Electron beam treatment of surface layer for the production of wear-resistant coating layers on stainless steels

Stainless steel components exposed to mechanical stresses are subjected not only to corrosion, but to abrasive wear. There are several possibilities for enhancing the wear resistance of stainless steels; however, such processes are very often associated with a reduction in corrosion resistance. This paper presents an electron beam surface treatment technology to significantly improve the wear resistance of austenitic steels (e.g. X6CrNiMoTi17-12-2) and duplex steels (e.g. X2CrNiMoN22-5-3), without a negative influence on the corrosion behavior. Fe- and Co-additive wires were deposited thermally by electron beam cladding. The cladding layers produced were free of defects such as cracks and pores, and were well metallurgical bonded to the base materials. Microstructural analysis, hardness measurements, wear tests and corrosion tests were carried out. The wear rate k was reduced by a factor of 100 compared to the base materials for electron beam cladding with Fe-based wire and by a factor of 10 with Co-based wire. Corrosion resistance was preserved for the Fe-based cladding layers and slightly increased (by a factor of 3) for the Co-based cladding layers.Original Abstract: Den ausgezeichneten Korrosionseigenschaften nichtrostender Staehle steht bei mechanisch beanspruchten Komponenten die ungenuegende Verschleisbestaendigkeit entgegen. Es gibt verschiedene Moglichkeiten, das Verschleisverhalten dieser Staehle zu verbessern, die allerdings zum Teil mit einer Verringerung der Korrosionsbestaendigkeit verbunden sind. Im vorliegenden Beitrag wird eine Elektronenstrahl-Randschichtbehandlungs-Technologie vorgestellt, mit der das Verschleisverhalten von austenitischen Staehlen (X6CrNiMoTi17-12-2) sowie von Duplexstaehlen (X2CrNiMoN22-5-3) deutlich verbessert wird, ohne die Korrosionseigenschaften negativ zu beeinflussen. Die verwendeten Co- bzw. Fe-basierten Zusatzstoffe (Stellite super( registered ) alloy 12, Mogul S3 von Mogul Metallizing GmbH) wurden unter Nutzung des Elektronenstrahls (EB) auf die Grundwerkstoffe aufgetragen. Die erzeugten Schichten sind riss- und porenfrei und metallurgisch sehr gut mit dem Grundwerkstoff verbunden. Die Auftragschichten werden bezueglich Gefuege, Haerte, Verschleis- und Korrosionsverhalten bewertet. Im Vergleich zu den Grundwerkstoffen wurde als Ergebnis des EB-Auftragens der Verschleiskoeffizient k mit Fe-basiertem Zusatzstoff um den Faktor 100 und mit Co-basiertem Zusatzstoff um den Faktor 10 verbessert. Der Korrosionswiderst