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

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung und Problemstellung

1.1. Ausgangssituation und Motivation

1.2. Zielsetzung und Aufbau der Arbeit

2. Verschleiß

2.1. Definition von Verschleiß

2.2. Verschleiß als tribologische Größe

2.3. Verschleißmechanismen

2.3.1. Abrasionsverschleiß

2.3.2. Adhäsionsverschleiß

2.3.3. Oberflächenzerrüttung (Ermüdungsverschleiß)

2.3.4. Tribochemischer Verschleiß (Tribooxidation) und kombinierte Verschleißformen

2.4. Verschleißart Strahlverschleiß

3. Strahlverschleißbeanspruchte Maschinen und Anlagenkomponenten

3.1. Strahl- und Prallmühlen

3.2. Zyklone und Sichter in der Abscheide- und Aufbereitungstechnik

3.3. Schleusen und Absperreinrichtungen

3.4. Ventilatoren

4. Konventioneller Verschleißschutz vor abrasiv-erosivem Verschleiß

4.1. Standardverschleißschutzwerkstoffe

4.1.1. Hartlegierungen auf Fe-Basis mit arteigenen Hartphasen

4.1.1.1. Fe-Cr-C-Basishartlegierungen

4.1.1.2. Fe-Cr-B-Basishartlegierungen

4.1.2. Hartlegierungen auf Fe-Basis mit artfremden Hartphasen

4.1.3. Hartlegierungen auf Ni-Basis

4.2. Standardverfahren zur Herstellung von Panzerungen

4.2.1. Plasma-Pulver-Auftragschweißen

4.2.2. Metall-Schutzgas- und OpenArc-Prozesse

5. Hochleistungsverschleißschutzsysteme

5.1. Entwicklung tribosystemangepasster Beschichtungswerkstoffe

5.1.1. Hartauftraglegierungen für feindisperse Gefügeausbildung

5.1.2. Pseudolegierungen mit hohem Hartphasenanteil

5.2. Geregelter Kurzlichtbogen-Prozess

5.2.1. Verschiedene GKLB-Verfahren im Vergleich

5.2.2. EWM-coldArc®-Prozess

6. Untersuchungen

6.1. Beschreibung der experimentellen Untersuchungsmethoden

6.1.1. Metallografische Untersuchungsmethoden

6.1.1.1. Lichtmikroskopische Untersuchungen

6.1.1.2. Mikroanalytische Untersuchungen zur Prüfung der Oberflächentopologie

6.1.2. Härteprüfung

6.2. Beschichtungsprozesstechnik

6.2.1. Anlagen- und Versuchsaufbau

6.2.2. Auftragschweißungen

6.3. Verschleißuntersuchungen

6.3.1. Verschleißprüfung unter abrasiv-erosiver Beanspruchung

6.3.1.1. Strahlverschleißprüfung

6.3.1.1.1 Edelkorund

6.3.1.1.2 Zementstaub

6.3.1.1.3 Quarzmehl

6.3.1.2. Hochtemperaturstrahlverschleißprüfung

6.4. Korrosionsuntersuchungen

6.4.1. Korrosion bei Industrieventilatoren

6.4.2. Kombinierte Abrasions-Korrosionsprüfung (Miller-Test)

6.5. Mechanisch-technologische Prüfung

7. Auswertungen und technisch-wirtschaftliche Bewertung

7.1. Schweißtechnische Qualifizierung und metallografische Auswertung

7.2. Verschleiß- und Korrosionsergebnisse

7.3. Leichtbaupotenzial

7.4. Technisch-wirtschaftliche Bewertung der Ergebnisse

7.4.1. Abschmelzleistungen und Ausbringungsraten

7.4.2. Schweißkostengesamtanalyse

8. Zusammenfassung und Ausblick

8.1. Zusammenfassung und Bewertung der Ergebnisse

8.2. Schlussfolgerungen und Ausblicke

Zielsetzung & Themen

Die Arbeit verfolgt das Ziel, leistungsfähige Verschleißschutzsysteme für hochbelastete Strukturbauteile aus hoch- und ultrahochfesten Feinkornbaustählen durch den Einsatz moderner, energiearmer Schweißverfahren zu entwickeln, um das Leichtbaupotenzial zu steigern und gleichzeitig die Verschleißbeständigkeit unter feinabrasiv-erosiver Beanspruchung zu gewährleisten.

• Entwicklung tribosystemangepasster Verschleißschutzlegierungen und Fülldrahtelektroden.
• Einsatz geregelter Kurzlichtbogen-Prozesse (GKLB) zur Reduzierung der thermischen Schädigung.
• Qualifizierung der Beschichtungen durch Strahlverschleiß- und Korrosionsprüfungen.
• Technisch-wirtschaftliche Bewertung und Analyse des Leichtbaupotenzials für Industrieventilatoren.

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1. Einleitung und Problemstellung: Beschreibung der volkswirtschaftlichen Bedeutung von Verschleiß und Motivation zur Entwicklung von Leichtbau-Verschleißschutzsystemen.

2. Verschleiß: Theoretische Grundlagen zu Verschleißdefinitionen, -mechanismen und deren tribologischer Einordnung.

3. Strahlverschleißbeanspruchte Maschinen und Anlagenkomponenten: Identifikation relevanter Einsatzgebiete wie Mühlen, Sichter und Ventilatoren, die unter Strahlverschleiß leiden.

4. Konventioneller Verschleißschutz vor abrasiv-erosivem Verschleiß: Analyse bestehender Werkstoffkonzepte und Beschichtungsverfahren sowie deren Nachteile für hochfeste Stähle.

5. Hochleistungsverschleißschutzsysteme: Entwicklung neuartiger Werkstoffe und Einführung des geregelten Kurzlichtbogen-Prozesses (GKLB) zur prozessgerechten Beschichtung.

6. Untersuchungen: Detaillierte Darstellung der experimentellen Methoden zur Qualifizierung der Beschichtungen, inkl. Härte- und Verschleißprüfungen.

7. Auswertungen und technisch-wirtschaftliche Bewertung: Zusammenführung der Ergebnisse und ökonomische Analyse des GKLB-Verfahrens im Vergleich zu konventionellen Methoden.

8. Zusammenfassung und Ausblick: Resümee der erreichten Verbesserungen und Empfehlungen für zukünftige Entwicklungen.

Schlüsselwörter

Strahlverschleiß, Erosionsverschleiß, Auftragschweißen, GKLB, Kurzlichtbogen, Hartlegierung, Fülldraht, Strukturleichtbau, Feinkornbaustahl, Tribologie, Verschleißschutz, Schichtqualität, Werkstoffversagen, industrielle Anwendungsforschung.

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?

Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und Bewertung von Hochleistungsverschleißschutzsystemen, die mittels moderner, energiearmer Schweißverfahren auf hochbelastete Strukturbauteile aufgebracht werden, um Verschleiß zu minimieren und Leichtbau zu ermöglichen.

Was sind die zentralen Themenfelder?

Die zentralen Themen sind Tribologie, Verschleißmechanismen, Schweißtechnik (insbesondere GKLB-Prozesse), Werkstoffkunde der Hartlegierungen und die technisch-wirtschaftliche Bewertung von Panzerungen.

Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?

Das Ziel ist die Erhöhung der Standzeit von Maschinenkomponenten bei gleichzeitiger Gewichtsreduzierung durch direktes Beschichten von hochfesten Feinkornbaustählen, ohne deren mechanische Eigenschaften negativ zu beeinflussen.

Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?

Es werden umfangreiche experimentelle Untersuchungen durchgeführt, darunter metallografische Schliffanalysen, Härteprüfungen sowie Strahlverschleiß- und Korrosionstests unter praxisnahen Bedingungen.

Was wird im Hauptteil behandelt?

Der Hauptteil umfasst das theoretische Fundament zum Verschleiß, die Vorstellung konventioneller und neu entwickelter Verschleißschutzsysteme, die detaillierte Beschreibung der experimentellen Methoden sowie die Auswertung der Ergebnisse.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Schlüsselbegriffe sind Strahlverschleiß, GKLB, Auftragschweißen, Hartlegierungen, Strukturleichtbau, Feinkornbaustahl und Tribologie.

Wie unterscheidet sich der GKLB-Prozess von konventionellen MSG-Verfahren?

Der GKLB-Prozess zeichnet sich durch einen deutlich reduzierten Energieeintrag und eine gezielte Tropfenablösung aus, was die thermische Grundwerkstoffbeeinflussung minimiert und ein aufmischungsarmes Beschichten ermöglicht.

Warum ist das Leichtbaupotenzial der entwickelten Systeme so relevant?

Durch die direkte Beschichtung hochfester Stähle entfällt die Notwendigkeit schwerer Schleißbleche, was das Gesamtgewicht der Bauteile, wie z.B. bei Industrieventilatoren, signifikant reduziert und Betriebskosten senkt.