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Verschleißbeständigkeit

Durch Werkstoffauswahl den Verschleiß reduzieren

| Autor / Redakteur: Klaus Vollrath / Rebecca Vogt

Verschleiß ist unumgänglich. Wichtig ist die Auswahl des für die jeweilige Anwendung geeigneten Werkstoffs. Die günstigste Variante ist dabei nicht immer auch die wirtschaftlichste.
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Verschleiß ist unumgänglich. Wichtig ist die Auswahl des für die jeweilige Anwendung geeigneten Werkstoffs. Die günstigste Variante ist dabei nicht immer auch die wirtschaftlichste. (Bild: Klaus Vollrath)

Der Verschleiß bestimmter Bauteile lässt sich nicht komplett verhindern. Durch eine geeignete Werkstoffauswahl können Anwender jedoch die Verschleißbeständigkeit der Bauteile erhöhen und Ausfälle sowie Kosten reduzieren.

Verschleiß und dadurch bedingte Ausfälle sind nicht nur ärgerlich, sondern in vielen industriellen Anwendungsbereichen auch ein erheblicher Kostenfaktor. Dies gilt insbesondere dort, wo Güter zerkleinert, gemahlen, gefördert oder gepumpt werden müssen. Verschleißbedingte Bauteilabnutzung und die dadurch verursachten Kosten können nicht verhindert, aber durch Wahl geeigneter Werkstoffe in teils erheblichem Umfang verringert werden. „Bei Verschleißproblemen ist Erfahrung durch nichts zu ersetzen“, sagt Tobias Henne, Leiter Verkauf und Business Development bei der Gießerei Wolfensberger in Bauma (Schweiz).

Das Unternehmen erzeugt Hochleistungsguss für den Maschinen- und Anlagenbau. Ein Großteil der Produktion geht in die klassischen Bereiche des Maschinenbaus, wo Gussteile in der Regel das ganze Maschinenleben lang halten. Bei Verschleißteilen wie zum Beispiel Laufrädern und Gehäusen von Pumpen, Wasserturbinen oder Turboladern sieht es jedoch anders aus. Diese Bauteile nutzen sich je nach Einsatzbereich mehr oder weniger schnell ab und müssen über die Lebensdauer der Anlage teils mehrfach ersetzt werden. Dadurch stellen sie einen erheblichen Kostenfaktor dar. Die Frage, wie gut beziehungsweise wie lange solche Gussteile halten, ist deshalb von entscheidender wirtschaftlicher Bedeutung.

Bauteilverschleiß hängt nicht nur vom Werkstoff ab

„Viele Anwender glauben, dass die sogenannte Verschleißbeständigkeit eine triviale Werkstoffeigenschaft ist“, ergänzt Michael Sieger, Metallurge und Leiter der Qualitätsstelle bei Wolfensberger. Dies sei jedoch ein Irrtum. Tribologische Systeme hängen in oft sehr komplexer Weise nicht nur vom Werkstoff des Bauteils, sondern auch von den damit zu verarbeitenden Gütern, der Art der Beanspruchung sowie weiteren Faktoren wie etwa Temperatur, ph-Wert und Korrosion ab. Eine Verschleißfestigkeit an sich könne es daher nicht geben, so Sieger. Wegen der Komplexität der Vorgänge sei es möglich, dass sich ein gegebener Werkstoff in einem Einsatzfall hervorragend bewährt und im nächsten kläglich versagt. Katalogwissen oder DIN-Normen helfen hier nur selten.

Anwendern rät Sieger daher, einen Lieferanten zu wählen, der auf diesem Gebiet über umfassende Erfahrung verfügt und seine Kunden dementsprechend beraten kann. Dazu gehöre auch die Fähigkeit, eine breite Palette unterschiedlichster Gusswerkstoffe herstellen zu können. Anderenfalls bestehe für den Kunden das Risiko, statt einer für seinen Anwendungsfall passenden Lösung einen Entwurf angeboten zu bekommen, den der betreffende Lieferant zwar herstellen kann, welcher jedoch bei Weitem nicht optimal abgestimmt ist.

„Sowohl Maschinenhersteller als auch Anwender glauben oft, dass es ausreicht, auf den Bauteilen eine besonders hohe Oberflächenhärte einzustellen“, berichtet Henne. Zum Einsatz kommen in solchen Fällen meist preisgünstige Vergütungsstähle, deren Grundgefüge allerdings aufgrund seiner geringen Härte sowie fehlender Carbide einem Abrasionsangriff nur begrenzt widerstehen kann. Deshalb wird auf dem Grundwerkstoff – durch Verfahren wie Einsatzhärten, Nitrieren oder durch das Aufschweißen von stellithaltigen Hartstoffen – eine harte Schicht erzeugt.

Dies genüge zwar in manchen Einsatzbereichen, könne sich in anderen Fällen jedoch als Irrweg erweisen, so Henne. Bei vielen Verschleißteilen erfolge die Abtragung über die nur wenige Millimeter dicke gehärtete Oberflächenschicht hinaus – viel weiter ins Material hinein. Dann könne sich die Abtragsrate nach dem Durchstoßen der dünnen Hartschicht erheblich beschleunigen. Für die Haltbarkeit von Verschleißteilen spielten in diesen Fällen die Eigenschaften im Volumen eine viel wichtigere Rolle als die der gehärteten Außenschicht.

Passgenaue Lösung erfordert fachliche Beratung

„Das Auswechseln von Verschleißteilen ist oft zeitraubend und kann längere Ausfallzeiten teurer Anlagen bedingen“, sagt Sieger. Deshalb seien Ersatzteile aus günstigeren Werkstoffen häufig die im Endeffekt teurere Alternative. Die Verfügbarkeit der Anlagen verringere sich durch häufige Reparaturstillstände stark. In solchen Fällen sei es trotz des Preisunterschieds oft wirtschaftlicher, Bauteile aus Werkstoffen zu wählen, welche dem Verschleißangriff wesentlich länger standhalten als Vergütungsstähle. Besonders geeignet seien hier hoch karbidhaltige Gusseisen, da die im Gefüge eingelagerten Karbide aufgrund ihrer hohen Härte dem Verschleißangriff häufig besser standhielten als der Grundwerkstoff. Welche Lösung bei gesamtwirtschaftlicher Betrachtung letztlich die Beste sei, lasse sich oft nur nach intensiver fachlicher Beratung feststellen.

Wolfensberger fertigt seit Jahrzehnten Verschleißguss für eine Vielzahl unterschiedlicher Einsatzbereiche. Der Hersteller verfügt über umfassendes Wissen im Bereich der Metallurgie und Wärmebehandlung sowie über ein eigenes Labor zu Testzwecken. Insgesamt ist das Unternehmen in der Lage, seinen Kunden die gesamte für die Herstellung von Verschleißgussteilen erforderliche Prozesskette aus einer Hand anzubieten – vom Schmelzen und Gießen über die Wärmebehandlung bis hin zur einbaufertigen Bearbeitung.

Dem Verschleißprozess auf der Spur

Reibung und Verschleiß

Dem Verschleißprozess auf der Spur

19.09.18 - Wissenschaftler haben herausgefunden, dass Verschleiß bereits bei der ersten Berührung auftritt und sich immer an einer ganz bestimmten Stelle im Material abspielt. Langfristiges Ziel ist es, Materialien zu verbessern sowie Energie und Rohstoffe einzusparen. lesen

* Klaus Vollrath ist Leiter des Redaktionsbüros Klaus Vollrath in 4912 Aarwangen (Schweiz). Weitere Informationen: Wolfensberger AG in 8494 Bauma (Schweiz), Tel. (00 41 52) 3 96 11 11, wag@wolfensberger.ch

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