Ein Verschleißteil aus Wolframkarbid kann lange Zeit abriebfest bleiben und dennoch durch einen kleinen Kantenausbruch oder einen plötzlich auftretenden Riss versagen. In diesem Fall ist die Bestellung desselben Bauteils in einer härteren Sorte nicht unbedingt die richtige Reaktion. Bei der Untersuchung müssen Werkstoff, Geometrie, Fertigungshistorie, Montage und Betriebsbedingungen gemeinsam betrachtet werden.
Dieser Leitfaden hilft Ingenieuren und industriellen Einkäufern, eine Schadensuntersuchung für Hartmetallbuchsen, Hülsen, Ventilsitze, Düsen, Matrizeneinsätze und andere Verschleißkomponenten zu strukturieren. Die nachstehenden Beobachtungen sind Ausgangspunkte für die Untersuchung, keine Diagnosen allein aufgrund des Erscheinungsbilds.
Härte bedeutet keine Bruchsicherheit
Hartmetall kombiniert harte Karbidkörner mit einem metallischen Binder. Die Härte beschreibt den Widerstand gegen Eindrücken; sie sagt jedoch nicht alles über den Widerstand gegen Rissbildung aus. Ein Werkstoff, der für gleichmäßige Abrasion geeignet ist, kann sich unter Stoßbelastung, Biegung oder konzentrierter Belastung anders verhalten.
Die Bruchzähigkeit beschreibt den Widerstand gegen die Rissausbreitung. Die Querbruchfestigkeit (TRS) beschreibt die Biegefestigkeit unter festgelegten Prüfbedingungen und ist kein direkter Ersatz für die Bruchzähigkeit oder eine Schlagfestigkeitsbewertung. Beim Vergleich von Daten sind das Prüfverfahren und die Anwendung zu bestätigen, anstatt Sorten anhand einer einzigen Kennzahl zu bewerten.
Verwenden Sie die KENIN-Datenbank für Hartmetallsorten als vorläufiges Vergleichsinstrument. Mit „Bestätigung ausstehend“ gekennzeichnete Werte unterliegen weiterhin der Prüfung der technischen Dokumentation; eine Sortenbezeichnung allein belegt weder eine garantierte Zusammensetzung noch einen geeigneten Ersatzwerkstoff.
Beginnen Sie mit der Frage, wann und wo der Schaden aufgetreten ist
Dokumentieren Sie Schäden, die bei der Wareneingangskontrolle, nach der Endbearbeitung, während der Montage, bei der Inbetriebnahme und nach längerem Einsatz beobachtet wurden, getrennt. Bewahren Sie den Zeichnungsstand, die Chargenidentifikation und die Einbauhistorie zusammen mit dem ausgefallenen Teil auf. Eine aussagekräftige Untersuchung vergleicht beschädigte und unbeschädigte Komponenten aus derselben Baugruppe oder Produktionscharge.
| Beobachtung | Zu untersuchende Fragen | Zu erfassende Belege |
|---|---|---|
| Ausbruch an einer freiliegenden Kante | Gab es Beschädigungen bei der Handhabung, den Aufprall eines Fremdkörpers, eine Kantenbelastung oder eine unzureichende Abstützung? | Kantendetail, Einbauposition, Kontaktspuren und Handhabungshistorie |
| Riss nach der Installation festgestellt | Wurden Passung, Ausrichtung, Auflageflächen und Installationsmethode überprüft? | Gemessene Passmaße, Montagereihenfolge und Details der Vorrichtung |
| Schäden nach dem Erwärmen oder Abkühlen | Haben sich Temperaturen, Kühlmittelzufuhr oder Montagezustand verändert? | Betriebsablauf, Temperaturverlauf und Fügedokumentation |
| Schäden in der Nähe einer bearbeiteten Oberfläche | Könnten Bearbeitungsfehler oder Eigenspannungen beteiligt sein? | Dokumentation des Schleifens oder der Funkenerosion sowie Oberflächenprüfung |
| Raue Oberfläche mit Materialabtrag | Handelt es sich um Abrasion, Erosion, Binderkorrosion oder eine Kombination? | Chemie des Fluids, Ablagerungen, Verschleißstelle und Vergleich mit unbenutztem Material |
Ein nach der Montage festgestellter Riss kann bereits früher entstanden sein. Ebenso schließt sichtbarer Oberflächenverschleiß ein Montageproblem nicht aus. Dokumentieren Sie den Ablauf, bevor Sie eine Korrekturmaßnahme auswählen.
Stoßbelastung, Geometrie und Abstützung
Eine Stoßbelastung kann eine lokale Belastung erzeugen, für die ein verschleißfestes Bauteil nicht ausgelegt war. Prüfen Sie Fremdpartikel, intermittierenden Kontakt, Vibrationen und Änderungen der Maschinenausrichtung. Achten Sie besonders auf nicht abgestützte Kanten, dünne Querschnitte und abrupte Änderungen der Geometrie.
Eine zähere Sorte könnte einer Prüfung wert sein, sollte jedoch nicht als Ersatz für die Korrektur einer ungeeigneten Abstützung oder Kontaktanordnung dienen. EVERLOY nennt sowohl die Stoßbelastung als auch die erforderliche Bruchzähigkeit als Gesichtspunkte bei der Bewertung von Rissbildung in Hartmetall. Siehe dessen technische Erläuterung zur Rissbildung in Hartmetall.
Für eine Zeichnungsprüfung ist die beschädigte Stelle zu markieren und die Belastungsrichtung anzugeben. Es ist festzustellen, ob dieser Bereich eine Dichtfläche, eine Führungsfläche, eine Arbeitskante oder eine funktionslose Ecke ist. Jeder vorgeschlagene Radius oder jede Fase muss mit der Funktion des Bauteils kompatibel bleiben.
Montagebeanspruchung und thermische Fehlanpassung
Für eingepasste Hartmetallbuchsen oder Hülsen müssen das Hartmetall und das umgebende Gehäuse als Baugruppe betrachtet werden. Die angegebene Passung ist anhand der gemessenen Abmessungen zu überprüfen, Sitz und Ausrichtung sind zu kontrollieren, und es ist zu dokumentieren, wie die Montagekräfte aufgebracht wurden. Es gibt keinen universell geeigneten Übermaßwert für jeden Durchmesser, jede Wanddicke, jede Sorte und jedes Gehäuse.
Hartmetall und Stahl dehnen sich bei Temperaturänderungen unterschiedlich aus. Eine eingepasste Baugruppe muss daher über ihren vorgesehenen Betriebstemperaturbereich und nicht nur bei der Prüftemperatur überprüft werden. Änderungen der Betriebstemperatur können die Belastung innerhalb der Baugruppe verändern.
Hartgelötete Hartmetallbaugruppen weisen eine weitere thermische Vorgeschichte auf. Die unterschiedliche Kontraktion während der Abkühlung kann Spannungen im Hartmetall hinterlassen, und Schäden können beim Hartlöten oder bei späteren Bearbeitungsschritten sichtbar werden. Die Gestaltung der Verbindung, die Auswahl des Zusatzwerkstoffs sowie das Erwärmungs- und Abkühlverfahren müssen gemeinsam bewertet werden. Die Hartlötleitlinie von Johnson Matthey behandelt Rissbildung bei mit Stahl verbundenem Wolframkarbid-Hartmetall.
Schäden bei der Endbearbeitung und thermische Zyklen
Vor einer Zuordnung des vorzeitigen Versagens zu seiner Sorte ist zu prüfen, wie das Bauteil geschliffen, poliert oder funkenerosiv bearbeitet wurde. Die Oberflächenintegrität kann ebenso wichtig sein wie die Einhaltung der Maßanforderungen. Ein Bauteil, das seine Maßanforderung erfüllt, muss möglicherweise dennoch auf lokal begrenzte Bearbeitungsschäden untersucht werden.
Die Funkenerosion (EDM) nutzt lokal begrenzte elektrische Entladungsenergie. Ihre Einstellungen und die Reihenfolge der Endbearbeitung können die resultierende Oberfläche beeinflussen, einschließlich des Risikos von Mikrorissen. CB-CERATIZIT beschreibt dieses Thema in seinem technischen Newsletter zur Hartmetallbearbeitung. Seine Prozessbeispiele sind keine universellen Bearbeitungsanweisungen für jede Hartmetallsorte oder jede Maschine.
Dokumentieren Sie außerdem Änderungen zwischen dem Anfahren, dem stationären Betrieb und dem Abschalten. Eine unterbrochene Kühlmittelzufuhr oder ein geänderter Heizzyklus kann für die Untersuchung wichtige Belege liefern. Eine prozessspezifische Untersuchung ist erforderlich, um einen Herstellungsfehler von einer später im Betrieb entstandenen Beschädigung zu unterscheiden.
Korrosion des Bindemittels kann zum Oberflächenabbau beitragen
In einigen chemisch aggressiven Umgebungen entfernt Korrosion Bindemittel von der Hartmetalloberfläche. Dadurch können Hartmetallkörner weniger wirksam abgestützt werden, und der Materialverlust kann sich beschleunigen. Hyperion erläutert diesen Mechanismus in seinem Leitfaden zur Korrosion von Hartmetall.
Eine aufgeraute Oberfläche allein ist kein Beweis für Korrosion. Dokumentieren Sie das Arbeitsmedium, die Konzentration, die Temperatur, die Reinigungschemikalien und die Expositionshistorie. Wenn ein chemischer Angriff vermutet wird, fordern Sie eine geeignete Werkstoff- und Oberflächenuntersuchung an. Gehen Sie nicht davon aus, dass eine Erhöhung der Härte oder ein Wechsel zu einem nickelhaltigen Bindemittel automatisch jedes Korrosionsproblem löst.
Was Sie für eine technische Prüfung einsenden sollten
Ein prägnantes Belegpaket ist nützlicher als die Aufforderung, eine härtere Sorte bereitzustellen. Fügen Sie Folgendes bei:
- Die Zeichnungsrevision, die Teilenummer, die Werkstoffbezeichnung und verfügbare Aufzeichnungen zur Werkstoffprüfung.
- Übersichtsfotos und Nahaufnahmen mit einem Maßstab, die die beschädigte Stelle und ihre Ausrichtung in der Baugruppe zeigen.
- Betriebsstunden oder Zyklen, die Anzahl der betroffenen Teile sowie die Angabe, ob die Ausfälle vereinzelt auftreten oder sich an derselben Stelle wiederholen.
- Das Arbeitsmedium, abrasive Partikel, Temperaturänderungen, mechanische Belastung und die Betriebsabfolge.
- Abmessungen und Werkstoffe der Gegenstücke, die Installationsmethode, die Abstützung und alle kürzlich vorgenommenen Wartungsänderungen.
- Aufzeichnungen zur Endbearbeitung oder zum Fügen sowie, sofern verfügbar, ein unbenutztes Vergleichsteil.
Bewahren Sie die Versagensflächen und Fragmente zur Untersuchung auf; vermeiden Sie es, potenzielle Beweise vor der Untersuchung durch erneutes Schleifen oder Polieren zu entfernen. Befolgen Sie die Verfahren des Anlagenbesitzers zur Außerbetriebnahme einer beschädigten Komponente, insbesondere wenn es um Druckrückhaltung oder rotierende Anlagen geht.
Validieren Sie die Korrektur vor einer größeren Bestellung
Vereinbaren Sie, was der Versuch nachweisen soll: weniger Ausbrüche, beibehaltene Abmessungen, akzeptable Leckage, stabiler Sitz oder ein anderes anwendungsspezifisches Kriterium. Dokumentieren Sie die vorgeschlagene Änderung des Materials oder der Konstruktion sowie die Bedingungen, unter denen sie geprüft wird. Vermeiden Sie nach Möglichkeit, mehrere voneinander unabhängige Variablen zu ändern, ohne dies zu dokumentieren.
Für einen umfassenderen Materialvergleich lesen Sie wie man eine Hartmetallsorte für Verschleißanwendungen auswählt. Bei düsenspezifischen Symptomen siehe den Leitfaden für Hartmetalldüsen. Weder eine Übereinstimmung der Härte noch ein ähnlicher Sortenname stellt die Gleichwertigkeit zwischen Lieferanten fest.
Häufig gestellte Fragen
Beweist ein ausgebrochenes Hartmetallteil, dass die Sorte fehlerhaft ist?
Nein. Die Materialqualität ist ein möglicher Teil der Untersuchung, neben Geometrie, Fertigung, Handhabung, Montage und Betriebsbedingungen. Ermitteln Sie den Versagensmechanismus, bevor Sie eine Ursache zuweisen.
Sollte ich eine härtere Sorte wählen, um Rissbildung zu verhindern?
Nicht automatisch. Härte und Rissbeständigkeit beschreiben unterschiedliche Eigenschaften. Bewerten Sie die Belastungs- und Abstützbedingungen und vergleichen Sie anschließend geeignete Materialoptionen mit dem Lieferanten.
Kann die Ursache anhand eines Fotos bestätigt werden?
Fotos helfen dabei, den Schaden zu lokalisieren und die Untersuchung zu planen. Zur Bestätigung können das physische Teil, Prüfprotokolle und eine geeignete Untersuchung des Materials und der Bruchfläche erforderlich sein.
Kann ein gerissenes Verschleißteil repariert und wiederverwendet werden?
Gehen Sie nicht davon aus, dass das Entfernen einer sichtbaren Ausbruchstelle ein Teil wieder einsatzfähig macht. Die Reparaturmöglichkeit und die Abnahmekriterien erfordern eine bauteilspezifische Bewertung durch das zuständige technische Team.
Besprechen Sie Ihre Anwendung für Hartmetall-Verschleißteile mit KENIN
KENIN liefert kundenspezifische Verschleißteile aus Wolframcarbid auf Grundlage von Zeichnungen und Anwendungsanforderungen. Senden Sie die Zeichnung, Schadensfotos, aktuelle Materialinformationen, Einsatzbedingungen und die benötigte Menge, damit unser Team die Anfrage prüfen und einen geeigneten nächsten Schritt besprechen kann.
Kontaktieren Sie KENIN Carbide für eine Anwendungsprüfung und ein Angebot.
