Hartmetall: Eigenschaften, Sorten & Zeichnungsteile | Negele

Hartmetall

Hart wie Diamant. Hartmetall (englisch Cemented Carbide, haeufig nach seinem Hauptbestandteil als Wolframcarbid bezeichnet) ist ein pulvermetallurgischer Verbundwerkstoff aus harten Wolframcarbid-Koernern (WC) in einer zaehen metallischen Bindephase, meist Cobalt (Co). Diese Kombination vereint die Haerte einer Keramik mit der Bruchzaehigkeit eines Metalls und macht Hartmetall zum Werkstoff der Wahl, wo Verschleiss, hohe Flaechenpressung und Massbestaendigkeit ueber 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 zurueck, die WC-Co-Hartmetall 1926 unter dem Markennamen Widia (von „wie Diamant“) einfuehrte. Aus dieser Werkstoffklasse ist ueber Jahrzehnte eine ganze Familie von Sorten entstanden, deren Eigenschaften sich gezielt ueber Bindergehalt, Korngroesse und Prozessfuehrung einstellen lassen. Genau diese Sortenkenntnis ist das Kerngeschaeft von Negele: Wir beraten zur richtigen Materialzusammenstellung und fertigen das passende Bauteil dazu.

Sieben praezisionsgefertigte Metallteile aus Hartmetall fuer Schnitt- und Stanzwerkzeuge nach Zeichnung gefertigt, unterschiedlicher Form und Groesse. — Hartmetall-Teile fuer Schnitt- und Stanzwerkzeuge, gefertigt nach Kundenzeichnung.

Eigenschaften von Hartmetall

Hartmetall ist ein Zweiphasen-Verbund: harte, verschleissfeste Wolframcarbid-Koerner sind in eine durchgehende metallische Bindephase eingebettet. Reines Wolframcarbid erreicht eine Haerte um 2.600 HV und eine Dichte von rund 15,6 g/cm³, ist als Monophase jedoch zu sproede fuer den Bauteileinsatz. Erst der duktile Cobalt-Binder macht aus der sproeden Keramik einen technisch nutzbaren Werkstoff, der Risse abbremst und Stoesse aufnimmt.

Schematische Darstellung des Hartmetall-Gefueges: eckige WC-Koerner umgeben von einer duennen Cobalt-Bindephase. — Gefuegeschema: WC-Koerner in der Cobalt-Bindephase.

Zwei Stellgroessen bestimmen das Eigenschaftsprofil: der Bindergehalt (typisch 3 bis 30 Gew.-% Cobalt) und die WC-Korngroesse (von ultrafein unter 0,5 µm bis grob ueber 4 µm). Ein niedriger Cobalt-Anteil und feine Koerner erhoehen Haerte, Steifigkeit und Verschleissbestaendigkeit; ein hoeherer Cobalt-Anteil und groebere Koerner steigern Zaehigkeit und Biegebruchfestigkeit. Diese Wechselwirkung ist messtechnisch gut belegt: Untersuchungen des Fraunhofer IKTS zeigen, dass abnehmende Korngroesse die Haerte deutlich anhebt, waehrend die Bruchzaehigkeit zurueckgeht.

Liniendiagramm: mit steigendem Cobalt-Gehalt nimmt die Zaehigkeit zu und die Haerte ab. — Zielkonflikt Haerte gegen Zaehigkeit ueber den Cobalt-Gehalt.

Fuer den Konstrukteur bedeutet das: Es gibt nicht das eine Hartmetall, sondern eine Sorte fuer jeden Lastfall. Eine Schneidplatte mit hoher Standzeit verlangt eine andere Sorte als ein schlagbeanspruchter Praegestempel. Die folgenden Werte umfassen das gesamte industrielle Sortenband; die fuer Ihr Bauteil sinnvolle Sorte klaeren 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
Vickershaerte	780 bis 2.200 HV (NHT bis 2.000 HV)	ISO 3878
Haerte (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
Elastizitaetsmodul	470 bis 630 GPa	ca. 2 bis 3-fache Steifigkeit von Stahl
Bruchzaehigkeit K_IC	7 bis 60 MPa·m^0,5	Palmqvist, ISO 28079
Waermeleitfaehigkeit	60 bis 80 W/(m·K)	sortenabhaengig
Waermeausdehnung	4,7 bis 6,7 ×10^-6/K	niedriger als Stahl
WC-Korngroesse	<0,5 bis >4 µm	ISO 4499
Cobalt-Bindergehalt	3 bis 30 Gew.-%	typ. 6 bis 15 % fuer Zerspanung

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

Hartmetall im Vergleich

Hartmetall (WC-Co)

Haerte: bis 2.000 HV

E-Modul: 470 bis 630 GPa

Staerke: Verschleiss- und Druckfestigkeit, Massbestaendigkeit

Gehärteter Werkzeugstahl

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

E-Modul: ca. 210 GPa

Staerke: zaeher, guenstiger, frei zerspanbar

Refraktaermetalle

Optionen: Wolfram, Molybdaen, TZM

Staerke: Hochtemperatur, Dichte, elektrische Leitfaehigkeit

Wahl: wenn nicht Verschleiss, sondern Hitze fuehrt

Kernaussage Hartmetall ist die richtige Wahl, wenn ein Bauteil unter Verschleiss, Abrasion oder hoher Flaechenpressung dauerhaft seine Kontur halten muss. Bei reiner Hitzebeanspruchung oder maximaler Dichte fuehren dagegen Wolfram, Molybdaen oder TZM zum besseren Ergebnis. Welche Sorte zu Ihrem Lastfall passt, entscheidet sich an Bindergehalt und Korngroesse, 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 rieselfaehigem Granulat spruehgetrocknet, in Form gepresst und anschliessend gesintert. Beim Fluessigphasensintern (typisch 1.300 bis 1.500 °C) schmilzt nur der Cobalt-Binder auf und verdichtet das Gefuege, waehrend die WC-Koerner fest bleiben.

Pulveraufbereitung

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

Mahlen und Granulieren

Nassmahlen und Spruehtrocknen zu rieselfaehigem, pressbarem Granulat.

Pressen

Formgebung zum Gruenling, endkonturnah vor dem Sintern.

Sintern

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

Schleifen und Erodieren

Endbearbeitung durch Diamantschleifen, Drahterosion und Laeppen auf Endmass.

Entscheidend fuer 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 ueber Massgenauigkeit und Ausschuss entscheiden.

Im gesinterten Zustand laesst sich Hartmetall praktisch nur noch durch Diamantschleifen, Drahterosion (EDM) sowie Laeppen und Polieren bearbeiten. Konventionelles Zerspanen ist nicht moeglich. 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 fuer WC-Co-Bauteile gelten rund 700 °C; oberhalb davon drohen Oxidation und Gefuegeschaedigung. Thermisch hoeher belastete Anwendungen verlangen Schutzgas, Vakuum oder einen Wechsel auf Refraktaermetalle. Quelle: Studie zur Waermeleitfaehigkeit von WC-Co-Ni (NCBI/PMC).

Anwendungsgebiete

Die ausserordentliche Vielseitigkeit sichert Hartmetall eine fuehrende 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 fuer Stanzwerkzeuge, als Matrize fuer Muttern und als Ziehstein zum Einsatz. Die hohe Kantenstabilitaet feinkoerniger Sorten verlaengert Standzeiten gegenueber Werkzeugstahl deutlich und haelt enge Toleranzen ueber hohe Stueckzahlen.

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

Kunststoffverarbeitung

In der Kunststoffbearbeitung verschleissen Werkzeuge bei glasfaser- oder mineralgefuellten Compounds besonders schnell. Hartmetall-Duesen, Schneidkanten und endkonturnahe Preforms halten der Abrasion stand und reduzieren Ausschuss und Nacharbeit. Sandstrahl- und Spritzduesen in Venturi-Ausfuehrung gehoeren ebenso zum Programm.

Maschinenbau und Verschleissschutz

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

Fuenf praezisionsgefertigte Teile aus Hartmetall fuer 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 uebernimmt Hartmetall rotierende Messer, Loetplatten fuer Saege- und Trennwerkzeuge, Schneidraedchen sowie Einsaetze fuer Bohrkronen. Auch korrosionsbestaendige Sorten fuer Chemie, Lebensmittel- und Medizintechnik sind verfuegbar.

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: bewaehrte Standardsorten, universell einsetzbare Mehrbereichssorten und Spezialsorten. Die Eigenschaften werden ueber das Mischungsverhaeltnis der Komponenten, ueber Kornform und Korngroesse des Wolframcarbids sowie ueber eine exakt abgestimmte Prozesssteuerung erzielt.

Die gestiegenen Anforderungen an Standzeit und Kantenstabilitaet decken die hochverdichteten NHT-Feinkornsorten GM05F, GM10F, GM15F und GM25F ab. Sie bieten gegenueber Standardsorten ein sehr hohes Zaehigkeitsverhalten durch eine Biegebruchfestigkeit bis 3.900 N/mm², hoechste Verschleissbestaendigkeit durch eine Haerte bis 2.000 HV und hohe Kantenstabilitaet durch ein feines, dichtes und homogenes Gefuege, besonders fuer Stanz- und Schnittwerkzeuge.

Drei glaenzende, reflektierende Kugeln aus Hartmetall in unterschiedlicher Groesse. — Hartmetallkugeln in unterschiedlichen Durchmessern.

Welche Sorte fuer Ihre Anwendung sinnvoll ist, haengt vom Lastfall ab: feinkoernige, binderarme Sorten fuer maximale Haerte und Standzeit, groebere, binderreichere Sorten fuer schlag- und stossbeanspruchte Bauteile. Negele waehlt die Sorte nicht nach Katalog, sondern nach Ihrem Bauteil und Ihrer Beanspruchung aus.

Lieferformen

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

Zeichnungsteile nach Kundenspezifikation mit enger Toleranz
Rohlinge und Ronden als Basis fuer 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 kuerzer. Als familiengefuehrtes 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 fuer die Endbearbeitung.

Normen und Standards

Hartmetall ist durch ein dichtes Netz internationaler Normen beschrieben, das Klassifizierung und Pruefung 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 Gefuege und Korngroesse.
ISO 3327: Bestimmung der Biegebruchfestigkeit (transverse rupture strength).
EN ISO 4506: Druckversuch an Hartmetall.
ISO 3878: Vickershaerte von Hartmetall.
ISO 4505 / ISO 28079: Porositaet bzw. Palmqvist-Bruchzaehigkeit.

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 Pruefbescheinigung nach EN 10204 (Zeugnis 2.1, 2.2 oder Abnahmepruefzeugnis 3.1). Die Fertigung ist nach DIN EN ISO 9001 zertifiziert. Details zu Chargen- und Pruefbescheinigungen finden Sie im Bereich Chargen- und Pruefbescheinigung.

Haeufig gestellte Fragen zu Hartmetall

Was ist Hartmetall?

Hartmetall ist ein pulvermetallurgischer Verbundwerkstoff aus harten Wolframcarbid-Koernern (WC) in einer metallischen Bindephase, meist Cobalt (Co). Es verbindet die Haerte einer Keramik mit der Zaehigkeit eines Metalls und erreicht Vickershaerten bis ueber 2.000 HV. Eingesetzt wird es ueberall dort, wo Verschleiss, Abrasion und hohe Flaechenpressung Werkzeugstahl ueberfordern.

Was ist Wolframcarbid, und wie haengt 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 sproede fuer 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 Vickershaerten 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 ueber gehaertetem Werkzeugstahl. Feine Koerner und ein niedriger Bindergehalt erhoehen die Haerte, verringern aber die Zaehigkeit.

Woraus besteht Hartmetall?

Hartmetall besteht aus Wolframcarbid (WC) als Hartphase und einem metallischen Binder, ueblicherweise 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 verfluessigt sich nur der Binder bei etwa 1.300 bis 1.500 °C. Als praktische Einsatzgrenze gelten rund 700 °C, darueber oxidiert der Werkstoff an Luft.

Wie wird Hartmetall bearbeitet?

Im gesinterten Zustand laesst sich Hartmetall praktisch nur durch Diamantschleifen, Drahterosion (EDM) sowie Laeppen und Polieren bearbeiten. Konventionelles Drehen oder Fraesen ist nicht moeglich. 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 fuehrt zusaetzlich die hochverdichteten Feinkornsorten GM05F, GM10F, GM15F und GM25F mit Haerten bis 2.000 HV und Biegebruchfestigkeiten bis 3.900 N/mm². Die Auswahl richtet sich nach Bindergehalt, Korngroesse und Lastfall des Bauteils.

Was kostet Hartmetall?

Der Preis von Hartmetall haengt von Sorte, Bauteilgeometrie, Bearbeitungsaufwand und Stueckzahl 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 ueber das Kontaktformular fuer eine belastbare Kalkulation.

Hartmetall-Bauteile nach Ihren Anforderungen

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

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