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Unter Hartmetallen versteht man gesinterte Carbidhartmetalle. Kennzeichnend für die Hartmetalle sind sehr hohe Härte, Verschleißfestigkeit und besonders die hohe Warmhärte. Sie finden daher eine ausgedehnte Anwendung in der Bestückung von Werkzeugen und Teilen für die Zerspanung, spanlose Formgebung und bei reibendem Verschleiß. Hartmetall gehört den Verbundwerkstoffen an.

Hartmetall besteht meistens aus 90R11;94 % Wolframcarbid (Verstärkungsphase) und 6R11;10 % Cobalt (Matrix, Bindemittel, Zähigkeitskomponente). Die Wolframcarbidkörner sind durchschnittlich etwa 0,5R11;1 Mikrometer groß. Das Cobalt füllt die Zwischenräume.

Gegossenes Hartmetall, das noch sehr viel in der Bearbeitung von frischem Holz verwendet wird, bezeichnet man als Stellite. Der Vorteil von Stellite bei einer Holzsägeanwendung ist, dass es vergleichsweise einfach auf den Sägengrundkörper aufzulöten ist. Anschließend kann es mit kostengünstigen Schleifscheiben in die gewünschte Geometrie geschliffen werden. Stellitsägen können öfter geschärft werden als Hartmetallsägen.

Das Sintern beruht darauf, dass man hochschmelzende Hartstoffe im fein zerkleinerten Zustand mit einem leichter schmelzenden zweiten Stoff (Zusatzkörper) mischt und auf Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes des schwer schmelzbaren Anteils (Carbide) erhitzt, wobei die Temperatur und Zeitdauer der Erhitzung so gewählt werden, dass die Carbide zusammenbacken. Bei dünnen Holzsägen ist es problematisch die Hartmetallschneide fest auf den Sägengrundkörper aufzubringen. Selbst bei einer Fertigung mit Plasmaschweißgeräten kommt es immer wieder zu Zahnausfall während des Einsatzes der Säge. Ein weiterer Nachteil ist dass Hartmetallsägen mit einer teuren Diamantschleifscheibe geschärft werden müssen, während der Grundkörper mit einer Steinscheibe geschärft werden soll, da der Sägegrundkörper aus weicherem Stahl besteht und somit die Diamantschleifscheibe verkleben würde.

Je nach Zerspanungsanwendung werden Hartmetalle in verschiedene Gruppen (P, M, K) unterteilt:

1. P-Hartmetalle (Kennzeichnungsfarbe: blau) haben einen verhältnismäßig großen Anteil an Titan- und Tantalcarbid (TiC bzw. TaC), und werden zur Bearbeitung von langspanenden Werkstoffen verwendet, zum Beispiel Stahl, Stahlguss, langspanender Temperguss.

2. Die fast TiC- und TaC-freien Hartmetalle der K-Gruppe (Kennzeichnungsfarbe: rot) werden bevorzugt für die Bearbeitung von kurzspanenden Werkstoffen verwendet, zum Beispiel

3. Eisenguss, NE-Metallen (Nicht-Eisen-Metalle), gehärtete Stähle, Holz und für Kunststoff verwendet.

4. Die Hartmetalle der M-Gruppe (Kennzeichnungsfarbe: gelb) können als Übergang zwischen P- und K-Hartmetallen angesehen werden. Man bezeichnet sie als Mehrzwecksorte, das Einsatzgebiet sind zum Beispiel Stahl, austenitische Stähle, Automatenstähle, Manganhartstahl.

5. Die Hartmetalle der N-Gruppe (Kennzeichnungsfarbe: grün) werden für die Bearbeitung von Nichteisenmetallen, hauptsächlich Aluminiumlegierungen, und Nichtmetallen verwendet.

6. Die Hartmetalle der S-Gruppe (Kennzeichnungsfarbe: orange) sind für die Bearbeitung von warmfesten Superlegierungen wie Titanlegierungen oder Nickelbasislegierungen (z.B. Hastelloy) vorgesehen.

Die Hartmetalle der H-Gruppe (Kennzeichnungsfarbe: weiß) eignen sich für die Zerspanung von gehärteten Werkstoffen (HRC > 45).
Der Sortenkennzeichnung folgt eine Kennzahl, die das Verschleißverhalten und die Zähigkeit beschreibt. Je kleiner die Zahl, umso größer ist der Verschleißwiderstand, aber umso geringer die Zähigkeit. Typische Kennzahlen sind: 01, 10, 20, 30, 40, 50 (z. B. P 01, M 30, K 05). Endungen F, bzw. UF bedeuten fein bzw. ultrafein (z. B. K40UF)

HSS

Schnellarbeitsstahl (HSS oder nach neuer Normung HS) besitzt gegenüber Hartmetall den oft entscheidenden Vorteil einer höheren Zähigkeit und Kantenfestigkeit, was größere Spanwinkel erlaubt. Ein größerer Spanwinkel bedeutet einen kleineren Keilwinkel wodurch die Schnittkraft sinkt und dünnere Späne möglich sind. Dünnwandige oder weiche Werkstücke lassen sich damit wesentlich besser bearbeiten. Wegen der guten Formgebungsmöglichkeiten des HSS lassen sich daraus nahezu alle erdenklichen Fräser anfertigen. Je nach Anwendungsfall können sie mit verschiedenen Hartstoffbeschichtungen versehen sein.

Hartmetall, Keramik und Cermet

Vollfräser aus Hartmetall sind über pulvermetallurgisches Sintern hergestellte Werkzeuge für spezielle Fräsarbeiten an hochfesten Edelstählen oder gehärteten Stählen, bei denen sich der Einsatz von Wendeschneidplatten wegen fehlender Formgebungsmöglichkeiten verbietet. Moderne Fräser aus Hartmetall eignen sich zum High Speed Cutting oder High Performance Cutting.

Wendeschneidplatten aus Hartmetall oder Keramik erhöhen die Wirtschaftlichkeit beträchtlich, da bei Werkzeugschneidenverschleiß nicht das Werkzeug, meist ein Messerkopf, getauscht, sondern nur die einzelnen Schneidplatten gedreht bzw. gewechselt werden müssen.

Fräser aus Cermet sind zwar verschleißfest, haben sich aber aufgrund der geringen Biegebruchfestigkeit nicht durchgesetzt.

Bei Hartmetallschneidstoffen ist für Kühlung zu sorgen, da hier die Schneidfähigkeit des Werkstoffes bei hoher Temperatur stark abnimmt und der Verschleiß zunimmt. In der Praxis bedeutet dies, dass Kühlflüssigkeit mit bis zu 14 bar den Fräser abkühlt (Sattstrahlkühlung). In vielen Fällen kann eine ausreichende Versorgung mit Kühlflüssigkeit speziell beim Fräsen jedoch nicht gewährleistet werden und es kommt zu einer starken thermischen Wechselbelastung. Als Folge treten Kamm- und Querrisse im Hartmetall auf. Dies kann nur durch den Verzicht auf Kühl- und Schmiermittel verhindert werden.

Bei den sehr warmharten Schneidkeramiken, die extrem empfindlich auf Temperaturwechsel und Thermoschockbeanspruchung reagieren, wird bis auf seltene Sonderfälle immer auf eine Kühlung verzichtet. Bei den gekühlten Keramiken kommt hinzu, dass die Temperaturdifferenz zwischen ungekühlter Schneidenkante, bis zu der der Kühlschmierstoff nicht gelangt, und dem gekühlten Rest der Schneidplatte infolge Wärmespannung Haarrisse auftreten und damit die Standzeit wesentlich herabgesetzt wird.

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