Die Kreislaufwirtschaft unterstützt die industrielle Fertigung auf dem Weg zur ökonomischen und ökologischen Nachhaltigkeit und fördert die Resilienz von Unternehmen gegenüber Verwerfungen im globalen Handel. Speziell das Remanufacturing ist eine vielversprechende Variante der Kreislaufführung, da sowohl die Energie- und die Rohstoffeffizienz gesteigert werden als auch Produkte der neuesten Generationen die Remanufacturing-Fertigungsketten verlassen.
In der gezeigten Arbeit wird das WAAM-Verfahren (Wire Arc Additive Manufacturing) als additiver Prozess eingesetzt, um am Beispiel eines Stromabnehmers einer U-Bahn aus Gusseisen ein Remanufacturing zu ermöglichen. In einem ersten Schritt wurden auf Stubstratplatten aus der Gusseisenlegierung GJS 400-15 mit Kugelgraphit in einer überwiegend ferritischen Matrix additive Strukturen mit einem austenitischen Schweißzusatz aus der Nickelbasislegierung NiFe-2 (ca. 55 % Ni) aufgetragen. Metallographische Gefügeuntersuchungen als auch Härteprüfungen am Querschliff zeigen, dass in der Wärmeeinflusszone (WEZ) eine hohe Härte von bis zu 767 HV1 resultiert. Grund hierfür ist ein Gefüge, bestehend aus Kugelgraphit umgeben von Perlit, Martensit und Ledeburit. Durch Variation von Prozessparametern (z. B. Vorwärmtemperatur und Zwischenlagentemperatur) konnte die Härte auf 410 HV1 reduziert werden.
In einem zweiten Schritt wurden sog. „Sandwich-Wände“ angefertigt, um bauteilähnliche Eigenschaften zu realisieren. Deshalb erfolgte mittels additiver Fertigung das Auftragsschweißen des Schweißzusatzes NiFe-2 auf eine Substratplatte aus der Gusseisenlegierung GJS 600-3 mit Kugelgraphit in einer perlitischen Matrix. Auf diese Struktur wurden im weiteren Verlauf mehrere Lagen mit dem hochverschleißfesten Schweißzusatz Fe8 aufgebracht. Ebenso erfolgten metallographische Gefügeanalysen und Härteprüfungen. Zwischen Substrat und dem Schweißgut NiFe-2 kommt es in der WEZ zu einer Aufhärtung von bis zu etwa 600 HV1. Im Schweißgut NiFe-2 reduziert sich die Härte auf unter 200 HV1, bevor die Härte im Schweißgut Fe8 auf ein Maximum von 641 HV1 ansteigt. Begleitet werden die metallographsichen Gefügenanalysen von Untersuchungen am Rasterelektronenmikroskop. Chemische Analysen der einzelnen Phasen erfolgen mit Hilfe der energiedispersiven Röntgenspektroskopie (EDX). Zugversuche beschreiben darüber hinaus die mechanischen Eigenschaften.