Warmverdichtung

Herkömmliche Pulvermetallteile auf Eisenbasis haben in der Regel eine Dichte von 7.0 g/cm³. Wie lässt sich die Dichte von Pulvermetallteilen verbessern? Hierfür gibt es verschiedene Methoden:

Durch Warmverdichtung lässt sich die Dichte von Sinterteilen kostengünstig auf 7.4 g/cm³ steigern.

Durch sekundäres Pressen und Sintern können Sie die Dichte erhöhen Pulvermetallurgieteile auf 7.2–7.6 g/cm³, was allerdings zu Kostensteigerungen von ca. 70 % führt. Mit Kupferinfiltration lassen sich ebenfalls Dichten von 7.2–7.6 g/cm³ erreichen, wobei die Kostensteigerung bei ca. 35 % liegt. Pulverschmieden Damit lassen sich noch höhere Dichten von 7.6–7.8 g/cm³ erreichen, allerdings können sich dadurch die Kosten etwa verdoppeln.

Geschichte der Warmverdichtung

Warmverdichtung ist ein pulvermetallurgisches Verfahren, das in den 1990er Jahren kommerzialisiert wurde, um höhere Rohdichten als beim konventionellen Pressen zu erreichen. Durch Erhitzen des Pulvers oder des Werkzeugs verbessert das Verfahren die Kompressibilität und die Festigkeit des fertigen Bauteils. Ursprünglich von Unternehmen wie Hoeganaes mit Ancordense™-Pulvern weiterentwickelt, erfreute sich die Warmverdichtung in der Automobilindustrie großer Beliebtheit bei der Herstellung von Strukturteilen wie Zahnrädern und VVT-Komponenten.

Warmverdichtungsverfahren

Vermischung

Beim Mischen werden Metallpulver wie Eisen, Stahl oder Kupfer mit Schmiermitteln und Bindemitteln vermischt, um eine einheitliche Zusammensetzung zu erreichen. Schmiermittel reduzieren die Reibung beim Pressen und erleichtern das Lösen des Presslings aus der Matrize.

HEATING / HEIZEN

Für die Pulverzufuhr werden spezielle Pulvervorratstrichter, Pulverzufuhrrohre und Pulverbehälter verwendet. Diese Komponenten werden auf 130 °C erhitzt. Die Temperaturschwankung muss innerhalb von ±2.5 °C liegen.

Bei Temperaturen über 130 °C verschlechtern sich die Fließfähigkeit und Schüttdichte des Pulvers. Der Oberstempel wird üblicherweise mit einem Bandwiderstandsheizer und die Mittelmatrize üblicherweise mit einem Rohrheizer auf etwa 150 °C erhitzt. Unterstempel und Kernstab müssen in der Regel nicht beheizt werden.

Drücken

Das warme Pulver wird in eine beheizte Form gefüllt und unter hohem Druck (üblicherweise 400 bis 800 MPa) gepresst. Die hohe Temperatur trägt dazu bei, dass sich die Pulverpartikel neu anordnen und leicht plastisch verformen. Das Ergebnis ist ein Grünling, der dichter und fester ist als kaltgepresster.

Bei eisenbasierten Teilen liegt die Gründichte warmgepresster Presslinge üblicherweise bei etwa 7.3 g/cm³ und ist damit höher als bei herkömmlichen kaltgepressten Presslingen.

Sintern

Schließlich wird der Grünling gesintert. Er wird in einem Sinterofen auf hohe Temperaturen erhitzt, typischerweise 1120-1150°C für eisenbasierte Werkstoffe. Während der SinterprozessDie Metallpartikel werden metallurgisch gebunden, was die mechanische Festigkeit deutlich erhöht und die Porosität reduziert. Nach dem Sintern können zusätzliche Prozesse wie Kalibrieren, Wärmebehandlung, Oberflächenveredelung oder Bearbeitung erforderlich sein, um die endgültigen Maß- und Leistungsanforderungen zu erfüllen.

So funktioniert die Warmverdichtung

Das Erwärmen der Pulvermischung erhöht die Wirksamkeit des Schmiermittels und verringert die Reibung sowohl zwischen den Partikeln selbst als auch zwischen ihnen und der Matrizenwand. Die geringere innere Reibung erleichtert die Neuanordnung der Pulverkörner, während der reduzierte Widerstand an der Matrizenwand eine gleichmäßigere Verteilung der Presskraft und eine gleichmäßigere Dichte ermöglicht.

Darüber hinaus verbessert die Temperaturerhöhung auch die plastische Verformbarkeit des Metallpulvers. Die Synergie dieser Effekte erhöht die endgültige Gründichte.

Vorteile der Warmverdichtung

Kostengünstig

Warmpressen ist eine kostengünstige Technologie zur Herstellung leistungsstarker Teile aus Eisenpulvermetallurgie.

Dichte erhöhen

Die Dichte von pulvermetallurgischen Teilen auf Eisenbasis kann durch den Einsatz der Warmpresstechnologie üblicherweise 7.2–7.6 g/cm³ erreichen. Dies ist 0.15–0.3 g/cm³ höher als beim herkömmlichen einmaligen Press- und Sinterverfahren.

Stärke erhöhen

Im Vergleich zu herkömmlichen Pulvermetallurgieverfahren lässt sich die Dauerfestigkeit von durch Warmpressen hergestellten Teilen um 10–40 % und die Zugfestigkeit um 10 % steigern. Wenn Pulvermetallteile warmgepresst und gesintert und anschließend moderat nachgepresst werden, entsprechen ihre Dauerfestigkeitseigenschaften denen von Pulverwarmschmiedeteilen.

Reduzieren Sie die Entformungskraft

Durch das Warmpressverfahren wird die Entformungskraft um ca. 30 % reduziert.

Gleichmäßige Dichte

Zahnradteile werden im Warmpressverfahren hergestellt. Der Dichteunterschied zwischen Zahn und Zahnwurzel ist um 0.1–0.2 g/cm³ geringer als beim herkömmlichen Pressverfahren.

Anwendungen der Warmverdichtung

Turbinennabe

Durch Warmverdichtung kann die Dichte der Turbinennabe über 7.25 g/cm³ erreicht werden. Die Zugfestigkeit der warmverdichteten Turbinennabe kann über 800 MPa betragen. Im Vergleich zum Schmieden entfallen Bearbeitungs- und Wärmebehandlungsprozesse, was die Kosten um 30 % senkt.

Ausrüstung

Pulvermetallurgische Zahnräder, die im Warmverdichtungsverfahren hergestellt werden, bieten die Vorteile niedriger Kosten, hoher Dichte, gleichmäßiger Leistung und hoher Präzision.

Zu den üblichen Teilen zählen Getriebezahnräder für Kraftfahrzeuge, Zahnräder für Ölpumpen, Nocken, Kettenräder, Synchronisierer, Lenkturbinen, Motorzahnräder, Zahnräder für Elektrowerkzeuge, Schrägverzahnungen für Getriebe usw.

Pulvermetallurgie Magnetische Materialien

Der Warmverdichtungsprozess verbessert die magnetischen Eigenschaften von Materialien aufgrund der Erhöhung der Materialdichte erheblich und wird daher auch für pulvermetallurgische magnetische Materialien verwendet. Wie zum Beispiel Vorschaltgeräte für Leuchtstofflampen, Transformatorkerne, Niederfrequenzfilter und Drosselkerne.

FAQ

Was ist Warm Die Compaction?

Beim Warmformverdichtungsprozess erhitzen die Hersteller nur die Form (normalerweise auf 60–110 °C), ohne das Pulver vorzuwärmen.

Der Wirkmechanismus der Warmverdichtung ähnelt dem der Warmverdichtung. Aufgrund der niedrigeren Temperatur ist die erreichte Gründichte jedoch etwas geringer. Die Gründichte bei der Warmverdichtung liegt typischerweise 0.05–0.15 g/cm³ höher als bei der Trockenverdichtung und erreicht bis zu 7.4 g/cm³. Dank der hohen Gründichte und des geringen Schmiermittelgehalts (0.2–0.6 %) kann die Grünfestigkeit bis zu 35 MPa erreichen.