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Vortrag (20 Min., 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Verbesserte Wärmeprozesse durch in-situ Messverfahren und datenbasierte FE-Simulation

Thursday (19.09.2019)
11:30 - 12:00 Uhr Rotterdam
Bestandteil von:


Entbindern und Sintern sind entscheidende Schritte bei der pulvermetallurgischen Herstellung hochwertiger Bauteile. Dies umfasst neben Metallen auch Werkstoffe der Keramik. Je nach Produktionsverfahren sind bei der Herstellung zunächst organische Prozesshilfsmittel wie Binder aus dem geformten Pulverkörper zu entfernen. Insbesondere bei hohen Bindergehalten muss der Wärmeprozess an das Zersetzungsverhalten der Organik angepasst werden. Die ratengesteuerte Entbinderung unter Berücksichtigung der bei der Zersetzung freiwerdenden gasförmigen Entbinderungsprodukte und der Reaktionsenthalpie hat sich hierbei als erfolgreiche Strategie bewehrt. Bei größeren Bauteilen sind auch die sich verändernde Wärmeleitung und Permeabilität wichtig für die Auslegung des Wärmeprozesses. Durch die am HTL entwickelte Finite-Elemente Simulation auf der Basis präziser Messdaten und der Berücksichtigung der Entbinderungskinetik mittels Kinetic Field Ansatz ist es möglich, auch für komplexe Bauteile Heizzyklen zu berechnen, die eine sichere Entbinderung erlauben.

An die Entbinderung schließt sich die Verdichtung durch Sintern an. Diese sollte homogen und ohne Verzug, Risse oder die Bildung von Mikrostrukturfehlern erfolgen. Auch hier hat sich die Methode des Kinetic Fields unter Berücksichtigung der sich verändernden Wärmeleitfähigkeit als erfolgreicher Ansatz gezeigt. Basierend auf Schwindungsdaten, die über thermo-optische Messanlagen berührungslos erfasst werden, erfolgt die Simulation des Sinterverhaltens mittels Finite-Elemente Methoden. Neue Messaufbauten ermöglichen zudem die Bestimmung der viskosen Parameter und erlauben, Kriech- und Deformationseffekte, die durch äußere Kräfte wie Gravitation und Reibung hervorgerufen werden, zu simulieren. Durch den Einsatz der Methoden im Rahmen einer prädiktiven Simulation können die Ergebnisse bereits bei der Auslegung der Bauteile – insbesondere im Zusammenhang mit der additiven Fertigung – und der Wärmeprozesse gezielt berücksichtigt werden.

An aktuellen Beispielen aus der Pulvermetallurgie und der Keramik werden in diesem Beitrag die am HTL entwickelten Methoden zur Optimierung von Entbinderungs- und Sinterprozessen demonstriert und die messtechnischen Verfahren vorgestellt.

Sprecher/Referent:
Dr. Hogler Friedrich
Fraunhofer ISC - Zentrum für Hochtemperatur-Leichtbau HTL
Weitere Autoren/Referenten:
  • Heiko Ziebold
    Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC, Zentrum HTL, Bayreuth
  • Dr. Friedrich Raether
    Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC, Zentrum HTL, Bayreuth