Influence of microstructure properties and processing of advanced MMC hardfacings on application-oriented wear behavior

Die Verarbeitung von Rohstoffen, wie z. B. Zerkleinern, Klassifizieren und Fördern, ist mit groben tribologischen Bedingungen verbunden. Bauteile, die diesen Bedingungen ausgesetzt sind, erfordern einen effizienten Oberflächenschutz, um kostspielige Ausfallzeiten zu vermeiden und den Bedarf an teuren Ersatzteilen zu verringern. Mittels Auftragsschweißen, auch Hardfacing genannt, wird eine erforderliche Verschleiß-beständigkeit erbracht. PTA und MIG/MAG sind gängige Verfahren, die sich aufgrund ihrer hohen Abschmelzleistungen, der Vielfalt an Schweißzusätzen und der geringen Aufmischung mit dem Substrat zu etablierten Auftragsschweißverfahren entwickelt haben. Mittels Erosionstests lassen sich Verschleißbedingungen bis zu 650 °C abbilden, um Verschleißmechanismen in Abhängigkeit vom Aufprallwinkel zu simulieren. Zwei Fe-Basis Hardfacings wurden mit M2-Werkzeugstahl verglichen. Bei einem Aufprallwinkel von 90° dominiert ein sprödes Verschleißverhalten bei den Hardfacings, bedingt durch den hohen Hartphasenanteil. Bei flachem Aufprallwinkel reduziert sich die Verschleißrate der Hardfacings, bedingt durch vorteilhaftere Mikrostruktur. In der Tribologie fehlte bislang eine geeignete laborbasierte Methodik zur Bestimmung einer milden 3-Körper-Abrasion bei hohen Temperaturen. Dies erlaubt die neuartige HT-CATrw-Methodik (bis 600 °C), wobei die Validierung anhand einer detaillierten Analyse von Gummirad, Abrasiv und Verschleißprobe erfolgte. Martensitischer und austenitischer Stahl sowie ein Fe-Cr-C-Hardfacing zeigen auch bei hohen Temperaturen vergleichbare Verschleißmechanismen, wie bei der Prüfung nach ASTM G65. Vertiefende Analysen mit der HT-CATrw-Methode erfolgten bei niedrigen Lastniveaus an Fe-basierten Hardfacings, die zu einer Identifizierung eines Schwellenwerts für die Verschleißrate bei niedrigen Lasten führen. Die Verschleißbeständigkeit von Fe- und Ni-basierten Hardfacings wird stark von den Prozess- und Abkühlungsbedingungen sowie von der Zusammensetzung der Werkstoffe beeinflusst. Abweichungen bei den Prozessparametern, wie Temperaturführung, Schweißstrom und Substrateigenschaften, wirken sich auf die Schweißqualität und die Mikrostruktur aus. Mit Hilfe des PTA-Prozesses wurden die Auswirkungen verschiedener Schweißströme auf Ni-WC/W2C analysiert. Durch die übermäßige Energiezufuhr wird eine 3,5-mal höhere Verschleißrate bei 3-Körper-Abrasion beobachtet. Ähnliche Effekte werden für kombinierter Schlag/Abrasion und bei Abrasion für Fe-V-Cr-C Hardfacings unter anwendungsbezogenen Prozessbedingungen identifiziert. Die erzwungene Wärmebehandlung von Hardfacings ist ein Resultat im weiteren Fertigungsprozess von Bauteilen und führt zu negativen und positiven Änderungen des Verschleißverhaltens und muss bei der Auswahl von Verschleißschutzlösungen berücksichtigt werden.