Klassifizierung von Oberflächenmaterialien

Dieser Artikel beleuchtet die neun Haupttypen von Oberflächenmaterialien. Die Typen sind: 1. Wolframkarbid 2. Chromkarbide 3. Hochgeschwindigkeitswerkzeugstähle 4. Austenitische Manganstähle 5. Austenitische rostfreie Stähle 6. Martensitische rostfreie Stähle 7. Kobaltbasierte Oberflächenmetalle 8. Nickelbasis-Oberflächenlegierungen 9. Kupfer- Basisoberflächenlegierungen.

Typ # 1. Wolframkarbid:

Wolframkarbid ist das härteste und im Allgemeinen das abriebfesteste aller Oberflächenmaterialien. Es wird in Form von Weichstahlrohren vermarktet, die mit zerkleinerten Granulatkörnern aus Wolframcarbid im Verhältnis von 60 Gew .-% Carbid und 40 Gew .-% Rohrmaterial gefüllt sind. Dasselbe Hartmetallmaterial ist auch als loses Granulat erhältlich, das als Flussmittel beim Unterpulverschweißen auf dem Grundmetall verwendet werden kann.

Das Schweißverfahren, das für das Aufbringen von Wolframkarbid ausgewählt wird, sollte so sein, dass die Karbidgranulate ungelöst bleiben. Dies geschieht am besten durch einen Prozess mit geringem Wärmeeintrag wie das Acetylenschweißen, der für alle kritischen Anwendungen, wie das Aufbringen von Ölbohrmeißeln, bevorzugt wird. Der Prozess kann der Matrix Kohlenstoff hinzufügen, was seine Härte verbessert. Solche Ablagerungen weisen eine höhere Abriebfestigkeit auf als alle anderen Oberflächenarten.

Das Lichtbogenschweißen kann, wenn es verwendet wird, einige oder alle Granulate dort lösen, indem es die Härte der Lagerstätte beeinflusst. Aufgrund seiner geringeren Kosten wird das Lichtbogenschweißen jedoch im Allgemeinen für das Aufbringen von Erdbewegungs- und Bergbaumaschinen verwendet.

Die übliche Überzugsstärke beträgt ca. 3 mm. Obwohl Wolframkarbid eine sehr hohe Härte aufweist, kann es aufgrund der weichen Matrix, in die die Karbidkörnchen eingebettet sind, nicht auf der Rockwell C-Skala gemessen werden. Das Material liegt auf der Rockwell A-Skala im Bereich von 90 bis 95.

Typische Anwendungen dieses Materials sind das Aufbringen der Schneidkanten von Gesteinsbohrern, die Verschleißoberflächen von Bergbau-, Steinbruch-, Grab- und Erdbewegungsmaschinen.

Typ # 2. Chromkarbide:

Austenitische Eisenschweißstäbe mit hohem Chromgehalt haben sich als sehr beliebt für Oberflächen erwiesen, bei denen Erosion oder Kratzer mit geringer Beanspruchung auftreten, wie in sandigen Böden. Deshalb werden diese Geräte mit landwirtschaftlichen Geräten, Maschinen und Teilen ausgerüstet.

Das Lichtbogenschweißen wird bei schweren Bauteilen und großen Flächen eingesetzt, während das Sauerstoffacetylen-Schweißen für dünne Abschnitte besser geeignet ist. Es wird empfohlen, das Oxy-Acetylen-Verfahren in flacher Lage mit einer 3-fachen Reduzierflamme zu reduzieren. Der Wiederaufbau von Pflugscharen und Mähdreschern sind typische Anwendungen, da diese Zusatzwerkstoffe gut genug fließen, um eine dünnkantige Ablagerung zu erzeugen.

Die Schlagfestigkeit dieser Ablagerungen ist gering. Chromkarbid-Ablagerungen bieten jedoch eine hervorragende Oxidationsbeständigkeit, die Beständigkeit gegen Flüssigkorrosion ist jedoch nicht sehr effektiv. Die Beständigkeit gegen Fressen (Festfressen oder Anhaften) ist besser als bei normalem gehärtetem Stahl.

Chromkarbid-Ablagerungen liegen typischerweise im Bereich von 40 bis 63 Rockwell C; Für das Auftragen mit einem Oxy-Brenngas-Verfahren liegt es jedoch bei Rc 56 mit einem Bereich von Rc 51 bis Rc 62. Eine Verdünnung von Ablagerungen durch das Basismetall verringert die Abriebfestigkeit der ersten Schicht.

Um eine maximale Abriebfestigkeit zu erreichen, sollten daher zwei Schichten mit niedrigem Strom verwendet werden, die für die erste Schicht verwendet werden, um das Eindringen und die Verdünnung zu minimieren. Da Chromkarbidablagerungen durch die Wärmebehandlung nicht beeinflusst werden, hat die Abkühlgeschwindigkeit keinen Einfluss auf die Verschleißfestigkeit. Das abgeschiedene Metall entwickelt mit Abnutzung eine glatte Oberfläche und kann daher zum Schutz von Oberflächen in gleitendem Kontakt verwendet werden. Deshalb werden Lager für den Einsatz bei hohen Temperaturen oder in korrosiven Umgebungen häufig mit Chromcarbid beschichtet.

Typische industrielle Anwendungen für das Beschichten mit Chromcarbid umfassen Beschichtungen für Erdbewegungswerkzeuge oder Maschinenteile, die abrasiven Materialien ausgesetzt sind, sowie für Rutschen und Objektträger, die Erze mit ausreichender Stoßbelastung transportieren. Andere Anwendungen umfassen das Auftragen von Koksrutschen, Kabelrollenführungen, Sandstrahlanlagen sowie Teile, die in Raffinerien durch 510 ° C-Katalysatoren erodiert werden, und Abrieb durch heißen Koks.

Typ # 3: Hochgeschwindigkeitswerkzeugstähle:

Diese Schweißzusätze erzeugen Schweißgut, das die Härte bei hohen Temperaturen bis etwa 600 ° C beibehalten kann und eine gute Verschleißfestigkeit und Zähigkeit bietet. Diese Füllstoffe mit hohem Kohlenstoffgehalt eignen sich gut zum Ablegen von Ablagerungen zum Schneiden und Bearbeiten (kantenhaltender) Arbeiten, während diejenigen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt am besten für Warmbearbeitungswerkzeuge wie Warmumformwerkzeuge und für Arbeiten geeignet sind, die Zähigkeit erfordern.

Die Rockwell-Härte des unverdünnten Füllmetalls im geschweißten Zustand liegt im Bereich von Rc 55 bis Rc 60. Die Härte des Schweißgutes kann jedoch durch Glühen zur Bearbeitung auf Rc 30 reduziert werden und kann erneut auf 40 ° C angehoben werden sein höheres Niveau durch Abschrecken und Anlassen.

Obwohl diese Legierungen nicht zu hohen abriebfesten Ablagerungen führen sollen, ist ihre Verformungsbeständigkeit bei hohen Temperaturen von bis zu etwa 600 ° C ihre herausragende Eigenschaft. Diese Legierungen sind daher nützlich für das Aufbringen jener Bauteile, die einer Beständigkeit gegen Heißabrieb unterliegen, wie zum Beispiel beim Wiederauftauchen der Innenseite der Verbrennungszone eines Kessels, wo die Flugasche sowohl heiß als auch abrasiv ist. Die Druckfestigkeit dieser Ablagerungen ist auch sehr gut, weshalb sie eine gute Wahl für die Reparatur von Warmumformwerkzeugen und für den Umbau von Werkzeugmaschinenschiebern sind.

Einige dieser Legierungen ergeben sehr harte Ablagerungen, die zur Endbearbeitung Keramik- oder sogar Diamantschneidewerkzeuge oder Schleifscheiben benötigen. Diese Ablagerungen werden durch Vorwärmen des Grundmetalls auf 150 ° C aufgebracht, um Abkühlungsrisse in Ablagerungen zu vermeiden.

Wenn diese Ablagerungen bearbeitet werden müssen, werden sie bei einer Temperatur von 845 bis 1205 ° C geglüht. Zum anschließenden Härten wird die Temperatur auf 1205 bis 1230 ° C erhöht, worauf Luft oder Öl abschreckt. Anschließend 2 Stunden auf 550 ° C erwärmen und auf Raumtemperatur abkühlen lassen, um der Ablagerung die erforderliche Temperatur zu geben.

Typische Anwendungen für Schnellarbeitsstahllegierungen sind das Auftragen von Schneidwerkzeugen, Schermessern, Reibahlen, Umformwerkzeugen, Schneidwerkzeugen, Kabelführungen, Blockzangen und zum Wiederherstellen von Räumwerkzeugen und ähnlichen Werkzeugreparaturarbeiten.

Typ # 4. Austenitische Manganstähle:

Die Ablagerungen aus austenitischem Manganstahl-Auftragungsmaterial enthalten normalerweise 11 bis 14% Mangan und sind zäh und durch Arbeit härtbar, obwohl diese Legierungen keine sehr hohe Abriebfestigkeit aufweisen, jedoch eine hervorragende Schlagfestigkeit im abgeschiedenen Zustand aufweisen. Die Verdünnung der Ablagerung durch das Basismetall kann die Verschleißfestigkeit etwas verringern. Daher werden zweilagige Ablagerungen für eine optimale Leistung empfohlen.

Da diese Stähle schnell härten und bei hohen Temperaturen spröde sind, sollte das abgeschiedene Metall unmittelbar nach dem Abscheiden jeder Perle gestrahlt werden. In keinem Fall darf eine abgelagerte Perle, die länger als 225 mm ist, ohne sofortiges Strahlen bleiben, da Rissbildung höchstwahrscheinlich oberhalb von 815 ° C auftritt.

Die Ausrüstung, die einem sehr starken Abrieb vom Gestein mit Quarzpartikeln unterworfen wurde, kann aufgetaucht werden, indem das Grundmetall zuerst mit austenitischem Mn-Stahl gebuttert wird, der dann mit einer Ablagerung aus hartem martensitischem Gusseisen bedeckt wird, was eine extrem hohe Abriebfestigkeit bietet. In ähnlicher Weise können Kohlenstoffstähle beschichtet werden, indem zuerst eine Butterungsschicht aus austenitischem rostfreiem Stahl aufgebracht wird, die dann mit austenitischem Mn-Stahl überlagert wird. Dieses Verfahren vermeidet die Entstehung von Rissen, die ansonsten auftreten können, wenn austenitischer Mn-Stahl ohne Butterungsschicht verlegt wird.

Die Härte des abgeschiedenen Metalls beträgt nur etwa 170 bis 230 BHN (Rc 6 bis Rc 18), jedoch härtet diese Materialarbeit sehr schnell bis zu 450 bis 550 BHN (Rc 45 bis Rc 55). Aufgrund dieser Arbeitshärtungstendenz werden diese Stähle härter, wenn sie im Betrieb geschlagen und gehämmert werden.

Aus diesem Grund können Geräte, die zum Zerkleinern von weichem Gestein und zum Transport von Kalkstein, Dolomit oder Schiefer verwendet werden, mit austenitischen Mn-Stahlablagerungen versehen werden. Eine andere typische Anwendung ist das Auftauchen einer Erzrutsche, bei der große Steine ​​gelegentlich mit großer Kraft auf die Rutsche schlagen.

Austenitische Mn-Stahl-Lagerstätten können auch sehr hohen Belastungen standhalten, weshalb sie in Anwendungen wie dem Backenbrecher, Eisenbahnfrosch und Kreuzungsweichen eingesetzt werden. Ausgedehnte Bereiche wie in Brechern und Teilen von Baggerschaufeln werden normalerweise mit einer Kombination aus Belag und Füllstangen wiedergewonnen.

Bei diesen Füllstäben handelt es sich um flache und runde Mn-Stähle, die mit austenitischen Mn-Stahlelektroden verschweißt sind. Ein solcher Schutz kann bis zu einer Dicke von etwa 75 mm angewendet werden, was die Obergrenze für übliche Oberflächenschutzverfahren ist.

Die Metall-Metall-Verschleißfestigkeit von austenitischem Mn-Stahl ist im Allgemeinen ausgezeichnet. Zwar ist die Druckfestigkeit von abgeschiedenem Metall gering, aber jede Druckkraft erhöht die Festigkeit rasch. Aus diesem Grund wird es manchmal für Anwendungen in den Bereichen Schlagen, Stampfen und Pumpen verwendet. Die Bearbeitung dieser Ablagerungen ist sehr schwierig, jedoch können Oberflächen bis zum endgültigen Finish geschliffen werden.

Typ # 5. Austenitische rostfreie Stähle:

Diese Stähle bieten im allgemeinen keine Panzerung, jedoch sind die Ablagerungen dieser Stähle extrem zähe und duktile Beschichtungen mit außergewöhnlich guter Beständigkeit gegen Abplatzen durch wiederholte Aufprallkräfte. Diese Ablagerungen weisen auch eine sehr gute Korrosionsbeständigkeit auf. Diese Stähle werden typischerweise zum Beschichten von Wasserturbinenschaufeln verwendet, um sie vor Korrosion und Kavitationserosion zu schützen.

Manchmal werden auch austcnitische rostfreie Stähle verwendet, um Butterungsschichten bereitzustellen. Für solche Anwendungen werden im Allgemeinen E 308 und E 312 Elektroden verwendet; Letzteres wird durch seinen höheren Legierungsgehalt weniger stark von der Verdünnung beeinflusst.

Typ # 6. Martensitischer Edelstahl:

Martensitische rostfreie Stähle der Typen 410 und 420, die für Oberflächen verwendet werden, erzeugen dichte homogene Ablagerungen mit guter Rissbeständigkeit. Um die besten Ergebnisse zu erzielen, werden diese Ablagerungen mehrschichtig ausgeführt. In jedem Fall sollten nicht weniger als zwei Schichten verwendet werden. Diese Ablagerungen werden normalerweise im abgeschiedenen Zustand verwendet, können jedoch bei Bedarf mit Hartmetallwerkzeugen bearbeitet werden.

Martensitische Edelstahl-Lagerstätten werden häufig verwendet, wenn Metall-Metall-Verschleiß auftritt, beispielsweise bei Lagern, die bei erhöhten Temperaturen arbeiten, und bei Walzen, die in Stählen verwendet werden. Eine typische Anwendung ist das Aufbringen von Stützwalzen auf einem Warmwalzwerk.

Typ # 7. Kobaltbasierte Oberflächenmetalle:

Legierungen auf Cabaltbasis enthalten üblicherweise 26 bis 33% Cr, 3 bis 14% W und 0, 7 bis 3, 0% C. Die durch diese Legierungen hergestellten Ablagerungen weisen eine gute Härte und Abriebfestigkeit auf, die mit dem Kohlenstoff- und Wolframgehalt zunehmen, aber auch die Rissempfindlichkeit .

Legierungen auf Kobaltbasis haben hohe Oxidations-, Korrosions- und Wärmebeständigkeit; Eine Kohlenstoffsorte ist hervorragend für hartgesottene Auslassventile für Verbrennungsmotoren. Diese Ablagerungen können eine hohe Härte und Kriechbeständigkeit bis 540 ° C beibehalten. Einige dieser Legierungen werden für Anwendungen mit einer Betriebstemperatur von bis zu 980 ° C verwendet.

Diese Legierungen zeigen auch eine sehr gute Beständigkeit gegen Metall-Metall-Verschleiß, jedoch ist ihre Reaktion auf die Wärmebehandlung vernachlässigbar. Eine Spannungsreduzierungsbehandlung kann eingesetzt werden, um Rissbildung zu minimieren.

Wenn das Oxy-Acetylen-Verfahren zum Aufbringen von Kobaltbasislegierungen verwendet wird, wird eine dreifache Feder-Kegel-Reduktionsflamme vorgeschlagen. Bei schweren Abschnitten ist ein Vorwärmen auf 430 ° C mit neutraler Flamme ratsam. Beim geschirmten Metalllichtbogenschweißen (SMAW) wird Gleichstrom mit negativem Elektroden (dcen) mit kurzer Lichtbogenlänge verwendet. Eine Oberflächenbehandlung mit einem Sauerstoffacetylenverfahren kann den Kohlenstoffgehalt erhöhen, während SMAW ihn reduzieren kann, so dass die entsprechenden Auswirkungen auf das abgeschiedene Metall berücksichtigt werden können, um die gewünschten Eigenschaften des abgeschiedenen Metalls zu erzielen.

Typ # 8. Nickelbasis-Oberflächenlegierungen:

Die gebräuchlichsten Oberflächenlegierungen auf Ni-Basis enthalten 0-3-1.0% C, 8-18% Cr, 2.0-45% B und jeweils 1, 2-5-5% Si und Eisen. Diese Legierungen können sprühbeschichtet sein, um die gewünschte Dicke der abgeschiedenen Schicht zu erreichen. In Abhängigkeit von den gewünschten Eigenschaften des abgeschiedenen Metalls können diese Legierungen auch Kupfer, Chrom, Molybdän, Chrom-Molybdän und Chrom-Molybdän-Wolfram enthalten.

Wenn sie in Drahtform verfügbar sind, können diese Legierungen auf Ni-Basis durch Gas-Metall-Lichtbogenschweißen (GMAW) abgeschieden werden. Dadurch entfällt die Verwendung von Flussmitteln und die Kohlenstoffaufnahme vom Substrat. Im automatischen Modus kann das Verfahren eingesetzt werden, um das Metall in zylindrischen Behältern abzulagern, um Korrosionsbeständigkeit zu gewährleisten.

In Pulverform werden Legierungen auf Nickelbasis mit Chrom und Bor flammgespritzt, um bei unregelmäßigen Konturen eine gleichmäßigere Oberfläche zu erhalten, als dies mit herkömmlichen Verfahren möglich ist.

Wegen ihrer heißen Härte und ihrer Erosionsbeständigkeit ist die typische Anwendung von Ni-Cr-B-Legierungen in Ölschmierstoffpumpen, während die Beständigkeit gegen Erosion von Ni-Cr-Mo-Legierungen sie zum Auftragen von Auslassventilen von Kraftfahrzeugen und Flugzeugen geeignet macht .

Typ # 9. Kupfer-Basis-Oberflächenlegierungen:

Die Oberflächenlegierungen auf Kupferbasis werden hauptsächlich eingesetzt, um Korrosion und Kavitationserosion an weniger teuren Basismetallen wie Eisen zu widerstehen. Die meisten dieser Legierungen sind beständig gegen atmosphärischen Angriff, Salz- und Süßwasserkorrosion sowie nicht ammoniakalische alkalische Lösung und reduzierende Säuren. Sie sind jedoch nicht für den Betrieb bei Temperaturen über 200-260 ° C geeignet.

Die Schweißablagerungseigenschaften werden durch den verwendeten Schweißprozess beeinflusst. Für das Aufbringen von Stahlsubstraten werden Verfahren zur Herstellung von Sauerstoffacetylen- und Wolfram-Lichtbogenschweißen (GTAW) bevorzugt, um die Aufnahme von Eisen zu vermeiden, das als Härter wirkt. SMAW- und GMAW-Verfahren erfordern für die erste Schicht ein schnelles, weites Stoßwebverfahren. Große Flächen werden mit dem GMAW-Prozess beschichtet, während für kleinere Reparaturen der GTAW-Prozess mit thorierter Elektrode bevorzugt wird.

Wegen ihres Festfressens und ihrer Beständigkeit gegen Reibungseigenschaften werden Legierungen auf Kupferbasis typischerweise zum Auftragen von Lagerflächen verwendet.