1. Sekundärverbundwerkstoff für Walzenreifen aus hochchromhaltigem Gusseisen
Die Walzenhülse aus hochchromhaltigem Gusseisen-Keramik-Verbundwerkstoff wird aus hochchromhaltigem Gusseisen als Matrixmaterial hergestellt. In einem speziellen Verfahren werden hochchromhaltiges Gusseisen und wabenförmige Keramikpartikel sowie ZTA-Keramikpartikel zu einem Verbundwerkstoff geformt. Anschließend erfolgt ein Sandgussverfahren, bei dem der Verbundwerkstoff aus hochchromhaltigem Gusseisen und duktilem Gusseisen nachträglich zu einem Verbundwerkstoff verarbeitet wird. Die chemische Zusammensetzung des hochchromhaltigen Gusseisens ist in Tabelle 1 dargestellt.
Tabelle 1: Chemische Zusammensetzung von hochchromhaltigem Gusseisen-Verbundwalzen (Gew.-%)
| Material | C | Si | Mn | S | P | Cr |
| Hochchrom-Gusseisen-Keramik-Verbundrollenreifen | 2,8-3,2 | 0,5-1,0 | 0,5-1,2 | ≤0,05 | ≤0,05 | 20-26 |
| Sphäroguss | 3.2-3.9 | 2,5-2,7 | 0,3–0,5 | ≤0,04 | ≤0,04 |
2. Mechanische Eigenschaften
Die Walzenhülse aus hochchromhaltigem Gusseisen-Keramik-Verbundwerkstoff ist ein sekundäres Formteil aus hochchromhaltigem Gusseisen, ZTA-Keramikpartikeln und duktilem Gusseisen. Dadurch weist die Keramik-Verbund-Walzenhülse nicht nur eine hohe Festigkeit und Härte, sondern auch eine hohe Zähigkeit auf, was die Verschleißfestigkeit und Sicherheit der Walzenhülse gewährleistet. Die Härte der ZTA-Keramikpartikel liegt über HV 2100, die der M7C3-Karbide im hochchromhaltigen Gusseisen über HV 1400 und die der Matrix über HV 750. Unter der Bedingung hoher abrasiver Belastung und hohem Verschleiß durch die beiden Komponenten ist die Lebensdauer der Keramik-Verbund-Walzenhülse aufgrund der Materialunterschiede 1,5- bis 3-mal höher als die einer herkömmlichen Walzenhülse aus hochchromhaltigem Gusseisen. Die Eigenschaften von hochchromhaltigem Gusseisen und duktilem Gusseisen sind in Tabelle 2 dargestellt.
Tabelle 2: Mechanische Eigenschaften
| Material | Zugfestigkeit /Mp | Schlagzähigkeit J/cm2 | Härte/HRC | Dehnungsrate (%) |
| Hochchrom | ≥800 | ≥4 | ≥60 | --- |
| Sphäroguss | 500–650 | ---- | 147–241 (HB) | 4–10 |
3. Strukturdesign eines Rollenreifens aus hochchromhaltigem Gusseisen-Keramik-Verbundwerkstoff.
Die Konstruktion der Walzenhülse aus hochchromhaltigem Gusseisen-Keramik-Verbundwerkstoff ist in Abbildung 1 und Abbildung 2 dargestellt. Der rote Wabenbereich kennzeichnet die Verteilung der verschleißfesten ZTA-Keramikpartikel. Diese Partikel sind wabenförmig in der hochchromhaltigen Legierungsmatrix verteilt, und die Keramikschicht bedeckt die gesamte Verschleißfläche der Walzenhülse. Der grüne Bereich außerhalb der Keramikschicht besteht aus hochchromhaltigem Gusseisen, der blaue Bereich aus duktilem Gusseisen.
