Hartmetall wird durch Pulvermetallurgie hergestellt. Dabei werden Metallkarbide (Wolframkarbid WC, Titankarbid TiC, Tantalkarbid TaC, Niobkarbid NbC usw.) mit hoher Härte und hohem Schmelzpunkt als Hartphase sowie metallisches Kobalt, Aluminium oder Nickel als Bindemittelphase verwendet. Diese werden in Pulverform in einem bestimmten Verhältnis gemischt, in Form gepresst und unter hoher Temperatur und hohem Druck gesintert.
Da der Anteil an Hartstoffen mit hohem Schmelzpunkt und hoher Härte im Hartmetall denjenigen im Schnellarbeitsstahl deutlich übersteigt, ist die Raumhärte von Hartmetall sehr hoch (89~93HRA entsprechen 78~82HRC), die Schmelzbeständigkeit ist gut, die Warmhärte kann 800℃~1000℃ oder mehr erreichen, und die zulässige Schnittgeschwindigkeit ist 4~7-mal höher als bei Schnellarbeitsstahl. Hartmetall ist der wichtigste Werkzeugwerkstoff für die Zerspanung nach Schnellarbeitsstahl. Die Biegefestigkeit von gewöhnlichem Hartmetall beträgt jedoch nur 1/3~1/2 derjenigen von Schnellarbeitsstahl, und die Schlagzähigkeit nur 1/35~1/4 (d. h. es ist spröder), weshalb seine Widerstandsfähigkeit gegenüber Stößen und Biegung relativ gering ist.
Die mechanischen Eigenschaften von Hartmetall werden hauptsächlich durch die Art, Menge und Pulverkorngröße der Hartstoffphase sowie den Bindemittelgehalt des Hartmetalls bestimmt. Je höher die Härte und der Schmelzpunkt des Hartstoffs, desto besser die Warmhärte des Hartmetalls. Da Härte und Schmelzpunkt des Hartstoffs als Hartphase deutlich höher sind als die des Bindemittels, führt ein höherer Hartstoffanteil im Hartmetall zu höherer Härte, jedoch zu geringerer Biegefestigkeit. Mit steigendem Bindemittelanteil verbessern sich Festigkeit und Zähigkeit. Wenn der Bindemittelgehalt konstant bleibt, bildet das feinere Hartstoffpulver eine dünnere Bindemittelschicht, was einer relativen Verringerung des Bindemittelanteils entspricht, die Härte erhöht und die Biegefestigkeit verringert. Wird das Hartstoffpulver verfeinert, ohne die Dicke der Bindemittelschicht zu reduzieren, kann die Härte erhöht werden, ohne die Biegefestigkeit zu verringern.
Anwendungsbereiche gängiger Hartmetalle
| Marke | Leistungsdaten | Anwendungsbereich |
| YG3 | Unter den YG-Legierungen ist ihre Verschleißfestigkeit nur geringer als die von YG3X und YC6A. Sie ermöglicht höhere Schnittgeschwindigkeiten, ist jedoch empfindlich gegenüber Stößen und Vibrationen. | Geeignet für das kontinuierliche Schlichten und Vorschlichten von Gusseisen, Nichteisenmetallen und deren Legierungen sowie nichtmetallischen Werkstoffen |
| YG3X | Es handelt sich um eine feinkörnige Legierung, den verschleißfestesten Typ unter den YG-Legierungen, jedoch mit geringer Schlagzähigkeit. | Geeignet zum Schlichten und Ausbohren von Gusseisen, Nichteisenmetallen und deren Legierungen sowie zum Schlichten von gehärtetem Stahl und Wolframwerkstoffen |
| YC6 | Sie weist eine hohe Verschleißfestigkeit auf, die jedoch geringer ist als bei YC6X, YG3X und YG3. | Geeignet zum Schruppdrehen beim kontinuierlichen Schneiden, zum Vorschlichten und Schlichten beim unterbrochenen Schneiden von Gusseisen, Nichteisenmetallen und deren Legierungen sowie nichtmetallischen Werkstoffen |
| YC6X | Es handelt sich um eine Feinkornlegierung; ihre Verschleißfestigkeit ist höher als bei YC6, und ihre Gebrauchsfestigkeit liegt nahe an der von YC6. | Geeignet zur Bearbeitung von Hartgusseisen, legiertem Gusseisen und hitzebeständigem Stahl, außerdem zum Schlichten von gewöhnlichem Gusseisen; kann zur Herstellung kleiner Werkzeuge für die Maschineninstrumentenindustrie verwendet werden |
| YG8 | Sie weist eine höhere Gebrauchsfestigkeit und eine bessere Schlag- und Vibrationsbeständigkeit als YC6 auf, jedoch eine geringere Verschleißfestigkeit und zulässige Schnittgeschwindigkeit. | Geeignet zur Grobbearbeitung von Gusseisen, Nichteisenmetallen und deren Legierungen sowie nichtmetallischen Werkstoffen |
| YG8C | Es handelt sich um eine Grobkornlegierung mit höherer Gebrauchsfestigkeit, die nahe an YGI1 liegt. | Geeignet für Drehwerkzeuge, Hobelwerkzeuge usw. beim Schneiden unter hoher Belastung |
| YG6A | Es handelt sich um eine Feinkornlegierung; ihre Verschleißfestigkeit und Gebrauchsfestigkeit ähneln denen von YC6X. | Geeignet zum Vorschlichten von Hartgusseisen, Graugusseisen, Sphäroguss, Nichteisenmetallen und deren Legierungen sowie hitzebeständigen legierten Stählen. Es kann außerdem zum Vorschlichten und Schlichten von hochmanganhaltigem Stahl, Hartstahl und legierten Stählen verwendet werden |
| YT5 | Es weist unter den YT-Legierungen die höchste Festigkeit sowie die beste Schlag- und Vibrationsbeständigkeit, jedoch eine geringe Verschleißfestigkeit auf. | Geeignet zum Schruppdrehen, Grobhobeln, Vorschlichten beim Hobeln, Schruppfräsen und Bohren unterbrochener Flächen aus Kohlenstoffstahl und legiertem Stahl |
| YT14 | Es weist eine hohe Gebrauchsfestigkeit sowie eine gute Schlag- und Vibrationsbeständigkeit auf, ist jedoch etwas schlechter als YT5; außerdem sind Verschleißfestigkeit und zulässige Schnittgeschwindigkeit höher als bei YT5. | Geeignet zum Schruppdrehen von Kohlenstoffstahl und legiertem Stahl, zum Vorschlichten und Schlichten beim unterbrochenen Schneiden sowie zum Schruppfräsen kontinuierlicher Flächen |
| YT15 | Es weist eine bessere Verschleißfestigkeit als YT14 auf, jedoch ist die Schlagzähigkeit schlechter als bei YT14 | Geeignet zum Schruppdrehen, für das Vorschlichten und Schlichten beim kontinuierlichen Schneiden, zum Schlichten von Abschnitten beim unterbrochenen Schneiden sowie zum Schlichten und Vorschlichten kontinuierlicher Flächen beim Bearbeiten von Kohlenstoffstahl und legiertem Stahl |
| YT30 | Verschleißfestigkeit und zulässige Schnittgeschwindigkeit sind höher als bei YT15, jedoch sind Gebrauchsfestigkeit und Schlagzähigkeit gering, und beim Schweißen und Schleifen entstehen leicht Risse | Geeignet zum Schlichten von Kohlenstoffstahl und legiertem Stahl, beispielsweise zum Schlichten kleiner Querschnitte, zum Fertigbohren und zum Fertigaufweiten |
| YW1 | Die Einsatzmöglichkeiten von YT-Legierungen wurden erweitert; sie können bestimmte Stoßbelastungen aushalten und sind vielseitig einsetzbar | Geeignet zum Schlichten schwer zerspanbarer Werkstoffe wie hitzebeständigem Stahl, hochmanganhaltigem Stahl und nichtrostendem Stahl sowie zum Schlichten von gewöhnlichem Stahl, Gusseisen und Nichteisenmetallen |
| YW2 | Die Verschleißfestigkeit ist geringfügig schlechter als die der YWI-Legierung, jedoch ist die Gebrauchsfestigkeit höher und es können größere Stoßbelastungen ausgehalten werden | Geeignet zum Schlichten und Vorschlichten schwer zerspanbarer Stähle wie hitzebeständigem Stahl, hochmanganhaltigem Stahl, nichtrostendem Stahl und hochwertigem legiertem Stahl sowie zum Schlichten von gewöhnlichem Stahl, Gusseisen und Nichteisenmetallen |
| YN1O | Gute Verschleiß- und Wärmebeständigkeit; die Härte entspricht der von YT30, die Festigkeit ist geringfügig höher als bei YT30, und die Schweiß- und Schleifeigenschaften sind besser als bei YT30 | Geeignet für das kontinuierliche Oberflächenschlichten von Kohlenstoffstahl, legiertem Stahl, nichtrostendem Stahl, Werkzeugstahl und gehärtetem Stahl. Besonders gute Bearbeitungsergebnisse werden bei längeren Teilen und Teilen mit geringen Anforderungen an die Oberflächenrauheit erzielt |
| YNO5 | Die Härte und Verschleißfestigkeit sind unter den Hartmetallen am höchsten und die Verschleißfestigkeit kommt der von Keramik nahe, jedoch sind die Schlag- und Vibrationsfestigkeit gering | Geeignet für das Hochgeschwindigkeits-Schlichten T von Stahl, gehärtetem Stahl, legiertem Stahl, Gusseisen und legiertem Gusseisen sowie für das Schlichten schlanker Teile bei besonders hoher Steifigkeit des Bearbeitungssystems |
Generell besteht zwischen der Verschleißfestigkeit und der Zähigkeit von Hartmetall ein Widerspruch: Eine Verbesserung der Verschleißfestigkeit führt zu einer Verringerung der Zähigkeit, während eine Verbesserung der Zähigkeit zwangsläufig eine Verringerung der Verschleißfestigkeit zur Folge hat. Daher müssen bei der Auswahl der Legierungssorten die konkreten Anforderungen entsprechend dem Bearbeitungsobjekt und den Bearbeitungsbedingungen erfüllt werden.
Wenn die ausgewählte Sorte bei der Verwendung zu frühzeitigem Reißen und Beschädigungen neigt, empfiehlt es sich, eine Sorte mit höherer Zähigkeit auszuwählen. Wenn die ausgewählte Sorte bei der Verwendung zu frühzeitigem Verschleiß und Beschädigungen neigt, empfiehlt es sich, eine Sorte mit höherer Härte und besserer Verschleißfestigkeit auszuwählen. Bei den folgenden Sorten: YG15C, YG18C, YG20C, YL60, YG22C, YG25C nehmen die Härte und die Verschleißfestigkeit von links nach rechts ab, während die Zähigkeit zunimmt; umgekehrt gilt das Gegenteil.
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Marktentwicklung der Metallpulverspritzgussindustrie (MIM)
Integration der Formkontrolle für kostengünstige pulvermetallurgische Titanlegierungen