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Hartstoffverbundlegierungen

<h3>Hartstoffverbundlegierungen</h3>
<p>Unter Hartlegierungen und Hartverbundwerkstoffen werden metallische Werkstoffe auf Eisen-, Nickel- oder Kobaltbasis verstanden, die zum Verschleißschutz bis zu ≈ 50 Vol.-% an harten Teilchen wie Karbiden, Boriden und Nitriden enthalten. Hartlegierungen entstehen durch Erstarren einer Schmelze unter Ausscheidung von Hartphasen. Legierung und Verbundwerkstoff können Mischformen bilden, wie z.B. beim thermischen Spritzen mit ungeschmolzenem Hartstoffanteil.</p>
<p>Metallkarbide, -boride und -nitride sind aus folgenden Gründen besonders als Hartphasen geeignet:</p>
<p>(a) Der hohen Löslichkeit der Komponenten in der Schmelze steht eine geringe im festen Zustand gegenüber, so dass die Erstarrung zu einem guten Ausbringen der Hartphasen führt.</p>
<p>(b) Mit wachsendem Anteil an kovalenter Bindung steigt die Härte der Hartphasen auf ein Mehrfaches der metallischen Matrix, so dass sie angreifenden Verschleißpartikeln einen wirksamen Widerstand entgegensetzen.</p>
<p>(c) Der metallische Bindungsanteil verleiht diesen spröden Hartphasen jedoch eine höhere Zähigkeit als angreifenden Verschleißpartikeln oxidischer Mineralien. Dadurch wird der Bruch im Kontakt für das Mineral wahrscheinlicher als für die Hartphase.</p>
<p>(d) Zwischen Karbiden, Boriden und der umgebenden Metallmatrix besteht eine gute Bindung, die den Zusammenhalt dieser Gefügebestandteile erhöht. Oxide mit ähnlich hoher Härte lösen sich aufgrund schwächerer Bindung in der Grenzfläche bei Belastung eher von der Metallmatrix ab.</p>
<p>Durch die Einlagerung von Hartphasen mit keramischen Eigenschaften in eine Matrix mit metallischen Eigenschaften entstehen Werkstoffe mit einer guten Kombination von Verschleißwiderstand und Bruchsicherheit. Über Menge, Art, Größe, Form und Verteilung der Gefügebestandteile lassen sich Bauteileigenschaften von metallisch zäh bis keramisch hart in weiten Grenzen variieren und dem Anwendungsfall anpassen. Damit eröffnet sich der Werkstoffgruppe ein breites Anwendungsfeld im Verschleißschutz, /Bürgel98/.</p>
<p>Unterschied zu den Hartlegierungen werden bei den Hartverbundwerkstoffen Hartstoffpartikel im festen Zustand zugegeben und entstehen nicht in-situ aus einer Schmelze. Zunehmende Bedeutung erfahren Werkstoffe bei denen legiertes Metallpulver mit Hartstoffpulver gemischt und anschließend pulvermetallurgisch weiterverarbeitet werden. Auf diese Weise lassen sich Gefügebausteine beliebig kombinieren und anordnen. Ausgezeichnete Verschleißeigenschaften bei RT und erhöhter Temperatur bringen Wolframschmelzkarbide (Eutektikum WC/W2C) sowohl in einer warmfesten Stahlmatrix als auch in einer ausscheidungshärtbaren Ni-Matrix.</p>
<p>Physikalische und mechanische Eigenschaften einiger als Zusatz geeigneter Hartstoffe sind in Tabelle 2 dargestellt.</p>
<table width="100%" cellspacing="1" cellpadding="4" border="0" class="katalog_tabelle"><tbody><tr class="katalog_tabelle_header"><td>Hartstoff<br />
</td><td>Dichte<br />
[g/cm<span style="vertical-align: super;">3</span>]<br />
</td><td>Härte <br />
[HRC]<br />
</td><td>E-Modul <br />
[kN/mm<span style="vertical-align: super;">2</span>]<br />
</td><td>Wärmeleitfähigkeit<br />
[W/m K]<br />
</td><td>spez. Wärme<br />
[kJ/kg K]<br />
</td><td>Ausdehnungskoeffizient<br />
[10<span style="vertical-align: super;">-6</span>/K]<br />
</td><td class="katz02k">Schmelz-<br />
temperatur<br />
[°C]</td></tr><tr class="katalog_tabelle_normal"><td valign="top">WC<br />
</td><td valign="top">15,77<br />
</td><td valign="top">2350<br />
</td><td valign="top">720<br />
</td><td valign="top">RT<br />
29,29<br />
</td><td valign="top">0,181<br />
</td><td valign="top">3,84<br />
</td><td valign="top">2776<br />
</td></tr><tr class="katalog_tabelle_hilite"><td valign="top">NbC<br />
</td><td valign="top">7,82<br />
</td><td valign="top">1800<br />
</td><td valign="top">580<br />
</td><td valign="top">RT<br />
18,44<br />
</td><td valign="top">0,462<br />
</td><td valign="top">6,65<br />
</td><td valign="top">3613<br />
</td></tr><tr class="katalog_tabelle_normal"><td valign="top">VC<br />
</td><td valign="top">5,41<br />
</td><td valign="top">2900<br />
</td><td valign="top">430<br />
</td><td valign="top"><br />
<br />
</td><td valign="top"><br />
<br />
</td><td valign="top">7,3<br />
</td><td valign="top">2648<br />
</td></tr><tr height="34" class="katalog_tabelle_hilite"><td valign="top">W<span style="vertical-align: sub;">2</span>C<br />
</td><td valign="top">17,2<br />
</td><td valign="top">420<br />
</td><td valign="top">RT<br />
29,33<br />
</td><td valign="top"><br />
<br />
</td><td valign="top"><br />
<br />
</td><td valign="top">1,2 in (a)<br />
11,4 in (c)<br />
hexagonal<br />
</td><td valign="top">2700<br />
</td></tr></tbody></table>
<p><span style="font-size: 0.75em;">Tabelle 2: Physikalische und mechanische Eigenschaften von Hartstoffen</span></p>