Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Minimierung des Verzugs beim Sintern durch Beeinflussung der Sinterunterlage

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Aufstellung grundlegender, praxisorientierter Richtlinien sowie die Erstellung eines Simulationstools für die Vermeidung von Sinterverzug bei der Herstellung von Sinterteilen. Der Verzug entsteht durch Wechselwirkungen des Sinterguts mit der Sinterunterlage, da es bei der Sinterung zur Schwindung des porösen Ausgangsmaterials kommt. Basierend auf den Ergebnissen einer experimentellen Studie zu den Reibwerten während der Sinterung werden Finite-Elemente-Modelle entwickelt, die den Sinterprozess abbilden und dabei die Reibung zwischen Sintergut und Sinterunterlage berücksichtigen. Anhand dieser Modelle werden die Richtlinien für die Vermeidung von Sinterverzug abgeleitet. Bis zu diesem Zeitpunkt sind keine systematischen Untersuchungen zum durch Reibung mit der Sinterunterlage verursachten Sinterverzug durchgeführt worden, obwohl der Wunsch nach einer Lösung dieses Problems von renommierten Industriepartnern geäußert wurde.

Die Ergebnisse der Simulationen werden verifiziert, indem sowohl einfache Proben als auch komplexe, realistische Bauteile gesintert und anschließend mit dem Simulationen verglichen werden. Die verwendeten Materialien und Bauteile werden so gewählt, dass ein möglichst großer Bereich von pulvermetallurgisch hergestellten Bauteilen abgedeckt werden kann.

Die kleinen und mittelständischen Unternehmen, die im Bereich der pulvermetallurgischen Fertigung tätig sind, können von den hier erarbeiteten Richtlinien profitieren. Betriebe in diesen Größenordnungen haben meistens nicht die Möglichkeit, umfangreiche Versuchsreihen durchzuführen und Problemstellungen dieser Art selbstständig zu bearbeiten. Die Richtlinien zur Vermeidung von Sinterverzug geben den KMUs die Möglichkeit, sich gegenüber Wettbewerbern zu behaupten.

Ergebniszusammenfassung:

In dem Vorhaben konnte insbesondere für die Hartmetalle (WC10Co) ein Zusammenhang zwischen Unterlage, Probengröße, Herstellungsart und verwendeter Pulverqualitäten erstmals systematisch dargestellt werden. Auf Grund der komplexen Wechselwirkungen hat sich gezeigt, dass mit der gewählten Herangehensweise im Dreiecke von Realproben, physikalischem Sintermodell und computergestützter Simulation die Vorgänge korrekt dargestellt wurden.

Bei den Stahlproben (X2CrNiMo17-12-2) konnte der Verzug auf der Unterlage ebenfalls simulativ nachgebildet werden. Hierbei konnte gezeigt werden, dass der Einfluss der Rauheit der Unterlagen offenbar nur einen geringen Einfluss auf den Verzug hat, die Geometrie ist stark dominierend. Auch bei den Stahlproben konnte der Verzug der gewählten Geometrien qualitativ und quantitativ richtig vorhergesagt werden. Dabei konnte zusätzlich zum Projektziel auch ein Ansatz zur Vorhersage des Verzuges durch den reinen Geometrieeinfluss korrekt vorhergesagt werden.

Die guten Ergebnisse bilden die Basis für weitere darauf aufbauende Projekte, in denen insbesondere der Geometrieeinfluss auf den Sinterverzug weiter untersucht werden soll. Insofern bildet das jetzt abgeschlossene Projekt einen wichtigen Baustein zum besseren Verständnis des Sinterverzuges und seiner Vermeidung.

Bei den produzierenden Unternehmen besteht als zeitnächster Schritt zunächst die Internierung in den vorhandenen Sinterprozess. Dies kann je nach Ergebnis der Projektarbeiten die Nutzung neuer und verbesserter Sinterunterlagen oder das Aufbringen einer zusätzlichen oder alternativen Schicht zwischen Sintergut und Substrat bedeuten. Dies kann je nach Bauteil zwar einzelne Entwicklungsschritte zur Anpassung etwa der chemischen Kompatibilität nach sich ziehen. Weiterhin können durch Nutzung des zu entwickelnden Vorhersagetools Anpassungen sowohl in der Bauteilgeometrie als auch in den Sinterungsparametern notwendig sein.