Verhalten von Eisenbasis-Hartauftragungen bei abrasiv-schlagendem und erosivem Verschleiß

Abstract

Gegenstand der vorliegenden Arbeiten ist die Untersuchung des Verhaltens von Eisenbasis-Hartauftragungen bei abrasiv-schlagendem und erosivem Verschleiß, wodurch eine präzisere vorhersagende Verschleißbeurteilung dieser Legierungs-systeme erreicht werden soll.<br />Eine Verlängererung der Lebensdauer von industriell eingesetzten Maschinenkomponenten wie Brecher- oder Schlagleisten, die bei ihrer Funktionsausübung innerhalb bestimmter tribologischer Systeme durch Abrasion, Schläge oder Erosion beansprucht werden, setzt ein Verständnis der vorherrschenden tribologischen Mechanismen im Mikrobereich der Gefüge voraus. Als weitere Basis für eine verbesserte vorhersagende Verschleißbeurteilung sind detaillierte Kenntnisse der mechanischen Gefügeeigenschaften notwendig. Sind diese Voraussetzungen geschaffen, kann im ersten Schritt die Aussagekraft einzelner Gefügekennwerte (Härte, elastische und plastische Verformungsarbeit, Zähigkeit) hinsichtlich des Verhaltens in bestimmten tribologischen Systemen evaluiert werden, allerdings immer eingedenk der Tatsache, dass Verschleiß schlussendlich nur auf Basis einer Einbeziehung aller am Verschleiß beteiligten Komponenten möglich ist.<br />Deshalb wird im zweiten Schritt der vorliegenden Untersuchungen ein gesamtsystemorientierter energetischer Ansatz zur Verschleißvorhersage bei abrasiv-schlagender Beanspruchung durch relativ langsames, körniges Gut vorgestellt. Für die Versuchsplanung wurden bereits bestehende als auch neuentwickelte mehrphasige Hartauftrag-Legierungen gezielt in Bezug auf eine Variation der Matrix- und Hartstoffeigenschaften ausgewählt. Diese Werkstoffe wurden systematisch auf verschiedenen Verschleißprüfständen eingesetzt. Die gewählten Untersuchungsmethoden waren qualitative und quantitative Licht- und Rasterelektronenmikroskopie, EDX-Analysen, verschiedene Härteprüfungen, eine Zähigkeitsuntersuchung nach Palmqvist und die Auswertung mittels Nanoindenter-Mapping. Als die relevanten Mikromechanismen des Verschleißes wurden bei den eingesetzten Legierungen Bruch und Herauslösen der Hartphasen, Ermüdung und plastische Verformung sowie das "Auswaschen" der Matrix speziell bei synthetisch mehrphasigen Legierungen erkannt, wobei sich eine Zuordnung der jeweiligen Gefügeeigenschaften zu den auftretenden Mechanismen ableiten läßt.<br />

Subject of this work is the investigation of multiphase iron-based wearfacing alloys under combined wear (abrasion, impact and erosion). To achieve an improved and more precise prediction of the wear behaviour of these alloys is defined as overall objective.<br />An elongation of the lifetime of machinery components such as crusher bars or impact baffles is only possible by getting a deep understanding of the microstructural mechanisms in the tribological system. As first step it was evaluated how single microstructural properties such as hardness or fracture toughness can be used to evaluate the behaviour in specific tribological systems, always considering that wear finally is only to be understood by including all relevant components of the tribological system into the investigations.<br />Therefore a theoretical model based on deposited energy is developed for a specific wear system in the second step to predict the material loss under combined wear caused by relatively slow and medium sized grains. Well approved and new multiphase wearfacing materials were chosen to vary the properties of both matrices and hard phases in a selective way.<br />These materials were systematically checked on different wear testing devices. Investigations were done by qualitative and quantitative light and scanning electrone microscopy, fracture toughness testing and Nanoindenter mapping.<br />Pull out and dissection of hard phases, fatigue, plastic deformation as well as "washing out" of the matrix especially for synthetical wearfacing alloys were identified as critical failure mechanisms. In any case it was possible to match specific microstructural properties and dominant wear mechanisms.<br />