Mingbai Machinery Tool entwickelt erfolgreich ein Schneidmesser mit „Gradienten-Verbundsubstrat“, das sowohl Zähigkeit als auch Verschleißfestigkeit aufweist.

Das Forschungs- und Entwicklungszentrum der Mingbai Machinery Tool Technology Co., Ltd. gab kürzlich einen bedeutenden technologischen Durchbruch bekannt. Nach fast einem Jahr wiederholter Versuche und Prozessoptimierungen hat das Unternehmen erfolgreich ein neues Produkt entwickelt. Schneide- und Scherenklinge Mit einer „Gradienten-Verbundsubstrat“-Struktur, die nun in Kleinserien gefertigt wird, entsteht ein Schneidmesser mit einem Gradienten in Zusammensetzung und Mikrostruktur vom Kern zur Oberfläche. Dadurch verfügt das Messer gleichzeitig über einen hochfesten Kern und eine verschleißfeste Arbeitsschicht. Der seit Langem bestehende Widerspruch herkömmlicher Schneidmesser aus homogenem Material – „Hohe Härte führt zu Sprödigkeit, gute Zähigkeit hingegen zu geringer Verschleißfestigkeit“ – wird damit vollständig gelöst. Interne Tests und Kundenversuche belegen, dass das Schneidmesser mit Gradienten-Verbundsubstrat beim Schneiden von hochfestem Edelstahl und Siliziumstahl eine um 120 % höhere Standzeit als herkömmliche Messer erreicht, während die Schlagfestigkeit um mehr als das Dreifache verbessert wird.

Von „Einzelmaterial“ zu „Gradientenverbundwerkstoff“

Traditionell Schneidescherenklingen Schneidwerkzeuge werden üblicherweise aus einem einzigen Werkzeugstahl oder Schnellarbeitsstahl gefertigt. Um eine hohe Verschleißfestigkeit zu erzielen, wird oft die Materialhärte erhöht, was jedoch die Zähigkeit verringert und beim Schneiden dicker Bleche oder beim Auftreffen auf harte Stellen zu Ausbrüchen führt. Wird die Zähigkeit durch Verringerung der Härte priorisiert, verschleißt die Schneide zu schnell. Das Forschungs- und Entwicklungsteam von Mingbai hat daher, über die Verwendung eines einzigen Materials hinauszugehen, ein „Gradientenverbundwerkstoff“-Designkonzept entwickelt. Der Klingenkern besteht aus einem hochzähen Material, um die Schlagfestigkeit zu gewährleisten. Oberfläche und Schneide bestehen aus einem hochverschleißfesten Material, um die Lebensdauer zu verlängern. Dazwischen befindet sich eine Übergangsschicht mit stufenweise wechselnder Zusammensetzung und Mikrostruktur, die Grenzflächenspannungen aufgrund abrupter Eigenschaftsänderungen abbaut.

Pulvermetallurgie + Diffusionssintern zur Erzielung einer Gradientenstruktur

Kern dieser Technologie ist ein spezielles pulvermetallurgisches Diffusionssinterverfahren. Das Forschungs- und Entwicklungsteam füllt eine Form mit zwei verschiedenen Metallpulvern in einem geschichteten Gradientenmuster: ein kohlenstoffarmes, zähes Legierungspulver für den Kern und ein kohlenstoffreiches, verschleißfestes Legierungspulver für die Oberfläche. Nach dem Diffusionssintern unter hoher Temperatur und hohem Druck bildet sich zwischen den beiden Schichten eine Gradientenschicht mit kontinuierlich wechselnder Zusammensetzung und einem nahtlosen Mikrostrukturübergang anstelle einer scharfen Grenzfläche. Das so entstandene Material wird anschließend geschmiedet, gewalzt, wärmebehandelt und präzisionsgeschliffen, um die fertige Klinge herzustellen. Tests zeigen, dass die Gradientenverbundklinge eine Kernhärte von 48–52 HRC und eine Schlagzähigkeit von über 80 J/cm² aufweist. Die Oberflächenhärte erreicht 62–65 HRC und entspricht damit der von hochlegiertem Werkzeugstahl. Die Gradientenübergangsschicht ist etwa 2–3 mm dick und weist keine Risse oder Abplatzungen auf.

Beeindruckende Testergebnisse: Sowohl hart als auch zäh

In internen Prüfstandtests schnitt das Gradientenverbund-Schneidmesser 8 Stunden lang kontinuierlich 6 mm dicke Edelstahlplatten (304) ohne Ausbrüche an der Schneide. Der Verschleiß betrug dabei nur 60 % des Verschleißes eines herkömmlichen Schneidmessers aus hochhartem Stahl. In Schlagbelastungstests hielt das Messer der dreifachen Schlagenergie eines herkömmlichen Messers stand, ohne zu brechen. Noch vielversprechender waren die Ergebnisse des Kundentests. Ein Unternehmen, das Transformatorenkerne verarbeitet, setzte das Gradientenverbund-Schneidmesser aus Siliziumstahl zum Schneiden von hochwertigem, orientiertem Siliziumstahl ein. Das Messer blieb zwei Wochen lang bruchfrei, während das zuvor verwendete importierte Messer durchschnittlich alle fünf Tage ausbrach. Der Produktionsleiter des Kunden sagte: „Das Messer von Mingbai hat unser Problem gelöst. Die Häufigkeit des Messerwechsels hat sich deutlich reduziert, und die Produktionseffizienz hat sich merklich erhöht.“

Kostenkontrollierbar und skalierbar für die Massenproduktion

Im Vergleich zu herkömmlichen, aus homogenem Schnellarbeitsstahl mittels Pulvermetallurgie hergestellten Klingen verwendet die Klinge mit Gradienten-Verbundsubstrat teures, verschleißfestes Legierungspulver nur in der Oberflächenschicht, während im Kern kostengünstigeres, hochzähes Legierungspulver zum Einsatz kommt. Die Materialkosten werden insgesamt um ca. 20–30 % reduziert. Darüber hinaus ist dieses Verfahren auf Schneidmesser, Kreismesser und kundenspezifische Klingen verschiedener Spezifikationen anwendbar und bietet somit eine gute Skalierbarkeit. Mingbai hat für diese Technologie ein nationales Patent angemeldet und plant, innerhalb des Jahres die Serienproduktion aufzunehmen und sie in Branchen wie der Metallverarbeitung, der Transformatorenkernfertigung und der Elektrodenfertigung für neue Energien einzusetzen.

Kontinuierliche Innovation, führende Materialtechnologie-Upgrades

Der Forschungs- und Entwicklungsleiter des Unternehmens erklärte: „Das Gradienten-Verbundsubstrat stellt eine wichtige Innovation von Mingbai im Bereich der Klingenmaterialtechnologie dar. Wir sind nicht länger auf eine einzige Stahlsorte beschränkt, sondern können die innere Mikrostrukturverteilung der Klinge nun individuell an die Einsatzbedingungen des Kunden anpassen. Auch in Zukunft wird Mingbai die Materialwissenschaft weiter vorantreiben und seinen Kunden Klingenprodukte anbieten, die hohe Leistung und Kosteneffizienz vereinen.“ Der Geschäftsführer des Unternehmens betonte, dass Mingbai weiterhin auf technologiegetriebene Entwicklung setzen und die chinesische Präzisionsklingenindustrie durch originelle Innovationen auf ein höheres Niveau heben wird.

Website: www.mingbaiblade.com