Prakt. Met. Sonderband 47 (2015) 57 
Design von Werkstoffen gegen Abrasionsverschleif3 
W. Theisen 
Ruhr-Universität Bochum 
I Einleitung 
Abrasion ist einer der vier Hauptverschleißmechanismen, der an Bauteilen beobachtet wird, die im 
Kontakt mit mineralischen Gütern stehen. Typische Anwendungsbeispiele finden sich in der Aufbe- 
reitungstechnik beim Zerkleinern, Klassieren, Transportieren und Lagern von mineralischen Gütern 
sowie im Kontakt von Werkzeugen mit harten Gegenkörpern wie Gestein oder Beton [1]. Kenn- 
zeichnend für diese Art des unerwünschten Materialverlustes ist ein Eindringen härterer Partikel, 
die bei Relativbewegung zur Oberfläche einen furchenden Abtrag erzeugen. Verschlissene Oberflä- 
chen sind durch Eindrücke von Mineralpartikeln und Furchen gekennzeichnet, die in ihrer Geomet- 
rie durch die Partikelgröße, deren Form und durch die Normalkraft im Tribosystem vorgegeben 
werden. 
Werkstofftechnische Gegenmaßnahmen beruhen zunächst auf einer Erhöhung der Werkstoffhärte, 
wie es beispielsweise bei Eisenwerkstoffen durch martensitische Umwandlung möglich ist. Eine 
hohe Härte bringt einen großen Widerstand gegen das Eindringen von Mineralpartikeln in die Ober- 
fläche. Dies führt durch Verringerung der Furchentiefe zu weniger Abtrag. Gegen tiefes Furchen 
sind harte Phasen wie z.B. Karbide, die in eine metallische Matrix eingebracht werden, besonders 
wirksam. Sie erhöhen die Härte weiter und erschweren das Eindringen der Mineralpartikel in die 
Werkstoffoberfläche. Zudem stellen sie sich dem furchenden Mineral als Hindernis entgegen, wenn 
sie härter als die angreifenden Minerale sind (Bild 1). Dadurch kann der Abrasionswiderstand mit 
zunehmendem Hartphasenanteil gesteigert werden. Eine dispersive Verteilung von Hartphasen ist 
insbesondere dann günstig, wenn auch bei hohem Hartphasenanteil die freie Matrixweglänge redu- 
ziert wird, so dass wenig Matrixbereich zur Furchung freiliegt [2]. 
Tangentialkraft Normalkraft Mineralkorn 
fa) / 
Karbide Metallmatrix ausgefurchtes Volumen 
Bild 1: Schematische Darstellung der Abrasion durch ein Mineralkorn nach [2] 
Das Design von Fe-Basis Legierungen gegen Abrasion muss den obigen Ausführungen Rechnung 
tragen. In technischen Werkstoffen ist allerdings auch der Einfluss der Fertigung auf die gewünsch- 
ten Gefüge zu betrachten. Dabei bietet die pulvermetallurgische Herstellung eine größere Design- 
freiheit als die Schmelzmetallurgie. 
Im Folgenden werden zunächst grundlegende werkstofftechnische Einflussmöglichkeiten auf die 
Metallmatrix und die Hartphasen besprochen. Anschließend werden heute verwendete Verschleiß-