Magnesiumknetlegierungen

Projekte

BMBF-Projekt: „Substitution von Selten-Erden-Elementen in hochfesten und duktilen Magnesium-Blechwerkstoffen - SubSEEMag"


Projektpartner:
- MagIC - Magnesium Innovation Centre, Helmholtz-Zentrum Geesthacht
- Carl Bechem GmbH
- Henkel AG & Co. KGaA
- IRE Industrial Research & Engineering
- MAGONTEC GmbH
- MgF Magnesium Flachprodukte GmbH
- Prevent TWB GmbH & Co. KG
- Technische Universität Bergakademie Freiberg
- VOITH Engineering Services GmbH

Assoziierte Projektpartner:
- Volkswagen AG Konzernforschung Werkstoffe

Projektziele:
Durch den Einsatz innovativer Herstellungs- und Verarbeitungsverfahren sollen Selten-Erden-Element-freie hochfeste und duktile Mg-Blechwerkstoffen mit vorteilhaften Eigenschaften erzeugt werden, die aktuell nur durch den Einsatz von Selten-Erden-Element-haltigen Legierungen erreichbar sind (technologische Substitution). Dabei werden verschiedene Ansätze verfolgt, die die gesamte Wertschöpfungskette von der Legierungsentwicklung über die Herstellung der Halbzeuge und Bauteile bis zur Integration in das Endprodukt umfassen.
Übergreifendes Ziel des Verbundvorhabens SubSEEMag ist die technologische und stoffliche Substitution von Selten-Erden-Elementen (SEE) in hochfesten und duktilen Magnesiumlegierungen. Damit soll das Vorhaben gleich in mehreren Punkten zur Erreichung der Zielsetzung der Fördermaßnahme beitragen:

  • Die Einsparung von SEE vermindert die Abhängigkeit von diesen strategischen Rohstoffen.
  • Durch die Entwicklung SEE-freier Magnesiumwerkstoffe mit hochwertigen Eigenschaften und verbesserter Korrosionsbeständigkeit werden erweiterte Potenziale für den industriellen Leichtbau erschlossen. Dies ist ein Beitrag zum Klima- und Umweltschutz.
  • Die verbesserte Verfügbarkeit hochwertiger Leichtbauwerkstoffe liefert Impulse für die Entwicklung weiterer Zukunftstechnologien, wie bspw. der Elektromobilität, die ebenfalls die Einsparung von Rohstoffen und Energie befördern.

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Dr. Gerrit Kurz

MagIC - Magnesium Innovation Center

Tel: +49 (0)4152 87-1918

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Dr. Roland Hoppe

MagIC - Magnesium Innovation Center

Tel: +49 (0)4152 87-1967

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Gießwalzanlage


Das Gießwalzverfahren stellt eine geeignete Methode zur Herstellung von korngefeinten Vormaterialien für einen nachfolgenden Warmwalzprozess dar. Damit werden weitere Möglichkeiten geschaffen, die dabei ablaufenden metallphysikalischen Prozesse zu analysieren und gezielt Einfluss auf die Entwicklung der Mikrostruktur und der mechanischen Eigenschaften zur Optimierung von Halbzeugen auch im Hinblick auf nachfolgende Fertigungsschritte und Bauteileigenschaften zu nehmen.

Wesentliche Aspekte hinsichtlich der Optimierung des gießgewalzten Halbzeugs sind die Erweiterung der Formgebungsgrenzen beim Tiefziehen, die Entwicklung eines optimierten Korrosionsschutzes und die Optimierung der Fügbarkeit zur Integration von Magnesiumkomponenten in Baugruppen. Begleitet werden die Arbeiten durch die Werkstoffmodellierung, die es ermöglicht, Prozesse und Bauteile virtuell auszulegen und zu optimieren. Optimierte Legierungen können somit in einem großen Maßstab abgegossen und interessierten Industriepartnern bereitgestellt werden, um auf diese Weise aufzuzeigen, welches Potenzial Magnesiumlegierungen für den Leichtbau besitzen.

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Dr. Gerrit Kurz

MagIC - Magnesium Innovation Center

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BMWi-Projekt: „Funktionsintegrierter Magnesiumleichtbau an Autositzstrukturen - FUMAS"


Projektpartner:
- Faurecia Autositze GmbH
- KODA Stanz- und Biegetechnik GmbH
- Deutsches Zentrum für Luft und Raumfahrt (DLR)
- Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG)

Unterauftragnehmer:
- JUBO Technologies GmbH
- TWI GmbH

Projektziele:
Übergreifendes Ziel des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderten Fördervorhabens ist, durch Leichtbau den Energieverbrauch von Fahrzeugen zu senken und damit einen Beitrag zur Ressourcenschonung und zur Reduktion klima-schädlicher Emissionen zu leisten. Günstig ist, dass die durch Senkung des Fahrzeuggewichts er-reichbaren positiven Effekte, wie z. B. geringerer Verbrauch, unabhängig vom Antriebssystem erreicht werden können und deshalb beispielsweise auch bei alternativ angetriebenen Fahrzeugen sinnvoll sind. Die Arbeiten in diesem Fördervorhaben zielen auf Gewichtsreduzierung einer Fahrzeugsitzstruktur durch Verwendung von Magnesiumstrangpressteilen in der Sitzrückenlehne. Fahrzeugsitze gehören zu den mechanisch am höchst belasteten Baugruppen des Fahrzeuginterieurs und tragen deshalb auch einen beachtlichen Anteil zur Fahrzeugmasse bei. Magnesiumteile wurden bislang im Sitzbereich in kleinen Produktionsvolumen als Gussteile umgesetzt. Es zeigten sich dabei Masseeinsparpotentiale von 30 bis 40 % gegenüber einer Stahl-Referenzstruktur. Magnesiumknetlegierungen weisen im Vergleich zu Magnesiumgusslegierungen höhere mechanische Festigkeiten und Bruchdehnungen auf. Die einfache Substitution von Stahlbauteilen durch Magnesiumbauteile scheitert jedoch einerseits an den niedrigeren Festigkeiten des Magnesiums, andererseits an geeigneten Füge- und Korrosionsschutzlösungen. Eine alternative Prozessroute, welche einen Strangpressvorgang zur Herstellung von Flachprofilen nutzt und mit einem warmen Umformprozess kombiniert, kann die Konkurrenzfähigkeit von Magnesiumteilen zu Stahllösungen signifikant fördern. Die Formgebungsmöglichkeiten im Strangpressprozess ermöglichen gegenüber jeglichen konventionellen Blechwerkstoffen zudem, die intelligente, bisher ungenutzte, konzeptionelle und strukturelle Integration von Trag- und Befestigungsstrukturen. Das Fördervorhaben FUMAS ermöglicht erstmals, durch diese Art von Herstellungsverfahren und der Umsetzung neuer Bauweisenkonzepte, Magnesium in größeren Stückzahlen in hochbelasteten Sitzstrukturen zur Anwendung zu bringen.


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Dr. Gerrit Kurz

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Dr. Dietmar Letzig

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DFG-Projekt “Einfluss aktivierter Verformungs- und Rekristallisations-mechanismen auf die mikrostrukturelle Entwicklung und die Eigenschaften von neuen Magnesiumblechlegierungen”


Projektpartner:
- MagIC - Magnesium Innovation Centre, Helmholtz-Zentrum Geesthacht
- TEXMAT, TU-Clausthal

Projektteilnehmer:
- Dr. rer. nat. Jan Bohlen, HZG
- Dr.-Ing Sangbong Yi, HZG
- Changwan Ha, HZG
- Prof. Dr. rer. nat. Dr.-Ing. habil. Heinz-Günter Brokmeier , TEXMAT
- M.Sc. Xiaohua Zhou, TEXMAT

Projektziele:
Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die aktivierten Verformungs- und Rekristallisationsmechanismen zeitaufgelöst für verschiedene Magnesiumlegierungstypen mittels hochauflösender in-situ Synchrotronexperimente aufzuklären und hinsichtlich ihrer Bedeutung für die Entwicklung des Gefüges und der Textur während einer thermomechanischen Behandlung zu interpretieren. Die Ergebnisse sollen zu einer metallphysikalisch basierten gezielten Steuerung der Texturentwicklung beim Walzen von Magnesiumblechen auf der Grundlage der Legierungszusammensetzung und der Prozessführung (Temperatur, Stichabnahme, Art der Wärmebehandlung) verwendet werden.

Als Grundlage für die Untersuchungen sollen Magnesiumbleche gewalzt werden, die sich hinsichtlich der Texturentwicklung deutlich unterscheiden. Hierbei wird die kommerzielle Magnesiumlegierung AZ31 (3Al – 1Zn – 0.4Mn – Mg, in Gew.%) als Referenz verwendet und zunächst mit zwei binären Modifikationen des reinen Magnesiums mit Ca und Nd (als Seltenes Erdelement) verglichen. Eine weitere Legierung mit Zn oder Mn dient als Basis, um die resultierenden Unterschiede in der Texturentwicklung aufzeigen und klären zu können.

Aus den Blechen werden orientierungsabhängig Proben für Zug- und Druckversuche hergestellt, die mittels hochenergetischer Synchrotronstrahlung bei definierter Temperatur und Dehngeschwindigkeit in-situ getestet werden. Die Beugungsbilder werden einerseits zur dehnungsabhängigen Berechnung von Diffraktogrammen in verschiedenen Probenrichtungen und andererseits zur Darstellung von dehnungsabhängigen Textur- und Defektdichtepolfiguren verwendet. Anhand der Defektanalyse und der resultierenden Texturen sollen aktivierte Verformungs- und Rekristallisationsmechanismen im Verlauf des Verformungsversuchs identifiziert und quantifiziert werden. Diese Arbeiten erfordern umfangreiche Synchrotronstrahlzeit und in-situ-Verformungsexperimente. Die Möglichkeit zur Durchführung derartiger Experimente ist an der Beamline P07 des Synchrotronspeicherrings PETRA III am DESY Hamburg vorhanden.

Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen aus Beugungsexperimenten und parameterabhängigen mechanischen Tests werden verwendet, um mittels kristallplastischer Simulation die quantitative Aktivierung verschiedener Verformungsmechanismen als Funktion der Legierungszusammensetzung und Verformungsparametern zu ermitteln.

Ex-situ-Analysen des Gefüges mittels EBSD werden verwendet, um eine lokale Auflösung verschiedener Gefügefraktionen zu erlangen, die das Synchrotronexperiment nicht direkt liefern kann. Auf diese Weise kann der Einfluss verschiedener Rekristallisationsvorgänge quantifiziert bzw. unterschieden werden. Die Ergebnisse der Fließkurven erlauben ebenfalls eine makroskopische Untersuchung zur Rekristallisationskinetik.

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Dr. Jan Bohlen

MagIC - Magnesium Innovation Center

Tel: +49 (0)4152 87-1995

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