KorWearMat-Substitution von Kobalt in verschleiß- und korrosionsbeständigen Sonderlegierungen

In vielen Anwendungen werden von Werkstoffen neben der chemischen Beständigkeit zusätzlich Verschleißbeständigkeit und das zum Teil bei hohen Temperaturen gefordert. Als Beispiele für solch komplexe Beanspruchungskollektive können sowohl technische Anwendungen wie Werkzeuge in der Polymerindustrie, Ventile im chemischen Anlagenbau, Baugruppen in der Papierindustrie als auch Anwendungen aus der Lebensmitteltechnik genannt werden. Besonders bei verschleiß- und korrosionsbeanspruchte Bauteile, die zudem bei hohen Temperaturen im Einsatz sind, haben sich als Werkstoffe die sogenannten Stellite etablieren können. Diese Legierungsgruppe entstammt dem ternären System Kobalt-Chrom-Kohlenstoff (Co-Cr-C) und kann je nach Anforderung mit Molybdän (Mo) oder Wolfram (W) legiert sein. Nachteilig sind besonders die teuren Elemente Kobalt und Wolfram zu nennen.

Einerseits werden beide Elemente gem. einer Studie von der EU den kritischen Rohstoffen (geringe Verfügbarkeit, hohe industrielle Bedeutung) zugeordnet und andererseits geht von dem Element Co zudem eine kanzerogene Wirkung bei der spanenden Bearbeitung aus. Wegen dem zuletzt genannten Grund wird durch die „Reach-Verordnung“ eine schrittweise Substitution von Kobalt gesetzlich gefordert.

Diese Ausgangssituation stellt die Motivation für das Projekt „KorWearMat“ dar. Vor diesem Hintergrund ist das übergeordnete Ziel, neue und kostengünstige Co- und W-freie Materialien (Mat) auf Eisenbasis als Substitution für bekannte Co-Basislegierungen für erhöhte Temperaturen (RT bis 800°C) zu entwickeln. Dabei soll die vorhandene Lücke zwischen Stählen und den Co-Basislegierungen geschlossen werden, wobei eine ausreichend hohe Korrosionsbeständigkeit (Kor) bei gleichzeitig hoher Verschleißbe-ständigkeit (Wear) im Fokus des Interesses stehen.

In Bild 1 ist dazu die Herangehensweise zur Themenbearbeitung schematisch dargestellt.

Um das genannte Ziel zu erreichen, müssen in einem ersten Schritt geeignete Legierungen im Labormaßstab entwickelt werden. Dabei wird auf moderne Simulationstechniken wie die Calphad-Methode und die Phasenfeldmethode zurückgegriffen.

Nachfolgend gilt es Laborschmelzen herzustellen, diese metallkundlich zu untersuchen und aussichtsreiche Legierungsvarianten pulver- (HIP, Auftragschweißen) und schmelzmetallurgisch (Gießen) im industriellen Umfeld zu verarbeiten.

Letztendlich soll der Projekterfolg auf Basis von Demonstratorversuchen unter Realbedingungen bewertet werden. Um sowohl die anspruchsvollen metallkundlichen als auch technologischen Fragestellungen zu beantworten, hat sich ein Projektkonsortium bestehend aus Forschungseinrichtungen (Bergische Universität Wuppertal, Ruhr-Universität Bochum), Werkstoffhersteller (Kuhn Edelstahlwerke, Deutsche Edelstahlwerke), Werkstoffverarbeiter (DURUM) und Anwender (Baader) für die Erreichung des Zieles zusammengefunden.

 


Koordinator: Dr.-Ing. Frank WischnowskiKlaus Kuhn Edelstahlgießerei GmbH, Radevormwald

Projektpartner (Karte):

  • Deutsche Edelstahlwerke GmbH, Krefeld
  • DURUM Verschleiß-Schutz GmbH, Willich
  • Lehrstuhl für neue Fertigungstechnologien und Werkstoffe, Bergische Universität Wuppertal
  • Lehrstuhl Werkstofftechnik, Ruhr-Universität Bochum
  • Nordischer Maschinenbau Rud. Baader GmbH & Co.KG, Lübeck

Laufzeit: 01.10.2015– 30.09.2018

FKZ: 03XP0025A