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Prozesskontrolle in der Herstellung von Hartmetallen

Dr. Giorgi Piranishvili
Dienstag, 27.7.2021

Hartmetalle sind ein gutes Beispiel dafür, wie magnetische Eigenschaften zur Überwachung der Produktionsprozesse genutzt werden können.

Dank der hohen Härte sowie deren Verschleißfestigkeit werden Hartmetalle besonders gerne für verschiedene Anwendungen in der Materialbearbeitung, wie z.B. dem Bergbau, Bohren, Zerspanen oder Umformen genutzt. Ein weiterer großer Vorteil ist der Herstellungsprozess von Hartmetall: aus dem Metallpulver lassen sich verschiedenste Geometrien formen. Dadurch bietet sich ein hohes Maß an Flexibilität und eine große Vielfalt an möglichen Anwendungen.

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Abb.1: Hartmagnetische Komponenten (Hartmetalle)

Hartmetall ist ein Sammelbegriff für Kompositwerkstoffe, die aus nicht-ferromagnetischen, harten Karbidteilchen (z.B. Wolframkarbid) und einer ferromagnetischen Binderphase (z.B. Kobalt) bestehen. Nach der Formgebung im Pressvorgang werden die Hartmetallgrünlinge bei hohen Temperaturen von bis zu 1500 °C gesintert. Aufgrund der vorhandenen ferromagnetischen Binderphase (z.B. Kobalt) sind bei Hartmetallhalbzeugen die magnetischen Eigenschaften gut messbar. Die Bestimmung dieser magnetischen Kenngrößen liefert den Herstellern von Hartmetallen wertvolle Informationen über die Materialstruktur, die sich auf die endgültigen mechanischen Eigenschaften der Materialien auswirkt.

Für weitere Informationen zum Thema "Magnetische Eigenschaften von Werkstoffen" klicken Sie bitte hier.

Materialhersteller klassifizieren Hartmetalle oft durch die Korngröße. Dieser Parameter dient als Indikator für die Härte sowie Biegebruch- und Druckfestigkeit. Zur Überwachung des Sintervorgangs wird die Korngröße davor und danach verglichen. Dabei besteht eine Korrelation zwischen der Korngröße und dem magnetischen Parameter Koerzitivfeldstärke. Durch die Messung der Koerzitivfeldstärke an Chargenproben kann die Korngröße des Hartmetalls zerstörungsfrei und schnell bestimmt werden. Dies wiederum ermöglicht auf die Beständigkeit und Härte des Materials zu schließen. Deshalb zählt die genaue Bestimmung der Koerzitivfeldstärke zu den Voraussetzungen eines guten Qualitätsmanagements in der Pulvermetallurgie.

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Abb.2: Analyse der strukturellen Eigenschaften von Hartmetall unter Verwendung des Koerzitivfeldes HCJ

Zerspanungswerkzeuge müssen zudem hohen Belastungen standhalten. Die Beurteilung der Kohlenstoffbilanz während und nach dem Sintern liefert dazu ein wichtiges Qualitätsmerkmal. Bei einer Unterkohlung im Sinterprozess bildet sich die sogenannte Eta-Phase, die das Werkzeug spröde macht und zum Werkzeugbruch führt. Im Fall einer Überkohlung scheidet sich Kohlenstoff ab, was zu mangelnder Festigkeit und Verschleiß bis hin zum Werkzeugbruch führen kann. Die Kohlenstoffbilanz wiederum hat einen komplexen Einfluss auf die magnetische Charakteristik der Binderphase, wie beispielsweise auf die magnetische Sättigung. Als Folge davon wird die Kohlenstoffbilanz über die magnetische Sättigung im Vergleich zum Sollwert überwacht.

Mit den FOERSTER Messgeräten KOERZIMAT HCJ und KOERZIMAT MS können diese Parameter einfach, schnell und fast geometrieunabhängig bestimmt werden.

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KOERZIMAT 1.097 HCJ/J-H

 

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KOERZIMAT 1.097 MS

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