Schweißtechnische Generierung von Verschleißschutzschichten mit feindisperser, gerichteter Hartphaseneinlagerung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Mittels PPA aufgebrachte Werkstoffsysteme bieten den Vorteil, dass diese in einer großen Bandbreite erzeugbar sind. Des Weiteren bietet das PPA-Schweißen die Möglichkeit Legierungen insitu während des Schweißens zu erzeugen oder bereits bestehende Schweißpulver nachzulegieren oder Schichtsysteme durch die Beigabe artfremder Hartstoffe in Hinsicht auf die Verschleißbeständigkeit zu verbessern. Aufgrund der sehr definiert einbringbaren Strecken- bzw. Flächenenergie und der hohen Bandbreite an zu verarbeitenden Schichtsystemen sollten metallurgisch grundlegende Untersuchungen an den ternären Systemen FeCrC und FeCr(W, Ti, V)C vorgenommen werden, um aus diesen mindestens eine Legierung zu finden, die aufgrund einer eutektischen bzw. naheutektischen Erstarrung eine fein dispers verteilte, gerichtet erstarrte Hartphasenanordnung aufweist. Die ausgewählte Legierung aus dem Werkstoffsystem FeCrC wurde daraufhin mittels Gasverdüsung zu einem Pulver für das PPA-Schweißen verarbeitet. Mit diesem Pulver konnte das angestrebte Gefüge mit geignetem Wärmeeintrag und –ableitung erzeugt werden und werkstofftechnisch in Verschleißuntersuchungen qualifiziert werden. Bei milden und abrasiven Beanspruchungen konnte somit eine Verbesserung der Verschleißbeständigkeit erreicht werden. Bei Auftreten einer oberflächenzerrüttenden Komponente weist diese für Abrasion vorteilhafte Gefügemorphologie aufgrund der dünnen nadeligen Hartphasen eine schlechtere Verschleißbeständigkeit als konventionelle FeCrC-Legierungen oder die ausgewählte Legierung allerdings mit ungeordnet ausgebildeten Hartphasen auf. In einem weiteren Arbeitsabschnitt wurden die in TP5 ausgewählten Werkstoffsysteme ebenfalls mit PPA verarbeitet und vergleichend qualifiziert. Aufgrund des Ausscheidens der Hartstoffe aus der schmelzflüssigen Phase sind diese in einer PPA-erzeugten Schicht deutlich größer als in einer durch thermisches Spritzen erzeugten Schicht. Dies spiegelt sich auch in Abrasionsuntersuchungen nach ASTM G65-04 Methode C wieder, in dem die PPA-geschweißten Schichten den thermisch gespritzten Schichten überlegen sind. Dieses Verhalten wir auch im Millertest (ASTM G75-07) bestätigt, auch wenn hier die HVOF gespritzte Schicht der PPA-geschweißten gleichwertig ist. Die einzige und gleichzeitig unbefriedigende Überraschung im Verlaufe des Projektes war die notwendige hohe Abkühlgeschwindigkeit der Schmelze, um eine gerichtete Erstarrung zu erzielen. Dies war ausschließlich durch das Aufbringen von Strichraupen und einer „direkten“ Wasserkühlung zu erreichen. Durch diese notwendigen Maßnahmen war es nicht möglich, Temperatur-Zeitverläufe der schweißtechnisch erzeugten Auftragsschichtsysteme zu ermitteln. Die Schmelze erstarrte so schnell, dass ein Applizieren ohne unbrauchbar werden der Thermoelemente nicht möglich war.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Erzeugung von Verschleißschutzwerkstoffen auf Fe-Basis mit gerichteten Hartphasen durch Gießen, Tagungsband 13. Werkstofftechnisches Kolloquium; 2010; Chemnitz
Wesling, V.; Reiter, R.; Heet, C.
- Thermisches Spritzen eisenbasierter PTA-Legierungspulver; Tagungsband 14. Werkstofftechnisches Kolloquium; 2011; Chemnitz
Wielage, B.; Kunze, M.; Grund, T.; Wagner, L.; Raab, U.; Wesling, V.; Giese, P.; Petsch, A.
- Verschleißverhalten einer PPA-geschweißten FeCrC-Legierung mit dem Ziel der gerichteten Hartphasenerstarrung; Tagungsband 14. Werkstofftechnisches Kolloquium; 2011; Chemnitz
Wesling, V.; Reiter, R.; Heet, C.
- Correlation of processing route and heat treatment with the abrasive wear resistance of a plastic mold steel; Materialwissenschaft und Werkstofftechnik; 2012 (8); Vol. 43
Hill, H.; Kunze, M.; Heet, C.; Petsch, A.; Weber, S.; Reiter, R.; Giese, P.; Theisen, W.; Wielage, B.; Wesling, V.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/mawe.201200865)
