Pulvermetallurgie und ihre Prozesse

Gepresster Zustand = Bindung durch Diffusion Gesinterter Zustand = Kornvergröberung Schrumpfen in Schutzatmosphäre = Zyklisch arbeitende Öfen Temperatur: 400-3200 oC = Kostenanalyse

Kalibrieren = Einstellen der Maßgenauigkeit Wärmebehandlung = Verändern der Materialeigenschaften durch Temperatur Oberflächenvorbereitung = Verbesserung der Oberfläche für spätere Prozesse Graten = Entfernen von scharfen Kanten

Material = 15-25 % Pressen = 20-30 % Sintern = 20-30 % Zusatzoperationen = 10-20 %

<p>400-3200 oC = 15-90 Min Temperaturen unter 400 oC = Kurze Zeit für Kristallisation Über 3200 oC = Extrem langsame Abkühlung 300-400 oC = Stabilisierung der Materialstruktur</p> Signup and view all the answers

<p>Kontinuierlich arbeitende Öfen = Ununterbrochene Verarbeitung Zyklisch arbeitende Öfen = Pendeln zwischen Heizen und Abkühlen Vakuumöfen = Schutzatmosphäre zur Vermeidung von Oxidation Glockenöfen = Traditionelle Methode der Wärmeerzeugung</p> Signup and view all the answers

<p>Gießerei = 0-38 MJ Pulvermetallurgie = 29 MJ Kalt-, oder Halbwarmumformen = 41 MJ Spanende Bearbeitung = 66-82 MJ</p> Signup and view all the answers

<p>Sintern = Verringerung des Volumens während der Wärmebehandlung Rekristallisationstemperatur = 0,3-0,7 mal die Schmelztemperatur in ⁰K Kohäsionsbindung = Bindung zwischen Pulverteilchen durch Wärmebehandlung Ausbrennen = Bezeichnung für keramische Werkstoffe, die nicht tatsächlich ausbrennen</p> Signup and view all the answers

<p>Hohe Produktivität = Ja Gutes Materialausbeute = Ja Hoher Energiebedarf = Nein Zusätzliche Feinbearbeitung nötig = In der Regel</p> Signup and view all the answers

<p>3000 v.Chr. = Werkzeugherstellung mit Eisenschwamm in Ägypten 1870 = Patent für Schrumpfen von Gleitlagermaterialien in den USA 1900 = Beginn der modernen Pulvermetallurgie 1950 = Entwicklung neuer Pulvermetall-Techniken</p> Signup and view all the answers

<p>Große Produktivität = Massenherstellung von Werkstoffen Gutes Materialausbeute = Wenig Abfall Kleines Energiebedarf = Effiziente Herstellung Vielfalt der Werkstoffe = Metalle, Keramiken und Verbundwerkstoffe</p> Signup and view all the answers

<p>Near-Net-Shape = Fertigung nahezu fertiggestellter Produkte Schrumpfen = Volumenverringerung bei Wärmebehandlung Pressen = Formen der Pulver und Zusatzstoffe Kohäsion = Bindung zwischen Teilchen</p> Signup and view all the answers

<p>Metalle = Eisen, Kupfer Keramiken = Silikate, Oxide Verbundwerkstoffe = Kombination verschiedener Materialarten Polymere = Kunststoffe zur Bearbeitung</p> Signup and view all the answers

<p>1920 = Massenhafte Verwendung selbstschmierende Gleitlager in der USA 1925 = Verwendung von Hartmetallen in Deutschland als Werkzeugwerkstoff VIDIA (WC+Co) 1940 = Ausarbeiten von Eisenpulvermetallurgie-technologien in Mittel-Europa 1986 = Pulverschmieden (Ford Kolbenstange)</p> Signup and view all the answers

<p>Gute Genauigkeit = Kalibration IT 7 kann erreicht werden Kleines Materialverlust = Materialverlust minimiert Poröse Materialien = Geeignet für Filter und selbstschmierende Gleitlager Hohe Reinheit = Geeignet für die Herstellung hochreiner Metalle</p> Signup and view all the answers

<p>W = Höherer Schmelzpunkt Mo = Magnetische Eigenschaften Ta = Korrosionsbeständigkeit Ni = Verwendung in Legierungen</p> Signup and view all the answers

<p>Spritzgießen = Anwendung seit 1988 Warmes isostatisches Pressen = Entwicklung in den 1970ern Nanotechnologie = Verwendung von Pulver mit $10^{-9}$ Korngröße Pulverschmieden = Ford Kolbenstange seit 1986</p> Signup and view all the answers

<p>Automatisierbarkeit = Jeder Schritt des Herstellungsprozesses kann automatisiert werden Einsparung von Spannkosten = Beachtliche Kostenersparnis möglich Hohe Oberflächenqualität = Gute Oberflächenqualitätskontrolle Herstellung spezieller Legierungen = Nicht herstellbare Legierungen sind machbar</p> Signup and view all the answers

<p>Mikrostruktureigenschaften = Außerordentliche Eigenschaften können erreicht werden Homogene Materialien = Nach Anspruch herstellbar Inhomogene Materialien = Lassen sich nach Bedarf gestalten Physikalisch-mechanische Eigenschaften = Besondere Eigenschaften einstellbar</p> Signup and view all the answers

<p>Kalibration IT 7 = Messung der Genauigkeit Materialprüfung = Überprüfung der Materialreinheit Mechanische Prüfung = Überprüfung der Festigkeit Oberflächenprüfung = Bewertung der Oberflächenqualität</p> Signup and view all the answers

<p>Gleitlager = Selbstschmierend Filter = Poröse Materialien Werkzeugstähle = Pulvermetallurgisch hergestellt Superlegierungen = Hochleistungsanwendungen</p> Signup and view all the answers

<p>Pulverwirtschaft = Keine Notwendigkeit zum Wieder einschmelzen Automatisierung = Steigerung der Effizienz Verwendung spezieller Legierungen = Neue Einsatzmöglichkeiten der Materialien Genauigkeit = Verbesserung der Produktionsqualität</p> Signup and view all the answers

<p>Mechanisches Zerkleinern = Gute Rohfestigkeit, unregelmäßige Formen Sprühen vom flüssigen Metall = Regelmäßige Form, glatte Oberfläche Chemische Reduktion = Charakteristische Größe 0,1-10 μm Elektrolyse = Kathodenmetall wie Cu, Ag, Fe</p> Signup and view all the answers

<p>Vermischung = Zusammenbringen der Materialien Pressen = Formen der Pulvermasse unter Druck Schrumpfen = Rekristallisation und Dichtezunahme Abkühlung = Reduzierung der Temperatur nach dem Sintern</p> Signup and view all the answers

<p>Hammermühle = Zerkleinern von harten Materialien Kugelmühle = Homogenisieren von Pulvern Drehbank = Bearbeiten von Metallteilen Schnell drehende Scheibe = Sprühen von flüssigem Metall</p> Signup and view all the answers

<p>Aluminiumpigmente = Oberflächenbeschichtung Wolfram = Hartmetallanwendungen Zucker = Sicherheitshinweis wegen Explosionsgefahr Feines Aluminium = Verbundmaterialien</p> Signup and view all the answers

<p>Diffusionsverbindung = Verbindung durch Teilchenbewegung Adhesionsverbindung = Verbindung durch Haftung Rekristallisation = Neuordnung der Kristallstruktur Sinterprozess = Zusammenwachsen von Partikeln bei Hitze</p> Signup and view all the answers

<p>20-400 μm = Sprühen 0,1-10 μm = Chemische Reduktion Mikrometer-Niveau = Mechanisches Legieren</p> Signup and view all the answers

<p>Einfüllen = Vorbereitung des Materials Pressen = Formgebung unter Druck Ausstoßen = Entfernen des gepressten Teils Kalibration = Einstellen der Maschinen</p> Signup and view all the answers

<p>Dichte = Massendichte der Teile Festigkeit = Widerstand gegen mechanische Belastung Verlängerung = Verformungsfähigkeit des Materials Schrumpfen = Reduzierung des Volumens</p> Signup and view all the answers

<p>Mechanisches Zerkleinern = Pulver mit guter Rohfestigkeit Schnellkristallisieren = Feine Kornstruktur Plasma-Abscheidung = Spezielle Behandlung von Dämpfen Elektrolyse = Saubere Metallabscheidung</p> Signup and view all the answers

<p>Vermischung = Gleichmäßige Verteilung der Komponenten Pressen = Vorbereitung der Formgebung Sintern = Erzeugung stabiler Verbindungen Abkühlen = Festigung der Struktur</p> Signup and view all the answers

<p>Der Abfall kann meistens wieder gebraucht werden = Wirtschaftlichkeit Herstellung von metallischen und keramischen Verbundwerkstoffen = Anwendungsbereiche Möglichkeit der mechanischen Legierung = Verfahren Produkte aus Hochleistungskeramiken lassen sich herstellen = Produkte</p> Signup and view all the answers

<p>Hohe Flexibilität in der Materialauswahl = Anpassbarkeit Geringer Abfall durch Recycling = Nachhaltigkeit Vielfältige Produktmöglichkeiten = Produktvielfalt Präzise Formgebung durch Sintern = Formgenauigkeit</p> Signup and view all the answers

<p>Siliziumnitrid (SiN) = Keramiken Aluminiumnitrid (AlN) = Hochleistungskeramiken SiC = Schnittwerkzeuge SiAlON = Verbesserte Keramikprodukte</p> Signup and view all the answers

<p>Hohe Materialkosten = Wirtschaftliche Hürden Explosionsgefährliche Pulver = Sicherheitsrisiken Begrenzte Herstellungsgrößen = Technologische Einschränkungen Hohe Investitionskosten = Finanzielle Barrieren</p> Signup and view all the answers

<p>Pulverherstellung = Erster Schritt Pressen der Pulvermischung = Zweiter Schritt Wärmebehandlung = Dritter Schritt Zusätzliche Operationen = Letzter Schritt</p> Signup and view all the answers

<p>Sintern = Wärmebehandlung Pressen = Verdichtung Recycling = Nachhaltige Praxis Mischung = Pulvervorbereitung</p> Signup and view all the answers

<p>Superhartmetall-Produkte = Werkzeuge Keramische Kugellager = Lagertechnik Leichtbau MMC Komponenten = Automobilanwendungen Aluminiumnitrid = Hochleistungskeramiken</p> Signup and view all the answers

<p>Warmisostatisches Pressen = Spezielle Methode Sintern = Erwärmung Mischprozesse = Pulveraufbereitung Pressen = Formgebung</p> Signup and view all the answers

<p>Herstellungsmethode = Qualitätsfaktor Pulverreinheit = Materialeigenschaft Dichte des Materials = Strukturelle Stabilität Oberflächenbehandlung = Ermüdungsbeständigkeit</p> Signup and view all the answers

Pulvermetallurgie ist eine moderne Fertigungstechnik, bei der pulverförmige Materialien durch Pressen in die gewünschte Form gebracht und anschließend durch Wärmebehandlung (Sintern) zu einem festen Werkstück verbunden werden.

Pulvermetallurgie zeichnet sich durch einen hohen Rohstoffausnutzungsgrad aus, da nur minimale Materialverluste während der Herstellung entstehen.

Im Vergleich zu anderen Fertigungsverfahren wie Gießen, Schmieden oder spanender Bearbeitung benötigt die Pulvermetallurgie weniger Energie pro hergestelltem Kilogramm Werkstoff.

Die Wärmebehandlung in der Pulvermetallurgie dient dazu, die einzelnen Pulverteilchen miteinander zu verbinden und ein festes Werkstück zu bilden.

Während des Sinterprozesses schrumpft das Werkstück, da die Pulverteilchen dichter zusammenrücken.

Die Pulvermetallurgie ermöglicht die Herstellung von komplexen und hochpräzisen Werkstücken, die im Vergleich zu anderen Herstellungsmethoden weniger Nachbearbeitung benötigen.

Die Pulvermetallurgie eignet sich hervorragend für die Herstellung von Spezialwerkstoffen wie z. B. Hartmetallen, Sinterlagern und metallischen Verbundwerkstoffen.

Die Herstellung von porösen Metallfiltern in den USA begann, als eine Mischung aus Wolfram (W)-Pulver und 3% Nickel (Ni) verwendet wurde, bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes von Nickel. Dieses Verfahren ermöglichte die Herstellung von Wolfram-Fasern (W-Faser).

Der breite Einsatz von selbstschmierenden Gleitlagern in den USA begann im Jahr 1920. Diese Lager nutzen die Eigenschaften von pulvermetallurgischen Materialien, um Reibung und Verschleiß zu reduzieren.

In den 1920er Jahren (1925) begannen deutsche Ingenieure, Hartmetalle als Werkzeugmaterial zu verwenden. VIDIA (WC+Co) war ein frühes, bekanntes Hartmetall, das für seine Härte und Haltbarkeit geschätzt wurde.

Die 1940er Jahre sahen in Mitteleuropa eine intensive Entwicklung und Anwendung von Technologien zur Herstellung von Eisenpulvermetallurgie. Diese Technologien ermöglichten die Produktion von hochfesten und komplexen Bauteilen.

Die 1970er Jahre brachte wichtige Fortschritte in der Pulvermetallurgie mit sich. Diese beinhalten die Einführung des warmen isostatischen Pressens, die Herstellung von pulvermetallurgischen Werkzeugstählen und die Anwendung von Superlegierungen.

Das pulverschmieden, ein Verfahren, bei dem Pulvermaterial zu einem kompakten Teil verarbeitet wird, wurde 1986 erstmals von Ford zur Herstellung von Kolbenstangen eingesetzt und revolutionierte die Automobilindustrie.

Im Jahr 1988 begann die Verwendung des Spritzgießens in der Pulvermetallurgie. Dieses Verfahren ermöglichte die kosteneffiziente Herstellung von komplexen und präzisen Bauteilen aus pulverförmigen Materialien.

Nanotechnologie, die Verwendung von Pulvern mit einer Korngröße von 10^-9 Metern, revolutionierte die Pulvermetallurgie in den 1990er Jahren. Nanomaterialien eröffnen neue Möglichkeiten für die Herstellung von Bauteilen mit außergewöhnlichen Eigenschaften.

Die Herstellung von 500 Millionen PKV Kolbenstangen in den USA seit 1986 demonstriert die Wirksamkeit und den Umfang der Pulvermetallurgie. 60% aller Kolbenstangen in den USA wurden durch dieses Verfahren hergestellt.

Bei der Pulvermetallurgie können aus mehreren Pulverarten durch Mischung verschiedene Legierungen hergestellt werden. Diese Möglichkeit wird in der Regel nicht ausgeschöpft.

Ein wichtiger Nachteil der Pulvermetallurgie sind die hohen Material- und Investitionskosten. Die Entwicklung zielt darauf ab, diese Kosten zu senken, insbesondere für Massenproduktion.

Die Pulvermetallurgie eignet sich für die Herstellung von Werkstücken in kleinen bis mittleren Größen, typischerweise zwischen 20 und 500 Gramm.

Besondere Vorsicht ist bei der Verwendung von Pulvern geboten, da einige explosiv oder giftig sein können.

Die Wahl der Herstellungsmethode hat wesentlichen Einfluss auf die Ermüdungsgrenze eines Werkstücks, das heißt, wie viele Lastwechsel es aushalten kann, bevor es bricht.

Pulvermetallurgie ermöglicht die Herstellung von komplexen und hochpräzisen Werkstücken aus verschiedenen Materialien, die im Vergleich zu anderen Herstellungsmethoden weniger Nachbearbeitung benötigen.

Die Pulvermetallurgie ermöglicht die Herstellung von hochfesten, verschleißfesten Werkstoffen, die beispielsweise für Schneidwerkzeuge und Flugzeugteile verwendet werden.

Siliziumnitrid (SiN) ist eine Keramiken, das aufgrund seiner Härte und Verschleißfestigkeit in vielfältigen Anwendungen, z.B. in Kugellagern, verwendet wird.

Aluminiumnitrid (AlN) ist eine Keramik mit hoher Wärmeleitfähigkeit und wird oft in der Elektronik eingesetzt.

Beim Sintern werden die elektrischen und magnetischen Eigenschaften des Materials eingestellt, das Volumen der Körper wird kleiner und die Abrundungsradien der Mikrokavitäten wachsen. Diese Kavitätsverminderung ist positiv, kann aber zu einer unerwünschten Kornvergröberung führen. Daher ist die genaue Synchronisierung von Temperatur und Einwirkungszeit entscheidend.

Der Sinterprozess lässt sich in zwei Phasen gliedern: die Bindung durch Diffusion und den Übergang vom gepressten zum gesinterten Zustand. Im gepressten Zustand sind die Pulverteilchen lose, während im gesinterten Zustand die Teilchen durch Diffusion fest miteinander verbunden sind.

Ein kontinuierlich arbeitender Ofen ist für die Herstellung von Sinterwerkstoffen konzipiert, die in einem kontinuierlichen Prozess durch den Ofen transportiert werden. Die Werkstücke gelangen dabei in die für den Sinterprozess optimale Temperaturzone und werden dort verarbeitet.

Zyklisch arbeitende Öfen, wie der Glocken- oder Hebeltyp Vakuumofen, bieten eine kontrollierte Atmosphäre (H.N, Ar, CO) sowie einen Temperaturbereich zwischen 400 und 3200 °C. Die Sinterzeit variiert zwischen 15 und 90 Minuten.

Das Verfahren beginnt mit Metallen und Legierungselementen sowie zusätzlich verwendeten Materialien. Die Zutaten sind in Pulverform.

Die Pulver werden zunächst gemischt und anschließend in eine Form gefüllt. Durch Pressen unter hohem Druck entsteht ein kompakter Verbund, der die gewünschte Form besitzt.

Nach dem Pressen wird der Kompaktkörper in einem Ofen bei hoher Temperatur erhitzt. Dadurch verschmelzen die Metallpartikel miteinander und bilden ein festes Werkstück.

Chemische Reduktion z.B. aus Oxiden, Elektrolyse (Kathodenmetall) und mechanisches Zerkleinern sind die wichtigsten Herstellungsmethoden.

Je nach Herstellungsweise wird die Pulvergröße von 0,1 μm bis 400 μm bestimmt. Feinere Pulver haben einen niedrigeren Schmelzpunkt aber eine höhere Festigkeit.

Das Pulver wird in einem Behälter im Ofen auf hohe Temperaturen erhitzt. Durch die Wärme werden die kleinen Teilchen des Metallpulvers miteinander verbunden.

Sintern in der Pulvermetallurgie ist ein Verfahren, bei dem ein Werkstück aus pulverförmigem Metall geformt und anschließend durch Wärmebehandlung seine Festigkeit erlangt.

Die Hauptvorteile sind: geringere Materialverschwendung, höhere Genauigkeit der Herstellung, komplexere Geometrien, geringere Bearbeitungskosten, und manchmal bessere Eigenschaften des Endprodukts .

Ein Kompaktkörper besteht aus mehreren Elementen: Oberer Umformstempel, Füllschablone, Werkzeug, Unterer Umformstempel (Ausstoß), Kernstempel.