Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung hoch schlag- und abrasionsbeständiger Legierungen mit guter Korrosionsbeständigkeit für auftraggeschweißte Verschleißschutzschichten

Für hoch verschleißbeanspruchte Bauteile in Maschinen und Anlagen haben sich besonders zum Schutz gegen Abrasion auftraggeschweißte Hartlegierungen in zahlreichen Anwendungen bewährt. Die begrenzte Zähigkeit martensitischer Güten führt jedoch bei überlagerten Schlag- oder Wälzbeanspruchungen hoher Intensität leicht zu sprödem Versagen in Form von Rissen oder Ausbrüchen. Daher wurde für diesen Beanspruchungsfall durch die Antragsteller im Rahmen des Forschungsvorhabens IGF-Nr. 17.538 B ein Hochleistungs-Schweißzusatzwerkstoff entwickelt, welcher die ausgezeichnete Zähigkeit und Duktilität von Manganhartstahl und die hohe Abrasionsbeständigkeit hoch carbidhaltiger Hartlegierungen innovativ zu einem neuen Eigenschaftsprofil vereint. Seine mangelnde Korrosionsbeständigkeit verhindert jedoch den Einsatz in Anwendungen, in denen ein Rostansatz infolge der Betriebs-, Reinigungs- oder Stillstandsbedingungen an entsprechend gepanzerten Bauteilen nicht toleriert werden kann. Beispielhaft sind hier schlag- und abrasionsbeanspruchte Schneid- und Mahlvorrichtungen zu nennen, die in der Pharma- und Lebensmittelindustrie zum Einsatz kommen. Hieraus leitet sich die Problemstellung ab, einen für das Auftragschweißen geeigneten Zusatzwerkstoff bereitzustellen, der die günstigen mechanischen und Verschleißeigenschaften des bereits entwickelten abrasionsbeständigen Manganhartstahls möglichst weitgehend übernimmt und dabei eine für die angestrebten Einsatzbedingungen genügende Korrosionsbeständigkeit aufweist. Erreicht wird dies durch das zusätzliche Legieren mit Chrom sowie die thermodynamisch erforderliche Anpassung des Mangan- und Kohlenstoffgehalts. Im Ergebnis soll den kmU ein anwendungsnah erprobtes Werkstoff- und Technologiekonzept zur Verfügung gestellt werden, welches sich im Rahmen der betrieblichen Überführung in die Praxis auf neue Produkte und Anwendungen und bei den Herstellern von Zusatzwerkstoffen auf andere Lieferformen wie Schweißdrähte oder -stäbe übertragen lässt.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel des Vorhabens war die Entwicklung eines praxistauglichen Schweißzusatzwerkstoffs, welcher das Eigenschaftsprofil der bereits entwickelten schlag- und abrasionsbeständigen Hartlegierungen auf Basis von Manganhartstahl um die Funktionskomponente der Korrosionsbeständigkeit ergänzt. Der grundlegende Ansatz, dies durch das zusätzliche Legieren mit Chrom zu erreichen, trifft auf metallurgische Gegebenheiten, die zu einem Zielkonflikt bei der Einstellung der Legierungselementgehalte führen. Das Versuchskonzept beruht auf der gezielten Variation der Gehalte der die spezifischen Eigenschaften maßgeblich beeinflussenden Legierungselemente Chrom, Mangan und Kohlenstoff. Hierzu wurden aus entsprechenden Versuchspulvern mittels PTA-Schweißen Beschichtungen hergestellt und hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften, Korrosionseigenschaften und Verschleißbeständigkeit charakterisiert. Drei der untersuchten Legierungen weisen relativ geringe Druckfließgrenzen und hohe Verfestigungsraten auf. Sie sind um mehr als 30% plastisch stauchbar ohne dass ein Versagen eintritt. Die Korrosionsbeständigkeit liegt auf dem Niveau des martensitischen Chromstahls X20Cr13. Herstellern und Anwendern wird eine technisch und wirtschaftlich realisierbare Werkstofflösung für das PTA-Auftragschweißen zur Verfügung gestellt, mit der abrasions- und schlagbeständige Verschleißschutzbeschichtungen mit guter Korrosionsbeständigkeit hergestellt werden können.