MMC Magazine

Markteinführung des TF15, eines Allrounders mit besonderer Zähigkeit

Zu Beginn der 1980er Jahre bestanden Schaftfräser in der Regel aus Hochleistungsschnellarbeitsstahl. Die Entwicklung von Hartmetall-Schaftfräsern stand zu diesem Zeitpunkt noch am Anfang und ihr Anteil an den im Inland monatlich produzierten 700.000 Schaftfräsern betrug lediglich 5%. Zu dieser Zeit fand mit der UF20/UF30 die erste Feinstkornhartmetallserie von Mitsubishi Materials Anwendung. Die Serie wurde aufgrund ihrer Festigkeit ausgewählt, die beim Einsatz alternativ zu Schnellarbeitsstählen den Bruch verhinderte. Allerdings eigneten sich diese Produkte nicht für die Bearbeitung von Legierungen mit hohem Kobaltgehalt. Die Abriebfestigkeit musste erhöht werden, um einen breiteren Einsatz von Hartmetall-Schaftfräsern zu ermöglichen. Alle Hersteller von Hartmetallen versuchten, sich gegenseitig in der Entwicklung neuer Feinkornhartmetalle zu übertreffen. Gegen Ende der 1980er Jahre hatten sich dann sämtliche Produzenten auf grund-legende Komponenten für die von ihnen gefertigten Schaftfräser festgelegt. Mitsubishi Materials strebte jedoch nach Vielseitigkeit, um eine Vielzahl an Bearbeitungsanwendungen abdecken zu können. Daher wurde ein Werkstoffkonzept verfolgt, bei dem eher die Zähigkeit als die Härte der Schneidkante im Mittelpunkt stand. Verwendet wurde dafür ein Pulver von WC-Feinstpartikeln, das gemeinsam mit Japan New Metals Co., Ltd., eine der Konzerngesellschaften, entwickelt worden war. 1989 wurde die Sorte TF15 eingeführt, eine robuste Hartmetall-Legierung mit einem ausgewogenen Verhältnis von Härte und Zähigkeit.

MF10 – der Standard für Feinstkorn-Hartmetall mit deutlich höherer Werkzeugfestigkeit

Fast zur gleichen Zeit wie die Hartmetallsorte TF15 wurde auch die MF10 Sorte eingeführt, die für den expandierenden Markt der Leiterplattenbearbeitung entwickelt worden war. Die Eigenschaften von Hartmetall-Schaftfräsern sind unterschiedlich zu denen von Standard-Schaftfräsern. Die extrem robusten, harten Schaftfräser eigneten sich für diese Anwendung, denn Werkzeuge, die für das Bohren teurer Leiterplatten eingesetzt werden, müssen stabil und möglichst bruchfest sein. Zugleich müssen die Bohrungen sehr präzise ausgeführt werden. Während HTi10 für Werkzeuge mit Standarddurchmesser konzipiert war, wurde UF20 für die Werkzeuge mit kleinem Durchmesser ausgelegt. Allerdings eignete sich weder die Härte von HTi10 noch die Zähigkeit von UF20 für die Anforderungen der Leiterplatten. Neue Werkstoffe mit ausreichender Festigkeit waren erforderlich. Bei ihrer Entwicklung konzentrierten wir uns darauf, Defekte zu minimieren - das ursprüngliche Ziel der Hartmetallentwicklung also. Schließlich wird die Festigkeit der spröden Hartmetalllegierung bereits durch kleinste innere Defekte beeinträchtigt. Weil Hartmetall-Legierungen aber mit pulvermetallurgischen Verfahren hergestellt werden, lassen sich Mikroporen auch nicht bei sorgfältigster Fertigung vermeiden. Die Sintertechnologie musste freilich erheblich verbessert werden. Neben der Unterbindung von Defekten war aber auch entscheidend, dass Schwankungen bei der Festigkeit möglichst abgestellt werden. Diese Aufgaben versuchten wir gemeinsam mit Japan New Metals Co., Ltd. zu lösen und ein Feinstpartikel-WC-Pulver zu entwickeln, das eine kleinere Partikelgrößenverteilung als Standard-WC-Pulver hat. Dabei gelang es, unsere Sintertechnologie zu verbessern und die Mikroporen zu minimieren. Das Ergebnis war das robuste MF10. Diese Legierung hat sich am Markt der Miniaturbohrer mit kleinem Durchmesser etabliert. Mit seiner hohen Leistungsfähigkeit bei der Bearbeitung superharter Stähle wurden die Schwächen des TF15 ausgemerzt. Bis heute wird MF10 für superharte Stähle und TF15 für allgemeine Anwendungen eingesetzt.

SF10 - Weltweiter Standard für Miniaturbohrer mit Standarddurchmesserns

Im Zuge der immer größeren Verbreitung elektronischer Geräte stieg Ende der 1990er Jahre auch die Nachfrage nach Miniaturbohrern mit Standarddurchmesser an. Zugleich wurden die Leiterplatten extrem hart und erforderten eine Verbesserung der HTi10-Legierung. Weil zudem der Trend bei Miniaturbohrern hin zu Feinstpartikeln ging, entschlossen wir uns bei der Entwicklung von SF10 für ein raueres Werkstoffkonzept. Die Entwicklung der MF10-Legierung hatte zu einer konstanten Festigkeit geführt, die über die Fertigungstechnologie erreicht wird. Reduzieren ließen sich damit aber auch die Mikrorisse, die durch das Füllmaterial der Leiterplatten verursacht werden. Aktuell wird SF10 mit Standarddurchmesser von Mitsubishi Materials und vielen anderen Miniaturbohrerherstellern verwendet und dient als ein Hauptwerkstoff.

Impact Miracle – Superhartes Material, das zusammen mit der Mitsubishi Materials Kobe Tools Corporation entwickelt wurde

Die Werkzeugabteilung von Kobelco (aktuelles Werk in Akashi) wurde 2000 als Mitsubishi Materials Kobe Tools Corporation in den Mitsubishi-Materials-Konzern aufgenommen. Die Kernkompetenz besteht in der Fertigung von Schaftfräsern für die Bearbeitung gehärteter Stähle. Um Synergien und Vorteile der Werkstofftechnologie von Mitsubishi Materials zu nutzen, wurde ein gemeinsames Projekt zur Verbesserung der Schaftfräser gestartet. Kobelco nutzte bis dahin KRZX8, ein mit MF10 von Mitsubishi Materials vergleichbares Feinstkorn-Hartmetall. Die Härte dieses Werkstoffs musste jedoch verbessert werden, um die Anforderungen von Matrizenstählen der mit Härten von bis zu 60 HRC zu erfüllen. Außerdem sollte eine Zähigkeit der Schneid-kante erreicht werden, die für eine Verwendung an Schaftfräsern erforderlich ist. Schließlich musste auch die Korngröße des Hartmetalls um die Hälfte reduziert werden. Um diese Ziele zu erreichen, sollte die Größe der WC-Partikel halbiert und eine geringe Partikelgrößenverteilung gewährleistet werden. Da auf dem Markt keine WC-Pulver erhältlich waren, die diese Anforderungen erfüllten, wurde gemeinsam mit Japan New Metals ein Feinstpartikel-WC-Pulver mit einer durchschnittlichen Korngröße von 0,1 µm entwickelt. Das neue Pulver wies gegenüber MF10 eine deutlich größere Härte auf und war in der Zähigkeit mit MF10 vergleichbar. Verwendet wurde das Pulver als Hauptwerkstoff zur Fertigung der 2005 vorgestellten Impact-Miracle-Serie.

Feinstkorn-Hartmetall der nächsten Generation

Die aktuelle Entwicklung von Miniaturbohrern geht in zwei Richtungen. Während Bohrer mit Standarddurchmessern eine zunehmend größere Verbreitung erfahren, werden Miniaturbohrer immer kleiner. Mitsubishi Materials fertigt heute Bohrer mit Durchmessern unter 0,15 mm. Bohrer mit solch kleinen Durchmessern haben Querschnitte, die nur wenige Mikrometer messen. Es ist nicht möglich, hier bei einem Wechsel zu MF10 mehr als 100 WC-Partikel zu platzieren. Das größte Problem ist jedoch die Technologie zur Massenproduktion, denn die Fertigung wird bei einer Größe der WC-Partikel 0,1 µm immer komplizierter. Kleinere Partikel koagulieren leicht und ihre Reaktivität erhöht sich, was die Konsistenz der Legierung beeinträchtigt. Aber auch indirekte Einflüsse auf die Miniaturbohrer-Werkstoffe verursachten Probleme. 

So führte etwa der dramatische Preisanstieg bei WC-Bestandteilen zu Beginn des neuen Jahrtausends zu einem Wechsel von Vollhartmetall- hin zu Verbundbohrern, die aus einem Stahlschaft und Hartmetall-Schneiden bestehen. Mit Ausnahme von Bohrern mit 2-mm-Schaft wurden gegen Ende des ersten Jahrzehnts fast alle Bohrer als Verbundbohrer hergestellt. Dies beschleunigte die Fertigung längerer Bohrer mit kleineren Durchmessern. Außerdem erhöhte sich damit die Komplexität der Bohrerfertigung, sodass die von Mitsubishi Materials praktizierte Fertigungstechnologie in allen Schritten wie Mischen, Extrusion oder Sintern erheblich verbessert werden musste. Die im Rahmen dieser Verbesserung entwickelten neuen Werkstoffe wurden 2012 von einigen Herstellern übernommen. Allerdings muss die Popularität der Bohrerwerkstoffe noch weiter gesteigert werden.

Betrachtet man die Geschichte unserer Produktentwicklung, lässt sich feststellen, dass unsere Stärke darin liegt, Hartmetall-legierungen gezielt aus den Rohmaterialien herzustellen. Unsere Produkte sind das Ergebnis einer Rohstoffentwicklung, die an das jeweilige Werkstoffkonzept angepasst ist. Wir sind überzeugt, dass die Akzeptanz unserer Hartmetall-Produkte ihrer konstant hohen Qualität zu verdanken ist. Eine hohe Zuverlässigkeit erfordert ein strenges Qualitätsmanagement nicht nur bei den Werkstoffkonzepten, sondern auch bei der Herstellung der Bestandteile und den hochpräzisen Produktionsprozessen. Die Bestandteile bilden die Grundlage unserer gesamten Produktpalette. Mängel oder Fehler bleiben nicht im Verborgenen. Dies macht zugleich den Reiz der Entwicklung von Hartmetallwerkstoffen aus. Wir nutzen unsere gesamte Stärke, um weiterhin das volle Potenzial des Hartmetalls auszuschöpfen.