Autor: Maximilian Walter

Die abrasive Warmverschleißbeständigkeit von metallischen Werkstoffen spielt in der Technik eine zunehmend wichtigere Rolle. Warmgehende Arbeitsmaschinen und Anlagen stellen immer höhere Anforderungen an die verwendeten Konstruktionswerkstoffe. Diese sollen, bei hoher Temperatur, steigenden mechanischen und tribologischen Belastungen standhalten oder, bei gleichbleibender Belastung, zunehmende Temperaturen ertragen. In beiden Fällen ist eine Steigerung der Leistungsfähigkeit von metallischen Werkstoffen notwendig, um geforderte Entwicklungen und Produktivitätssteigerungen zu realisieren. Unter Berücksichtigung dieses technologischen Hintergrunds wird in der vorliegenden Arbeit das abrasive Warmverschleißverhalten von metallischen Werkstoffen auf Fe-, Ni- und Co-Basis betrachtet. Das Ziel der Arbeit war es, die Erkenntnisse von tribologischen Betrachtungen dazu zu nutzen um ein, an die Anforderungen des abrasiven Warmverschleißes optimal angepasstes, werkstofftechnisches Konzept zu entwickeln. Die Umsetzung dieses Vorhabens erfolgte durch eine Korrelation des Verschleißverhaltens mit den Verformungs- und Verfestigungsmechanismen sowie den zugrundeliegenden metallphysikalischen Hintergründen metallischer Legierungen. Als Ergebnis dieses Ansatzes konnten optimierte Werkstoffkonzepte auf Grundlage einer austenitischen Eisenbasis entwickelt werden, welche das Potential aufweisen im Bereich erhöhter Temperaturen mit Nickel- bzw. Kobaltbasiswerkstoffen zu konkurrieren und gleichzeitig, durch die Verwendung von kostengünstigen Eisenbasiswerkstoffen, einen ökonomischen Vorteil bieten. Im Detail lassen sich die gewonnenen Erkenntnisse in drei Schwerpunkte unterteilen: Der erste Schwerpunkt befasst sich mit den mikrostrukturellen und mechanischen Mechanismen der Abrasion von Fe-, Ni- und Co-Basiswerkstoffen. Diese Betrachtungen stellen das tribologische Verhalten von metallischen Werkstoffen als Funktion der Temperatur dar und heben die relevanten Werkstoffeigenschaften (z.B. die Stapelfehlerenergie) für einen hohen Verschleißwiderstand hervor. Auf Basis dieser Ergebnisse sind Rückschlüsse über den Einfluss der Konstitution eines Werkstoffs auf dessen Widerstand gegen eine abrasive Verschleißbeanspruchung bei erhöhter Temperatur möglich. Im zweiten Schwerpunkt werden die temperaturabhängigen, metallphysikalischen Hintergründe des abrasiven Verschleißverhaltens der betrachteten Werkstoffe analysiert und mit den Werkstoffeigenschaften verknüpft. Durch diese Verknüpfung ist es möglich die Leistungsfähigkeit verschiedener Werkstoffe auf einzelne bzw. das Zusammenwirken von Werkstoffkennwerten zu beziehen. Die Korrelation von metallphysikalischen Kennwerten, mechanischen Eigenschaften und dem tribologischen Verhalten werden im dritten Schwerpunkt dazu genutzt, ein Werkstoffkonzept mit einem hohen abrasiven Warmverschleißwiderstand abzuleiten. Diese Verknüpfung von mechanischen Kennwerten und analysierten Werkstoffcharakteristika macht es möglich, einzelne Eigenschaften eines Werkstoffs gezielt zu optimieren.