Ziel der Entwicklung
Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung eines pulverförmigen Schweißzusatzwerkstoffs für das Plasma-Pulver-Auftragschweißen, der zur Herstellung von Verschleißschutzschichten mit deutlich verbessertem Eigenschaftsprofil gegenüber bisherigen Lösungen verwendet werden kann. Ausgangspunkt hierfür war die Referenzlegierung Fe-V12, welche sich durch hohe erreichbare Schichthärten von bis zu 67 HRC und eine sehr hohe abrasive Verschleißbeständigkeit auszeichnet.
Einerseits sollte im Hinblick auf eine mechanische Endbearbeitung der Beschichtungsflächen die Zerspanbarkeit des Schweißguts verbessert werden. Andererseits sollte die Rissfreiheit der Beschichtung gewährleistet werden, um hohen Anforderungen an das Erscheinungsbild der Bauteiloberfläche und dessen Funktionalität zu genügen. Letzteres stellt gerade bei flächig zu beschichtenden Bauteilen mit komplexer Oberflächengeometrie eine Herausforderung dar, wenn gleichzeitig eine hohe Verschleißbeständigkeit der Beschichtung gefordert wird.
Vorteile und Lösungen
Zur Quantifizierung der angestrebten technischen Eigenschaften des Schweißguts wurden neben der Härteprüfung die im 3-Punkt-Biegeversuch ermittelten mechanischen Kennwerte, wie Biegebruchfestigkeit und plastische Biegebrucharbeit, herangezogen. Zur gezielten Eigenschaftsmodifizierung des Schweißzusatzwerkstoffs wurden bei gleichbleibendem Vanadiumgehalt die Mengenanteile von Nickel, freiem Kohlenstoff und Chrom im Rahmen zweier teilfaktorieller Versuchspläne variiert. Aus dieser Serie von Versuchslegierungen wurden zusammen mit der Referenzlegierung Fe-V12 Schweißproben mittels Plasma-Pulver-Auftragschweißen hergestellt und in unterschiedlichen Wärmebehandlungszuständen charakterisiert.
Es konnte anhand der Ergebnisse der 3-Punkt-Biegeprüfung und der Härteprüfung gezeigt werden, dass bei Härtewerten um 55 HRC eine maximale Biegebruchfestigkeit des Schweißguts bei gleichzeitig noch vorhandener Restplastizität erreicht wird. Dieses Härteniveau eignet sich nachweislich der Zerspanungsversuche ebenfalls gut für die spanende Endbearbeitung der Beschichtung mit Hartmetallwerkzeugen. Ein dem Schweißprozess nachfolgendes Tiefkühlen brachte insgesamt keine wesentlichen Eigenschaftsverbesserungen, verschob jedoch das Eigenschaftsoptimum zu anderen Legierungszusammensetzungen.
Zielgruppe und Zielmarkt
Zielgruppe sind überwiegend kleine und mittlere Unternehmen des Maschinen- und Anlagenbaus mit individuellen Problemstellungen im Bereich des Verschleißschutzes. Der Zielmarkt umfasst dabei besonders Anlagenbauteile mit hohen Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit, welche in intensivem Kontakt mit abrasiven Gütern und Medien stehen. Durch die Entwicklung hoch verschleißfester, hinreichend gut zerspanbarer und gleichzeitig großflächig rissfrei applizierbarer Beschichtungswerkstoffe für das Auftragschweißen werden in diesem Segment neue Anwendungsmöglichkeiten eröffnet.