Hartmetall

Hart wie Diamant. Hartmetall (englisch Cemented Carbide, häufig nach seinem Hauptbestandteil als Wolframcarbid bezeichnet) ist ein pulvermetallurgischer Verbundwerkstoff aus harten Wolframcarbid-Körnern (WC) in einer zähen metallischen Bindephase, meist Cobalt (Co). Diese Kombination vereint die Härte einer Keramik mit der Bruchzähigkeit eines Metalls und macht Hartmetall zum Werkstoff der Wahl, wo Verschleiß, hohe Flächenpressung und Maßbeständigkeit über die Grenzen von Werkzeugstahl hinausgehen. Negele Hartmetall-Technik fertigt Hartmetall-Bauteile seit 1980 nach Zeichnung, vom Einzelteil bis zur Serie und ohne Mindestbestellmenge.

Der Name geht auf eine Entwicklung der Firma Krupp zurück, die WC-Co-Hartmetall 1926 unter dem Markennamen Widia (von „wie Diamant“) einführte. Aus dieser Werkstoffklasse ist über Jahrzehnte eine ganze Familie von Sorten entstanden, deren Eigenschaften sich gezielt über Bindergehalt, Korngröße und Prozessführung einstellen lassen. Genau diese Sortenkenntnis ist das Kerngeschäft von Negele: Wir beraten zur richtigen Materialzusammenstellung und fertigen das passende Bauteil dazu.

Sieben präzisionsgefertigte Metallteile aus Hartmetall für Schnitt- und Stanzwerkzeuge nach Zeichnung gefertigt, unterschiedlicher Form und Größe. — Hartmetall-Teile für Schnitt- und Stanzwerkzeuge, gefertigt nach Kundenzeichnung.

Eigenschaften von Hartmetall

Hartmetall ist ein Zweiphasen-Verbund: harte, verschleißfeste Wolframcarbid-Körner sind in eine durchgehende metallische Bindephase eingebettet. Reines Wolframcarbid erreicht eine Härte um 2.600 HV und eine Dichte von rund 15,6 g/cm³, ist als Monophase jedoch zu spröde für den Bauteileinsatz. Erst der duktile Cobalt-Binder macht aus der spröden Keramik einen technisch nutzbaren Werkstoff, der Risse abbremst und Stösse aufnimmt.

Schematische Darstellung des Hartmetall-Gefüges: eckige WC-Körner umgeben von einer dünnen Cobalt-Bindephase. — Gefügeschema: WC-Körner in der Cobalt-Bindephase.

Zwei Stellgrößen bestimmen das Eigenschaftsprofil: der Bindergehalt (typisch 3 bis 30 Gew.-% Cobalt) und die WC-Korngröße (von ultrafein unter 0,5 µm bis grob über 4 µm). Ein niedriger Cobalt-Anteil und feine Körner erhöhen Härte, Steifigkeit und Verschleißbeständigkeit; ein höherer Cobalt-Anteil und gröbere Körner steigern Zähigkeit und Biegebruchfestigkeit. Diese Wechselwirkung ist messtechnisch gut belegt: Untersuchungen des Fraunhofer IKTS zeigen, dass abnehmende Korngröße die Härte deutlich anhebt, während die Bruchzähigkeit zurückgeht.

Liniendiagramm: mit steigendem Cobalt-Gehalt nimmt die Zähigkeit zu und die Härte ab. — Zielkonflikt Härte gegen Zähigkeit über den Cobalt-Gehalt.

Für den Konstrukteur bedeutet das: Es gibt nicht das eine Hartmetall, sondern eine Sorte für jeden Lastfall. Eine Schneidplatte mit hoher Standzeit verlangt eine andere Sorte als ein schlagbeanspruchter Prägestempel. Die folgenden Werte umfassen das gesamte industrielle Sortenband; die für Ihr Bauteil sinnvolle Sorte klären wir in der technischen Beratung.

Eigenschaft	Wert (Sortenband)	Norm / Hinweis
Dichte (WC-Co)	13,0 bis 15,0 g/cm³	sinkt mit steigendem Co-Gehalt
Dichte (reines WC)	ca. 15,6 g/cm³	Referenzphase
Vickershärte	780 bis 2.200 HV (NHT bis 2.000 HV)	ISO 3878
Härte (Rockwell)	ca. 82,5 bis 93 HRA	ISO 3878
Biegebruchfestigkeit	1.900 bis 3.700 N/mm² (NHT-Feinkorn bis 3.900)	ISO 3327
Druckfestigkeit	bis ca. 7.000 N/mm²	EN ISO 4506
Elastizitätsmodul	470 bis 630 GPa	ca. 2 bis 3-fache Steifigkeit von Stahl
Bruchzähigkeit K_IC	7 bis 60 MPa·m^0,5	Palmqvist, ISO 28079
Wärmeleitfähigkeit	60 bis 80 W/(m·K)	sortenabhängig
Wärmeausdehnung	4,7 bis 6,7 ×10^-6/K	niedriger als Stahl
WC-Korngröße	<0,5 bis >4 µm	ISO 4499
Cobalt-Bindergehalt	3 bis 30 Gew.-%	typ. 6 bis 15 % für Zerspanung

Quelle: Hauseigene Produktdaten (Hartmetall), verifiziert gegen DIN/ISO-Normen sowie veröffentlichte Werkstoffdaten (Fraunhofer IKTS; WC-Referenzdaten).

Hartmetall im Vergleich

Hartmetall (WC-Co)

Härte: bis 2.000 HV

E-Modul: 470 bis 630 GPa

Stärke: Verschleiß- und Druckfestigkeit, Maßbeständigkeit

Gehärteter Werkzeugstahl

Härte: ca. 800 bis 900 HV (60 bis 65 HRC)

E-Modul: ca. 210 GPa

Stärke: zäher, günstiger, frei zerspanbar

Refraktärmetalle

Optionen: Wolfram, Molybdän, TZM

Stärke: Hochtemperatur, Dichte, elektrische Leitfähigkeit

Wahl: wenn nicht Verschleiß, sondern Hitze führt

Kernaussage Hartmetall ist die richtige Wahl, wenn ein Bauteil unter Verschleiß, Abrasion oder hoher Flächenpressung dauerhaft seine Kontur halten muss. Bei reiner Hitzebeanspruchung oder maximaler Dichte führen dagegen Wolfram, Molybdän oder TZM zum besseren Ergebnis. Welche Sorte zu Ihrem Lastfall passt, entscheidet sich an Bindergehalt und Korngröße, nicht am Markennamen.

Bearbeitung und Herstellung von Hartmetall

Hartmetall wird nicht geschmolzen und gegossen, sondern pulvermetallurgisch hergestellt. WC- und Co-Pulver werden gemischt, gemahlen, zu rieselfähigem Granulat sprühgetrocknet, in Form gepresst und anschließend gesintert. Beim Flüssigphasensintern (typisch 1.300 bis 1.500 °C) schmilzt nur der Cobalt-Binder auf und verdichtet das Gefüge, während die WC-Körner fest bleiben.

Pulveraufbereitung

Mischen von Wolframcarbid- und Cobalt-Pulver, abgestimmt auf Korngröße und Sorte.

Mahlen und Granulieren

Nassmahlen und Sprühtrocknen zu rieselfähigem, pressbarem Granulat.

Pressen

Formgebung zum Grünling, endkonturnah vor dem Sintern.

Sintern

Flüssigphasensintern bei rund 1.450 °C, Verdichtung auf nahezu volle Dichte.

Schleifen und Erodieren

Endbearbeitung durch Diamantschleifen, Drahterosion und Läppen auf Endmaß.

Entscheidend für die Fertigung ist die Sinterschwindung: Bauteile schwinden linear um etwa 15 bis 20 % und im Volumen um rund 50 %, wie Untersuchungen zur Sinterschwindung von WC-Co belegen. Diese Schwindung muss bereits in der Pressform eingerechnet werden, weshalb endkonturnahe Preforms und das Erfahrungswissen aus der Einzel- und Serienfertigung über Maßgenauigkeit und Ausschuss entscheiden.

Im gesinterten Zustand lässt sich Hartmetall praktisch nur noch durch Diamantschleifen, Drahterosion (EDM) sowie Läppen und Polieren bearbeiten. Konventionelles Zerspanen ist nicht möglich. Genau deshalb ist die Wahl der Sorte und der Fertigungsstrategie vor dem Sintern so wichtig, ein Punkt, an dem die technische Beratung von Negele ansetzt.

Technischer Hinweis Hartmetall beginnt an Luft ab etwa 500 bis 600 °C zu oxidieren. Als normale Einsatzgrenze für WC-Co-Bauteile gelten rund 700 °C; oberhalb davon drohen Oxidation und Gefügeschädigung. Thermisch höher belastete Anwendungen verlangen Schutzgas, Vakuum oder einen Wechsel auf Refraktärmetalle. Quelle: Studie zur Wärmeleitfähigkeit von WC-Co-Ni (NCBI/PMC).

Anwendungsgebiete

Die außerordentliche Vielseitigkeit sichert Hartmetall eine führende Rolle in der Verschleiß- und Zerspanungstechnik, im Korrosionsschutz, in der Umformtechnik sowie in der Gesteins- und Bergbaubearbeitung. Die folgenden Branchen bilden den Schwerpunkt der Negele-Fertigung.

Werkzeugbau und Umformtechnik

Im Werkzeugbau und der Umformtechnik kommt Hartmetall als Einsatz, Schnittbuchse und Stempel für Stanzwerkzeuge, als Matrize für Muttern und als Ziehstein zum Einsatz. Die hohe Kantenstabilität feinkörniger Sorten verlängert Standzeiten gegenüber Werkzeugstahl deutlich und hält enge Toleranzen über hohe Stückzahlen.

Zwei geschliffene Leisten aus Hartmetall mit Spuren der Drahterosion, hochpräzisen Winkeln und eingravierter Auftragsnummer. — Erodierte und geschliffene Hartmetall-Leisten mit gravierter Auftragsnummer.

Kunststoffverarbeitung

In der Kunststoffbearbeitung verschleißen Werkzeuge bei glasfaser- oder mineralgefüllten Compounds besonders schnell. Hartmetall-Düsen, Schneidkanten und endkonturnahe Preforms halten der Abrasion stand und reduzieren Ausschuss und Nacharbeit. Sandstrahl- und Spritzdüsen in Venturi-Ausführung gehören ebenso zum Programm.

Maschinenbau und Verschleißschutz

Im Maschinen- und Anlagenbau dienen Hartmetallteile als Lagerringe, Ventilteile, Gleitringdichtungen, Führungsbuchsen und Mahlkugeln. Befestigt werden sie durch Löten, Kleben, Schrauben, Klemmen, Schrumpfen oder Eingießen, je nach Bauraum und Belastung.

Fünf präzisionsgefertigte Teile aus Hartmetall für den industriellen Verschleißschutz. — Verschleißschutzteile aus Hartmetall nach Zeichnung.

Holz, Papier und Gestein

In der Bearbeitung von Holz, Papier und Verpackung sowie in der Gesteins- und Bergbaubearbeitung übernimmt Hartmetall rotierende Messer, Lötplatten für Säge- und Trennwerkzeuge, Schneidrädchen sowie Einsätze für Bohrkronen. Auch korrosionsbeständige Sorten für Chemie, Lebensmittel- und Medizintechnik sind verfügbar.

Eine Rolle aus Hartmetall GN40 von oben und von der Unterseite, gefertigt nach Zeichnung. — Hartmetall-Rolle GN40, gefertigt nach Kundenzeichnung.

Hartmetallsorten von Negele

Genau abgestimmt auf die Anforderung liefert Negele das gesamte Sortenspektrum: bewährte Standardsorten, universell einsetzbare Mehrbereichssorten und Spezialsorten. Die Eigenschaften werden über das Mischungsverhältnis der Komponenten, über Kornform und Korngröße des Wolframcarbids sowie über eine exakt abgestimmte Prozesssteuerung erzielt.

Die gestiegenen Anforderungen an Standzeit und Kantenstabilität decken die hochverdichteten NHT-Feinkornsorten GM05F, GM10F, GM15F und GM25F ab. Sie bieten gegenüber Standardsorten ein sehr hohes Zähigkeitsverhalten durch eine Biegebruchfestigkeit bis 3.900 N/mm², höchste Verschleißbeständigkeit durch eine Härte bis 2.000 HV und hohe Kantenstabilität durch ein feines, dichtes und homogenes Gefüge, besonders für Stanz- und Schnittwerkzeuge.

Drei glänzende, reflektierende Kugeln aus Hartmetall in unterschiedlicher Größe. — Hartmetallkugeln in unterschiedlichen Durchmessern.

Welche Sorte für Ihre Anwendung sinnvoll ist, hängt vom Lastfall ab: feinkörnige, binderarme Sorten für maximale Härte und Standzeit, gröbere, binderreichere Sorten für schlag- und stoßbeanspruchte Bauteile. Negele wählt die Sorte nicht nach Katalog, sondern nach Ihrem Bauteil und Ihrer Beanspruchung aus.

Lieferformen

Negele ist Auftragsfertiger, kein Lagerhändler für Normprofile. Im Mittelpunkt steht die Fertigung nach Kundenspezifikation: Zeichnungsteile, Rohlinge (Blanks), Ronden, Stifte sowie endkonturnahe Preforms für die nachgelagerte Bearbeitung. Geliefert wird vom Einzelteil über den Prototyp bis zur Serie, ohne Mindestbestellmenge.

Zeichnungsteile nach Kundenspezifikation mit enger Toleranz
Rohlinge und Ronden als Basis für die Endbearbeitung
Endkonturnahe Preforms zur Reduzierung von Schleif- und Erodieraufwand
Formteile nach DIN ISO und nach Werksnorm

Die typische Lieferzeit liegt bei 6 bis 8 Wochen, bei einfachen Geometrien auch kürzer. Als familiengeführtes Unternehmen aus Stuttgart entscheidet Negele kurzfristig und flexibel, gerade bei Einzelteilen und kleinen Serien.

Zwei Hartmetall-Rohlinge nach Zeichnung aus unterschiedlicher Ansicht, von oben und von vorn. — Hartmetall-Rohlinge nach Zeichnung als Basis für die Endbearbeitung.

Normen und Standards

Hartmetall ist durch ein dichtes Netz internationaler Normen beschrieben, das Klassifizierung und Prüfung vereinheitlicht:

ISO 513 (DIN ISO 513): Anwendungsklassifizierung der Zerspanungswerkstoffe in die Hauptgruppen P, M, K, N, S und H mit Farbkennzeichnung.
ISO 4499: metallografische Bestimmung von Gefüge und Korngröße.
ISO 3327: Bestimmung der Biegebruchfestigkeit (transverse rupture strength).
EN ISO 4506: Druckversuch an Hartmetall.
ISO 3878: Vickershärte von Hartmetall.
ISO 4505 / ISO 28079: Porosität bzw. Palmqvist-Bruchzähigkeit.

Infografik der ISO-513-Anwendungsklassifizierung mit den sechs farbcodierten Hauptgruppen P, M, K, N, S und H. — Anwendungsklassifizierung nach ISO 513 mit den Hauptgruppen P, M, K, N, S und H.

Auf Wunsch liefert Negele die Bauteile mit Material- und Prüfbescheinigung nach EN 10204 (Zeugnis 2.1, 2.2 oder Abnahmeprüfzeugnis 3.1). Die Fertigung ist nach DIN EN ISO 9001 zertifiziert. Details zu Chargen- und Prüfbescheinigungen finden Sie im Bereich Chargen- und Prüfbescheinigung.

Häufig gestellte Fragen zu Hartmetall

Was ist Hartmetall?

Hartmetall ist ein pulvermetallurgischer Verbundwerkstoff aus harten Wolframcarbid-Körnern (WC) in einer metallischen Bindephase, meist Cobalt (Co). Es verbindet die Härte einer Keramik mit der Zähigkeit eines Metalls und erreicht Vickershärten bis über 2.000 HV. Eingesetzt wird es überall dort, wo Verschleiß, Abrasion und hohe Flächenpressung Werkzeugstahl überfordern.

Was ist Wolframcarbid, und wie hängt es mit Hartmetall zusammen?

Wolframcarbid (WC) ist die harte Keramikphase, die den Hauptbestandteil von Hartmetall bildet. Reines WC ist mit rund 2.600 HV extrem hart, aber zu spröde für den direkten Einsatz. Erst eingebettet in einen Cobalt-Binder wird daraus das technisch nutzbare Hartmetall. Umgangssprachlich werden beide Begriffe oft synonym verwendet.

Welche Dichte hat Hartmetall?

WC-Co-Hartmetall hat je nach Sorte eine Dichte von etwa 13,0 bis 15,0 g/cm³. Sie sinkt mit steigendem Cobalt-Gehalt, da Cobalt leichter ist als Wolframcarbid. Reines Wolframcarbid liegt bei rund 15,6 g/cm³.

Wie hart ist Hartmetall?

Industrielle Hartmetallsorten erreichen Vickershärten von etwa 780 bis 2.200 HV, die NHT-Feinkornsorten bis 2.000 HV. Das entspricht rund 82,5 bis 93 HRA und liegt damit deutlich über gehärtetem Werkzeugstahl. Feine Körner und ein niedriger Bindergehalt erhöhen die Härte, verringern aber die Zähigkeit.

Woraus besteht Hartmetall?

Hartmetall besteht aus Wolframcarbid (WC) als Hartphase und einem metallischen Binder, üblicherweise Cobalt (Co), seltener Nickel oder Fe-Ni-Co. Der Bindergehalt liegt typisch zwischen 3 und 30 Gew.-%; Zerspanungssorten nutzen meist 6 bis 15 % Cobalt.

Hat Hartmetall einen Schmelzpunkt?

Hartmetall wird nicht geschmolzen, sondern gesintert. Reines Wolframcarbid zersetzt sich erst bei rund 2.785 bis 2.830 °C, Cobalt schmilzt bei etwa 1.495 °C. Beim Sintern verflüssigt sich nur der Binder bei etwa 1.300 bis 1.500 °C. Als praktische Einsatzgrenze gelten rund 700 °C, darüber oxidiert der Werkstoff an Luft.

Wie wird Hartmetall bearbeitet?

Im gesinterten Zustand lässt sich Hartmetall praktisch nur durch Diamantschleifen, Drahterosion (EDM) sowie Läppen und Polieren bearbeiten. Konventionelles Drehen oder Fräsen ist nicht möglich. Die Formgebung erfolgt deshalb endkonturnah vor dem Sintern, wobei die Sinterschwindung von etwa 15 bis 20 % einzurechnen ist.

Welche Hartmetallsorten gibt es?

Man unterscheidet Standardsorten, universelle Mehrbereichssorten und Spezialsorten. Negele führt zusätzlich die hochverdichteten Feinkornsorten GM05F, GM10F, GM15F und GM25F mit Härten bis 2.000 HV und Biegebruchfestigkeiten bis 3.900 N/mm². Die Auswahl richtet sich nach Bindergehalt, Korngröße und Lastfall des Bauteils.

Was kostet Hartmetall?

Der Preis von Hartmetall hängt von Sorte, Bauteilgeometrie, Bearbeitungsaufwand und Stückzahl ab und nicht allein vom Materialgewicht. Da Negele nach Zeichnung fertigt, erstellen wir ein konkretes Angebot auf Basis Ihrer Spezifikation. Senden Sie uns Ihre Zeichnung über das Kontaktformular für eine belastbare Kalkulation.

Hartmetall-Bauteile nach Ihren Anforderungen

Vom Einzelteil bis zur Serie: persönliche Beratung zur richtigen Hartmetallsorte und Fertigung nach Zeichnung, mit über 40 Jahren Erfahrung in der Pulvermetallurgie. Lieferzeit 6 bis 8 Wochen, keine Mindestbestellmenge.

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