Magnesium Hochfest

Magnesium ist als Konstruktionswerkstoff vor allem durch seine niedrige Dichte, bei guter Festigkeit, interessant. Magnesium eignet sich auch hervorragend als Gusswerkstoff. Die niedrige Korrosionsbeständigkeit allerdings ist von Nachteil. Neuere, hochreine Legierungen, weisen jedoch ein besseres Korrosionsverhalten auf. Die vergleichsweise niedrige Kriechbeständigkeit kann durch Legierungselemente stark beeinflusst werden. Vor allem im Automobilbau hat die Verwendung von Magnesium stark zugenommen. Als Gusswerkstoff für Anwendungen im Armatur-Bereich, Sitzgestelle, Lenkräder sowie für Motorkomponenten wie Ventildeckel. Im Luftfahrtbereich stehen die geringe Korrosionsbeständigkeit, und die mögliche Brennbarkeit, einer Verbreitung im Wege. Im Bereich von Hubschraubern findet Magnesium jedoch Verwendung als Werkstoff für das Getriebegehäuse.

Da die Dichte eine der wichtigsten Eigenschaften ist, um effektiven Leichtbau zu betreiben, ist die Forschung nach neuen Magnesiumlegierungen mit verbesserten Eigenschaften vergleichsweise intensiv. Es wurden in den letzten Jahren sowohl bei den Guss- wie auch bei den Knetlegierungen deutliche Fortschritte erzielt.

Magnesium-Legierungen hoher Festigkeit lassen sich prinzipiell auf zwei Arten herstellen. Zum einem durch Zulegieren von Elementen der Seltenen-Erden, zum anderen durch möglichst schnelle Erstarrung sowie eine Kombination von beidem. Die Beimischung von den Legierungselementen Yttrium und Gadolinium ist besonders effektiv. Diese steigern auch die Warmfestigkeit erheblich. Von Nachteil ist die Tatsache, dass diese Legierungselemente teuer sind und bei großer Beimischung die Dichte erhöhen. Daher ist es sinnvoll, durch geeignetes Processing die Festigkeit zu steigern.

 

Herstellungsprozesse für hochfeste Magnesiumlegierungen

Schmelzmetallurgie

 

Der traditionelle Herstellungsprozess der Schmelzmetallurgie ist der kostengünstigste Prozess. Die Festigkeiten lassen sich, wie oben schon erwähnt, durch Legierungselemente steuern. Wenn der Anteil an den hierfür verwendeten Seltenen-Erden Elemente allerdings zu groß wird, ist es günstiger, auf einen anderen Prozess auszuweichen, der eine schnellere Erstarrung bietet.

 

Sprühkompaktieren

 

Sprühkompaktieren kann auch für die Herstellung von Magnesium verwendet werden. Hierbei ist die Abkühlrate höher als bei der Schmelzmetallurgie. Somit ist die Festigkeit höher und das Gefüge feiner. Der Prozess ist im Gegensatz zu Aluminiumlegierungen nicht voll kommerzialisiert. Die maximalen Abmessungen betragen daher ca. D=80mm, L=340mm.

 

Pulvermetallurgie

 

Die Pulvermetallurgie wird schon lange für Magnesium-Legierungen eingesetzt. Die Eigenschaften variieren sehr stark; ausgehend vom Ausgangspulver und –Legierung. Bei Argon-Gasverdüsten mittels Laval-Düse sind die Abkühlraten vergleichsweise hoch. Somit lassen sich hochfeste Pulver erzielen. Auch hier ist der Prozess nicht voll kommerzialisiert. Es existiert jedoch keine Größenbeschränkung, da das Pulver auch in große Behälter abgefüllt werden,  und anschließen extrudiert oder geschmiedet werden kann. Durch die hohe Reaktionsfähigkeit des noch nicht oxidierten Magnesiumpulvers ist das Handling aufwendig. Das Pulver wird üblicherweise in Kapseln befüllt, beispielsweise Rohre mit einem Boden. Nach der Befüllung wird das Rohr mit einem Deckel verschweißt.  

 

Melt-Spinning

 

Der Melt-Spinning-Prozess zeichnet sich durch sehr hohe Abkühlraten aus. Hiermit lassen sich Magnesium-Legierungen sehr hoher Festigkeit herstellen. Durch die sehr hohe Reaktivität des Magnesiums muss der Prozess vollständig unter Schutzgas stattfinden. Diese Prozesskette ist noch nicht voll kommerzialisiert.  

 

Erreichbare Festigkeiten von Magnesiumlegierungen

Herstellungsprozess Festigkeit
Schmelzmetallurgie bis 350 MPa
Sprühkompaktieren bis 420 MPa
Pulvermetallurgie bis 460 MPa
Melt-Spinning bis 630 MPa

Mg-SF42ca

 

Die Magnesiumlegierung Mg-SF42ca ist eine hochfeste, pulvermetallurgisch hergestellt Magnesiumlegierung. Trotz der für Magnesium sehr hohen Festigkeit, weist sie eine gute Duktilität von ca. 9% auf. Mg-SF42ca kann für hochfeste Leichtbaukomponenten verwendet werden, bei denen üblicherweise Aluminium eingesetzt wird.

Mg-SF42 wird duch Sprühkompaktieren hergestellt. Die maximale Größe der Halbzeugabmessungen ist dadurch im Moment etwas eingeschränkt. Kontaktieren Sie uns für Informationen zu den lieferbaren Abmessungen.

 

Magnesium-Mg-SF42ca
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