Optimierung von MIM-Sinterteilen

Der Metallpulverspritzguss (Metal Injection Moulding, MIM) ist ein etabliertes Verfahren zur Herstellung komplexer metallischer Bauteile in hohen Stückzahlen. Trotz hoher Präzision weisen die Bauteile jedoch aufgrund des Prozesses immer eine gewisse Restporosität auf, was die Auslegung und den Festigkeitsnachweis erschwert. Im Forschungsprojekt »PoroMIM« untersucht das Fraunhofer IFAM gemeinsam mit dem Institut für Werkstoffanwendungen im Maschinenbau der RWTH Aachen (IWM) den Zusammenhang zwischen Porosität und Schwingfestigkeit von MIM-Sinterteilen. Untersucht werden die beiden Werkstoffvarianten 17-4PH und 42CrMo4. Die Herstellung der Grün- und Sinterteile sowie deren Charakterisierung erfolgt am Fraunhofer IFAM. Anschließend werden die Proben am IWM mechanisch geprüft. Das Projekt hat zum Ziel, eine umfassende Wissensgrundlage aufzubauen, die den Zusammenhang zwischen Restporosität und mechanischen Eigenschaften beleuchtet, um MIM-Bauteile effizienter auszulegen und die Wirtschaftlichkeit zu steigern.

 

Aktuelle Herausforderungen bei MIM-Sinterteilen

MIM-Sinterteile sind aufgrund ihrer Prozesskette immer mit einer gewissen Restporosität behaftet. Diese inneren Defekte wirken sich auf die Festigkeit aus – ein Aspekt, der in herkömmlichen Normen für Maschinenbauteile – wie der FKM-Richtlinie –bislang nicht berücksichtigt wird. Während der Einfluss von Oberflächendefekten gut untersucht ist, fehlen belastbare Daten zum Einfluss der inneren Porosität auf die zyklische Festigkeit. Dies führt in der Praxis zu hohen Sicherheitsfaktoren, erhöhtem Rohstoffverbrauch und erschwerter Verarbeitung. Hier setzt das Projekt an: Es soll den Zusammenhang zwischen Porosität und Schwingfestigkeit systematisch erfassen und ein Berechnungskonzept entwickeln, das eine anforderungsgerechte und wirtschaftliche Auslegung ermöglicht.

 

Projektziele und Vorgehen

Im Projekt »PoroMIM« werden anhand von zwei typischen MIM-Werkstoffen (17-4PH und 42CrMo4) die Auswirkungen der Restporosität auf die Festigkeit unter zyklischer Belastung untersucht. Der Fokus liegt auf der Schwingfestigkeit, da viele Maschinenbauteile zyklischen Beanspruchungen ausgesetzt sind.

Kernziele sind:

• Quantitative Bewertung des Einflusses von Porenanteil, -größe, -morphologie und -verteilung auf die Schwingfestigkeit.
• Entwicklung eines Berechnungskonzepts zur Auslegung dauerfester MIM-Bauteile.
• Ableitung von Empfehlungen zur Optimierung der Sinterparameter hinsichtlich akzeptabler Restporosität und gewünschter Festigkeit.

 

Über das Projekt

Projektpartner:

• Fraunhofer IFAM, Bremen: Verantwortlich für die Probenherstellung, Sinterung, metallografische und fraktografische Analysen sowie die Entwicklung des Berechnungskonzepts.
• Institut für Werkstoffanwendungen im Maschinenbau (IWM), RWTH Aachen: Durchführung der mechanischen Prüfungen und Unterstützung bei der Auswertung der Schwingfestigkeit.

 

Förderer:

Das Projekt wird gefördert durch die Forschungsgesellschaft Stahlverformung e. V. im Rahmen eines IGF-Vorhabens

 

Förderkennzeichen:

01IF23148N

 

Laufzeit:

01.10.2023 – 31.06.2026

 

Bedeutung und Ausblick

Mit den im Projekt gewonnenen Erkenntnissen können MIM-Bauteile künftig gezielter und wirtschaftlicher ausgelegt werden. Die Ergebnisse sind nicht nur für MIM-Hersteller, sondern auch für Anwender in der Automobil-, Maschinenbau- und Medizintechnikbranche von hoher Relevanz. Darüber hinaus lassen sich die entwickelten Methoden und Modelle auch auf andere sinterbasierte Fertigungsverfahren übertragen – ein wichtiger Schritt hin zu einer effizienteren, datenbasierten Bauteilauslegung in der Metallverarbeitung.