eigenschaften über die blechdicke gewâhrieisten. darüber ... · 1. bewertuna der chemischen...
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1. BewertunaderchemischenZusammensetzunaundderMikrostruktur
Bei den XAR-Stâhlenhandeltes sich um Stâhle,die einenC-Gehaltzwischen0,15 und0,40%aufweisen,der
genau aut die jeweils angestrebteHârtestufevon 400, 450, 500 und 600 HB abgestimmt-ist. Die XAR-Stâhle
werdendabeidurch Hârtenin einerStandquetteggt. mit nachtolgendemAnlassenhergestellt.Siebesitzenauch
Zusâtzean hârtbarkeitssteigemdenElementenwie Bor und Molybdân,welche gleichbleibendemechanische
Eigenschaftenüberdie Blechdickegewâhrieisten.DarüberhinausenthaltenaileXAR-StâhleeinenCr-Zusatzbis
zu1,30%,derimStahlzurBildungtainverteiltersehrharterCarbide(>1200HV)führt.
DieXAR-Stâhleweisenainemartensitischeodermartensitisch-bainitischeMikrostruktursut. Insbesonderedurch
aine Mikrolegierungmit Nb ist diesesehr tain ausgebildet.Mit den vorliegendenAnalysenkonzeptender XAR-.
StâhleunddamAufbauder Mikrostrukturin den Grobblechensind inden XAR-StâhlenaileVoraussetzungenfür
die EinhaltungaineshohenVerschleiBwiderstandesbaiPrallverschleiBgegeben.
2. BewertunadermechanischenEiaenschaften
DiemechanischenEigenschaftenderXAR-StâhlewerdeninverschiedenenTKS-Werkstoffblâttembeschrieben.
Die Grobblecheder XAR-Reihewerdenim Lieterzustanddurchaine Mindest-und Maximalhârtedefiniert.
Ausgehendvonden Analysenkonzeptenundder in den XAR-StâhlenvoriiegendenMikrostrukturausbildung
werdendie getordertenHârtensichereingestellt.DarüberhinausbesitzenNb-mikrolegierteXAR-Blecheein
vergleichsweisehohesZâhigkeitsniveau.HierdurchisteingünstigesVerformungsverhaltenderStâhlerealisiert.
3. BewertunQ.desVerschleiBverhaltens
Zur Bewertungdes VerschleiBverhaltensder XAR-Stâhlewurdenam Instituttür Tribologieder Hochschule
MannheimumtassendesystematischeUntersuchungenzumPrallverschleiBvonXAR-Stâhlenunterschiedlicher
HârteundStahlzusammensetzungsowievonvergleichbarenStâhlenvonTKS-Wettbewerbemdurchgeführt.Die
VerschleiBversuchewurdenangeeignetenProbekôrpemineinerspeziellenApparaturausgeführt,diequasiein
Modellsystemtür die stoBendeund gleichzeitiggleitendeBeanspruchungin LKW-Mulden,Misch-undFôrderelementensowiePrall-undBrechermühlenetc.darstellt.Es handeltsichdabeiumainekommerzielle
Strahlanlage,in derverschiedeneStrahlmittelmit Hârtenzwischen1 und9 autderMohs-SkalazumEinsatz
kamen.Die Kômungdes Strahlguteslag bai 1 und2 mm.DieentsprechendenStrahlversuchewurdenmitAnstrahlwinkelnzwischen15und60°baieinemAnstrahldruckbis6 barbiszumErreichenainesstationâren
VerschleiBzustandesdurchgeführt.
Ais wichtigerund in der praktischenBewertunggebrâuchlicherVerschleiBkennwertwird der relative
VerschleiBabtragder ProbenbezogenauteinenReterenzstahlS355mit niedrigerHârteherangezogen.Das
StrahlmittelwurdenachjedemVersuchemeuert.
Die Versuchezeigengrundsâtzlicheinen mit steigenderHarteabnehmendenVerschleiBbetrag.Für die
UntersuchungenbeieinemAnstrahlwinkelvon30°gegendieBlechoberflâcheundsehrhartemStrahlgut(>1000
HV)betrâgtder VerschleiBabtragbai einemStahlmit 600 HBnochrd. 80%desWertesainesS355.Alle
untersuchtenStâhle(XARundWettbewerb)ordnensichdamtypischenHochlagenverschleiBzu,da dieHârte
desGegenmittelsRundquarzkiesgranulatoderKorundmitrd. 1100bzw.1800HVdeutlichüberderHartealler
untersuchtenWerkstoffeliegt.BeisehrweichemStrahlguttrittpraktischkeinVerschleiBaut(Tieflage)undaile
Stâhleunterscheidensichourwenig.DieBlechoberflâchewirdbeimPrallverschleiBje nachAnstrahlwinkelzum
einendurchEindringendeshartenGegenkôrpers"geritzt",sodasseinMaterialabtragausderOberflâcheauftritt.
Zum anderenwird ein StoBaut die Oberflâcheausgeübt,der zur Lôcher-oder Kraterbildungsowiezu
Flâchenaufweitungentührt. Die HauptverschleiBmechanismensind dabei die Abrasion und die
Oberflâchenzerrüttung.BeisenkrechtemAnstrahlenderOberflâchetrittausschlieBlichStoBbelastungmitdam.MechanismusOberflâchenzerrüttungautoBei horizontalemAnstrahlentritt dagegenausschlieBlichabrasive
Beanspruchungauto
Gekennzeichnetist der abrasiveVerschleiBanteildurch aine Kombinationaus Mikrospanen,Mikropflügenund
Mikrobrechen.BeimMikrospanenbildetsich var damgleitenden,abrasivwirkendenTeilchenein Span,der aine
VerschleiBfurchehinterlâsst.Beim Mikropflügenwird der Werkstoffunterdam einwirkendenTeilchenplastisch
verformtund an den Furchungsrândemautgeworfen.Oberhalbeiner kritischenBelastungdurch wiederholtes
MikropflügenkaonMikrobrechenauftreten,bei dam danngrôBereStückeaus der Oberflâcheausbrechen.Der
stoBende VerschleiBanteil ist gekennzeichnet durch aine fortwâhrende plastische Verformung der
Blechoberflâcheim Mikrobereich,der zur Ermüdungdes Werkstoffgefügesund schlieBlichzu Rissbildungund
Materialabplatzungenführt.
DieeingehendeAnalysederVersuchsergebnisse,baidermittelskorrelations-undvarianzanalytischenMethoden
wesentlicheundunwesentlicheEinfiussgrôBenaufdenVerschleiBidentifiziertwurden,ergibtein eindeutigesBild
über die Wirkungenvon Stahlzusammensetzung,Mikrostrukturund mechanischenEigenschaftenauf das
VerhaltenbeiPrallverschleiB.
Die Werkstoffhârtebeeinflusstden VerschleiBwiderstandbei besondershartemStrahlgutour wenig.Bei
weicheremStrahlgutkônnenje nachLagedesÜbergangsHoch-/TiefiagejedochmerklicheUnterschiedeim
VerschleiBwiderstandauftreten.Grundsâtzlichistaberfestzuhalten,dassdurchdenrelativhohenCr-Gehaltund
die MikrolegierungmitNbin denXAR-Stâhlenderbereitsdurchdie HârtevorgegebeneVerschleiBwiderstand
bestmOglichgesteigertwird.DurchhoheCr-GehaltewirdeinoptimalerCarbidgehaltimStahleingestellt,derin
die zâheMatrixeingebettetist. DasNb bewirktdarüberhinausaine Feinungdes Martensits,50 dassdie
VerformungstâhigkeitdesverschleiBtestenSonderbaustahlesgesteigertwird,waszuverringertemMikrospanen,
d.h.wenigerMaterialabtrag,sowiezu geringererStrukturermüdungdurchplastischeVerformungbeimStoBen
tührt.XAR-StâhleweisengegenüberCr- und/oderNb-freienbzw.Cr- und/oderNb-reduziertenStâhlendes
Wettbewerbs,unabhângigdavonwie diese hergestelltsind, bai gleicherHârteVorteilehinsichtlichdesVerschleiBwiderstandesauto
4. Schlussfolaerunaen
Bei den niedriglegiertenverschleiBfestenSonderbaustahlenmit gutemVerabreitungsverhaltenstellandie XAR-
StahlevonTKSmit Hârtewertenvon400 bis600 HBein optimalesKonzepthinsichtlichStahlzusammensetzung,
HerstellverfahrenundMikrostrukturdar. DieumfangreichenUntersuchungenzum PraliverschleiBverhaltendieser
Stahle ergeben,dass durch ihre hohe Harte und insbesonderedie gezielte Legierungmit Cr und Nb ein
bestm6glicherVerschleiBwiderstanderreichtwird.Oabeilassensich die positivenEffektevonCr und Nbauf den
VerschleiBwiderstandwerkstoffkundlichnachvollziehen.Die XAR-Stâhle sind daher fur den Einsatz in
anspruchsvollenKonstruktionenmit PraliverschleiBbeanspruchungbestens geeignet. XAR-Stâhle weisen
gegenüberCr- und/oderNb-freienbzw. Cr- und/oderNb-reduziertenStâhlendes Wettbewerbs,unabhângig.davonwiediesehergestelltsind,baigleicherHarteVorteilehinsichtlichdesVerschleiBwiderstandessut.
Mannheim,04.04.2006
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Prof.Or.-Ing.PaulFeinle