Pulvermetallurgie
Was sind pulvermetallurgische Produkte?
Pulvermetallurgieprodukte sind Sinterteile, die im Pulvermetallurgieverfahren mit einer gewissen Maßgenauigkeit hergestellt werden und Zug-, Druck-, Verformungs- und anderen Belastungen standhalten oder unter Reibungs- und Verschleißbedingungen arbeiten können, auch als Sinterteile bekannt.
Methoden: Die gebildeten und anschließend Sinterteile wurden bei Raumtemperatur in einer einachsigen starren Matrize gepresst.
Anwendung: Pulvermetallurgische Teile werden hauptsächlich in der Automobilindustrie verwendet und haben in Zukunft bessere Anwendungsmöglichkeiten.
Die Vorteile pulvermetallurgischer Teile
- Wenn die Teile unregelmäßige Formen, Vorsprünge oder Vertiefungen sowie verschiedene speziell geformte Löcher aufweisen, ist die Pulvermetallurgie einfach herzustellen, und es ist kein oder nur ein geringer zusätzlicher Schneideaufwand erforderlich. Dies ist offensichtlich wirtschaftlich.
- Bei der Herstellung mechanischer Teile im Pulvermetallurgieverfahren kann die Materialausnutzungsrate über 99,5 % erreichen.
- Da die Teile im Pulvermetallurgieverfahren mithilfe von Formen hergestellt werden, ist die Konsistenz der Kontur, Form und Größe der Teile sehr gut, und da es in allen Aspekten der mechanischen Verarbeitung viele Variablen gibt, ist es schwierig, die Konsistenz aufrechtzuerhalten.
- Durch das pulvermetallurgische Verfahren können mehrere Teile in den Herstellungsprozess integriert werden, wodurch spätere Verarbeitungs- und Montagekosten eingespart werden können.
- Die Materialdichte der Pulverstrukturteile ist steuerbar, weist eine bestimmte Menge verbundener Poren auf und ist im Allgemeinen mit 5–20 % Schmieröl getränkt, um ein gewisses Maß an Selbstschmierung zu gewährleisten und dadurch die Verschleißfestigkeit zu verbessern.
- Um bei der Pulvermetallurgie die Entnahme der Teile aus der Matrize nach der Formgebung zu erleichtern, wird die Arbeitsfläche der Matrize hochglanzpoliert, sodass die Teile eine amplitudenmodulierte Oberfläche aufweisen. Darüber hinaus können pulvermetallurgische Strukturteile wie mechanische Teile auch galvanisiert, beschichtet, wärmebehandelt und anderweitig nachbehandelt werden.
Nachteile: Aufgrund der vorhandenen Restporen sind die Duktilität und die Schlagzähigkeit geringer als bei Gussteilen gleicher chemischer Zusammensetzung, was den Anwendungsbereich einschränkt.
Pulvermetallurgieteile
Leitfaden zur Pulvermetallkonstruktion
Das pulvermetallurgische Verfahren kann Teile in einer großen Bandbreite an Größen und Formen herstellen und die maximale Größe der herstellbaren Teile hängt von der verfügbaren Presskapazität ab.
Die einfachste Form, die sich im Pulvermetallurgieverfahren herstellen lässt, ist diejenige mit der gleichen Größe in Pressrichtung. Teile mit Löchern in Pressrichtung werden üblicherweise mit einem Dorn geformt. Keile und Keilnuten in Pressrichtung lassen sich leicht pressen. Formmerkmale wie Nuten, Löcher, Kegel, konkave Winkel und Gewinde in einem Winkel zur Pressrichtung können im Pulvermetallurgieverfahren jedoch nicht gepresst werden. Mit einer komplexeren Formstruktur können jedoch komplexere Formen hergestellt werden. Dies ist mit zusätzlichen Kosten verbunden.
Getriebe, Ratschen und Nocken
Zahnräder, Ratschen und Nocken eignen sich besonders gut für die Herstellung mittels pulvermetallurgischer Verfahren.
Vorteile der pulvermetallurgischen Herstellung:
① Die Maßgenauigkeit von Zahnrädern in der Massenproduktion ist gleichmäßig.
② Da die Materialorganisation eine gewisse Porosität aufweist, trägt sie dazu bei, dass das Getriebe reibungslos läuft und selbstschmierend ist.
③ Es können pulvermetallurgische Zahnräder mit totem Winkel hergestellt werden.
Das Zahnrad und andere Formteile können durch ein pulvermetallurgisches Verfahren integriert werden.
⑤ Kann Zahnräder in verschiedenen Formen herstellen.
⑥ Einfache Produktion und niedrige Kosten.
Pulvermetallurgietoleranzen
Die Größenschwankungen zwischen pulvermetallurgischen Teilen werden hauptsächlich durch die Änderung des Pressdrucks verursacht.
Bei gleichem Pressdruck ist die elastische Längsauslenkung des Matrizenstempels größer als die elastische Ausdehnung der Negativmatrize, sodass die Maßtoleranz in Pressrichtung größer ist als in vertikaler Pressrichtung.
Mechanische Zusammenhänge:
△ der Stempel / △ die Matrize = 3L/D
D stellt die durchschnittliche radiale Größe der Kavität des Negativmodells dar.
L stellt die Gesamtlänge des Matrizenstempels dar.
Wie lassen sich Maßtoleranzen reduzieren?
Die Maßtoleranz des Teils kann durch die Endbearbeitung verbessert werden. Dabei wird das gesinterte Teil in die Negativform gelegt und mit der Matrizenstanze gepresst, d. h. es wird erneut in die Endbearbeitungsform gepresst. Der Hauptzweck der Endbearbeitung besteht darin, die durch das Sintern verursachten Verzerrungen zu korrigieren.
Bearbeitung von pulvermetallurgischen Teilen
Der Hauptzweck der Verwendung von pulvermetallurgischen Teilen besteht darin, weniger Schnitte zu erzielen, keine spanende Bearbeitung durchzuführen, Energie zu sparen, Material zu sparen und die Produktionskosten der Teile zu senken. Pulvermetallurgische Teile sind nicht so leicht zu schneiden wie entsprechende herkömmliche Metallteile. Aufgrund der intermittierenden Schneidwirkung, die durch die Poren in der Materialstruktur verursacht wird, ist die Werkzeuglebensdauer kurz und die Oberflächenrauheit des Teils gering.
Standard zur Bestimmung der Zerspanbarkeit in der Pulvermetallurgie: Bestimmen Sie die Zerspanbarkeit durch Messen der Anzahl der bohrbaren Löcher. Der Wert von 1045 Stahl ist mit 100 angegeben, und die Zerspanbarkeitsbewertung kann mit der folgenden Formel bestimmt werden
Bearbeitbarkeitsbewertung = Anzahl der beim Sintern gebohrten Löcher/Anzahl der in 1045-Stahl gebohrten Löcher × 100
Mn, P, S und andere Additive werden dem Material zugesetzt, um die Bearbeitbarkeit pulvermetallurgischer Teile zu verbessern. Die Schneideigenschaften pulvermetallurgischer Materialien können auch durch die richtige Auswahl von Hartmetallschneidwerkzeugen und deren Geometrie verbessert werden.
Einfluss der Materialdichte auf pulvermetallurgische Teile
Bei der Herstellung von pulvermetallurgischen Strukturteilen werden häufig Nachpressen und Sekundärsintern verwendet, um die Materialdichte der Teile zu verbessern, und die Strukturteile werden gemäß der Verfahrensablauf Pressen – Primärsintern – Nachpressen – Sekundärsintern. Die Materialdichte der Teile kann auf ca. 95 % von gewöhnlichem Eisen durch erneutes Pressen, sekundäres Sintern und Warmpressen.
Das Nachpressen ähnelt dem Fertigpressen. Der beim Nachpressen angewandte höhere Druck dient lediglich der Erhöhung der Gesamtdichte des Teils. Beim Sekundärsintern handelt es sich um das erneute Sintern nach dem Nachpressen. Durch die hohe Materialdichte der Bauteile nach dem Nachpressen und Sekundärsintern können Festigkeit und Zähigkeit der Bauteile verbessert werden.
Pulvermetallurgie-Prozess
Chemische Zusammensetzung und mechanische Eigenschaften
Die im allgemeinen Press- und Sinterverfahren hergestellten pulvermetallurgischen Bauteile sind porös und weisen geringere mechanische Eigenschaften auf als die von dichten Metallwerkstoffen gleicher chemischer Zusammensetzung, die mit herkömmlichen Verfahren hergestellt werden. Um die mechanischen Eigenschaften pulvermetallurgischer Bauteile zu verbessern:
Jetzt die Rohstoffpulver Zu den Legierungselementen gehören: Eisenpulver, Kupferpulver und Graphitpulver, Mischpulver, Eisenpulver, Nickelpulver, Graphitpulver, Eisenpulver, Phosphor-Eisenpulver, diffusionslegiertes Pulver, legiertes Stahlpulver und Edelstahlpulver.
| Materialtyp | Gängige Materialien | Hauptmerkmale | Anwendungen |
|---|---|---|---|
| Eisenbasiert | Eisen, niedriglegierter Stahl, Edelstahl | Hohe Festigkeit, verschleißfest | Autoteile, Maschinen |
| Kupferbasiert | Kupfer, Bronze, Messing | Gute Leitfähigkeit, korrosionsbeständig | Elektrische Komponenten, Lager |
| Nickelbasiert | Nickel, Nickellegierungen | Hitzebeständig, korrosionsbeständig | Luft- und Raumfahrt, Turbinen |
| Titanbasiert | Titan, Titanlegierungen | Hohe Festigkeit, geringes Gewicht, korrosionsbeständig | Medizintechnik, Luft- und Raumfahrt |
| Aluminiumbasiert | Aluminium, Aluminiumlegierungen | Leichtgewichtig, einfach zu verarbeiten | Elektronik, Autoteile |
| Hartlegierungen | Wolframkarbid, Titankarbid | Hohe Härte, verschleißfest | Schneidwerkzeuge, Formen |
| Magnetische Materialien | Ferrit, NdFeB | Starker Magnetismus, hitzebeständig | Motoren, Sensoren |
| Hochtemperaturlegierungen | Nickel- und Kobaltbasislegierungen | Hitzebeständig, oxidationsbeständig | Luft- und Raumfahrt, Energieerzeugung |
| Verbundwerkstoffe | Metall-Keramik, Metall-Kohlefaser | Hohe Festigkeit, geringes Gewicht | Luft- und Raumfahrt, Autoteile |
Als Herstellungsverfahren kommen dabei zum Einsatz: Pressen – Sintern, Pressen – Vorsintern – Nachpressen – Sintern, Warmpressen – Sintern, Heißpressen, Warmschmieden usw.
Entwicklungstrend von pulvermetallurgischen Teilen
Der Entwicklungstrend bei solchen Materialien besteht darin, die verbleibenden Poren im Material zu reduzieren oder zu beseitigen und eisenbasierte Materialien zu entwickeln, die mit Chrom, Mangan, Titan, Silizium und anderen Elementen legiert sind, um die mechanischen Eigenschaften des Materials zu verbessern und das Anwendungsfeld zu erweitern.
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