim Sintern mit dem Bindemetall gefüllt werden.

Hartmetall teilt sich aufgrund der entstandenen Matrix in drei Gruppen auf.

1. Cermets

Cermets ist in seiner Eigenschaft sehr hitzebeständig und zäh. Dies liegt an der Form seiner Zusammensetzung. In dieser Form von Hartmetall ist, anders als in anderen Sorten, kein Wolframkarbid enthalten. Als Hartmetall werden hierbei Titannitrid oder Titancarbid hinzugefügt. Zum Binden Cobalt oder Nickel. Cermets wird gerne als Schneidstoff verwendet, da es großen Temperaturschwankungen standhalten kann. Hauptsächlich wird Cermets also im High Speed Cutting verwendet. Dieser im Vergleich zu den anderen Hartmetallsorten leichte Verbundwerkstoff weist eine deutlich geringere Dichte auf. Dies ergibt sich daraus, dass Titan eine geringere Dichte hat als Wolfram.

2.                      Wolframkarbid/ Cobalt (WC-Co)

Wolframkarbid in Verbindung mit Kobalt ist das beliebteste Hartmetall auf dem Markt. Das Hartmetall Wolframkarbid ist sehr hitzebeständig und wird daher in der Produktion von Werkzeugen eingesetzt. Durch das Entstehen einer Verbundmatrix mit dem Verbundstoff Kobalt erhält das Hartmaterial zusätzlich an Festigkeit und ist auch zäher und verfügt über eine hohe Dichte. Wolframkarbid hat eine Dichte von 15,63 g pro cm³.

Da Wolframkarbid keine hohe Biegebelastung aufweist, verhilft das hinzugefügte Kobalt diese zu verbessern. Durch das lückenfüllende Kobalt wird das Hartmetall fester und widerstandsfähiger.

3.                      Hartmetalle zur Bearbeitung von Stahl

Diese Hartmetalle lassen sich im Gegensatz zu den WC-Co-Hartmetallen bei deutlich höheren Temperaturen einsetzten. Diese Beständigkeit entsteht durch eine höhere Oxidationsbeständigkeit. Sie bestehen zum größten Anteil aus Tantal-Niob-Carbid, Titancarbid und Zirkoniumcarbid. Diese werden zum bereits bestehenden WC-Co Hartmetall hinzugefügt.

Es bildet somit eine Matrix aus Wolframkarbid, Kobalt und Kohlenstoff. Diese Metallsorten werden in zwei Gruppen aufgeteilt. Die Aufteilung beschreibt, wie viel Prozent Mischkarbide in einem Hartmetall enthalten sind. Die Gruppe A hat über 10 % und die Gruppe B hat unter 10 %. Des Weiteren sind sie rost- und säurebeständig und bieten somit die ideale Voraussetzung für das Arbeiten mit hohen Temperaturen. 

Bei der Verwendung von Hartmetall gibt es Folgendes zu beachten: Je härter es ist, desto spröder und empfindlicher wird es. Wenn es in seiner Zusammensetzung insofern beeinflusst wird, dass es an Härte verliert, wird es zäher und biegsamer. Je größer die Körnung ist, desto stabiler ist ein Hartmetall. Die jeweilige Dichte von Hartmetall variiert hierbei je nach Zusammensetzung.

 Hartmetallgruppen

Neben der Kennzeichnung der Sorten wird eine Kennzahl angefügt. Diese Zahl beschreibt die Zähigkeit und den Widerstand des Verschleißes. Bei einer niedrigen Zahl ist die Zähigkeit geringer, jedoch ist das Hartmetall widerstandsfähiger. Die Gruppenunterteilung unterliegt dabei hauptsächlich den Buchstaben P, M, K. Es gibt jedoch weitere Buchstabenkennzeichnungen für eine Vielzahl verschiedener Hartmetallsorten.

1. Die blau gekennzeichneten P-Hartmetalle zeichnen sich in ihrer großen Dichte an Titan und Tantalcarbid aus. Sie werden in der Verarbeitung von Wertstoffen wie Stahl, Temperguss und Stahlguss verwendet. 
2. Hartmetalle mit der Kennzeichnung M sind gelb gekennzeichnet. Sie sind vielseitig einsetzbar und werden für verschiedene Stahlsorten eingesetzt. Die Hartmetalle sind ein Übergang der Gruppe P zu K. 
3. Bei der rot gekennzeichneten Hartmetallgruppe K werden kurzspanende Werkstoffe verwendet. Als Beispiel kann man hier gehärtete Stähle, Kunststoffe und Eisenguss nennen.

Die Verwendung von Hartmetall

Da Hartmetalle aus verschiedenen Zusammensetzungen entstehen können, sind sie vielseitig einsetzbar. Besonders beliebt sind sie in der Produktion von Werkzeugen zum Bohren, Fräsen oder von Schneidplatten. Da WC-Co sehr hitzebeständig ist, kann es vielseitig und präzise angewendet werden.

Die Langlebigkeit von Hartmetall ist auch in der Autoindustrie ein großer Vorteil. Man findet es bei der Kupplung, in den Ventilsitzen und auch für die Bremsscheiben wird es verwendet. Hartmetall kann mehrere Jahre im Einsatz sein, bevor es abnutzt und ausgetauscht werden muss. 

Auch die Textilindustrie benutzt Hartmetalle in der Produktion. Die Düsen zur Verarbeitung der Fäden entstehen ebenfalls aus dem vielseitig einsetzbaren Material. Die Raumfahrt, die Luftfahrt oder die Bergbauindustrie nutzen ebenfalls Hartmetalle. Im Bergbau zum Beispiel kann Hartmetall für Tiefbohrer angewendet werden.  

Hartmetall hat außerdem den Vorteil, dass es recycelt werden kann. Es kann somit für die Herstellung neuer Hartmetalle verwendet werden. Dies hat zur Folge, dass wertvolle Ressourcen eingespart werden können, da weniger Hartmetall produziert werden muss. Lesen Sie hierzu den Artikel über Hartmetallschrott (Verlinkung einfügen).

Fazit zur Dichte von Hartmetallen

Durch den Einsatz von Hartmetallen sind der Industrie unendlich viele Möglichkeiten gegeben.  Je nach Verwendung des Hartmetalls sind verschiedene Eigenschaften gefordert. Die Materialanforderungen variieren also je nach Einsatzgebiet des aus Hartmetall entstandenen Werkstückes. Die Dichte von Hartmetall ist einer dieser Komponenten. Da diese sich durch die Zusammensetzung verändert, kann keine einheitliche Dichte für Hartmetalle angegeben werden.

Die weiteren Eigenschaften von Hartmetall sind die hohe Druckfestigkeit, die Temperaturbeständigkeit und die sehr große Härte. Da Hartmetall in verschiedenen Bereichen der Industrie angewendet werden kann, ist es mittlerweile unverzichtbar und nicht mehr wegzudenken.