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Schweißbarkeit

NT® Schweißbarkeit der gebräuchlichen nichtrostenden Stähle

Nr. Bezeichnung nach
EN 10088
Schweiß-
barkeit 1)
Vorwärmung Wärmenachbehandlung Empfohlener NT® -
Schweißzusatzwerkstoff
1.4000 X6Cr13 m 200 - 300°C Glühen oder Vergüten 4316, 4551, 4502 2)
1.4001 X7Cr14 m 200 - 300°C Glühen oder Vergüten 4316, 4551, 4502 2)
1.4002 X6CrAl13 m 200 - 300°C Glühen oder Vergüten 4370, 4806, 4502 2)
1.4006 X10Cr13 m 200 - 300°C Glühen oder Vergüten 4316, 4551, 4502 2)
1.4016 X6Cr17 m - GIühen bei 600-800°C 4316, 4551, 4502 2)
1.4021 X20Cr13 s 300 - 400°C Glühen oder Vergüten 4316, 4551, 4502 2)
1.4024 X15Cr13 m 300 - 400°C Glühen oder Vergüten 4316, 4551, 4502 2)
1.4057 X19CrNi17-2 m 300 - 400°C Glühen oder Vergüten 4316, 4551, 4115 2)
1.4120 X20CrMo13 m - s 300 - 400°C Glühen oder Vergüten 4430, 4576, 4115 2)
1.4300 X12CrNi18-8 g - - 4316
1.4301 X4CrNi18-10 g - - 4316
1.4306 X2CrNi19-11 g - - 4316
1.4307 X2CrNi18-9 g - - 4316
1.4311 X2CrNiN18-10 g - - 4316
1.4371 X2CrMnNiN17-7-5 g - - 4370
1.4401 X4CrNiMo17-12-2 g - - 4402
1.4404 X2CrNiMo17-12-2 g - - 4430
1.4406 X2CrNiMoN17-11-2 g - - 4430
1.4414 GX4CrNiMo13-4 g g - - 4351 (13/4)
1.4429 X2CrNiMoN17-13-3 g - - ASN 5, 4430
1.4435 X2CrNiMo18-14-3 g - - 4430
1.4436 X4CrNiMo17-13-3 g - - 4430
1.4438 X2CrNiMo18-15-4 g - - ASN 5
1.4439 X2CrNiMoN17-13-5 g - - ASN 5
1.4446 GX2CrNiMoN17-13-4 g - - ASN 5
1.4448 GX6CrNiMo17-13 g - - ASN 5
1.4449 X5CrNiMo17-13 g - - ASN 5
1.4460 X3CrNiMo27-5-2 g - - 4462
1.4462 X2CrNiMoN22-5-3 g - - 4462
1.4465 X1CrNiMoN25-25-2 g - - Nicro 28 Mo
1.4505 X4NiCrMoCuNb20-18-2 g - - 4519, Nicro 28 Mo
1.4506 X5NiCrMoCuTi20-18 g - - 4519, Nicro 28 Mo
1.4510 X3CrTi17 m 200 - 300°C - 4551, 4502
1.4511 X3CrNb17 m 200 - 300°C - 4551, 4502
1.4539 X1NiCrMoCu25-20-5 g - - 4519, Nicro 28 Mo
1.4541 X6CrNiTi18-10 g - - 4551
1.4550 X6CrNiNb18-10 g - - 4551
1.4571 X6CrNiMoTi17-12-2 g - - 4576, 4430
1.4572 GX5CrNiMoNb23-9 g - - 4430
1.4573 X10CrNiMoTi18-12 g - - 4576, 4430
1.4577 X3CrNiMoTi25-25 g - - Nicro 28 Mo
1.4580 X6CrNiMoNb17-12-2 g - - 4576, 4430
1.4583 X10CrNiMoNb18-12 g - - 4576, 4430
1.4586 X5NiCrMoCuNb22-18 g - - 4519, Nicro 28 Mo
2.4858 NiCr21Mo (DIN 17744) g - - Nicro 28 Mo


1) Schweißbarkeit: g = gut, m = mittel, s = schlecht
2) vorwiegend für Decklagen, Verbindungsschweißungen werden meist mit austenitischen Zusatzwerkstoffen ausgeführt. Angaben über die Beschaffenheit und Verwendung unserer Produkte dienen der Information für den Anwender. Die Angaben über die mechanischen Eigenschaften beziehen sich entsprechend den geltenden Normen immer auf das reine Schweißgut. In der Schweißverbindung werden die Schweißguteigenschaften u. a. vom Grundwerkstoff, der Schweißposition und den Schweißparametern beeinflußt. Die Gewährleistung der Eignung für einen bestimmten Verwendungszweck bedarf in jedem einzelnen Fall einer ausdrücklichen schriftlichen Vereinbarung.

Thermisches Spritzen

Thermisches Spritzen
 
  1. Energieübertragung auf Partikel mit Hilfe einer Wärmequelle, Beschleunigung und Bewegung der Partikel bis zum Substrat, Beeinflussung von TPartikel und VPartikel durch Wärmequelleneigenschaften.
  2. Partikelausbreitung auf dem Substrat ist abhängig von TSubstrat, TPartikel und VPartikel beim Aufprall.
  3. Erstarrung der schmelzflüssigen Partikel, entstehendes Gefüge hängt von TSubstrat, TPartikel und VPartikel ab.
  4. Überlagerung vieler Partikel führt zur Entstehung der Schicht.

  • Geringfügige Erwärmung des Werkstückes (keine Gefügeveränderung, kein Verzug)
  • Verfahrensanwendung ohne Einschränkung durch Bauteilwerkstoff, -größe oder -geometrie
  • Eignung für kompliziert geformte Bauteile
  • Schichten aus Metallen, keramischen Stoffen, Cermets und sogar Kunststoffen herstellbar
  • Beschichtung sowohl lokal begrenzt als auch großflächig auftragbar

Berechnungsgrundlagen

Berechnungsgrundlagen für Härte und Zugfestigkeit

Berechnung der Vickershärte aus der Rockwellhärte (nach Quarnström):

 Härte(HV) = 223*Härte(HRC)+14500 / 100-Härte(HRC)

Umrechnung der Zugfestigkeit aus der Vickershärte nach DIN 501500:

 Rm(MPa) = 3,206358 * Härte(HV) - Gültigkeitsbereich 80 - 430HV

  Brinellhärte   Zugfestigkeit
   N/mm2
  Vickershärte
   HV (F+98N)
  Rockwellhärte
   HRC
  76,0   255   80   -
  80,7   270   85   -
  85,5   285   90   -
  90,2   305   95   -
  95,0   320   100   -
  99,8   335   105   -
  105   350   110   -
  109   370   115   -
  114   385   120   -
  119   400   125   -
  124   415   130   -
  128   430   135   -
  133   450   140   -
  138   465   145   -
  143   480   150   -
  147   495   155   -
  152   510   160   -
  156   530   165   -
  162   545   170   -
  166   560   175   -
  171   575   180   -
  176   595   185   -
  181   610   190   -
  185   625   195   -
  190   640   200   -
  195   660   205   -
  199   675   210   -
  204   690   215   -
  209   705   220   -
  214   720   225   -
  219   740   230   -
  223   755   235   -
  228   770   240   20,3
  233   785   245   21,3
  238   800   250   22,2
  242   820   255   23,1
  247   835   260   24,0
  252   850   265   24,8
  257   865   270   25,6
  261   880   275   26,4
  266   900   280   27,1
  271   915   285   27,8
  276   930   290   28,5
  280   950   295   29,2
  285   965   300   29,8
  295   995   310   31,0
  304   1030   320   32,2
  314   1060   330   33,3
  323   1095   340   34,4
  Brinellhärte   Zugfestigkeit
   N/mm2
  Vickershärte
   HV (F+98N)
  Rockwellhärte
   HRC
  333   1125   350   35,5
  342   1155   360   36,6
  352   1190   370   37,7
  361   1220   380   38,8
  371   1255   390   39,8
  380   1290   400   40,8
  390   1320   410   41,8
  399   1350   420   42,7
  409   1385   430   43,6
  418   1420   440   44,5
  428   1455   450   45,3
  437   1485   460   46,1
  447   1520   470   46,9
  (456)   1555   480   47,7
  (466)   1595   490   48,4
  (475)   1630   500   49,1
  (485)   1665   510   49,8
  (494)   1700   520   50,5
  (504)   1740   530   51,1
  (513)   1775   540   51,7
  (523)   1810   550   52,3
  (532)   1845   560   53,0
  (542)   1880   570   53,6
  (551)   1920   580   54,1
  (561)   1955   590   54,7
  (570)   1995   600   55,2
  (580)   2030   610   55,7
  (589)   2070   620   56,3
  (599)   2105   630   56,8
  (608)   2145   640   57,3
  (618)   2180   650   57,8
  -   -   660   58,3
  -   -   670   58,8
  -   -   680   59,2
  -   -   690   59,7
  -   -   700   60,1
  -   -   720   61,0
  -   -   740   61,8
  -   -   760   62,5
  -   -   780   63,3
  -   -   800   64,0
  -   -   820   64,7
  -   -   840   65,3
  -   -   860   65,9
  -   -   880   66,4
  -   -   900   67,0
  -   -   920   67,5
  -   -   940   68,0
 

(Werte in Klammern mit Hartmetallkugel). Die Angaben beziehen sich auf normale Stähle mit Ausnahme der Austenite und kaltumgeformtem Material. Die Vickershärte wird mit einer Diamantpyramide von 136° Spitzenwinkel gemessen. Bei der Brinell-Prüfung wird die Belastungsquote P/D2=30 vorausgesetzt (P= Belastung in kg; D= Kugeldurchmesser in mm).

PTA-Prozess

Der PTA-Prozess ist eine Sonderform des Lichtbogenschweißens. Das Verfahren ist gekenn- zeichnet durch einen übertragenen eingeschnürten Lichtbogen und damit durch eine höhere Energiedichte im Strahl. Es zeichnet sich insbesondere durch das Konzept der Trennung zwischen dem Anschmelzen des Substrates und dem Aufschmelzen des Zusatzwerkstoffs durch Einsatz von zwei getrennten Wärmequellen aus. Das Pulver wird in einem nicht übertragenden Plasmalichtbogen (Pilotlichtbogen) an- bzw. aufgeschmolzen und mit einem übertragenden Plasmalichtbogen (Hauptlichtbogen) auf den Grundwerkstoff aufgetragen.

Zur Erzielung des eingeschnürten, hochenergetischen Lichtbogens dient ein spezieller Plasmabrenner, wie er in Form eines Plasma-Pulver-Brenners im Bild 1 schematisch und in Bild 2 als Ausführungsbeispiel dargestellt ist.


Der Prozess ist gekennzeichnet durch eine nichtabschmelzende negativ gepolte Wolfram-Elektrode mit vorgelagerter Plasmadüse und 3 Gasströme. Plasmagas: Erzeugung des Plasmas und Einschnürung des Lichtbogens durch das strömende Gas in Verbindung mit der Plasmadüse; Fördergas: Transport des Schweißzusatzwerkstoffes; Schutzgas: Schutz der Schmelze gegen Oxidation.

Plasma- und Fördergas sind direkt am Energietransport in das Substrat bzw. in den Zusatzwerkstoff beteiligt. Über die Gasmengen und den Schweißstrom kann der Energieeintrag unabhängig von der Zusatzwerkstoffmenge gesteuert werden. Das unterscheidet das Verfahren von anderen Schweißverfahren. Die Aufmischung mit dem Trägerwerkstoff kann dadurch auf Werte kleiner 10 % eingestellt werden, so dass bereits in der ersten Lage hohe Eigenschaftssprünge zum Substrat realisiert werden können. Typisch ist deshalb einlagiges Arbeiten.

Überwiegend wird eine Verfahrensvariante mit 2 Lichtbögen angewendet, wobei ein im Brennerinneren existierender Pilotlichtbogen der Zündung des Plasmaprozesses dient. Eine Verfahrensvariante mit nur einem Hauptlichtbogen führt aber prinzipiell zu vergleichbaren Schichteigenschaften, lediglich eine stärkere Hochfrequenzzündquelle wird benötigt. Sämtliche Brennerbauteile müssen zur Beseitigung der Verlustwärme intensiv wassergekühlt werden.

Die Kornfraktion der am meisten eingesetzten industriellen Beschichtungsprozesse ist der Übersicht in Bild 3 zu entnehmen.

 

Je nach Anwendungsbereich liegt die Abschmelzleistung zwischen 0,2 bis 1,0 kg/h beim Mikro-PTA (MPTA) für kleinste Werkstückgeometrien, bis zu 6 kg/h beim konventionellen Normal-PTA (NPTA) und bis zu 30 kg/h beim Hochleistungs-Auftragschweißen (HPTA).

Die systembedingten Vorteile des Plasma-Pulver-Verfahrens, wie die geringe Aufmischung des Schichtwerkstoffs mit dem Substratwerkstoff und die gute Steuer- und Regelbarkeit der Plasma-Wärmequelle, bleiben dabei auch durch die Erhöhung der Abschmelzleistung erhalten. Die Aufmischungswerte können je nach Brennertyp und Anwendungsfall zwischen 5 und 25 % betragen. Diese Aufmischungswerte resultieren aus der Bau- und Schaltungsart der PTA-Brennertechnik, die mit einem nicht übertragenden Lichtbogen zum Auf- bzw. Anschmelzen des Zusatzwerkstoffes arbeiten, so dass der übertragende Lichtbogen, der dem Anschmelzen des Substrates dient, mit verminderter Lichtbogenleistung betrieben werden kann. Die wirtschaftliche Anwendung des Verfahrens wurde in den letzten Jahren auf den Bereich der Hochleistungsbeschichtungsverfahren erweitert.

Die Pulverzufuhr erfolgt über eine Fördereinrichtung, die über eine Förderschnecke, ein Taschenförderrad, eine Fördertrommel oder einen Drehteller als Dosiereinrichtung verfügt. Derzeit stellen Förderer mit Taschenförderrat die an besten regelbaren Einrichtungen dar.

Als Stromquellen dienen moderne Inverterstromquellen, die heutzutage auch mit Wechselpolung arbeiten und dadurch für das Beschichten von Leichtmetallen verwendbar sind.

 

Hartlegierungen

Die technologische Weiterentwicklung in vielen Industriezweigen des Maschinen-, Apparate- und Anlagenbaus, der Meerestechnik sowie der Umwelttechnik erfordert neue Werkstoffe, die neben einer hohen Verschleißbeständigkeit auch gute korrosive und thermische Eigenschaften aufweisen. In einer Vielzahl von Branchen nutzen sich Maschinen- und Werkzeugbauteile während ihres Einsatzes ab, wodurch sich deren Leistungsfähigkeit bzw. die Qualität der erzeugten Produkte vermindert oder sogar zum Ausfall führen kann. Durch derartige Verschleißerscheinungen entstehen hohe Verluste, und Prognosen sagen voraus, dass diese Kosten weiterhin steigen werden. Durch Kombination des Angriffs von abrasiven, thermischen und evtl. korrosiven Belastungen steigen die Anforderungen an den Oberflächenwerkstoff der Bauteile. Zum Schutz dieser durch kombinierte Verschleißarten beanspruchten Funktionsoberflächen wird aus Kosten- und Leistungsgründen in zunehmender Masse das Auftragschweißen eingesetzt. Je nach Beanspruchung kommen hier gemäß DIN 8555 mehrphasige Beschichtungswerkstoffe zum Einsatz, wobei vor allem Hartlegierungen auf Eisen-, Nickel- und Kobaltbasis zu nennen sind. Des weiteren sind die intermetallischen Legierungen und Mischpulver, bestehend aus einer zähen Matrixlegierung und hochverschleißfesten Hartstoffpartikeln, wodurch es u.a. möglich ist, das Härteverhalten und die damit verbundenen Eigenschaften und Beständigkeit der Schutzschicht gegen Verschleiß und Korrosion einzustellen, zu nennen. Die richtige Auswahl des Schweißzusatzwerkstoffes bedeutet für die zu beschichtenden Bauteile den richtigen Kompromiss zwischen maximalem Verschleißschutz, korrosiver Beständigkeit und wirtschaftlich vertretbarem Anfall von Bearbeitungskosten zu finden, da die aufgetragenen Verschleißschutzschichten wegen der geforderten Oberflächenqualitäten und Maßtoleranzen mechanisch bearbeitet werden müssen.

Zu den Hochtemperaturwerkstoffen werden alle Materialien gezählt, die oberhalb 500 °C dauerhaft für Bauteile eingesetzt werden können und damit langzeitig ausreichende mechanische Eigenschaften und Hochtemperatur-Korrosionsbeständigkeit aufweisen müssen. Dafür kommen metallische und keramische Werkstoffe sowie intermetallische Phasen, welche eine Stellung zwischen den Metallen und Keramiken einnehmen, in Frage. Damit eine ausreichend hohe Langzeitkriechfestigkeit erreicht werden kann, müssen die Basiselemente für Hochtemperaturwerkstoffe einen Schmelzpunkt von mindestens 1400 °C aufweisen. Beim Einsatz intermetallischer Phasen als Grundwerkstoff ist der Schmelzpunkt der Phase maßgeblich. Außerdem müssen die Metalle in ausreichendem Maße verfügbar sein, was sich im Preis ausdrückt.