Sintern Hochlegierter Sinter-Werkstoff erreicht relative Dichte von 98%

Mit der Formgebungsmethode Sintern können Unternehmen Geld sparen - jedoch ist das Wissen über dieses Verfahren eher gering. Der Prozess wurde bisher durch eine Porosität des Werkstückes von 10-15% begrenzt. Mit dem zum Patent angemeldeten Werkstoff Weardens können Werkstücke jetzt im herkömmlichen Sinterprozess mit höherer Verschleißbeständigkeit und Dichte hergestellt werden, ohne dass eine verteuernde Nachbehandlung nötig ist.

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Beim Sintern wird Metallpulver in einem Werkzeug unter extrem hohem Druck zu fertig geformten Werkstücken gepresst. Ihre Stärke erhalten die Werkstücke in einem Ofen, in dem sie auf einem langen Förderband bei Temperaturen unmittelbar unter dem Schmelzpunkt erhitzt werden. Das Verfahren eignet sich besonders gut für Werkstücke mit einem andernfalls hohen Bearbeitungsgrad und findet in hohem Maß in der Autoindustrie Anwendung, wo mit diesem Verfahren unter anderem Zahnräder für Getriebekästen hergestellt werden.

Ein im Sinterverfahren hergestelltes Werkstück ist ein wenig porös, denn der Prozess wird dadurch begrenzt, wie hart das Pulver zusammengepresst und wie lange das Werkstück gesintert werden kann. In den meisten Fällen ist das ohne Bedeutung“, erklärt Sten Millot, Entwicklungsleiter von FJ Sintermetal. „In einigen Fällen wird jedoch ein Werkstoff mit hoher Verschleißbeständigkeit und hoher Dichte verlangt - in der Regel, wenn ein Werkstück entweder hohem Druck oder großem Verschleiß ausgesetzt wird. Und genau diese Eigenschaften erhält man, wenn der neue Werkstoff Weardens eingesetzt wird“.

Die Ursache hierfür liegt in der besonderen Zusammensetzung des Werkstoffses, einem Chrom-Vanadium-Wolfram-Molybdän-Stahl mit beigemengten Additiven. Sie ermöglicht die hohe Dichte und die Bildung harter Karbide während des Sinterns.

Zielgerichtete Werkstoffforschung für den Sinter-Schnellstahl

Vor der Präsentation des neuen Patents lag eine intensive Forschungs- und Entwicklungsarbeit, die sich über mehr als ein Jahr erstreckte. Sten Millot: „Einer der spannenden Aspekte beim Sintern ist, dass wir das Pulver für die Produktion selber mischen. Das bedeutet, dass wir in der Lage sind, die Eigenschaften eines Werkstücks vorher zu definieren. Das gibt uns natürlich eine Reihe von Möglichkeiten und genau darum haben wir uns in den vergangenen Jahren mit großer Aufmerksamkeit der Zusammensetzung der Legierungselemente im Pulver gewidmet. Wir sind sogar in der Lage, einen Werkstoff maßzuschneidern, damit die Eigenschaften sehr genau zu der Aufgabe und dem entsprechenden Umfeld passen.“

Vor diesem Hintergrund ist das Unternehmen nun in der Lage, den hoch legierten Werkstoff Weardens vorzustellen, mit dem im konventionellen Sinterverfahren Komponenten mit einer relativen Dichte von gut 98 % hergestellt werden können. Der Werkstoff hat vor allem Schneidwerkzeuge und Verschleißteile in Hydrauliksystemen im Focus, die sowohl verschleißbeständig als auch hart sein müssen.

Dank der einzigartigen Zusammensetzung des Werkstoffes erübrigt sich der alternative und verteuernde Vakuumprozess, der früher für eine hohe Dichte notwendig war. Auch andere Formen der Wärmebehandlung oder verteuernde Nachbehandlungsprozesse wie spanabhebende Bearbeitung in der konventionellen Industrie sind nun überflüssig. Es ist jedoch möglich, den Verarbeitungsprozess bei z.B. Schneidewerkzeugen mit einem formgebenden und toleranzjustierenden Schleifprozess des fertigen Werkstücks abzuschließen.

„Unsere Erwartungen an Weardens sind hoch und wir freuen uns darauf, es unseren Kunden anzubieten“, sagt Sten Millot. „Es ist einzigartig, dass man in so wenigen Arbeitsprozessen und in einem herkömmlichen Sinterprozess die Porosität des gesinterten Metallwerkstücks von den üblichen 10-15 % auf weniger als 2 % reduzieren kann. Thermodynamische Berechnungen mit Thermo-Calc, bei denen der berechnete Masseanteil von Gleichgewichtsphasen als Funktion der Temperatur dargestellt werden kann, zeigen ein Ausfällen von Mo, W, V und Cr Karbiden während des Sinterprozesses“.

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