Bei spanenden Fertigungsverfahren wie dem Drehen von Nickelbasislegierungen in der Luft- und Raum-fahrt werden Werkzeuge stark belastet. Nickelba-sislegierungen weisen eine hohe Härte auf. Dadurch haben Wolframcarbid-Kobalt Hartmetallwerkzeuge nur eingeschränkte Prozessparameter bei der Bear-beitung dieser Legierungen. Es drohen frühe unvor-hersehbare Werkzeugschäden, die einen umwelt- und kostentechnischen ungünstigen Werkzeugwech-sel erfordern. Werkzeugschäden in der Fertigung führen jährlich zu wirtschaftlichen Nachteilen von mehreren 100.000 Euro je Betrieb. Auch muss der hohe Bedarf an kritischen Rohstoffen wie Wolfram und Kobalt für die Hartmetallwerkzeugherstellung berücksichtigt werden.
Keramiken für die Produktionssteigerung bei Ni-ckelbasislegierungen
Keramiken bestehen zu einem großen Anteil aus Silizium und Aluminium, die mit 25% und 8% das zweit- und dritthäufigste Element, nach Sauerstoff, in der Erdkruste sind. Das Materials Center Leoben (MCL) und die Montanuniversität Leoben untersuch-ten zwei keramische Werkzeugmaterialien: (1) Silizi-um-Aluminiumoxid-Nitrid (SiAlON) und (2) Alumini-umoxid, die mit dünnen Siliciumcarbid Kristallfasern verstärkt wurden (Al2O3+SiCW). Beides sind techni-sche Keramiken die sich durch Hochtemperatur-, Verschleiß- und chemische Stabilität auszeichnen. Die Werkstoffeigenschaften sowie die Schädigungs-entwicklung der Schneidkanten bei unterschiedli-chen Kühlbedingungen und Schnittgeschwindigkei-ten wurden untersucht.
Die Ergebnisse zeigen, dass Al2O3+SiCW im Vergleich zu SiAlON weitaus weniger unter Ausbrüchen, Mate-rialanhaftungen und Verschleiß leidet. So wurde mit Al2O3+SiCW eine bessere Werkzeugstandzeit und Werkstückoberflächengüte erreicht als mit SiAlON.
Wirkungen und Effekte
Der Ersatz von Hartmetall- durch rein keramische Werkzeuge steigert die Produktivität und verlängert die Werkzeugstandzeit in der Fertigung von Bautei-len aus Nickelbasislegierungen. Durch die möglichen höheren Schnittgeschwindigkeit (+20%) kann eine Kostenreduzierung von 15% pro Bauteil erreicht werden. Darüber hinaus kann durch den Einsatz rein keramischer Werkzeuge die durch Werkzeugwechsel verursachten Anlagenstillstandszeiten reduziert werden. Auch kann der Bedarf an kritischen Rohstof-fen, wie Wolfram und Kobalt, sowie die Menge an umweltschädlichen Kühlschmierstoffen verringert werden.
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Projektkoordination (Story)
Dr. Kathrin Maier
Senior Scientist Hard Metals
Materials Center Leoben Forschung GmbH (MCL)
Roseggerstrasse 12, AT 8700 Leoben
Email: kathrin.maier(at)mcl.at
IC-MPPE / COMET-Zentrum
Materials Center Leoben Forschung GmbH
Roseggerstrasse 12
8700 Leoben
T +43 (0) 3842 45922-0
mclburo(at)mcl.at
www.mcl.at
Projektpartner
• Ceratizit Austria GmbH, Österreich
• Montanuniversität Leoben - Lehrstuhl für Struk-tur und Funktionskeramik, Österreich