Was ist Hartmetall und seine Verwendung

Was ist Hartmetall?Hartmetall ist eine Legierung, die mittels Pulvermetallurgie hergestellt wird und bei der ein oder mehrere Pulver aus refraktären Carbiden (wie Wolframcarbid, Titancarbid usw.) als Hauptbestandteil sowie Metallpulver (wie Kobalt, Nickel usw.) als Bindemittel dienen. Hartmetall. Als wichtiger Konstruktionswerkstoff findet Hartmetall aufgrund seiner hervorragenden Härte, Verschleißfestigkeit und Hochtemperaturbeständigkeit breite Anwendung in Bereichen wie mechanischer Bearbeitung, Bergbau, Luft- und Raumfahrt. Diese Arbeit behandelt detailliert die Zusammensetzung, Herstellungsprozesse, Mikrostruktur, mechanische Eigenschaften sowie Anwendungen von Hartmetall und soll Forschenden und Ingenieur:innen in verwandten Fachgebieten als Referenz dienen.

1.Einleitung Hartmetall ist ein Verbundwerkstoff aus hochschmelzenden Metallkarbiden (wie Hartmetallbuchsen WC, Titankarbid TiC usw.) und Bindemetalle (wie Kobalt Co, Nickel Ni usw.) durch Pulvermetallurgie. Seit seiner Einführung in den 1920er Jahren hat sich Hartmetall aufgrund seiner hervorragenden mechanischen Eigenschaften und seiner breiten Anwendungsmöglichkeiten schnell zu einem Forschungsschwerpunkt im Bereich der Materialwissenschaft und -technik entwickelt.

2. Zusammensetzung und Klassifizierung von Hartmetallen 

2.1 Zusammensetzung Hartmetall setzt sich hauptsächlich aus zwei Teilen zusammen: Harte Phase: in der Regel refraktäre Metallkarbide wie Wolframcarbid (WC), Titankarbid (TiC), Tantalkarbid (TaC), usw. Diese Karbide weisen eine extrem hohe Härte und Verschleißfestigkeit auf und sind die wichtigste tragende Phase des Hartmetalls. Bindephase: in der Regel Metalle wie Kobalt (Co) und Nickel (Ni). Die Aufgabe der Bindephase besteht darin, die Hartphasenpartikel miteinander zu verbinden und eine gewisse Zähigkeit und Schlagfestigkeit zu gewährleisten.

2.2 Klassifizierung Nach dem Unterschied zwischen der harten Phase und der Bindephase kann Hartmetall in die folgenden Kategorien eingeteilt werden: WC-Co-Hartmetall: Dies ist die gebräuchlichste Art von Hartmetall, die häufig in Schneidwerkzeugen, Formen und verschleißfesten Teilen verwendet wird. WC-TiC-Co-Hartmetall: Durch die Zugabe von TiC werden die Hochtemperaturleistung und die Oxidationsbeständigkeit der Legierung verbessert, die für Hochgeschwindigkeitsschneiden geeignet ist. TiC-Ni-Mo-Hartmetall: Mit TiC als harter Phase und Ni-Mo als Bindemittelphase weist es eine hohe Härte und Verschleißfestigkeit auf und eignet sich für die Hochpräzisionsbearbeitung.

3. Verfahren zur Herstellung von Hartmetallen 

3.1 Pulveraufbereitung Die Herstellung von Hartmetall erfordert zunächst die Gewinnung von hochreinen Hartphasen- und Bindephasenpulvern. Zu den gängigen Methoden gehören: Karbonisierungsverfahren: durch Reaktion von Metallpulver mit Kohlenstoffpulver bei hoher Temperatur zur Erzeugung von Karbid. Reduktionsverfahren: durch Reduktion von Metalloxiden zur Gewinnung von Metallpulver.

3.2 Mischen und Formen Mischen Sie die Pulver der harten Phase und der Bindemittelphase in einem bestimmten Verhältnis und verteilen Sie sie gleichmäßig durch Verfahren wie das Kugelmahlen. Das gemischte Pulver wird gepresst und geformt, um einen Rohling in der gewünschten Form zu erhalten.

3.3 Sintern Der geformte Rohling wird bei hoher Temperatur gesintert, um die Bindephase zu schmelzen und die Hartphasenpartikel zu benetzen, so dass eine dichte Legierungsstruktur entsteht. Der Sinterprozess hat einen entscheidenden Einfluss auf die endgültige Leistung von Hartmetall.

4. Mikrostruktur des Hartmetalls 

4.1 Verteilung von Hartphase und Bindephase Das Gefüge von Hartmetall besteht hauptsächlich aus Hartphasenpartikeln und einer Bindephasenmatrix. Größe, Form und Verteilung der Hartphasenteilchen haben einen wichtigen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit der Legierung. Feine Hartphasenpartikel können die Härte und die Verschleißfestigkeit der Legierung verbessern, während eine gleichmäßige Verteilung dazu beiträgt, die Zähigkeit der Legierung zu erhöhen.

4.2 Korngrenzen und Phasengrenzen Korngrenzen und Phasengrenzen in Hartmetallen sind wichtige Faktoren, die die mechanischen Eigenschaften beeinflussen. Die Stärke der Korngrenze und der Bindungszustand der Phasengrenze bestimmen direkt die Bruchfestigkeit und die Verschleißfestigkeit der Legierung.

5. mechanische Eigenschaften des Hartmetalls 

5.1 Härte Die Härte von Hartmetall hängt hauptsächlich von der Art und dem Gehalt der harten Phase ab. Die Härte von WC-Co-Hartmetall liegt in der Regel zwischen HRA 88-94 und ist damit wesentlich höher als die von gewöhnlichem Stahl.

5.2 Verschleißfestigkeit Die Verschleißfestigkeit von Hardmetal ist eine seiner wichtigsten Eigenschaften. Aufgrund der hohen Härte der Hartphase und der guten Zähigkeit der Bindephase weist Hardmetal eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit bei Hochgeschwindigkeitszerspanung und unter schweren Lastbedingungen auf. 5.3 Biegefestigkeit Die Biegefestigkeit von Hardmetal wird hauptsächlich durch den Gehalt an Bindephase und die Teilchengröße der harten Phase beeinflusst. Ein angemessener Gehalt an Bindephase kann die Biegefestigkeit der Legierung verbessern, ein zu hoher Gehalt an Bindephase verringert jedoch die Härte der Legierung.

5.4 Leistung bei hohen Temperaturen Hartmetall kann auch bei hohen Temperaturen eine hohe Härte und Festigkeit beibehalten, so dass es bei der Hochtemperaturzerspanung und der Heißverarbeitung weit verbreitet ist.

6. die Anwendung von Hartmetallen 

6.1 Schneidewerkzeuge Hartmetall wird häufig für Schneidewerkzeuge verwendet, wie z. B. DrehmeißelFräser, und Hartmetall-Bohrer. Hartmetallstangen werden zum Beispiel für die Bearbeitung von Fräsern und Bohrern verwendet. Ihre hohe Härte und Verschleißfestigkeit sorgen für gute Leistungen bei Hochgeschwindigkeits- und Schwerlastschnitten.

6.2 Bergbauwerkzeuge Hartmetall wird für die Herstellung von Bergbauwerkzeugen wie Gesteinsbohrer und Spitzhacken verwendet. Aufgrund seiner hohen Verschleißfestigkeit und Schlagzähigkeit eignet es sich gut für den Einsatz in rauen Bergbauumgebungen.

6.3 Matrizen Hartmetall wird zur Herstellung von Kaltstauchwerkzeugen, Drahtziehwerkzeugen und anderen Werkzeugen verwendet. Seine hohe Härte und Verschleißfestigkeit sorgen für eine lange Lebensdauer unter hohem Druck und hohen Verschleißbedingungen.

6.4 Luft- und Raumfahrt Hartmetall wird zur Herstellung von Hochtemperaturkomponenten und verschleißfesten Teilen in der Luft- und Raumfahrt verwendet. Aufgrund seiner ausgezeichneten Hochtemperaturleistung und Verschleißfestigkeit ist es auch in extremen Umgebungen einsetzbar.

7. die Forschungs- und Entwicklungstendenzen von Hartmetallen 

7.1 Nano-Hartmetall Mit der Entwicklung von Nanotechnologiehat sich Nano-Hartmetall zu einem Hotspot der Forschung entwickelt. Nano-Hartmetall weist eine höhere Härte und Zähigkeit auf und wird voraussichtlich in der Ultrapräzisionsbearbeitung und der Mikro-Nano-Fertigung eingesetzt werden.

7.2 Beschichtungstechnologie Durch das Aufbringen von verschleißfesten Beschichtungen (z.B. TiN, TiAlN usw.) auf die Oberfläche von Hartmetall können dessen Verschleißfestigkeit und Lebensdauer weiter verbessert werden. Die Beschichtungstechnologie ist zu einer wichtigen Richtung der Hartmetallforschung geworden.

7.3 Neue Bindephasen Die Erforschung neuer Bindephasen (z. B. Legierungen auf Fe- und Ni-Basis) zur Verbesserung der Zähigkeit und der Hochtemperaturleistung von Hartmetall ist eine wichtige Richtung für die künftige Entwicklung.

8. Schlussfolgerung Als wichtiges technisches Material hat Hartmetall aufgrund seiner hervorragenden mechanischen Eigenschaften und seiner breiten Anwendungsmöglichkeiten eine wichtige Stellung im Bereich der Materialwissenschaft und -technik. Mit den Forschungsfortschritten in der Nanotechnologie, der Beschichtungstechnologie und den neuen Bindemittelphasen wird die Leistung von Hartmetall weiter verbessert und sein Anwendungsbereich wird sich weiter vergrößern.