Werkstoffe

StahlGusseisenAluminiumMagnesium

Schema Eisenwerkstoffe: Stähle

Stähle sind nach DIN EN 10020:2000-07 Werkstoffe, deren Fe-Gehalt größer ist als der jedes anderen Elementes und deren C-Gehalt im Allgemeinen <2,06 Gew.-% ist. Stähle mit einem C-Gehalt zwischen 0,25 und 1 Gew.-% lassen sich ausgezeichnet randschichthärten. Hochlegierte Stähle können umgeschmolzen werden, um bspw. Karbide zu feinen.

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Teilüberschrift Stähle: EB-Härten

Grafik Stähle: EB-Härten ©ebeam

  • Tiefe: 0,2 … 1,5 mm
  • Voraussetzungen: härtbarer Stahl, möglichst vorvergüteter Zustand, ausreichende Materialdicke für Selbstabschreckung
  • Ziele: martensitische Umwandlung, Härtesteigerung (2-4fach; 600-800HV0,3), Erzeugung von Druckeigenspannungen in der Randschicht, gute Konturentreue, Verbesserung Verschleiß- und Ermüdungsfestigkeit, verbesserte Stützwirkung für nachfolgende Randschichtbehandlungen (z.B. Nitrieren, Borieren, PVD, CVD)
  • eigene Ergebnisse: Vergütungsstähle, Werkzeugstähle

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Teilüberschrift Stähle: EB-Umschmelzen

Grafik Stähle: EB-Umschmelzen ©ebeam

  • Tiefe: 0,2 … 1,0 mm
  • Ziele: Beseitigung bzw. Feinung von Seigerungen und Gefügeinhomogenitäten (z.B. Sulfideinschlüsse), Härtesteigerung (bis ?fach; ?HV0,1), Verbesserung der Verschleißbeständigkeit und Dauerfestigkeit
  • eigene Ergebnisse: Vergütungsstähle, hochlegierte Stähle

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Teilüberschrift Stähle: EB-Umschmelzlegieren

Grafik Stähle: EB-Umschmelzlegieren ©ebeam

  • Tiefe: 0,5 … 1,5 mm
  • Zusatzstoffe: Fe- (FeCrC, FeB, FeCrV), Ni-, Co-Basis (i.d.R. zweistufige Deponierung)
  • Ziele: Härtesteigerung (bis 2-3fach; 800-1000HV0,1) durch z.B. Karbidausscheidungen (FeCrC-Zusatz), Verbesserung der Verschleiß- und/oder Korrosionsbeständigkeit (besser als nach dem Nitrieren)
  • eigene Ergebnisse: 30CrMoV9, 38CrMoV21-14

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Teilüberschrift Stähle: EB-Auftragen

Grafik Stähle: EB-Auftragen ©ebeam

  • Tiefe: einlagig 0,5 … 1,0 mm, mehrlagig bis 6(10) mm
  • Zusatzstoffe: Fe-, Ni-, Co-Basis (i.d.R. einstufige Deponierung)
  • Ziele: Härtesteigerung (≥600HV0,3), Verbesserung der Verschleiß- und/oder Korrosionsbeständigkeit
  • eigene Ergebnisse: Vergütungsstähle, Werkzeugstähle, austenitische Stähle

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Teilüberschrift Stähle: EB-Schweißen

Grafik Stähle: EB-Schweißen ©ebeam

  • Tiefe: 0,3 … 90 mm (UB = 80 kV)
  • Zusatzstoffe: ohne (i.d.R.)
  • Voraussetzung: Schweißbarkeit
  • Ziele: Nutzung Tiefschweißeffekt, schlanke Nähte, schmale Wärmeeinflusszone, Minimierung der Aufhärtung (<450HV0,5), Riss- und Porenfreiheit, Erweiterung der Schweißbarkeit durch Mehrspotschweißen
  • eigene Ergebnisse: artgleich/artfremd (Stahl/Stahl, Guss/Guss, Stahl/Guss)

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Teilüberschrift Stähle: EB-Abtragen (Bohren-Schneiden-Gravieren)

Grafik Stähle: EB-Abtragen (Bohren-Schneiden-Gravieren) ©ebeam

  • Tiefe: Tiefe: 50 – 100 µm (Gravieren); > 100 µm (Profilieren)
  • Zusatzstoffe: ohne
  • Ziele: Erzeugung funktionaler Oberflächen durch Einbringung von Mustern und Gravuren, z.B. als Schmierstoffreservoir, zur Verbesserung der Haftung von thermischen Spritzschichten; Erzeugung von Grauwertbildern zur Identifikation
  • eigene Ergebnisse: Vergütungs- und Werkzeugstähle, austenitische Stähle mit gebürsteter Oberfläche

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Schema Eisenwerkstoffe: Gusseisen

 

Gusseisen ist eine Eisen-Kohlenstoff-Legierung mit einem hohen Si- und C-Gehalt >2,06 Gew.-% und wird durch Gießen hergestellt. Erfolgt die Erstarrung aus der Schmelze unter Gleichgewichtsbedingungen (stabiles System) entsteht ein Gefüge mit einer stahlartigen Matrix (Perlit, Ferrit oder Austenit) in die Graphit (lamellar, globular, vermikular) eingelagert ist. Im Fall einer perlitischen bzw. perlitisch/ferritischen Matrix ist das Gusseisen analog zum Stahl härtbar. Beim Umschmelzen erfolgt die Erstarrung nach dem metastabilen System (Ledeburit) und es entsteht eine harte, verschleißbeständige Randschicht.

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Teilüberschrift Gusseisen: EB-Härten

Grafik Gusseisen: EB-Härten ©ebeam

  • Tiefe: 0,2 … 1,5 mm
  • Voraussetzungen: C-Gehalt in Matrix >0,25 %, ausreichende Materialdicke für Selbstabschreckung
  • Ziele: martensitische Umwandlung, Härtesteigerung (2-4fach; 600-700HV0,3), Erzeugung von Druckeigenspannungen in der Randschicht, gute Konturentreue, Verbesserung Verschleißbeständigkeit und des Reibungsverhaltens (Schmierwirkung des Graphits)
  • eigene Ergebnisse: Stahlguss (%C >0,25), perlitisches/ferritisches Gusseisen

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Teilüberschrift Gusseisen: EB-Umschmelzen

Grafik Gusseisen: EB-Umschmelzen ©ebeam

  • Tiefe: 0,3 … 2,0 mm
  • Ziele: Beseitigung des Graphits, metastabile Erstarrung, Erzeugung eines ledeburitischen Gefüges, rissfreie Schichten durch Vorwärmung (ca. 450 °C), Beseitigung von Gussfehlern, Gefügefeinung, Härtesteigerung (600-700HV0,3), Verbesserung der Verschleißbeständigkeit und Dauerfestigkeit
  • eigene Ergebnisse: graues Gusseisen, Temperguss

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Teilüberschrift Gusseisen: EB-Umschmelzlegieren

Grafik Gusseisen: EB-Umschmelzlegieren ©ebeam

  • Tiefe: 0,5 … 2,0 mm
  • Zusatzstoffe: Ni-, Co-Basis (i.d.R. zweistufige Deponierung)
  • Ziele: Bildung metastabiler, intermetallischer Phasen, Härtesteigerung (bis 3-fach; 400-600HV0,3), Verbesserung der Verschleiß- und/oder Korrosionsbeständigkeit
  • eigene Ergebnisse: graues Gusseisen

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Teilüberschrift Gusseisen: EB-Auftragen

  • Schicht: 0,5 … 4,0 (10) mm
  • Zusatzstoffe: Fe-, Ni-, Cr-, Co-Basis (i.d.R. einstufige Deponierung)
  • Ziele: Härtesteigerung (400-600HV0,3), Verbesserung der Verschleiß- und/oder Korrosionsbeständigkeit, Regenerierung, Reparaturschweißungen
  • geeignete Werkstoffe: GJL, GJS, GJV

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Teilüberschrift Gusseisen: EB-Schweißen

Grafik Gusseisen: EB-Schweißen ©ebeam

  • Tiefe: 0,3 … 10 (40) mm (UB = 80 kV)
  • Zusatzstoffe: ohne bzw. mit Ni-Bas. (Beilage, Draht)
  • Ziele: Verbesserung der Schweißbarkeit durch strahlführungstechnische Maßnahmen/Zusatzstoff, Nutzung Tiefschweißeffekt, schlanke Nähte, schmale Wärmeeinflusszone, Minimierung der Aufhärtung (< 450HV0,5), Riss- und Porenfreiheit
  • eigene Ergebnisse: artgleich/artfremd (Guss/Guss, Stahl/Guss)

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Teilüberschrift Gusseisen: Kombinationstechnologien

Grafik Gusseisen: Kombinationstechnologien ©ebeam

  • Kombinationen: EBU/EBUL + Nitrieren (N), + PVD/CVD-Hartstoffbeschichtung
  • Motivation: Gusseisen typische C- und Si-Gehalte, sowie der Graphit beeinträchtigen das Nitrier- und Beschichtungsverhalten, Dünnschichten über weichem Graphit brechen ein Belastung (keine Stützwirkung)
  • Eigenschaften: gleichzeitige Verbesserung des Verschleiß- und Korrosionsverhaltens
  • eigene Ergebnisse:

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Schema Aluminiumwerkstoffe

Da bei Aluminiumwerkstoffen im Gegensatz z. B. zu Eisenwerkstoffen, keine Phasenumwandlungen im festen Zustand auftreten, sind für die Randschichtbehandlung von Al-Legierungen ausschließlich Flüssigphasenprozesse nutzbar.

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Teilüberschrift Aluminium: EB-Umschmelzen

Grafik Aluminium: EB-Umschmelzen ©ebeam

  • Tiefe: 0,5 … 9 mm
  • Ziele: Härtesteigerung (bis 2fach; 120-180HV0,1), Feinung des Al-Mischkristalls (z.B. AlSi10Mg SDAS: 1 ... 6 µm) sowie spröder intermetallischer Phasen (z.B. AlFeSi-Phasen), Änderung der Phasenmorphologie (nadelförmig zu rund)
  • eigene Ergebnisse: AlSi-Gusslegierungen sowie DISPAL Sxx

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Teilüberschrift Aluminium: EB-Umschmelzlegieren

Grafik Aluminium: EB-Umschmelzlegieren ©ebeam

  • Tiefe: 0,5 … 1,5 mm
  • Zusatzstoffe: Cu-, Ni-, Co-, (Fe)-Basis (i.d.R. zweistufige Deponierung)
  • Ziele: Gefügefeinung, Bildung metastabiler, intermetallischer Phasen, Härtesteigerung (2-4fach; 250-450HV0,1), Verbesserung der Verschleiß- und/oder Korrosionsbeständigkeit, verbesserte thermische Beständigkeit, verbesserte Stützwirkung für nachfolgende Dünnschichtbehandlungen (z.B. Plasmanitrieren, PVD)
  • eigene Ergebnisse: Al-Guss- und Knetlegierungen, DISPAL Sxx

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Teilüberschrift Aluminium: EB-Umschmelzdispergieren/ -dispersionslegieren

Grafik Aluminium: EB-Umschmelzdispergieren/ -dispersionslegieren ©ebeam

  • Tiefe: 0,5 … 1,0 mm
  • Zusatzstoffe: (Cu-, Ni-, Co-Basis) + WSC, B4C, Al2O3 (i.d.R. zweistufige Deponierung)
  • Ziele: Erzeugung eines Randschicht-Kompositwerkstoffs, Bildung metastabiler, intermetallischer Phasen, Härtesteigerung in der Schichtmatrix zur Abstützung (2-4fach; 250-450HV0,1), lokale Härtesteigerung durch Dispersionspartikel (1500-3000HV0,05), Verbesserung der Verschleißbeständigkeit (10fache)
  • eigene Ergebnisse: AlSi-Gusslegierungen

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Teilüberschrift Aluminium: EB-Auftragen

Grafik Aluminium: EB-Auftragen ©ebeam

  • Tiefe: 0,5 … 4,0 mm
  • Zusatzstoffe: Al-, Cu-, Ni-, Co-Basis (i.d.R. einstufige Deponierung)
  • Ziele: Bildung metastabiler, intermetallischer Phasen, Härtesteigerung (2-4fach; 250-450HV0,1), Verbesserung der Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit
  • eigene Ergebnisse: Al-Guss- und Knetlegierungen

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Teilüberschrift Aluminium: EB-Schweißen

Grafik Aluminium: EB-Schweißen ©ebeam

  • Tiefe: 0,3 … 40 mm (UB = 80 kV)
  • Zusatzstoffe: ohne (i.d.R.)
  • Voraussetzungen: Schweißeignung der Werkstoffe, exakte Fugenvorbereitung (geringe Rauhigkeit)
  • Ziele: schlanke, tiefe Schweißnähte, riss- und porenfrei
  • eigene Ergebnisse: Al-Gusslegierungen, Al-Knetlegierungen, sprühkompaktierte Al-Legierungen (mit Vorwärmung)

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Teilüberschrift Aluminium: EB-Abtragen (Bohren-Schneiden-Gravieren)

Grafik Aluminium: EB-Abtragen (Bohren-Schneiden-Gravieren) ©ebeam

  • Tiefe: 50… 1000 µm (Profilieren), <100 µm (Gravieren)
  • Zusatzstoffe: ohne
  • Ziele: Erzeugung von Näpfchen und Profilen unterschiedlicher Querschnitte, z.B. zur Verbesserung der Anbindung eines Umgusses
  • geeignete Werkstoffe: Al-Guss-und Knetlegierungen

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Schema Magnesiumwerkstoffe

Magnesiumwerkstoffe zeigen - analog zu Aluminiumwerkstoffen - keine allotrope Umwandlung im festen Zustand. Aus diesem Grund sind für die Randschichtbehandlung von Mg-Legierungen insbesondere Flüssigphasenprozesse geeignet. Neben einer verbesserten Korrosionsbeständigkeit kann damit auch eine erhöhte Härte sowie Verschleißbeständigkeit erreicht werden. In Bezug auf das Randschichtlegieren (EBUL) eignen sich vor allem Zusatzstoffe auf Al-Basis. Fe-, Ni-, Cu- oder Co-haltige Zusatzstoffe besitzen zwar ein deutlich höheres Potential zur Härtesteigerung, wirken sich jedoch stark negativ auf das Korrosionsverhalten aus.

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Teilüberschrift Magnesium: EB-Umschmelzen

Grafik Magnesium: EB-Umschmelzen ©ebeam

  • Tiefe: 0,3 … 2,0 mm
  • Ziele: Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit durch Gefügefeinung und Mischkristallübersättigung
  • eigene Ergebnisse: Mg-Knet- und Gusslegierungen

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Teilüberschrift Magnesium: EB-Umschmelzlegieren

Grafik Magnesium: EB-Umschmelzlegieren ©ebeam

  • Tiefe: 0,5 … 2,0 mm
  • Zusatzstoffe: Al99; AlSi12, AlSi30 (i.d.R. zweistufige Deponierung, Zusatzstoffauswahl eingeschränkt wegen Verschlechterung der Korrosionsbeständigkeit)
  • Ziele: Gefügefeinung, Auflösung und Neubildung intermetallischer Phasen, Härtesteigerung (bis 3,5fach; 150-300HV0,1), Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit durch Erhöhung der Al-Gehaltes in der Randschicht
  • eigene Ergebnisse: Mg-Knet- und Gusslegierungen (AZ31, AZ91)

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Teilüberschrift Magnesium: EB-Umschmelzdispergieren/ -dispersionslegieren

Grafik Magnesium: EB-Umschmelzdispergieren/ -dispersionslegieren ©ebeam

  • Tiefe: 0,5 … 2,0 mm
  • Zusatzstoffe: Al-Basis (siehe EBUL) + SiC, TiC, B4C, Al2O3 (i.d.R. einstufige Deponierung)
  • Ziele: Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit durch Erhöhung der Al-Gehaltes in der Randschicht und Gefügefeinung, Bildung intermetallischer Phasen, Härtesteigerung der Schichtmatrix (bis 3-fach; 150-300HV0,1) und durch harte Karbide (800-2000HV), Verbesserung der Verschleißbeständigkeit
  • eigene Ergebnisse: Mg-Knet- und Gusslegierungen (AZ31, AZ91)

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Teilüberschrift Magnesium: EB-Auftragen

Grafik Magnesium: EB-Auftragen ©ebeam

  • Tiefe: 0,5 … 2,0 mm
  • Zusatzstoffe: Al-Basis (i.d.R. einstufige Deponierung)
  • Ziele: Erhöhung des Al-Gehaltes in der Randschicht, deutlich verbesserte Korrosionsbeständigkeit, Härtesteigerung (150-250HV0,1), (Verbesserung der Festigkeit, Verschleißbeständigkeit)
  • eigene Ergebnisse: Mg-Gusslegierungen

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Teilüberschrift Magnesium: EB-Schweißen

Grafik Magnesium: EB-Schweißen ©ebeam

  • Tiefe: 0,5 … 35 mm (bei UB = 80 kV)
  • Zusatzstoffe: ohne
  • Ziele: Nutzung Tiefschweißeffekt, schlanke Nähte, schmale Wärmeeinflusszone, Minimale Beeinflussung der Festigkeit des Grundwerkstoffs, Riss- und Porenfreiheit (auch bei Druckgusslegierungen)
  • eigene Ergebnisse: AZ91, AZ31B, C, AZ61A, AZ80A, AM50

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