Die hochverschleißbeständige Schutzschicht
Thermisches Beschichten zum Korrosions- und Verschleißschutz: Erfahrungen und Anwendungspotentiale, Teil 2
Autor: F. Schreiber, DURUM Verschleißschutz GmbH
Aus der Schüttgut & Prozess 2/2025
Abrasiver und erosiver Verschleiß an Maschinen und Bauteilen, insbesondere im Anlagenbau für Bergbau, Zement-, Ziegel- und Straßenbauindustrie, verursacht erhebliche wirtschaftliche Schäden. Eine wirksame und kosteneffiziente Schutzmaßnahme ist das thermische Beschichten durch Auftragschweißen. Dabei kommen je nach Anforderung verschiedene manuelle und mechanisierte Schweißverfahren zum Einsatz – vom Autogenschweißen bis hin zum Laser-Auftragschweißen.
Anwendungen aus der Praxis
Ein bedeutendes Einsatzgebiet von Fülldrähten stellt der Verschleißschutz von hochabrasiv beanspruchten Oberflächen von Mahlwalzen der Zement- oder Mühlenindustrie dar, Abb. 3. Hierbei wird bei einfachen Systemen auf den vergüteten Grundkörper aus höhergekohltem Cr-Ni-Schmiedestahl eine mehrlagige Verschleißschutzschicht mit selbstschützenden Fülldrahtelektroden (Open-Arc) aufgeschweißt. Der Panzerwerkstoff besteht aus einer austenitisch-martensitischen Matrix, in die primäre Cr-Carbide sowie Carbide des Typs NbC oder TiC eingebettet sind. Derartige Beschichtungen weisen eine resultierende Endhärte von > 60 HRC und schon bei der Erstarrung ein ausgeprägtes Härterissmuster auf, wodurch die Panzerungen spannungsfrei sind.
Großflächige Verschleißplatten
Als weiteres Anwendungsbeispiel ist die Panzerung von großflächigen Verschleißplatten zu nennen. Diese Verbundplatten sind in unterschiedlichen Abmessungen verfügbar, wobei standardmäßig die minimale Substratdicke 5 mm betragen kann. Mittels Sonderherstellungsverfahren sind auch Verschleißplatten in einer Gesamtdicke von 2 + 2 mm (2 mm Hartschicht auf 2 mm Substrat) zu realisieren. Die so aufgetragenen Hartschichten können neben den FeCrC-Hartlegierungen auch die o. g. WSC- haltigen Pseudo-Legierungen sein.
Als Substratwerkstoffe zur Aufnahme der mechanischen Festigkeit kommen unlegierte Baustähle aber auch höherfeste Feinkornbaustähle oder legierte Stähle zum Einsatz. Durch Walzwerke sind Verformungen der Platten bis unter Æ 300 mm, abhängig von der jeweiligen Schweißzusatzlegierung und des Substrates, möglich. Hierdurch und durch die Möglichkeit z. B. frei wählbarer Kontouren oder Ausbrüchen durch den Einsatz von rechnergesteuerten Schneidanlagen herzustellen, steht dem Anwender ein maßgeschneidertes Verschleißschutzsystem zur Verfügung. Hiermit können entsprechend den Anforderungen Bauteile, wie Ventilatorenschaufeln, Rutschen, Bunker oder Silos, aus derartigen Halbzeugen gefertigt werden.
Alternativ zum Einsatz von Verschleißplatten werden bei starkem Erosions- bzw. Strahlverschleiß Bauteile aus lufttechnischen Systemen wie Schlagradmühlen, Zyklonabscheider, Zellenradschleusen, Ventilatoren und Turbinenschaufeln auch direkt beschichtet. Wenn bei geringer Beanspruchung oft Hartbleche (Härte zwischen 400–600 HB) zum Einsatz kommen, werden bei starker Beanspruchung übereutektische FeCr-Hartlegierungen durch Fülldrahtschweißen oder selbstfließende Ni(Cr)BSi-Legierungen mit karbidischer Verstärkung durch Plasma-Pulver-Auftragsschweißen aufgebracht. Da die Verschleißbeanspruchung bei diesen Anwendungen stark von der Härte des Feststoffes, Korngröße, Kornform, Strömungsgeschwindigkeit sowie dem Anteil der festen Stoffe im Fördermedium abhängt, lässt sich mit diesen variablen Verfahren für jedes Belastungskollektiv ein maßgeschneiderter Verschleißschutz applizieren. Insbesondere bei stark beanspruchten Zonen, wie Schaufelkanten oder Bereichen mit Turbulenzen, lässt sich die Standzeit der Bauteile deutlich erhöhen. Abb. 4 zeigt die Laufradpanzerung eines Industrieventilators.
Neben dem Einsatz von FeCrC-Hartlegierungen hat der weltweite Verschleißschutz durch Auftragschweißen mit Wolfram-Schmelzcarbid große Bedeutung. Hierzu zählt der Verschleißschutz von kleinen Bauteilen in der Landwirtschaft (z. B. Pflugschare) bis zu Auftragschweißungen durch Roboter (z. B. komplexe Schneidzähne). Überall dort, wo u. a. beim Brechen, Schneiden, Zerkleinern, Mischen, Laden und Transportieren von trockenen und nassen Feststoffen extremer Verschleiß durch Abrasion oder Erosion entsteht, sind gegenüber konventionellen Hartlegierungen der Legierungsgruppe 10 erhebliche Standzeitverlängerungen der Bauteile erreichbar. So wurden z. B. im Tagebau durch Einsatz von PTA-Auftragsschweißungen aus NiBSi+60 % WSC die Standzeiten z. B. von Schneiden gegenüber Fülldraht-Auftragschweißungen aus Eisenhartlegierungen bei gleichen Abraumbedingungen mehr als verdoppelt, Abb. 5. Die flächigen Panzerungen werden durch Roboter mittels PTA-Technik hergestellt und die Kanten manuell mittels Open-Arc-Verfahren gepanzert.
5. Zusammenfassung
Im Rahmen des Beitrags in Teil 1 (Heft 1–25) und Teil 2 wurde über den Bauteilschutz gegen extreme Verschleißbeanspruchungen durch Abrasion berichtet. Hierbei wurden die derzeit industriell eingesetzten Schweißverfahren gegenübergestellt sowie Schweißzusätze und -formen vorgestellt. Durch den Einsatz von FeCrC-Fülldrahtelektroden zur Herstellung von Verschleißschutzsystemen durch Lichtbogen- oder Laser-Heißdraht-Schweißen in der Serienfertigung und in der Regeneration können wertvolle Ressourcen geschont sowie volkswirtschaftliche Verluste vermieden werden. Aufgrund der einfachen Handhabung und kostengünstigen Herstellung, der in weiten Bereichen variierbaren Legierungszusammensetzung bieten sich ein breites Einsatzspektrum und -potenzial. Hierbei stellt der Einsatz von Wolfram-Schmelzcarbid-Schweißzusätzen eine effektive Ergänzung dar, insbesondere dort, wo bei extremen abrasiven Beanspruchungen an Funktionsflächen FeCrC-Legierungen versagen.
Teil 1 dieses Fachbeitrages erschien im Heft 1/2025.
Über DURUM Verschleißschutz GmbH
DURUM Verschleißschutz GmbH wurde 1984 in Mettmann bei Düsseldorf als Hersteller von Werkstoffen für den Verschleißschutz gegründet. Heute gibt es DURUM- Betriebsstätten und Service-Center in Brasilien, Frankreich und den USA, die durch Vertriebspartner auf allen 5 Kontinenten dieser Erde ergänzt werden. DURUM befasst sich mit der Entwicklung und Herstellung von Werkstoffen für das Auftragschweißen und Thermische Spritzen zum Schutz von Bauteilen gegen Verschleiß und Korrosion. Aufgrund der langjährigen Erfahrung wurden neue, verschleißbeständige sowie hochwertige Werkstoffe in Form von Fülldrähten, Elektroden und Pulvern erfolgreich in den Markt eingeführt.
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