Mit neuer Technologie vom Pulver zum Metallwerkstück Dichter und fester sintern

Redakteur: Luca Meister

Besser, billiger und energiesparender als bisher ist die neue Sinter-Technik, die an der TU Wien entwickelt wurde. Beim Herstellen von Metallwerkstücken aus pulverförmigen Komponenten wird der dafür notwendige Kohlenstoff nun auf eine ganz neue Weise eingebracht. Präsentiert wurde diese technologische Neuheit erstmals auf der Hannover Messe 2014, im Rahmen der «Industrial Green Tec».

Firmen zum Thema

Wärmebehandlung des Pulvers: Christian Gierl-Mayer vor dem Kaltwandofen.
Wärmebehandlung des Pulvers: Christian Gierl-Mayer vor dem Kaltwandofen.
(Bild: TU Wien)

mei. Verschiedene Pulverkomponenten werden gemischt, in die gewünschte Form gepresst und erhitzt, sodass ein solides Metallobjekt mit hoher Festigkeit und höchster Präzision entsteht – von Ventilteilen und Zahnrädern bis hin zu ganzen Komponenten für Getriebe. Diese Technik – das Sintern – spielt in der Metallindustrie heute eine sehr wichtige Rolle. Seit Jahrzehnten ist die Technische Universität Wien führend an der Weiterentwicklung dieser Technologie beteiligt, oft in intensiver Zusammenarbeit mit den wichtigsten Firmen der Branche.

Eine neue Erfindung der TU Wien ermöglicht es nun, Kohlenstoff nicht mehr in Form von Grafit, sondern als Eisenkarbid zuzuführen. Dadurch wird das Material dichter und fester, der Energiebedarf bei der Pulverproduktion kann in bestimmten Fällen um mehr als 50 Prozent gesenkt werden, die Staubentwicklung und das Entmischungsrisiko in der Teilefertigung werden reduziert, und das Material kann weit besser an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden.

Bildergalerie

Kohlenstoff richtig einbauen

Um hohe Festigkeiten zu erzielen, wird bei der Herstellung von Werkstücken aus Stahl neben Eisen und anderen Metallen immer auch Kohlenstoff verwendet. Beim Sintern wird der Kohlenstoff meist in Form von einfachen Grafit-Teilchen beigemengt. Das führt allerdings zu Problemen: «Wenn das gepresste Werkstück dann erhitzt wird, löst sich der Kohlenstoff und verbindet sich mit dem Eisen», erklärt Prof. Herbert Danninger, Dekan der Fakultät für Technische Chemie der TU Wien. Dadurch entsteht dann ein kleiner Hohlraum an der Stelle, an der sich das Grafit-Körnchen befunden hat, das Endprodukt wird poröser und weniger fest.

«Wir haben eine Methode entwickelt, den nötigen Kohlenstoff bereits in einer Eisen-Verbindung hinzuzufügen», erklärt H. Danninger. Die Eisen-Kohlenstoff-Verbindung, der sogenannte Zementit, ist verhältnismässig hart und schwierig zu pressen, doch durch eine ganz spezielle Wärmebehandlung wurde das nun möglich.

Billiger und umweltfreundlicher

Das Ersetzen von Grafit durch Zementit hat viele Vorteile: Es verbessert nicht nur die Materialeigenschaften, es führt auch zu einer drastischen Reduktion der Staubentwicklung und des Risikos von Entmischungseffekten bei der Produktion. Die neue Technik erlaubt, auf kostengünstigere Ausgangsmaterialien zurückzugreifen als bisher, und ein ganz entscheidender Vorteil ist die Energieersparnis: In bestimmten Schritten kommt man mit 50 Prozent der Energie aus, die man bisher aufwenden musste. <<

(ID:42646222)