Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Bauteilfestigkeit von wärmebehandeltem Sinterstahl

Das Leichtbaupotential von Sinterbauteilen muss ausgenutzt werden, um auf dem hart umkämpften Markt der Automobilindustrie konkurrenzfähig zu bleiben. Die Porosität der Bauteile führt im Vergleich zu konventionellen Werkstoffen zu einem geringeren Materialeinsatz, der sich positiv auf die Fahrdynamik auswirkt. Für gehärtete Sinterstähle gibt es wegen fehlendes Datenmaterials und der Vielzahl an Einflussgrößen keine zusammenhängende Darstellung des Verhaltens unter schwingender Beanspruchung. Daher ist es bisher nicht möglich, Bauteile aus gehärteten Sinterstählen auszulegen.

Um also am Markt der Automobilindustrie konkurrenzfähig zu bleiben, bedarf es eines Verfahrens, die Schwingfestigkeit mit befriedigender Genauigkeit abzuschätzen, wie es mit der FKM-Richtlinie möglich ist. Die FKM-Richtlinie hat bei Firmen des Maschinenbaus und anderer Branchen große Verbreitung gefunden. Ihre Gültigkeit ist jedoch auf Bauteile weniger Gruppen schmelzmetallurgischer Werkstoffe begrenzt.

Das längerfristige Ziel bereits erarbeiteter und zukünftiger Forschungsergebnisse ist deshalb, poröse Sinterstähle als eigene Werkstoffgruppe in die FKM-Richtlinie aufzunehmen. Viele KMU haben keine Erfahrung mit Sinterteilen und würden damit auf diese Werkstoffgruppe mit ihrer großen geometrischen Wiederholgenauigkeit und ihren herausragenden Formgebungsmöglichkeiten aufmerksam.

Mit dem Vorhaben werden KMU ohne Zugang zu Prüfmöglichkeiten in die Lage versetzt, alleine aus Härtemessungen die Wechselfestigkeit als Basis für weiterführende Rechnungen abzuschätzen. Weiterhin erhalten KMU mit den nach FKM-Richtlinie erarbeiteten Daten die Möglichkeit, Bauteile auszulegen, auch wenn keine eigene Berechnungsabteilung vorhanden ist. Dieser Aspekt ist besonders wichtig, da KMU gewöhnlich keinen Zugang zu pulvermetallurgischem Schrifttum haben und meistens auch die Personaldecke fehlt, aufwändige Recherchen zu treiben.

Ergebniszusammenfassung:

Bisher gibt es für die Gruppe der porösen Sinterstähle keine statistisch abgesicherte Bewertungsmethode, um einen (Betriebs-) Festigkeitsnachweis führen zu können. In diesem Projekt wurden auf der einen Seite exemplarisch

Werkstoffkennwerte (Schwingfestigkeiten) für zwei wärmebehandelte Sinterstähle erzeugt, die in der Literatur bisher nichtsystematisch untersucht wurden. Auf der anderen Seite konnte durch eine umfangreiche Literaturrecherche eine Datenbank für Schwingfestigkeitskennwerte angelegt werden, die es ermöglicht hat, eine Bemessungsmethodik für Sinterstähle zu entwickeln. Es ist nun möglich, auf Basis der Härte, der Dichte und lokalen Beanspruchungsparametern eine synthetische, sowie eine Bemessungswöhlerlinie für beliebige Bauteile zu erzeugen. Die genannten Größen sind für den Anwender leicht zu ermitteln und erleichtern so die Anwendung der Bewertungsmethode. Die erzielten Ergebnisse können direkt genutzt werden, um die FKM-Richtlinie "Rechnerischer Festigkeitsnachweis für Maschinenbauteile" um die Werkstoffgruppe Sinterstähle zu ergänzen bzw. eine eigenständige Richtlinie zu realisieren. Bisher wird der Festigkeitsnachweis meist vom Anwender mit eigenen Bewertungsmethoden durchgeführt, die nicht statistisch abgesichert sind. Die Etablierung einer

abgesicherten Bewertungsmethode für Sinterstähle hilft, die Gruppe der Sinterstähle einem breiterem Anwenderkreis alsbisher zugänglich zu machen.