Cermet (Schneidstoff)
Cermets (ceramics und metals) sind Hartmetalle, die kein oder nur wenig Wolframcarbid (WC) enthalten. Als Hartstoffe werden bei Cermets stattdessen Titancarbid oder Titannitrid und Mischungen daraus, das Titancarbonitrid genutzt. Als Bindephase wird vor allem Nickel eingesetzt. Genutzt werden Cermets als Schneidstoffe beim Drehen und Fräsen. Wegen ihrer hohen Sprödheit und Diffusionsbeständigkeit und geringen Zähigkeit bilden sie den Übergang von den Hartmetallen zu den Schneidkeramiken. Die für Cermets benötigten Rohstoffe Titan und Nickel sind weltweit gut verfügbar, was ein wichtiger Vorteil gegenüber anderen Hartmetallen ist.
Die Kurzbezeichnung als Schneidstoff nach ISO 513 ist HT (Hartmetall, Titancarbid(-nitrid)-basis). Cermets gibt es auch mit Beschichtungen.
Zusammensetzung und Gefüge
Cermets bestehen im Wesentlichen aus Titancarbid TiC, Titannitrid TiN und Mischungen daraus dem Titancarbonitrid. Diese Stoffe verleihen den Cermets auch bei hohen Temperaturen eine für die Zerspanung ausreichend hohe Härte. Zwischen den Hartstoff-Körnern befindet sich eine Bindephase die für die Zähigkeit verantwortlich ist. Als Binder wird vor allem Nickel eingesetzt. Es kommen aber auch Mischungen aus Nickel, Molybdän und Kobalt zum Einsatz.
Das Gefüge besteht aus gerundeten schalenartig aufgebauten Körnern zwischen denen die Bindephase liegt also Nickel- oder Kobalt-Mischkristalle. Die Reihenfolge der Schalen ist unterschiedlich: Es gibt Körner mit Titannitrid im Kern, gefolgt von einer Schale aus (Ti, Ta, W) (C, N) mit überwiegend Titan und Stickstoff und einer äußeren Schale aus (Ti, Ta, W, Mo) (C, N) mit überwiegend Titan und Kohlenstoff. Andere Körner enthalten die letztgenannte Phase im Kern gefolgt von einer einzigen Schale aus (Ti, Ta, W, Mo)(C, N) mit überwiegend Stickstoffverbindungen.[1]
Physikalische und technologische Eigenschaften
Da die Dichte von Titan verglichen mit Wolframcarbid sehr niedrig ist, sind Cermets sehr leicht. Sie haben eine kleinere Wärmeleitfähigkeit und größere Wärmedehnung als Hartmetalle auf Wolframcarbid-Basis. Die Bruchzähigkeit ist geringer, die chemische Beständigkeit vor allem gegenüber Eisen aber höher. Werkzeuge aus Cermets haben eine hohe Kantenfestigkeit und verschleißen langsamer.
Die folgende Tabelle zeigt die Eigenschaften der Cermets HT-P05, HT-P10 (beide Feinbearbeitung), HT-P20 (mittlere Bearbeitung), des Wolframcarbid-Hartmetalls HW-P20 (mittlere Bearbeitung) und der Aluminiumoxid-Schneidkeramiken.
| Sorte | HT-P05 | HT-P10 | HT-P20 | HW-P10[2] | Aluminiumoxid- Schneidkeramik[3] |
|---|---|---|---|---|---|
| Zusammensetzung [Massen-%] (TiC + TiN / Co + Ni) | 89,6 / 10,4 | 86,5 / 13,5 | 83,3 / 16,7 | 55 % WC / 36 % (TiC/TaC/NbC) / 9 % Co | 85-95 % Al2O3 + 5-15 % ZrO2 |
| Dichte [g/cm−3] | 6,1 | 7,0 | 7,0 | 10,6 | 4,0-4,2 |
| Härte [ HV 30 ] | 1650 | 1600 | 1450 | 1560 | ---------- |
| Druckfestigkeit [N/mm2] | 5000 | 4700 | 4600 | 4500 | 4500-5000 |
| Biegefestigkeit [N/mm2] | 2000 | 2300 | 2500 | 1700 | 600-800 |
| E-Modul [103 N/mm2] | 460 | 450 | 440 | 520 | 380-410 |
| Bruchzähigkeit [Nm1/2/mm2] | 7,2 | 7,9 | 10,0 | 8,1 | 3,5-5,8 |
| Wärmeleitfähigkeit [W(mK)−1] | 9,8 | 11,0 | 15,7 | 25 | 15-25 |
| Wärmeausdehnungskoeffizient [10−6K−1] | 9,5 | 9,4 | 9,1 | 7,2 | 7-8 |
Einsatzgebiete
Cermets wurden zunächst beim Feindrehen eingesetzt. Seit es zähere Sorten gibt, wird es beim Drehen auch bei mittleren Beanspruchungen, beim Gewindedrehen und beim Fräsen eingesetzt. Bearbeitet werden Stahl und Gusswerkstoffe. Besonders verbreitet sind sie in der Serienfertigung mit geringen Aufmaßen. Die Schnittgeschwindigkeiten beim Drehen von Stahl liegen bei 80 bis 500 m/min bei Vorschüben von 0,03 mm und Schnitttiefen von 0,05 bis 3 mm.
Aluminium und Kupfer lassen sich mit Cermets nicht bearbeiten, da es zur Aufbauschneidenbildung kommt. Nickellegierungen reagieren mit dem Bindemetall und verschweißen auf der Spanfläche.
Siehe auch
- Cermet (Werkstofftechnik) – Verbundwerkstoffe aus Keramiken und Metallen