Randschichtverfahren

Verfahrensauswahl nach der Beanspruchungsart

Die Beanspruchung von Randschichten läßt sich stark vereinfacht durch drei Schädigungsmechanismen charakterisieren:

Korrosion - Verschleiß (abrasiv, adhäsiv) - Randschichtermüdung

Schädigungsmechanismen treten in der Regel selten allein, sondern meist mit komplexen Wechselwirkungen auf. Damit kann die obige Übersicht lediglich eine erste Orientierung geben. Nach Spies [1] ergeben sich entsprechend der jeweiligen Beanspruchungsart nachstehende Anforderungen an die Eigenschaften der Randschicht um die Beanspruchung optimal zu ertragen:

Abrasion:

hohe Härte bei ausreichender Zähigkeit, harte Phasen in einer sich verfestigenden Matrix

Adhäsion:

geringe adhäsive Bindungskräfte, artfremde Randschichten (Vermeidung metallischer Paarungen), Werkstoffe mit heterogenem Gefüge, geringe Deformationsneigung, hohe Härte

Korrosion:

reaktionsbeständige Schichten

Randschichtermüdung:

hohe Festigkeit bei möglichst hoher Zähigkeit, Vermeidung gefügebedingter Spannungskonzentrationen, d.h. hohe Gefügehomogenität, Druckeigenspannungen im Randbereich

Thermische Ermüdung:

hohe Warmfestigkeit, homogenes Gefüge, thermisch stabile Druckeigenspannungen, Verringerung der Beanspruchung durch Wärmedämmschichten

Spies schlägt in [1] folgende verfahrensübergreifende Systematisierung für Randschichten vor:

(1) dünne arteigene, verfestigte Randschichten erhöhter Beständigkeit gegenüber Abrasion und Adhäsion.
(2) dünne artfremde Schichten hoher Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit
(3) dicke artfremde Schichten hoher Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit sowie Wärmedeämmung
(4) dicke arteigene, verfestigte Randschichten erhöhter Beständigkeit gegenüber Randschichtermüdiung und thermischer Ermüdung
(5) Duplex-Randschichten, z.B. dünne artfremde Schichten (2) auf dicken arteigenen Schichten (4)

Unter Berücksichtigung der Eindringtiefe ergibt sich:

Beanspruchungsgerechte Randschichten und Verfahrensbeispiele [1]

(geforderte Schichteigenschaften

Schichtaufbau
Verfahrensbeispiel)

1 - erhöhte Beständigkeit gegenüber Abrasion und Adhäsion, geringer zulässiger Abtrag

dünne arteigene, verfestigte Randschichten
Nitrieren, Einsatzhärten

2 - erhöhte Beständigkeit gegenüber Abrasion, Adhäsion und Korrosion, geringer zulässiger Atabtrag

dünne artfremde Schichten
CVD, PVD, galvanische Verfahren, Nitrieren, Oxidieren

3 - erhöhte Beständigkeit gegenüber starker Abrasion, Adhäsion und Korrosion; Wärmedämmung, größerer
zulässiger Abtrag

dicke artfremde Schichten
therm. Spritzen, Auftragsschweißen

4 - erhöhte Beständigkeit gegenüber Randschichtermüdung, Abrasion, thermischer Ermüdung, hohe Tiefenwirkung
der Beanspruchung

dicke arteigene, verfestigte Randschichten
therm. Randschichthärtung, Einsatzhärten, Nitrieren, Kaltverfestigen

5 - erhöhte Beständigkeit gegenüber extrem komplexer Beanspruchung, z.B. (2) und (4)

Duplex-Schichten, z.B. dünne artfremde Schichten auf dicken arteigenen Schichten
Nitrieren plus PVD/CVD; Nitrieren plus thermisch Spritzen - PVD

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