Werkstoffe 12 - Pulvermetallurgische Werkstoffe

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Pulvermetallurgische Werkstoffe - Herstellung und Eigenschaften

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    12. PULVERMETALLURGISCHE WERKSTOFFE

    12.1. GRUNDLAGEN DER PULVERMETALLURGIE

    12.2. PULVERMETALLURGISCHEFERTIGUNGSVERFAHREN

    12.3. HARTMETALLE

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    Grundlagen der

    Pulvermetallurgie

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    Urformen

    3252Die Pulvermetallurgieist nach EN ISO ein Teilgebiet der Metallur-

    gie, das sich mit der Herstellung von Metallpulvern und Bauteilen daraus

    (durch Formen und Sintern) befat.

    Es gehrt nach zur Hauptgruppe 1 der Fertigungsverfahren:8580

    Werkstcke werden ausformlosenStoffen geschaffen,neben der Pulvermetallurgie zhlen u.a. Extrudieren und

    Gieen dazu.

    Erstellung einer Erstform

    Zusammenhalt

    schaffen

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    Vorteile der Pulvermetallurgie:

    Verwendung hochschmelzenderKomponenten (z.B. W,Mo, Ta, Nb) und sehr unterschiedlicher Komponenten(z.B. Cermetsoder W/Cu)

    Herstellung von Werkstoffen mit Hartstoffen in duktilerMatrix(z.B. Hartmetalle usw.)

    homogenes Gefge(isotrope Eigenschaften), frei vonSeigerungen

    komplexe Geometrienbei hchster Przision

    Herstellung vonporsen Werkstoffenmit zweckange-pater Porositt

    Herstellung endmanaherFertigteile (near-net-shape-Fertigung) bei geringen Abfllen

    Vor- und Nachteile der Pulvermetallurgie

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    Nachteile der Pulvermetallurgie:

    keine hochfestenBauteile (Sinterdichte < Feststoffdich-

    te!)

    geometrischeRandbedingungen (Konstruktionshinwei-se)

    konomischeRandbedingungen (hoher Investitionsauf-wand

    fr Werkzeuge/Vorrichtungen: PM bei hohen Stckzah-

    len, z.B. in der Automobilindustrie, diegnstigste Alter-native

    Vor- und Nachteile der Pulvermetallurgie

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    Eigenschaftsprofil von PM-Werkstoffen

    schmelzmetallurgisch hergestellte Legierungen erstarren nach den Ge-

    setzen des jeweiligen Zustandsdiagramms brauchbare Werkstoffeentstehen nur bei bestimmten Analysen des Stoffsystems

    PM-Werkstoffgefge knnen gesteuertwerden

    PM-Werkstoffe knnen mit Eigenschaften ausgestattet werden, die bei Gu-

    bzw. Knetwerkstoffen nichtrealisierbarsind.

    Pulverteilchen werden bei der Herstellung extrem abgeschreckt(bis zu106K/s!) metastabile und hochbersttigteMischkristalle Sintern:

    Ausscheidung feindisperser, intermetallischer Phasen.

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    Eigenschaftsprofil von PM-Werkstoffen

    PM-Werkstoffe knnen bis zu 95% Carbidenthalten, schmelzmetallur-gisch hergestellte WS nur bis ca. 25%

    Pulvermischung bleibt im PM-Werkstoff erhalten(Diffusion der Atome nur

    ber kurze Weglngen) homogene Verteilung der Phasen in beliebigem

    Anteil im Grundgefge mglich

    Verdichtung der Pulverteilchen Funktionsporen, aber: Verringerung

    der Porositt bis zur theoretischen Dichtemglich

    Nutzungder Porenrume als Reservoirfr Schmierstoffe als Filterfr Gase und Flssigkeiten zur Verringerung der Dichte (Gewichtsminimierung)

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    Eigenschaftsprofil von PM-Werkstoffen

    Wirtschaftlichkeit: Werkstoff-/Energieaufwand deutlich geringergegen-

    ber Gieen/Schmieden (hohe WS-Ausnutzung [um 95%] bei geringerem

    Energiebedarf)

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    Eigenschaftsprofil von PM-Werkstoffen

    Eigenschaften werden entscheidend durch die Verfahrensbedingungenge-

    prgt (Einflu auf Dichte/Porosittdes fertigen Bauteils)

    bei Guwerkstoffen sind Grundeigenschaften meist durch die Analyse

    vorgegeben, evtl. im Einschmelzmaterial schon vorhanden, anders bei

    PM-Werkstoffen:

    Bsp.: Dichte von Sinterteilen

    hhere Dichte ergibt hhere Festigkeit & Zhigkeit

    Beeinflussung der Sinterdichte durch Pulverform, Verdichtungsart

    und Sinterbedingungen, auch nachtrgliche Erhhung u.U. nochmglich

    PM-Werkstoffe sind erst im Fertigteil wirklich vorhanden!

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    geometrische Randbedingungen der Pulvermetallurgie:

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    Hinweise zur sintergerechten Konstruktion:

    Vermeidung von Stempelbrchen Vermeidung einer ungleichen Dichteverteilung durch berpressungen Vermeidung von Beschdigungen der Grnlinge durch Ribildung oder

    Abplatzungen

    Schlankheitsgrad des Prekrpers (Hhe/Durchmesser 2,5)

    scharfe Kanten, tangentiale bergnge, spitze Winkel, spitze Prestem-pel vermeiden

    schmale Querschnitte und Stege mit mind. 2 mm Dicke

    Prewerkzeuge mglichst einfach, d.h. Durchbrche nur im Rundprofil,keine feinverzahnten Rndelungen usw.

    Quelle: Gestaltungsrichtlinien fr Sinterformteile des Fachverbandes Pulvermetallurgie, zitiert inhttp://www.wzl.rwth-aachen.de/de/629c52491e476b86c1256f580026aef2/ft_ii_u2.pdf (14.06.2010)

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    Hinweise zur sintergerechten Konstruktion:

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    Einflu der Bauteilmerkmale auf die Herstellungskosten- konomische

    Randbedingungen:

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    Unterschiede & Gemeinsamkeiten zwischen PM und Gieen:

    groe Bauteilesind mittels PM technischund aus Kostengrndennicht her-stellbar (PM-Erzeugnisse nur ca. 1% der Gieereiproduktion)

    Pulvermetallurgie

    festePulverteilchen

    PressenzuFormteil

    porsesHalbzeug

    Gieen

    Schmelze

    ErstarrenzuFormteil

    massivesHalbzeug

    Edukt

    Vorgang

    Produkt

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    Rohstoffausnutzung & Energiebedarf verschiedener Fertigungsverfahren:

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    Sinterbauteile in der Getriebetechnik(Sinterstahl GmbH, Fssen):

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    Sinterbauteile in der Motorentechnik(Sinterstahl GmbH, Fssen):

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    Pulvermetallurgische

    Fertigungsverfahren

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    Fertigungsstufen

    verschiedene Verfahren unterschiedliche Gestalt/Gre Auswirkungauf Press- und Sinterverhalten

    Pulvergewinnung

    Pressen (Flldichte Predichte < Feststoffdichte)

    Formgebung und Verdichtung

    Wrmebehandlung Verbindung zwischen den Pulverteilchen

    Verfestigung durch Sintern

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    Pulvermetallurgisches Fertigungsverfahren

    Pressen SinternMischen

    Metall-

    pulverZustze

    Gleit-

    mittel

    Fertigteil

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    Mischen

    Metall-

    pulverZustze