Pulvermetallurgie (PM) ist bekanntlich eine fortschrittliche Fertigungstechnik. PM formt Teile aus Metallpulver und ermöglicht so eine hohe Materialausnutzung und hohe Produktionsgeschwindigkeiten.
Heutzutage werden in der Automobil-, Motorrad-, Medizin- und Luftfahrtindustrie verschiedene Arten von Pulvermetallurgieverfahren eingesetzt.
Werfen wir einen Überblick über diese verschiedenen Pulvermetallurgieprozesse:
- Konventionelles Pulvermetallurgieverfahren ist ein kostengünstiges Fertigungsverfahren für die Massenproduktion kleiner und mittelgroßer Strukturteile.
- Metallspritzguss kann sehr kleine, hochdichte Produkte mit feinen Merkmalen herstellen.
- Pulverschmieden kombiniert PM mit Schmiedeprozessen, um Hochleistungsprodukte herzustellen.
- Additive Metallfertigung ist ideal für die Herstellung kleiner Mengen komplex geformter Teile, auch mit Hohlräumen.
- Kaltisostatisches Pressen kann große, dreidimensionale Formen erzeugen.
- Heißisostatisches Pressen kann Fertigprodukte mit 100 % Dichte herstellen.
- Heißpressen ist ein Verdichtungsprozess, bei dem gleichzeitig Druck und Hitze auf die Form und das Material ausgeübt werden.
- Pulverwalzen eignet sich für kostengünstige Flachplatten aus Mehrschichtmaterial.
- Sprühformen spritzt geschmolzenes Metall direkt in nahezu fertig geformte Teile.
- Loses Pulversintern is Wird zur Herstellung von Sinterfiltern verwendet.
Inhalte
Konventionelles Pulvermetallurgieverfahren
Die konventionelles Pulvermetallurgieverfahren Das Verfahren besteht darin, das Pulver mithilfe einer Pulverpresse zu Grünlingen zu verpressen. Anschließend werden die Grünlinge gesintert, um ihre Dichte, Festigkeit und andere mechanische Eigenschaften zu verbessern. Aufgrund der systembedingten Porosität der Press- und Sintertechnologie weisen die mit einem typischen Press- und Sinterverfahren hergestellten Bauteile jedoch oft Mängel auf. Hersteller von Pulvermetallurgie Im Allgemeinen werden Dichten unter 95 % erreicht, es sei denn, es werden Nachbearbeitungsverfahren wie Kupferinfiltration oder Heißisostatisches Pressen angewendet.
Mit konventionellen pulvermetallurgischen Verfahren hergestellte Bauteile weisen eine gleichbleibende Qualität über verschiedene Produktionschargen hinweg auf, bieten klare Kostenvorteile bei der Massenfertigung und erzielen eine hohe Materialausnutzung.
| Attribute | Charakteristische |
|---|---|
| Komponentenmasse (g) | 0.1-10,000 |
| Oberflächenrauheit (μm) | 2 |
| Wandstärke (mm) | 2 |
| Produktionsvolumen | 2000 |
| Dichte (%) | 85-90 |
Metallspritzgussverfahren
Metallspritzguss eignet sich für die Herstellung kleiner Produkte mit hoher Dichte und feinen Merkmalen. Es wurde entwickelt aus Keramikspritzguss.
Der MIM-Prozess umfasst im Wesentlichen die folgenden vier Phasen:
- Um den Ausgangsstoff zu erhalten, werden Bindemittel und Metallpulver im Verhältnis 40:60 gleichmäßig vermischt.
- Metallpulver wird geschmolzen und mit Hilfe der Spritzgießmaschine in die Form eingespritzt.
- Ihre Hersteller lassen das unfertige Produkt durch einen Heizofen laufen, um Bindemittel zu entfernen.
- Das entfettete Produkt wird zur Erhöhung der Festigkeit in einen Sinterofen geschickt.
Die folgende Tabelle zeigt einige typische Merkmale von Metallspritzgussprodukten.
| Attribute | Charakteristische |
|---|---|
| Komponentenmasse (g) | 0.1-10,000 |
| Oberflächenrauheit (μm) | 2 |
| Wandstärke (mm) | 2 |
| Produktionsvolumen | 2000 |
| Dichte (%) | 85-90 |
Pulverschmiedeverfahren
Metallpulver wird in die gewünschte Form gepresst, anschließend vorgesintert oder gesintert und – je nach Anforderung – kalt oder warm geschmiedet. Dieser Prozess wird als Pulverschmieden (PF) oder Pulvermetallurgisches Schmieden. PF kann die Dichte von Sinterteilen auf 99 % erhöhen. Es ist das bevorzugte Verfahren zur Herstellung hochfester Komponenten wie Pleuelstangen.
Metall-Additive-Manufacturing-Prozess
Additive Fertigung mit Metallen (MAM) ist die neueste Pulverformtechnologie, die für Rapid Prototyping bekannt ist. MAM ermöglicht die Herstellung von Produkten mit komplexen Eigenschaften, die mit anderen Verfahren nicht realisierbar sind. AM benötigt außerdem keine Formen, was insbesondere bei kleinen Produktchargen von Vorteil ist.
Die meisten additiven Fertigungsverfahren für Metalle folgen diesen Schritten:
- Zuerst verteilen Sie eine Schicht Metallpulver auf einer flachen Oberfläche.
- Anschließend schmilzt und sintert ein Metall-3D-Drucker das Pulver mithilfe eines Laser- oder Elektronenstrahls an bestimmten Koordinaten.
- Nachdem eine Schicht fertig ist, fügen Sie eine weitere Schicht Pulver hinzu.
- Der Laser- oder Elektronenstrahl sintert das Pulver weiterhin gemäß dem programmierten Design.
- So wird das Produkt Schicht für Schicht aus dem Pulver aufgebaut.
Der ASTM F2792-Standard klassifiziert 7 verschiedene Arten von additiven Fertigungstechnologien:
- Pulverbettfusion
- Binderdüsen
- Gerichtete Energiedeposition
- Blattlaminierung
- Materialextrusion
- Materialstrahl
- Bottich-Photopolymerisation
Kaltisostatisches Pressverfahren
Kaltisostatisches Pressen (CIP)ist, wie der Name schon sagt, ein Materialverarbeitungsverfahren, das bei Raumtemperatur durchgeführt wird. Es eignet sich für Komponenten mit einem großen Längen-Breiten-Verhältnis, komplexen Formen oder Anforderungen an eine gleichmäßige Dichte.
Normalerweise beginnt man damit, ein Metallpulver in eine flexible Form zu füllen. Dazu taucht man die Form in Öl oder Wasser, um sie zu pressen.
Die Form wird von allen Seiten unter Druck gesetzt, sodass die Gründichte relativ gleichmäßig ist.
Beim herkömmlichen Pressen ist die Form verschleißanfällig. Daher besteht sie meist aus Werkzeugstahl oder Hartmetall und ist teuer.
Im Gegensatz dazu bestehen kaltisostatische Pressformen aus Gummi oder Polyurethankautschuk und sind günstiger.
Der Nachteil von CIP besteht darin, dass es schwierig ist, Teile mit präzisen Abmessungen herzustellen. Wenn Sie Produkte mit Maßgenauigkeit wünschen, müssen die Sinterteile Sekundärverarbeitung.
Beim kaltisostatischen Pressen gibt es zwei Formgebungsarten: Nasssack und Trockensack.
Heißisostatisches Pressverfahren
Heißisostatisches Pressen (HIP) ist ein Verfahren, bei dem Teile in einem Schutzgas (z. B. Argon oder Stickstoff) sowohl hohen Temperaturen (500–2000 °C) als auch isostatischem Druck (100–200 MPa) ausgesetzt werden.
Sie wissen vielleicht, dass das heißisostatische Pressen pulvermetallurgisches Produkt mit voller Dichte und ohne Poren.
Daher wird HIP häufig zum Verdichten von Metallspritzgussteilen und Gussteilen eingesetzt.
- Das Pulver wird in ein Gefäß mit einer Wandstärke von 2–3 mm gegeben, auf 300–500 °C erhitzt und anschließend evakuiert.
- Versiegeln Sie die Öffnung des Glases durch Elektroschweißen, was als Einkapselung bezeichnet wird.
- Sie stellen das verschlossene Gefäß in eine Heizkammer, um es zu erhitzen und leiten Argon oder Stickstoff durch, um es unter Druck zu setzen.
- Schließlich erhalten Sie nach dem Entfernen des Behälters durch CNC-Bearbeitung ein Produkt mit 100 % Dichte.
Heißpressverfahren
Heißpressen kombiniert die Schritte Pressen und Sintern in einem. Bei diesem Verfahren wird ein Pulver in eine Matrize gegeben und gleichzeitig Hitze und Druck ausgesetzt. Im Gegensatz zum isostatischen Pressen ist das Heißpressen einachsiges Pressen.
Das Heißpressen wird hauptsächlich bei der Herstellung von Diamantwerkzeugen, Reibmaterialien und Sputtertargets angewendet.
In den meisten Fällen läuft der Herstellungsprozess von Diamantwerkzeugen wie folgt ab:
- Metallpulver und Diamantpartikel werden gemischt und in eine Graphitform gefüllt.
- Anschließend wird ein elektrischer Strom durch die Form geleitet und das Pulver vom Besitzer erhitzt.
- Wenn die vorgegebene Temperatur erreicht ist, verdichtet die Presse das Pulver zu Grünlingen.
Außerdem stehen die grünen Teile in enger Beziehung zu Druck und Temperatur.
Pulverwalzverfahren
Walzen ist ein traditionelles metallurgisches Herstellungsverfahren, das häufig in Stahlplatte Produktion. Es glättet Stahlblöcke, indem es sie durch Walzen führt, um die gewünschte Dicke zu erreichen.
Walzen kann in der Pulvermetallurgieindustrie eingesetzt werden.
Pulverwalzen ist eine Pulverformungstechnik, bei der Pulver durch Walzen in dünne Platten umgewandelt und anschließend gesintert wird.
Um eine höhere Dichte zu erreichen, wird das gesinterte Produkt manchmal erneut warmgewalzt und anschließend abgekühlt.
Sprühformverfahren
Sprühformen ähnelt dem Gaszerstäubungsprozess und ist ein Near-Net-Shape-Prozess.
Die Metallflüssigkeit zerfällt unter Hochdruckgas in feine Tröpfchen. Diese Tröpfchen werden dann auf einem Substrat abgelagert, bauen sich allmählich auf und erstarren schließlich.
Das Sprühformen bietet mehrere Vorteile:
- Das fertige Produkt weist eine feine Struktur auf, was zu guten mechanischen Eigenschaften führt.
- Hohe Tropfentemperaturen gewährleisten eine sofortige Haftung auf dem Substrat und verhindern eine Oberflächensegregation.
- Die endgültige Produktdichte kann 98 % übersteigen.
- Durch Sprühformen können in einem Schritt nahezu endkonturnahe Produkte hergestellt werden, was die Produktionskosten senkt.
- Zur Herstellung von Produkten können Verbundwerkstoffe verwendet werden.
Allerdings ist dies auf die Formen der herstellbaren Produkte beschränkt. Zu den üblichen Formen zählen zylindrische Knüppel, Platten und Hohlrohre.
Sintern von losem Pulver
Beim Sintern von losem Pulver wird das Pulver in eine Graphit- oder Keramikform gefüllt und vibriert, um die Packungsdichte und Integrität zu verbessern. Pulver und Form werden dann gemeinsam in den Sinterofen geschickt. Dies ist die wichtigste Herstellungsmethode von gesinterte poröse Filter.
