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TU Berlin

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Forschung

Der Irrtum über den Doppelzwilling

Mittwoch, 25. Mai 2016

Magnesiumlegierungen sind bruchsicherer als bisher angenommen

Bauteile mit Magnesium sind bis zu 75 Prozent leichter als solche aus Stahl und Aluminium und daher für den Fahrzeugbau attraktiv
Lupe

Eine seit den 1960er-Jahren vorherrschende Lehrmeinung über die Ursachen für eine eingeschränkte Verformbarkeit von Magnesiumlegierungen ist ins Wanken geraten. Untersuchungen von Wissenschaftlern des TU-Fachgebietes Metallische Werkstoffe an einer Magnesium-Lithium-Legierung zeigten nun, dass sogenannte Doppelzwillinge, die sich bei der Verformung bilden, im Gegensatz zur bisherigen Annahme keinen negativen Einfluss auf die Verformbarkeit haben. Möglicherweise wirken sie sich sogar positiv auf die mechanischen Eigenschaften von geeigneten Magnesiumlegierungen aus. Diese Erkenntnis von Prof. Dr. Walter Reimers, Leiter des Fachgebietes Metallische Werkstoffe, und Dr.-Ing. Martin Lentz, wissenschaftlicher Mitarbeiter, wurde in „Nature Communications“ publiziert.

Durch mechanische Prüfung wie Druckversuche, licht- und elektronenoptische Untersuchung verformter Proben sowie (Kristallplastizitäts-)Simulationen wurde festgestellt, dass weder das Einsetzen der Doppelzwillingsbildung noch die Entwicklung komplexer Doppelzwillingsnetzwerke bruchauslösend sind und sie die Bruchdehnung nicht nennenswert beeinflussen.

Aufgrund ihrer geringen Dichte und der daraus resultierenden hohen spezifischen Festigkeit und Steifigkeit sind Magnesiumlegierungen, für Leichtbauanwendungen vor allem im Transportwesen attraktiv. Bauteile aus Magnesiumlegierungen wie sie beispielsweise in einigen Dächern und Rücksitzstützen von Autos eingebaut werden, sind im Vergleich zu Bauteilen aus Aluminium und Stahl bis zu 40 beziehungsweise 75 Prozent leichter. Das trägt entscheidend zur Reduktion der Kohlendioxid-Emission bei.

Der Einsatz von Magnesiumlegierungen ist derzeit jedoch stark eingeschränkt, weil sie sich bei Raumtemperatur schlecht verformen lassen. Die Umformung bei erhöhten Temperaturen ist zwar möglich, erfordert aber komplexere Anlagen und ist wesentlich kostenintensiver. Ihre Verformung wird in starkem Maße durch die Zwillingsbildung beeinflusst: Dabei klappen Kristallitbereiche in eine zum Ausgangskristallit spiegelsymmetrische Position um. Und seit den 1960er-Jahren herrschte die wissenschaftliche Meinung vor, dass eine Ursache für die begrenzte Umformbarkeit ein spezieller Verformungsmechanismus ist – die sogenannte Doppelzwillingsbildung.

„Unsere Ergebnisse zeigen aber, dass die Doppelzwillingsnetzwerke das Potenzial besitzen, die Festigkeit von Magnesiumlegierungen zu steigern, ohne dass die Verformbarkeit eingeschränkt wird. Damit eröffnen sich neue Perspektiven für den Einsatz von Magnesiumlegierungen im Fahrzeugbau“, sagt Dr. Martin Lentz.

Strength and ductility with {10–11}–{10–12} double twinning in a magnesium alloy
DOI: 10.1038/ncomms11068

Sybille Nitsche "TU intern" Mai 2016

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