Leicht- und Buntmetalle PDF

Leicht- und Buntmetalle Mascienenbaumaterialien, Legierungen nicht auf Eisenbasis  Leichtmetalle  Buntmetalle Magnesium Mg  Kupfer Cu Titan Ti  Zink Zn  Zinn Sn A...

Leicht- und Buntmetalle Mascienenbaumaterialien, Legierungen nicht auf Eisenbasis  Leichtmetalle  Buntmetalle Magnesium Mg  Kupfer Cu Titan Ti  Zink Zn  Zinn Sn Aluminium Al  Blei Pb (Berillium Be, Lithium  Nickel Ni Li, C- Karbonfiber,  Wolfram W Bohr B Folie: 2  Eigenschaften der wichtigsten Leichtmetalle Dichte Fließgrenze Fließgrenze Kriechtemperatur (g/cm3) (MPa) /Dichte (⁰C) Mg und Legierungen 1,7 70- 270 40- 160 150-250 Be 1,82 100- 700 50- 380 250 Al und Legierungen 2,7 25- 650 9- 240 150-250 Ti und Legierungen 4,5 170- 1300 38- 300 400-600 (Cu und Legierungen) 8,94 60- 1400 (Konstruktionsstähle) 7,9 180- 1600 25- 200 400-600 Folie: 3 Eigenschaften von Strukturmaterialien Wärme- Lineare Spec. Wärmeaus Dichte Schmelzp. leitungs El. Widerstand E-Modul Material Wärme -dehnungskeff. (M/Ω× (g/cm3) (⁰C) koef. ×mm2) (GPa) (J/kgK) (W/mK) (mm/mmK× ×106) Al (99,5%) 2,7 660ll 900 238lll 23,5 26,7 70 Stahl (wenigC) 7,8 1536 456 78lll 12lll 101 210 Cu (99,9%) 8,9 1085 386 397lll 17lll 16,9 130 Ni (99,6%) 8,9 1454 452 88,5 13,3 69lll 200 Ti (99,5%) 4,5 1667 528 21,6 8,9 554lll 116 Folie: 4  Einige Eigenschaften Rm E ρ Rm/ρ E/ρ Material USD/t (MPa) (GPa) (kg/m3) ×10-4 ×10-4 Gusseisen 200 110 7150 280 154 900 Stahl (weich) 450 210 7860 573 267 600 Stahl (hart) 1500 210 7800 1923 269 800 Stahl (korrosionsb.) 500 210 7930 631 265 2700 Aluminium (weich) 70 70 2710 258 258 2000 Aluminium (hart) 450 70 2800 1601 250 2500 Kupfer (weich) 140 120 8930 156 134 2000 Kupfer (hart) 400 120 8500 471 141 2000 Magnesium 250 42 1740 1436 241 6000 Titan (Legierung) 1200 120 4580 2620 262 20000 Spezifische Festigkeit ↑ ↑ spezifische Steifigkeit (fajlagos szilárdság) (fajlagos merevség) Folie: 5 Aluminium  In der Erdkruste 8%  Betriebsherstellung: Das Haupterz ist der Bauxit Mit Natronlauge Verfahren Tonerde (Al2O3) Reduktion der Tonerde durch Schmelzflußelektrolyse (Hüttenaluminium) (99.5% Al ) Gaphitelektrode - Kathodenmetall die Raffinage 99.9, 99.9999 % Zum 1 t Al gehört 2 t Tonerde, 4 t Bauxit, 0,5 t Anodenkohle, 0,05 t Kryolith und 18000 kWh Energie. Zur Wiederverarbeitung gehört 2000 kWh Energie. Folie: 6  Eigenschaften des Aluminiums  Kleine Dichte  Kleine Schmelzpunkt  Gute elektrische Leitfähigkeit (2/3 die von Cu)  Gute Wärmeleitfähigkeit  Kubisch flächenzentriertes Gitter  Gut verformbar Z = 90 % (sowohl warm als auch kalt)  Gute Korrosionsbeständigkeit (sehr stabiles Oxidschicht auf der Oberfläche Al2O3 )  Kleine Festigkeit Rm = 40 … 120 MPa Rp0,2 = 20 … 60 MPa  Kleine Steifigkeit (E, Elastizitätsmodul klein) Folie: 7 Methoden zur Festigkeitserhöhung Al 99,99- Al 99,5 Reinheit (Verunreinigungen in kleinen Massen haben starkes Effekt)  LEGIERUNG  KALTVERFORMUNG  WӒRMEBEHANDLUNG (Ausscheidungshärten)  DISPERSIONSHӒRTEN  VERBUNDWERKSTOFFE Folie: 8  Legierung von Aluminium Hauptlegierungselemente: Si, Cu, Mg, Mn, Zn, (Li) Folie: 9 Al-Legierungen mit Mischkristallbildung Folie: 10  Allgemeine Al- Legierungseigenschaften T α β A B Verformbare Legierungen gießbare Legierungen „Vergütbare”, ausscheidungshärtbare Legierungen Schweißbare Legierungen Folie: 11 Al-Legierungen und deren Kennzeichen Aluminiumlegierung mit Kennzeichen Reines Aluminium 1 x x x (1000 Serie) Cu-legiert 2 x x x (2000 Serie) Mn-legiert 3 x x x (3000 Serie) Si-legiert 4 x x x (4000 Serie) Mg-legiert 5 x x x (5000 Serie) Mg und Si legiert 6 x x x (6000 Serie) Zn-legiert 7 x x x (7000 Serie) Li-legiert 8 x x x (8000 Serie) Mit anderen Elementen legiert 9 x x x (9000 Serie) Folie: 12  Al-Legierungen Verformbare Legierungen Gießbare Legierungen nicht vergütbar (schweißbar) vergütbare nicht vergütbare korrosionsbeständig, Hochfestigkeits- vergütbar Legierungen elektrische Leiter, legierungen (schweißbar) gut verformbar Al-Mg-Si Al-Mg-Li Al-Si-Mg Al-Mn Al-Li-Mg Al-Si-Cu Al-Mg Al-Cu-Mg Al-Mg-Si Al-Si Al-Mg-Si Al-Mg0.5-Si0,5 Al-Cu-Li Al-Cu Al-Mg Al-Mg-Zn Al-Cu-Li-Mg Al-Cu-Ni Al-Mg-Li Al-Zn-Mg Al-Zn-Si Al-Li-Cu-Mg Al-Zn-Mg Al-Zn-Cu-Mg Folie: 13 Vergütbare Al-Legierungen Vergütung von Al-legierungen = Ausscheidungshärten Al – Cu Al – Mg – Si Al – Zn – Mg T (ºC) 660 T (ºC) 11,7 % Mg2Si 548 475 °C 1,8 % MgZn2 Al2Cu 17 % Al 5,65 33 Cu Konz. (%) Folie: 14  Bedingungen des Ausscheidungshärtens T S S+AnBm α+S β Segrega- α + AnBm (β) tionen Al Ausscheidungsh. Leg. A nB m B Verformbare Leg.  Löslichkeit soll sich mit der Temperatur ändern  Die Phase die ausscheidet soll hohe Härte  Die Legierungselement soll passende Diffusionskonstante haben Folie: 15 Homogenisierung T T Konzentration t Temperaturbereich der Homogenisierung (unter der Soliduslinie) Folie: 16  Durchführung der Ausscheidungshärten Homogenisierung T Tkrit Künstliches Altern 120-180 °C Natürliches Altern 20-40 °C t Schnelle Abkühlung „Härten”- „Weihen” „weich” Al, Messing Folie: 17 Ausscheidungshärten T= konstant Festigkeit β´´ β´ Semi-koherent Zonen β Inkoherent Übersättigtes Mischkristall log. Zeit Folie: 18  Altern auf niedrigere Temperatur verursacht größere Rm , (HV) Festigkeitserhöhung β´´ T2 Gleichge- wichtzustand Überaterung Zonen T1 < T2 log t Folie: 19 Verformbare Legierungen  Mn - Legiert  Mg - Legiert  Cu - Legiert  Zn - Legiert  Vergütbar  Nicht vergütbar Folie: 20  Al-Mn Legierungen  Gute Korrosionsbeständigkeit  Gute Wärme- und elektrische Leitfähigkeit  Große Plastizität  Stabile Mischkristalle Vergütbar Nicht vergütbar  Behälter, Bedachung, usw. Folie: 21 Al-Mg Legierungen  Zwei Hauptgruppen Rm  1..3% Mg  Mg >4 A10 1..3% Mg  gute Korrosionsbeständigkeit  gute Schweißbarkeit Mg % 7%  Dekorationspanäle, Beschichtungen, Eisenbahnwagone…usw Folie: 22  Mg > 4 %  Höhere Festigkeit  Gute Spanbarkeit  Korrosionsbeständigkeit sinkt in kleineren Maße Gespante Bestandteile Wasser-Verkehrsmittel  Al – Mg- Si Legierungen  vergütbar  künstlich alterbar Folie: 23 Al-Cu-Mg Legierungen  Duraluminium  Cu = 2,5 … 5 % + Mg = 0,4 … 2,8 %  Altert auch natürlich  Im weichen Zustand Rm=250 MPa  Vergütet Rm=400 MPa  Empfindlich auf interkristalline Korrosion  Geschmiedete, gepresste Beuteile Folie: 24  Al-Zn-Mg Legierungen  Zn = 3 … 8 % + Mg = 2 … 4 % (Cu= 0,2 … 2%)  Selbstvergütend/alternd  Beim Luft abgekühlt kommt auch übersättigtes Mischkristallbildung vor, in 30…90 Tagen wird natürlich Altern  Schweißbar  Empfindlich auf interkristalline Korrosion  Rm=600…700 MPa, A10=7% Folie: 25 Verformbare Legierungen Al 99 1xxx reines Al Al Mg 3 5xxx Mg-Leg. Al Mn 1 Cu 3xxx Mn- Leg. Al Mg Si 0,5 Al Mg Si 1 6xxx Mg - Si Leg. Al Cu4 Mg1 2xxx Cu Al Zn5 Mg1 7xxx Zn- Leg. Folie: 26  Legierungen fürs Gießerei 1. Al-Si Legierungen Silumine Al-Zn Legierungen ( Al - Cu, Al – Mg, Al-Li Leg. Können schlechter gegossen werden) Silumine ( Si = 10 - 12 % )  Rm = 220 MPa in Sandform gegossen  Rm = 260 MPa in Metallform gegossen  Niedriges Schmelztemperatur Al - Si - Cu β-Silumin  Kleinste Schrumpfung Al - Si - Mg γ-s Silumin  Gute Korrosionsbeständigkeit Al - Si - Cu- Ni wärmebeständig Folie: 27 Legierungen fürs Gießerei 2.  Al-Zn Legierungen  7...12% Zn gute Gießbarkeit  mit Mg legiert wird selbstvergütend  bei Zn> 12 %,  Rm = 550 MPa kann erreicht werden  nach Schweißen selbstvergütend Folie: 28  Aluminium Guss-stücke Folie: 29 Aluminium in Automobilkarosseriebau ASF-Technologie  ASF: Audi Space-Frame Vorteile der mit Space Frame Technologie hergestellte Automobile:  kleineres Gewicht, niedrigere Kraftstoffverbrauch  steife, sichere Karosserie, gute Fahrkomfort Neue Generation von ASF  weniger große multifunktionelle Güsse  enfachere gerade extrudierte Profile  große extrudierte Profile  enfachere Blechbauteile Wenigere Bauteile Folie: 32  Vergleich der Anzahl und Massenverteilung der D2/D3 Bauteilen 16% Reduzierung im Beuteilzahl Folie: 33 Verwendbare Legierungen ASF Karosserie kann mit Kombination der 3 Technologien hergestellte Al-Bauteile hergestellt werden 1. Guss 2. Extrudiertes Profil 3. Blech Folie: 34  Güsse Vor und Nachteile der Gießprozesse Sandformgießen Kokillengießen Pressgießen + Schweißbarkeit + Schweißbarkeit + Wanddicke + Festigkeit, Verformbarkeit + Festigkeit, Verformbarkeit + Zykluszeit + Kaltverformbarkeit + Kaltverformbarkeit + Kosten - Wanddicke + Toleranzen + Toleranzen - Toleranzen - Wanddicke - Schweißbarkeit - Zykluszeit - Zykluszeit - Festigkeit, Verformbarkeit - Kosten - Kosten - Kaltverformbarkeit Folie: 35 MIG Schweißen Bindetechnik zur Zusammenfügen der ASF aus verschiedenen Teilen  Erreichen einen höheren Automatisierungsgrad, Verwendung von Schweißrobote zur Qualitätssicherung der Serienproduktion  Verwendung von neuen digitalen Schweißgeräte zur erhöhten Prozeßsicherheit und bessere Nahtqualität Folie: 36  Laserstrahl Schweißen Schweißparameter:  Laserleistung: PL=3,4 KW  Geschw. d. Schweißung: VC= 3,6 m/min  Vorschubgeschw.: Vd=4,5 m/min  Anfangs- und Endkrater optimiert Folie: 37 Laserstrahlgeschweißte Nähte Nahtlänge: 35 – 80 mm Gesamtenahtlänge: 7100 mm Materialdicke:  Blech: 1.0 -1,15 mm  Extrudiertes Profil: 1.5 – 4.0 mm  Guss: 2.0 – 3.0 mm Folie: 38  Ausschneidvernietung Kivágószegecselés Bei Entwicklung von neuen Generation A8  Integration der Nietklemmen in Werkzeugsysteme  Verwendung von verschiedenen Nieten im gleichen Klemme  Hidraulisches-, oder elektromechanisches Bewegungskonzepte  100 % Prozessüberwachung  Verwendung von neuartigen Schlagwerken Folie: 39 Al- Legierung (AUDI) Motorblock ohne Hülse, mit 3- Schritt Honen behandeltes Zylinderbohrung. So verschlissene Si-Kristallen kann man am rechten Bild sehen. Wanddicke zwischen den Zylindern 5,5 mm. Folie: 40  Al- Legierung (AUDI) Produktion: Warmkammer Niedrigdruckgießen (zur fast Nominalform) in Hochfesten Sandform Folie: 41 Herstellung von Al-Halbprodukte Hüttenaluminium Abfall Aluminium Schmelzen Legierungs Metalle Formgießen Blockgießen beim Walzen Gießen Guss Gussblock Streifen Draht Warmwalzen Pressen Schmieden Kaltwalzen Ziehen Wärmebehandlung Wärmebehandlung Wärmebehandlung Blech Stange Schmiedestück Streifen Profil Scheibe Rohr Folie Draht Folie: 42  Schmelzenherstellung  Primermetall-Herstellung  Sekundermetall-Herstellung  Schmelzenherstellung aus kalten oder warmen Einsatz  Zusammensetzungsherstellung, Legierung  Energiebedarf  Umweltschutz  Beispiel vom Gebiet der Aluminiumindustrie Folie: 43 Aluminiumabfall- Wiederschmelzofen Folie: 44  Wiederaufbereitung von Aluminiumabfall-Getränkedosen Folie: 45 Aluminiumschmelzenabstich in Vakuumpfanne zur Gießerei Folie: 46  Schmelzenbehandlung  Entfernung der Verunreinigungen  Entgasen  Kornfeinerung  Im Ofen gemachte Behandlungen  Beruhigen/Auslagern  Behandlung unter Salz  Entfernung der Gasblasen  kontinuierliche Behandlungen (Durchflusssystem)  mit Filterbett  Gasdurchleitendes Folie: 47 Beruhigungsofen / Auslagerungsofen Folie: 48  SNIF-Typ kontinuierliche Metallreinigungsvorrichtung 1 6 3 4 2 5 1. Metalleinfütterung vom Gießofen, 2. Reinigungskammer, 3. Gießkammer, 4. Gaseinblasen und Rühren, 5. gereinigtes Metalldurchfluss, 6. Metallabführung fürs Gießen Folie: 48 Blockgießen Blöcke zum Walzen Blöcke zum Pressen Halbkontinuierliches Blockgießen mit rutschende Kokille Gießen mit elektromagnetische rutschende Kokille Gießen mit warmen Gießkopf Erzeugung der Gussblöcke zur Weiterverarbeitung Folie: 50  Gießen mit rutschende Kokille 1 3 5 6 2 4 1. Kokille, 2. Kühlwasser, 3. Metallschmelze, 4. erstarrtes Metall, 5. Metalldosierungskanal, 6. schwimmendes Niveauregler Folie: 51 Blockgießen in mehreren Gefäßen Folie: 52 Gussblöcke zum Pressen Folie: 53 Gussblöcke zum Walzen Folie: 54  Kontinuierliches Gießen und Walzen (Öntvehengerlés) Kontinuierliches Gießen  mit Deckband mit einer Gießrolle  mit Zwillingsgießrolle  mit Deckband, mit Zwillingsrolle  mit Zwillingsrolle, und Kühlblockdecken Warmwalzen  nach der Gießrolle  direkt mit der Zwillingsgießrolle Kontinuierliches Gießen und Walzen von Bänder Kontinuierliches Gießen und Walzen von grobe Drähte Folie: 55 Kontinuierliche Gießanlage für dünne Bänder 1 2 3 4 5 6 7 1. Stahlband, 2. Gießrolle mit Wasserkühlung, 3. Gießtrichter, 4. Gießband, 5. Warmwalzrollen, 6. Schere, 7. Aufwickler Folie: 56  Anlage mit Deckband mit einer Gießrolle Folie: 57 Kontinuierliche Bandgießanlagen Folie: 58  Kontinuierliche Gießanlage Folie: 59 Gießrolle einer Properzi anlage für grobes Drahtherstellung Folie: 60  Gießanlage mit Zwillingsrollen und Futterofen Folie: 61 Technologierehe einer Gießanlage mit Zwillingsrollen 1 6 2 7 8 3 4 9 5 1. Schmelzofen, 2. Beruhigungsofen, 3. Entgaser, 4. Filter, 5. Gusspfanne, 6. Gussmaschine, 7. Spannrollen, 8. Schere, 9. Aufwickler Folie: 62  Verarbeitung der Gießblöcke zum Walzen  Grundbegriffe der Walzen  Vorbereitung der Blöcke  Warmwalzen  Kaltwalzen  Wärmebehandlung  Folienherstellung Folie: 63 Walzanlagen 1 2 3 4 Walzlagergestelltypen 1. Duo, 2. Kvatro 3. Horizontal 4. Tandem Folie: 64  Warmwalzen von Aluminium Mit einem Gestell reversierende Methode Folie: 65 Warmwalzen von Aluminium Folie: 66 Reversierende Warmwalzgestell Folie: 67 Reversierende Kaltwalzgestell Folie: 68 Reversierende Kaltwalzanlag mit mehreren Gestellen Folie: 69 Reversierende Kaltwalzgestell für Aluminium Folie: 70  Walzgestell für Aluminiumfolienherstellung Folie: 71 Verarbeitung der Gussblöcke zum Pressen  Pressen  Schmieden  Rohrherstellung  Ziehen  Wärmebehandlung Folie: 72  Direktes Pressen 1 2 3 4 5 6 7 8 1. Produkt, 2. Werkzeug, 3. Block, 4. Werkzeug, 5. Stempelscheibe, 6. Kolbenstange, 7. Kolben, 8. Zylinder Folie: 73 Indirektes Pressen 1 2 3 4 5 6 1. Produkt, 2. Press-stange, 3. Werkzeug, 4. Stempelscheibe, 5. Block, 6. Pressstange Folie: 74  Hydrostatisches Pressen 1 2 3 4 5 6 7 1. Produkt, 2. Werkzeug, 3. Werkzeug, 4. Block, 5. hydrostatisches Medium, 6. Press-stange, 7. Presszylinder Folie: 75 Pressmaschine mit 2500 t Presskraft Folie: 76 Freiformschmieden Folie: 77 Gesenkschmieden Folie: 78  Schmiedmaschine mit 50 000 t Umformkraft Folie: 79 Manuelle Gravitationskokille I. Folie: 80 Manuelle Gravitationskokille II. Folie: 81 Manuelle Gravitationskokille III. Folie: 82  Druckgießen (Niedrigdruck, Warmkammer) Folie: 83 Druckgießen (Hochdruck, Warmkammer) Folie: 84  Druckgießen (Hochdruck, Kaltkamer) Folie: 85 Magnesium  Magnesium  hat hexagonales Gitter  schwer verformbar  „Werkstoff der Zukunft” im PKW-Herstellung ist Entwicklung zu erwarten.  gut zerspanbar (im Vergleich mit Al)  kann mit kürzeren Zyklenzeit gegossen werden  Lebensdauer der Druckgießwerkzeuge ist länger  Gehäuse von teueren Kameras, Notebooks, Material für Flugzeug-, Raumschiffbestandteile usw. Folie: 87 Eigenschaften von Magnesium Dichte: 1,8 g/cm3 (2/3 die von Al, hälfte die von Ti, ein viertel die von Stahl) Hohe Steifigkeit Gute Schlagbeständigkeit, Dimensionskonstantheit, Spanbarkeit Beste Festigkeit/Massen Verhältnis Ermöglicht dünne Wanddicken (Händygehause 0,8 mm) Folie: 88  Vorkommen von Magnesium Finite Menge aber riesige Reserven In Dolomiterzen In Salz- und Meereswasser (1 Kubikmeilen von Meereswasser = 6 millionen tonnen Mg; 1.5 m3 Meereswasser = enien Fahrradgerüst 6. häufigste Element auf der Erde Folie: 89 Magnesium als Werkstoff fürs Druckgießen Weniger Mg-Legierungen als Al-Leg. Häufigste Legierungselemente: Al, Zn, Si, Mn AZ91 ist der weitesten verbreitete Mg- Legierung A6-os (AM60) beliebt, gut verformbar und zähes Legierung zum Gießen Folie: 90  Technologie fürs Gießen  Mit Maschinen mit kaltem und warmen Druckkammer  Der Taktzeit kann sogar 1,5 fache die von Aluminium sein (200-400 Einschüsse pro stunde), verringert sehr die Werkzeugkosten  Mg reagiert weniger mit Eisen, haftet nicht ans Werkzeug als Al  Die Güsse mit kleiner Wandschiefigkeit lassen sich leichter ausstoßen als von Al-Güsse  Deswegen kann Spanen oft weggelassen werden Folie: 91 Technologie fürs Gießen  Wächst der Werkzeuglebensdauer  (Al Werkzeug 150000x Gießen~ Mg Werkzeug 300000x- 500000x)  Beste mechanische Eigenschaften bei 2-4 mm Wanddicke, aber kann auch 0.8, 0.9 mm hergestellt werden  Kann mit strengen Maßtoleranzen produziert werden  Schrumpfung ist konstant und kann von Vornherein ermittelt werden  Maßstabilität hervorragend  Wegen Gleiteigenschaften kann als Lageroberfläche benutzt werden (Reibbeiwert: 0.36 ; Wärmeleitkoeff.: 154 W/mK)  Schwingungs- und Geräuschdämpfer (gute Energieabsorption) Folie: 92  Spanen von Magnesium  Sehr gut spanbar  Bei kleine Leistungen hohe Spanabtrennleistung  Hervorragende Oberflächenqualität, hohe Werkzeuglebensdauer (haftet nicht ans Werkzeug)  Am besten ist trocken zu Spanen  Große Spangeschwindigkeit und Vorschub möglich (Limit=was die Maschine leisten kann)  Beim Schleifen muss man wegen der explosieven Pulver vorsichtig sein Folie: 93 Zusammenbinden von Magnesium Bauteilen Mit herkömmliche Lichtbogenschweißen schweißbar (Sandform gegossen und verformte Mg-Leg.) Löten ist nicht empfehlenswert Druckgüsse werden geklebt oder mechanisch befestigt (Epoxiharz, Nieten) Folie: 94  Korrosionsschutz von Magnesium Bauteilen Legierungen mit hohe Reinheit sind keine Korrosionsschwierigkeiten (gefährilchste ist das säuriges chloridisches Wasser) Früher trat wegen Ni, Fe, Cu Verunreinigungen Galvaneffekt auf Die Korrosionsbeständigkeit der neuen Legierungen ist besser als die von Aluminium oder die von kalt gewalzten Stahl Folie: 95 Bauteile aus Magnesium  Kohlenfaserverstärkte Magnesium Kolben hat um 30% weniger Masse als die von Aluminium  Faserverstärktes Magnesium Lenkrad und Lenkradstange  Getriebegehäuse von VW Passat , Audi A8 Armaturenbrett  Mercedes SLK Benzintankdeckel  Porsche Leichtmetallfelgen  VW Lupo Heckklappe  BMW Luftsaugstutzen Folie: 96  Motorblöcke aus Magnesium (BMW) Vorteile:  höhere Leistung  Kleinere Verbrauch  Gewicht des Motors wurde leichter Motorblock beinhaltet 50% Aluminium (als Zylinderhülsen) und 50% Magnesium Magnesium Legierung: MgAl6Sr2 (AJ62) Aluminium Legierung : AlSi17Cu4Mg (A390) Folie: 97 Bauteile aus Magnesium Mercedes SLK Benzintandeckel Folie: 98 Bauteile aus Magnesium VW Lupo Lenkrad aus Mg-Legierung Folie: 99 Bauteile aus Magnesium Folie: 100  Bauteile aus Magnesium  Als strukturmaterial für Getriebegehäuse kann wegen der kleinen Dichte als alternative der Al-Legierungen ins Frage kommen.  Magnesium hat viele Perspektiven bei Güssen mit kleinen wanddicken und sehr komplizierten Bauteilen.  ZB. Beim VW Passat das Getriebegehäuse fürs manuelle schaltung ist um 4,5 kg leichter als der aus Aluminiumlegierung.  In die Zukunft empfehlt man die Weiterentwicklung der Hochfesten Magnesiumlegierungen zur hochbelasteten Automatengetrieben und Motoren. Folie: 101 BMW 3-er Cabrio Deckplatte  Länge: 1,5 m  Massenverringerung der Mg-Legierung im Vergleich von Stahldeckplatte mit gleicher Geometrie 3 kg Folie: 102  Charakteristiken der Mg-Legierungen Im Vergleich mit Al-Legierungen  Höhere Materialkosten, teueres Strukturmaterial  Lebensdauer der Gießwerkzeuge ist zweifach  niedrigere Werkzeugkosten  Bessere Bearbeitungsfähigkeit  Die Verwendung von gewalzten magnesiumblechen verursacht erhebliche Massenreduzierung im Vergleich mit Stahl und Aluminiumblechen  Die Verwendung von Magnesiumlegierungen, kann mit der Entwicklung neue Legierungen und häftige Weiterentwicklung der Oberflächenbehandlungstechnologien bei bestimmten Bauteilen erheblich zunehmen Folie: 103 Charakteristische Eigenschaften der Mg-Legierungen Korrosionsbeständig Gut schweißbar Können in Sandform und in Kokille auch gut gegossen werden Plastisch gut verformbar Ungünstige Festigkeitseigenschaften, hauptsächlich wegen der kleine Verlängerung ist deren Verwendung sehr beschränkt Folie: 104  Magnesiumblech im Karosseriebau Die Festigkeit von plastisch verformten Magnesiumlegierungen ist höher als die von gegossenen. Dass kann mit der feineren Korngröße und homogenere Gefügestruktur der verformten Legierungen erklärt werden (die chemische Zusammensetzung und Gefügestruktur ist ähnlich, hexagonale Kristallstruktur) Folie: 105 Grundlagen der Entwicklung  Wegen der hexagonale Kristallstruktur ist die Kaltverformbarkeit von Magnesium schlecht  Auf Raumtemperatur geschieht nur an den Grundebene Verschiebung. Zwillingskristall wird gebildet: es hat Anisotropie als Folge, und so die Mechanische Eigenschaften sind in der verschiedenen Walzrichtungen unterschiedlich.  Auf 200oC Temperatur wird die Verformbarkeit erheblich besser, es kann mit Li-Legierung weiter verbessert werden. Folie: 106  Oberflächenbehandlung der Magnesiumbleche  Die Magnesiumbleche werden mit ähnlichen Technologie als der Stahlbleche oberflächenbehandelt, die werden Verchromt, oder können mit Lackschicht bezogen werden.  Die Behandelbarkeit und die Neigung zur Korrosion der Oberfläche dieser Bläche hängt hauptsächlich von der Oberflächenverschmutzung ab.  Vor der Behandlung muss der Zunder mit salzsäurigen oder schwefelsäurigen Technologie entfernt werden. Folie: 107 AVL GENIOS LE Motorbauteile aus Mg-Legierung Ölpfanne, Ventyldeckel, Lagerrahmen, Rahmen für die Wasserpumpe Folie: 108  Andere Industriezweige Für die Gehäusen von:  TV-s, Kameras  Fotoapparaten  Händys  Notebooks  PC-Gehäusen  Spezielle Werkzeuge, zB. Borer und Schneidmaschinen…usw. werden erheblich mehr Magnesiumlegierungen benutzt. Folie: 109 Titan  Titan Den Element hat der Deutsche Chemist Martin Heinrich Klaproth entdeckt im 1795 Die Name stammt von der griechischen Mitologie von der Titanen (die Verkörperung der Kraft) Die 9. häufigste Element in der Erdkruste Die Oxiden sind Schneeweiß  Grundmaterial für Farben Flugzeuge, Raketenbau, Chemiindustrie, medizinische Implantate Folie: 111 Titan  ist nicht wirklich leicht  α-Titan hat dicht gepacktes hexagonales Gitter  sehr gute Festigkeit/Gewicht Verhältnis  gute Korrosionsbeständigkeit  biokompatibel (Prothesen)  nicht „temperaturempfindlich”  Verformbarkeit und Zerspanbarkeit ist schlecht  stark oxidierend und desoxidierend, karbidbildend Folie: 112  Eigenschaften der Titanlegierungen Legierungs Rp0,2 Rm A5 Legierungselemente Zustand -typ (MPa) (MPa) (%) Metall Ti - 250-300 400-550 22 Al4-6 w 750 850 15 Al5-Sn2-3 w 850 880 18 α-Ti Al6-Zr5-Mo0,5 w Sn11-Zr5-Al2-Mo1 w 900 920 16 1250 Al3-V13-Cr11 auf 20ᴼC 1180 6 1220 auf 315ᴼC 1020 8 β-Ti Mo15 900- Mo15-Zr5 800-900 10-12 1000 Al6-V4 V 1050 1300 13 Al8-Mo4 V 1000 1200 8 Al4-Mn4 V 980 1120 10 α+β Al5-Cr2 V 980 1100 12 Al2,5-V16 V 1050 1200 7 Al5-Fe1,5-Cr1,5-Mo1,2 V 1300 1350 9 W-weichgeglüht, V-vergütet Folie: 113 Eigenschaften der Titanlegierungen Folie: 114  Neue Entwicklung Ti-Al Legierung  An vielen Forschungsinstitute der Welt sowohl an Universitäten als auch an Industrie beschäftigt man sich mit einer neuen vielversprechenden Strukturmaterial mit der Titanaluminid (Gamma-TiAl). Es ist eine Verbindung also zwischen der Atome herrschen nicht nur metallische sondern auch kovalente Bindungen. Deswegen sind deren mechanische und thermische Eigenschaften besser als die von bisherigen Ti-Al-Legierungen.  Hart, hat hohe spezifische Festigkeit, bis 800⁰C oxidiert nicht und bis 900⁰C formfest.  Schmelztemperatur 1450⁰C (Al 660⁰C, Ti 1668⁰C ). Dichte nur 3,8 (Ti 4,51, Al 2,70).  Dieses Material kann vorteilhaft verwendet werden bei Teilen von Flugzeugturbinen zB. Umhüllung (Festigkeit, Hitzebeständigkeit, oxidiert nicht und leichter als die umsonst benutzte Ti- und Al- Legierungen). Folie: 115 Kupfer  Kupfer und sine Legierungen  Kupfer: hat kfz Gitter, gute Verformbarkeit, ist weich, gute Wärme- und elektrische Leiter, korrosionsbeständig Kupferlegierungen:  Messinge (Cu-Zn Legierung)  Bronzen: Bleibronze (Phosphorbronze) Aluminiumbronze Chromebronze Zinnbronze Folie: 117 Messinge I. Folie: 118  Messinge II. Zeichen der Rp0,2 Rm A5 Zustand Verwendung Legierung (MPa) (MPa) (%) Cu gegossen 60 170 40 - OF-Cu 70 235 45 - CuZn5 80 220-240 52 Bei der Name von Tombak bekannt. CuZn10 W 90 240 38 Sehr gut verformbar tiefziehbar, V 360 5 elektrisch Leitend. 250 38 Im Draht, Metallgewebe, Blech, Rohr, CuZn15 100 W 270 40 Stangen Form. Material für Mikrowellen- CuZn20 110 V 400 8 Einrichtungen, Televisionsketten. W 280 45 CuZn30 125 V 430 12 Gut verformbare Materialen mit höheren 290-310 45 Festigkeit, z.B. Kondensatorplatten, Rohr, CuZn33 130 W 300-360 47 Verbindungselemente, Schrauben. CuZn37 140 V 620 0 Verschleißfeste sog. Müntzllegierung CuZn40 400 Auf Stangenautomat bearbeitbar. CuZn39Ni5Mn 140 380 50 Hochfest, warm gut verformbar CuZn28Sn1 160 350 50 Mehreswasserfeste Maschinenbauteile CuZn36Pb2-3 140 340 36 Kondensatorröhren. Gut spannbar, warm extrudierbar. CuZn40Al1Mn1 200 490 30 Hochfeste Konstruktionselemente. CuZn37Si1 Lötmittel W-weichgeglüht, V-verformt Folie: 119 Bronzen I.  Bronzen II. Zeichen der Zus-tand Rp0,2 Rm A5 Verwendung Legierung (MPa) (MPa) (%) CuSn2 300 60 CuSn4 230 320 52 Band, Draht, Rohr Münze. CuSn6 250 350 60 CuSn8 400-450 55 CuSn10 180 200-350 3-10 Gießlegierungen Armaturen CuSn12 200 250-350 3-10 Maschinen- und Lagerbronze, CuSn8Zn5 200-250 4-10 Schnecken, Rote Legierungen. CuAl5 G 300 50 P 420 60 Band, Draht, Rohr. CuAl10 G 450 30 P 550-650 10 Güsse gepresste Produkte. CuAl10Fe3Mn G 600 12 CuAl10Fe4Ni4 G 650 10 CuSi3 250 20 Korrosionsbeständig, schweißbar. CuSi1Ni3 600 12 CuPb3 60 4 CuPb25Sn5 180 6-8 Lagerlegierungen CuPb12Sn10 200 8 CuCr1 350 17 CuCr1Zn 400 Hochfeste Leitungsmaterialien CuCo1,5Ag1Be0,4 705 8 CuBe2NiTi 900- 1110- 2,5 Bänder mit sehr hohen Festigkeit, 1000 1350 Blech Guss. Gibt keine Funken! G-gegossen, P-gepresst Folie: 121 Andere Metalle  Andere Metalle  Nickel: weich kfz. Gitter, sehr verformbar Material für Dichtungen, korrosions- und säurebeständig, Grundmaterial für wärmebeständige Stähle, wichtiges Legierungselement  Blei: Schwermetall, niedrige Schmelzpunkt, gute Verformbarkeit und Korrosionsbeständigkeit, für Akkumulatoren, schützt gegen γ-Strahlung, Eutektische Legierungen niedrige Schmelzpunkt (Wood Metall, Lagerlegierung, Lötmaterial)  Zinn: korrosion- und säurebeständig (Zinnpest unter 18⁰C tetragonales Gitter Umkristallisierung). Legierungen (Pb) Lager- und Lötmaterialen  Zink: niedrige Schmelzpunkt, Druckgießen, gute korrosionsbeständige Oberflächenbeschichtungen Folie: 123 Andere Metalle  Wolfram (Volfrám, Tungsten): Hohe Schmelztemperatur (3410oC) Hohe Dichte (19,2 g/cm3) Hohe Warmfestigkeit und Hitzebeständigkeit Hohe Festigkeit Starke Karbidbilder (Legierungselement in Kalt- und Warmumform Werkzeuge) Grundmaterial für Hartmetalle (WC+Co) Verschleißfestigkeit, Hitzebeständigkeit (Span- und verformungswerkzeuge) Widerstandsdrähte, Glühfaden, Elektroden, Verfestigungsmaterial für metallische Verbundwerkstoffe, Oberflächenschichten, Beschichtungen Folie: 124  Leicht- und Buntmetalle Danke für die Aufmerksamkeit!