Eigenschaften und Anwendung

Die Haerte läßt sich durch Variation des Kobalt-Anteils und der Korngröße des Wolframcarbid-Pulvers beeinflussen. © Fraunhofer IKTS.Die Haerte läßt sich durch Variation des Kobalt-Anteils und der Korngröße des Wolframcarbid-Pulvers beeinflussen. © Fraunhofer IKTS.

Wolframcarbid-Cobalt (WC-Co) stellt eine Legierung aus einer harten, keramischen Phase, dem Wolframcarbid (WC) und einem verformbaren metallischen Binder aus Cobalt (Co) dar. Wichtige Eigenschaften von WC-Co sind seine Härte, Festigkeit, Bruch- und Schlagzähigkeit sowie elektrische und thermische Leitfähigkeit.

 

Durch Variation des Gehalts an metallischen Cobalt und der Größe der WC-Partikel können die Eigenschaften der Legierung gezielt verändert werden. Durch Variation des Cobaltgehalts zwischen 0 und 20 Masseprozent können Hartmetalle einen Härte-Bereich von gehärtetem Stahl bis super-harten Legierungen abdecken. Je feiner dabei das Carbidkorn ist, umso schwerer kann ein äußerer Gegenstand in die Oberfläche eindringen – umso höher ist also die Härte.

 

Aus Hartmetallen fertigt man vor allem Werkzeuge zur spanenden (Drehen, Fräsen, Bohren) oder spanlosen Formgebung (Ziehen, Walzen, Drücken) sowie zum Trennen (Schneiden, Stanzen) oder Brechen von Metallen, Holz, Papier, Kunststoffen, Gesteinen, Kohle etc. Auch chirurgische Geräte lassen sich daraus fertigen.

 

 

 

 

Bezeichnung der verschiedenen Korngroessen. ©Fraunhofer IKTS.Bezeichnung der verschiedenen Korngroessen. ©Fraunhofer IKTS.

Ebenso werden verschiedene technische Verschleißteile wie Lehren, Wasserstrahldüsen oder Armierungen (z.B. für Mühlen) daraus gefertigt. Bekannte Produkte sind Hartmetallbohrer oder hartmetallbestückte Kreissägeblätter für den Hobby-Handwerker oder die Kugeln für Kugelschreiberminen.

 

Bei Hartmetallen mit Korngrößen unter 1 µm lassen sich außergewöhnliche vorteilhafte Kombinationen von Härte und Festigkeit erreichen, was derartige Legierungen für die Bearbeitung von schwer zerspanbaren Materialien aber auch für die Fertigung sehr feinteiliger Werkzeuge interessant macht.

 

 

Der Arbeitskreis Hartmetalle des deutschen Fachverbandes Pulvermetallurgie hat deshalb 1999 eine auch Klassifizierung von WC-Co-Hartmetallen nach der Korngröße vorgeschlagen, die heute weltweit akzeptiert ist.

 

Wolframcarbid-Kobalt ist nicht selbstentzündlich. Als fein verteilte Mischung mit Luft (Staub) unter Einwirkung einer Zündquelle ist Wolframcarbid-Kobalt u. U. entzündlich (Staubexplosion).

 

Vorkommen und Herstellung

Hartmetalle wie WC-Co sind künstliche Werkstoffe, die nicht in der Natur vorkommen. Ihre Herstellung erfolgt durch Mischen von Carbid- und Metall-Pulvern, einen Formgebungsschritt und einer Wärmebehandlung (Sintern).

Bahnbrechend für die Hartmetallentwicklung waren Arbeiten der Osram Studiengesellschaft in Berlin und das von Karl Schröter 1923 angemeldete Patent, das von der Firma Krupp aufgekauft wurde. Bereits 1926 brachte Krupp eine erste Legierung unter der Bezeichnung WIDIA auf den Markt. WIDIA steht für wie Diamant und spielt auf die ungewöhnliche Härte dieses Materials an. Heute befinden sich große Fertigungskapazitäten in China, den USA, Schweden, Israel, Luxemburg, Österreich und weiterhin in Deutschland.

Hartmetalle werden zu einem hohen Anteil recycelt, wobei der Schrott entweder komplett aufbereitet und der Hartmetallfertigung wieder zugeführt oder zur Legierung von Stählen eingesetzt wird.

 

Literatur arrow down

  1. Kieffer, R & Benesovsky, F (1963). Hartstoffe, Springer-Verlag, Wien.
  2. Schedler, W (1988). Hartmetall für den Praktiker, VDI-Verlag GmbH, Düsseldorf.
  3. Richter, V & Mueller, K (2007). In Schatt,Wieters, Kieback: Pulvermetallurgie,Technologien und Werkstoffe, Springer Verlag, 2. erweiterte Auflage. ISBN 978-3-540-23652-8.
  4. Design for PM  - E-Learning Kurs (DE). Hartmetalle der EPMA, Moseley, S & Richter, V. (Stand letzter Zugang: Apr 2011).
  5. Casmet Supply Limited (EN) (Apr 2006). Material Safty Data Sheet for "Sintered Tungsten Carbide with Cobalt Binder".
  6. Michael Weinig AG (EN). Material Safty Data Sheet "Tungsten Carbide with Cobalt Binder". (Stand letzter Zugang: Apr 2011).