42. Hagener Symposium 28./29. November 2024
Donnerstag, 28.11.2024
9.00 h Begrüßung und Eröffnung
Prof. Dr.-Ing. Christoph Broeckmann, RWTH Aachen – IWM
Vorsitzender des Ausschusses für Pulvermetallurgie
9.30 h SKAUPY-Vortrag: Anwendungen der Pulvermetallurgie für die Elektrolyse
Prof. Dr. Martin Bram, Forschungszentrum Jülich GmbH – IMD-2
Die Elektrolyse spielt für die Zwischenspeicherung von Energie aus erneuerbaren Energiequellen eine zentrale Rolle. Im Vortrag werden aktuelle Forschungsthemen der Pulvermetallurgie im Bereich der Niedertemperatur- und der Hochtemperaturelektrolyse vorgestellt, die das Potential und die noch bestehenden Herausforderungen aufzeigen. Ein Themenkomplex ist die Entwicklung von porösen metallischen Transportschichten für die Niedertemperaturelektrolyse mit protonenleitenden bzw. anio-nenleitenden Membranen. Das zweite Themengebiet ist die Entwicklung von Kompositelektroden auf der Basis von Nickel und Ceroxid für die Hochtemperaturelektrolyse. Der Vortrag erläutert das jeweilige Anforderungsprofil und fasst den erreichten Stand der Technik zusammen.
9.15 h Laudatio SKAUPY-Preisträger 2024
Prof. Norbert H. Menzler, Forschungszentrum Jülich GmbH – IMD-2
10.30 h Kurzpräsentation einzelner Aussteller, anschließend Besichtigung der Ausstellung und Kaffeepause
10.00 h Kritische Rohstoffe der Pulvermetallurgie
Dr. Michael Liesegang, Deutsche Rohstoffagentur (DERA) in der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe (BGR) Dienstbereich Berlin, Berlin-Spandau
Die Deutsche Rohstoffagentur (DERA) ist das rohstoffwirtschaftliche Kompetenzzentrum und die zentrale Informations- und Beratungsplattform zu mineralischen Rohstoffen und Recyclingrohstoffen für die deutsche Wirtschaft. Sie analysiert und bewertet kontinuierlich die internationalen Rohstoffmärkte für mineralische Rohstoffe und Recyclingrohstoffe. Dabei stehen besonders die Rohstoffe im Fokus, deren Versorgung von der Bundesregierung und auch der EU im Rahmen von aktuellen Rechtsakten (z.B. Critical Raw Materials Act) als strategisch und auch als kritisch eingestuft wird. Dies sind u.a. auch Rohstoffe, die für pulvermetallurgische Anwendungen unentbehrlich sind, wie z.B. Cobalt, Nickel, Wolfram und die Magnetwerkstoffe. Dieser Vortrag gibt für diese Elemente einen Überblick über aktuelle Erkenntnisse hinsichtlich der Kritikalität der Versorgung und sensibilisiert für potenzielle Preis- und Lieferrisiken.
12.00 h Ressourceneffiziente Hochleistungspermanentmagnete für Elektromobilität und Windkraft
Prof. Dr.-Ing. habil. Oliver Gutfleisch, TU Darmstadt, Materialwissenschaft, Darmstadt
Magnete sind ein Schlüssel für die grüne Energiewende. Leistungsstarke Hart- und Weichmagnete sind entscheidende Komponenten effizienter Energiewandlersysteme, wie z.B. direkt angetriebene Windturbinen und E-Motoren. Auch in der Robotik und Automatisierung, bei Sensoren, Aktoren und in der Informationstechnologie spielen sie eine wichtige Rolle. Die Seltenen Erden sind wesentliche Bestandteile der leistungsstärksten Magnete und finden besondere Beachtung im European Critical Raw Materials Act. Die neuesten Entwicklungen im Bereich von Hochleistungspermanentmagneten entlang ihrer Wertschöpfungskette mit dem Schwerpunkt auf pulvermetallurgische Prozesse und der Entschärfung der Kritikalität der benötigten Technologiemetalle werden in diesem Vortrag vorgestellt.
12.30 h Thermomechanische Ausrichtung bei der NdFeB-Magnetherstellung im Vergleich zum Pulverausrichten beim klassischen Sinterverfahren
Dipl.-Ing. Martin Krengel, Wilo SE, Dortmund
Bei der Herstellung von NdFeB-Dauermagneten wird der klassische pulvermetallurgische Herstellprozess von Dauermagneten analog wie bei SmCo und auch Ferrit in 95% der Produktionen angewandt. Ein wichtiger Schritt bei der Magnetherstellung ist immer eine magnetische Ausrichtung der Pulverpartikel, was bei anderen Werkstoffen in der Pulvermetallurgie nicht erforderlich ist. Dieser Fertigungsschritt wird näher erläutert und ein alternatives Verfahren dazu aufgezeigt, das nur bei NdFeB-Materialien angewandt wird. Dieses besondere thermomechanische Verfahren zur Ausrichtung wird genauer betrachtet und die sich daraus ergebenden Vor- und Nachteile der unterschiedlichen Verfahren werden aufgezeigt.
11.30 h Pulvererzeugung für spezielle PM-Produkte
Dr.mont. Martin Dopler, Metalpine GmbH, Graz/Österreich
Bei Additiven Fertigungsverfahren wie Laser-Powder-Bed-Fusion, Direkt Energy Deposition oder Binder Jetting („metallischer 3D-Druck“) spielen die Eigenschaften der verwendeten Metallpulver eine herausragende Rolle. Jeder Fehler im Rohmaterial erhöht die Wahrscheinlichkeit von Fehlstellen im daraus gedruckten Bauteil. Idealerweise sind diese Metallpulver sphärisch, poren- und agglomeratfrei und haben eine „optimale“ Oxidschichtdicke, die einerseits die Entzündbarkeit der Pulver minimiert, andererseits aber den Aufschmelz- und Abkühlvorgang nicht behindert oder auch die Materialqualität verringert. Im Vortrag werden die wesentlichen Einflussparameter bei der Pulvererzeugung identifiziert und die Auswirkungen auf die Verarbeitbarkeit dargestellt.
13.15 h Mittagessen und Besichtigung der Ausstellung
14.30 h Neue Möglichkeiten in der Pulvermetallurgie mit FAST-ESF
Dr.-Ing. Andreas Zeller, EpoS, Villaz-St-Pierre/Schweiz
Electro-Sinter-Forging (ESF) etabliert sich als ein kontinuierliches FAST-Produktionsverfahren für near-netshape Komponenten aus metallischen und Metall-Matrix Werkstoffen. Das Ver-fahren konsolidiert Pulvermischungen durch die Überlagerung eines elektromagnetischen Impulses einer Kondensatorentladung mit einer sehr schnellen mechanischen Verdichtung mittels einer elektrisch angetriebene Pulverpresse. Neue Möglichkeiten, aber auch Limitierungen des Verfahrens, werden im Vortrag erläutert und an Beispielen aus den Bereichen kritischer und neuartiger Material-Kompositionen dargestellt.
15.00 h Kurzvorträge (3 ausgewählte Poster)
15.30 h Posterausstellung mit Diskussion (Foyer Stadthalle) sowie Besichtigung der Ausstellung und Kaffeepause
16.30 h Zwischen digitalem Schatten und digitalem Zwilling: Simulation und Künstliche Intelligenz in der Pulvermetallurgie
M. Sc. Oliver Schenk, RWTH Aachen University, Institut für Werkstoffanwendungen im Maschinenbau (IWM), Aachen
Die klassische pulvermetallurgische Prozesskette wird im Zuge des Mobilitätswandels und dem daraus resultierenden Bedarf nach neuen Märkten mit stetig wechselnden Anforderungen an die Bauteileigenschaften konfrontiert. Um das Potential der Prozessroute bestmöglich ausschöpfen zu können, wurde in den letzten Jahren eine Vielzahl von Modellen entwickelt, die die Veränderung des Werkstoffes und des Bauteils entlang der Prozesskette zugänglich machen. Neben bereits etablierten numerischen Modellen zur Prozesssimulation kommt hierbei datengetriebenen Methoden eine wachsende Bedeutung zu. Dieser Vortrag zeigt am Beispiel eines Sinterzahnrads einen synergetischen Ansatz, der die Stärken der Künstlichen Intelligenz und der klassischen Simulation vereint, um unter Berücksichtigung aller Prozessschritte die lokale Dauerfestigkeit an der Zahnflanke zu bestimmen.
13.00 h Kurzpräsentation einzelner Aussteller
17.30 h Ende des ersten Tages
17.00 h Zur Bruchmechanik von PM-Bauteilen
Dr.-Ing. Markus Schneider, GKN Powder Metallurgy Engineering GmbH, Radevormwald
Die über einen langen Zeitraum in Deutschland erfolgte bruchmechanische Charakterisierung der Sinterstähle diente vornehmlich dem A-zu-B-Vergleich unterschiedlicher Sinterstahllegierungen in der Hoffnung, dass Poren oder weiche (z.B. nickelhaltige) Gefügebestandteile eine risswachstumsverzögernde Wirkung hätten. Sie erreichte nie die Reife und die Genauigkeit, um damit den Einfluss der Dichte r, des Spannungsverhältnisses R und einer einfachen, die Zähigkeit beschreibende Größe, wie die Härte H auf den besonders wichtigen Bereich I der Rissfortschrittskurve (da/dN-DK Kurve), darzustellen. Gerade der besonders wichtige Schwellenwert der Spannungsintensität DKth wurde nur sporadisch und – aus heutiger Sicht – bei zu hohen Risswachstumsraten da/dN untersucht. In der Zwischenzeit verschmolzen das linear-elastische Bruchmechanikkonzept (Linear-Elastic Fracture Mechanics (LEFM)) und das Langzeit-Schwingfestigkeitskonzept (High-Cycle Fatigue (HCF)) zu einem für die Praxis besonders vorteilhaften Bewertungsansatz. Das Kitagawa-Takahashi-Diagramm kombiniert beide Konzepte und ermöglicht die Abschätzung einer kritischen Defektgröße a0, welche unter gewissen Annahmen mit den Methoden der Zerstörungsfreien Prüfung (ZfP) detektiert werden kann. In der vorliegenden Abhandlung werden vier häufig verwendete Sinterstähle mit den Methoden des LEFM-Konzepts und des HCF-Konzepts untersucht und entsprechende kritische Defektgrößen a0 abgeleitet.
19.30 h Mercure Hotel: Geselliger Abend (Einlass 19.00 Uhr, Anmeldung erforderlich, nur in Verbindung mit Teilnahme am Hagener Symposium)
Freitag, 29.11.2024
9.00 h 100 Jahre Hartmetall – ein Rückblick
Dr. Raquel de Oro Calderon, Institute für Chemische Technologien und Analytik, Technische Universität Wien/Österreich
Vor 100 Jahren hat die Entdeckung eines Verbundwerkstoffs namens „Hartmetall“ die Produktion in der metallverarbeitenden Industrie angekurbelt, die Entwicklung der Materialverarbeitung revolutioniert und damit das Leben der Menschen entscheidend verändert. In diesem Vortrag werden wir die wichtigsten Entwicklungen in Erinnerung rufen, die Lektionen, die wir gelernt haben, hervorheben und uns vergegenwärtigen, wie die Vergangenheit uns helfen kann, die Zukunft mit einer kritischen und gleichzeitig innovativen Perspektive zu betrachten. Die Geschichte der Hartmetalle ist jedoch nicht nur eine Geschichte außergewöhnlicher industrieller Fortschritte, sondern auch eine Geschichte inspirierender Persönlichkeiten, die die Erforschung dieser Materialien zu ihrer Leidenschaft gemacht haben, und dies ist eine perfekte Gelegenheit, sie zu würdigen.
9.30 h Herausforderungen bei der Entwicklung neuer Hartmetalle
Dr. J.L. Garcia, Sandvik Coromant R&D, Stockholm/Schweden
Die Entwicklung neuer Hartmetalle muss neben den traditionellen, leistungsgebenden Faktoren auch die steigenden Anforderungen bezüglich Nachhaltigkeit und Ersatz von kritischen Rohstoffen in der Entwicklung berücksichtigen. Der Bedarf an nachhaltigen Hartmetallen fördert die Erforschung von innovativen Konzepten bezüglich Materialzusammensetzung und Prozessen. Die vorgestellte Arbeit beschreibt, wie verschiedene Modellierungswerkzeuge und hochauflösende Charakterisierungsmethoden für die Entwicklung von leistungsfähigen und nachhaltigen Hartmetallen kombiniert werden können.
10.00 h Simulation von Hartmetallen - Prozesse und Eigenschaften
Dipl.-Ing. Anne Vornberger, Dr.-Ing. Johannes Pötschke, Fraunhofer IKTS Dresden
Hartmetalle finden aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften Einsatz in verschiedensten industriellen Anwendungen und unterliegen einer kontinuierlichen Weiterentwicklung und Optimierung. Digitale Simulationen und Modellierungen können hier sowohl ein verbessertes Verständnis zwischen Materialzusammensetzung, Mikrostruktur und den daraus resultierenden Eigenschaften ermöglichen als auch experimentelle Aufwände reduzieren und die Materialentwicklung beschleunigen. Dieser Beitrag beleuchtet insbesondere das virtuelle Gefügedesign, die Vorhersage relevanter Werkstoffeigenschaften und gibt einen Überblick über Möglichkeiten der Simulation entlang der Prozesskette und bei der Anwendung von Hartmetallen.
11.00 h Auf dem Weg zur Wiederverwendung von Refraktärmetallen für die medizinische Bildgebung
Dr. Michael Mark, Plansee SE, Reutte/Österreich
Refraktärmetalle wie Molybdän und Wolfram weisen eine Reihe einzigartiger Eigenschaften auf: einen hohen Schmelzpunkt, hervorragende mechanische Festigkeit, gute elektrische Leitfähigkeit und ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit. Diese Eigenschaften machen sie zu den Materialien der Wahl für anspruchsvolle industrielle, elektronische und medizinische Anwendungen. Aktuell wird der Innovation eine neue Dimension hinzugefügt: Das Konzept der Nachhaltigkeit. Im Anwendungsbereich der Medizintechnik diskutieren wir einen Ansatz für die Produktentwicklung, welcher auf den 3R-Prinzipien beruht: ReWork – ReUse – ReCycle. Zur Reduzierung des CO2-Footprints von energieintensiven Werkstoffen ist dies ein interessanter Ansatz. Wir demonstrieren hier die Wiederaufbereitung und Wiederverwendung von Röntgendrehanoden als Herzstück moderner Computertomographen (CT). In der Anwendung der Drehanoden kommt es mit der Zeit zu Oberflächenschädigungen, die die Röntgenausbeute herabsetzen, während der Grundkörper und andere Bereiche der Anode in der Regel funktionsfähig bleiben. Es werden Bausteine wie Verschleißbewertung, Wiederaufbereitungs-Technologien, Materialdesign, und anwendungsnahe Bewertungsmethoden diskutiert, um in einen Produktkreislauf beziehungsweise zirkulären Produktlebenszyklus einzutreten.
10.30 h Besichtigung der Ausstellung und Kaffeepause
11.30 h Nutzung von Diffusionsanomalien für eine effiziente Sinterung von MIM und additiv gefertigten Ti6Al4V-Bauteilen
M. Sc. Florian Gerdts, Element 22, Kiel
Die Mikrostruktur von pulvermetallurgisch hergestellten Ti6Al4V-Komponenten ist entscheidend für deren mechanische Eigenschaften. Ti6Al4V findet aufgrund seiner Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Biokompatibilität breite Anwendung in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Medizintechnik. Eine feinkörnige Mikrostruktur verbessert die Eigenschaften und Zuverlässigkeit der Komponenten.Methoden zur Herstellung feiner Sintergefüge umfassen das Zulegieren von Bor, die Thermohydrogene Behandlung und das schnelle Abschrecken mit Inertgas. Besonders hervorzuheben ist das Sintern unterhalb des Beta-Transus, das ohne zusätzliche Prozesstechnik auskommt, die Lebensdauer der Sinteröfen erhöht und feinkörnige Mikrostrukturen erzeugt. Eine Anomalie bei diesem Verfahren ist die erhöhte Diffusion kurz vor dem Beta-Transus, deren Ursache noch nicht vollständig verstanden ist. Ein besseres Verständnis dieser Anomalie könnte zur Entwicklung innovativer Materialien mit optimierten Eigenschaften führen und die Effizienz der pulvermetallurgischen Herstellungsverfahren steigern.
12.00 h Einfluss des Strahlprofils auf Produktivität und Prozessstabilität beim pulverbettbasierten Laserstrahlschmelzen
Dr.-Ing. Dirk Herzog, Fraunhofer IAPT, Hamburg, Institut für Industrialisierung Smarter Werkstoffe, TU Hamburg
Das pulverbettbasierte Laserstrahlschmelzen findet zunehmend Anwendung bei der Herstellung von Serienbauteilen und ist heute die am weitesten verbreitete additive Fertigungstechnologie für Metallbauteile. Um auch größere Stückzahlen wirtschaftlich darstellen zu können,sind eine hohe Produktivität sowie eine geringe Ausschussrate notwendig. Das typischerweise gaußförmige Laserstrahlprofil resultiert aufgrund des ausgeprägten Intensitätsmaximums im Strahlzentrum in einer inhomogenen Temperaturverteilung im Schmelzbad. Hin zu höheren Laserleistungen ergibt sich durch die lokale Überhitzung ein steigender Anteil an verdampftem Material. Zum einen ist damit eine Limitierung für eine weitere Produktivitätssteigerung gegeben, zum anderen kann dies zu vermehrter Schmauch- und Spritzerbildung und dadurch initiierten Prozessfehlern führen. In diesem Beitrag wird daher der Einfluss des Laserstrahlprofils auf die Produktivität und Robustheit für ausgewählte Werkstoffe dargestellt. Es kann gezeigt werden, dass ein ringförmiges Laserstrahlprofil zu einer homogeneren Temperaturentwicklung im Schmelzbad führt. In der Folge können Prozessfehler, wie bspw. Keyhole-Poren, vermieden und die Anzahl der Schweißspritzer deutlich reduziert werden.
12.30 h Hochleistungswerkstoffe auf Aluminiumbasis für tribologische Anwendungen
Dr.-Ing. Johannes Trapp, Fraunhofer IFAM Dresden
Es besteht die dringende Notwendigkeit, das Gewicht von Verkehrsmitteln zu reduzieren sowohl zu Lande als auch in der Luft. Ein Grund ist die Reduzierung der CO2-Emissionen, aber auch die Vergrößerung der Reichweite bei batteriegetriebenen Autos und potenziell Elektroflugzeugen, wenn sich der Schwerpunkt von der aktuell fokussierten Erhöhung der Batteriekapazität als primäre Lösung wegbewegt. Aluminium, insbesondere pulvermetallurgisches Hochleistungs-Aluminium und daraus gebildete Verbundwerkstoffe können hier eine entscheidende Rolle spielen. Am Beispiel einer Bremsscheibe werden Materialkonzepte im Bereich tribologischer Systeme aufgezeigt, mit denen leichte und verschleißfreie Systeme etabliert werden können. Neben dem Materialeinfluss wird auch auf die Auswirkungen der Oberflächenqualität eingegangen.
13.00 h Schlusswort
Dr. rer. nat. Sebastian Boris Hein, Fraunhofer IFAM Bremen
13.15 h Mittagessen
13.45 h Ende der Veranstaltung