Keramische Einsätze sind hervorragende Werkzeuge, um bei Drehbearbeitungen spiegelglatte Oberflächen zu erzielen. Zunächst sei definiert, was Cermet‑Werkstoffe (Keramik‑Metall‑Verbundwerkstoffe) sind.

Wörtlich bezeichnet der Begriff eine Kombination aus metallischen und keramischen Materialien. Die ASTM definiert sie als ein heterogenes Verbundmaterial, das aus einem Metall oder einer Legierung sowie einer oder mehreren keramischen Phasen besteht, wobei die keramische Phase etwa 15 % bis 85 % des Gesamtvolumens ausmacht.

Sie werden hergestellt, indem man Metallcarbidpulver (wie WC, TiC usw.) mit Bindemitteln (wie Co, Ni usw.) mischt, anschließend unter Druck formt und sinteriert.

I. Eigenschaften von Cermets

1. Hohe Härte: Cermet‑Werkstoffe auf Basis von Titankarbonitrid (TiCN) weisen eine höhere Härte auf als Hartmetalle auf Wolframkarbid‑Basis (WC). Daher eignen sie sich im Allgemeinen für die Bearbeitung von Gusseisen, Temperguss, Sphäroguss, Kohlenstoffstahl, legierten Stählen sowie Titanlegierungen.

2. Ausgezeichnete Verschleißfestigkeit und Kraterabnutzungsfestigkeit: Sie zeigen während Hochgeschwindigkeits‑Stahlschneidvorgängen sehr niedrige Abnutzungsraten.

3. Hohe Hitzebeständigkeit: Schneidwerkzeuge aus diesen Materialien können bei Temperaturen zwischen 1100 °C und 1300 °C eingesetzt werden. Sie ermöglichen Schnittgeschwindigkeiten, die denen von WC‑Hartmetallen entsprechen oder diese sogar übertreffen – bis zu 200–400 m/min.

4. Hohe Oxidationsbeständigkeit: Das bei der Oxidation von TiC entstehende TiO₂ wirkt als Schmiermittel; daher liegt der Oxidationsgrad von Ti(C,N)‑basierten Cermets etwa 10 % unter dem von WC‑Hartmetallen.

5. Gute chemische Stabilität: Während des Schneidens bilden TiCN‑basierte Cermet‑Werkzeuge an der Schnitt‑Werkzeug‑Schnittfläche dünne Filme aus Mo₂O₃, Nickel‑Molybdän‑Verbindungen und TiO₂. Selbst bei Temperaturen von 700–900 °C ist die Haftung minimal, und die Bildung von Aufbauschliff (BUE) ist unwahrscheinlich. Dies trägt zur Verbesserung der Werkstückoberflächengüte bei und ermöglicht die Erzielung einer spiegelglatten Oberfläche.

Diese Eigenschaft macht sie besonders geeignet für Trockenschneiden, wodurch die Produktionskosten gesenkt werden können.

2. Auswahl der geeigneten Cermet-Einsätze

Typische Cermet-Werkstoffe

Bei der Planung von Zerspanungsprozessen ist es unerlässlich, die richtige Wahl zwischen Hartmetall‑Einsätzen und Cermet‑Einsätzen zu treffen.

Im Gegensatz zu beschichteten Hartmetallen sind Cermets nicht für Schrupparbeiten geeignet. Bei der Entstehung großer Spanblöcke kommt es zu erheblichen Schwankungen in der Scherwirkung und dem Schnittwiderstand; dieser ständige Stoß kann zu Maßabweichungen und letztlich zum Bruch des Werkzeugs führen.

Darüber hinaus verstärkt sich beim Arbeiten mit großen Schnitttiefen durch den Aufprall großer Spanwickel auf die Werkzeugflanke der Kerbenverschleiß, wodurch das Cermet‑Werkzeug beschädigt wird. Ein solcher schwerer Kerbenverschleiß tritt besonders häufig bei der Bearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe (wie hitzebeständige Legierungen auf Nickel-, Eisen- und Kobaltbasis) auf.

Daher sind Cermet-Werkzeuge im Allgemeinen für die Bearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe ungeeignet. Aus diesem Grund sind beschichtete Hartmetallwerkzeuge sowohl beim Schruppen als auch bei der Zerspanung schwer zerspanbarer Materialien eine bessere Wahl als Cermet-Werkzeuge.

Die obige Abbildung vergleicht die Standzeit und das abgetragene Materialvolumen von Hartmetall, beschichtetem Hartmetall und Cermet beim Drehen von Kohlenstoffstahl. Es zeigt sich deutlich, dass beim Hochgeschwindigkeitsdrehen aufgrund des höheren abgetragenen Materialvolumens eine überlegene Kosteneffizienz erreicht wird. Ähnlich wie CVD-beschichtete Hartmetallwerkzeuge stellen auch Cermet-Werkzeuge sehr kostengünstige Optionen für das Hochgeschwindigkeitsdrehen dar.

Beispiele für Werkzeugqualitäten

Zu den gängigen Beispielen gehören Secos TP1020 und TP1030; Sandvik Coromants CT5015 und GC1525; Kennametals KT5020 sowie Iscars IC20N und IC520N.

Können Sie sich erinnern, zu welchen Marken die folgenden Sorten gehören – NX2525, NX3035, NS730, GT720, TN60, CT3000, CN1000, TT9080, TC430 und PV3010 – und haben Sie diese jemals eingesetzt?