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Schweißtechnische Erzeugung, spanende Bearbeitung und praktische Erprobung neuentwickelter Hartmetall-Beschichtungen auf (Ti,Mo)(C,N9)-NiCo-Basis für thermisch und tribologisch hochbeanspruchte Werkzeuge und Bauteile. Abschlussbericht

 
: Frank, D.; Spatzier, J.; Wocilka, D.; Zobel, F.

Remscheid: IFW, 2010, 103 S.
Deutsch
Bericht
Fraunhofer IKTS ()
Auftragsschweißen; Erodieren; Fräsen; Hartstoffbeschichten; Schmiedegesenk; Umformwerkzeug; Verschleiß; Warmarbeitsstahl

Abstract
Ziel war, schweißtechnische Beschichtungen mit (Ti,Mo)(C,N)-Ni Werkstoffen für Verschleißteile zu entwickeln, die hohen thermisch-tribologischen Belastungen ausgesetzt werden. Konzentriert wurde sich auf hochbeanspruchte Umformwerkzeuge aus niedriglegiertem Warmarbeitsstahl 55NiCrMoV7 (Werkstoffnummer 1.2714), die mit pulverförmigem Hartstoff auf (Ti,Mo)(C,N)-Ni-Basis auftragsgeschweißt wurden. Auftragsgeschweißt wurde mit dem Plasma-Pulver-Auftragschweißverfahren und dem Laser-Pulver-Auftragschweißverfahren. Vielfältige Schweißbarkeitsuntersuchungen, Beschichtungsmodifizierungen und Eigenschaftsuntersuchungen sowie einlagige und mehrlagige Flächenbeschichtungen wurden realisiert. Beim Plasma-Pulver-Auftragschweißverfahren (PTA) wurde festgestellt, dass der Zusatzwerkstoff nur mit zusätz lichem Binderanteil schweißtechnisch zu verarbeiten ist. Verwendet wurde, u.a. auf Grund seiner guten Kaltverfestigungseigenschaften, Inconel 625 als Binder. Mischungen bis zu einem Hartstoff/Binderwerkstoff-Verhältnis von 1:2 lieferten noch optisch rissfreie mehrlagige Beschichtungen. Die Warmverschleißbeständigkeit liegt beim Hartstoff/Binderwerkstoff-Verhältnis von 1:3 um den Faktor 7 oberhalb des Warmarbeitsstahis 1.2714. Auch beim Laser-Pulver-Auftragschweißen nahm die homogene Verteilung der Hartstoffpartikel mit zunehmendem Hartstoffgehalt ab. Allerdings erhöhte sich die Verbundhärte mit zunehmendem Hartstoffvolumenanteil. Bei den Verschleißversuchen zeigten die hartstoffverstärkten Schichten signifikante Verbesserungen hinsichtlich eines geringeren Volumen-, bzw. Massenverlustes um ca. den Faktor 10. Durch eine Modifikation der Maschinenparameter konnte eine endkonturnahe Bearbeitung durch Fräsen und Erodieren erreicht werden. Die Entwicklung neuer Beschichtungssysteme für Fräser war nicht notwendig. Beim Fräsen bestimmten die Eigenschaften des Matrixwerkstoffes Inconel 625 die Parameter, während die Hartstoffbeimengung eine stumpfe Schneide forderte. Der Elektrodenverschleiß beim Erodieren steigt mit zunehmendem Hartstoffanteil. Das Schleifen der Hartstoffschicht erforderte keine Modifikation der Maschinenparameter. Der Schwerpunkt der Anwendungen der Verschleißschutzschichten wurde auf Gesenke gelegt, da sich der PA ausschließlich aus Schmiedeanwendern zusammensetzte. Weitere Anwendungen wurden aus diesem Grund nicht untersucht. Die Gesenke wurden zunächst gefräst , dann plasmaauftragsgeschweißt (PTA) und zum Schluss endkonturnah bearbeitet. Die Schmiedeversuche zeigten zwar schon sehr früh Risse in der Verschleißschutzschicht, welches durch den hohen Eigenspannungszustand der Werkstoffverbunde infolge inhomogener Hartstoffverteilung erklärt werden kann, aber die hohe Warmverschleißbeständigkeit der Schicht besitzt noch sehr viel Entwicklungspotential, das bei anderen Anwendungen genutzt werden kann, besonders wenn das Substrat aus einer Ni-Basis-Legierung besteht.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-248515.html