Borcarbid-80#-Fülldraht-Schweißdraht

1. Was bedeutet diese Beschreibung?

• Borcarbid (B₄C): Dies ist der Hauptbestandteil. Borcarbid ist eines der härtesten bekannten Materialien und steht nach Diamant und kubischem Bornitrid an zweiter Stelle. Seine Mohshärte liegt zwischen 9 und 10. Diese extreme Härte verleiht dem Schweißgut seine wichtigste Eigenschaft:  außergewöhnliche Abriebfestigkeit .
• 80#: Diese Angabe bezeichnet die Korngröße der Borcarbid-Schleifpartikel  vor der Einarbeitung in den Draht. „#“ bezieht sich auf die US-Mesh-Norm. Eine Körnung von 80 Mesh entspricht einer durchschnittlichen Partikelgröße von ca. 180 Mikrometern (0,007 Zoll). Es handelt sich um eine relativ grobe Körnung, die sich eher für hohe Abriebfestigkeit als für eine glatte Oberfläche eignet.
• Fülldrahtschweißen (FCAW): Dies ist das Zuführungssystem. Es besteht aus einem Metallrohr (der „Hülle“), das mit einem Pulver („dem Fülldrahtkern“) gefüllt ist. In diesem Fall besteht der Fülldrahtkern aus Borcarbidpartikeln, die mit anderen Flussmitteln vermischt sind.

2. Zweck und Anwendung

• Extrem hohe Abriebfestigkeit: Dies ist die Hauptfunktion. Die Schweißnaht wird zu einem Verbundwerkstoff, in dem extrem harte B₄C-Partikel in eine zähe Metallmatrix (üblicherweise auf Eisenbasis) eingebettet sind.
• Gute Schmierfähigkeit: Borcarbid besitzt unter bestimmten Bedingungen selbstschmierende Eigenschaften.
• Neutronenabsorption: B₄C ist ein starker Neutronenabsorber, aber dies ist selten der Grund für seine Verwendung bei Hartauftragungen; die Abriebfestigkeit ist der Hauptgrund.

• Bergbau und Mineralaufbereitung: Bohrmeißel, Brecherwalzen, Pulverisierhämmer, Schlammpumpenlaufräder und Förderschnecken für die Förderung von stark abrasiven Erzen.
• Konstruktion: Baggerzähne, Bulldozerschaufelkanten, Schneidköpfe für Tunnelbohrmaschinen.
• Landwirtschaft: Pflugscharen, Bodenbearbeitungsgeräte für sandige oder steinige Böden.

3. So funktioniert es: Der Schweißprozess

1. Schweißen: Der Fülldraht wird kontinuierlich in den Schweißlichtbogen eingeführt (ein Verfahren wie FCAW oder SAW – Unterpulverschweißen).
2. Schmelzen: Die äußere Metallhülle schmilzt und bildet die Matrix des Schmelzbades. Der Flussmittelkern erzeugt ein Schutzgas und Schlacke, um das flüssige Metall vor Luft zu schützen.
3. Partikeleinbau: Die Borcarbidpartikel im Kern werden in das Schmelzbad freigesetzt. Aufgrund ihres extrem hohen Schmelzpunktes (über 2400 °C)  schmelzen sie nicht , sondern bleiben als feste Partikel erhalten.
4. Erstarrung: Das Schmelzbad erstarrt und schließt die harten B₄C-Partikel in die zähere, duktilere Metallmatrix ein. Dadurch entsteht eine Metallmatrix-Verbundschicht (MMC) auf der Oberfläche des Bauteils.

4. Wichtige Überlegungen und Herausforderungen

• Extreme Schwierigkeiten beim Schweißen: Borcarbid reagiert mit Eisen. Bei Lichtbogentemperaturen kann es sich auflösen und Eisenboride bilden, die zwar extrem hart, aber auch sehr spröde sind. Dies kann zu Folgendem führen:
  • Hohe Rissempfindlichkeit: Das Schweißgut neigt aufgrund hoher Eigenspannungen und Sprödigkeit zu Rissen. Vorwärmen und die strikte Kontrolle der Zwischenlagentemperatur sind daher  absolut entscheidend .
  • Fachkenntnisse erforderlich: Dieser Draht ist nichts für Anfänger im Schweißen. Er erfordert hochqualifizierte Anwender, die die Verfahren zum Hartauftragen spröder Werkstoffe beherrschen.
• Eingeschränkte Verfügbarkeit: Gängige Hartauftragsdrähte bestehen aus Chrom- oder Wolframcarbid. Borcarbiddrähte sind ein Nischenprodukt. Sie müssten sich daher an spezialisierte Hersteller von Hartauftragsdrähten wenden, nicht an allgemeine Schweißfachhändler.
• Kosten: Borcarbid ist ein teurer Werkstoff. Dieser Draht wäre deutlich kostspieliger als herkömmliche Hartauftragslegierungen.
• Bearbeitbarkeit: Die fertige Schweißnaht ist  mit herkömmlichen Werkzeugen nicht bearbeitbar . Sie kann nur durch Schleifen mit Diamant- oder kubischen Bornitrid-Schleifscheiben (CBN) bearbeitet werden.

5. Vergleich mit alternativen Hartauftragsdrähten

Abschluss

1. Ist der Verschleiß so stark, dass er den Kosten- und Arbeitsaufwand rechtfertigt? Für 90 % der Hartauftragsarbeiten ist ein Chromkarbid- oder Wolframkarbiddraht ausreichend und wesentlich einfacher aufzutragen.
2. Verfüge ich über qualifizierte Schweißer und strenge Verfahrenskontrollen (insbesondere Vorwärmung), um Rissbildung zu verhindern? Falls nicht, wird die Anwendung wahrscheinlich scheitern.