VL10 Flashcards
Urformen Definition
Fertigen eines festen Körpers aus formlosen Stoff durch Schaffen des Zusammenhalts
Urformen: Nenne die vier wesentlichen Untergruppen
- Urformen aus gas oder dampfförmigen Zustand
- Urformen aus flüssigem Zustand -> Gießen
- Urformen aus festem Zustand -> Pulvermetallurgie
- Urformen aus ionisiertem Zustand
Vorteile des Gießprozesses
Auch komplizierte Geometrien lassen sich realisieren
Hoher Freiheitsgrad bei der Gestaltung
Endkonturnah - geringer Aufwand zur Fertigbearbeitung
Werkstoff-Vielfalt = maßgeschneiderte Eigenschaften
Wirtschaftlichkeit
Hohe Werkstoffausnutzung und 100% Recyclebarkeit
Herausforderungen des Gießprozesses
Viele Verfahrensvarianten mit individuellen Grenzen und Möglichkeiten
Das Gießverfahren muss nach den Bauteilanforderungen ausgewählt werden
Gießen erfordert anforderungsorientiertes Design
Einteilung der Gießverfahren und konkrete Verfahrensvarianten
Welche Faktoren beeinflussen das Kristallwachstum im Gießprozess und wie tun sie dies
- Keimzahl (Impfen der Schmelze)
- Abkühlgeschwindigkeit
- Richtung der Wärmeabfuhr (Kristallwachstum um 180 Grad entgegengesetzt zur Wärmeabfuhr)
- Geringe Keimzahlen und langsame Abkühlgeschwindigkeit führen zu einem groben Gussgefüge
- eine große Anzahl von Keimen gekoppelt mit schneller Abkühlgeschwindigkeit führt zu einem feinkörnigeren Gefüge
Pulvermetallurgie
Verfahrensschritte
- Rohmaterial
- Pulverproduktion
- Pulververmischung
- Formgebung
- Pressen
- Sintern
- Nachbearbeitung
Hintergrund der Pulververmischung
Mit Schmiermittel mischen
-> zur Reduktion der Reibung beim Pressen und Ausstoßen des Grünlings
Was ist das Ziel des Sinterns?
Pulverpartikel (Grünling) verbinden sich durch Diffusion zu einem festen Bauteil
Warum entsteht schon vor dem Sintern ein poröses Gefüge?
Vor dem Sinter wird Schmiermittel ausgebrannt → Porosität
In der Nachbearbeitung werden durch plastische Deformation und Wärmebehandlung die wesentlichen mechanischen Eigenschaften des Bauteils eingestellt?
Was versteht man hierbei unter Härten und Anlassen?
- Härten: Randhärte soll nach dem Prozessschritt in etwa 60 HRC betragen (bei Zahnrädern) → Verbesserung der mechanischen Eigenschaften → nach dem Härten ist das Bauteil spröde → Anlassen
- Anlassen: Verbesserung der mechanischen Eigenschaften → nach dem Härten → Verringern der Härte, Steigerung der Zähigkeit→ zur Erreichung der optimalen mechanischen Eigenschaften muss gehärtet und anschließend angelassen werden
Vorteile der Pulvermetallurgie
- dämpfende Funktion
- Porosität im Bauteil zur Schmierung/Filterung
- Gute Oberflächenbeschaffenheit (endkonturnah, komplexe Gefüge möglich)
- Serienprdoktion ist kosten- und ressourceneffizient
- hohe Werkstoffvielfalt und Funktionsintegrität
Anforderungen an das Pulver
Pressbarkeit
Härtbarkeit
Sinterbarkeit
Wirtschaftlichkeit
Fließfähigkeit
Partikelgrößenverteilung
Füll- und Klopfdichte
Welche Faktoren beeinflussen die Pressbarkeit eines Werkstoffes?
Weicher Werkstoff geringer Pressdruck
Reine Metalle sind besser pressbar als Legierungen
Pulvermorphologie (spratzig, globular,…)
-> Je spratziger, desto mehr Reibung -> höherer Pressdruck erforderlich
Korngröße und -verteilung
Reibung
Wie verläuft die Prüfung der Pressbarkeit?
Rundproben / Rechtecksproben
Bestimmung der Verpressbarkeit für gegebene Presskräfte in 3 gemittelten Dichtemessungen
Beschrifte
Prüfung der Grünfestigkeit
3-Punkt Biegeversuch
Festigkeit eines gepressten, nicht gesinterten Bauteils
Was versteht man unter dem Sintern und was sind wesentliche Einflussgrößen?
Frage 1:
- Das Sintern ist eine Wärmebehandlung von aus Pulver bestehenden Materialien, welche unter der Einwirkung von Zeit, Temperatur und Druck gegenseitig Kontaktbrücken bilden.
Frage 2:
- Sauerstoffaffinität -> Oxidschicht Diffusionsbarriere
- Mögliche Notwendigkeit einer Schutzgasatmosphäre im Ofen
- Geringe Verzüge beim Sintern
Was wird durch die Härtbarkeit/den Anlassprozess erreicht?
Einstellung der mechanischtechnologischen Bauteileigenschaften
Benenne die Pulverformen und deren Haupteigenschaften
Nenne die drei wesentlichen Lgerieungstechniken der Pulvermetallurgie und nenne deren wesentlichen Punkte
Presstechnik - 3 Stadien des Pressvorgangs
Pressdruck Pressdichte
Verdeutliche die Abhängigkeiten anhand eines Diagramms
Welche drei Verdichtungsarten unterscheiden wir?
Erläutere den Effekt der Brückenbildung beim Verdichtungsvorgang
Die Pulverbrückenbildung entsteht häufig beim Füllen enger Querschnitte. Die feinen Pulverpartikel verhaken sich untereinander und bilden anschließend Hohlräume ungleichmäßig aus. Die Brücken blockieren den weiteren Teilchenfluss.
Nenne und erläutere die 4 Schritte beim Sintern
- Entbindern
- Zersetzung bzw. das Ausbrennen des Schmier- und Bindemittels
- Rauchabzug und damit einhergehend auch eine Abgasnachbehandlung ist häufig erforderlich, damit die Zersetzungsprodukte nicht die Sinteratmosphäre beeinträchtigen
- Sintern
- Wärmebehandlung eines Pulvers oder Kompaktkörpers (Grünling) bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Hauptbestandteils, um die Festigkeit durch Zusammenfügen der Partikel (Diffusion) zu erhöhen
- Wiederaufkohlen
- Abkühlen
Drei wirkende Diffussionsarten beim Sinterprozess
Volumendiffusion v
Oberflächendiffusion e
Korngrenzendiffusion b
- Ficksches Gesetz
Nenne vier Sinteröfen
Jeder Sinterofen benötigt eine Schutzatmosphäre, welche die Diffusion ermöglicht
Welche Schutzathmosphären werden bei welchen Pulvern verwendet?
- Pulver auf Fe-Basis: reduzierend - meist wasserstoffhaltig
- Pulver auf Al-Basis: inert - Stickstoff
Herausforderungen für den Ofenbau
3 Nachbearbeitungsverfahren der PM
Was bewirken die Nachbearbeitungsverfahren in der PM
Erhöhung der Maß- und Formgenauigkeit der Werkstückes
Erhöhung der Oberflächengüte des Werkstückes
Verbesserung der physikalischen Eigenschaften des Bauteils
Skizziere den Prozessverlauf des Pulverschmiedens
Nenne zwei wesentliche lokale Verdichtungsverfahren
- Kugelstrahlen
- Dichtwalzen
Der Einsatz von Dauerformen stellt besondere Herausforderungen an die anforderungsgerechte Konstruktion von Gussbauteilen. Nennen Sie eine Herausforderung und eine konstruktive Lösung. (2 Punkte)
Herausforderung an die anforderungsgerechte Konstruktion: Entformbarkeit des Fertigteils (1 Punkt) ____________________________________ Konstruktive Lösung: Formschrägen, Aushebeschrägen (1 Punkt)
a) Weshalb wird die Pulvermetallurgie zur Herstellung von Hartmetallen verwendet? (1 Punkt)
Aufgrund des unterschiedlichen Schmelzpunkts der Materialien sind Hartmetalle anders nicht herstellbar. (1 Punkt)
In der Sintertechnik bestehen verschiedene Möglichkeiten zur Legierungsbildung. Man unterscheidet zwischen mischlegierten Pulvern, fertiglegierten Pulvern und anlegierten Pulvern. Erläutern Sie zu jeder Pulversorte stichwortartig die Legierungsbildung. (3 Punkte)
Bei mischlegierten Pulvern werden mindestens zwei Pulverkomponenten unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung miteinander gemischt. Diese Pulver zeichnen sich durch eine gute Verpressbarkeit aus. Um eine völlige Homogenisierung des Sinterteils zu erreichen, sind aber hohe Sintertemperaturen und lange Sinterzeiten erforderlich. (1 Punkt)
Bei fertiglegierten Pulvern hat jedes Pulverteilchen die Legierungszusammensetzung des fertigen Sinterwerkstoffs. Die Presseigenschaften solcher Stahlpulver sind schlecht, die Ausnutzung der Legierungskomponenten ist dagegen optimal. (1 Punkt)
Die anlegierten Pulver werden in diffusions- und adhäsionslegierte Pulver unterteilt. Bei den diffusionslegierten Pulvern werden Eisenpulver und pulverförmige Legierungselemente gemischt. Anschließend wird dieses Mischpulver einer Glühung unterzogen, um einen Diffusionsverbund zwischen der Eisenbasis und dem feinkörnigen Legierungspulver herzustellen. Damit lassen sich während der Weiterverarbeitung Entmischungsvorgänge vermeiden. Solche Pulver, die u.a. von der Firma Höganäs nach dem Distaloy-Verfahren hergestellt werden, enthalten meist Ni, Mo und Cu als Legierungselemente in einem mit den Eigenschaften des Eisenpulvers und der zu erreichenden Festigkeit abgestimmten Verhältnis. (1 Punkt)
Wie wird wasserverdüstes Pulver hergestellt? Erklären Sie das Verfahren mit Worten oder alternativ mit einer Skizze. (1 Punkt)
Gusskonstruktionen müssen ____________________________________ und ____________________________________ ausgelegt werden
Gusskonstruktionen müssen beanspruchungsgerecht (1 Punkt) und bearbeitungsgerecht (1 Punkt) ausgelegt werden.
Ein hoher Pressdruck führt bei pulvermetallurgischen Bauteilen zu Vorteilen bei der weiteren Handhabung. Wie nennt man die Eigenschaft, die durch den Pressdruck positiv beeinflusst wird? Wie kann diese gemessen werden? (
Eigenschaft: Grünfestigkeit (1 Punkt) Messung durch: 3-Punkt-Biegeversuch (1 Punkt)
Gusskonstruktionen müssen beanspruchungsgerecht ausgelegt werden. Nennen Sie zwei Dinge, die hinsichtlich des Belastungszustands von Gussbauteilen zu beachten sind, um Bauteilversagen zu verhindern
Bei Gusskonstruktionen sollten Zugspannungen (1 Punkt) und Kerbwirkung (1 Punkt) vermieden werden.
