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Harte Fakten für Hartmetall

Weniger Verschleiß in der Pulververarbeitung
Harte Fakten für Hartmetall

Immer schnellere Durchlaufzeiten, immer höhere Temperaturen, immer kritischere Werkstoffe; die Belastungen für die Werkzeuge in der pulververarbeitenden Industrie steigen stetig. Eine Lösung ist der Einsatz von Komponenten aus besonders verschleißfesten Werkstoffen wie Hartmetall. Wann immer es möglich und sinnvoll ist, lohnt es sich, auch Komponenten oder Teile von Komponenten zudem speziell beschichten zu lassen.

Der Autor: Heinz-Achim Kordt Konstruktionsleiter, Durit Hartmetall

Bei der Pulverherstellung und -verarbeitung sind die eingesetzten Komponenten und Werkzeuge entlang der gesamten Prozesskette vom Mahlen des Pulvers über das Mischen bis zum Pressen sehr hohem Verschleiß ausgesetzt. Das führt zu niedrigen Standzeiten und entsprechend hohen Instandhaltungskosten. Hier haben sich hartmetallbestückte Komponenten vielfach bewährt. Hartmetall ist ein Sinterwerkstoff, der vorwiegend aus Wolframkarbid als Hartstoff und Kobalt als Bindemittel besteht. Bei besonders großen Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit kommen Nickel und Nickel/Chrom als Binder zum Einsatz. Der Bindemittelanteil und die Korngröße der Karbide beeinflussen die Eigenschaften des Werkstoffs: Mit zunehmendem Bindemittelanteil steigt die Zähigkeit, während die Verschleißfestigkeit abnimmt. Feines Korn erhöht die Härte und damit die Verschleißfestigkeit. Grobes Korn erhöht die Zähigkeit und damit die Schlagfestigkeit. Grobes Korn erzeugt größere Hohlräume zwischen den Karbiden, die mit Binder ausgefüllt werden. Diese ausgefüllten Hohlräume fungieren als Stoßdämpfer, beispielsweise bei einer Schlagbeanspruchung. Feines Korn wiederum weist eine geschlossene Oberflächenstruktur auf. Verschleiß findet, wenn überhaupt, hauptsächlich am Binder statt. Um für alle individuellen Einsatzbereiche die optimale Hartmetallsorte zu finden, hat Durit über 50 verschiedene Hartmetallsorten mit einer Bandbreite an Härten von 770 bis 2000 HV 30 entwickelt.
Der Werkstoff Hartmetall lässt sich problemlos mit Stahl, Aluminium oder Hartguss kombinieren. Es reicht vollkommen aus, diejenigen Bauteile aus reinem Hartmetall zu fertigen, die dem größten Verschleiß ausgesetzt sind. Wann immer es möglich und sinnvoll ist, lohnt es sich, auch große Komponenten oder Teile von Komponenten beschichten zu lassen. Je nach Einsatzgebiet eignen sich hierzu Durit-Flammspritz- oder -PVD-Beschichtungen.
Maßgeschneiderte Lösung
Ein Unternehmen der pulververarbeitenden Industrie aus Süddeutschland suchte nach Lösungsmöglichkeiten, um die Kosten in der Instandhaltung zu senken und gleichzeitig die Effizienz in der Produktion zu steigern. Das Unternehmen verarbeitet Silizium oder Titanoxid; beides Materialien, die für hohen Verschleiß sorgen, vom Festkörper bis zum Pressling. Die Verantwortlichen entschieden sich, hier erstmals Hartmetallkomponenten einzusetzen. In einem ersten Schritt erfolgte eine detaillierte Analyse der bisher eingesetzten Werkzeuge entlang der gesamten Prozesskette vom Mahlen bis zum Pressen der Pellets.
Die Mahlwerkzeuge waren bisher aus gehärtetem Werkzeugstahl oder Hartguss. Vorherige Versuche mit Keramikelementen schlugen fehl. Erst der Einsatz von Hartmetall brachte die gewünschte Standzeiterhöhung. Beim Mahlen entstehen abrasive Pulver, die beim nachfolgenden Mischen die Werkzeuge und Komponenten, wie Rührfinger, Mischerpaddles und Auskleidungen, wieder extrem beanspruchen. Da in diesem Fall ein rein reibender Verschleiß vorliegt, konnte hier mit hochfesten Hartmetallen der größte Erfolg erzielt werden.
Dasselbe gilt für das abschließende Pressen auf Rundläufertablettenpressen. Im ersten Schritt tauschten die Verantwortlichen die verwendeten Stahlmatrizen gegen hartmetallbestückte Matrizen aus. Nach kürzester Zeit zeigte sich bereits die sehr gute Verschleißfestigkeit von Hartmetall. Aufgrund dieses Erfolgs wurden auch die Stahlpressstempel durch hartmetallbestückte Stempel ersetzt. Für eine weitergehende Prozessverbesserung wird aktuell der Bereich der Pulverzuführung verschleißschutztechnisch mittels Hartmetallbestückung und flammgespritzter Oberfläche optimiert. Die Kostenvorteile zeigten sich schnell. So erhöhten sich die Standzeiten innerhalb eines Jahres gegenüber den bisherigen Werkzeugen um bis zu Faktor 10. Die Investitionen in hartmetallbestückte Komponenten führten zu langfristigen Vorteilen in der Instandhaltung und haben sich teilweise schon innerhalb weniger Monate amortisiert.
prozesstechnik-online.de/cav0812454
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