Entwicklung niobcarbidbasierter Zerspanwerkzeuge sowie Untersuchung des Einsatzverhaltens im Zerspanprozess

• Antragsteller: Professor Dr. Jens Günster, Ph.D., seit 7/2023; Professor Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik
• Förderung: Förderung seit 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 274971066

Niobcarbid (NbC) stellt aufgrund vorteilhafter tribologischer Eigenschaften eine vielversprechende Alternative zu konventionellen Schneidstoffen wie Wolframcarbid (WC) in der Zerspanung dar. In erster Linie ist die deutlich höhere Schmelztemperatur zu nennen, die Vorteile in der Hochgeschwindigkeitszerspanung erwarten lässt. In diesem Forschungsvorhaben wurden bisher die Herstellung von Cobalt- (Co-) und Nickel- (Ni-)-gebundenen Schneidstoffen auf NbC-Basis mittels Spark-Plasma-Sintern (SPS) und Flüssigphasensintern (LPS) adressiert. Darauf aufbauend wurden ausschließlich Ni-gebundene Schneidstoffe auf NbC-Basis untersucht. Diese wurden über unterschiedliche pulverrmetallurgische Prozesse mittels LPS hergestellt. Der Fokus des aktuellen Forschungsvorhabens liegt auf der Reduzierung der Korngröße während des Sinterprozesses und der Analyse des Einsatzverhaltens von NbC-basierten Hartmetallen mit Nickel-Molybdänbinder (NiMo) im Zerspanprozess. Im Gegensatz zu den bisher genutzten Herstellungsprozessen wird erstmals Kugelmahlen dazu genutzt, die Partikel- und Korngröße des Pulvers zu reduzieren. Zudem wird ratenkontrolliertes LPS-Sintern eingesetzt, um eine NbC-Korngröße dK ≤ 1 µm zu erreichen Tiefgehende Untersuchungen der Mikrostruktur sollen Erkenntnisse hinsichtlich der Grenzflächenanbindung, ablaufender Diffusionsprozesse und der Kristallstruktur einzelner Phasen innerhalb der NbC-Ni-Hartmetalle erzielen. Neben der Mikrostruktur und den mechanischen Eigenschaften werden die tribologischen Eigenschaften genutzt, um die zur Herstellung von Zerspanungswerkzeugen geeignetsten Sinterprozessparameter auch für weitere Schneidstoffzusammensetzungen zu identifizieren. Zur Analyse der Verschleißmechanismen werden zusätzlich Analogieverschleißtests hinsichtlich u. a. Abrasion und Oberflächenzerrüttung sämtlicher NbC-Zusammensetzungen durchgeführt. Der Zusammenhang zwischen Herstellungsprozess, Mikrostruktur, mechanischen und tribologischen Eigenschaften sowie dem Einsatzverhalten im Zerspanprozess wird mittels evolutionsbasierter Prozessparameteradaption dargestellt. Abschließend wird die Gesamtheit der Ergebnisse genutzt, um ein grundlagenbasiertes Simulationsmodell des Zerspanprozesses in Bezug auf die Wärmeverteilung und Spannungen im NbC-Werkzeug zu entwickeln, welches die Einflüsse des Herstellungsprozesses auf dessen Struktur und mechanische Eigenschaften berücksichtigt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemalige Antragstellerin: Dr.-Ing. Daniela Hübler, bis 6/2023