Analyse der Einflussgrößen auf die Haftung von CVD-Diamantdünnschichten an Hartmetallwerkzeugen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 267184104

Im ersten Förderzeitraum dieses Projektes wurde das funktionale Profil an cobalt- und nickel-gebundenen, neuartigen Schneidstoffen aus Niobcarbid (NbC) erarbeitet, welche mithilfe unter-schiedlicher Sinterverfahren hergestellt wurden. Diese NbC-Nuancen wurden auf ihre Materialeigenschaften hin untersucht und mit einem kommerziell erhältlichen Wolframcarbid-Cobalt (WC-6Co, Feinstkornsorte) verglichen. Weiterhin wurden die NbC-Hartmetall-Nuancen in der Zerspanung von verschiedenen Materialien eingesetzt und das Verschleißverhalten im Vergleich zu den WC6-Co-Werkzeugen analysiert. Es konnte gezeigt werden, dass der neuartige Schneidstoff im Trockenschnitt bei gleichen Pro-zessparametern sowohl bei der Drehbearbeitung von gehärtetem Stahl 42CrMo4+QT als auch beim Drehen von Kohlenstoffstahl C45E höhere Standzeiten erreicht als WC-6Co. Dabei konnte festgestellt werden, dass bei der Bearbeitung von C45E mit hohen Schnittgeschwindigkeiten von vc = 150 m/min ein deutlich geringerer Kolkverschleiß auftritt, was auf die niedrigere Löslichkeit von NbC in festen Metallen, wie beispielsweise Eisen, zurückzuführen ist. Die Standzeitvorteile der NbC-Sorten steigern sich mit ansteigender Schnittgeschwindigkeit. Trotz der geringeren Härte des NbC-Schneidstoffes bei Raumtemperatur (RT) wurden höhere Standzeiten bei der Zerspanung von gehärtetem Stahl erreicht, was auf eine höhere Warmhärte des NbC im Vergleich zu WC-6Co zurückzuführen ist. Bei der Fräsbearbeitung der Aluminiumlegierung AlSi9Cu4Mg konnten ähnliche Standzeiten wie mit WC-6Co erreicht werden, obwohl die NbC-Nuancen bislang noch eine geringere Zähigkeit aufweisen. Bisher wurde das NbC-Hartmetall noch im Labormaßstab sowie größtenteils mithilfe der Sintermethode Spark Plasma Sintering (SPS) hergestellt, die in der Industrie nicht gebräuchlich ist. Im Fortsetzungsantrag werden daher verstärkt die industriell relevanten Herstellungsmethoden der NbC-Schneidstoffe unter weiterer Erhöhung der Härte-, Festigkeits- und Zähigkeitswerte sowie Vermeidung von Kornwachstum fokussiert. Unter Anpassung der Mikro- und Makrogeometrie der Werkzeuge an das Verschleißverhalten je Werkstückwerkstoff sollen die NbC-Nuancen in der Dreh- und Fräsbearbeitung einer breiten Werkstoffpalette angewendet und das Einsatzverhalten analysiert werden. Dabei wird je Werkstoff eine Parameterstudie durchgeführt und der Einfluss von unterschiedlichen Kühlmethoden auf die Standzeit untersucht. Mithilfe unterschiedlicher Analysemethoden werden die auftretenden Verschleißursachen ermittelt. Abschließend wird ein analytisches Modell zur Beschreibung des Einsatz- und Verschleißverhaltens unter Berücksichtigung unterschiedlicher Herstellungsmethoden und Bindermaterialien der NbC-Nuancen erstellt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen