Hochfeste Leichtbauwerkstoffe und Bauteile

© GKN Sintermetals GmbH

Nockenwellen-Lagerdeckel aus PM-Aluminium

© GKN Sintermetals GmbH

Beispiele von PM-Aluminiumbauteilen

© Fraunhofer IFAM Dresden

Mittels Spark Plasma Sintern kompaktierte Rohlinge/Halbzeuge (nahezu 100 % theoretische Dichte) aus rasch erstarrten Aluminiumflakes

Die nach wie vor anhaltende Nachfrage insbesondere der Automobilindustrie nach konsequenter Nutzung von Stoff- und Formenleichbau zur Gewichtsreduzierung von Fahrzeugen eröffnet interessante Möglichkeiten zum Einsatz von pulvermetallurgischen Aluminiumbauteilen. Einerseits ermöglicht die traditionelle Verarbeitung von Pulvermischungen im Formteilprozess (Pressen – Sintern - Kalibrieren) eine endkontur- und toleranzgenaue Fertigung komplexer Bauteile. Problemstellungen bei der sintertechnischen Verarbeitung von Aluminium ergeben sich vor allem durch seine sehr starke Affinität zu Sauerstoff und die Bildung stabiler Oxidschichten. Die erfolgreiche Entwicklung von pressfertigen Pulvermischungen (z. B. verschleißbeständige hartstoffhaltige Aluminiumsinterwerkstoffe) sowie von neuen Sintertechnologien (z. B. SLPS-Sintern) erlaubt heute die Massenproduktion von Bauteilen, die für einige Anwendungen bereits im Einsatz sind (z. B. Nockenwellen-Lagerdeckel und -Verstellsystem). Zu weiteren interessanten Anwendungsbeispielen gehören Zahnriemenräder, Kettenräder, Pumpenteile, Stoßdämpferführungsringe und Pleuel. Die bauteilspezifischen Werkstoffanforderungen zu erfüllen und die Abstimmung der pulvermetallurgischen Bauteilfertigung sind eine hohe werkstoffwissenschaftliche und pulvertechnologische Herausforderung.

Andererseits wird beim sog. PM-Halbzeugprozess aus einem hochwertigen Legierungspulver u.a. über Strangpressen ein 100% verdichtetes Halbzeug für die Weiterverarbeitung durch konventionelle Verfahren (z. B. Schmieden, Walzen) hergestellt. Für hochfeste Werkstoffe ermöglicht die Pulvermetallurgie durch erhöhte bzw. zusätzliche Legierungsgehalte die Herstellung ausscheidungsgehärteter AlZnMgCu-Legierungen mit Zugfestigkeiten von über 750 MPa in Kombination mit guter Duktilität und Bruchzähigkeit. Das Einbringen feinster keramischer oder intermetallischer Dispersoide in warmfeste Legierungen soll den Einsatz von Aluminium bei hohen Temperaturen bis ca. 400°C mit noch ausreichenden Festigkeiten ermöglichen. Verschleißfeste Legierungen zeichnen sich insbesondere durch hohe Siliziumgehalte aus. Pulvermetallurgische Al-Hochleistungswerkstoffe sind heute im Produktionsmaßstab für Serienanwendungen (z.B. Zylinderlaufbuchsen) verfügbar. Der Prozess vom Pulver zum Al-Bauteil ist keineswegs abgeschlossen, wie jüngere Entwicklungen zu Werkstoffdesign und Prozesstechnologie (z. B. Nutzung des Melt Spinning zur Rascherstarrung von Metallschmelzen, SPS (Spark Plasma Sintern) zur effizienten Vorverdichtung) zeigen.

Aufgrund der Kombination von geringer Dichte, hoher Schmelztemperatur, hoher Festigkeit und guter Korrosionsbeständigkeit wird Titan für viele Anwendungen in verschiedenen Industriebranchen bereits eingesetzt. Anfänglich wurde die pulvermetallurgische Route primär als eine Möglichkeit der kostengünstigen Herstellung von Near-net-shape-Bauteilen angesehen. Derzeitige intensive Forschungen und Entwicklungen von neuen Verfahren zur Erzeugung von Titanpulvern lassen eine deutliche Senkung der Titanpreise in naher Zukunft erwarten. Dann können sich neue Möglichkeiten zu einer pulvermetallurgischen Massenproduktion von Bauteilen aus Titanlegierungen eröffnen.