Hartmetall ist ein pulvermetallurgisches Produkt, das durch Sintern harter Hartmetallpartikel mit einem metallischen Bindemittel, meist Kobalt, hergestellt wird. Das resultierende Material ist extrem hart, verschleißfest und in der Lage, auch bei hohen Temperaturen eine scharfe Schneidkante zu erhalten. Diese Eigenschaften machen Hartmetall zum Grundwerkstoff moderner Schneidwerkzeuge, Hartmetallfräser, Fräseinsätze und Verschleißteile in Branchen von der Metallbearbeitung bis zur Zahnmedizin.
Doch nicht jedes Hartmetall ist gleich. Unterschiedliche Kombinationen aus Hartmetallverbindungen und Bindemetallen erzeugen Materialien mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften hinsichtlich Härte, Zähigkeit und Temperaturbeständigkeit. Wenn Sie die Klassifizierung von Hartmetall verstehen, können Sie für jede Anwendung die passende Sorte auswählen und vorzeitigen Werkzeugausfall vermeiden.
In diesem Artikel erläutern wir die drei wichtigsten Hartmetallkategorien, die in der Zerspanungs- und Werkzeugindustrie eingesetzt werden. Jede Kategorie besitzt besondere Stärken und eignet sich dadurch besser für bestimmte Werkstückmaterialien und Schnittbedingungen. Am Ende wissen Sie, welche Sortenfamilie Sie abhängig vom zu bearbeitenden Metall, der Bearbeitungsart und der Steifigkeit Ihrer Maschinenaufspannung wählen sollten.
Wie Hartmetall klassifiziert wird
Das internationale ISO-Klassifizierungssystem gruppiert Hartmetalle nach ihrer Anwendung (Gruppen P, M und K). In den chinesischen Industriestandards, nach denen ein großer Teil des weltweiten Hartmetalls hergestellt wird, richtet sich die Klassifizierung jedoch nach der Zusammensetzung der Hartmetallphase. Es gibt drei Hauptkategorien:
- YG — Wolfram-Kobalt-Hartmetall (WC + Co)
- YT — Titan-Kobalt-Hartmetall (WC + TiC + Co)
- YW — Universelles Hartmetall (WC + TiC + TaC/NbC + Co)
Jede Kategorie umfasst mehrere Sorten mit unterschiedlichen Verhältnissen von Hartmetall zu Bindemetall und bietet Ingenieuren und Zerspanern damit eine breite Auswahl an Leistungsprofilen.
1. Wolfram-Kobalt-Hartmetall (YG-Serie)
Die YG-Serie ist die einfachste Hartmetallzusammensetzung: Wolframkarbidpartikel (WC), die mit Kobalt (Co) gebunden sind. Die Zahl nach “YG” gibt den Kobaltanteil an. YG6 enthält beispielsweise 6 % Kobalt und 94 % Wolframkarbid, während YG8 8 % Kobalt enthält.
Gängige YG-Sorten
| Sorte | Kobaltanteil | Härte | Zähigkeit | Hauptanwendung |
|---|---|---|---|---|
| YG3 | 3% | Sehr hoch | Niedrig | Schlichtbearbeitung von Gusseisen |
| YG6 | 6% | Hoch | Mittel | Schrupp- und Vorschlichtbearbeitung von Gusseisen und Nichteisenmetallen |
| YG8 | 8% | Mittel bis hoch | Hoch | Schruppbearbeitung, unterbrochene Schnitte |
Wichtige Eigenschaften
- Mehr Kobalt = höhere Zähigkeit. Ein höherer Kobaltanteil ermöglicht es dem Material, Stöße und Vibrationen aufzunehmen, ohne auszubrechen. YG8 eignet sich gut für grobe, unterbrochene Schnitte.
- Weniger Kobalt = höhere Härte und Verschleißfestigkeit. YG3 behält länger eine scharfe Schneidkante, ist jedoch spröder und für starke Stoßbelastungen ungeeignet.
- Gute Wärmeleitfähigkeit. Wolfram-Kobalt-Hartmetalle leiten Wärme effizient von der Schneidkante weg.
Typische Anwendungen
YG-Sorten sind die Standardwahl für die Bearbeitung von Gusseisen, Nichteisenmetallen (Aluminium, Kupfer, Messing) und nichtmetallischen Materialien. Sie leisten auch bei der Schruppbearbeitung gehärteter Stahl- und Edelstahlteile gute Dienste, wenn Vibrationsbeständigkeit wichtiger ist als Schutz vor Kolkverschleiß.
2. Titan-Kobalt-Hartmetall (YT-Serie)
Die YT-Serie ergänzt die Mischung aus Wolframkarbid und Kobalt um Titankarbid (TiC). Die Zahl nach “YT” bezeichnet den Titankarbidanteil. YT5 enthält 5 % TiC, YT15 enthält 15 % TiC und YT30 enthält 30 % TiC.
Gängige YT-Sorten
| Sorte | TiC-Anteil | Härte | Zähigkeit | Hauptanwendung |
|---|---|---|---|---|
| YT5 | 5% | Hoch | Mittel | Schruppbearbeitung von Stahl |
| YT15 | 15% | Sehr hoch | Niedrig bis mittel | Vorschlicht- und Schlichtbearbeitung von Stahl |
| YT30 | 30% | Extrem hoch | Niedrig | Hochgeschwindigkeits-Schlichtschnitte in Stahl |
Wichtige Eigenschaften
- Reduzierter Reibungskoeffizient. Titankarbid bildet eine Barriere, die die chemische Bindung zwischen Werkzeug und Stahlwerkstück begrenzt und dadurch den Kolkverschleiß an der Spanfläche reduziert.
- Höhere Warmhärte. TiC erhöht die Temperatur, bei der das Werkzeug seine Härte behält, und ermöglicht dadurch höhere Schnittgeschwindigkeiten.
- Erhöhte Sprödigkeit. Der Zugewinn an Härte geht mit einer geringeren Biegefestigkeit und Zähigkeit einher. YT30 ist besonders empfindlich und verträgt weder unterbrochene Schnitte noch Vibrationen.
Typische Anwendungen
YT-Sorten sind speziell für die Bearbeitung von Stahl ausgelegt. Je höher der TiC-Anteil, desto höher kann die Schnittgeschwindigkeit sein, allerdings muss der Schnitt umso ruhiger erfolgen. YT5 eignet sich für Schruppvorgänge, YT15 ist die vielseitige Standardsorte für die allgemeine Stahlbearbeitung, und YT30 ist für Hochgeschwindigkeits-Schlichtgänge auf stabilen Aufspannungen mit minimalen Vibrationen vorgesehen.
3. Universelles Hartmetall (YW-Serie)
Die YW-Serie baut auf den Zusammensetzungen von YG und YT auf und ergänzt sie um geringe Mengen seltener Metallkarbide, typischerweise Tantalkarbid (TaC) und Niobkarbid (NbC). Diese Zusätze verfeinern die Kornstruktur und verbessern mehrere Leistungseigenschaften gleichzeitig.
Gängige YW-Sorten
| Sorte | Eigenschaften | Hauptanwendung |
|---|---|---|
| YW1 | Ausgewogenes Verhältnis von Härte und Zähigkeit | Vorschlichtbearbeitung schwieriger Materialien |
| YW2 | Höhere Zähigkeit als YW1 | Schrupp- und Vorschlichtbearbeitung |
| YA6 | Gute Allround-Leistung | Allgemeine Bearbeitung von legierten Stählen |
Wichtige Eigenschaften
- Verbesserte Warmhärte und Oxidationsbeständigkeit. Die Zusätze seltener Karbide sorgen dafür, dass das Werkzeug auch bei hohen Temperaturen leistungsfähig bleibt, bei denen YG- und YT-Sorten weicher würden.
- Bessere Verschleißfestigkeit ohne übermäßige Sprödigkeit. Tantal- und Niobkarbide verfeinern die Kornstruktur und erzeugen bei ähnlichen Härtegraden ein zäheres Material als vergleichbare YT-Sorten.
- Echte Vielseitigkeit. YW-Sorten können Stahl, Gusseisen, Nichteisenmetalle und Sonderlegierungen bearbeiten. Das ist praktisch, wenn eine Werkstatt ein Werkzeug für unterschiedliche Arbeiten benötigt.
Typische Anwendungen
YW-Sorten sind für schwer zerspanbare Materialien vorgesehen: hochfeste Stähle, hitzebeständige Superlegierungen, Edelstahl und Titanlegierungen. Ihre vielseitigen Einsatzmöglichkeiten machen sie außerdem für Lohnfertiger nützlich, die verschiedene Metalle bearbeiten und nicht viele spezialisierte Sorten bevorraten können. Der wichtigste Nachteil sind die Kosten, da YW-Sorten deutlich teurer als entsprechende YG- oder YT-Sorten sind.
Die richtige Hartmetallsorte auswählen
Für die Auswahl der richtigen Sorte müssen die Eigenschaften des Hartmetalls an Ihre konkreten Bearbeitungsbedingungen angepasst werden. Hier ist ein praktischer Entscheidungsrahmen:
- Bestimmen Sie das Werkstückmaterial. Gusseisen und Nichteisenmetalle sprechen für YG-Sorten. Kohlenstoff- und legierte Stähle sprechen für YT-Sorten. Edelstahl, Superlegierungen und Arbeiten mit gemischten Materialien sprechen für YW-Sorten.
- Bestimmen Sie die Bearbeitungsart. Schruppen mit unterbrochenen Schnitten erfordert hohe Zähigkeit (höherer Kobaltanteil, niedrigerer TiC-Anteil). Schlichten bei hoher Geschwindigkeit erfordert hohe Härte und Warmhärte (niedrigerer Kobaltanteil, höherer TiC-Anteil).
- Bewerten Sie die Steifigkeit der Aufspannung. Flexible Aufspannungen mit Vibrationen begünstigen zähere Sorten wie YG8 oder YT5. Steife Aufspannungen auf stabilen Maschinen können die Härte von YG3 oder YT30 nutzen.
- Berücksichtigen Sie Kosten und Standzeit. YW-Sorten halten bei schwierigen Materialien länger, kosten jedoch zunächst mehr. Für Standardarbeiten an Stahl und Gusseisen bieten YG- und YT-Sorten ein besseres Preis-Leistungs-Verhältnis.
Im Zweifelsfall beginnen Sie mit einer Sorte aus dem mittleren Bereich der passenden Kategorie. YG6 ist ein sicherer Ausgangspunkt für Gusseisenarbeiten, YT15 deckt die meisten Bearbeitungssituationen bei Stahl ab, und YW1 ist eine zuverlässige erste Wahl für Edelstahl und Superlegierungen. Passen Sie anschließend den Kobalt- oder TiC-Anteil an, je nachdem, ob Sie unter Ihren spezifischen Bedingungen mehr Zähigkeit oder höhere Verschleißfestigkeit benötigen.
Eine ausführlichere Betrachtung der Verwendung von Hartmetall in dentalen rotierenden Instrumenten finden Sie in unserem Leitfaden zu Hartmetallfräsern. Wenn Sie Hartmetallwerkzeuge mit Diamantalternativen vergleichen, erläutert unser Artikel über Diamantschleifer im Vergleich zu Hartmetallfräsern die Leistungsunterschiede ausführlich.
Zusammenfassender Vergleich aller drei Kategorien
| Eigenschaft | YG (Wolfram-Kobalt) | YT (Titan-Kobalt) | YW (Allgemeiner Einsatz) |
|---|---|---|---|
| Zusammensetzung | WC + Co | WC + TiC + Co | WC + TiC + TaC/NbC + Co |
| Härte | Mittel-hoch | Hoch bis sehr hoch | Hoch |
| Zähigkeit | Hoch | Niedrig bis mittel | Mittel-hoch |
| Verschleißfestigkeit | Gut | Sehr gut | Sehr gut |
| Geeignet für | Gusseisen, Nichteisenmetalle | Stahl | Schwierige Legierungen, gemischte Arbeiten |
| Kosten | Niedrig | Mittel | Hoch |
Die Klassifizierung von Hartmetall mag technisch erscheinen, doch die grundlegende Logik ist einfach: Kobalt steuert die Zähigkeit, Titancarbid die Härte und das Verschleißverhalten bei Stahl, während Zusätze seltener Carbide eine ausgewogene Leistung für anspruchsvollste Anwendungen ermöglichen. Stimmen Sie die Sorte auf Material und Bearbeitung ab, damit Ihre Schneidwerkzeuge bestmöglich arbeiten.
