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Feinst- und Ultrafeinkornhartmetalle — vom Pulver zum Werkzeug

Submicron and Ultrafine Hardmetals: from Powder to Tools

  • Pulvermetallurgie — Forschung und Technik
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Keramische Zeitschrift

Kurzfassung

Der Marktanteil von Hartmetallen mit submikronem Werkstoffgefüge ist über die vergangenen Jahre stetig gestiegen und liegt aktuell bei etwa 50 % des Gesamtbedarfs. Ausschlaggebend für diese markanten Änderungen am Werkzeugmarkt waren die überzeugenden Leistungssteigerungen der feinkörnigen Sorten gegenüber konventionellen Legierungen, die im Wesentlichen auf die Entwicklung geeigneter feiner Carbidpulver, aber auch auf rigorose Umstellungen in der Hartmetallindustrie hin zu modernen Fertigungstechniken zurückzuführen waren. Der vorliegende Beitrag widmet sich den Fragen der Technologie der Pulverherstellung, der Wahl geeigneter Kornwachstumshemmer, der Grenze der erreichbaren Gefügefeinheit, der Entwicklung der Werkstoffeigenschaften sowie der Frage der Zweckmäßigkeit alternativer Verdichtungsverfahren. Darüber hinaus werden aktuelle Beispiele für Anwendungen im Bereich der Feinstkorn- und Ultrafeinkornhartmetalle demonstriert.

Abstract

The market share of hardmetals with submicron microstructures has steadily increased over the past years and has currently achieved a level of more than 50 % of the total demand. The striking changes on the tool market originated from improved tool performance of the finer grades as compared to conventional materials. The development of a new generation of fine and very uniform WC powder grades as well as rigorous efforts of the hardmetal industry towards modern production engineering have been the main drivers. The present article discusses the technologies of current WC powder manufacturing, the state-of-the-art in hardmetal fineness and uniformity, the occurrence of defects, the selection of growth inhibitors and the actual limits in achievable microstructural fineness. In addition, the perspectives of alternative consolidation processes for getting even finer are considered, and several attractive examples for application of tools based on submicron and ultrafine hardmetals are demonstrated.

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Literatur

  1. Prakash, L.: Application of Fine Grained Tungsten Carbide Based Cemented Carbides. Int. J. Refr. Metals & Hard Mater. 13 (1995) 257–264

    Article  CAS  Google Scholar 

  2. Grearson, A., James, M., Tillman, M., Norgren, S., Gustafson, P.: The Future of Finer Grain Hard Metals. Proceedings 16. Internationales Plansee Seminar (2005), HM 14: 314–336, Plansee Holding AG, Reutte, Tirol

    Google Scholar 

  3. Schubert, W.D., Bock, A., Lux, B.: General Aspects and Limits of Conventional Ultrafine WC Powder Manufacture and Hard Metal Production. Int. J. Refr. Metals & Hard Materials 13 (1995) 281–296

    Article  CAS  Google Scholar 

  4. Zeiler, B.: The Potential of Conventional Tungsten Carbide Powder Manufacturing. Proceedings 14. Internationales Plansee Seminar (1997), Band 4, HM13: 265–276, Plansee AG, Reutte, Tirol

    Google Scholar 

  5. Gille, G., Szesny, B.: A new 0,4 µm WC powder as well as powder-related properties and sintering behaviour of 0,6 to 30 µm WC-Co hardmetals. Proceedings 14. Internationales Plansee Seminar (1997), Band 2, HM12: 139–167, Plansee AG, Reutte, Tirol

    Google Scholar 

  6. Yamamoto, Y., Matsumoto, A., Doi, Y.: Properties of ultrafine tungsten carbide and cemented carbide by direct carburization. Proceedings 14. Internationales Plansee Seminar (1997), Band 2, HM60: 596–608, Plansee AG, Reutte, Tirol

    Google Scholar 

  7. Bock, A., Zeiler, B.: Production and characterization of ultrafine WC powders. Int. J. Refr. Metals & Hard Mater. 20 (2002) 23–30

    Article  CAS  Google Scholar 

  8. Seegopaul, P., McCandlish, L., Gao, L.: Sintering of WC-Co Nanocomposites. Proceedings 14. Internationales Plansee Seminar (1997), Band 4, HM18: 304–316, Plansee AG, Reutte, Tirol

    Google Scholar 

  9. Carroll, D.: Processing and Properties of Ultrafine WC/Co Hard Materials. Proceedings 14. Internationales Plansee Seminar (1997), Band 2, HM14:168–182, Plansee AG, Reutte, Tirol

    Google Scholar 

  10. Spriggs, G.E.: A History of Fine Grained Hardmetal. Int. J. Refr. Metals & Hard Mater. 13 (1995) 241–255

    Article  CAS  Google Scholar 

  11. Hayashi, K., Fuke, Y., Suzuki, H.: Effects of Addition Carbides on the Grain Size of WC-Co Alloy. J. Jap. Soc. Powder and Powder Met. 19 (1972) 67–71

    Article  Google Scholar 

  12. Schubert, W.D.: Kornwachstum und Kornwachstumshemmung in Hartmetallen — eine ganzheitliche Betrachtung. Proceedings 23. Hagener Symposium Pulvermetallurgie (2004), 117–139, Hrsg.: H. Kolaska, ISBN: 3-933842-79-4

    Google Scholar 

  13. Toufar, Ch., Schubert, W.D., Hashiya, M., Kubo, Y.: On the formation of precipitations in highly (Cr,V)-doped cemented carbides. Proceedings 18. Internationales Plansee Seminar (2013), HM66: 1520–1535, Plansee Group AG, Reutte, Tirol

    Google Scholar 

  14. Murakami, K., Takeda, T., Tsuchiya, N.: Abnormal structure in TaC-phase of WC-TaC-Co alloys. J. Jap. Soc. Powder & Powder Met. 15 (1968) 14–18

    Article  Google Scholar 

  15. Suzuki, H., Yamamoto, Y.: Spotted structures in cemented carbides containing small amounts of TaC and NbC. J. Jap. Soc. Powder & Powder Met. 16 (1969) 235–240

    Article  Google Scholar 

  16. Kaplan, B., Norgren, S., Schwind, M., Selleby, M.: Thermodynamic calculations and experimental verification in the WC-Co-Cr cemented carbide system. Int. J. Refr. Metals & Hard Mater. 48 (2015) 257–262

    Article  CAS  Google Scholar 

  17. Adorjan, A., Schubert, W.D., Schön, A., Bock, A., Zeiler, B.: WC grain growth during the early stages of sintering. Int. J. Refr. Metals & Hard Mater. 24 (2006) 365–373

    Article  CAS  Google Scholar 

  18. Matsuno, K., Kawakami, M., Terada, O., Hayashi, K.: Microstructure and Property of Submicro-grained Hardmetal Sintered Compacts Prepared by Hybrid and Normal Sinterings. J. Jap. Soc. Powder & Powder Met. 53 [2] (2006) 160–165

    Article  CAS  Google Scholar 

  19. Sommer, M., Schubert, W.D., Zobetz, E., Warbichler, P.: On the formation of very large WC crystals during sintering of ultrafine WC-Co alloys. Int. J. Refr. Metals & Hard Mater. 20 (2002) 41–50

    Article  CAS  Google Scholar 

  20. Schubert, W.D., Bock, A., Lux, B.: Aspects of Ultrafine Hardmetal Sintering, Advances in Powder Metallurgy & Particulate Materials, eds.: Ch. Rose, M.H. Thibodeau, MPIF, Princeton (1999) 10–23

    Google Scholar 

  21. Mizukami, M., Yamamoto, Y., Asada, N., Matsumoto, A.: Manufacturing of Nanosized Powder by Direct Carburization of WO3. J. Jap. Soc. Powder & Powder Met. 53 [2] (2006) 154–159

    Article  CAS  Google Scholar 

  22. Bicherl, A., Bock, A., Zeiler, B.: Tungsten Carbide for Advanced Ultrafine Hardmetal Tools. Proceedings 17. Internationales Plansee Seminar (2009), Vol. 4, GT5 1–12, Plansee SE, Reutte, Tirol

    Google Scholar 

  23. Gille, G.: Die Pulvermetallurgie der Refraktärmetalle — eine Schlüsseltechnologie für Hartmetalle, Cermets und elektronische Bauteile, SKAUPY-Vortrag Hagener Symposium Pulvermetallurgie (2011), Hrsg.: H. Kolaska, 3–45

  24. Schön, A., Schubert, W.D., Lux, B.: WC-platelet containing Cemented Carbides. Proceedings 15. Internationales Plansee Seminar (2001), Vol. 4, HM35:322–334, Plansee SE, Reutte, Tirol

    Google Scholar 

  25. Wittmann, B., Schubert, W.D., Lux, B.: WC grain growth and grain growth inhibition in nickel and iron binder hardmetals. Int. J. Refr. Metals & Hard Mater. 20 (2002) 51–60

    Article  CAS  Google Scholar 

  26. Schubert, W.D., Fugger, M., Wittmann, B., Useldinger, R.: Aspects of sintering of cemented carbides with Fe-based binders. Int. J. Refr. Metals & Hard Mater. 49 (2015) 110–123

    Article  CAS  Google Scholar 

  27. Sachet, E., Schubert, W.D., Mühlbauer, G., Yukimura, J., Kubo, Y.: On the formation and in situ observation of thin surface layers of cobalt on sintered cemented carbides. Int. J. Refr. Metals & Hard Mat. 31 (2012) 96–108

    Article  CAS  Google Scholar 

  28. Gille, G., Szesny, B., Dreyer, K., van den Berg, H., Schmidt, J., Gestrich, T., Leitner, G.: Submicron and ultrafine-grained hardmetals for microdrills and metal cutting inserts. Int. J. Refr. Metals & Hard Mater. 20 (2002) 3–22

    Article  CAS  Google Scholar 

  29. Keckes, J., Daniel, R., Mitterer, C., Matko, I., Sartory, B., Koepf, A., Weißenbacher, R., Pitonak, R.: Thin Solid Films 545 (2013) 29–32

    Article  CAS  Google Scholar 

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Authors and Affiliations

  1. Institut für Chemische Technologien und Analytik, TU Wien, Getreidemarkt 9/164-CT, A-1060, Wien, Australia

    W. Schubert

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  1. W. Schubert
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Prof. Wolf-Dieter Schubert (1951) studierte nach dem Gymnasium Technische Chemie an der Technischen Universität in Wien und promovierte im Jahr 1980 zum Doktor der technischen Wissenschaften. Seit 1981 ist er Assistent am Institut für Chemische Technologien der TU Wien; 1993 habilitierte er sich im Fachbereich Metallurgie und Chemische Technologien. Seit 1998 ist er außerordentlicher Professor und Leiter der Arbeitsgruppe Sondermetallurgie. Prof. Schubert erhielt im Jahr 1992 den Dr. Paul Grünfeld Gedächtnispreis der Gesellschaft Deutscher Metallhüttenund Bergbau e.V. für seine Arbeiten auf dem Gebiet der Sondermetalle. Er hat bis dato 78 wissenschaftliche Arbeiten (Diplomarbeiten, Dissertationen) betreut und mehr als hundert wissenschaftliche Publikationen verfasst, darunter einige Buchbeiträge. Im Jahr 1999 publizierte er mit Prof. Erik Lassner die Monographie: TUNGSTEN: Properties, Chemistry, Technology of the Element, Alloys and Chemical Compounds (Plenum Publishers, New York). Seit 2004 ist Prof. Schubert technischer Berater der „International Tungsten Industry Association“. Die Finanzierung seiner Forschungstätigkeiten verläuft zum großen Teil über Industriekooperationen.

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Schubert, W. Feinst- und Ultrafeinkornhartmetalle — vom Pulver zum Werkzeug. Keram. Z. 67, 365–376 (2015). https://doi.org/10.1007/BF03400395

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