Inhaltsverzeichnis

1 Pulvermetallurgie

1.1 Einleitung

1.2 Verfahrensschritte in der Pulvermetallurgie

1.2.1 Pulverherstellung

1.2.2 Legierungstechnik

1.2.3 Pressen

1.2.4 Sintern

1.2.5 Nachpressen und Nachsintern

1.2.6 Nachbehandeln

1.2.7 Pulverschmieden

1.3 Sinterwerkstoffe

1.3.1 Klassifizierung nach Raumerfüllungsgrad

1.3.2 Einteilung nach Legierungssysteme

1.4 Erreichbare Fertigungsqualitäten

1.4.1 Maßgenauigkeit

1.4.2 Oberflächenbeschaffenheit

1.5 Gestaltungshinweise

1.6 Fertigungsbeispiele

Pulvermetallurgie

Einleitung

Der Begriff "Pulvermetallurgie" umfaßt das herstellen von metallischem Pulver und das herstellen von Teilen aus diesem Pulver durch Formen und Sintern.

Sintern ist eine Wärmebehandlung von Pulver oder eines Preßkörpers bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunkts des Grundwerkstoffs, um die Festigkeit zu erhöhen. Unter dem Begriff "Sintertechnik" sind alle Verfahrens-schritte zur Herstellung eines Sinterteils mit Ausnahme der Pulvererzeugung zu verstehen.

Die Pulvermetallurgie ist ein Herstellungsverfahren der Massenfertigung. In vielen Fällen sind Serienteile so konstruiert, daß die Form und der Werkstückstoff zunächst mehrere Herstellungsverfahren zulassen. Für die Entscheidung, welches Verfahren vorzuziehen ist, sind sowohl technische Forderungen als auch wirtschaftliche Gesichtspunkte maßgebend. Verfahren der Massiv- und der Blechumformung sowie Schneide- und Gießverfahren stehen stets in Konkurrenz zur Pulvermetallurgie.

Für das Anwenden der Pulvermetallurgie lassen sich folgende Gründe angeben:

Erzeugung von Werkstoffen mit spezifischen Eigenschaften, die nur pulvermetallurgisch herstellbar sind; z.B.: duktile Metalle mit hohem Schmelzpunkt, Hartmetalle, Pseudolegierungen, Legierungen aus Metallen mit sehr unterschiedlichem Schmelzpunkt, Werkstoffe mit definierte Porosität.

Erzeugung von Werkstoffen, die nach anderen Verfahren nur mit großem Aufwand herstallbar sind; z.B.: Reinstmetalle und -legierungen, Werkstoffe mit gleichmäßigen Eigenschaften , Legierungs- zusammensetzungen und Gefügen.

Wirtschaftliche Herstellung von Serien ab etwa 5000 Stück
Gleichmäßigkeit in Form und Abmessungen innerhalb einer Serie; gute Oberflächenqualität, sehr enge Gewichtstoleranz, geringe Maßtoleranz
Herstellbarkeit komplizierter Formen mit engen Toleranzen, wie Ver- zahnungen, Kurven, Formlöchern usw.

Wegen des fehlenden Faserverlaufs gleichmäßige Festigkeits-Eigen- schaften in allen Richtungen

Gute Gleiteigenschaften durch Öltränkung bei porösen Teilen
Einbaufertige Ausformung, die nur in Ausnahmefällen eine spanab- hebende Nacharbeit erfordert

Möglichkeit von Einsatzhärtung, Vergütung oder Dampfbehandlung an Sinterstahlteilen. Die Härtbarkeit ist dank des gleichmäßigen Gefüges und der konstanten Materialzusammensetzung besonders gut
Sehr gute Werkstoffausnutzung und geringer Energiebedarf

Verfahrensschritte in der Pulvermetallurgie

Die Verfahrensschritte in der Pulvermetallurgie sind die Erzeugung der Pulver , das Mischen, das Pressen und das Sintern, woran sich noch ein Nachpressen, wie z.B. das Kalibrieren, und eine Nachbehandlung anschließen kann.

Pulverherstellung

Zur Herstellung metallischer Pulver gibt es mehrere sehr unterschiedliche arbeitende Herstellungsverfahren. Die wichtigsten sind die Direktreduktion von Eisenerzen mit anschließender Zerkleinerung des porösen Eisenschwamms und das Verdüsungsverfahren, das zunehmend an Bedeutung gewinnt; weiterhin die elektrolytische Abscheidung, das Karbonylverfahren und die mechanische Zerkleinerung. Nach dem Reduktionsverfahren werden heute etwa 40 bis 50 % des Weltbedarfs an Eisenpulver produziert.

Legierungstechnik

Entsprechend den Anforderungen an das herzustellende Sinterteil muß man die Metallpulver legieren. Als Ausgangsstoffe für die Sinterherstellung werden gemischt-, fertig und anlegierte Pulvermischungen verwendet, denen stets preßerleichternde Gleitmittel, wie Stearate oder synthetische Wachse, zugegeben sind (bis 2,5%).

Gemischtlegierte Pulver sind Pulvermischungen aus mindestens zwei reinen Metallkomponenten. Die Verpreßbarkeit wird durch die Legierungsbestandteile kaum beeinträchtigt. Dadurch lassen sich bereits bei geringen Preßdrücken hohe Dichten des Preßlings erzielen. Zur völligen Homogenisierung sind jedoch hohe Sintertemperaturen und lange Sinterzeiten notwendig. Bei fertiglegierten Pulvern hat jedes Metallteilchen die Zusammensetzung des fertigen Sinterwerkstoffs. Die Ausnutzung der Legierungskomponenten ist optimal, die Preßeigenschaften dieses Pulvers sind jedoch wesentlich schlechter.

Unter den sogenannten anlegierten Pulvern versteht man mit Legierungskomponenten gemischte Pulver, die bereits einer kurzen Glühung unterzogen worden, bei der aber nur ein oberflächlicher Diffusionsverbund der Pulverteilchen eintritt. Diese Technik hat sich in jüngster Zeit immer mehr durchgesetzt, da sie die Preßeigenschaften nur geringfügig verschlechtern, die Sinterzeiten sich jedoch erheblich verkürzen.

Pressen

Durch Verdichten der Pulvermischung in einer Preßform wird ein Formkörper mit losem Zusammenhalt (Grünling) hergestellt. Außer der Kraft zur Überwindung der Reibung zwischen einzelnen Pulverkörnern und ihrer elastischen und plastischen Verformung ist auch noch eine Kraft zur Überwindung der Reibung des Pulvers an der Matrizenwand erforderlich. Daraus resultiert eine ungleiche Dichte längs der Höhe der verpreßten Pulversäule bei der einseitigen Verdichtung.

Bei der zweiseitigen Verdichtung tritt zwar eine wesentliche Verbesserung auf, eine nahezu gleichmäßige Dichteverteilung ist bei der Verwendung einer schwimmenden Matrize möglich. Durch die Wandreibungskräfte wird die Matrize in Preßrichtung bewegt und der Werkstoff gegen den Unterstempel geschoben.


Die schwimmende Matrize wird nur noch wenig angewandt. Die Bewegung der Matrize wird heute bei komplizierten Teilen nicht mehr über die Reibungskräfte der Pulversäule gesteuert, sondern über ein Getriebe von der Maschine zwangsbewegt. Man unterscheidet zwischen dem Ausstoßverfahren und dem Abziehverfahren.

Beim Ausstoßverfahren ist die Matrize auf Federn gelagert und führt beim Preßvorgang, bedingt durch die Wandreibungskräfte, eine Relativbewegung in Preßrichtung durch. Beim Rücklauf des Oberstempels springt die Matrize durch die Federkraft in ihre Ausgangsstellung zurück. Der Preßling hebt sich dabei von dem Unterstempel ab. Dabei können unerwünschte Schieferungen oder Abblätterungen an den Grünlingen auftreten. In der Ausstoßstellung kann der Preßling entnommen werden.

Beim heute vorwiegend angewandten Abziehverfahren wird die Matrize beim Preßvorgang zwangsweise abwärts bewegt. Dabei ist das Verhältnis der Geschwindigkeit von Oberstempel und Matrize im Hinblick auf eine gleichmäßige Dichteverteilung des Preßlings abstimmbar. In der Abzugstellung wird die Matrize zur Entnahme des Grünlings niedergezogen. Abblätterungen treten bei diesem Verfahren nicht auf.

Die mechanischen Eigenschaften eines Sinterwerkstoffs hängen außer von der chemischen Zusammensetzung der Pulver und Pulverform im wesentlichen von der Dichte ab.

die Zugfestigkeit, die Brinellhärte, die Dauerfestigkeit, die Leitfähigkeit und der E-Modul nehmen näherungsweise linear mit der Dichte zu.

die Bruchdehnung und die Schlagzähigkeit steigen progressiv mit der Dichte an.

Mit steigendem Preßdruck erhöht sich die Preßdichte degressiv und findet bei etwa 800 MN/m² durch die Beanspruchbarkeit der Preßwerkzeuge eine Grenze. Die dann erreichte Preßdichte von 7,2g/cm³ läßt sich nur durch Nachpressen im Anschluß an eine Rekristallisationsglühung oder Warmpressen erhöhen. Die theoretische Dichte des Eisen von 7,85g/cm³, das heißt eine hundertprozentige Raumerfüllung, läßt sich jedoch durch die Sintertechnik nur annähernd erreichen und aus wirtschaftlichen Gründen nur in Sonderfällen rechtfertigen.

Diese Graphik veranschaulicht den Einfluß der Druckhaltezeit auf die Preßdichte. Unter Druckhaltezeit ist die Zeit zu verstehen, während der der Enddruck auf dem verdichteten Pulver lastet. Durch Halten des Preßdrucks bzw. auch durch Verkleinern der Preßgeschwindigkeit erhalten einerseits die Pulverteilchen genügend Zeit zur Orientierung in ihre günstigste Lage, während andererseits die mitverdichtete Luft Zeit zum Entweichen hat, ohne einen ungünstigen Einfluß auf Die Struktur des Preßlings auszuüben. Das bekannte "Aufatmen" der Preßkörper nach dem Freilegen und die oft damit zusammenhängende Rißbildung ist so zu erklären und durch eine kurze Druckhaltezeit zu vermeiden. Unter dem Flächen-quotienten ist das Verhältnis aus Gesamtreibungsfläche A_R (Mantelfläche) zu Preßfläche A_P zu verstehen. Grünlinge mit niedrigem Flächenquotienten lassen sich einfacher verpressen und erhalten größere Preßdichten als solche mit großem Flächenquotienten. Je größer der Flächenquotient ist, um so wichtiger ist die Einhaltung der Druckhaltezeit.


Eine große Bedeutung kommt bei der pulvermetallurgischen Fertigung der Werkzeugherstellung zu. Außer den Forderungen nach Verschleißfestigkeit und sehr engen Maßtoleranzen führen komplexe Sinterteile zu hohen Werkzeugkosten. Die Größe des Bauteils (Masse bis 3 kg) wird von der maximalen verfügbaren Preßkraft und der Festigkeit der Preßwerkzeuge begrenzt.

Im Gegensatz zur Formgebung des Grünlings in einem konventionellen Preßwerkzeug können mit dem "isostatischen Pressen" Bauteilmassen bis zu 140 kg bearbeitet werden. Durch "Pulverwalzen" sind theoretisch unbegrenzte Bauteilgewichte erreichbar.

Beim isostatischen Pressen wird das Pulver in einer elastischen Form aus Kunststoff mit einem hydrostatischen Druck von bis zu 6000 bar völlig gleichmäßig verdichtet. Als Druckübertragungsmedium dienen beim Kaltpressen Wasser oder Öl, beim Heißpressen werden inerte Gase eingesetzt. Außer dem reinen Pulverpressen lassen sich auf vorgeformte Preßlinge oder gesinterte Formteile nachpressen. Die geringe Stückleistung und die erhöhten Kosten beschränken diese Technologie bisher auf Fertigung großformatiger Werkstücke wie Bahn- und Profilwalzen aus Hartmetall, Hartmetall-Umformwerkzeuge, Zerspanwerkzeuge aus Schnellarbeitsstahl und Filterelemente für die chemische Industrie.

Für die Herstellung von Bändern aus hochschmelzenden Metallen und besonders für Mehrschichtbändern ist das Pulverwalzen ein geeignetes Fertigungsverfahren. Kleinste Walzgeschwindigkeiten ermöglichen die plastische Formung und die mechanische Bindung der Pulver in der Verdichtungszone. Die Formgebung kann kontinuierlich oder diskontinuierlich sein. Bei der kontinuierlichen Fertigung müssen Zwischensinterungen und Verdichtungsstufen vom Band durchlaufen werden. Die diskontinuierliche Arbeitsweise erfordert ein Aufhaspeln des "Grünbandes" direkt nach dem Walzen und die Sinterung findet dann im Coil statt.

Sintern

Durch das Sintern wird der Grünling in einen Werkstoff mit einem festen Gefügeverband umgewandelt. Durch eine nach Zeit und Temperatur (eventuell auch unter Anwendung von äußerem Druck) genau gesteuerte Wärmebehandl-ung der sich berührenden Einzelteilchen tritt eine Erhöhung der Festigkeit auf Grund von Diffusionsvorgängen auf. Dabei muß zur Erhaltung der Formbeständigkeit der überwiegende Teil der Pulvermischung als feste Phase erhalten bleiben.

Für die Wachstumsgeschwindigkeit der Verfestigung ist außer der Beweglichkeit der Atom auch die Form der Berührstellen der Pulverkörner von Bedeutung. Für Pulver aus gleichem Material, aber verschiedener Herstellung, können daher bei gleichen Sinterbedingungen unterschiedliche Festigkeitswerte und Porositäten erreicht werden.

Einen weiteren Einfluß auf die Festigkeitseigenschaften haben die Sinter-temperatur und die Sinterzeit. Unter Berücksichtigung mindestens einer festen Phase bei der Sinterung ist je nach Sinterwerkstoff die optimale Sintertemperatur zur Erzielung der günstigsten Diffusionsbedingungen einzustellen. Mit der Sinterzeit steigt die Zugfestigkeit zunächst schnell an und stabilisiert sich dann. Bei sehr langen Sinterzeiten kann die Zugfestigkeit, bedingt durch Kornwachstum, wieder abnehmen. Diese Graphik zeigt den Anstieg der Zugfestigkeit von Sintereisen als Funktion von Sinterzeit und Dichte.

Die Sinterbedingungen, wie Sintertemperatur, Sinterdauer und Sinteratmosphäre werden durch den Sinterofen gesteuert.

Nachpressen und Nachsintern

Zur Steigerung der Dichte und der Festigkeit können Sinterwerkstücke einem Nachpreßvorgang unterzogen werden. Für Formteile mit besonders hoher Festig-keit bei zugleich hoher Bruchdehnung werden die nachgepreßten Werkstücke in zweites Mal gesintert (Zweichfachsintertechnik). Die beim Vorpressen entstan-dene Kaltverfestigung wird dadurch aufgehoben (Rekristallisation), der Sinter-körper wird, sofern er nicht durch legierungstechnische Maßnahmen eine Auf-härtung erfahren hat, erneut plastisch verformbar. Bei Verwendung gleich hoher Preßdrücke wie beim Vorpressen, läßt sich durch das nachpressen dann eine weitere Steigerung der Dichte und damit auch der Zugfestigkeit erreichen.

Beim Nachsintern tritt abermals Rekristallisation ein und die Kaltverfestigung verschwindet. Die Temperaturen werden dabei so hoch gewählt, daß an den neu geschaffenen Kontaktpunkten Sintervorgänge ablaufen können.

Nachbehandeln

Unter Berücksichtigung der durch die Porosität verursachten Eigenschaften lassen sich pulvermetallurgisch hergestellte Werkstückstoffe in gleicher Weise wärmebehandeln wie erschmolzene Stähle. Bei prozeßtechnisch mit beherrsch-baren Konturen, wie Hinterschneidungen und Querbohrungen, aber auch bei unzureichender Maßgenauigkeit, kann eine spanende Nachbearbeitung erforderlich werden.

Pulverschmieden

Die Vorteile der Pulvermetallurgie und die guten mechanischen Eigenschaften geschmiedeter Werkstücke werden beim Pulverschmieden vereinigt. Die Kaltver-festigung des Materials, die beim Nachpressen dem Preßdruck einen erheblichen Widerstand entgegensetzt, verhindert die völlige Verdichtung des Werkstoffs. Durch Druckeinwirkung bei gleichzeitiger Erwärmung oberhalb der Rekristallisat-ionstemperatur ist diese Begrenzung überwindbar. In dieser Graphik ist die erreichbare Dichte pulvergeschmiedeter Bauteile im Vergleich zur konventionel-len Sintertechnik und zur Schmelzmetallurgie dargestellt. Man erkennt, daß dieses Verfahren die Lücke zwischen den beiden Herstellungsverfahren schließt.

Durch Pulverschmieden können Bauteile mit einer Zugfestigkeit von mehr als 1600 N/mm² bei einer Werkstoffdichte von 99,7% erreicht werden.

Die Verfahrensschritte beim Pulverschmieden im Vergleich zum Gesenk-schmieden zeigt untenstehendes Bild. Die ersten drei Verfahrensschritte sind beim Pulverschmieden identisch mit denen der herkömmlichen Sintertechnik

Verfahren A verzichtet auf den eigentlichen Sintervorgang. Zur Vermeidung von Oxidation und zur Werkzeugschmierung wird der Grünling graphitisiert, auf Schmiedetemperatur erwärmt und gepreßt. Die kurzzeitige Erwärmung gestattet lediglich die Verarbeitung fertiglegierter Pulver. Dies bedeutet eine Einschränk-ung der pulvermetallurgischen Möglichkeiten. Außer dem Verfahren A ist auch das Verfahren C kostengünstig; die Vorform wird direkt aus der Sinterhitze umgeformt. Eine Begrenzung der Werkstoffe ist nicht gegeben, jedoch sind spezielle Sinteröfen und Manipulationsvorrichtungen zur Lösung des Oxidationsproblems erfordert. Verfahren B kombiniert die vorangegangenen Verfahren und zeichnet sich durch hohe Flexibilität, geringe Investitionen ober kostenintensive Arbeitsgänge aus.

Sinterwerkstoffe

Außer der chemischen Zusammensetzung des Sinterwerkstoffs sind in besonderem Maß seine dichte bzw. sein Raumerfüllungsgrad eine Kenngröße für die Gebrauchseigenschaft und das bevorzugte Anwendungsgebiet. Zwischen diesen beiden Einflußgrößen muß grundsätzlich unterscheiden werden. Nur die richtige Kombination ergibt die optimale Werkstoffbeschaffenheit für das gewünschte Sinterteil.

Klassifizierung nach Raumerfüllungsgrad

Als Hauptkriterium für die Gebrauchseigenschaften der Sinterwerkstoffe gilt nach den Leistungsblättern des Fachverbandes für Pulvermetallurgie der Raumfüllungsgrad bzw. der Porenraum.

Die Raumerfüllung ist das Verhältnis aus der Dichte des Sinterkörpers und der Dichte des porenfreien Körpers gleicher Zusammensetzung in %.

Für die Porosität P gilt:

Zur Erzielung von Sinterwerkstoffen mit unterschiedlicher Dichte bzw. Raumerfüllung sind fünf Herstellungsgruppen bekannt.

Das Schüttsintern zur Herstellung der Klasse SINT-AF nimmt dabei eine Sonderstellung ein, weil das übliche Pressen des Pulvers zu einem Formling entfällt. Es genügt, die Pulver in loser Schüttung zu sintern. Dabei wird die Formgebung von einer wärmebeständigen Hohlform übernommen.

Die Klassen SINT-AF bis SINT-C werden durch Pulvermischen, Pressen und Sintern zu Werkstoffen mit größerer bis mittlerer Porosität hergestellt. Die Porosität ist bestimmend für die bevorzugte Anwendung im Bereich der mit Schmierstoffen tränkbaren Gleitlager. Weiterhin werden Formteile aus diesen Werkstoffen gefertigt. Zu niedrigeren Porositätsgraden und damit zu höheren Festigkeiten und Dichten der Klassen SINT-D und SINT-E gelangt man durch das Zweifachsintern.

Durch das Infiltrieren mit niedriger schmelzenden Metallen erhält man Sinter-werkstoffe mit Dichten, die denen der erschmolzenen Metalle sehr nahe kommen (SINT-G). Werkstoffe mit höchsten Dichten und Festigkeiten (SINT-F und SINT-S) werden durch Pulverschmieden erzeugt. Allen Herstellungsgruppen kann sich ein Kalibrier- und/oder ein Nachbehandlungsschritt anschließen.

Sogar bei einer Wärmebehandlung unter einer Schutzgasatmosphäre läßt sich die Oxidation nicht vermeiden. Deshalb kommen bei der Herstellung von höherfestem Sinteraluminium nur Al-Cu-Mg- und Al-Si-Mg-Legierungen zum Einsatz. Sinterkupfer wird bevorzugt als Cu-Sn-, Cu-Ni-Zn-Legierung verarbeitet.

Die Fe-Cu-Ni-Legierungen zeichnen sich durch eine verhältnismäßig gute Bruchdehnung bei hoher Festigkeit aus. Diese Legierungen mit der Bezeichnung SINT D-30 erreichen Festigkeiten bis zu 650 N/mm².

Einteilung nach Legierungssysteme

In der Pulvermetallurgie konnten bisher nur Legierungselemente mit einer geringen Sauerstoffaffinität eingesetzt werden, da die Oxidation einzelner Elemente die Festigkeitseigenschaften der Werkstücke erheblich mindert. Bedingt durch die komplizierten Gasgleichgewichte im Sinterofen ließ sich die Oxidation auch durch die Wärmebehandlung unter einer Schutzgasatmosphäre nicht vermeiden.

Diese nicht vermeidbare Oxidation erlaubt bei der Herstellung von höherfestem Sinteraluminium nur den Einsatz von Al-Cu-Mg und Al-Si-Mg-Legierungen. Sinter-kupfer wird bevorzugt als Cu-Sn, CuZn- und Cu-Ni-Zn-Legierung verarbeitet.

Der meist verbreitete Sinterwerkstoff ist der Sinterstahl. Durch die wenig sauerstoffaffinen Elemente Kupfer, Nickel, Molybdän, Phosphor und Zinn wird durch eine reine Mischkristallverfestigung eine Festigkeitserhöhung des Eisenwerkstoffs erzielt. Die binären Legierungen Fe-Cu und Fe-Ni haben die größte Bedeutung erlangt. Die Wirkung des Nickels bleibt hinter der Wirkung des Kupfers zurück, so daß höhere Ni-Gehalte bei gleichen erreichbaren Festigkeitswerten benötigt werden. Die Fe-Ni-Lergierungen haben jedoch bei gleicher Festigkeit eine größere Zähigkeit und sind besser schweißbar. Die ternären Fe-Cu-Ni-Legierungen zeichnen sich durch eine verhältnismäßig gute Bruchdehnung bei hoher Festigkeit aus.

Die Einteilung der Sinterstähle richtet sich in erster Linie nach dem Cu-Gehalt und der Masse der restlichen Legierungselemente. Sie wird durch zwei Ziffern angegeben, die hinter den Klassifizierungsbuchstaben zu setzen sind. Dabei bedeutet die erste Ziffer:

0 Sintereisen und Sinterstahl mit einem Massengehalt von 0 bis 1% Cu, mit oder ohne C

1 Sinterstahl mit einem Massengehalt von 1 bis 5% Cu, mit oder ohne C
2 Sintertahl mit einem Massengehalt von mehr als 5% Cu, mit oder ohne C
3 Sintertahl mit oder ohne Cu, mit oder ohne C, jedoch höchstens mit einem Massengehalt bis 6% anderer Legierungselemente
4 Sinterstahl mit oder ohne Cu, mit oder ohne C, jedoch mit einem Massengehalt von mehr als 6% anderer Legierungselemente
5 Sinterlegierungen mit einem Massengehalt von mehr als 60% Cu
6 Sintermetalle, die nicht in Ziffer 5 enthalten sind
7 Sinterleichtmetalle, z.B.: Sinteraluminium

Die zweite Ziffer dient zur weiteren Unterscheidung ohne strenge Systematik.

Im Laufe der 70er Jahre wurde es durch umfangreiche Forschungsarbeiten möglich, die Stahlveredelnden Elemente Chrom, Mangan, Vanadium, Wolfram und Molybdän in Form ihrer Karbide in den Sinterstahl einzubringen. Diese Karbide dienen dabei als Legierungsträger und lösen sich während der Sinterung bei Temperaturen um 1250°C in der Matrix auf.

Es entsteht ein vergütbarer Sinterstahl, der bereits im unvergüteten Zustand Festigkeiten von 650 bis 900 N/mm² erreicht. Die Möglichkeit, leichtmahlbare Komplexkarbide der Metalle Mn, Cr und Mo aufzubauen, hat zur Entwicklung sogenannter Fe-MCM-Sinterstähle mit und ohne Zusatz von Kohlenstoff geführt. Diese haben zwar eine etwas geringere Zugfestigkeit als der reine Chrom-Karbid-Sinterstahl, die Legierungskosten sind jedoch bei guter Härtbarkeit der Werkstücke wesentlich geringer. Sinterstahl läßt sich auf bis zu 1700 N/mm² vergüten.

Erreichbare Fertigungsqualitäten

Maßgenauigkeit

Bedingt durch die Maßänderungen beim Sintern und durch Unregelmäßigkeiten der örtlichen Dichteausbildung ist die Einhaltung sehr enger Toleranzen bei Sinterteilen schwierig. Die Metallpulver unterscheiden sich in ihrem Maßverhalten während des Sinterns. Einen weiteren erheblichen Einfluß auf die Form- und Maßgenauigkeit haben die bei Sintertemperaturen schmelzenden Bestandteile des Pulvergemenges. Alle genannten Einflüsse lassen sich schwer und ungenau vorbestimmen. Deshalb wird die Maßänderung für jedes Pulver experimentell vorab ermittelt, um die Werkzeuge auslegen zu können.

Durch die Vorgabe eines entsprechenden Übermaßes beim Grünling und ein dem Sintern folgendes Kalibrieren läßt sich jedoch eine erheblich engere Tolerierung erzielen.

Oberflächenbeschaffenheit

Ein direkter zahlenmäßiger Vergleich der Oberflächengüte von Sintermetallen mit entsprechend erschmolzenen Metallen ist bei Verwendung von Tastschrittgeräten wegen der mehr oder weniger ausgeprägten Porosität schwierig.

Nach dem Fachverband für Pulvermetallurgie werden nur die folgenden Begriffe zur Beschreibung des Oberflächenzustandes angewandt:

sinterglatt: keine Behandlung nach der Sinterung

geglättet: durch den Kalibriervorgang erreichbarer Oberflächen- zustand
sinterschmiedeglatt: keine Behandlung nach dem Warmpressen

Besonders bei Gleitlagern sind die Poreneingänge für die Rauhigkeitsbeurteilung nur wenig von Interesse; nur der Traganteil auf den Funktionsflächen für die Oberlächenbeurteilung ist von Bedeutung. Durch einen Kalibriervorgang läßt sich der Traganteil in Preßrichtung durch Werkstoffverschiebung im Mikrobereich erheblich erhöhen. Ohne Berücksichtigung des Porenraums lassen sich für hoch-verdichtete Sinterkörper der Klasse SINT-F Rauhtiefen bis zu erreichen.

Gestaltungshinweise

Die geometrische Gestaltung von Sinterteilen ist wegen des Preßvorgangs bestimmten Einschränkungen unterworfen. Bedingt durch die notwendige Ausformung der Preßlinge sind Hinterschneidungen nicht möglich. Stempelbrüche, ungleiche Dichteverteilung durch Überpressungen und Beschädigungen der Grünlinge durch Rißbildung oder Abplatzen lassen sich durch das Beachten folgender Punkte verhindern:

das Verhältnis von Höhe zu Durchmesser (Schlankheitsgrad des Preßkörpers) darf nicht größer als 2,5 sein

scharfe Kanten, tangentiale Übergänge, spitze Winkel und spitze Preßstempel sind zu vermeiden

schmale Querschnitte und Stege muß man mindestens 2mm dick ausführen möglichst, einfache Preßwerkzeuge (das heißt Durchbrüche nur im Rundprofil, keine feinverzahnten Rändelungen, bei Zahnrädern Modul größer 0,5) verwenden

möglichst wenige verschiedene Durchmesser und Längen benutzten.

Fertigungsbeispiele

Bauteile der Klasse SINT-AF werden in den Verfahrensschritten Mischen, Schütten und Sintern hergestellt. Auf Grund des großen Porenraums und einer gleichmäßigen Porengröße finden diese Formkörper ihren Einsatz in der Filtertechnik.

Die verwendeten Werkstoffe aus der Klasse SINT-D auf Eisenbasis haben Legierungselemente zur Verschleißfestigkeitssteigerung und werden als Sinter-stahl bezeichnet. Sie eignen sich vornehmlich für Maschinenteile, bei denen das Verschleißverhalten gegenüber der Kraftübertragung in den Vordergrund tritt. Die Zugabe der verschleißfestigkeitssteigernden Legierungselemente ist pulver-metallurgisch durch Beimischen von entsprechenden Metallkarbidpulvern besonders einfach.

Formteile aus Hartmetall sind nur pulvermetallurgisch herstellbar. Mahlwerkzeuge werden besonders zum Zerkleinern von Kohle, Erzen und Mineralien eingesetzt. Hartmetallkugeln haben ihren Einsatzbereich in der Härteprüfung, als Tastelement in Meßgeräten oder als Miniaturlager. Weiterhin stellt man verschleißbeanspruchte Teile, wie Düsen für Ölbrenner, Tauchkolben, Extruderschnecken und Ventilsitze, aus Hartmetall her. Den größten Anteil haben aber Zerspanwerkzeuge.