Mesoskalen-Simulation des Sinterns von Eisenbasislegierungen zur Vorhersage von Schwindung und effektiven Eigenschaften

von Oliver Schenk

207 Seiten, Taschenbuch

Kurzbeschreibung des Verlags

Das Sintern ist ein Kernelement pulvermetallurgischer Prozessketten und überführt einen porösen Grünkörper durch thermisch aktivierte Diffusionsprozesse in ein konsolidiertes Bauteil. Der durch Pulverpressen, Metallpulverspritzguss oder additive Prozesse hergestellte Grünkörper ist durch eine inhärente Porosität sowie die Charakteristika des verwendeten Pulvers gekennzeichnet, die neben der Partikelgrößenverteilung die Morphologie der Partikel umfassen. Die daraus resultierende Krümmung der von den Partikeln eingefassten Poren ist die wesentliche Triebkraft der beim Sintern stattfindenden Diffusionsprozesse, deren Ausprägung maßgeblich durch die gewählte Sintertemperatur bestimmt wird. Niedrigere Temperaturen induzieren vornehmlich Oberflächentransporte, in Folge derer keine Verdichtung, jedoch eine Steigerung der Festigkeit durch die Bildung von Kontaktbrücken zwischen Pulverpartikeln bewirkt wird. Höhere Temperaturen führen in Kombination mit geringeren Partikelgrößen zu einer Verdichtung und Maßänderung, die sich mitunter anisotrop äußert. Obgleich die qualitative Wirkweise einer Vielzahl von Prozessparametern bekannt ist, ist eine numerische Beschreibung der Prozesskette bislang nicht erfolgt. Vor diesem Hintergrund wird in dieser Arbeit eine Modellierungskette erarbeitet, welche unter Berücksichtigung des Ausgangsgefüges die Evolution der Porenmorphologie beim Sintern mechanismenbasiert beschreibt. Dafür wird zunächst ein generatives Modell entwickelt, welches anhand ungeätzter Gefügebilder von Grünlingen bzw. Braunlingen trainiert wird, um anschließend für unterschiedliche Prozess- und Pulvervarianten künstliche Gefügebilder zu erzeugen. Diese werden einem entwickelten Level-Set-Modell übergeben, das unter Verwendung physikalischer Materialparameter die beim Sintern auftretende Änderung der Porenmorphologie abbildet. Dies schließt zudem die Annäherung einzelner Pulverpartikel mit ein, die mit der makroskopischen Schwindung korreliert. Die Schwindung wird vergleichend experimentell für unterschiedliche Pulver- und Prozessvarianten erfasst und mit einem im Rahmen der Arbeit ermittelten phänomenologischen, makroskopischen Sintermodell simuliert. Zuletzt erfolgt für den annähernd maßstabilen Sinterstahl die Modellierung des plastischen Materialverhaltens unter Druckbelastung mittels repräsentativer Volumenelemente. Jedes einzelne Modell wird experimentell validiert, wobei durch die Betrachtung unterschiedlicher Ausgangszustände die Flexibilität der mesoskopischen Modelle gezeigt wird. Ferner wird die Verkettung der Einzelmodelle demonstriert und somit ein wesentlicher Beitrag zur Etablierung digitaler Prozesskettenmodelle in der Pulvermetallurgie geleistet.

• Reihe: Werkstoffanwendungen im Maschinenbau
• ISBN: 9783819105814
• Erscheinungsdatum: 24.04.2026
• Genre: Technik/Maschinenbau, Fertigungstechnik
• Verlag: Shaker