Kernlegierungsfamilien für verschleißfeste Gussteile

Gießereien wählen ein Legierungssystem basierend auf dem vorherrschenden Verschleißmechanismus, dem ein Teil ausgesetzt ist, und passen dann die Chemie und Wärmebehandlung an, um Härte, Zähigkeit und Korrosionsverhalten genau abzustimmen. Die folgende Tabelle fasst die Legierungsgruppen zusammen, die am häufigsten für verschleißfeste Gussteile angegeben werden.

Gussteile aus weißem Eisen mit hohem Chromgehalt

Weißguss mit hohem Chromgehalt ist das Referenzmaterial für rein abrasiven Verschleiß, da seine Mikrostruktur dichte M7C3-Chromkarbide enthält, die in eine martensitische Matrix eingebettet sind. Bei einem Chromgehalt zwischen 15 und 26 Prozent entstehen Karbide, die einer Aushöhlung durch Sand, Erz oder Zementaggregate weitaus besser widerstehen als normaler Kohlenstoffstahl. Mahlzylinder und Trommelauskleidungen werden häufig aus dieser Legierung gegossen, da das Karbidnetzwerk die Verschleißoberflächen über Tausende von Betriebsstunden hinweg intakt hält. Durch Wärmebehandlung durch Destabilisierung und Anlassen wird Restaustenit in Martensit umgewandelt, wodurch die Oberflächenhärte erhöht wird, ohne dass das Gussstück so spröde wird, dass es bei normalen Betriebslasten zu Rissen kommt.

Gussteile aus Ni-hartem Gusseisen

Ni-Hard-Eisen fügt Nickel hinzu, um die Bildung von weichem Perlit beim Abkühlen zu unterdrücken, sodass sich die Matrix auch in dicken Abschnitten direkt in Martensit umwandeln kann. Dies verleiht Ni-Hard-Gussteilen im Vergleich zu Eisen mit hohem Chromgehalt ein günstiges Gleichgewicht zwischen Härte, Gusskosten und Bearbeitbarkeit. Betonmischerschaufeln sind eine häufige Ni-Hard-Anwendung, da das Material den gemischten Abrieb und die leichten Stöße von Zuschlagstoffen, Sand und Zementleim verträgt. Materialqualitäten wie AS2027 NiCr4 werden häufig spezifiziert, da sie eine hohe Verschleißfestigkeit mit der Maßhaltigkeit vereinen, die für anschraubbare Ersatzteile erforderlich ist.

Gussteile aus hochmanganhaltigem Stahl

Hochmanganstahl, auch Hadfield-Stahl genannt, verhält sich anders als die beiden oben genannten Eisenfamilien. Im Gusszustand ist es relativ weich und zäh, aber wiederholte Stöße führen dazu, dass die Oberflächenschicht durch Verformungszwillinge kaltverfestigt wird, wodurch die Oberflächenhärte steigt, während der Kern duktil bleibt. Branchendaten deuten darauf hin, dass dieser Mechanismus die Verschleißfestigkeit im Vergleich zu unbehandeltem Kohlenstoffstahl etwa um das 25-fache erhöhen kann, sobald die Oberfläche vollständig kaltverfestigt ist. Dies macht Stahl mit hohem Mangangehalt zur Standardwahl für Brechbacken, Hämmer und Prallplatten, bei denen plötzliche Stoßbelastungen und nicht allmählicher Abrieb die vorherrschende Fehlerursache sind.

Passende Legierungsauswahl zum Verschleißmechanismus

Die Auswahl einer Legierung allein aufgrund der Härtewerte kann zu vorzeitiger Rissbildung oder übermäßigen Kosten führen. Ein zuverlässigerer Ansatz besteht darin, zuerst die Betriebsumgebung zu klassifizieren, dann die Legierungsfamilie anzupassen und bei Bedarf eine Oberflächenbehandlung vorzunehmen.

Gießprozess und seine Auswirkung auf die Legierungsleistung

Die Legierungszusammensetzung bestimmt die theoretische Verschleißlebensdauer eines Gussstücks, aber der Gussprozess bestimmt, ob dieses Potenzial ausgeschöpft wird. Schleuderguss wird häufig bei zylindrischen Verschleißteilen wie Schleiftrommeln und Walzen angewendet, da durch die Rotationserstarrung dichteres Metall zur Außenwand hin verdichtet wird, wo die Verschleißfestigkeit am wichtigsten ist, während Porosität und leichtere Einschlüsse in Richtung Bohrung wandern. Statischer Sandguss bleibt für unregelmäßige Formen wie Mischerblätter und Führungsplatten üblich, wobei ein Präzisionsgusskorb oder eine Schalenform die Maßhaltigkeit von Teilen kontrolliert, die ohne Nacharbeit in bestehende Anlagen passen müssen. Kontrollierte Abkühlgeschwindigkeiten nach dem Gießen sind ebenso wichtig, da durch schnelles oder ungleichmäßiges Abkühlen Restaustenit in Eisen mit hohem Chromgehalt eingeschlossen werden kann, wodurch das Gussstück weicher bleibt als seine Sollhärte, bis eine ordnungsgemäße Destabilisierungswärmebehandlung angewendet wird.

Produktsortiment für verschleißfeste Gussteile

Die folgenden Komponenten veranschaulichen, wie verschiedene Legierungsfamilien in Mahl-, Misch- und Durchflusskontrollgeräten eingesetzt werden, von Mahlzylindern mit hohem Chromgehalt bis hin zu Ni-Hard-Mischerblättern.

Schleifzylinder Legierung mit hohem Chromgehalt

Mahlfässer Legierung mit hohem Chromgehalt

Gasventilscheibe 42CrMo-Stahl

Strömungsleitplatte 42CrMo-Stahl

Mischer-Verschleißblätter Ni-hartes Gusseisen

Qualitätsnachweis für verschleißfeste Gussteile

Da die Leistung einer Legierung stark von der Mikrostruktur abhängt, kann eine visuelle Prüfung allein die Verschleißfestigkeit nicht bestätigen. Zuverlässige Lieferanten überprüfen Gussteile durch eine Kombination verschiedener Methoden.

Wartung und Reparatur verschlissener Legierungsgussteile

Die Verlängerung der Lebensdauer eines verschleißfesten Gussteils kostet in der Regel weniger als ein vollständiger Austausch, sofern die Reparaturmethode zur Legierung und zum Ausmaß des Schadens passt.

• Oberflächenverkleidung: Durch Plasmaspritzen oder Laserauftragschweißen wird eine harte Oberflächenschicht an abgenutzten Stellen regeneriert und die Maßhaltigkeit wiederhergestellt.
• Schweißreparatur: Alkalische Stäbe mit niedrigem Wasserstoffgehalt mit Vorwärmung und langsamer Abkühlung halten die Schweißtemperatur nahe 250 bis 300 Grad Celsius und bewahren die Härtungseigenschaften des Grundmaterials.
• Bearbeitung und Polieren: Geringe Abnutzungserscheinungen werden durch Drehen oder Schleifen entfernt, gefolgt von einer erneuten Wärmebehandlung, um die ursprüngliche Härte wiederherzustellen.
• Direkter Ersatz: Teile mit Schlagrissen oder großflächigen Abplatzungen werden komplett ausgetauscht und nicht nachbearbeitet, wodurch eine mikrostrukturelle Verschlechterung vermieden wird, die durch wiederholte Wärmebehandlungen verursacht werden kann.

Mehr als nur Verschleißfestigkeit: Komponenten für Hochtemperaturöfen

Viele Anlagen, die verschleißfeste Anlagen betreiben, verfügen auch über Wärmebehandlungslinien. Daher ist es erwähnenswert, dass in diesen Anlagen entsprechende Legierungsgussteile verwendet werden. Strahlungswärmerohre, Ofenrollen und Ofenrollen für kontinuierliche Ofenlinien werden typischerweise aus hitzebeständigen Cr-Ni-Legierungen und nicht aus den oben beschriebenen Verschleißlegierungen gegossen, da ihre größte Herausforderung in Oxidation und Kriechen bei hohen Temperaturen und nicht in Abrieb besteht. Wärmebehandlungsvorrichtungen, Schweiß-Wärmebehandlungsvorrichtungen, Wärmebehandlungs-Basiswannen und Präzisionsgusskörbe transportieren Werkstücke durch den Ofen und müssen thermischer Ermüdung über wiederholte Zyklen standhalten. Komponenten wie der Ipsen-Lüfterflügel, Ofenpfeiler, AFC-Ofenrollenschienen und -rollen, AFC-Schubkopf, Herdrolle für Gussgliederbandöfen und Kettenplatte für Kettengussöfen runden das Vorrichtungs- und Fördersystem in Durchlauföfen ab. Wo bei diesen Systemen auch Partikelabrieb auftritt, beispielsweise in Belastungszonen, werden häufig verschleißfeste Auskleidungen aus einer Legierung mit hohem Chrom- oder Ni-Hart-Gehalt hinzugefügt, um die darunter liegende Struktur zu schützen.

Auswahl eines Lieferanten für verschleißfeste Gussteile

Über die Legierungsauswahl hinaus beeinflusst die Erfahrung des Lieferanten die Konsistenz über alle Produktionschargen hinweg. Gießereien, die die Chemie der Schmelze, die Wärmebehandlungszyklen und die Inspektion nach dem Guss kontrollieren, neigen dazu, Gussteile mit vorhersehbarerer Lebensdauer zu liefern. Das Anfordern von Materialzertifikaten, Härteprüfberichten und gegebenenfalls Aufzeichnungen über zerstörungsfreie Prüfungen vor Großaufträgen hilft dabei, zu bestätigen, dass die gelieferte Legierung den Spezifikationen entspricht, anstatt sich nur auf Nennbezeichnungen zu verlassen.