HM-Tool 3D

Werkstoff- und prozesstechnische Optimierung lasergeschmolzener Hartmetallgefüge zur additiven Herstellung von Zerspanwerkzeugen

2023, 68 Seiten

Vorhaben Nr. 513
Abschlussbericht

Kurzfassung:

Das Projekt folgte zwei Entwicklungsrouten, die auf dem aktuellen Stand der Forschung in der additiven Verarbeitung von Hartverbundstoffen aufbauen. Eines der Entwicklungsziele dabei ist die Herstellung von Werkzeuggrundkörpern aus Hartmetall, die sich gegenüber gegenwärtig eingesetzten Werkzeugstählen durch eine höhere Steifigkeit und abrasive Verschleißfestigkeit auszeichnen. Dazu werden WC-Hartmetallpulver mit Kobalt- und Nickelbinder eingesetzt, die gegenüber Schneidwerkzeugen einen höheren Bindergehalt (83/17) aufweisen. Die additive Verarbeitung erfolgt mit niedrigen Energieeinträgen, um das Gefüge möglichst defektfrei zu erzeugen. Die porösen Strukturen werden anschließend gesintert. Im Rahmen des Projekts ist diese Prozessroute erfolgreich entwickelt worden. Die Ziele in den mechanischen Kennwerten Härte und Biegebruchfestigkeit sind erreicht. Die guten Ergebnisse sind anhand einer im Spanablauf eingesetzten Spannpratze mit innerer Kühlmittelzufuhr demonstriert. Das Nachsintern der offenporigen Strukturen hat bei großen Aspektverhältnissen Grenzen durch Verzüge. Das zweite Forschungsziel liegt in der additiven Verarbeitung von nickelgebundenen Titancarbiden (Cermets).

Die Untersuchungen haben gezeigt, dass die Beschichtbarkeit der eingesetzten TiC-30Ni und TiC-15Ni Pulver bei Vorheiztemperaturen >700°C deutlich abfällt. Beim Aufbau rissfreier additiver Rohlinge benötigt das Stoffsystem aber vergleichbar hohe Vorwärmtemperaturen wie die WC-Co-Hartmetalle. Die Ursache für die Beschichtungsproblematik konnte trotz verschiedener Analysen nicht eindeutig geklärt und mit prozess- sowie werkstoffkundlichen Variationen nur bedingt behoben werden. Aufgebaute Probenkörper zeigen, dass die additiv erzeugten des TiC-Ni Gefüge deutlich homogener und feinkörniger sind als die der Wolframkarbid Hartmetalle. Die erzielten Gefüge sind ausreichend hart, weisen aber wegen makroskopischer Defekte aus der Beschichtungsproblematik unzureichende Biegebruchfestigkeiten auf. Die Bauprozesse sind mit den benötigten Vorwärmtemperaturen nicht prozesssicher. Daher konnten im Projekt keine einsetzbaren Schneidwerkzeuge gefertigt werden.

 Das Ziel des Forschungsvorhabens ist teilweise erreicht worden.