EFB-Forschungsbericht Nr. 423

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Umformtechnische Verarbeitung von stranggepressten Magnesiumlegierungen

efb423Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens, , Dipl.-Ing. André Neumann, Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen, Leibniz Universität Hannover - Prof. Dr.-Ing. Hans Jürgen Maier, , M.Sc. Norbert Grittner, Institut für Werkstoffkunde, Leibniz Universität Hannover

116 Seiten - 72,00 EUR (sw, 91 teils farbige Abb., 3 Tab.)
ISBN 978-3-86776-470-4

 

Zusammenfassung

Magnesium stellt einen der leichtesten Konstruktionswerkstoffe dar. Mit einer Dichte von ρ = 1,7 g/cm³ erreicht es nur einen Bruchteil des Gewichtes von Stahl oder Aluminium. Im Hinblick auf die Verknappung fossiler Energieressourcen und steigenden Umweltauflagen, steigt auch die Notwendigkeit zum Leichtbau, insbesondere in der Automobil- aber auch Luftfahrtindustrie. Während die gießtechnische Verarbeitung von Magnesiumlegierungen bereits etabliert ist, stellt sowohl die Herstellung als auch Verarbeitung von Magnesiumblechen trotz des hohen Leichtbaupotenzials noch eine Nischenindustrie dar.

Die Begründung hierfür ist insbesondere in der vergleichsweise schwierigen Umformbarkeit des Magnesiums zu finden. Bei Raumtemperatur legen Magnesium und seine Legierungen ein sprödes Umformverhalten an den Tag. Erst mit Erhöhung der Temperatur auf über 225 °C werden weitere Gleitebenen aktiviert und der Werkstoff damit umformbar.

Diese Eigenschaft erschwert den Einsatz von Magnesiumblechen in zweierlei Hinsicht. Eine Temperierung des Umformprozesses (Tief- und Streckziehen) erhöht die Verarbeitungskosten, während die Prozesssicherheit durch einen zusätzlichen Prozessparameter reduziert wird. Zweitens wird hierdurch die Herstellung der Blechhalbzeuge erschwert, da das Walzen zum Blech temperiert erfolgen muss, das Blech zwischen den Walzstufen aber abkühlt und wieder erwärmt werden muss. Hierdurch wird die Herstellung von Magnesiumblechen sehr energieintensiv. Weiterhin ist dieses Verfahren auf die Herstellung weniger Legierungen bzw. größere Losmengen begrenzt, da jeweils Brammen aus dem Ausgangsmaterial gesondert gegossen werden müssen.

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurde daher ein Verfahren entwickelt, in dem Rohre aus Magnesium stranggepresst und anschließend aus der Strangpresswärme heraus zu Blechen aufgefaltet werden. Auf diese Weise konnte eine günstige und flexible Methode zur Erzeugung von Magnesiumblechen entwickelt werden. Die anfängliche Herstellung von Rohren ermöglicht hierbei einerseits homogene Materialeigenschaften über der Blechbreite und andererseits die Erweiterung der durch das Pressmaul begrenzten Blechbreite.
Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht.

Das IGF-Vorhaben „Umformtechnische Verarbeitung von stranggepressten Magnesiumlegierungen" wurde unter der Fördernummer AiF 16667N von der Forschungsvereinigung EFB e.V. finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 423 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Summary

Magnesium is one of the lightest structural materials. With a density of ρ = 1.7 g / cm³ only a fraction of the weight of steel or aluminium is reached. With regard to the shortage of fossil energy resources and tighting environmental regulations, even in aviation industry, especially in the automobile, however, the need for lightweight increases. Whereas the magnesium alloy casting technology has already been established, both, the production as well as processing of magnesium sheet, is still a niche industry despite the high lightweight potential. The reason for this can be found in particular in the relatively difficult forming of magnesium. At room temperature, magnesium and its alloys show brittle deformation behaviour. Only after increasing the temperature to about 225 ° C more sliding planes are activated and whereby the formability of the material is increased considerably.

This hinders the use of magnesium metal sheets in two ways. Heated forming (deep drawing and stretch drawing) increases processing costs, while the process safety is reduced by this additional process parameters. Secondly the production of semi-finished sheet is made more difficult because the rolling process must be tempered, but in between rolling stages the sheet cools and needs to be reheated. This makes the manufacture of magnesium sheet metal very energy intensive. Furthermore, this method is limited to the production of few alloys or rather larger lot quantities, since each bar must be cast out of the starting material separately.

Within this research project, therefore, a method was developed to extrude tubes made of magnesium and then unfold into sheets. In this way a convenient and flexible method to produce magnesium sheet could be developed. The initial production of tubes enables on one hand homogeneous material properties within the sheet width and on the other hand, the extension of the limited width of the pressing nozzle.
The objective of the project was achieved.

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis
Formelzeichen und Abkürzungen
Zusammenfassung
1 Anlass für das Forschungsvorhaben
2 Stand der Technik
2.1 Bandgießen von Magnesium
2.2 Walzen von Magnesiumblechen
2.3 Strangpressen von Magnesium
2.4 Einfluss zyklischer Beanspruchung auf gewalzte Magnesiumbleche
2.5 Dressieren und Walzen von Magnesiumblechen
2.6 Tiefziehen von Magnesiumblechwerkstoffen
2.7 Patentsituation
3 Zielsetzung und Vorgehensweise
4 Durchgeführte Arbeiten
4.1 Herstellen und Charakterisieren von stranggepressten Rohren
4.2 Laboruntersuchungen zum manuellen Auffalten von Rohrabschnitten
4.3 Aufbau und Durchführung von Feldversuchen mit einer Rollbiegeanlage
4.4 Charakterisierung der Magnesiumbleche
4.4.1 Metallographie
4.4.2 Zugversuche
4.4.3 Zugversuche mit hoher lokaler Auflösung
4.4.4 Reibwertermittlung
4.4.5 Grenzformänderungsanalyse
4.5 Korrosionsuntersuchung
4.6 Temperierte Tiefziehversuche
4.6.1 Versuchsaufbau
4.6.2 Ergebnisse
4.7 Analyse der Bauteilqualität
4.8 FEM-Simulation und Prozessauslegung Tiefziehen
4.8.1 Aufbau des Simulationsmodells
4.8.2 Simulationsergebnis und Abgleich mit den Ziehteilen
4.9 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
4.9.1 Halbzeug
4.9.2 Strangpressen
4.9.3 Auffalten über Rollen
4.9.4 Bewertung der Wirtschaftlichkeit
5 Ergebnisse
6 Projektauswertung
6.1 Einschätzung zur industriellen Umsetzbarkeit
6.2 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
6.3 Wissenschaftlich-technischer Nutzen der Ergebnisse für KMU
7 Literatur
8 Anhang

 

 

 

 


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