Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neues Prüfverfahren für Sicherheitsbauteile: Leichtbaupotentiale von Legierungen schneller nutzbar

21.11.2013
Korrosion ist nicht erwünscht. Automobilhersteller fahnden daher für Fahrwerke ständig nach neuen Werkstoffen, denen Korrosion möglichst wenig anhaben kann und die gleichzeitig den Ansprüchen des Leichtbaus genügen.

Eine Vielzahl legierungsspezifischer Tests hilft dabei, neue, zumeist höchstfeste Aluminiumwerkstoffe auszuwählen. Allerdings sind diese Tests nur eingeschränkt durch Felderfahrungen validiert und sie sehen keine einheitlichen Bewertungsmaßstäbe vor.


Korrosion unerwünscht: Mit einem neuen Prüfverfahren für Sicherheitsbauteile werden Leichtbaupotentiale von Legierungen schneller nutzbar.

Foto: Tomasz - Fotolia.com

Um das Leichtbaupotential neuer Legierungen dennoch optimal und zügig nutzen zu können, hat das Fraunhofer LBF gemeinsam mit dem IfW der TU Darmstadt eine legierungsgruppenübergreifend anwendbare Qualifizierungsmethode entwickelt.

Automobilhersteller und ihre Zulieferer können mit diesem einfachen, feldvalidierten Verfahren Aussagen über das spätere Verhalten einer potentiellen neuen Legierung in der Anwendung als Fahrwerksbauteil und damit ihre Einsatzeignung treffen. Mit der neuen Methode ist es möglich, die Schädigungsevolution im Einsatz auf der Straße abzuschätzen und neue, höherfeste Legierungen im Vorfeld des etablierten Nachweisversuches auszuwählen.

Automobilhersteller und deren Zulieferer sind gefordert: Die Kraftstoffpreise steigen und die Vorgaben zum CO2-Ausstoß werden immer strenger. Da ist reichlich Kreativität gefragt, um den Kraftstoffverbrauch zu senken. Ein möglicher Ansatz ist, die Fahrzeugmasse im Fahrwerk zu verringern. Neben dem Einsatz neuer Werkstoffe geht es in der Entwicklung vor allem darum, die Beanspruchbarkeit der verwendeten Materialien optimal auszunutzen. Da Fahrwerksbauteile zu den Sicherheitsbauteilen im Automobil zählen, deren Ausfall die Sicherheit von Menschen bedroht, müssen neue Materialien vor ihrem Einsatz sorgfältig auf ihre Eignung geprüft werden.

Das Problem dabei: Ein damit verbundener Entwicklungszyklus kann sich über 15 Jahre ziehen. Denn es müssen neue Werkstoffe ausgewählt und qualifiziert werden, neue Fertigungsverfahren müssen entwickelt und etabliert werden und die erforderlichen Eigenschaften sind nachzuweisen. Dieser Aufwand ist von den häufig klein- und mittelständischen Zulieferfirmen kaum zu realisieren. Mit dem Ziel, die Phase der Werkstoffqualifizierung zu verkürzen und zu vereinheitlichen hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF das Projekt „Salzkorrosion“ zusammen mit Werkstoffherstellern, Verarbeitern und Anwendern initiiert und gemeinsam mit den Instituten für Systemzuverlässigkeit und Maschinenakustik (SzM) und Werkstoffkunde (IfW) der TU Darmstadt bearbeitet.

Um eine auf verschiedene Legierungen anwendbare Prüfmethode entwickeln zu können, untersuchten die Wissenschaftler des Fraunhofer LBF, des SzM und des IfW im ersten Schritt Aluminiumlegierungen der 5xxx- und 6xxx-Gruppe sowie eine Gusslegierung. Hierbei berücksichtigten sie sowohl Werkstoffe, die bereits in Fahrzeugen im Einsatz und für ihre gute Eignung bekannt sind, als auch Werkstoffe, deren Korrosionsanfälligkeit künstlich manipuliert wurde. Um bereits in der Phase der Werkstoffauswahl berücksichtigen zu können, wie sich ein Werkstoff im späteren Einsatz auf der Straße unter mechanisch-korrosiver Komplexbeanspruchung verhalten wird, analysierten die Wissenschaftler systematisch eine große Anzahl von Bauteilen, die bereits in Fahrzeugen genutzt wurden.

Basierend auf den Ergebnissen überprüfte das Forscherteam, inwiefern die derzeit eingesetzten Kurzeitkorrosionstests, mit denen das Auftreten ungünstig eingestufter Korrosionsarten und deren Schädigungsfortschritt im Betrieb abgeschätzt wird, Felderfahrungen widerspiegeln. Da diese Tests - zumeist in Ersatzlösungen - die feldspezifischen Umgebungsbedingungen nur bedingt abbilden und die Anwendung auf einzelne Legierungsgruppen beschränkt ist, entwickelte das Institut für Werkstoffkunde der TU Darmstadt ein neues Prüfmedium, die sogenannte MPA IK-Lösung.

Das neue Prüfmedium induzierte nach zweistündiger Immersion für alle untersuchten Werkstoffe feldrelevante Schädigungsformen. Diese entsprechen in ihrer Form und Tiefe sehr gut dem, was an Bauteilen beobachtet wird, die etwa zehn Jahre in Mitteleuropa im Betrieb waren.

Zusätzlich unternahmen die Wissenschaftler des Fraunhofer LBF Einstufen- und Betriebslastenversuche für alle Legierungen in einer fünfprozentigen NaCl-Lösung sowie in abgeschwächter MPA IK-Lösung. Es zeigte sich, dass das Prüfmedium für Korrosionsermüdungsversuche an die Korrosionsbeständigkeit des Werkstoffes angepasst werden muss, um eine zuverlässige Auswahl neuer Legierungen in Referenz zu etablierten Werkstoffen zu ermöglichen.

Feldvalidierte Qualifizierungsmethode

Auf der Basis der Ergebnisse wurde eine gestufte Vorgehensweise abgeleitet, bei der anhand der Einstufung des Korrosionsverhaltens einer Legierung in MPA IK-Lösung geeignete Prüfbedingungen für den anschließenden Ermüdungsversuch zur Qualifizierung des Werkstoffes ausgewählt werden. Bisher gab es keine einheitliche Vorgehensweise. Für jede Legierungsgruppe war ein eigener Korrosionstest definiert und einheitliche Korrosionsermüdungsversuche lieferten keine aussagekräftigen, feldvalidierten Ergebnisse, was einen direkten Vergleich unmöglich machte.

Nach Abschluss des Projektes liegt nun eine Methode vor, die für Aluminiumwerkstoffe aller von den Darmstädter Wissenschaftlern untersuchten Legierungsgruppen angewendet werden kann und deren Feldrelevanz nachgewiesen wurde.

Die Prüflösung für Immersionsversuche und Korrosionsermüdungsversuche können Automobilhersteller und ihre Zulieferer selbst aus destilliertem Wasser, Natriumchlorid, Calciumchlorid, Magnesiumchlorid und Salzsäure herstellen.

Das IGF-Vorhaben „Salzkorrosion” (290 ZN) der Forschungsvereinigung Automobiltechnik e.V. (FAT) wurde in Kooperation mit dem Forschungskuratorium Maschinenbau e.V. (FKM) über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Anke Zeidler-Finsel | Fraunhofer-Institut
Weitere Informationen:
http://www.lbf.fraunhofer.de
http://www.lbf.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/pruefverfahren-sicherheitsbauteile_leichtbau-legierungen.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Forschungsprojekt zu optimierten Oberflächen von Metallpulver-Spritzguss-Werkzeugen
17.08.2017 | Hochschule Pforzheim

nachricht Umweltfreundliche Alternative zum verbotenen Hartverchromen mit Chrom(VI)
10.08.2017 | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Im Focus: Exotic quantum states made from light: Physicists create optical “wells” for a super-photon

Physicists at the University of Bonn have managed to create optical hollows and more complex patterns into which the light of a Bose-Einstein condensate flows. The creation of such highly low-loss structures for light is a prerequisite for complex light circuits, such as for quantum information processing for a new generation of computers. The researchers are now presenting their results in the journal Nature Photonics.

Light particles (photons) occur as tiny, indivisible portions. Many thousands of these light portions can be merged to form a single super-photon if they are...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

Sensibilisierungskampagne zu Pilzinfektionen

15.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Scharfe Röntgenblitze aus dem Atomkern

17.08.2017 | Physik Astronomie

Fake News finden und bekämpfen

17.08.2017 | Interdisziplinäre Forschung

Effizienz steigern, Kosten senken!

17.08.2017 | Messenachrichten