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Vortrag (20 Min., 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Synthese und Charakterisierung von Hartmetallschichten auf der Basis von Wolframkarbid und Hochentropielegierungen

Freitag (20.09.2019)
10:00 - 10:30 Uhr Gartensaal
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Hartmetallschichten auf der Basis von Wolframkarbid und einem Kobaltbasis- oder Nickelbasis-bindermetall haben sich zum Verschleißschutz von Werkzeugen im industriellen Einsatz bewährt. Ein gebräuchliches und flexibles Verfahren zum Aufbringen solcher Verschleißschutzschichten ist das Laser-Pulver-Auftragschweißen. Trotz hervorragender Verschleißeigenschaften kommen die konventionellen Hartmetallschichten an die Grenzen ihrer Leistungsfähigkeit und es werden neue Materialsysteme für höhere Einsatztemperaturen oder höhere Beanspruchungen gesucht. Einen möglichen Lösungsansatz stellen hierbei die sogenannten Hochentropie-Legierungen (eng. High Entropy Alloys (HEAs)) dar. Aufgrund ihrer Eigenschaften, wie beispielsweise hohe Festigkeiten bei gleichzeitig hoher Duktilität und einer hohen thermischen Stabilität weisen Hochentropielegierungen ein vielversprechendes Potential für den Einsatz als Bindermetall in Hartmetalllegierungen auf.

In der vorliegenden Arbeit wurden Hartmetallschichten bestehend aus Wolframcarbid und der Hochentropie-Legierung CrMnFeCoNi mittels Laserpulverauftragsschweißen synthetisiert. Dabei wurde das Verhältnis von Hartstoff und Binder über weite Bereiche variiert. Es erfolgte eine Analyse der Schichten sowohl strukturell (REM, EDX, EBSD) als auch hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften (Härte, Biegefestigkeit, Verschleiß). Konventionelle Hartmetallschichten mit Bindern auf der Basis von Kobalt- und Nickellegierungen dienten als Basis zur Bewertung der neuartigen Hartstoffsysteme.

Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen, dass verschleißfeste Hartmetallschichten auf der Basis von Wolframcarbid und der Hochentropie-Legierung CrMnFeCoNi erfolgreich mit dem Verfahren des Laserpulverauftragsschweißens generiert werden können. Im Vergleich zu den konventionellen Bindern können deutlich höhere Hartstoffanteile rissfrei in die Schichten eingebracht werden. Bei gleichem Hartstoffgehalt ist die Härte der Hochentropie-basierten Systeme jedoch geringer als bei den Kobalt- und Nickel-basierten Vergleichssystemen. Durch Anpassung der Zusammensetzung der Hochentropielegierungen erscheinen weitere Verbesserungen des Verschleißverhaltens möglich.

Sprecher/Referent:
Lars Ewenz
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
Weitere Autoren/Referenten:
  • Dr. Liliane Kotte
    Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
  • Martin Kuczyk
    Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
  • Andrea Ostwaldt
    Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
  • Prof. Steffen Nowotny
    Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
  • Dr. Jörg Kaspar
    Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
  • Prof. Dr. Martina Zimmermann
    Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS,TU Dresden
  • Prof. Dr. Christoph Leyens
    Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS, TU Dresden