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Organisationseinheit der BAM
Several phases, like Nb₄C₃, Nb₆C₅ and other short and long range ordered phases occur in the region of homogeneity of NbCₓ (0,75≤ x ≤1.0) in the binary phase diagram. Properties, like micro-hardness, hot hardness, sliding wear resistance, elastic modulus and toughness can be tailored by the C/Nb ratio, the addition of secondary carbides and the type of binder. Supporting results from different grades with varying C/Nb ratio or binder types were illuminated. Thus, the NbC system offers to producers a wider process window, than WC. The impact of These tailored properties on sliding wear and cutting performance was illuminated by tribological and machining results. Niobium is today largely available. NbC can be synthesized by carbothermal conversion of Nb₂O₅ or be metallurgically grown and leached out, provides comparably low friction in many relevant tribo-contacts and displays low wear. NbC and Nb₂O₅ have so far no REACH classification related to human toxicology and are not listed as substances of very high concern contrary to WO₃ and Co₃O₄.
The differences between the binary phase diagrams W-C and Nb-C illuminate several parameters for tailoring the properties of NbC. In the region of homogeneity of NbCx, with Nb4C3 and Nb6C5 other Niobium carbide phases occur. Properties, like micro-hardness, hot hardness, sliding wear, elastic modules and toughness can be tailored by the C/Nb Ratio, secondary carbides and the type of binder. Supporting results from different grades with varying C/Nb ratio or binder types will be illuminated. Thus, the NbC system offers to producers a wider parameter window, than WC.
The present paper illuminates the metallurgical progress on niobium carbide based hard metal developments, which are characterized by: a.) the substitution of cobalt binder by nickel, b.) the change from SPS to conventional sintering and c.) by switching from lab to pilot scale. The toughness was increased in the frame of these developments without loosening the hardness level. The hardness-toughness profile of NbC grades match those of WC and cermet grades. Apart from the aforementioned parameters, the properties depend from the powder processing and sintering conditions.
The functional profile of nickel and NiMo bonded NbC versus cobalt bondedWC grades bonded by cobalt and nickel are benchmarked under dry sliding wear (T= 22/400°C; v= 0,1-10 m/s), abrasive wear (G65) and under dry turning and dry milling against different work piece alloys (C45E, 42CrMo4, 300WA, GG35, AlSi9Cu4Mg). The different elements explaining the wear resistance of NbC over WC will be illuminated.
The present work deals with Niobcarbid (NbC). Strategic reflections on tungsten carbide and more and more stringent toxicological restrictions for cobalt associated for both with spiraling stock market prices have attracted recently some attention for Niobium carbide as a substitute for tungsten carbide in machining.
Hochentropie Legierungen (engl. High Entropy Alloys, HEAs) sind eine relativ neue Werkstoffklasse. Seit ersten Veröffentlichungen im Jahr 2004, steigt das Forschungsinteresse an diesem Werkstoffkonzept stetig an. Im Gegensatz zu herkömmlichen Legierungen bestehen HEAs aus fünf Legierungselementen in äquiatomaren Gleichgewicht. Der Hochentropie-Effekt ist dabei u.a. auf die erhöhte Konfigurationsentropie zurückzuführen, der die Mischkristallbildung fördert. Viele HEAs weisen aufgrund hervorragender struktureller Eigenschaftskombinationen von sehr tiefen bis zu hohen Temperaturen enormes Anwendungspotential auf. Für ihre Anwendung als reale Bauteile stellt sich aber die zentrale Frage der Anwendbarkeit von trennenden Fertigungstechnologien für HEAs. Dies findet in der bisherigen weltweiten Materialforschung bisher kaum Beachtung. Für die Forderung nach wirtschaftlicher Bauteilfertigung ist für potenzielle Anwendungsbereiche, bspw. in der Energietechnik, eine zuverlässige und sichere Verarbeitung von wesentlicher Bedeutung. Fräsen ist dabei ein Standardprozess für die zerspanende Bearbeitung von Metallen. Der vorliegende Beitrag stellt Ergebnisse durchgeführter Zerspanbarkeitsanalysen vor. Diese konzentriert sich auf die aus dem Fräsprozesse resultierende Oberflächenintegrität an einem sogenannten „Cantor-HEA“ (mit der Zusammensetzung Co20Cr20Fe20Mn20Ni20). Hierfür wurden Untersuchungen mit konventionellem Kugelkopffräsen durchgeführt und mit dem an der BAM Berlin verfügbaren innovativen Hybridverfahren, dem ultraschallunterstützten Fräsen (engl. Ultrasonic Assisted Milling, USAM), verglichen. USAM verspricht dabei eine geringere Degradation der Oberflächeneigenschaften aufgrund geringerer Belastungen auf die Werkstückoberfläche beim Spanen. Dazu wurden grundlegende Fräsparameter (Schnittgeschwindigkeit und Zahnvorschub) systematisch variiert und während der Fräsexperimente die Zerspankräfte gemessen, deren anschließende Analyse ein Verständnis für die mechanischen Beanspruchungen ermöglicht, die auf Werkzeug und Bauteiloberfläche wirken. Diese Beanspruchungen bedingen eine topographische, mechanische und mikrostrukturelle Beeinflussung der Oberfläche und letztlich der Oberflächenintegrität. Zur deren Charakterisierung wurden Licht- und Rasterelektronen-mikroskopie eingesetzt, sowie die Rauheit mittels 3D-Mikroskop und die Eigenspannungen mittels Röntgendiffraktion gemessen. Die Ergebnisse belegen einen signifikanten den positiven Effekt beim USAM, insbesondere durch reduzierte Zerspankräfte im Vergleich zum konventionellen Kugelkopffräsen. Dies führt zu geringerer mechanischer Beanspruchung von Werkzeug und Oberfläche verbunden mit geringeren Zugeigenspannungen an und unter der Oberfläche und bewirkt schließlich eine wesentlich höhere Oberflächenintegrität.
The presentation gives an overview of BAM's activities on processing influences and application properties of MPEAs in the form of joined and machined high and medium entropy alloys (CoCrFeMnNi and CoCrNi). In the case of welding, the focus is on defect-free welded joints with sufficient mechanical properties. In the case of machining, the focus is on the possible influence on the surface quality of the materials through adequate milling parameters. In addition, the hydrogen absorption and diffusion properties as well as the electrochemical corrosion behavior are fundamentally examined.