In der industriellen Fertigung spielen Walzen eine entscheidende Rolle beim Walzen, Stützen, Ziehen, Richten, Beschichten und Führen. Mit steigenden Verarbeitungsgeschwindigkeiten, komplexeren Betriebsbedingungen und höherer Materialhärte genügen herkömmliche Walzen aus Kohlenstoffstahl oder legiertem Stahl zunehmend nicht mehr den Anforderungen an hohen Verschleiß, hohe Belastbarkeit und hohe Stabilität.
Daher sind hartmetallbeschichtete Walzen, Hochleistungswalzen zur Oberflächenverstärkung, für viele Branchen zu einer wichtigen Wahl geworden.
Viele Menschen stellen sich jedoch weiterhin eine zentrale Frage: SindHartmetallbeschichtete WalzenTatsächlich härter als Stahl?
Wie viel härter sind sie als herkömmliche Stahlwalzen? Warum ist ihre Härte so stark erhöht? Sind alle hartmetallbeschichteten Walzen härter als Stahl? Bedeutet eine höhere Härte eine umfassende Leistungsverbesserung?
Dieser Artikel wird sich eingehend mit der Beantwortung dieser Fragen befassen.
Was sind hartmetallbeschichtete Walzen?
Bei hartmetallbeschichteten Walzen handelt es sich um Walzen, bei denen Hartmetallmaterial durch hochenergetische Oberflächenbehandlungstechnologien wie Sprühen, Auftragschweißen und HVOF (Hochspannungsfreies Beschichten) auf die Walzenoberfläche aufgebracht wird, wodurch die Walzenoberfläche eine extrem hohe Härte, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit erhält.
Zu den gängigen Hartmetallen gehören:
• Wolframcarbid (WC)
• Chromcarbid (Cr₃C₂)
• Titancarbid (TiC)
• Metallische Bindemittel (wie z. B. Co, NiCr)
Die Oberflächenhärte von hartmetallbeschichteten Walzen übertrifft oft die von Stahl um ein Vielfaches, ja sogar um ein Vielfaches.
Was bedeutet „"hardness"“ in der Industrie eigentlich?
Die Beurteilung der Härte einer Walze basiert nicht auf Intuition, sondern auf wissenschaftlichen Indikatoren, wie zum Beispiel:
• HV (Vickers-Härte)
• HRC (Rockwell-Härte)
• HRA (Härtemessung für superharte Werkstoffe)
Die Härte beschreibt den Widerstand eines Materials gegen Verformung, Eindrücken und Verschleiß.
Höhere Härte bedeutet im Allgemeinen:
• Höhere Verschleißfestigkeit
• Weniger anfällig für Kratzer
• Weniger anfällig für Dellen
• Längere Lebensdauer
Daher ist die Härte einer der wichtigsten Indikatoren zur Messung der Oberflächeneigenschaften von Walzen.
Sind hartmetallbeschichtete Walzen härter als Stahl?
Die Antwort ist ein eindeutiges Ja: Hartmetallbeschichtete Walzen sind härter als Stahl, um ein Vielfaches oder sogar mehr als zehnmal härter.
Warum können wir uns so sicher sein?
Der Grund dafür ist, dass ihre Härtebereiche völlig unterschiedlich sind.
Welche typische Härte weisen hartmetallbeschichtete Walzen auf?
Je nach Materialzusammensetzung und Herstellungsverfahren ist die Oberflächenhärte von hartmetallbeschichteten Walzen im Allgemeinen wie folgt:
HVOF-Hartmetallbeschichtung:
• HV 1100 – 1500
• Gängige WC-Co- und WC-CoCr-Beschichtungen
Plasmaspritzbeschichtung:
• HV 900 – 1300
Chromcarbid-Beschichtung:
• HV 700 – 1100
• Besonders geeignet für korrosive Umgebungen
Laserauftragschweißen von Hartmetallbeschichtungen:
• HV 600 – 1200
• Extrem hohe Haftfestigkeit
Diese Härtewerte übertreffen die von gewöhnlichen Stahlwalzen und den meisten legierten Stahlwalzen bei Weitem.
Welche typische Härte hat Stahl?
Je nach Material variiert die Härte von Stahl wie folgt:
Normaler Kohlenstoffstahl:
• HV 120 – 200
Legierter Stahl nach der Wärmebehandlung:
• HV 300 – 500
Werkzeugstahl (gehärtet):
• HV 600 – 800
Allerdings ist es selbst mit Werkzeugstahl höchster Güte schwierig, die Härte der WC-Beschichtung in hartmetallbeschichteten Walzen (ca. HV 1100 – 1500) zu erreichen.
Daher:
Die Härte von hartmetallbeschichteten Walzen ist typischerweise 2, 3 oder sogar mehr als 10 Mal so hoch wie die von Stahl.
Warum können hartmetallbeschichtete Walzen eine höhere Härte als Stahl aufweisen?
Die hohe Härte von hartmetallbeschichteten Walzen beruht auf drei Aspekten:
1. Das Material selbst ist extrem hart
Hartmetallverbindungen (wie WC, Cr₃C₂) sind von Natur aus extrem hart und eignen sich daher als Werkstoffe für die Herstellung von Schneidwerkzeugen, Formen und Schleifscheiben.
Zum Beispiel:
• Die Mikrohärte von WC kann HV 2000 erreichen
• Werkzeugstahl hat nur eine Härte von etwa HV 800.
Hartlegierungen gehören im Wesentlichen zu den superharten Werkstoffen in der Industrie.
2. Durch Sprüh- oder Beschichtungsverfahren wird eine dichte und gleichmäßige Beschichtung erzielt.
Das HVOF-Verfahren beispielsweise ermöglicht es, dass Pulver mit Überschallgeschwindigkeit auf die Walzenoberfläche aufprallt und so Folgendes formt:
• Hohe Dichte
• Hohe Haftfestigkeit
• Extrem niedrige Porosität
Dies erhöht die Härte der Beschichtung zusätzlich.
3. Durch die kontrollierbare Schichtdicke lässt sich die Härte stärker auf die Oberfläche konzentrieren.
Die Härte muss nicht den gesamten Walzenkörper durchdringen; es genügt, wenn sie sich auf die Walzenoberfläche konzentriert.
Dies führt zu Folgendem:
• Reduzierte Kosten
• Verbesserte Leistung
• Unbeeinträchtigte Rollenkörperfestigkeit
Die Beschichtung erhöht die Härte effektiv und macht sie zum verschleißfestesten Teil des Walzenkörpers.
Auf welche konkrete Weise äußert sich die hohe Härte von mit Hartlegierung beschichteten Walzen?
Viele Anwender kennen die wahre Bedeutung von hoher Härte nicht.
Härte ist nicht nur eine Zahl; sie spiegelt die Gesamtleistung der Walze wider.
Sind Walzen mit Hartmetallbeschichtung verschleißfester?
Ja.
Eine hohe Härte bedeutet, dass die Walzenoberfläche weniger anfällig für Folgendes ist:
• Kratzer
• Beulen
• Armbänder tragen
• Verschlechterung der Oberflächenrauheit
Geeignet für den langfristigen Hochgeschwindigkeitsbetrieb.
Sind hartmetallbeschichtete Walzen für höhere Drücke geeignet?
Im Vergleich zu Stahlwalzen:
• Beschichtete Walzen sind widerstandsfähiger gegen Lochfraß
• Weniger anfällig für Oberflächeneindrücke
• Höherer Reibung standhalten
Daher eignen sie sich ideal für Anwendungen mit hoher Belastung wie Kalandrieren, Walzen und Strecken.
Sind hartmetallbeschichtete Walzen korrosionsbeständiger?
Manche Carbide (wie Cr₃C₂) sind korrosionsbeständiger als Stahl.
Zum Beispiel:
• Säurebeständigkeit
• Alkalibeständigkeit
• Beständigkeit gegen Salzsprühnebel
• Beständigkeit gegen Nasskorrosion
Daher,Hartmetallbeschichtete Walzeneignen sich für Beschichtungen, Nassprozesse und chemische Umgebungen.
Warum kann die Härte von hartmetallbeschichteten Walzen selbst bei gleichem Typ variieren?
Folgende Faktoren beeinflussen die Endhärte von hartmetallbeschichteten Walzen:
1. Unterschiedliche Materialzusammensetzungen
Zum Beispiel:
• WC-Co-Beschichtungen weisen eine höhere Härte auf als Cr₃C₂-NiCr-Beschichtungen.
• WC–CoCr weist eine höhere Korrosionsbeständigkeit auf als reines WC.
Daher muss die Wahl der Beschichtung den Betriebsbedingungen entsprechen.
2. Unterschiedliche Prozesse
Zum Beispiel:
• Durch HVOF wird die höchste Härte erzielt.
• Plasmaspritzen ist die nächstbeste Methode
• Das Laserauftragschweißen weist eine stabile, aber etwas geringere Härte auf.
Die Verarbeitungstechnologie bestimmt die Qualität der Beschichtung.
3. Unterschiedliche Beschichtungsdicken
Eine zu dicke Beschichtung neigt zu Rissen; eine zu dünne Beschichtung ist nicht verschleißfest.
4. Unterschiedliche Festigkeiten der Substratmaterialien
Ein zu weicher Untergrund kann die Gesamtwirkung der Oberflächenunterstützung beeinträchtigen.
Bedeutet eine hohe Härte, dass hartmetallbeschichtete Walzen für alle Betriebsbedingungen besser geeignet sind?
Hohe Härte bedeutet nicht automatisch einen Rundumvorteil.
Obwohl die Härte von hartmetallbeschichteten Walzen wesentlich höher ist als die von Stahl, bedeutet dies nicht, dass sie unbedingt für alle Anwendungen geeignet sind.
Gibt es irgendwelche potenziellen Nachteile aufgrund der hohen Härte von hartmetallbeschichteten Walzen?
Folgende Punkte sollten von den Nutzern beachtet werden:
1. Die Beschichtung kann spröde werden.
Höhere Härte bedeutet im Allgemeinen ein spröderes Material.
Daher sind hartmetallbeschichtete Walzen möglicherweise nicht geeignet für:
• Hohe Wirkung
• Zeitweise Auswirkungen
• Übermäßig hohe Punktlasten
In solchen Situationen ist eine massive Stahlwalze stabiler.
2. Die Beschichtung kann sich ablösen (wenn der Prozess mangelhaft ist).
Das Risiko des Abblätterns der Beschichtung rührt üblicherweise von Folgendem her:
• Geringe Haftfestigkeit
• Beschichtung zu dick
• Unterschiedliche Wärmeausdehnung
• Unzureichende Walzenvorbehandlung
Eine hohe Härte bedeutet nicht zwangsläufig eine hohe Zuverlässigkeit.
3. Die Reparatur der Walzenoberfläche ist schwierig
Höhere Härte erschwert das Polieren und Reparieren.
Wann ist eine Stahlwalze besser geeignet als eine hartmetallbeschichtete Walze?
Obwohl Stahl weniger hart ist als Hartmetallbeschichtungen, bleibt er in bestimmten Anwendungsfällen die bessere Wahl:
• Umgebungen mit hohem Einfluss
• Hohe Anforderungen an die Zähigkeit
• Kontakt mit flexiblen Materialien
• Kostenbeschränkungen
• Wenn eine extrem hohe Verformungstoleranz erforderlich ist
Daher ist der Schlüssel zur Auswahl einer Walze nicht, dass sie umso härter ist, sondern vielmehr, welche Härte am besten geeignet ist.
Hartmetallbeschichtete Walzen sind deutlich härter als Stahl, typischerweise um ein Vielfaches bis Zehnfaches härter.
Dadurch sind sie hinsichtlich Verschleißfestigkeit, Oberflächenstabilität und Korrosionsbeständigkeit außerordentlich überlegen.
Vorteile von hartmetallbeschichteten Walzen:
• Die Hochspannung (HV) kann 900–1500 erreichen und ist damit um ein Vielfaches höher als die von Stahl.
• Ausgezeichnete Verschleißfestigkeit
• Gute Korrosionsbeständigkeit
• Hohe Oberflächenstabilität
• Lange Lebensdauer
Nachteile von hartmetallbeschichteten Walzen:
• Die Beschichtung kann spröde sein, daher ist Stoßbelastung zu vermeiden.
• Schwer zu reparieren
• Höhere Kosten als herkömmliche verchromte oder Stahlwalzen
• Abhängigkeit von hochwertigen Sprühverfahren
Hartmetallbeschichtete Walzen sind zwar tatsächlich härter als Stahl, ihre Eignung hängt jedoch von den jeweiligen Betriebsbedingungen ab und nicht nur vom Härtewert selbst.