Verschleißteile für den Bergbau: AR-Blech vs. Hadfield-Manganstahl

Zwei Verschleißmechanismen

Verschleißteile versagen durch Gleit-/Schleifverschleiß (Erz schabt über eine Oberfläche) oder durch Prallverschleiß (Gestein schlägt dagegen und wird daran zerkleinert). Die beiden dominierenden Stahlfamilien lösen jeweils eines dieser Probleme gut.

AR- / NM-Blech: von Anfang an hart

Verschleißfestes Blech (NM360–NM550 im GB-System, AR400–AR500 und Äquivalente andernorts) ist niedriglegierter Stahl, der auf eine Durchhärtung von etwa 360–550 HBW vergütet ist und einsatzbereit zum Schneiden, Schweißen und Verschrauben geliefert wird. Es ist der Standard für:

• Schaufelhäute von Baggern und Trägerbleche für Schneidkanten
• Mulden von Lkw, Auskleidungen für Rutschen und Trichter
• Verschleißbleche an Förderern und Übergabestellen

Die Verschleißlebensdauer steigt bei Gleitbeanspruchung im Großen und Ganzen mit der Härte, ebenso jedoch die Anforderungen an die Verarbeitung: Höhere Güten erfordern kontrollierte Verfahren zum Schneiden, Bohren und Schweißen, und die Biegeradien wachsen mit Härte und Dicke.

Hadfield Mn13: weich, bis er getroffen wird

Hadfield-Stahl (Mn13, GX120Mn12, ~11–14% Mn, ~1.0–1.4% C) ist austenitisch und wird lösungsgeglüht mit nur ~200 HB geliefert — scheinbar weich. Unter Prallbeanspruchung oder hoher Druckspannung verfestigt sich seine Oberfläche durch Kaltverfestigung auf 500 HB und darüber, während der Kern duktil bleibt. Er dominiert dort, wo die Schläge schwer sind:

• Brecherbacken, Brechmäntel, Brechschüsseln und Teile von Hammermühlen
• Herzstücke und Kreuzungen im Gleisbau
• Auskleidungen von Strahlkabinen

Die Logik wirkt in beide Richtungen: Ohne Prallbeanspruchung härtet Mn13 niemals aus und verschleißt bei reinem Gleitverschleiß schnell. Ihn für Rutschenauskleidungen mit geringer Prallbeanspruchung einzusetzen, ist die klassische Fehlanwendung.

Auswahl

Beanspruchung	Wahl
Gleiterz, mäßige Prallbeanspruchung, gefertigte Auskleidungen/Schaufeln	AR- / NM-Blech
Brechen, wiederholte schwere Prallbeanspruchung, Gussformen	Hadfield Mn13
Prallbeanspruchung vorhanden, aber Teil ist eine geschweißte Blechstruktur	AR-Blech, größere Dicke, oder auftragsgeschweißtes Blech

Auch die Hinweise zur Verarbeitung unterscheiden sich: AR-Blech verträgt beim Schweißen keine übermäßige Wärmeeintragung; Hadfield-Stahl muss kühl gehalten werden (er versprödet bei längerem Erhitzen im Bereich von wenigen hundert °C) und wird mit austenitischen Schweißzusätzen geschweißt. Auftragsschweißungen ergänzen beide Werkstoffe und bringen eine sehr harte Opferschicht dort auf, wo sich der Verschleiß konzentriert.

Auswahl innerhalb der AR-Familie

Höhere Härte ist nicht automatisch besser. Blech der Klasse NM360/AR400 bietet die beste Kombination aus Schweißbarkeit, Umformbarkeit und Zähigkeit und ist die vernünftige Standardwahl für Schaufeln und Auskleidungen, die auch Prallbeanspruchung durch herabfallendes Gestein erfahren. Die Güten der 500er-Klasse maximieren in etwa die Lebensdauer bei Gleitverschleiß, sind aber weniger tolerant: Die Mindestbiegeradien sind größer, die Tieftemperaturzähigkeit muss für den Einsatz in kaltem Klima geprüft werden, und schwere Punkt-Prallbeanspruchung kann sie eher zum Reißen als zum Eindellen bringen. Die Spezifizierung des Blechs nach Härtegrad + Dicke + Prallanforderung (Bergwerke in Winterregionen bestellen Blech mit Kerbschlagprüfung) vermeidet den häufigen Fehler, AR500 als direkte Aufwertung gegenüber AR400 zu behandeln.

Auftragsschweißen als dritte Option

Für beide Familien dient Blech mit geschweißter Auflage (Auftragsschweißen) — ein Grundblech aus unlegiertem Stahl oder AR-Stahl mit einer Schicht aus Chromkarbid oder Komplexkarbid — bei extremem Gleitverschleiß, wo keiner der beiden Grundstähle ausreicht, allerdings um den Preis fehlender Umformbarkeit und einer charakteristischen, rissigen Oberfläche. Es ist ein Auskleidungsmaterial, kein Konstruktionsmaterial, und wird in der Regel auf eine tragende Struktur geschraubt oder durch Lochschweißung befestigt.