Nachrichten 82 Tribologie + Schmierungstechnik · 67. Jahrgang · 5-6/ 2020 1 Einleitung Bei zahlreichen Anwendungen im Bereich der Materialzerkleinerung und -klassierung sind Anlagenbetreiber gefordert die Effizienz zu steigern und bestehende Verschleißschutzkonzepte zu hinterfragen (Bild 1). Die Kombination verschiedener Verschleißmechanismen, insbesondere von Abrasion und Schlägen, stellt dabei eine besondere Herausforderung dar und limitiert den Nutzen üblicher FeCrC-Hartauftragungen. Bereits in früheren Untersuchungen [1,2] konnte gezeigt werden, dass es durch komplexlegierte Fe-Basis-Hartauftragungen gelingt, aufgrund ihres hohen Hartphasenanteils die Beständigkeit gegen Zwei- und Drei-Körperabrasion zu erhöhen. Weiters kann aufgrund ihrer besonderen Matrixeigenschaften bei gleichzeitiger Schlagbeanspruchung auch die notwendige Zähigkeit erreicht werden. Überdies ist bekannt, dass die Verarbeitungsparameter dieser Legierungen einen erheblichen Einfluss auf die finalen Schichteigenschaften haben. 3 Verschleißcharakterisierung Die Verschleißbelastung wie in typischen Anwendungsszenarien wird mittels zyklischem Schlag-Abrasionstest (High-Temperature Cyclic Impact Abrasion Tester, HT- CIAT, Bild 2) experimentell nachgestellt. Dabei schlägt ein Stößel unter einem Winkel von 45° zyklisch mit definierter Schlagenergie auf die Probe, während in die Verschleißzone Abrasiv eingeleitet wird. Durch die adaptierte Probenform (Keyhole-Probe), welche ohne thermische Schädigung in der Verschleißzone mittels Wasserstrahlschnitts hergestellt wird, ist es möglich, sowohl den Flächenverschleiß als auch den Verschleiß an Bauteilkanten, wie dies beispielsweise beim Klassieren auftritt, zu ermitteln. Die komplex-legierte Hartauftragung wurde typischen Werkstoffen und Hartauftragungen zum Verschleißschutz im Anwendungsfeld gegenübergestellt. Nach dem Schlag-Abrasionstests ergeben sich klare Unterschiede zwischen den untersuchten Legierungen. Das Verschleißausmaß von Hartauftragungen ist wesentlich geringer als von martensitischen oder ferritischen Werk- Komplex-legierte Hartauftragungen erlauben aufgrund ihres hohen Hartphasenanteils und der Matrixeigenschaften die Erhöhung der Abrasionsbeständigkeit und der Schlagfestigkeit. In den Untersuchungen der gegenständlichen Studie wurde ein Testfeld erarbeitet, das es ermöglichen soll, die Parameter und Wärmeführung beim Schweißen hinsichtlich Verschleißbeständigkeit der resultierenden Hartauftragungen zu optimieren. Schlüsselwörter Abrasion, Schlagbeanspruchung, komplex-legierte Hartauftragungen, zyklischer Schlag-Abrasionstest (HT-CIAT) Kurzfassung * Dr.mont. DI Martin Kirchgaßner 1 , Ing. Robert Kirchmayer 1 , DI Christian Katsich 2 , Ing. Harald Rojacz, BSc 2 1 Castolin GmbH, 2355 Wiener Neudorf, Österreich 2 AC2T research GmbH, 2700 Wiener Neustadt, Österreich Mitteilungen der ÖTG Vorteile und Einschränkungen der Verwendung komplex-legierter Hartauftragungen bei der industriellen Verschleißbekämpfung Martin Kirchgaßner, Robert Kirchmayer, Christian Katsich, Harald Rojacz* Bild 1: Anwendungs-beispiele komplex-legierter Hartauftragungen: Mahlen, Sieben, Brechen und Klassieren TuS_5_6_2020.qxp_TuS_Muster_2020 09.12.20 16: 09 Seite 82 Nachrichten 83 Tribologie + Schmierungstechnik · 67. Jahrgang · 5-6/ 2020 stoffen. Es zeigt sich, dass die hartphasenreiche Mikrostruktur weitreichende Vorteile bei der Verschleißresistenz gegenüber Standard-Verschleißwerkstoffen ohne Hartphasen aufweist. In Bild 3 ist als Maß für die Verschleißbeständigkeit die Kantenstabilität anhand von Querschnitten durch die Keyhole-Probe dargestellt. Für die komplex-legierte FeCrC-Hartauftragung zeigt sich die beste Kantenstabilität, wohingegen der konventionelle FeCrC-Werkstoff bereits deutliche Kantenverrundung aufweist. Der ferritische Werkstoff S235 weist sehr hohen Verschleiß und deutliche plastische Verformung auf. Die beiden martensitischen Werkstoffe (HB400, HB470) unterscheiden sich im Verschleißvolumen nur geringfügig, HB400 zeigt jedoch plastische Deformation an der Kante. Mit der komplex-legierten Hartauftragung (FeCrC komplex) kann die Verschleißbeständigkeit gegenüber typischen Hartauftragungen (FeCrC) im Anwendungsfeld um das Doppelte gesteigert werden. 4 Ausblick Aufbauend auf den sehr guten Ergebnissen hinsichtlich Verschleißbeständigkeit und Kantenstabilität werden die Verschleißschutzeigenschaften komplex-legierter Hartauftragungen durch geeignete Werkstoffmodifikationen weiter verbessert. Weiters wird auch der Einfluss der Schweißparameter auf das Verschleißverhalten untersucht. Zur Bewertung der Verschleißschutzeigenschaften wird auf die bewährten Methoden des Testfelds, insbesondere HT-CIAT, zurückgegriffen. 5 Danksagung Die präsentierten Ergebnisse wurden mit finanzieller Unterstützung seitens der beteiligten Projektpartner und des österreichischen COMET-Programms (K2-Projekt InTribology, Nr. 872176) erarbeitet. 6 Literaturhinweise [1] Varga M. et al.: High-temperature wear behaviour of singleand multiphase materials, Berg- und Hüttenmännische Monatshefte, 155, 523-527, 2010 [2] Winkelmann H. et al.: Wear mechanisms at high temperatures. Part 1: Wear mechanisms of different Fe-based alloys at elevated temperatures, Tribology letters 34, 155- 166, 2009 Bild 3: Querschliffe der Versuchswerkstoffe zur Verdeutlichung der Kantenstabilität Bild 2: HT-CIAT Messprinzip und Keyhole-Probe TuS_5_6_2020.qxp_TuS_Muster_2020 09.12.20 16: 09 Seite 83