Teil 2: Herstellungsprozess von Hartmetall
Kapitel 4: Rohstoffauswahl und Pulveraufbereitung
Wolframhartmetall wird pulvermetallurgisch aus Wolframkarbid (WC) als Hartphase und Kobalt (Co) oder Nickel (Ni) als Bindephase hergestellt. Seine Eigenschaften (Härte HV 1500–2500 ± 30, Zähigkeit K₁c 820 MPa·m¹ /² ± 0,5, Druckfestigkeit > 4000 MPa ± 100 MPa) hängen direkt von der Qualität der Rohstoffe und dem Pulveraufbereitungsverfahren ab. Die Auswahl der Rohstoffe und die Pulveraufbereitung bilden die Grundlage der Hartmetallherstellung und bestimmen die Mikrostruktur (WC-Partikelgröße 0,110 µm ± 0,01 µm, Gleichmäßigkeit der Co-Verteilung > 95 % ± 1 %) und die endgültigen Eigenschaften (Wärmeleitfähigkeit 80–120 W/m·K ± 5 W/ m· K , Korrosionsbeständigkeit pH 212).
In diesem Kapitel werden die Synthese von Wolframcarbidpulver, die Auswahl der Bindephase und Additive, die Pulvervorbehandlungstechnologie und die Methoden zur Pulvercharakterisierung detailliert analysiert. Dabei werden Prozessparameter, wissenschaftliche Prinzipien, Einflussfaktoren, Optimierungsstrategien und technische Anwendungen behandelt.
Die Pulveraufbereitung erfordert eine präzise Kontrolle der WC-Partikelgröße (0,110 μm ± 0,01 μm), Reinheit (freier Kohlenstoff <0,1 % ± 0,01 %), Bindungsphaseneigenschaften (Co/Ni-Reinheit > 99,8 % ± 0,01 %) und Pulverfluidität (1316 Sekunden/50 g ± 0,5 Sekunden), um die Sinterdichte (> 99 % ± 0,1 %) und Leistungskonsistenz (Härteabweichung <± 30 HV) sicherzustellen. Beispielsweise kann submikronisches WC-Pulver (<0,5 μm ± 0,01 μm) die Härte des Werkzeugs auf 2300 ± 30 HV erhöhen und die Lebensdauer der Luftfahrtschneidmaschine auf 15 Stunden ± 1 Stunde verlängern; Hochreines Co-Pulver (>99,9 % ± 0,01 %) verbessert die Zähigkeit des Bohrers (K ₁ c > 18 MPa·m ¹ / ² ± 0,5) und die Lebensdauer beim Bergbau übersteigt 1200 m ± 100 m.
die Leistung in Kapitel 3 durch die Quelle der WC-Härte (HV 2000 – 3000±50) und den Beitrag der Co-Zähigkeit ( K₁c 1520 MPa ·m¹/² ± 0,5) , wodurch eine theoretische und prozessuale Grundlage für die anschließende Formgebung und Sinterung geschaffen wird (Kapitel 5).
4.0 Übersicht über Hartmetallarten sowie Roh- und Hilfsstoffe
Hartmetall ist ein Hochleistungsverbundwerkstoff mit Wolframkarbid (WC) als Hartphase und Kobalt (Co) oder Nickel (Ni) als Bindephase. Es wird häufig in Schneidwerkzeugen, Formen, verschleißfesten Teilen und in anderen Bereichen verwendet. Je nach Anwendungsanforderungen und Leistungsmerkmalen kann Hartmetall in allgemeine Typen (YG-Serie), hitzebeständige/verschleißfeste Typen (YT-Serie), hochzähe/schlagfeste Typen (YW-Serie), nickelbasiertes Hartmetall (YN-Serie), hochentropische Legierungen und spezielle Typen für die additive Fertigung unterteilt werden. Die Arten und Anteile der Roh- und Hilfsstoffe variieren je nach Hartmetalltyp und Herstellungsverfahren. Generell können sie in drei Kategorien unterteilt werden: Hauptrohstoffe, Hilfsrohstoffe und Hilfsstoffe. Die Auswahl und Verwendung dieser Materialien muss den einschlägigen Normen strikt entsprechen, um die Produktqualität und Prozesskonsistenz sicherzustellen.
4.0.0 Haupttypen von Hartmetall
In der folgenden Tabelle sind die wichtigsten Hartmetallarten sowie ihre Eigenschaften, Prozessanforderungen, Anwendungsbereiche und eingehaltenen Normen detailliert aufgeführt, was die vielfältigen Anwendungsszenarien und Prozessanforderungen widerspiegelt.
| Typ | Hauptbestandteile und Eigenschaften | Prozessanforderungen | Anwendungsbereiche | Standardanforderungen |
| YG-Serie | Besteht hauptsächlich aus WC und Co, ergänzt durch Ruß, mit hoher Härte und Zähigkeit | Kontrollieren Sie die Sinteratmosphäre und -temperatur streng, um das Eindringen von Verunreinigungen zu verhindern | Schneidwerkzeuge (z. B. Drehwerkzeuge, Fräser) | Erfüllen Sie die Probenahmeanforderungen gemäß GB/T 5314-2011 und befolgen Sie den Sinterprozess gemäß GB/T 26048-2010 |
| YT-Serie | Durch Zugabe von TiC ist eine Paraffinschmierung erforderlich , um die Formbarkeit, die Hochtemperaturbeständigkeit und die Verschleißfestigkeit zu verbessern | Kontrollieren Sie die Sinteratmosphäre und Temperatur, um Verunreinigungen zu vermeiden | Hochgeschwindigkeitsschneiden (z. B. Stahlbearbeitung) | Erfüllen Sie die Probenahmeanforderungen gemäß GB/T 5314-2011 und befolgen Sie den Sinterprozess gemäß GB/T 26048-2010 |
| YW-Serie | Enthält TaC und/oder NbC , erfordert Argonschutz, ist robust und temperaturbeständig | Sicherstellung der Reinheit der Argonatmosphäre und präzise Kontrolle der Temperatur | Hochleistungsmatrizen (z. B. Stanzmatrizen) | Erfüllen Sie die Probenahmeanforderungen gemäß GB/T 5314-2011 und befolgen Sie den Sinterprozess gemäß GB/T 26048-2010 |
| YN-Serie | Ersetzen Sie Co durch Ni und fügen Sie TiN hinzu , um eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit zu erreichen | Kontrollieren Sie die Sinteratmosphäre und Temperatur, um Oxidation zu verhindern | Korrosionsbeständige Umgebung (z. B. chemische Anlagen) | Erfüllen Sie die Probenahmeanforderungen gemäß GB/T 5314-2011 und befolgen Sie den Sinterprozess gemäß GB/T 26048-2010 |
| Legierung mit hoher Entropie | Kombinationen mehrerer Elemente (wie Cr, V, Mo, W, Ta) erfordern präzises Mischen und einen HIP-Prozess, um die Einheitlichkeit zu gewährleisten | Genaues Verhältnis, HIP-Sintern erfordert kontrollierten hohen Druck (50-100 MPa) | Extreme Umgebungen (wie hohe Temperaturen und hohe Drücke ) | Erfüllen Sie die Probenahmeanforderungen gemäß GB/T 5314-2011 und befolgen Sie den Sinterprozess gemäß GB/T 26048-2010 |
| Additive Fertigung | Sphärisches Pulver, hergestellt durch Gaszerstäubung, mit Oberflächenbehandlungsmitteln zur Leistungsverbesserung | Gaszerstäubungsprozess, strenge Kontrolle von Atmosphäre und Temperatur | Additiv gefertigte Teile (zB Luft- und Raumfahrtkomponenten) | Erfüllen Sie die Probenahmeanforderungen gemäß GB/T 5314-2011 und befolgen Sie den Sinterprozess gemäß GB/T 26048-2010 |
| veranschaulichen | Alle Typen müssen den Probenahmestandards von GB/T 5314-2011 entsprechen, um die Chargenkonsistenz sicherzustellen. Der Sinterprozess wird gemäß GB/T 26048-2010 durchgeführt, wobei der Schwerpunkt auf der präzisen Kontrolle von Atmosphäre und Temperatur liegt, um das Eindringen von Verunreinigungen zu vermeiden. | |||
4.0.1 Hauptrohstoffe von Hartmetall
Die Hauptrohstoffe sind die Kernkomponenten von Hartmetall, die dessen mechanische Eigenschaften und Lebensdauer direkt beeinflussen. Nachfolgend finden Sie eine Übersicht über die wichtigsten Rohstoffe:
Wolframcarbid (WC, Wolframcarbid):
Funktion: Als harte Phase bietet es eine extrem hohe Härte (> 2000 HV) und Verschleißfestigkeit und macht 70–94 % ( Gew.- %) der Gesamtzusammensetzung aus.
: Reinheit ≥99,8 %, Korngröße 0,2–5 μm ( feine Körner 0,2–0,5 μm , grobe Körner >2 μm ) .
Anwendungsbereich: Alle Hartmetallarten.
Kobaltpulver (Co, Kobaltpulver):
Funktion: Als traditionelle Bindephase erhöht es die Zähigkeit und Biegefestigkeit. Der Gehalt beträgt üblicherweise 6–25 % ( Gew.- %).
: Reinheit ≥99,9 %, Partikelgröße 1–5 μm .
Anwendungsbereich: YG-, YT-, YW-Serie und Hochentropielegierungen.
Nickelpulver
Funktion: Ersetzt Kobalt als korrosionsbeständige Bindungsphase, verbessert die Oxidationsbeständigkeit, Gehalt 5–20 % ( Gew.- %).
: Reinheit ≥99,9 %, Partikelgröße 1–5 μm .
Anwendungsbereich: YN-Serie und additive Fertigungstypen.
Andere Carbide:
Hartmetall ( TiC )
Verbesserte Hochtemperaturbeständigkeit und Kraterverschleißfestigkeit, Gehalt 5–20 % ( Gew.- %), Reinheit ≥ 99,5 % , Partikelgröße 0,5–2 μm , geeignet für die Serien YT und YN.
Carbide ( TaC ) / Niobcarbide ( NbC )
Verbesserte Hochtemperaturfestigkeit und Verformungsbeständigkeit, Gehalt 2–10 % ( Gew.- %), Reinheit ≥ 99,5 %, Partikelgröße 0,5–3 μm , geeignet für die YW- Serie und Hochentropielegierungen.
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