Heider, Ben (2022)
Korrosions- und Verschleißeigenschaften auftraggeschweißter Duplexstahlschichten: Eine Frage des Gefüges.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00021456
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

Kurzbeschreibung (Abstract)

Die erfolgreiche Erhöhung der Lebensdauer von korrosiv und tribologisch beanspruchten Bauteilen durch Auftragschweißen von Duplexstahlschichten mit beanspruchungsgerechten Eigenschaften auf Gusseisen mit Lamellengraphit erfordert detaillierte Kenntnisse um die Beeinflussung der Eigenschaften durch den Beschichtungsprozess. Es wurden verschiedene Lichtbogenschweißverfahren und Vorwärmtemperaturen zur Herstellung der Auftragschweißschichten angewendet, um trotz der sehr spezifischen und sehr unterschiedlichen Anforderungen der beiden Werkstoffe an die Wärmeführung während des Schweißens flächige Auftragschweißschichten zu erzielen. Die chemischen Aufmischungen und Phasenverteilungen, die Mikrohärten und Eindringhärten, die Korrosions- und Verschleißeigenschaften sowie die Beständigkeiten unter Strömungserosions- und Kavitationsbeanspruchungen wurden für verschiedene Bereiche dieser Auftragschweißschichten vergleichend untersucht. Als Vergleich wurden kommerziell hergestellter Duplexstahl und Gusseisen mit Lamellengraphit herangezogen. Unter nahezu sämtlichen Beanspruchungen wurde durch die Auftragschweißschichten eine verbesserte Beständigkeit gegenüber Gusseisen mit Lamellengraphit erzielt, teilweise vergleichbar und manchmal sogar deutlich besser als reiner Duplexstahl. Die unterschiedlichen Eigenschaften, beispielsweise die Stabilität einer Passivschicht in künstlichem Meerwasser wurden auf die unterschiedlichen Bedingungen während des Auftragschweißens zurückgeführt, aus denen Variationen in Aufmischung und Gefüge resultierten. Geringe Energieeinbringung durch den Lichtbogen bewirkt niedrige Aufmischungen und hohe Abkühlgeschwindigkeiten, die Schichten erstarren schnell und mit teilweise hohen Eigenspannungen, was in Kombination mit Martensitbildung in der Wärmeeinflusszone zu Rissbildung im Grundwerkstoff führen kann. Diffusion und Phasenumwandlungen werden gehemmt, wodurch in Abhängigkeit der chemischen Zusammensetzung Duplexgefüge aus Ferrit und Austenit entstehen. Durch Vorwärmung des Grundwerkstoffs schmilzt dieser in höherem Maße, die Aufmischung steigt und die Abkühlgeschwindigkeiten sinken, wodurch Diffusion und Phasenumwandlungen vermehrt stattfinden können. In der Arbeit werden die Ergebnisse der Charakterisierungen, die Beanspruchbarkeiten und die Korrosions- und Verschleißmechanismen der einzelnen Schichten geklärt und umfassend in Bezug auf die Schweißprozesse diskutiert. Daraus wird abgeleitet, welche Gefüge in Abhängigkeit der Aufmischung und der Wärmeführung beim Auftragschweißen entstehen, welche Eigenschaften diese haben und schließlich, wie durch die Prozessführung beim Auftragschweißen gezielte Eigenschaften eingestellt werden können. Über diese Arbeit hinausgehend können dann die Auftragschweißschichten gezielt auf die Beanspruchungsprofile in der Anwendung hergestellt werden.

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