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as Dilatometerversuche zur Optimierung diffusionsgefügter Bauteile aus PM- und Massiv-Stahl 
de I. Gräf, M. Rettenmayr, Fachbereich Materialwissenschaft, Technische Hochschule Darmstadt 
a H. Cohrt, Schunk Sintermetalltechnik GmbH, Gießen 
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rix 1. Einleitung 
1% Komplizierte Bauteile werden in der Regel aus mehreren Komponenten zusammengefügt und sind 
igt entsprechend kostenaufwendig. Eine Ersparnis der Herstellungskosten kann durch Reduzierung von 
eI- Bearbeitungsschritten erzielt werden. Getriebebauteile wie z.B. Welle/Nabe-Baugruppen, die aus 
ine kompakten (Welle) und pulvermetallurgischen (Nabe) Teilkomponenten aufgebaut sind, lassen sich 
m. unter bestimmten Voraussetzungen in einem Arbeitsschritt während des für die pulvermetallurgische 
Komponente erforderlichen Sinterprozesses verbinden. Eine feste Verbindung entsteht dabei auf- 
grund von wechselseitigen Diffusionsvorgängen an der Grenzfläche. Hierzu ist es notwendig, daß die 
Verbundteile während des Sinterns in Kontakt stehen‘. Die Sicherstellung des Kontaktes zwischen 
den beiden Werkstoffen ist bei Stählen nicht ohne weiteres möglich, da drei Mechanismen 
(Schrumpfung des Pulverpreßlings, Dimensionsänderungen bei der o/y- bzw. y/ou-Umwandlung, 
unterschiedliche Wärmeausdehnung aufgrund verschiedener Ausdehnungskoeffizienten) zu unter- 
196 schiedlichen Volumenänderungen der Komponenten beitragen. Aufgrund dessen kann es im Verlauf 
re des Sinterung sowohl zur Kontakt- als auch zur Spaltbildung kommen. 
fü Um das Ausdehnungsverhalten der Komponenten als Funktion der Temperatur zu charakterisieren, 
ür x . . A 
Ff- wurden ergänzend zu vorangegangenen metallographischen Untersuchungen sowie Festigkeits- 
bestimmungen”* von Welle/Nabe-Fügeverbindungen an den verschiedenen Werkstoffen Dilatome- 
v7 terversuche durchgeführt. Ein Vergleich der damit gewonnenen Ausdehnungskurven läßt Rück- 
i schlüsse auf die Festigkeit der während des Sinterns gefügten Verbindungen zu. Mit Hilfe der Dila- 
tometerkurven konnten Werkstoffkombinationen zusammengestellt werden, die eine hohe Festigkeit 
ne unter kostengünstigeren Prozeßbedingungen (niedrigere Sintertemperatur) erreichen. 
and 2. Experimenteller Teil 
2.1 Werkstoffe 
Cr Für die bei 1280° diffusionsgefügten Verbindungen der früheren Untersuchungen wurden vier ver- 
schieden legierte Sinterstähle für die Nabe und drei verschiedene Stahlsorten für die Welle verwen- 
pta det‘. Die verwendeten PM-Werkstoffe waren aus einem Pulvergemisch (PM-I), zwei anlegierten 
Eisenpulvern (PM-II* und PM-IV°) sowie einem fertiglegierten wasserverdüsten Eisenpulver 
bre (PM-II°) hergestellt worden. Bei den Kompaktstählen handelte es sich um einen unlegierten (Ck15) 
96, und niedriglegierten (16MnCr5) Einsatzstahl sowie um einen Werkzeugstahl (100Cr6). Für die neu 
aufgenommene Versuchsreihe wurden für die äußere Komponente (Nabe) ein unlegiertes Eisen- 
gen pulver (PM-Fe), ein Gemisch aus Eisenpulver mit ca. 0,6 Gew.% Phosphorbeimengungen (PM-Fe/P) 
nde sowie ein wasserverdüstes, hochlegiertes Stahlpulver (PM-V2A) gewählt. Die Zusammensetzung des 
mit PM-V2A bezeichneten Pulvers entspricht der eines rostbeständigen CrNi-Stahls. Das reine 
for Eisenpulver sollte möglicherweise Aufschluß über den Einfluß von Legierungselementen auf die 
Festigkeit geben. Phophor in Sinterstählen bringt gegenüber allen anderen Legierungselementen eine 
5M noch ausgeprägtere Schrumpfung mit sich’. Die Entscheidung auf das hochlegierte Stahlpulver fiel 
deshalb, weil es keine a/y- bzw. y/a-Umwandlung besitzt. Dies war auch das ausschlaggebende 
Kriterium, die bisher eingesetzten Massivstähle mit den hochlegierten Stählen X6Cr13 und 
X5CrNi1810 für die inneren Komponente (Welle) zu ergänzen. Sowohl der ferritische Chromstahl 
als auch der austenitische CrNi-Stahl weisen keine Modifikationsänderung auf. Sie unterscheiden 
sich jedoch in ihren Ausdehnungskoeffizienten