CCO Verschleißplatte verstehen: Die bimetallische Struktur und die Karbidschicht erklärt

Jede Schicht erfüllt eine spezifische Funktion im Dienst. Die folgende Tabelle fasst ihre Rollen zusammen.

Das Gleichgewicht zwischen den beiden Schichten ist eine Designentscheidung. Eine dickere Basis eignet sich für starke Stoßbelastung, während eine dickere Auflage für starken Abrieb bei geringer Stoßbelastung geeignet ist.

3. Die Karbidschicht: Cr₇C₃-Partikel und die Trägermatrix

Die Auflage ist keine gleichmäßige Legierung. Es handelt sich um eine Verbundmikrostruktur, die aus harten Chromkarbid-Partikeln besteht, die in einer weicheren eisenbasierten Matrix dispergiert sind. Die primäre Karbidphase ist Cr₇C₃, die während der Erstarrung als feine nadelförmige oder stäbchenförmige Kristalle ausbildet.

Cr₇C₃ ist deutlich härter als die meisten Mineralien, die industriellen Verschleiß verursachen. Seine Härte liegt etwa zwischen 1.400 und 1.800 HV, verglichen mit Quarz bei etwa 1.100 HV. Wenn ein abrasives Partikel über die Oberfläche gleitet, widersteht die Karbidphase dem Schneiden, während die Matrix die Karbide an Ort und Stelle hält.

Diese zweiphasige Struktur ist der Schlüssel zur Verschleißfestigkeit. Der Karbidvolumenanteil liegt typischerweise zwischen 30 % und 50 %, abhängig von der Legierungszusammensetzung und den Schweißparametern, und höhere Karbidanteile führen im Allgemeinen zu einer höheren Abriebfestigkeit, jedoch zu Lasten der Zähigkeit.

Die Auftragsschweißlegierung wird durch die Fülldrahtelektrode formuliert, deren Füllpulver die Legierungselemente in das Schweißbad einbringt. Typische Zusammensetzungsbereiche für eine Chromkarbid-Panzerung sind unten dargestellt.

Kleine Zusätze von Elementen wie Bor oder Niob werden in einigen Formulierungen verwendet, um die Carbidgröße zu verfeinern. Das genaue Rezept ist proprietär für jeden Hersteller und ein Hauptfaktor für die Konsistenz von Platte zu Platte.

4. Wie die Auflage mit der Grundplatte verbunden wird

Während der Herstellung wird der Auftragsschweiß-Fülldraht durch einen offenen Lichtbogen geschmolzen und direkt auf die vorbereitete Oberfläche der Grundplatte aufgebracht. Das geschmolzene Schweißbad dringt in das Grundmetall ein, und beim Erstarren bildet sich an der Grenzfläche, wo die beiden Legierungen vermischen, eine Verdünnungszone.

Das Ergebnis ist eine metallurgische Verbindung mit einer Scherfestigkeit, die nahezu der des Grundmaterials selbst entspricht. Im Gegensatz zu verschraubten oder verklebten Auskleidungen kann eine CCO-Verschleißplatte unter normalen Betriebsbedingungen nicht delaminieren, da die Schichten auf atomarer Ebene verschmolzen sind.

Verdünnung ist die kontrollierte Vermischung von Grundmetall in den ersten Auftragsschweißgang. In der Praxis enthält der erste Durchgang typischerweise 15% bis 25% Grundmetall, was die unmittelbare Grenzzone aufweicht. Ein zweiter Durchgang stellt die volle Härte an der Oberfläche wieder her. Deshalb werden Mehrfachauftragungen spezifiziert, wenn maximale Verschleißlebensdauer erforderlich ist.

Ein Netzwerk feiner Spannungsrisse bildet sich beim Abkühlen in der Auftragung. Diese Risse verlaufen senkrecht zur Schweißrichtung und enden an der Grenzfläche, typischerweise mit einem Abstand von 5 bis 15 mm. Sie sind ein normales Merkmal des Verfahrens und beeinträchtigen die Leistung nicht.

5. Wichtige Eigenschaften, die durch das bimetallische Design geprägt werden

Die bimetallische Konstruktion erzeugt eine Kombination von Eigenschaften, die kein einzelnes Material erreicht. Die Abriebfestigkeit stammt von der Carbid-Auftragung, die in Gleitabriebtests AR400-Stahl um etwa das 3- bis 8-fache überdauern kann.

Die Schlagfestigkeit resultiert aus der duktilen Grundplatte, die Energie absorbiert und katastrophale Rissbildung verhindert. Die strukturelle Steifigkeit ermöglicht den Einsatz der Platte als Auskleidung, Verschleißleiste oder sogar als gefertigtes Bauteil wie einen Rutschboden oder eine Trichterwand.

Reparierbarkeit ist ein weiterer Vorteil. Wenn der Auftragschweißbelag schließlich verbraucht ist, kann die Platte vor Ort mit dem gleichen Hartauftrag-Fülldraht wieder aufgetragen werden, wodurch die Verschleißzugabe zu einem Bruchteil der Austauschkosten wiederhergestellt wird. Dies verlängert die Gesamtlebensdauer weit über den ersten Verschleißzyklus hinaus.

Das Temperaturverhalten folgt ebenfalls dem bimetallischen Design. Die Karbidauftragschweißung behält ihre Härte bis etwa 500 °C, während die Grundplatte bei erhöhten Temperaturen die strukturelle Last trägt, sofern ihre Güte entsprechend gewählt wird. Diese Aufteilung ermöglicht es der Platte, Anwendungen zu bedienen, die einen homogenen AR-Stahl-Auskleidung schnell erweichen würden.

Die Kosten werden pro Tonne verarbeitetem Material bewertet, nicht pro Quadratmeter. Eine CCO-Verschleißplatte kostet in der Regel etwa 2- bis 4-mal mehr als AR400 auf Einheitsflächenbasis, aber ihre längere Lebensdauer senkt in der Regel die Gesamtkosten des Verschleißschutzes bei starkem Abrieb.

6. Standardkonfigurationen: Dickenkombinationen und ihre Rollen

Hersteller bieten eine Reihe von Standardkonfigurationen an, und die Wahl hängt von der Schwere der Einschläge und Abnutzung am Einsatzort ab. Die gebräuchlichsten Kombinationen sind unten zusammengefasst.

Für Anwendungen, bei denen ein einzelner Auftrag nicht ausreicht, bauen mehrlagige Aufträge bis zu 12 mm oder mehr auf. Jeder zusätzliche Durchgang erhöht die Verschleißzugabe, aber auch die Kosten und die Schweißzeit.

7. Auswahl der richtigen Grundplattengüte

Die Grundplattengüte sollte der Betriebsumgebung entsprechen. Für trockene Abrasion bei Raumtemperatur ist ein Q235-Kohlenstoffstahl-Untergrund in der Regel ausreichend. Für erhöhte Temperaturen, höhere Betriebslasten oder wiederholte Stöße bietet ein Q345-Niedriglegierungs-Untergrund eine bessere Festigkeitserhaltung.

Die Temperatur ist der häufigste Grund für eine Aufwertung der Grundgüte. Oberhalb von etwa 250 °C beginnt Kohlenstoffstahl an Festigkeit zu verlieren und kann sich verformen, daher werden bei Anwendungen wie Klinkerhandling oder heißen Sinterrutschen in der Regel ein niedriglegierter oder hitzebeständiger Untergrund spezifiziert.

Die Schweißbarkeit ist ebenfalls wichtig. Die Grundplatte muss die anfängliche Auftragsschweißung sowie die Schweißarbeiten vor Ort während der Installation aufnehmen. Die Lieferanten sollten die Grundgüte und das Schweißverfahren vor der Fertigung bestätigen.

Bei gebogenen Anwendungen kann die Platte vor dem Auftragen des Überzugs gewalzt werden, oder der Überzug kann auf eine vorgeformte Basis aufgebracht werden. Das Biegen einer fertigen CCO-Platte nach dem Schweißen birgt das Risiko, Spannungsentlastungsrisse zu öffnen, daher wird die Umformung normalerweise zuerst am Grundmaterial durchgeführt. Eine allgemeine Richtlinie ist, den Biegeradius mindestens 10-mal so groß wie die Gesamtplattendicke zu halten.

8. Ein Praxisbeispiel: Kohleumschlag-Trichterrutsche

Ein Kohleumschlagterminal in Südostasien ersetzte vor einiger Zeit seine 16 mm Weichstahl-Rutschenauskleidungen durch 8+4 CCO-Verschleißplatten. Die Rutsche transportierte ungefähr 1.800 Tonnen Kohle pro Stunde, und die vorherigen Auskleidungen hielten etwa sieben Monate, bevor die Aufprallzone durchgescheuert war.

Nach dem Wechsel zeigte die Aufprallzone nach vierzehn Monaten einen Überzugsverlust von etwa 2 mm, und die Gleitabschnitte weniger als 1 mm. Das Wartungsteam prognostizierte eine Gesamtlebensdauer von etwa drei Jahren für das Hauptauskleidungsset – etwa fünfmal so lang wie der vorherige Zeitraum. Die jährlichen Auskleidungskosten, einschließlich Arbeits- und Stillstandszeiten, sanken um schätzungsweise 60%.

China Wodon, als Spezialhersteller, bietet CCO-Verschleißplatten in Standardkonfigurationen und kundenspezifischen Größen an, mit Qualitätsdokumentation für Exportaufträge. Die Jiangsu Wodon Wear Resistant New Material Co., Ltd. liefert die Platte, den passenden Auftragsschweißdraht (Hartauftrag-Fluxkern) und Fertigungsunterstützung aus einer Hand. Für Käufer, die Lieferanten bewerten, ist die Anforderung einer Musterplatte und eines Härteberichts ein praktischer erster Schritt.

10. FAQ: Bimetallische CCO-Verschleißplatte

10.1 Wie lange hält eine bimetallische CCO-Verschleißplatte?

Die Lebensdauer hängt vom abrasiven Medium, der Aufprallenergie und der Auftragsdicke ab. Bei mäßigem Abrieb wie in der Kohleförderung hält eine 8+4-Platte typischerweise etwa 2 bis 4 Jahre. Bei starkem Einsatz mit harten Mineralpartikeln kann dieselbe Platte 8 bis 18 Monate halten. Die Abriebrate in Millimetern pro tausend Tonnen verarbeitetem Material ist die zuverlässige Methode, um die Lebensdauer über verschiedene Anwendungen hinweg zu vergleichen.

10.2 Kann eine abgenutzte CCO-Verschleißplatte neu beschichtet werden?

Ja. Wenn die Deckschicht verbraucht ist, aber die Grundplatte noch intakt ist, kann die Oberfläche vor Ort mit demselben Hartauftragschweißdraht wieder aufgetragen werden. Dies stellt die Verschleißzugabe zu einem Bruchteil der Kosten einer neuen Platte wieder her. Die Grundplatte sollte zuerst auf Dickeverlust und Verformung überprüft werden, bevor entschieden wird, ob sie wieder aufgebaut oder ersetzt werden soll.

10.3 Was ist der Unterschied zwischen CCO- und AR-Stahlplatten?

AR-Stahl (verschleißfest) ist eine homogene Legierung mit einer Härte von etwa 400 bis 500 HB und verschleißt gleichmäßig über die gesamte Dicke. Eine CCO-Verschleißplatte hat eine harte Karbidauflage auf einem weicheren Strukturträger, sodass ihre Arbeitsfläche etwa dreimal härter ist als AR400, während der Träger zäh bleibt. Bei gleicher Verschleißzugabe bieten CCO-Platten im Allgemeinen eine längere Lebensdauer, jedoch zu einem höheren Anschaffungspreis.

10.4 Deutet das Rissmuster auf der Deckschicht auf eine schlechte Qualität hin?

Nein. Ein feines Netzwerk von quer verlaufenden Spannungsrissen ist bei Chromkarbidauflagen normal und bestätigt, dass die Auflage die Eigenspannungen ordnungsgemäß abgebaut hat. Gleichmäßige Abstände von etwa 5 bis 15 mm weisen auf konsistente Schweißparameter hin. Platten mit großen unregelmäßigen Rissen oder Rissen, die bis in die Grundplatte reichen, sind ein Zeichen für Ausschuss.