Sintermetall wird allgemein als umweltfreundliches Herstellungsverfahren anerkannt, bei dem Präzisionskomponenten aus Metallpulvern mit minimalem Materialabfall hergestellt werden.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren wie Gießen oder spanender Bearbeitung entstehen durch Sintern nahezu fertige Teile, die oft nur wenig oder gar keine Nachbearbeitung erfordern.
Diese Sintermetallprodukte kommen in zahlreichen Anwendungen zum Einsatz – von Automobilsystemen und Industriemaschinen bis hin zu medizinischen Geräten und Konsumgütern. In diesem Artikel erfahren Sie, was Sintermetall ist, wie es hergestellt wird und wo es eingesetzt wird.
Inhalte
Was ist ein Sintermetallprodukt?
Ihre Hersteller stellen pulvermetallurgische Teile her, indem sie Metallpulver verdichten und anschließend sintern (erhitzen), um die Partikel miteinander zu verbinden, ohne sie zu schmelzen. Zu den Sintermetallprodukten gehören gesinterte Strukturteile, Sintermetallbuchsen, Sinterfilter, Sinterkeramik und MIM-Teile.
Sintermetallwerkstoffe
gemeinsam Sintermetallwerkstoffe umfassen Eisen, Kupfer, Edelstahl, Titan usw.
Sintereisen
Eisen ist kostengünstig, bietet starke mechanische und magnetische Eigenschaften und wird häufig in Ihren Strukturkomponenten verwendet.
Gesinterter Edelstahl
Gesinterter Edelstahl bietet aufgrund seines hohen Chromgehalts eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit. Gängige Typen sind die Serien 300 und 400.
Gesintertes Kupfer
Gesintertes Kupfer und seine Legierungen zeichnen sich durch eine gute Korrosionsbeständigkeit sowie eine ausgezeichnete elektrische und thermische Leitfähigkeit aus. Gesintertes Kupfer wird häufig zur Herstellung selbstschmierender Sinterlager verwendet.
Gesintertes Nickel
Aufgrund der hohen Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit sind Nickelelemente häufig in Triebwerksteilen für die Luft- und Raumfahrt zu finden.
Gesintertes Titan
Titan und Titanlegierungen sind leicht, biokompatibel und bieten außergewöhnliche Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit.
Vor und während des Pulvermetall-Sinterprozesses
Wenn Sie den Prozess der Pulvermetallurgie verstehen, erhalten Sie Einblicke in den Sinterprozess.
Vermischung
Um die Bindungsstärke zwischen den Pulvern zu erhöhen, vermischen wir das Metallpulver gleichmäßig mit Bindemitteln.
Verdichten
Die losen Metallpulver werden unter hohem Druck (üblicherweise 400–800 MPa) gepresst, um die Form des Endprodukts zu erhalten. Allerdings ist die Bindung zwischen den Pulverpartikeln in diesem Stadium schwach, die Biegefestigkeit beträgt nur etwa 15 MPa und ist damit nur so stark wie Kreide. Das gepresste Metallpulver, der sogenannte Grünling, muss gesintert werden, um die gewünschten mechanischen und physikalischen Eigenschaften zu erreichen.
Sintern
Sintern ist in drei Hauptphasen unterteilt:
Vorsintern
Der Hauptzweck dieses Prozesses besteht darin, Bindemittel aus dem Grünling zu entfernen, um zu verhindern, dass diese die Bindung und Verdichtung der Pulver behindern.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Oxide auf der Oberfläche des Metallpulvers zu reduzieren.
Das Vorsintern erfolgt üblicherweise in der vorderen Reihe des Durchlaufsinterofens. Dabei liegt die Vorsintertemperatur häufig zwischen 500 und 900 °C.
Hochtemperatursintern
Einfach ausgedrückt handelt es sich beim Sintern um die atomare Bewegung von Pulverpartikeln bei hohen Temperaturen, wodurch der Abstand zwischen den Pulvern verkürzt und die Oberfläche reduziert wird.
Beim Hochtemperatursintern rücken die Pulverpartikel dichter zusammen, die Bauteildichte steigt und die mechanischen Eigenschaften verbessern sich.
Kühlung:
Gesinterte PM-Teile müssen langsam von Sintertemperaturen auf unter 100 °C abgekühlt werden, um thermische Spannungen abzubauen und Defekte durch schnelles Abkühlen zu vermeiden.
Vorteile des Sinterns
PCarts aus Sintermetall haben die folgenden wesentlichen Vorteile.
Nahezu Nettoform
Pulvermetallprodukte können komplexe Formen wie Zähne und Keilwellen direkt durch Matrizenverdichtung ohne sekundäre CNC-Bearbeitung erreichen.
Hohe Maßgenauigkeit
Die Maßtoleranz von Sintermetallteilen liegt typischerweise zwischen IT8 und IT9 und kann sich nach Dimensionierungsprozess.
Selbstschmierende Eigenschaften
Nach dem Sintern weisen Ihre Pulvermetallteile miteinander verbundene Poren auf, die mit Öl imprägniert werden können und so selbstschmierende Eigenschaften besitzen. Selbstschmierende Sinterbuchsen und Lager sind typische Beispiele.
Grüne Technologie
Das Pulvermetallurgieverfahren gilt als umweltfreundliches und nachhaltiges Herstellungsverfahren mit einer Materialausnutzungsrate von über 95 % und geringem Energieverbrauch.
Anwendungen von Sintermetall
PM-Teile werden in zahlreichen Branchen eingesetzt, beispielsweise in der Automobil- und Motorradindustrie, bei Haushaltsgeräten, Elektrowerkzeugen usw.
Motorrad
Vielleicht finden Sie auch einige Stoßdämpferteile, wie Ventile, Kolben und Führungen in Motorrädern, hergestellt durch Sintern.
Automobilindustrie
Automobile sind der größte Anwendungsmarkt für Sintermetallteile.
Ventilführungen
Ventilführungen Sorgen Sie für die korrekte Ausrichtung der Ventile im Brennraum und ermöglichen Sie so eine reibungslose vertikale Bewegung. Darüber hinaus leiten sie Wärme von den Ventilschäften zum Zylinderkopf ab, um die Wärme abzuleiten.
Hauptlagerdeckel
HauptlagerdeckelDie Kurbelwellenkappe, auch Kurbelwellenlager genannt, stützt die Kurbelwelle, ermöglicht eine reibungslose Rotation und verteilt die durch die Verbrennung im Motor erzeugten Lasten über den gesamten Motorblock.
Kurbelwellenrad
Kurbelwellenrad ist ein Zahnrad, das die Kurbelwelle mit der Steuerkette oder dem Steuerriemen verbindet und so die Synchronisierung von Nockenwelle und Kurbelwelle gewährleistet. Dies ist sehr wichtig, damit die Einlass- und Auslassventile in den richtigen Abständen öffnen und schließen.
Synchronisierteil
Pulvermetallgetriebe in Getrieben weisen eine hohe Zahngenauigkeit und Verschleißfestigkeit auf und sorgen für eine gleichmäßige und zuverlässige Drehmomentübertragung.
Wir fertigen Sinterteile für Synchronisierer, darunter:
- Synchronnabe
- Synchronisiersperrring
- Synchronmuffe
ABS-Ring
Die ABS-Sensorring ist eine Metallzahnradkomponente im Antiblockiersystem (ABS), die mit den Raddrehzahlsensoren zusammenarbeitet, um die Raddrehung zu überwachen und ein Blockieren der Räder beim Bremsen zu verhindern.
Haushaltsgeräte
PM ist kostengünstig und für die Massenproduktion geeignet. Ventilplatten für Luftkompressoren, Kolben und Pleuelstangen in Haushaltsgeräten.
Power Tools
Pulvermetallurgieverfahren ermöglichen enge Toleranzen und eine hohe Zahngenauigkeit und eignen sich für die Herstellung von Komponenten in Elektrowerkzeugen wie Winkelschleifern, Kettensägen und Nagelpistolen.
Kegelräder, Schraubräder und Planetengetriebe in Elektrowerkzeugen werden überwiegend von PM gefertigt.
Sintermetallfilter
Eine weitere Anwendung von Sintermetall ist Filtrationssystem. Nach dem Sintern bildet es miteinander verbundene Porenstrukturen, die dem Sintermetallfilter gleichmäßige Porosität, Filtrationsgenauigkeit im Mikronbereich und hohe Effizienz.
Sintern vs. Schmelzen
Obwohl sie aufgrund der Wärmeanwendung ähnlich erscheinen, unterscheiden sich Sintern und Schmelzen grundlegend hinsichtlich ihrer Mechanismen, Temperaturanforderungen, Anwendungen und Ergebnisse.
Temperatur
Sintern: Wird bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunkts des Metalls durchgeführt, im Allgemeinen 60 %–90 % des Schmelzpunkts.
Schmelzen: Wird bei Temperaturen über dem Schmelzpunkt durchgeführt, wodurch das Metall vom festen in den flüssigen Zustand übergeht.
Bindungsbildung
Sintern: Bindungen entstehen durch Diffusion, Halsbildung zwischen Partikeln und manchmal das Vorhandensein einer flüssigen Phase (Flüssigphasensintern).
Schmelzen: Bindungen entstehen beim Erstarren nach dem Abkühlen aus dem flüssigen Zustand.
Durch Sintern können die gewünschten mechanischen Eigenschaften erreicht werden, ohne das Metall vollständig zu schmelzen, was die Verarbeitung von Metallen mit hohen Schmelzpunkten erleichtert.
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FAQ
Was ist Sinterstahl?
Sinterstahl ist ein fester Werkstoff, der durch Pulvermetallurgie hergestellt wird. Dabei wird Stahlpulver unter hohem Druck verdichtet und in einem Ofen mit kontrollierter Atmosphäre bei einer Temperatur unterhalb seines Schmelzpunkts gesintert.
Beim Sintern verbinden sich die Metallpartikel durch atomare Diffusion und bilden eine dichte Struktur mit kontrollierter Porosität. Dieser Prozess ermöglicht die Herstellung mechanischer Teile mit komplexen Geometrien und engen Toleranzen.
Die Fähigkeit, nahezu endkonturnahe Komponenten mit minimalem Materialabfall herzustellen, macht es zu einer kostengünstigen Produktionsmethode für große Stückzahlen.
Was sind die Hauptanwendungen von Sintermetallen?
Sintermetalle werden aufgrund ihrer kostengünstigen Massenproduktion, hohen Materialausnutzung, gleichbleibenden Qualität und hohen Präzision häufig in der Automobil-, Industriemaschinen-, Haushaltsgeräte-, Luft- und Raumfahrt-, Medizin- und Filterindustrie eingesetzt.
Automobil:
Sintermetallteile finden breite Anwendung in Automobilmotoren, Getrieben und Bremssystemen. Zu den gängigen Teilen gehören Ölpumpenrotoren und -zahnräder, Nockenwellenversteller, Ventilsitze, Buchsen, Lager, Steuerkettenräder und -scheiben, Wasserpumpenflansche und Stoßdämpferkolben. Pulvermetallurgische Verfahren ermöglichen eine endkonturnahe Fertigung und bieten Kostenvorteile bei der Massenfertigung von Automobilteilen.
Industrielle Maschinen:
Sintermetallteile wie Riemenscheiben, Rotoren, Kupplungen und Strukturkomponenten werden aufgrund ihrer hohen Maßgenauigkeit und Verschleißfestigkeit in mechanischen Geräten, Robotern und Automatisierungssystemen eingesetzt.
Haushaltsgeräte:
Sintermetalle werden auch häufig in Haushaltsgeräten eingesetzt, beispielsweise als ölimprägnierte Buchsen in elektrischen Ventilatoren, Kompressorventilplatten und -scheiben in Kühlschränken und Zahnräder in Waschmaschinen.
Luft- und Raumfahrt:
Hochfeste Sinterlegierungen und Metall-Keramik-Verbundwerkstoffe werden in Flugzeugturbinenkomponenten, Lagern und Strukturteilen eingesetzt, bei denen es auf Gewichtsreduzierung und Zuverlässigkeit ankommt.
Medizinisch:
Gesinterte Titanlegierungen eignen sich aufgrund ihrer Biokompatibilität und hervorragenden Korrosionsbeständigkeit ideal für die Herstellung von chirurgischen Instrumenten, Zahnimplantaten und porösen orthopädischen Implantaten.
Filtration und Flüssigkeitskontrolle:
Poröse Sinterstrukturen aus Bronze, Edelstahl, Titan und Nickellegierungen werden in Filter- und Flüssigkeitskontrollsystemen eingesetzt. Ihre kontrollierte Porengröße ermöglicht präzise Filtration, Gasdiffusion und Druckausgleich.
Wie hoch ist die Sintertemperatur für Sintermetallprodukte?
Gesinterte Teile auf Eisenbasis:
Vorsintern: 600 °C → 720 °C → 900 °C (45 Minuten).
Hochtemperatursintern: 1120°C (45 Minuten).
Abkühlen: 120 Minuten.
Gesinterte Teile auf Kupferbasis:
Vorsintern: 500 °C → 600 °C → 700 °C (60 Minuten).
Hochtemperatursintern: 800°C (60 Minuten).
Abkühlen: 120 Minuten.
Gesinterte Edelstahlteile:
Vorsintern: 600 °C → 720 °C → 900 °C (60 Minuten).
Hochtemperatursintern: 1250°C (60 Minuten).
Abkühlen: 120 Minuten.
Gesinterte Kupfer-Eisen-Legierungsteile:
Vorsintern: 500 °C → 600 °C → 700 °C (60 Minuten).
Hochtemperatursintern: 900°C (60 Minuten).
Abkühlen: 120 Minuten.
Was sind Sinteratmosphären?
Die Atmosphäre ist ein Schlüsselfaktor im Sinterprozess und beeinflusst die mechanischen Eigenschaften, das Aussehen und die Korrosionsbeständigkeit Ihres Produkts. Zu ihren Hauptfunktionen gehören:
- Verhindern, dass Luft in den Ofen gelangt, um eine Oxidation des Produkts zu vermeiden.
- Hilft beim Entfernen von Bindemitteln von den Teilen.
- Reduzierung der Oxidschicht auf der Oberfläche des verdichteten Pulvers.
- Kontrolle des Kohlenstoffgehalts des Produkts.