Sinterformteile: Der Herstellungsprozess

Die Arbeitsschritte der Sinterfertigung

Die Sinterfertigung ist ein pulvermetallurgisches Fertigungs- bzw. Formgebungsverfahren, das in mehreren Arbeitsschritten verläuft. In jedem Verfahrensschritt werden bestimmte Werkstoffeigenschaften festgelegt. Die einzelnen Phasen lassen sich nicht voneinander trennen und bestimmen das Ergebnis.

Herstellungsprozess von Sinterformteilen

1. Arbeitsschritt: 
Mischen und Pressen

Als Ausgangsmaterial dienen Metallpulver, die in den gewünschten Zusammensetzungen gemischt werden. Diese werden meist unter Zusatz von weiteren Legierungselementen / Gleitmitteln gemischt und verdichtet.

Dies geschieht in wiederum drei Stufen:

  • Das Rohstoffpulver wird automatisch in die Form bzw. den Matrizenvorrichtungshohlraum gepresst
  • Das Rohstoffpulver wird mit hohem Druck (500 bis 700 MPa bzw. 40 bis 80 kN/cm2) verdichtet. Durch die Wahl des Pressdrucks kann die Dichte innerhalb bestimmter Grenzen variiert werden
  • Der Pressling wird durch das Abheben des Oberstempels freigelegt

Der Pressling hat in diesem Stadium lediglich eine geringe Festigkeit, welche allerdings für den Transport zur nächsten Verarbeitungsstufe, dem Sintern, reicht.

2. Arbeitsschritt: 
Sintern

Beim Sintern – der Erwärmung unter kontrollierten Bedingungen (Zeit, Temperatur und Schutzgas-Atmosphäre) – erhalten die Presslinge ihre mechanische Festigkeit. Der Pressling wird bei hoher Temperatur, die  unterhalb des Schmelzpunktes des Werkstoffes liegt, und einer kontrollierten Schutzgasatmosphäre bzw. eines Vakuums einige Stunden lang erhitzt. Hierbei versintern bzw. verschmelzen die einzelnen Pulverteilchen zu einem hochfesten Formkörper, dem Sinterformteil.

Diese Vorgänge werden als Diffussions- und Rekristallisationsvorgängen bezeichnet. Unter Diffusion kann man sich die schnelleren und leichteren Bewegungen der Atome unter Zuführung von großer Wärme vorstellen, die es den Atomen ermöglicht, sich auch über die früheren Trennflächen der einzelnen Pulverkörner hinweg zu bewegen; Rekristallisation bezeichnet die Bildung von Berührungs- und Verbindungsstellen (Brücken) zwischen den Pulverteilchen.

3. Arbeitsschritt: 
Kalibrieren

Beim Sintern treten kleine Maßänderungen auf, meist eine Schrumpfung. Diese ist auf die Erhöhung der Dichte zurückzuführen. Die Sinterteile werden daher in separaten Werkzeugen kalibriert, um den verlangten engen Toleranzen gerecht zu werden. Dabei wird wie im Pressvorgang der ersten Phase hoher Druck (20 bis 80 kn/cm²) in einer Presse zugeführt. Die gewünschte hohe Präzision wird bei diesem Arbeitsschritt erreicht.

Je nach Einsatzzweck kann das Sinterteil durch

  • spezielle Wärmebehandlungen (Härten, Einsatzhärten, Vergüten, Ausscheidungshärten, Nitrieren u.a.)
  • Oberflächentechniken (Galvanisieren und Beschichten, z.B. mit Tic/TiN) 
  • spanende Bearbeitungen (Bohren, Drehen, Fräsen, Gewindeschneiden, Schleifen u.a.) 
  • Verbindungstechniken (Einpressen, Kleben, Schweißen u.a.)

qualitativ verbessert werden.

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