DE102008035854B4

DE102008035854B4 - Process for the production of compacts

Info

Publication number: DE102008035854B4
Application number: DE102008035854A
Authority: DE
Inventors: Fabian Dipl.-Ing. Lange; Bernd-Arno Prof. Dr.-Ing. Behrens; Edin Dipl.-Ing. Gastan
Original assignee: Leibniz Universitaet Hannover
Current assignee: Leibniz Universitaet Hannover
Priority date: 2008-08-01
Filing date: 2008-08-01
Publication date: 2011-05-05
Anticipated expiration: 2028-08-02
Also published as: WO2010012462A1; DE102008035854A1; EP2307161A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Werkstücken oder Presslingen umfassend die Schritte
a. Bestimmen der Dichtenverteilung in einem Werkstück oder Pressling;
b. Ermitteln der Position und Form mindestens eines Elements zur Beeinflussung der Dichteverteilung im Werkstück oder Pressling;
c. Einbringen von mindestens einem Element an mindestens eine im Schritt b) bestimmte Position des zu sinternden Werkstückes oder der Vorform;
d. Verdichten des zu sinternden Werkstückes oder der Vorform, um einen Pressling zu erhalten, wobei das mindestens eine eingebrachte Element die Dichteverteilung im Pressling verändert.Method for producing workpieces or compacts comprising the steps
a. Determining the density distribution in a workpiece or compact;
b. Determining the position and shape of at least one element for influencing the density distribution in the workpiece or compact;
c. Introducing at least one element to at least one position determined in step b) of the workpiece or preform to be sintered;
d. Compacting the workpiece or preform to be sintered to obtain a compact, wherein the at least one introduced element alters the density distribution in the compact.

Description

Verfahren zur Herstellung von PresslingenProcess for the production of compacts

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von Presslingen. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Presslingen, wobei nach Bestimmung der Dichten im Werkstück die Position und Form mindestens eines Elements zur Beeinflussung der Dichteverteilung im Werkstück ermittelt wird und durch Einbringen von diesem mindestens einem Element an eine vorbestimmte Position des Werkstücks oder Vorform, dessen Dichteverteilung beeinflusst wird. Dieses Werkstück oder Vorform wird dann zur Herstellung des Presslings verdichtet, um anschließend z. B. gesintert zu werden.The present invention relates to processes for the production of compacts. More particularly, the present invention relates to a method for producing compacts, wherein after determining the densities in the workpiece, the position and shape of at least one element for influencing the density distribution in the workpiece is determined and by introducing this at least one element to a predetermined position of the workpiece or preform whose density distribution is affected. This workpiece or preform is then compressed to produce the compact, then z. B. to be sintered.

In einem weiteren Aspekt richtet sich die vorliegende Erfindung auf diese erfindungsgemäßen Verfahren erhältliche Werkstücke, insbesondere Halbzeuge oder Bauelemente.In a further aspect, the present invention is directed to workpieces obtainable by these methods according to the invention, in particular semi-finished products or components.

Stand der TechnikState of the art

Die Pulvermetallurgie befasst sich mit der Gewinnung von Pulvern aus Metallen, Metalllegierungen und Metallverbindungen (z. B. Carbiden, Boriden, Siliciden, Nitriden, Oxiden und Metallen) und deren Verarbeitung zu Halbzeugen und Fertigteilen, wie Bauelementen.Powder metallurgy is concerned with the extraction of powders from metals, metal alloys and metal compounds (eg carbides, borides, silicides, nitrides, oxides and metals) and their processing into semi-finished and finished parts, such as components.

Bei diesem Urformverfahren werden Pulver mit Korngrößen – je nach Herstellungsverfahren – unter 0,5 mm (etwa 0,1 bis 500 μm) in Formwerkzeugen zumeist mechanisch verdichtet und im Allgemeinen bei hohen Temperaturen durch Sintern unter Schutzgas zu Fertigteilen verfestigt.In this primary molding process powders with particle sizes - depending on the manufacturing process - below 0.5 mm (about 0.1 to 500 microns) in molds usually mechanically compacted and generally solidified at high temperatures by sintering under inert gas to finished parts.

Das Pressen wird bei Raumtemperatur (Kaltpressen), verschiedentlich aber auch bei höheren Temperaturen (Heißpressen) in Formen aus verschleißfestem bzw. auch warmfestem Stahl vorgenommen.The pressing is carried out at room temperature (cold pressing), but also at various temperatures (hot pressing) in molds made of wear-resistant or heat-resistant steel.

Die Sintertemperatur (zum Zusammenwachsen der Teilchen durch Diffusion) liegt bei Einstoffsystemen etwa in der Größenordnung von 2/3 bis 4/5 der absoluten Schmelztemperatur in Grad Celsius des Metalls, bei Mehrstoffsystemen oft oberhalb des Schmelzpunkts der niedrigstschmelzenden Komponente. Bei heterogenem Aufbau der Pulvermischung kann schon eine geringe Menge an flüssiger Phase vorliegen. Allerdings muss ein durchgreifendes Aufschmelzen vermieden werden.The sintering temperature (for coalescence of the particles by diffusion) is in the case of one-component systems on the order of 2/3 to 4/5 of the absolute melting temperature in degrees Celsius of the metal, in multi-component systems often above the melting point of the lowest-melting component. With a heterogeneous structure of the powder mixture, even a small amount of liquid phase may be present. However, a thorough melting must be avoided.

So werden Bronzen u. a. z. B. bei 600°C bis 800°C gesintert, Eisenlegierungen zwischen 1000°C und 1300°C, Hartmetalle bei 1400°C bis 1600°C und die hochschmelzenden Metalle wie Molybdän, Wolfram, Tantal, zwischen 2000°C und 2900°C.So bronzes u. a. z. Sintered at 600 ° C to 800 ° C, iron alloys between 1000 ° C and 1300 ° C, hard metals at 1400 ° C to 1600 ° C and the refractory metals such as molybdenum, tungsten, tantalum, between 2000 ° C and 2900 ° C. ,

Mit Zunahme des Pressdrucks (üblicherweise im Bereich von 500 bis 1000 MPa), der Sinterzeit und der Sintertemperatur sowie mit Abnahme der Korngröße nimmt die Dichte des Presslings bzw. des Werkstücks zu, bis zu dem Erzielen eines nahezu porenfreien Werkstücks.As the pressing pressure increases (usually in the range of 500 to 1000 MPa), the sintering time and the sintering temperature, and the grain size decreases, the density of the compact increases to the point of achieving a virtually non-porous work.

Entsprechend sind die gewünschten Porositätsgrade durch Variieren der genannten Parameter gezielt einstellbar.Accordingly, the desired degree of porosity can be selectively adjusted by varying the mentioned parameters.

Zur Herstellung der Fertigteile oder Halbzeuge wird überwiegend die Formgebung durch Kaltpressen in formgebenden, verschleißfesten Werkzeugen durchgeführt, um einen Pressling zu erhalten. Zur besseren Verdichtbarkeit des Pulvers wird aber auch ein Heißpressen oder ein Drucksinterverfahren eingesetzt.To produce the finished parts or semi-finished products, the shaping is predominantly carried out by cold pressing in shaping, wear-resistant tools in order to obtain a compact. For better compressibility of the powder but also a hot pressing or a pressure sintering method is used.

Alternativ gibt es die Verfahren des Explosionsverdichtens, des Strangpressens und Pulverwalzens der aus Pulver bestehenden Vorform. Eine Formgebung ohne Verdichtung ist ebenfalls möglich, indem die Pulver durch einfaches Schütten oder durch Einbringen von Pulveraufschwemmungen in Flüssigkeiten (Schlickergießen) in die Form eingebracht werden und diese dann ohne Verdichten gesintert werden.Alternatively, there are the methods of explosion compaction, extrusion and powder rolling of the powder preform. Shaping without compaction is also possible by introducing the powders into the mold by simple pouring or by introducing powder suspensions into liquids (slip casting) and then sintering them without compaction.

Als Ergebnis werden sehr poröse Werkstücke nach dem Sintern erhalten, wie z. B. Metallfilter. Mit steigendem Pressdruck nehmen das Verdichtungsverhältnis und entsprechend auch die Dichte, sowie die Raumausfüllung zu und der Porösitätsgrad entsprechend ab. Da die Druckfortpflanzung in Pulvermischungen infolge der Verluste durch Reibung und Verformung nicht, wie bei Flüssigkeiten, gleichmäßig erfolgt, ist zur Erzielung einer möglichen einheitlichen Verdichtung und damit auch einer einheitlichen Werkstoffbeschaffenheit die Höhe des Presslings bzw. sein Höhen/Durchmesser-Verhältnis auf etwa 2:1, in günstigen Ausnahmefällen auf 3:1 begrenzt. Zur gleichmäßigen Verdichtung von mehrstufigen Teilen sind zwangsläufig aufwendige Werkzeuge mit mehreren Stempeln mit unterschiedlichen Verfahrenswegen erforderlich. Bei spröden Werkstoffen wiederum wird zu besseren Verdichtung vor allem bei Pulvern das Heißpressen angewendet.As a result, very porous workpieces are obtained after sintering, such as. B. metal filter. With increasing pressure, the compression ratio and accordingly also the density and the space filling increase and the degree of porosity decreases accordingly. Since the pressure propagation in powder mixtures due to the losses due to friction and deformation is not uniform, as with liquids, the height of the compact or its height / diameter ratio is about 2 to achieve a uniform uniform compaction and thus a uniform material composition: 1, limited to 3: 1 in exceptional cases. For uniform compression of multi-stage parts inevitably complex tools with multiple punches with different process paths are required. In the case of brittle materials, hot pressing is used for better compaction, especially for powders.

Bei Verbundwerkstoffen wird zum Erzielen einer hohen Verdichtung bei relativ geringem Pressdruck das Drucksintern eingesetzt. Zu einer besseren Verdichtung führt ebenfalls das isostatische Pressen, bei dem ein Probekörper in verschlossener plastischer Hülle (Gummihülle) in einer Kompressionsflüssigkeit durch Beaufschlagung mit einem Kolben allseits einem sehr hohen Druck ausgesetzt wird. Höhere, bei schwierig verpressbaren Pulvern erforderliche Pressdrücke können auch durch Explosionsverdichten erreicht werden.For composite materials, pressure sintering is used to achieve high compression at relatively low pressure. Isostatic pressing also leads to a better compaction, in which a test specimen in closed plastic envelope (rubber sheath) in a compression fluid is subjected to a very high pressure by application of a piston on all sides. Higher press pressures required with difficult to compress powders can also be achieved by explosion compression.

Ein Problem von gesinterten Werkstücken ist deren Festigkeitseigenschaft. Bei Werkstücken spielt die Riss- bzw. Bruchneigung eine wichtige Rolle. Dabei hat z. B. die Porosität des Werkstücks einen Einfluss auf die Bruchzähigkeitswerte von gesinterten Werkstücken. Aber auch Fremdteile, sowie alle Gefügebereiche mit sich sprunghaft ändernden Eigenschaften, wie z. B. Phasengrenzen, werden als negative Faktoren für die Riss- bzw. Bruchneigung angesehen. Daher wird üblicherweise versucht, das Pulver so homogen wie möglich zu gestalten. D. h., es wird allgemein davon ausgegangen, dass aufgrund des Vorhandenseins von Fremdteilen oder Pulver mit heterogenen Bestandteilen unterschiedlicher Durchmesser die Rissneigung zunimmt und somit die Festigkeit des Werkstücks verschlechtert ist.A problem of sintered workpieces is their strength property. For workpieces, the crack or break tendency plays an important role. It has z. For example, the porosity of the workpiece has an influence on the fracture toughness values of sintered workpieces. But also foreign parts, as well as all structural areas with rapidly changing properties, such. B. phase boundaries, are considered as negative factors for the crack or breakage tendency. Therefore, it is usually tried to make the powder as homogeneous as possible. That is, it is generally considered that, due to the presence of foreign matter or powder having heterogeneous components of different diameters, the tendency of cracking increases and thus the strength of the work is deteriorated.

Die DE 196 07 709 beschreibt z. B. ein keramisches Kompositmaterial, das sich durch ungezieltes Einbringen von verschiedenen Partikelgrößen den Umstand zu Nutze macht, dass hierdurch zwar eine Festigkeitsverbesserung des Bauteils auftritt, aber durch das diskontinuierliche Gefüge aus Bestandteilen kleineren Durchmessers und Bestandteilen größeren Durchmessers die größere Gefügebestandteile als bruchauslösende Fehlstellen wirken. Dadurch ist das hierin beschriebene Schleifpapier besonders beständig und lange einsetzbar.The DE 196 07 709 describes z. As a ceramic composite material that makes the fact by untargeted introduction of different particle sizes the advantage that this indeed an improvement in the strength of the component occurs, but act through the discontinuous structure of components of smaller diameter and components larger diameter, the larger structural components as fracture-inducing defects. As a result, the sandpaper described herein is particularly durable and long-lasting.

Aus der EP 406 578 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Sinterkörpers aus Aluminiumoxid und teilstabilisierendem Zinkoxid und die Herstellung eines Pulvers zur Sinterung bekannt. Hierbei wird die notwendige Homogenität der beiden Bestandteile hervorgehoben. Des Weiteren wird durch das gezielte Einbringen von Zirkoniumoxid eine Teilstabilisierung des Sinterkörpers hervorgerufen. Allerdings wird das Zirkoniumoxid nicht lokal eingesetzt, sondern dem Aluminiumoxid insgesamt zugemischt und liegt dann statistisch verteilt vor.From the EP 406 578 For example, a method for producing a sintered body of alumina and partially stabilizing zinc oxide and the production of a powder for sintering is known. Here, the necessary homogeneity of the two components is emphasized. Furthermore, the targeted introduction of zirconium oxide causes a partial stabilization of the sintered body. However, the zirconium oxide is not used locally, but added to the alumina in total and is then present statistically distributed.

Es besteht nach wie vor ein großer Bedarf an einer Verbesserung der Festigkeitseigenschaften und eine Beeinflussung des Sinterverzugs und eine Rissbildung und einen Bruch des Werkstückes entgegen zu wirken.There is still a great need for improving the strength properties and influencing the sintering distortion and to counteract cracking and fracture of the workpiece.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren bereitzustellen, bei denen die gezielte Dichtebeeinflussung von Presslingen die Festigkeitseigenschaften später zu fertigender Werkstücke erhöht und somit die Eigenschaften des Werkstücks oder Bauelements homogenisiert.The invention has for its object to provide methods in which the targeted density influence of compacts increases the strength properties later to be produced workpieces and thus homogenized the properties of the workpiece or component.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung solcher Werkstücke mit verbesserten Festigkeitseigenschaften und verminderter Riss- bzw. Bruchneigungen.Another object of the present invention is to provide such workpieces having improved strength properties and reduced cracking tendencies.

Erfindungsgemäß wird dies mit einem Verfahren erreicht, bei dem in einem ersten Schritt die Dichteverteilung eines z. B. Werkstücks oder eines Presslings bestimmt wird. Dann wird die Position und Form mindestens eines Elements zur Beeinflussung der Dichteverteilung im Werkstück oder Presslings ermittelt. Anschließend wird dieses mindestens eine Element an mindestens eine vorbestimmte Position im zu sinternden Werkstück oder Vorform eingebracht und anschließend das zu sinternde Werkstück bzw. die Vorform verdichtet, um einen Pressling zu erhalten.According to the invention, this is achieved by a method in which, in a first step, the density distribution of a z. B. workpiece or a compact. Then, the position and shape of at least one element for influencing the density distribution in the workpiece or compact is determined. Subsequently, this at least one element is introduced to at least one predetermined position in the workpiece or preform to be sintered and then the workpiece to be sintered or the preform compacted to obtain a compact.

Diese eingebrachten Elemente können aufgrund seiner Position, seiner Form und seiner Größe die Dichteverteilung im Pressling derart verändern, dass die Rissneigung oder Bruchneigung reduziert und somit eine Festigkeitssteigerung erreicht wird, indem die Dichteverteilung im Werkstück homogener ist.Due to its position, its shape and its size, these introduced elements can change the density distribution in the compact in such a way that the crack inclination or tendency to break is reduced and thus an increase in strength is achieved in that the density distribution in the workpiece is more homogeneous.

Vorliegend wurde festgestellt, dass im Gegensatz zur allgemeinen Auffassung durch das Einbringen von Elementen vorbestimmter Form und Größe in vorbestimmten Positionen des Formstücks aus dem Pulver die Dichteverteilung im Werkstück verbessert wird und die gezielte Verwendung bestimmter Formen und Größen der Elemente zur Dichtebeeinflussung des Werkstücks führt, was wiederum eine gezielte Beeinflussung und Verbesserung der Festigkeitseigenschaften nach sich zieht.In the present case, it has been found that contrary to the general opinion by introducing elements of predetermined shape and size in predetermined positions of the molding of the powder, the density distribution in the workpiece is improved and the targeted use of certain shapes and sizes of elements for density control of the workpiece leads, which In turn, a targeted influencing and improving the strength properties entails.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren weiterhin den Schritt des Sinterns des verdichteten Presslings bzw. des zu sinternden Werkstücks.In a preferred embodiment, the method according to the invention further comprises the step of sintering the compacted compact or the workpiece to be sintered.

Die Verdichtung des Formwerkstücks aus Pulver kann gemäß bekannten Pressverfahren erfolgen. Möglich sind die Presslingserzeugung für Sinterbauteile, heißisostatisches Pressen, kaltisostatisches Pressen, Matrizenpressen bzw. Axialpressen (einseitig/zweiseitig).The compaction of the molded workpiece from powder can be carried out according to known pressing methods. It is possible to produce the compacts for sintered components, hot isostatic pressing, cold isostatic pressing, die pressing or axial pressing (one-sided / two-sided).

Im Folgenden wird unter Pulver ein Haufwerk von Teilchen, üblicherweise mit Teilchengrößen kleiner als 1 mm verstanden, wie in der EN ISO 3252 definiert.In the following, powder is understood to mean a cluster of particles, usually having particle sizes smaller than 1 mm, as defined in EN ISO 3252.

Unter Dichteverteilung wird der mengenmäßige Nachweis von unterschiedlichen Dichten innerhalb eines gepressten oder gesinterten Körpers verstanden.By density distribution is meant the quantitative detection of different densities within a pressed or sintered body.

Sintern ist dabei eine Wärmebehandlung von Pulvern oder Presskörpern bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes des Grundwerkstoffes, um die Festigkeit durch metallurgische Bindung seiner Partikel untereinander zu erhöhen.Sintering is a heat treatment of powders or pressed bodies at temperatures below the melting point of the base material to increase the strength by metallurgical bonding of its particles with each other.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das mindestens eine einzubringende Element einen mindestens zehnfachen Durchmesser des mittleren Durchmessers des Pulvers auf, wie mindestens einen Durchmesser von 0,1 mm. Unter Durchmesser bzw. Dicke wird dabei bei kugel- oder plättchenförmigen Elemente der Durchmesser und bei eckigen oder kantigen Formen die Dicke bezogen auf die senkrecht zur Pressrichtung verlaufenden Achse verstanden, wobei diese Ausdrücke synonym verwendet werden.In a preferred embodiment, the at least one element to be introduced has an at least ten times the diameter of the average diameter of the powder, such as at least a diameter of 0.1 mm. Under diameter or thickness is understood in the case of spherical or platelet-shaped elements of the diameter and angular or edged forms the thickness with respect to the axis extending perpendicular to the pressing direction axis, these terms being used synonymously.

Weiterhin bevorzugt weist das mindestens eine einzubringende Element eine maximal Dicke von 50 mm auf.Further preferably, the at least one element to be introduced has a maximum thickness of 50 mm.

Unter mittlerem Durchmesser des Pulvers wird der gemittelte Durchmesser des zu pressenden Pulvers verstanden.The mean diameter of the powder is the average diameter of the powder to be pressed.

Bevorzugt liegt der Durchmesser bzw. die Dicke des Elements zwischen 0,1–10 mm.Preferably, the diameter or the thickness of the element is between 0.1-10 mm.

In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Form des mindestens einen einzubringenden Elements ein nicht-kantiges Element. Dieses nicht-kantige Element kann insbesondere in Form von Linsen, Kugeln, gegebenenfalls offenen Ringen, Geflechten oder Stäben vorliegen.In one embodiment of the invention, the shape of the at least one element to be introduced is a non-angular element. This non-angular element may be present in particular in the form of lenses, spheres, optionally open rings, braids or rods.

Alternativ können die einzubringenden Elemente auch eine eckige Form aufweisen.Alternatively, the elements to be introduced may also have a polygonal shape.

Die Anzahl und Form der einzubringenden Elemente in einem Werkstück oder Sinterwerkstoff können variieren. Es können sowohl Linsen als auch Kugeln in einem Werkstück vorliegen. Die Anzahl der einzubringenden Elemente ist nicht besonders eingeschränkt. Bevorzugt wird mindestens ein Element, wie mindestens zwei Elemente eingebracht. Die Menge der einzubringenden Elemente und deren Form und Größe wird bei der Ermittlung der Dichteverteilung im Werkstück oder Pressling bestimmt.The number and shape of the elements to be introduced in a workpiece or sintered material may vary. There may be both lenses and balls in a workpiece. The number of elements to be introduced is not particularly limited. At least one element, such as at least two elements, is preferably introduced. The amount of elements to be introduced and their shape and size is determined when determining the density distribution in the workpiece or compact.

Die einzubringenden Elemente werden dabei im Zentrum oder der Nähe von zu beeinflussende Stellen platziert, wie sie durch die Bestimmung der Dichteverteilung erkannt wurden.The elements to be introduced are placed in the center or in the vicinity of places to be influenced, as they were detected by the determination of the density distribution.

Die Bestimmung der Dichteverteilung kann mit üblichen Verfahren erfolgen, z. B. mit einem Computertomographieverfahren oder durch Messung der Absorption von Gamma Strahlen.The determination of the density distribution can be done by conventional methods, for. B. with a computed tomography method or by measuring the absorption of gamma rays.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das mindestens eine einzubringende Element dieselbe Dichte wie das verdichtete Pulver in der Umgebung des Elements auf.In a further preferred embodiment of the method according to the invention, the at least one element to be introduced has the same density as the compacted powder in the vicinity of the element.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weisen die Elemente denselben thermischen Ausdehnungskoeffizienten wie das Pulver auf.In a particularly preferred embodiment, the elements have the same thermal expansion coefficient as the powder.

Das Element kann dabei eines sein, aus dem gleichen Material wie das Pulver besteht. Alternativ kann das einzubringende mindestens eine Element aus einem anderen Material bestehen. So kann dieses Element je nach Anforderung z. B. ein magnetisches Element sein oder ein Sensorelement. Diese können z. B. als Drehzahlmesssensor verwendet werden.The element can be one of the same material as the powder. Alternatively, the at least one element to be introduced may consist of a different material. So this element depending on the requirements z. B. be a magnetic element or a sensor element. These can be z. B. be used as a speed sensor.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es unter Einbringung der Elemente in vorbestimmter Form, Größe und Position die Dichteverteilung des Werkstücks positiv zu beeinflussen und diese Dichteverteilung homogener zu gestalten. Daraus resultiert eine Verringerung des Sinterverzuges und eine Erniedrigung der Rissneigung des Werkstücks und somit eine damit einhergehende Festigkeitssteigerung.The method according to the invention makes it possible to positively influence the density distribution of the workpiece by introducing the elements in a predetermined shape, size and position and to make this density distribution more homogeneous. This results in a reduction of the sintering delay and a reduction in the tendency of the workpiece to crack and thus a concomitant increase in strength.

In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung Werkstücke bzw. Presslinge bereit, erhältlich nach mindestens einem erfindungsgemäßen Verfahren. Diese Werkstücke zeichnen sich durch angepasste Dichteverteilung und einer geringeren Riss- bzw. Bruchneigung aus.In a further aspect, the present invention provides workpieces or pellets obtainable according to at least one method according to the invention. These workpieces are characterized by an adapted density distribution and a lower tendency to crack or breakage.

Bevorzugt handelt es sich bei diesen Werkstücken bzw. Sinterwerkstoffen um Halbzeuge oder Bauelemente, insbesondere handelt es sich bei den Werkstücken bzw. Sinterwerkstoffen um Bauelemente oder Halbzeuge, wie Zahnräder, Gleitlager, Keramiken, Lagerschalen, Zahnriemenscheiben, oder Komposit-Werkstücke bzw. Komposit-Werkstoffe.These workpieces or sintered materials are preferably semi-finished products or components, in particular the workpieces or sintered materials are components or semi-finished products, such as toothed wheels, slide bearings, ceramics, bearing shells, toothed belt pulleys, or composite workpieces or composite materials ,

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.In the following the invention will be explained in more detail with reference to the attached figures.

1 zeigt die Dichteverteilung eines Querschnitts eines Werkstücks, hier eine Zahnriemenscheibe. Wie man erkennen kann, liegen Bereiche niedriger Dichte und somit Schwachstellen bzw. Bereiche erhöhter Rissneigung in den inneren Übergangsbereichen. 1 shows the density distribution of a cross section of a workpiece, here a toothed belt pulley. As can be seen, there are areas of low density and thus weak points or areas of increased tendency to crack in the inner transition areas.

Durch gezieltes Einbringen von Partikeln kann die Dichteverteilung im Werkstück gezielt beeinflusst werden.By targeted introduction of particles, the density distribution in the workpiece can be specifically influenced.

In der 2 wird ein Einbringen von kugelförmigen Elementen dargestellt. Die Veränderung der Dichteverteilung gegenüber der Darstellung in der 1 wird deutlich. Gleiches ist den 3 bis 8 zu entnehmen. Hier wurden Elemente verschiedener Form und Größe in das Werkstück eingebracht und die verbesserte Dichteverteilung dargestelltIn the 2 an introduction of spherical elements is shown. The change of the density distribution compared to the representation in 1 becomes clear. The same is the 3 to 8th refer to. Here, elements of different shape and size were introduced into the workpiece and the improved density distribution is shown

Beispielhaft wurde eine Zahnriemenscheibe entsprechend der Norm ISO 13050 gefertigt. Dabei wurde ein ECKA Alumix 13 Aluminiumpulver verwendet mit einer mittleren Partikelgröße von 75 μm. Hergestellt werden soll eine PKW – Zahnriemenscheibe (Zahnkopfdurchmesser 56 mm, Höhe 24 mm, Außendurchmesser 56 mm; Innenbohrung 16 mm; Innenhöhe 20 mm), Innerer Absatz 5 mm, Zahnkranzdicke 3 mm) mit einem Pressdruck von 600 MPa bei Raumtemperatur mit einer Presse SMS Meer E 200. Es wurde mit Hilfe eines Mehrstempeladapters, der das unabhängige Verfahren der Stempel bei unterschiedlichen Verfahrenwegen ermöglicht, gepresst.By way of example, a toothed belt pulley was manufactured in accordance with the ISO 13050 standard. An ECKA Alumix 13 aluminum powder was used with an average particle size of 75 μm. A car pulley (tooth head diameter 56 mm, height 24 mm, outer diameter 56 mm, inner bore 16 mm, inner height 20 mm), inner shoulder 5 mm, tooth rim thickness 3 mm) with a pressure of 600 MPa at room temperature with a press SMS is to be produced Meer E 200. It was pressed by means of a multi-stamp adapter, which allows the independent method of the stamps in different ways.

Dann wurde mit einem Gamma Stahlen Absorptionsgerät eine Dichteverteilung in einer Zahnriemenscheibe vorgenommen, siehe 1. Die Bereiche der zu beeinflussenden Dichteverteilung wurden der FIG entsprechend lokalisiert und der Funktion „Relative Dichte abhängig vom Winkel” (Auf einem Bogen mit festem Radius für alle Partikeldurchmesser) entsprechend angepasst.Then, with a Gamma Stahlen absorption apparatus, a density distribution was made in a timing pulley, see 1 , The regions of the density distribution to be influenced were localized according to the FIG and adapted accordingly to the function "relative density depending on the angle" (on a curve with a fixed radius for all particle diameters).

Hiernach wurden die Pressmatritze mit dem oben genannten Pulver gefüllt und wie oben beschreiben die Zahnriemenscheibe hergestellt.Thereafter, the press pad were filled with the above-mentioned powder, and as described above, the toothed belt pulley was manufactured.

Nunmehr wurden entsprechend an jedem Zahn umlaufend zwei Kugeln (Al₂O₃) mit 1 mm im äußeren Zahnkranz sowie an der Aufnahme eine Kugel (Al₂O₃) mit 0,5 mm platziert.Now, two balls (Al ₂ O ₃ ) with 1 mm in the outer ring gear as well as a ball (Al ₂ O ₃ ) with 0.5 mm were placed correspondingly on each tooth.

Hiernach wurden die Pressmatritze mit dem oben genannten Pulver gefüllt und wie oben beschreiben die Zahnriemenscheibe aufgefüllt. Anschließend wurde nochmalig eine Dichteverteilungsmessung mit dem Gammastrahlen Absorptionsgerät vorgenommen. (4).Thereafter, the press pad were filled with the above-mentioned powder and filled as described above, the toothed belt pulley. Subsequently, a density distribution measurement was again made with the gamma ray absorption device. ( 4 ).

Die Dichte konnte wie gewünscht beeinflusst werden.The density could be influenced as desired.

Weiter wurden sowohl kugelförmige als auch linsenförmige Formen bzw. unterschiedlicher Größen oder Positionen des einzubringenden Elements eingesetzt. Wie aus den 2 bis 8 deutlich wird, kann durch Form, Größe und Position der einzubringenden Elemente die Dichteverteilung in unterschiedlicher Art und Weise positiv beeinflusst werden. Dadurch können auch komplexe Werkstücke als Werkstücke ausgebildet werden und die bisher bekannten Begrenzungen bezüglich Höhe/Durchmesser-Verhältnis des Presslings zum Erzielen einheitlicher Werkstoffbeschaffenheit und einheitlicher Verdichtung, können erweitert werden.Further, both spherical and lenticular shapes or different sizes or positions of the element to be introduced were used. Like from the 2 to 8th becomes clear, the density distribution can be positively influenced in different ways by form, size and position of the elements to be introduced. As a result, complex workpieces can be formed as workpieces and the previously known limitations in terms of height / diameter ratio of the compact to achieve uniform material properties and uniform compression can be extended.

Dabei macht man sich den Umstand zu nutze, das entsprechend einzubringende Elementen, bedingt durch ihre Form und Größe bei Interaktion mit kleineren Teilchen, eine bestimmte Verdrängungsfunktion hervorrufen, durch die man die Dichten innerhalb des Bauteils gezielt beeinflussen kann. Wie aus den 9 und 10 deutlich wird, haben kugelförmige einzubringende Elemente in Abhängigkeit des Winkels Einfluss auf die Dichte in ihrer Umgebung.In doing so, one makes use of the circumstance that corresponding elements to be introduced, due to their shape and size when interacting with smaller particles, cause a certain displacement function by means of which the densities within the component can be influenced in a targeted manner. Like from the 9 and 10 becomes clear, spherical elements to be introduced depending on the angle influence on the density in their environment.

So kann eine eindeutige Dichtesteigerung in Richtung Presskraft-Flussrichtung in Abhängigkeit des Winkels erreicht werden. Betrachtet man die relative Dichte in Abhängigkeit von Winkel auf einem Bogen mit festem Radius, wie in der 11 dargestellt, so ist ebenfalls erkennbar, dass in Abhängigkeit des Winkels sowie in Abhängigkeit der Partikelgröße eine gezielte Beeinflussung der Dichte erfolgt. Die Oberflächenrauheit der einzubringenden Elemente kann ebenfalls gezielt einen Einfluss auf den Dichteverlauf nehmen, wie in der 13 gezeigt.Thus, a clear increase in density in the direction of pressing force flow direction can be achieved depending on the angle. Considering the relative density as a function of angle on a fixed radius arc, as in the 11 it can also be seen that a specific influence on the density takes place as a function of the angle and as a function of the particle size. The surface roughness of the elements to be introduced can also have a targeted effect on the density profile, as in the 13 shown.

Dadurch können z. B. Dichteungleichmäßigkeiten, wie in 2 bis 8 dargestellt, aus entsprechenden Bereichen beeinflusst und kompensiert werden.As a result, z. B. density nonuniformity, as in 2 to 8th represented, be influenced from corresponding areas and compensated.

Auch die Verwendung nicht kugelförmiger Partikel kann entsprechend weitergehend das Werkstück positiv beeinflussen. Es wurde überraschend festgestellt, dass durch Einbringen von Partikeln die Rissneigung nicht negativ beeinflusst wird, sondern, im Gegenteil durch die mit der Dichteegalisierung einhergehende Festigkeitssteigerung die Rissneigung und die damit verbundene Bruchneigung verbessert ist. Hierzu wird auch auf die 14 und 15 verwiesen, in denen die Rissneigung dargestellt als Risskriterium in Prozent bei einem Zahnrad dargestellt ist. 14 zeigt die Rissneigung in einer Zahnriemenscheibe ohne zusätzlich eingefügtem Element; die 15 zeigt das Risskriterium bei kugelförmig eingebrachten Elementen, hierbei wird insbesondere auf die Verbesserungen in den Risikobereichen an den Übergangsstellen der inneren Ausbuchtungen hingewiesen.The use of non-spherical particles can accordingly further positively influence the workpiece. It was surprisingly found that by introducing particles, the tendency to crack is not adversely affected, but on the contrary by the increase in strength associated with the density adjustment, the tendency to crack and the associated tendency to breakage is improved. This is also on the 14 and 15 referenced, in which the crack tendency is shown as a crack criterion in percent of a gear is shown. 14 shows the tendency to crack in a toothed belt pulley without additionally inserted element; the 15 shows the crack criterion for spherically introduced elements, in which reference is made in particular to the improvements in the risk areas at the transition points of the inner bulges.

Claims

Method for producing workpieces or compacts comprising the steps a. Determining the density distribution in a workpiece or compact; b. Determining the position and shape of at least one element for influencing the density distribution in the workpiece or compact; c. Introducing at least one element to at least one position determined in step b) of the workpiece or preform to be sintered; d. Compacting the workpiece or preform to be sintered to obtain a compact, wherein the at least one introduced element alters the density distribution in the compact.

The method of claim 1, further comprising the step of sintering the workpiece or compact to be sintered obtained in step d).

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one element to be introduced at least a diameter or a thickness of at least 0.1 mm.

Method according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the at least one element to be introduced has an average diameter or thickness of at most 50 mm.

Method according to at least one of claims 1 to 4, wherein the elements to be introduced have an average diameter or an average thickness between 0.1-10 mm perpendicular to the pressing direction axis.

Method according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the at least one element to be introduced is a non-angular element, in particular in the form of lenses, spheres, optionally open rings, braids or rods.

Method according to at least one of claims 1 to 5, characterized in that the at least one element to be introduced has an angular shape.

Method according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that the at least one element to be introduced has the same thermodynamic expansion coefficient as the powder.

Method according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that the at least one element to be introduced has the same density as the compacted powder in the vicinity of the element.

Method according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that at least one element is a different material from the powder, wherein this is a magnetic element or a sensor element.

Workpiece obtainable according to at least one method according to claims 1 to 10.

A workpiece according to claim 11, wherein it is a semi-finished product or a component.

A workpiece according to any one of claims 11 or 12, wherein it is a gear, a toothed belt pulley, a composite workpiece, a sliding bearing, a bearing shell or a ceramic.