Hartmetalle mit alternativem Binder für Verschleißanwendungen

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurden Alternativen zu einem für Verschleißanwendungen bewährten Hartmetall auf Cobaltbasis untersucht.<br />Es wurden drei Hartmetalle mit alternativem Bindersystem ausgesucht und bezüglich ihres Verschleißverhaltens, so wie ihrem Verhalten bei erhöhter Temperatur analysiert.<br />Hartmetalle mit dem Binder Fe-Ni-Co 40/40/20 sind im Vergleich zum Cobaltbinder-Hartmetall weicher und zeigen ein schlechteres Härte-zu-Zähigkeitsverhältnis. Durch Zusätze von Ta, Mo, und Cr kann die Härte verbessert werden, allerdings auf Kosten der Zähigkeit.<br />Aufgrund der geringeren Härte dieser Hartmetalle ist auch der Verschleißwiderstand bei Raumtemperatur geringer als bei der Cobaltsorte. Im Bereich der Warmhärte über 400°C wird die Härte der alternativen Legierungen der Härte der Cobalt Legierung angeglichen, weil ab dieser Temperatur keine martensitische Umwandlung des Cobalt in die hexagonale Phase erfolgt. Der Zusatz von Tantalcarbid führt zu einer Erhöhung der Warmfestigkeit der Fe-Ni-Co 40/40/20-er Legierung und zeigt bei Temperaturen >600°C sogar höhere Härtewerte als die Cobaltlegierung.<br />Ein Hartmetall mit dem Binder Fe-Ni 85/15 wäre zwar interessant, weist jedoch systembedingt ein sehr schmales Zweiphasengebiet auf. Ein optimales Härte-zu-Zähigkeitsverhältnis ist nur innerhalb eines gewissen Bereiches in diesem Gebiet erreichbar. Liegt man vom Kohlenstoffgehalt unter dem Grenzwert, versprödet der Werkstoff durch den weitgehend martensitischen Binder.<br />Durch Zusatz von Nickel zum Cobaltbinder wird die austenitische Phase bis zur Raumtemperatur stabilisiert, was zu besseren Ermüdungseigenschaften führen könnte.

The present work explores alternatives to an established hardmetal on cobalt basis (reference) for wear applications. Three hardmetals with an alternative binder were chosen and compared to the reference material due to their hardness, toughness, wear behaviour and their hot hardness (room temperature-1000°C).<br />Compared to the cobalt hardmetal, alloys with an iron binder Fe-Ni-Co 40/40/20 are softer and show an inferior hardness/toughness relationship. However, additions of Ta, Mo and Cr can improve hardness but on expense of toughness. Based on the lower hardness also the wear-resistance at room temperature is lower than that of the reference.<br />Over 400°C the hardness of the alternative hardmetals gets closer to the established alloy. Especially hardmetals with tantalum additions partly show better hot hardness values than the reference material.<br />Hardmetals with an iron binder Fe-Ni 85/15 are interesting, as they can undergo a stress-induced martensitic transformation, but their carbon window is extremely narrow. A perfect hardness/toughness relationship however just exists within a narrow part of the window. Low carbon contents lead to the embrittlement of the material.<br />Through additions of nickel to the cobalt binder the austenitic phase is stabilized until room temperature which might lead to better fatigue properties during application compared to the reference.<br />