Erweiterung der Grenzen der Stahlpulvermetallurgie
Die Pulvermetallurgie ist ein Verfahren der Präzisionsfertigung zur Massenherstellung von metallischen Fahrzeugkomponenten wie Zahnrädern aus Eisen- und unlegierten Stahlpulvern. Bei diesem Verfahren werden zuerst die Metallpulver in einer Pressform verdichtet, wodurch ein poröses, kohäsives Material entsteht, das den sogenannten Grünling bildet. Der zweite Schritt umfasst einen thermischen Verfahrensschritt mit Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes des Materials, aus dem der Grünling hergestellt ist. Während dieses Vorgangs wird der Grünling in einen Festkörper umgewandelt. Die hohe Härte des wärmebehandelten Materials, die aus der Bildung starker Bindungen zwischen den einzelnen Pulverteilchen herrührt, wird dabei absichtlich herbeigeführt. Es ist allerdings wichtig, die resultierende Härte beeinflussen zu können, um die Notwendigkeit einer kostenintensiven Nachbearbeitung zu reduzieren. Um das fehlende Wissen über das Sintern von Grünlingen aus Stahlpulvern zu ergänzen, haben Ingenieure vom Institut National Polytechnique de Grenoble (Frankreich) einen innovativen Ansatz gewählt. Sie kombinierten eine umfassende Analyse der makroskopischen Deformation von Grünlingen aus Stahlpulvern während des Sintervorgangs mit einer dreidimensionalen Beobachtung der mikrostrukturellen Änderungen. Unter Verwendung von würfelförmigen Proben aus Probestäben wurden herkömmliche Dilatometerversuche durchgeführt, um die entstehenden Belastungen in Pressrichtung beziehungsweise quer dazu zu verfolgen. Durch die Anwendung der Röntgenmikrotomografie wurde ein besseres Verständnis des Hauptphänomens, das der Verformung von Grünlingen aus Stahlpulvern zugrunde liegt, erreicht. In den Grünlingen aus Stahlpulver konnten zwei verschiedene Arten von Poren nachgewiesen werden: spitz zulaufende und längliche Poren. Längliche Poren befanden sich hauptsächlich an der Kontaktfläche zwischen den Pulverteilchen, die in den meisten Fällen senkrecht zur Richtung der Verdichtung orientiert waren. Es wurde angenommen, dass diese Kontaktporen durch Mikroschäden und durch Schmierstoffpartikel, die zwischen den Stahlpartikeln während der Entlastung und des Auswurfs des Grünlings aus der Presse zerquetscht wurden, entstanden. Während sich die Kontaktporen öffnen, vergrößert sich das Volumen des Gründlings. Sobald der Sinterprozess beginnt und die Kontaktporen sich aneinander annähern, beginnt der Grünling zu schrumpfen. Weitere Studien werden darauf angelegt sein, den Einfluss der Materialzusammensetzung auf die Deformation von Grünlingen aus Metallpulvern zu untersuchen. Die Hoffnung der Projektpartner des PM-MACH-Projekts ist, die hier gesammelten Kenntnisse zur Entwicklung von effizienten Verfahren zur Bearbeitung von Grünlingen vor dem Sinterprozess verwenden zu können und so die Kosten für die Herstellung von Bauteilen im Sinterverfahren reduzieren zu können.
