Wien/Ranshofen (OTS) – Magnesium ist eines der leichtesten
metallischen
Konstruktionsmaterialien, gut recycelbar und für viele industrielle
Anwendungen hochattraktiv. Dennoch fristet der Werkstoff bislang ein
Nischendasein – vor allem, weil er sich nur eingeschränkt umformen
lässt. Gerade bei der Herstellung von Drähten stoßen herkömmliche
Verfahren schnell an ihre Grenzen.
Ein internationales Forschungsprojekt setzt genau hier an: Ziel
ist es, das Materialverhalten der kalziumhaltigen Magnesiumlegierung
ZAX210 entlang der gesamten Prozesskette besser zu verstehen und
damit neue, effizientere Verarbeitungswege zu ermöglichen. Das LKR
Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen des AIT Austrian Institute of
Technology analysiert dazu mithilfe simulationsbasierter Methoden,
wie sich Mikrostruktur und Textur vom Gießen bis zum Drahtziehen
entwickeln.
Zwtl.: Umformbarkeit als zentrale Herausforderung
Magnesium zählt zu den leichtesten Strukturmetallen und kann
einen wesentlichen Beitrag zur Reduktion von Emissionen sowie zur
Steigerung der Energieeffizienz in Mobilität und Industrie leisten.
Seine industrielle Nutzung ist jedoch nach wie vor durch die
begrenzte Umformbarkeit eingeschränkt, die auf das hexagonale
Kristallgitter zurückzuführen ist. Besonders bei komplexen
Umformprozessen und mehrstufigen Prozessketten wirken sich das
Zusammenspiel von Temperatur, Umformgeschwindigkeit, Spannungszustand
und Texturentwicklung nachteilig auf Prozessstabilität und
Bauteileigenschaften aus.
In den vergangenen Jahren konnten durch neue Legierungskonzepte
deutliche Verbesserungen erzielt werden. Insbesondere der Einsatz von
Kalzium als Legierungselement zeigte positive Effekte auf das
Umformverhalten und die Texturentwicklung. Die Mg-Zn-Al-Ca-Legierung
ZAX210 zeichnet sich dabei durch eine im Vergleich zu konventionellen
Magnesiumlegierungen verbesserte Umformbarkeit aus, die auf eine
gezielte Beeinflussung von Mikrostruktur und Rekristallisation
zurückzuführen ist. Dennoch fehlt bislang ein ganzheitliches
Verständnis des Materialverhaltens dieser Legierungen unter realen,
industriell relevanten Prozessbedingungen.
Zwtl.: Neue Prozesskette für die Legierung ZAX210
Im Projekt „Materialverhalten entlang der Prozesskette von ZAX210
Draht“ wird erstmals systematisch die Herstellung von
Magnesiumdrahtprodukten aus der Mg-Zn-Al-Ca-Legierung ZAX210
untersucht. Im Zentrum steht eine neuartige Prozesskette, die Twin-
Roll Casting (TRC), Continuous Rotary Extrusion (CRE) und
nachgeschaltetes Drahtziehen kombiniert. TRC vereint Gießen und
Warmumformen in einem Schritt und ermöglicht die Herstellung eines
homogenen Vormaterials mit verbesserter Gefügestruktur. CRE stellt
einen ressourceneffizienten, kontinuierlichen Umformprozess dar,
dessen Einfluss auf Mikrostruktur und Textur bislang nur unzureichend
erforscht ist.
Durch die gezielte Förderung dynamischer Rekristallisation sowie
eine kontrollierte Texturentwicklung soll eine verbesserte
Umformbarkeit bei gleichzeitig hoher mechanischer Leistungsfähigkeit
erreicht werden. Damit eröffnen sich neue Anwendungsperspektiven für
Magnesiumdraht, unter anderem in der Medizintechnik sowie im
drahtbasierten Additive Manufacturing.
Zwtl.: Beitrag des LKR: Simulation entlang der gesamten Prozesskette
Das LKR Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen bringt seine
langjährige Expertise in der Umform-, Mikrostruktur- und
Textursimulation in das Projekt ein. Auf makroskopischer Ebene werden
die einzelnen Umformschritte entlang der Prozesskette mithilfe
angepasster Extrusions- und Umformmodelle simuliert, um den Einfluss
zentraler Prozessparameter systematisch zu analysieren.
Ergänzend dazu untersucht das LKR die Mikrostrukturentwicklung –
einschließlich Kornmorphologie, Phasenanteilen, Texturänderungen und
Rekristallisation – entlang ausgewählter Fließlinien. Zum Einsatz
kommt der Visco-Plastic Self-Consistent-Ansatz, ein effizienter
Polykristallansatz zur Beschreibung anisotroper Materialmechanismen.
Dadurch können zentrale Phänomene wie dynamische Rekristallisation
und zwillingsinduzierte Rekristallisation realitätsnah abgebildet
werden. Die Kombination aus makroskopischer Prozesssimulation und
mikroskopischer Materialmodellierung ermöglicht ein ganzheitliches
Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Prozessführung,
Mikrostruktur und resultierenden Materialeigenschaften.
„Mit diesem Projekt schaffen wir ein tiefgehendes Verständnis
dafür, wie Prozessführung, Mikrostruktur und Textur bei Magnesium
zusammenwirken. Diese Erkenntnisse sind entscheidend, um
Magnesiumlegierungen wie ZAX210 künftig wirtschaftlich und
zuverlässig in anspruchsvollen Anwendungen einsetzen zu können“,
betont Simulationsexperte Johannes Kronsteiner,
Projektverantwortlicher am LKR.
Zwtl.: Konsortium und Förderung
Projektpartner ist das Institut für Metallformung (IMF) der TU
Bergakademie Freiberg , das seine ausgewiesene Expertise in der
experimentellen Prozessentwicklung sowie im Bereich Twin-Roll Casting
einbringt und die Gesamtkoordination des Projekts übernimmt.
Das Projekt wird im Rahmen von FWF WEAVE gefördert, mit einer
Haupteinreichung bei der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und
Ko-Finanzierung über die Österreichische
Forschungsförderungsgesellschaft (FFG).
Über das LKR
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