A144

Verformung- und Versagensverhalten einsatzgehärteter hochdichter PM-Stähle

(A144 S 24/01/00)

Laufzeit der Forschungsarbeiten: 1. Juli 2000 - 31. Mai 2005

Pulvermetallurgisch (PM) hergestellte Bauteile werden heute in sehr großer Stückzahl insbe-sondere als Massenteile eingesetzt. Durch das mehrstufige Herstellungsverfahren, das im We-sentlichen aus dem Verpressen des aufbereiteten Pulvers und dem Sintern besteht, können bei optimierter Prozessführung sehr kostengünstig auch komplex gestaltete Bauteile in großen Mengen so präzise hergestellt werden, dass sie ohne weitere Nachbearbeitung verwendet wer-den können. Herstellungsbedingt sind pulvermetallurgische Bauteile aber solchen Bauteile, die aus schmelzmetallurgisch erzeugten Halbzeugen gefertigt wurden, unterlegen. Zwar wurden in letzter Zeit durch verbesserte Ausgangspulver optimierte fertigungstechnische Randbedingun-gen und neue Press- und Sinterverfahren wie das Warmpressen und die Hochtemperatur-Sinterung erhebliche Fortschritte erzielt. Es ist aber nach wie vor schwierig und nur mit erhebli-chem technischen und finanziellen Aufwand möglich, hochbeanspruchbare Bauteile sintertech-nisch herzustellen.

Das vorliegende Forschungsvorhaben hatte deshalb das Ziel, die Grundlagen für den Einsatz der Sintertechnik auch zur Herstellung hochbeanspruchter Bauteile auf eine wissenschaftliche Grundlage zu stellen. Hierzu wurden die PM-Stähle Fe1,5Mo2Cu+0,25%C, Fe3Cr0,5Mo+0,30%C und Fe4Ni1,5Cu0,5Mo+0,25%C ausgewählt.

Das Verformungs- und Versagensverhalten von Proben aus diesen PM-Stählen wurde grundlegend analysiert. Die Untersuchungen erfolgen zunächst an nur gesinterten Biegeproben, die mit modernsten Pressverfahren und Sinteröfen unter Einbezug optimierter Einsatzhärtebedingun-gen hergestellt wurden. Dabei wurden in kostengünstiger Einfachsintertechnik höchst beanspruchbare Sinterstahlzustände hergestellt. Für diese Proben wurde das Kerbschlagbiege- und das monotone sowie das zyklische Verformungs- und Versagensverhalten unter Biegebeanspruchung ermittelt. In den folgenden Untersuchungsabschnitten wurden dann die Randbedingungen für das Einsatzhärten der Proben untersucht, daraus die Parameter für eine optimierte Einsatzhärtung der jeweiligen Werkstoffe festgelegt und schließlich Proben der verschiedenen Versuchswerkstoffe mit diesen Parametern einsatzgehärtet. Anhand dieser Proben wurde dann das Lebensdauerverhalten der einsatzgehärteten Zustände der Versuchswerkstoffe unter Biegebeanspruchung bestimmt.

Im letzten Arbeitsschritt des Forschungsvorhabens schließlich wurde überprüft, ob und mit welchem Bewertungsverfahren die an den Proben gewonnenen Erkenntnisse auf komplexe Bauteile übertragen werden können. Hierzu wurden Zahnräder aus den Versuchswerkstoffen pulvermetallurgisch hergestellt, die im Zahnfußbereich vergleichbare mikrostrukturelle Zustände aufwiesen wie die Biegeproben. Die zyklische Zahnfußfestigkeit dieser Zahnräder im nur gesinterten und im einsatzgehärteten Zustand wurde analysiert. Über die Ermittlung der Zahnfußspannung nach DIN 3990 gelang es, die Ermüdungsfestigkeitswerte der Biegeproben auf die Versuchszahnräder zu übertragen.

Forschungsstelle 1:
Institut für Werkstoffkunde 1 Universität Karlsruhe (Iwk1)
www.iwk1.uni-karlsruhe.de
 
Forschungsleiter 1:
Prof. Dr.-Ing. K.H. Lang
 
vorgelegt vom Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e.V., (VDMA für FKM), Frankfurt

Das Forschungsvorhaben wurde gefördert von der Stiftung Stahlanwendungsforschung im Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft e.V.

Bezugsquelle Schlussbericht:
bitte wenden Sie sich an die AVIF