Mikromechanische Einflüsse beim Sintern von Grünlingen
Die aktuelle Entwicklung im Bereich der Materialverarbeitung ist gekennzeichnet durch die Ausarbeitung von Fertigungsmethoden, mit denen endkonturnahe Bauteile hergestellt werden können. Unter den Verfahren der Materialverarbeitung, die aus umwelttechnischer Sicht zu den akzeptablen Technologien gehören, wird die Pulvermetallurgie bei der Ausnutzung des vollständigen wirtschaftlichen Potenzials einer endkonturnahen Herstellung von komplex geformten Fahrzeugbauteilen als das vielversprechendste Verfahren angesehen. Die Mitglieder des PM-MACH-Projekts, das vom GROWTH-Programm des Fünften Rahmenprogramms gefördert wurde, haben effiziente Methoden zum Verdichten von Metallpulvern in einer mit Druck beaufschlagten geschlossenen metallischen Hohlform entwickelt. Das in die gewünschte Form verpresste Pulver, auch Grünling genannt, wird in dieser Hohlform unter einer Schutzatmosphäre erhitzt. Hierdurch entsteht das gewünschte endkonturnahe Bauteil. Um die Genauigkeit der Abmaße des Grünlings zu erhöhen und somit die erforderliche Nachbearbeitung nach dem Sintern auf ein Minimum zu reduzieren, haben die Projektpartner am Institut National Polytechnique de Grenoble Simulationen mit der Finiten-Element-Methode durchgeführt. Unter Verwendung der erforderlichen Materialgesetze war es ihnen möglich, die mikrostrukturellen Eigenschaften wie beispielsweise den zeitlichen Verlauf der Größenverteilung der Pulverpartikel sowie der Poren zu beschreiben. Zudem konnte die Endkontur des Bauteils vorhergesagt und die mechanischen Eigenschaften mit einer nie für möglich gehaltenen Genauigkeit bestimmt werden. Es stellte sich heraus, dass die Verformung des Grünlings während des Sinterns als Ergebnis der inhomogenen Beschaffenheit ein höchst anisotropes Verhalten aufweist. Aus diesem Grund wurden basierend auf Informationen, die unter anderem durch Dilatometerversuche und durch die Röntgenmikrotomografie gewonnen wurden, Materialgleichungen für anisotropes Materialverhalten aufgestellt. Diese Materialgleichungen enthalten verschiedene Parameter, die aus experimentellen Versuchsdaten ermittelt werden müssen. Sind diese Daten einmal bekannt, kann die Implementierung im Programmcode der Finiten-Element-Simulation problemlos durchgeführt werden.
