Zusatz von Seltenen Erden beeinflusst Blechverhalten

Nachwuchspreis für Magnesiumforscher

03.05.2012 - Deutschland

Im März ist Lennart Stutz, Magnesiumforscher im Helmholtz-Zentrum Geesthacht, auf der Jahrestagung der internationalen Gesellschaft „The Minerals, Metals & Materials Society“ (TMS) in Orlando, Florida mit einem Nachwuchspreis für die beste Veröffentlichung im Jahr 2011 ausgezeichnet worden.

In der prämierten Arbeit untersuchte Doktorand Lennart Stutz den Einfluss der Textur auf die Umformbarkeit von Blechen einer Magnesiumlegierung mit Zusatz von Seltenen Erden (Legierung ZE10). Sei es aus Stahl, Aluminium oder zukünftig Magnesium: Bleche werden im Fahrzeugbau eingesetzt. Wenn aus einem Blech zum Beispiel ein Kotflügel hergestellt wird, spricht der Fachmann vom Umformen des Blechs. Unter Umformbarkeit versteht man die Fähigkeit des Blechs, die gewünschte Form zu erreichen, ohne dass dieses dabei reißt.

Die Magnesiumlegierung ZE10 lässt sich besser umformen als herkömmliche Legierungen. Doch bisher sind die Eigenschaften von ZE10 nur gering erforscht. Mehr Klarheit schafft die Veröffentlichung des Geesthachter Materialwissenschaftlers.

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„Eine sehr gute Arbeit wurde mit einem wichtigen Nachwuchspreis ausgezeichnet, darüber freue ich mich natürlich “, sagt Institutsleiter Prof. Dr. Karl Ulrich Kainer, Leiter des Geesthachter Magnesium Innovation Centre (MagIC). „Das System ZE10 war bekannt aber die umfassende Studie, die Daten zu den Prozessmodellierungen liefert, fehlte.“ Der Preis selbst besitzt darüber hinaus Signalwirkung: TMS ist eine weltweite Gesellschaft der rund 10.000 Materialwissenschaftlern und Studierenden aus rund 70 Ländern angehören. Zur Tagung nach Florida kamen mehr als 4000 Teilnehmer.

Test durchgeführt und Diagramm erstellt

Generell wird die Umformbarkeit von Blechen mit etablierten Testverfahren ermittelt. Doch für die Legierung ZE10 fehlten Daten, die Aussagen über die Blecheigenschaften machen. Lennart Stutz hat in seiner Arbeit ein so genanntes Grenzformänderungsdiagramm ermittelt, indem er Versuche an ZE10-Ronden durchgeführt hat. Zu den Tests: Auf die Oberfläche eines Blechs wird ein spezielles Muster aufgespritzt. Dann wird das Blechteil über einen Stempel gestreckt. Die Verformung wird fotografisch anhand der Ausdehnung der aufgespritzten Punkte gemessen. Dieses Verfahren hat Doktorand Stutz bei unterschiedlichen Temperaturen durchgeführt und kann so erstmals gesicherte Aussagen zum Verhalten eines ZE10 Blechs bei der Umformung machen.

Legierung ZE10

Diese Magnesiumlegierung enthält als Zusatz einen geringen Anteil Seltene Erden, insbesondere Cer und Lanthan mit einem Gewichtsanteil von 0,1 bis 0,2 Prozent. E steht für Seltene Erden; Z für Zink. Der Anteil von Zink in der Legierung beträgt 1 Prozent. Seit Neuestem rückt im modernen Fahrzeugbau der Einsatz dieser Legierung in den Fokus der Ingenieure. Denn durch die Zugabe der Prise Seltene Erden wird die Fähigkeit zum Umformen verbessert.

Textur eines Blechs

Die Textur von metallischen Legierungen hat einen grundlegenden Einfluss auf die Eigenschaften. Unter Textur versteht man den Grad der Ausrichtung der Körner. Die Körner sind Kristallite, aus denen ein Metall aufgebaut wird. Sie zeigen charakteristische Gitterstrukturen. Je nach Ausrichtung der einzelnen Körner in der Legierung verändert sich das Verhalten des Werkstoffs. Sind alle Körner parallel in der Blechebene ausgerichtet, so ist das Blech spröde und bricht beim Umformen leicht. Besser ist es, wenn die Körner in unterschiedlichen Richtungen gleichmäßig orientiert sind. Diese Eigenschaft lässt sich zum Beispiel durch die Zugabe von Seltenen Erden in Magnesiumblechen erreichen.

Magnesium Innovations Centre MagIC

In der weltweit einzigartigen Forschungsplattform Magnesium Innovation Centre - MagIC - wird intensiv an den Magnesium-Technologien der Zukunft geforscht. Magnesium kann helfen, gewichtsreduzierte und somit Sprit sparende und umweltschonende Autos herzustellen. In Gehäusen, Lenkrädern oder Armaturenbrettern findet sich heute schon Magnesium. Aufgrund der exzellenten Gießeigenschaften von Magnesium-Legierungen lassen sich auch komplexe Konstruktionen in nur einem Gussteil produzieren. Trotzdem muss die Forschung noch verstärkt werden: Wie stabil bleibt der Werkstoff bei einem Unfall? Was kann man effektiv gegen Korrosion tun? Wie lässt sich der Werkstoff als Blech besser walzen? Antworten auf diese Fragen suchen die Wissenschaftler im Magnesium Innovation Centre.

https://www.chemie.de/news/137726/zusatz-von-seltenen-erden-beeinflusst-blechverhalten.html