Hartmetall ist ein pulvermetallurgisches Produkt, das durch Sintern harter Karbidpartikel mit einem metallischen Bindemittel, meist Kobalt, hergestellt wird. Das resultierende Material ist extrem hart, verschleißfest und kann auch bei hohen Temperaturen eine scharfe Schneidkante behalten. Diese Eigenschaften machen Hartmetall zum Rückgrat moderner Schneidwerkzeuge, Hartmetallfräser, Fräseinsätze und Verschleißteile in Branchen von der Metallbearbeitung bis zur Zahnmedizin.
Doch nicht jedes Hartmetall ist gleich. Unterschiedliche Kombinationen aus Karbidverbindungen und Bindemetallen erzeugen Materialien mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften hinsichtlich Härte, Zähigkeit und Wärmebeständigkeit. Das Verständnis der Hartmetallklassifizierung hilft Ihnen, für jede Anwendung die richtige Sorte auszuwählen und einen vorzeitigen Werkzeugausfall zu vermeiden.
In diesem Artikel erläutern wir die drei wichtigsten Hartmetallkategorien, die in der Zerspanungs- und Werkzeugindustrie verwendet werden. Jede Kategorie besitzt spezifische Stärken und eignet sich daher besser für bestimmte Werkstückmaterialien und Schnittbedingungen. Am Ende wissen Sie, welche Sortenfamilie Sie abhängig vom zu bearbeitenden Metall, der Bearbeitungsart und der Steifigkeit Ihrer Maschineneinrichtung wählen sollten.
Wie Hartmetall klassifiziert wird
Das internationale ISO-Klassifizierungssystem ordnet Hartmetalle nach ihrer Anwendung (Gruppen P, M und K), während die Klassifizierung in chinesischen Industriestandards, nach denen ein großer Teil des weltweiten Hartmetalls hergestellt wird, der Zusammensetzung der Karbidphase folgt. Es gibt drei Hauptkategorien:
- YG — Wolfram-Kobalt-Hartmetall (WC + Co)
- YT — Titan-Kobalt-Hartmetall (WC + TiC + Co)
- YW — Hartmetall für allgemeine Anwendungen (WC + TiC + TaC/NbC + Co)
Jede Kategorie umfasst mehrere Sorten mit unterschiedlichen Verhältnissen von Karbid zu Bindemetall und bietet Ingenieuren und Zerspanern dadurch eine große Auswahl an Leistungsprofilen.
1. Wolfram-Kobalt-Hartmetall (YG-Serie)
Die YG-Serie besitzt die einfachste Hartmetallzusammensetzung: Wolframkarbid- (WC-) Partikel, die mit Kobalt (Co) gebunden sind. Die Zahl nach “YG” gibt den Kobaltanteil an. Beispielsweise enthält YG6 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 | Schruppbearbeitung von Gusseisen und Nichteisenmetallen |
| YG8 | 8% | Mittel-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 ab.
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 von gehärteten Stahl- und Edelstahlteilen gute Arbeit, wenn Vibrationsbeständigkeit wichtiger ist als die Beständigkeit gegen Kolkverschleiß.
2. Titan-Kobalt-Hartmetall (YT-Serie)
Die YT-Serie ergänzt die Mischung aus Wolframkarbid und Kobalt um Titankarbid (TiC). Die Zahl nach “YT” steht für 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-mittel | Schrupp- und Schlichtbearbeitung von Stahl |
| YT30 | 30% | Extrem hoch | Niedrig | Hochgeschwindigkeits-Schlichtschnitte bei 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 Vorteil der höheren 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, jedoch muss der Schnitt umso gleichmäßiger erfolgen. YT5 eignet sich für Schrupparbeiten, YT15 ist die universelle Sorte für die allgemeine Stahlbearbeitung und YT30 ist für Hochgeschwindigkeits-Schlichtdurchgänge auf stabilen Maschinen mit minimalen Vibrationen vorgesehen.
3. Hartmetall für allgemeine Anwendungen (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 | Schlichtbearbeitung schwieriger Materialien |
| YW2 | Höhere Zähigkeit als YW1 | Schrupp- und Schrupp-Schlichtbearbeitung |
| YA6 | Gute Allround-Leistung | Allgemeine Bearbeitung von legierten Stählen |
Wichtige Eigenschaften
- Verbesserte Warmhärte und Oxidationsbeständigkeit. Die seltenen Karbidzusätze sorgen dafür, dass das Werkzeug auch bei hohen Temperaturen leistungsfähig bleibt, bei denen YG- und YT-Sorten weich werden würden.
- Bessere Verschleißfestigkeit ohne übermäßige Sprödigkeit. Tantal- und Niobkarbide verfeinern die Kornstruktur und erzeugen bei vergleichbaren Härtegraden ein zäheres Material als entsprechende YT-Sorten.
- Hohe Vielseitigkeit. YW-Sorten können Stahl, Gusseisen, Nichteisenmetalle und Speziallegierungen bearbeiten. Dadurch sind sie praktisch, wenn eine Werkstatt ein Werkzeug für unterschiedliche Arbeiten benötigt.
Typische Anwendungen
YW-Sorten sind für schwer zerspanbare Materialien vorgesehen: hochfester Stahl, hitzebeständige Superlegierungen, Edelstahl und Titanlegierungen. Ihre breite Einsatzfähigkeit macht sie auch für Lohnfertiger nützlich, die eine Vielzahl von Metallen 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
Die Auswahl der richtigen Sorte erfordert eine Abstimmung der Hartmetalleigenschaften auf Ihre spezifischen Bearbeitungsbedingungen. Hier ist ein praktischer Entscheidungsrahmen:
- Werkstückmaterial bestimmen. 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.
- Bearbeitungsart bestimmen. Schrupparbeiten mit unterbrochenen Schnitten erfordern hohe Zähigkeit (mehr Kobalt, weniger TiC). Hochgeschwindigkeits-Schlichten erfordert hohe Härte und Warmhärte (weniger Kobalt, mehr TiC).
- Steifigkeit der Einrichtung bewerten. Flexible Einrichtungen mit Vibrationen begünstigen zähere Sorten wie YG8 oder YT5. Steife Einrichtungen auf stabilen Maschinen können die Härte von YG3 oder YT30 nutzen.
- Kosten und Standzeit abwägen. YW-Sorten halten bei schwierigen Materialien länger, kosten jedoch anfänglich mehr. Für die Standardbearbeitung von Stahl und Gusseisen bieten YG- und YT-Sorten ein besseres Preis-Leistungs-Verhältnis.
Wenn Sie unsicher sind, beginnen Sie mit einer mittleren Sorte innerhalb der geeigneten Kategorie. YG6 ist ein sicherer Ausgangspunkt für Gusseisen, YT15 deckt die meisten Situationen bei der Stahlbearbeitung 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.
Weitere Informationen zur Verwendung von Wolframkarbid in dentalen rotierenden Instrumenten finden Sie in unserem Leitfaden zu Hartmetallfräsern. Wenn Sie Hartmetallwerkzeuge mit Diamantalternativen vergleichen, erläutert unser Artikel über Diamantschleifer und Hartmetallfräser die Leistungsunterschiede ausführlich.
Zusammenfassender Vergleich aller drei Kategorien
| Eigenschaft | YG (Wolfram-Kobalt) | YT (Titan-Kobalt) | YW (Allgemeine Anwendung) |
|---|---|---|---|
| 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 |
| Am besten geeignet für | Gusseisen, Nichteisenmetalle | Stahl | Schwierige Legierungen, gemischte Arbeiten |
| Kosten | Niedrig | Mittel | Hoch |
Die Hartmetallklassifizierung mag technisch erscheinen, doch die grundlegende Logik ist einfach: Kobalt steuert die Zähigkeit, Titankarbid steuert die Härte und das Verschleißverhalten bei Stahl, und Zusätze seltener Karbide sorgen für eine ausgewogene Leistung bei anspruchsvollsten Anwendungen. Stimmen Sie die Sorte auf Material und Bearbeitung ab, damit Ihre Schneidwerkzeuge optimale Leistung erbringen.
