Gefüge und Festigkeit eines laserbasiert additiv hergestellten Hartmetalls

Wolframkarbid-Cobalt Hartmetalle mit einem niedrigen Cobaltgehalt sind essentiell für die Herstellung von Zerspanwerkzeugen. Die Entwicklung der laserbasierten additiven Fertigung (Powder Bed Fusion Laser Beam, PBF-LB) dieser Hartmetallsorten reicht nicht über Machbarkeitsstudien hinaus. Die Rissbildung und die ungeklärte Entstehung unerwünschter Cobalt-Wolfram-Mischkarbide verhindern den Einsatz als Werkzeug-werkstoff. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung des PBF-LB Prozesses mit anschließender Nachbehandlung für Hartmetalle mit 12 Gew.-% Cobalt.
Entlang der Prozesskette, beginnend mit der Pulvermodifikation, konnten signifikante Einflüsse identifiziert werden. Die Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes mittels Rußes zeigte, dass die Bildung unerwünschter Cobalt-Wolfram-Mischkarbide reduziert werden kann. Mit der entwickelten Vorheizstrategie wurde eine gleichmäßige Temperaturverteilung über die gesamte Bauplatte mit 950 ± 34 °C vor der Laserbelichtung gewährleistet. Mit dieser Vorwärmung konnte eine ausreichende Verdichtung für die anschließende Nachbehandlung verbunden mit einem moderaten Kornwachstum der Karbidphase im PBF-LB-Prozess erreicht werden.
Die Nachbehandlung führte zudem dazu, dass das Hartmetall die geforderten Eigenschaften erhält. Insbesondere durch die Sinter-HIP Nachbehandlung wird der Cobaltmischkristall stark beeinflusst. Die Härte und der Elastizitätsmodul der Binderphase sinken, wodurch der Cobaltbinder seine wichtige Eigenschaft der Duktilität im Hartmetall wiedererhält.
Die identifizierten Einflüsse entlang der PBF-LB Prozesskette für die Verarbeitung von WC Co Hartmetallen und die erprobten Verbesserungsmaßnahmen bedeuten einen signifikanten Schritt für die weitere Entwicklung der laserbasierten additiven Fertigung von Hartmetall.