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DER KONSTRUKTEUR 12/2015

DER KONSTRUKTEUR 12/2015

WERKSTOFFTECHNIK

WERKSTOFFTECHNIK Oberflächlich – und doch tiefgreifend Eine Alternative zur Hartchrombeschichtung Als Standardverfahren um Verschleiß und Korrosion bei mechanischen Bauteilen vorzubeugen, wird die Hartverchromung eingesetzt. Doch sie bietet auch Nachteile und aufgrund der Reach-Verordnung wird ihr Einsatz in Zukunft schwieriger. Das Oberflächenhärten ist eine Alternative. Eine Hartchrombeschichtung kann abplatzen (Bild unten) – dieses Problem ist bei ober - flächengehärteten Komponenten (Bild oben) ausgeschlossen Die Hartverchromung sorgt bei mechanischen Bauteilen für einen edlen optischen Effekt und kann je nach Dicke und Zusammensetzung der Beschichtung Eigenschaften wie Verschleißbeständigkeit, mittlere Korrosionsbeständigkeit und Fresswiderstand verbessern. Jedoch limitieren eine häufig geringere Dauerfestigkeit und das Problem von Abplatzungen den Einsatz. Außerdem wird Hartchrom ab 2017 aufgrund der Reach-Verordnung der europäischen Union noch stärker 36 Der Konstrukteur 12/2015 reglementiert. Das bei der Verchromung entstehende Cr (VI) gilt als krebserregend und erbgutverändernd. Korrosionsbeständig, hart und duktil Eine Alternative bietet das Oberflächenhärten. Diffusionsprozesse verbessern hierbei die Eigenschaften des Werkstoffs und dessen Oberfläche. Die Firma Bodycote bietet unter dem Namen S³P – Specialty Stainless Steel Processes – Verfahren an, die an der Oberfläche von korrosionsbeständigen Stählen, Nickelbasis- und Cobald- Chrom-Legierungen eine sehr harte und zugleich duktile Diffusionszone mit einer Ober flächenhärte von über 1000 HV (Härte Vickers) erzeugen. Vorteile, die diese Verfahren erschließen, sind eine Verbesserung der Verschleißbeständigkeit und der Dauerfestigkeit. So wurde für den Werkstoff 1.4404 (V4A) durch S³P eine Erhöhung der Biegewechselfestigkeit um bis zu 70 % erzielt (Ceschini, 2007), wodurch Komponenten schlanker und damit effizienter ausgelegt werden können. Das Phänomen des Kaltverschweißens von Materialgleichen Paarungen wird für viele Werkstoffe nahezu eliminiert. Wichtig dabei ist, dass das Bauteil weiterhin eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit besitzt. Dies wird durch Diffusion und daraus resultierender Übersättigung von Kohlenstoff oder Stickstoff in die Oberfläche erreicht. Prozesstemperaturen von < 500 °C verhindern, dass sich Karbide oder Nitride bilden können, welche die Korrosionsbeständigkeit stark reduzieren würden. Ein weiterer Vorteil der niedrigen Prozesstemperaturen ist, dass bei endbearbeiteten Bauteilen keine Maßänderungen auftreten und dadurch keine Nacharbeit anfällt. Galvanische Beschichtungen wie das Hartchrom haben außerdem den Nachteil, dass in komplexen Konturen keine Behandlung möglich ist, da diese Oberflächen nicht benetzt werden können. Für S³P sind Innenkonturen, Hinterschneidungen und selbst kleinste Bohrungen kein Problem. Vielfältige Anwendungsbereiche S³P ist bereits millionenfach im Einsatz um den Widerstand korrosionsbeständiger Bauteile gegen mechanische Beanspruchung zu erhöhen. Der Einsatzbereich erstreckt sich über alle Gebiete, in denen korrosionsbeständige Werkstoffe zum Einsatz kommen. Beispielsweise Ventile oder Verbindungselemente, wie Schrauben, die ohne Kaltverschweißen problemlos aus- und eingebaut werden. In der Automobilindustrie verlangen neue Herausforderungen im Bezug auf die Kraftstoffeffizienz nach korrosionsbeständigen, verschleißfesten Komponenten mit einer ausreichenden Lebensdauer. Das Teilespektrum erstreckt sich von Gleitlagern und Regelklappen über Kinematiken bis hin zu Filtern und Düsen. Bei Anlagen der Nahrungsmittel- industrie steigernober flächen gehärteten Komponenten dank längerer Wartungs intervalle und weniger Ausfällen die Produktivität. Besonders anspruchsvoll hinsichtlich Sauberkeit sind medizinische Instrumente oder Implantate, die neben einer hohen Verschleißfestigkeit einen hohen Korrosionswiderstand, beispielsweise während der Sterilisation, zeigen müssen. Endkonsumenten kommen mit gehärteten Edelstahloberflächen eher bei hochwertigen Oberflächen von Sichtteilen in Kontakt, bei denen ein ästhetischer Mehrwert durch die Vermeidung von Kratzern entsteht. Beispiele hierfür sind Armbanduhren oder Besteck. www.bodycote.com S³P-Randschichthärten von korrosionsbeständigen Werkstoffen ist eine effiziente Alternative zu Hartchrom, die hinsichtlich ihrer technologischen Eigenschaften einer Beschichtung in einigen Bereichen überlegen ist. Das Vereinen von Korrosionsbeständigkeit und hoher Härte bei gleichzeitiger Duktilität ist dabei eine Besonderheit. Die Duktilität der Diffusionszone bietet Sicherheit in produktberührenden Anwendungen und führt zur Verbesserung der Dauerfestigkeit.

WERKSTOFFTECHNIK Reibungslos durch die Fertigungsstraße Murtfeldt bietet in seiner Kunststoff-Reihe „S“ plus+ einen Werkstoff an, der als Gleitpartner auf POM-Kunststoffketten in Fertigungsstraßen im Automotive-Bereich abgestimmt ist. Der „S“ plus+ LFS ESD ist verschleißfest durch einen gleichbleibend geringen Gleitreibungskoeffizienten – ebenso wie die beiden anderen Kunststoffe der Reihe, „S“ plus+ LF und LF ESD. Dies ermöglicht laut Hersteller eine erhöhte Laufgeschwindigkeit von Maschinen bei verringertem Abrieb und geringerer Wartungsintensität. Anders als die beiden anderen Werkstoffe ist der LFS ESD jedoch silikonfrei – was ihn für die Automotive-Branche besonders interessant macht. Dazu kommt, dass er seine Gleiteigenschaften besonders im Zusammenspiel mit POM entfaltet, aus dem Kunststoff- und Gliederbandketten in der Automobilfertigung meistens bestehen. www.murtfeldt.de Acrylat-Vergussmassen: flexibel bis 150 °C Delo hat drei hochflexible und gleichzeitig temperaturbeständige Acrylat-Vergussmassen für das Vergießen von kleinvolumigen Komponenten wie Relais, Mikroschaltern und Steckern entwickelt. Der Delo-Photobond GE4009 ist rein lichthärtend, der Delo-Dualbond GE4707 ist licht- und warmhärtend und der Delo-Dualbond GE4906 licht- und feuchtehärtend. Die beiden dualhärtenden Klebstoffe eignen sich vor allem für Anwendungen mit Schattenzonen. Alle drei härten in Sekunden aus und verfügen über eine universelle Haftung, sind höchst flexibel und spannungsausgleichend. Anders als die anderen Acrylate von Delo behalten sie ihre Flexibilität auch bei erhöhten Temperaturen bis 150 °C. Bei einem Temperaturschock-Test von -40 bis 150 °C wiesen sie auch nach 300 Zyklen eine vollständige Dichtigkeit auf – ein Kriterium, das z. B. im Automobilbereich eine wichtige Rolle spielt. www.delo.de Tribo-Filamente, Standard-Filamente und Spritzguss im Vergleich Mit Hochleistungskunststoffen und der additiven Fertigung treffen zwei moderne Technologien aufeinander, die in der Kombination enorme Freiheit in der Konstruktion und hohe Verschleißfestigkeit versprechen. Im Testlabor hat Igus Tribo-Filamente aus dem Werkstoff J260 gegen herkömmliche 3D-Druck-Filamente (ABS) sowie Spritzgussteile aus dem gleichen Igus-Werkstoff verglichen. Intensiv wurden lineare und rotierende Testläufe sowohl auf Wellen aus gehärtetem, geschliffenen Stahl sowie Edelstahl gefahren und ausgewertet. Es zeigte sich, dass die Verschleißfestigkeit der aus dem Tribo-Filament gedruckten Gleitlager im rotierenden wie auch linearen Versuch vergleichbar mit der der klassischen Spritzgusskomponenten war. Zugleich wurde in den Tests deutlich, dass die Reibwerte des Tribo-Filaments im Vergleich zu denen herkömmlicher 3D-Druck-Materialien besonders niedrig sind. So kam es bei dem Versuchsaufbau ABS gegen Tribo-Filament im rotierenden Test auf der Edelstahlwelle sogar zum Totalausfall des ABS-Teils, während die Reibverluste beim Tribo-Filament immer noch niedrig waren. www.igus.de A U T O M A T I S I E R T E R M A T E R I A L F L U S S Mit dem Vertikalförderer auf die nächste Ebene. HaRo Anlagen- und Fördertechnik GmbH Industriestraße 30 59602 Rüthen Tel: 02952 817-0, E-Mail: info@HaRo-Gruppe.de www.haro-gruppe.dew pe .d e

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