Nickelfreie Sinterstähle

Bauteile aus einer nickelfreien Sinterlegierung. Sie kann umwelt- und gesundheitsschädliche nickelhaltige Legierungen ersetzen und besitzt bessere Eigenschaften.© Höganäs AB/Sweden


Getriebeteile im Auto sind hochbelastete Bauteile. Um wirtschaftliche Vorteile zu erzielen, werden diese Teile aus Sinterstählen gefertigt, die ihre besondere Festigkeit etwa durch Zusatz von Nickel erhalten. Nun gibt es einen gesundheits- und umweltfreundlichen nickelfreien Ersatz.

Wenn tonnenschwere Lkws oder Traktoren anfahren oder in einen höheren Gang geschaltet werden, dann knirscht es schon mal im Getriebe. Selbst in einem Pkw sind Maschinen- und Motorenteile wie Kettenräder, Getriebehebel oder Synchronkörper enormen Belastungen ausgesetzt. Diese Teile sollen zum einen wirtschaftlich hergestellt werden können, zum anderen die Kräfte zuverlässig übertragen. Deshalb werden sie aus gesinterten Stählen gefertigt. Durch die Zugabe von Legierungselementen wie Kupfer, Molybdän oder Nickel und das Erhitzen auf bis zu 1 280 Grad verbindet sich das Metallpulver und wird extrem fest. Doch für Mensch und Umwelt ist freigesetztes Nickel schädlich. Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit LBF in Darmstadt entwickelte in einem von der EU geförderten Projekt gemeinsam mit Industriepartnern aus Schweden, Spanien, Frankreich und Deutschland eine Alternative: eine nickelfreie Sinterlegierung für hochbelastete Bauteile.

»Wir haben eine ganze Reihe von Legierungen untersucht«, berichtet Dr.-Ing. Klaus Lipp, Projektleiter am LBF. »Die Materialien mussten den Anforderungen nickelhaltiger Legierungen entsprechen. Das heißt, sie müssen den Stahl fest machen, sich beim Erhitzen im Ofen verbinden und für die Massenfertigung in herkömmlichen Sinteröfen verarbeitet werden können.« Um die Qualität der Legierung beurteilen zu können, testete das Team am LBF, wie sich hochbelastete Bauteile aus dem neuen Material verhalten. Sie untersuchten beispielsweise unter welcher Last sie brechen oder welche Verschleißerscheinungen auftreten – entsprechend einer geforderten Lebensdauer von mindestens 300 000 Kilometern für einen Pkw.

»Gemeinsam mit unseren europäischen Partnern haben wir eine nickelfreie Sinterlegierung gefunden, die nicht nur die nickelhaltigen Legierungen ersetzen kann, sondern weit bessere Eigenschaften als diese aufweist«, fasst Dr. Lipp zusammen. Die Bauteile zeichnen sich durch eine teilweise bis zu 50 Prozent höhere Schwingfestigkeit aus. Zudem lässt sich der neue Werkstoff wesentlich besser verarbeiten. Dank der neuen und kostengünstigen Legierung reduzieren sich die Umweltbelastung und die Gesundheitsgefährdung von Personen in der metallverarbeitenden Industrie erheblich.

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Dr. Johannes Ehrlenspiel idw

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