1. Welche Zielstellung wird beim Verdichten von Pulver verfolgt ?
Zielstellungen bei Verdichten von Pulver:
gleichmäßige Verdichtung des Pulverpresslings
Formtreue und Maßhaltigkeit des Bauteils
hohe Dichte der Sinterteile (geringer Porenraum)
hohe Produktivität und geringe Kosten
Formreichtum und große Bauteilabmessungen
2. Welche grundsätzlichen Verdichtungsarten werden dabei unterschieden?
Unterscheidung der Verfahren nach:
ohne Druckanwendung (Schüttdichte)
mit Druckanwendung (Pressdichte) ohne Temperatur
mit Druckanwendung (Pressdichte) und Temperatur
3. Welche (4 bis 5) Teilschritte erfolgen bei der Pulverformgebung (vor dem Sintern) ?
4. Welche (physikalischen) Eigenschaften ändern sich beim Pressen deutlich?
• Dichte
• Porosität
• Härte
• spezif. elektr. Leitfähigkeit
5. Was passiert beim Pressen des Pulvers mit dem Pulver?
Verdichtung durch Dreh- und Umordnungsvorgänge
Einstürzen von Brücken und Ausfüllen von Hohlräumen
Vergrößerung der Teilchenkontakte infolge plastischer Verformung
Glättung der Teilchenoberflächen
Aufreißen von Oxidhäuten
Bildung von Agglomeraten durch mechan. Verhaken
plastische Verformung und Kaltverfestigung
Zertrümmerung verformter Teilchen
steigende Adhäsionswirkung zwischen den Teilchen
Kaltverschweißungen durch Schubdeformation
6. Skizzieren Sie Presslingshöhe und Dichteverteilung nach ein- und zweiseitigem Pressen?
7. Wie verändern sich Presshöhe und Dichteverteilung?
Presshöhe verdoppelt sich
zweiseitiger Druck, d.h. beweglicher Ober und Unterstempel, erhöht die Höhe des Presskörpers
Ober- und unterhalb der ,,Pressneutralen“ entsteht eine spiegelbildliche Druck- und Dichteverteilung
8. Skizzieren Sie einen Pressling mit inhomogener Dichteverteilung durch die Geometrie!
ungleichmäßige Spannungsverteilung und Dichte bei kompliziert geformten Pressteilen
problematisch sind innenliegende Kanten, die Rissbildung beim Pressen und bei dynamischer Belastung begünstigen
9. Welche Gleitmittel werden beim Pulverpressen verwendet und wozu ?
Fest Stoffe die die Pressbarkeit verbessern die beim Sintern Ausgetrieben werden
↓ Reibung der Pulverteilchen untereinander und mit dem Werkzeug
↓ Pressdrücke
↓ Dichteunterschiede
↓ Verschleiß des Werkzeuges
10. Beschreiben Sie das isostatische Pressen und dessen Vorteile?
Isostatische Pressverfahren, bei denen der Pressdruck von allen Seiten (nahezu) ungehindert einwirkt, ermöglichen eine gleichmäßige und höhere Dichte des Grünlings.
11. Welche (vier) Möglichkeiten des Pressens bei erhöhter Temperatur kennen Sie?
12. Beschreiben Sie das Vorgehen zur endkonturnahen Formgebung?
13. Welchen Vorteil bietet das Spark Plasma Sintering (SPS) ?
- geringer Temperaturgradient
- gleichmäßiges Aufheizen der gesamten Probengeometrie
14. Beschreiben Sie den Ablauf und die Vorteile des Sinterschmiedens?
geringerer Material und Energieaufwand
mechanische Eigenschaften vergleichbar zu schmelzmetallurgisch hergestellten Knetlegierungen
isotrope Eigenschaften (im Gegensatz zum Gesenkschmieden)
15. Wann ist das Sinterschmieden dem Sintern oder konventionellen Fertigungsverfahren vorzuziehen?
Sehr hohe Stückzahlen
Die keine komplizierte Geometrie aufweißen
Geringes Gewicht
16. Was verstehen Sie unter indirekter Formgebung von Sinterteilen? Warum wird dies genutzt?
Die Endform eines gepressten Grünlings wird durch Zerspanungsprozesse vor dem eigentlichen Sintern erreicht.
Möglichkeiten: Außen- und Innendrehen, Bohren, Trennen, Senken, Profilschleifen, Planschleifen
Blöcke, Rundmaterial oder andere Ausgangsformen werden durch Pressmatrizen, Strangpressen oder isostatisches Pressen hergestellt
Zur Erhöhung der Grünfestigkeit werden die Ausgangsformen meist bei niedrigerer Temperatur vorgesintert und gleichzeitig die Presshilfsstoffe ausgetrieben
17. Beschreiben Sie das Pulverspritzgießen (MIM) ?
18. Welche Anforderungen werden beim Pulverspritzgießen (MIM) an Bindemittel gestellt?
gute Benetzbarkeit Plastifikator/ Pulver, um die Gleit- und Fließeigenschaften des Gemisches zu gewährleisten
gute Benetzbarkeit Plastifikator/ Pulver-Gemisch mit der Spritzgießwerkzeugoberfläche
Gewährleisten der Grünfestigkeit nach dem Spritzgießen
Gewährleisten der Festigkeit bis zum Entstehen erster Kontakte beim Sintern
keine Reduktion mit der Pulverkomponenten (außer gewollt!)
rückstandslose Entfernung des Binders muss gegeben sein
19. Beschreiben Sie generative Fertigungstechnologien zur Formgebung von Metallpulver?
20. Was verstehen Sie unter dem Begriff „Sintern“ ?
Sintern ist ein Wärmebehandlungsverfahren, bei dem ein nicht (oder noch wenig) gebundenes Pulverwerk zu einem Bauteil (ausreichend) verdichtet wird.
Dazu zählen auch alle metallphysikalisch ablaufenden Vorgänge, die zu einer Reduzierung des Porenraums beitragen.
21. Was ist die metallphysikalische Triebkraft für das freiwillige Sintern?
Die Triebkraft für das freiwillige Sintern (ohne äußeren Druck) ist die Energiedifferenz zwischen Ausgangs- und Endzustand, welche aus der Minimierung der Oberflächenenergie resultiert.
22. Beschreiben Sie die verschiedenen Sinterstadien und die dabei ablaufenden Vorgänge?
23. Skizzieren Sie Temperatur-Zeit-Verlauf und Dichte-Zeit-Verlauf beim Sintern ?
Markieren Sie im Diagramm die Verschiedenen Sinterstadien und Temperaturbereiche !
25. Wo liegt die Sintertemperatur bei Metallen und welche Transportvorgänge laufen dabei ab ?
Sintertemperatur: 2/3 bis 4/5 von TS (Liquidustemperatur bei Legierungen)
Sintern → Materialtransportvorgänge durch Diffusion:
Reduzierung aller äußeren Oberflächen (äußere Porenwände)
Reduzierung aller inneren Oberflächen (innere Poren und Korngrenzen)
Abbau von Gitterdefekten (erhöhte Versetzungsdichte, Leerstellen, Kleinwinkelkorngrenzen)
26. Skizzieren Sie das Sintern zweier Pulverteilchen? Markieren Sie für die verschiedenen Sinterstadien Bereiche mit hoher und niedriger Leerstellenkonzentration und den dadurch bedingten Teilchenfluss !
27. Skizzieren und benennen Sie die verschiedenen Diffusionspfade beim Sintern zweier Pulverteilchen !
28. Welche Parameter beeinflussen das Sintern !
29. Wie wirken verschiedene Sinteratmosphären auf die Sinterteile ?
30. Beschreiben Sie die Herstellung und Unterschiede von Endo- und Exogas?
Endogas: endotherme Verbrennung mit Wärmezufuhr (Teilverbrennung bei geringerem Luftzusatz)
Exogas: exotherme Verbrennung ohne Wärmezufuhr (vollständige Verbrennung bei größerem Luftzusatz)
31. Wann wird zum Sintern Vakuum verwendet ? Welche Nachteile sind damit verbunden?
Vakuum wird deshalb nur dann als Sinteratmosphäre eingesetzt, wenn die Materialien eine besonders hohe Reaktionsfähigkeit (Tantal, Titan), vor allem mit Sauerstoff, Feuchtigkeit und Wasserstoff, aufweisen oder durch Abdampfen von Verunreinigungen ein hoher Reinheitsgrad erzielt werden soll.
Nachteilig ist die langsame und problematische Entfernung von Oxiden, die den meisten Massen-Sinterwerkstoffen nach dem Pressen anhaften und die Entkohlung in der Vakuumatmosphäre.
32. Wie kann die Temperatur im Sinterofen erzeugt werden ?
Mit verschiedensten Heizleitern, die je nach gewünschtem Temperaturbereich und verwendeter Atmosphäre sich unterscheiden
33. Welche Sinterofentypen bzw. Betriebsarten dieser werden unterschieden ?
Chargierung:
- Einzel- und Kleinserienfertigung (geringe Stückzahlen)
- Betrieb unter Schutzgas oder Vakuum (leichter realisierbar)
- Nutzung der Abwärme für das Vorheizen der nächsten Charge
Kontinuierlich:
- effektive und kosteneffiziente Serienproduktion (hohen Stückzahlen)
- Anpassung der Parameter durch Durchlaufzeit
- Abbrennen von Sinterhilfsstoffen zum Teil problematisch
34. Benennen Sie die verschiedenen Bereiche und Bauelemente des Förderbandofens ?
35. Was sind eigenschaftsbestimmende Parameter von Sinterteilen ?
Porosität und Gefüge in Abhängigkeit von den Sinterparametern → Zusammenhang von Pressdruck, Sintertemperatur, Sinterdauer und Dichte (Porosität)
Charakterisierung der Porosität (stärkster Einflussfaktor für Eigenschaften)
Zusammenhang zwischen Porosität und den mechanischen Eigenschaften
36. Welche mechanischen Eigenschaften werden bei Sinterwerkstoffen geprüft ?
Streckgrenze / Zugfestigkeit / Bruchdehnung / Elastizitätsmodul → Zugversuch
Härte → Härteprüfung
Dauerfestigkeit → Schwingversuche
37. Welche Auswirkung haben die Poren in Sinterwerkstoffen auf die Belastbarkeit ?
Eigenschaften von Sinterwerkstoffen werden in erheblich stärkerem Maße von der Porosität beeinfluss als von der chemischen Zusammensetzung und dem Gefüge
38. Wie kann die Porosität von Sinterwerkstoffen bestimmt werden
Bestimmung der Dichte durch Wägen der Masse einfacher poröser Körper
Volumenbestimmung komplexer Sinterteile nach archimedischem Prinzip
Die Volumenbestimmung ist fehlerbehaftet, wenn Prüfflüssigkeit in die von außen zugänglichen Poren eindringen kann. Es ist zweckmäßig, die poröse Oberfläche durch eine dünne Vaselineschicht abzudichten (DIN ISO 2738)
Porositätsanalyse durch Absorption von γ-Strahlen → Die Absorption hängt von der Dicke d der durchstrahlten Stelle, der Dichte ρ dieses Volumenbereiches und dem Absorptionskoeffizienten μ des Materials ab
magnetinduktive Prüfung - bei ferromagnetischen Sinterwerkstoffen zur Routinekontrolle eines geforderten Porositätsbereiches
metallographische Gefügeanalyse
39. Was verstehen Sie unter den Begriffen Festigkeit, Verformbarkeit, Zähigkeit und Härte?
Festigkeit ist der Widerstand gegen plastische Verformung durch Versetzungsbewegung und Ausbreitung eines Risses (Bruch)
Elastizität ist der Widerstand eines Werkstoffes gegen elastische Verformung → E-Modul
Duktilität (Verformbarkeit) ist die Fähigkeit zur bruchfreien, bleibenden (plastischen) Formänderung → Dehnung ε
Zähigkeit ist die Fähigkeit eines Werkstoffes Spannungsspitzen durch plastische Verformung abzubauen → Kerbschlagarbeit, (Einschnürung)
Bruchzähigkeit beschreibt die Fähigkeit eines Werkstoffes das Risswachstum zu hemmen → Bruchzähigkeit
Härte ist der Widerstand eines Werkstoffes gegen das Eindringen eines anderen (härteren) Körpers.
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