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Extramet - der Spezialist unter den Hartmetallherstellern Die Kunst der Hartmetallentwicklung

| Redakteur: Matthias Böhm

>> Wenn es um qualitativ hochwertigste Hartmetall-Werkzeuge geht, dann kommt man um das Unternehmen Extramet kaum herum. Der SMM ist der Sache auf den Grund gegangen und fragte nach, welche Rolle die Substrate bei HM-Werkzeugen spielen. Mehrere ganz entscheidende, wie sich herausstellt. Bruno Süss klärt darüber auf, was es heisst, HM-Werkzeuge zu entwickeln, die ohne Beschichtung Höchstleitungen bringen müssen. Lesen Sie mehr dazu im Exklusiv-Interview zum Swissmem-Zerspanungs-Seminar im Januar 2013.

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Hartmetalle müssen höchsten Belastungen standhalten. Je nach Anwendungsbereich werden die Sorten spezifisch zusammengesetzt, gesintert und nachbearbeitet.
Hartmetalle müssen höchsten Belastungen standhalten. Je nach Anwendungsbereich werden die Sorten spezifisch zusammengesetzt, gesintert und nachbearbeitet.
(Bild: Extramet)

SMM: Die Produktivitätsschübe auch bei schwer zerspanbaren Legierungen in der Zerspanung sind gewaltig, welche Rolle spielen hier die Hartmetalle?

Bruno Süess: Die Standzeit eines Werkzeuges wird neben der Geometrie ganz entscheidend von dem Substrat bestimmt. Ist das Hartmetall zu weich, wird der Verschleiss sofort stark ansteigen. Ist das Hartmetall zu spröde, werden keine Standzeiten erreicht, da die Schneidkante zu stark ausbrechen wird. Schwer zerspanbare neue Werkstoffe zwingen die Werkzeug- und die Hartmetallhersteller heute dazu, auch ein an den Anwendungsfall optimiertes Substrat bereitzustellen.

Je nach Anwendungsbereich stehen spezifische Hartmetallsorten zur Verfügung. Ihr Thema zum Swissmem-Zerspanungsseminar sind schwer zerspanbare Werkstoffe in der Luftfahrt. Können Sie beispielhaft erklären, wo genau die Unterschiede liegen zwischen den HM-Sorten für hochwarmfeste Chrom-Nickel-Stähle und CFK-Titan-Verbundwerkstoffe, sofern es einen gibt.

B. Süess: Für die Bearbeitung von Cr-Ni-Stählen werden heute weitestgehend Feinstkornhartmetalle mit einem Co-Gehalt von 10 % eingesetzt. Die Sorten haben sich hervorragend in dieser Zerspanungsanwendung bewährt. Hier ist eine gute Kombination von Verschleissfestigkeit und Zähigkeit erreicht worden. Die CFK-Ti-Verbundwerkstoffe der neuen Generation im Flugzeugbau lassen diese Hartmetallsorten an ihre Grenzen stossen. Durch die zusätzlichen Belastungen an der Schneidkant durch die Bearbeitung solch unterschiedlicher Materialien wie Titan und CFK im gleichen Prozess zeigen Hartmetalle mit einer höheren Bruchzähigkeit deutlich bessere Ergebnisse.

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Sie arbeiten konkret eng mit bedeutenden Flugzeugherstellern zusammen. Hier kommen u.a. exotische Materialien wie CFK-Titan-Verbunde zum Einsatz. Welche Herausforderungen ergeben sich bei solchen Projekten konkret für Sie als HM-Hersteller?

B. Süess: Die Herausforderungen liegen darin, dass sich die Zerspanungsprozesse auch bei gleich bearbeiteten Werkstoffen teils sehr deutlich unterscheiden. Es können Fräs- und Bohrprozesse z.B. einzeln oder zusammen vorkommen. Da es aber für den ganzen Produktionsprozess keinen grossen Sinn macht, unzählige auf den einzelnen Produktionsschritt optimierte Hartmetallsorten zu verwenden, sollte eine Hartmetallsorte diese unterschiedlichsten Anforderungen beherrschen können. Die kann nur erfolgreich gelöst werden, wenn die Anforderungsprofile genau erkannt werden.

Auf welche Faktoren kommt es beim Hartmetall für solche Spezialanwendungen wie schwer zerspanbare Werkstoffe für die Luftfahrt genau an. Was sind die konkreten Herausforderungen für Sie als Hartmetallhersteller?

B. Süess: Der Flugzeughersteller wünscht sich ein Werkzeug, das eine hohe Standzeit, eine extrem gute Verlässlichkeit und unter Umständen eine gute Beschichtbarkeit für verschiedene Hartstoffbeschichtungen haben soll. Diese Eigenschaften stehen zum Teil für ein Hartmetall an sich im Widerspruch. Diese Punkte zu einem optimalen Material zusammenzubringen, ist die Kunst der Hartmetallentwicklung.

Beim Zerspanen schwer zerspanbarer Legierungen von Flugzeugbauteilen dürfen in einigen Fällen keine Beschichtungen genutzt werden. Was heisst ein solches Anforderungsprofil konkret für Sie als HM-Hersteller?

B. Süess: Einerseits fällt die Forderung nach bestimmten Eigenschaften wie ein bestimmter Co-Gehalt bei einer Diamantbeschichtung weg. Allerdings tritt für das Hartmetall jetzt die Verschleissfestigkeit in den Vordergrund. Bei einem beschichteten Werkzeug ist die Schicht ein ganz wesentliches Element für die Verschleissfestigkeit und bestimmt im Wesentlichen die Einsatzlänge. Die Aufgabe ist es jetzt, die Verschleissfestigkeit eines unbeschichteten Werkzeuges so anzupassen, dass die von der Flugzeugindustrie geforderten Bedingungen erzielt werden können.

Was sind die wichtigsten Unterschiede hrer Hartmetallsorten, respektive was sind die entscheidendsten «Legierungselemente» Neben Wolframkarbid und Cobalt?

B. Süess: Wolframkarbid und Cobalt sind die wichtigsten Bestandteile unserer Hartmetallsorten. Entscheidend ist dabei beim Wolframkarbid natürlich die Korngrösse. Hier kann in Zusammenarbeit mit dem Rohstoffhersteller ein für unsere Produktionsbedingungen optimiertes Material hergestellt werden.

Neben den genannten Bestandteilen ist die Verwendung der sogenannten Kornwachstumshemmer von zentraler Bedeutung. Hiermit kann das Verhältnis der Verschleissfestigkeit zur Zähigkeit variiert werden.

Wie ist die Hartmetallentwicklung in den letzten 10 Jahren vorangeschritten?

B. Süess: Die Entwicklungen der letzten 10 Jahre waren geprägt von den feinst- und Ultrafeinkornsorten. Die Anfang der 2000er Jahre angestrebten NanoKorn-Hartmetalle haben sich aus unterschiedlichen Gründen in den Hauptanwendungsgebieten von Hartmetall bisher nicht durchsetzen können. Viel Augenmerk wurde auch auf die Verbesserung von Prozessen gelegt, um die Gleichmässigkeit der Ergebnisse zu verbessern.

Ich habe das Gefühl, in der Hartmetallentwicklung steckt auch ein wenig Alchemie und Zauberei. Sie als Hartmetallexperte sehen das sicher anders. Wie entwickelt man beispielsweise ein Hartmetall für die Prozesssichere Zerspanung von hochwarmfesten Chromnickelstählen?

B. Süess: Im Hartmetall lässt sich bis heute leider noch nicht alles so genau berechnen, wie dies beispielsweise bei der Stahlherstellung schon seit Jahrzehnten möglich ist. Deshalb ist der Faktor «Erfahrung» sicherlich eine gute Voraussetzung für eine erfolgreiche Arbeit.

Um eine «Produktentwicklung» erfolgreich zu gestalten, ist aus unserer Sicht eine sehr enge Zusammenarbeit zwischen Hartmetallhersteller, Werkzeughersteller, Beschichter und Endanwender eine Grundvoraussetzung. Nur wenn alle Partner genau über die Anforderungen und Möglichkeiten informiert sind, können zeit- und kostenintensive Fehlentwicklungen vermieden werden.

Mikrorissbildung (Kammrisse) in den Schneiden der Werkzeuge sind oft der Anfang weiterer Versagensbilder. Wie kann man dem optimal entgegenwirken in der HM-Entwicklung?

B. Süess: Auch hier ist es wichtig, den Prozess genau zu analysieren: Bei welchen Temperaturen wird das Werkzeug eingesetzt? Wird und wenn ja, wie wird gekühlt. Wie können die versagensfördernden Prozesse verbessert werden? Wenn dies alles bekannt ist, dann können wir über eine Optimierung einer Hartmetallsorte nachdenken.

Herr Süess, vielen Dank für das Gespräch. <<

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