Qualifizierung und technisch-wirtschaftliche Bewertung von Hochleistungsverschleißschutzsystemen zum Einsatz unter feinabrasiv-erosiver Beanspruchung

Doktorarbeit / Dissertation aus dem Jahr 2017 im Fachbereich Ingenieurwissenschaften - Maschinenbau, Note: cum laude, Technische Universität Clausthal (Institut für Schweißtechnik und Trennende Fertigungsverfahren (ISAF)), Veranstaltung: Promotion, Sprache: Deutsch, Abstract: Zum Schutz vor abrasivem und erosivem Verschleiß gewinnt das Auftragschweißen immer mehr an Bedeutung, da mit verschleißbedingtem geplanten sowie ungeplanten Ausfall entsprechend verschleißbeanspruchter komplexer Maschinen und Großanlagen ein hoher volkswirtschaftlicher Verlust einhergeht. Für die Herstellung kostengünstiger Verschleißschutzpanzerungen haben sich als robuste Beschichtungsverfahren vor allem Metall-Schutzgas- (MSG-) und OpenArc- (OA-)Schweißprozesse etabliert [Pen08]. Mit diesen Verfahren werden üblicherweise Aufmischungsgrade von ca. 20-30 % erzielt, wobei im Regelfall die Schichtqualität mit zunehmender Aufmischung sinkt. Eine technisch-wirtschaftliche Zielstellung ist es daher, ein preiswertes MSG-Verfahren mit einem reduzierten erzielbaren Aufmischungsgrad zu kombinieren. Insbesondere hochfeste Strukturbauteile konnten bisher nicht ohne einen massiven Verlust ihrer spezifischen Werkstoff- und Festigkeitseigenschaften in einem einstufigen Prozess schweißtechnisch beschichtet werden. In dieser Arbeit soll deshalb eine technologische Entwicklung der Beschichtungsprozesse in Abhängigkeit der Grund- und Zusatzwerkstoffeigenschaften sowie unter Berücksichtigung des späteren Einsatzzwecks erfolgen. Hierfür werden ausgewählte fülldrahtbasierte Hartlegierungen mit einem GKLB-Verfahren verarbeitet und anschließend metallografisch sowie tribosystemgerecht verschleißtechnisch qualifiziert und die Art des Werkstoffversagens dargestellt. Da GKLB-Prozesse in Hinsicht auf die Schweißprozessbedingungen besondere Anforderungen an die schweißtechnisch zu verarbeitenden Fülldrähte stellen, wird außerdem die Entwicklung spezieller Fülldrahtelektroden zur Herstellung von Verschleißschutzschichten vorgestellt. Zur Qualifikation der abrasiv-erosiven Verschleißeigenschaften der generierten Schichten werden Strahlverschleißuntersuchungen bei Raum- und unter höheren Temperaturen sowie ein Zweikörperabrasivverschleißtest mit feinen und feinsten Abrasivgütern unterschiedlicher Kornfraktionen durchgeführt, um hierdurch den Verschleißwiderstand des metallurgisch und schweißtechnisch eingestellten Gefüges in Abhängigkeit der angreifenden Korngröße über ein möglichst breites Analysespektrum darstellen zu können. Ergänzend werden vielversprechende Schichtverbunde einer korrosionstechnischen Prüfung unterzogen.