Sinterkarbid

Was ist Sinterkarbid?

Sinterkarbid ist der Oberbegriff für Verbundlegierungen, die durch Hinzufügen von Eisenmetallen zu Metallen der Gruppen 4-6 des Periodensystems hergestellt werden.

Besonders verbreitet sind WC-Co-Legierungen, bei denen Kobalt mit Wolframkarbid verbunden ist. Sie sind extrem hart und können ihre Härte bei Raumtemperatur auch bei hohen Temperaturen beibehalten. Sie sind außerdem fest und widerstandsfähig gegenüber äußeren Kräften wie Biegung.

Anwendungen von Sinterkarbiden

Sinterkarbide werden in Bereichen eingesetzt, in denen eine hohe Verschleißfestigkeit erforderlich ist. Sie werden insbesondere in Schneid- und Polierwerkzeugen für die Glas-, Kunststoff- und Metallbearbeitung eingesetzt. Sie eignen sich auch für Anwendungen wie Bohrer zum Bohren von Löchern in Gestein und Beton, Düsen für Industrieprodukte, Rohre für Elektroden, Stifte für Punktdrucker und Stanzstifte.

Sinterkarbid hat nach Diamant die zweithärtesten Eigenschaften und behält seine Härte auch bei hohen Temperaturen bei. Sie sind außerdem fest und verbiegen sich nicht leicht unter Belastung. Sie werden in Bereichen eingesetzt, in denen diese Eigenschaften genutzt werden können.

Funktionsweise von Sinterkarbiden

Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei Sinterkarbiden um Verbundlegierungen, die durch Bindung (Sintern) von Metalloxiden von Metallen der Gruppen 4-6 des Periodensystems mit Metallen auf Eisenbasis hergestellt werden.

Die folgenden neun Metalle gehören zu den Gruppen 4-6 des Periodensystems:

• W (Wolfram)
• Cr (Chrom)
• Mo (Molybdän)
• Ti (Titan)
• Zr (Zirkonium)
• Hf (Hafnium)
• V (Vanadium)
• Nb (Niobium)
• Ta (Tantal)

Die häufigsten Eisenmetalle sind:

• Fe (Eisen)
• Co (Kobalt)
• Ni (Nickel)

Am typischsten sind die WC-Co-Legierungen, die durch Zugabe von Kobalt als Bindemittel zu Wolframkarbid hergestellt werden.

Verfahren zur Herstellung von Sinterkarbid

Sinterkarbide werden in einem speziellen Verfahren, der Pulvermetallurgie, hergestellt. Der Grund dafür ist, dass der Schmelzpunkt von Wolframcarbid, dem Hauptmaterial für Sinterkarbid, bei bis zu 2900 °C liegt, was die Herstellung durch Schmelzen wie Eisen erschwert.

Die Pulvermetallurgie ist ein Herstellungsverfahren, bei dem Metallpulver gepresst und anschließend gehärtet wird. Sinterkarbide werden durch Mischen von Wolframkarbid-Metallpulver und Metallpulver wie Kobalt als Bindemittel, Pressen und anschließendes Sintern bei hohen Temperaturen zwischen 1300 °C und 1500 °C hergestellt.

Durch Änderung der Metallpulvermischung können verschiedene Verbundlegierungen hergestellt werden, je nach Anwendung. Gegenwärtig gibt es neben dem „WC-Co-System“ viele andere Typen, die entwickelt wurden, darunter das „WC-TiC-Co-System“, das „WC-TaC-Co-System“ und das „WC-TiC-TaC-Co-System“.

Verfahren zur Bearbeitung von Sinterkarbiden

Sinterkarbid ist so hart, dass es mit normalen Methoden nicht bearbeitet werden kann. Daher werden sie entweder mit Diamanten bearbeitet, die härter sind als Sinterkarbid, oder mit gepulster Energieentladung.

1. Bearbeitung mit Diamanten

Da Diamant sehr teuer ist, wird das Diamantschleifmittel auf einer Scheibe zum Schneiden und Schleifen verwendet. Der Nachteil ist, dass der zu schneidende Diamantanteil klein ist und der Schnitt nach und nach erfolgt, was den Prozess zeitaufwändig macht. Aus diesem Grund wurden in letzter Zeit Werkzeuge entwickelt, bei denen das Schneidewerkzeug selbst mit einem Diamantfilm beschichtet ist.

2. Funkenerosive Bearbeitung

Die funkenerosive Bearbeitung umfasst die Drahtbearbeitung und das Formbohren. Bei der Drahtbearbeitung werden Drähte über und unter das Material gespannt und unter Ableitung von Strom aus den Drähten geschnitten. Das Formbohren bezieht sich auf ein Verfahren, bei dem das Material in eine Flüssigkeit gelegt und die Elektrode in die Nähe der Flüssigkeit gebracht wird, während Strom entladen wird, um das Metall zu schmelzen.

Weitere Informationen zu Sinterkarbiden

Normen für Sinterkarbide

Ein Beispiel für eine Norm für Sinterkarbid ist JIS B 4053 (2013): Classification for use and nomenclature of cemented carbide tool materials for cutting. Die Notation für Sinterkarbid ist eine Kreuzung zwischen der Klassifizierung nach Schneidwerkzeugmaterial (HW-Teil) und der Klassifizierung nach Werkstückmaterial (P20-Teil), wie in HW-P20.

Dies zeigt, welche Art von Material und welches Werkstück mit dem Werkzeug bearbeitet werden kann. Sinterkarbide auf Wolframkarbidbasis werden nach der Korngröße in HW und HF eingeteilt, wobei HW eine durchschnittliche Korngröße von 1 µm oder mehr und HF eine durchschnittliche Korngröße von weniger als 1 µm aufweist.

Zwei Arten von Sinterkarbiden, HT und HC, sind ebenfalls in der einschlägigen Norm aufgeführt: HT steht für Cermet, das hauptsächlich aus Titan-, Tantal- und Niobkarbiden und -nitriden mit einem geringen Wolframkarbidgehalt besteht; HC steht für beschichtetes Sinterkarbid, das eine Sinterkarbidlegierung mit einer Oberfläche aus Karbiden, Nitriden, Oxiden und Diamanten ist. HC steht für beschichtete Sinterkarbide, Nitride, Oxide und Diamanten, die in einer oder mehreren Schichten auf der Oberfläche des Sinterkarbids beschichtet sind.