In einem für diesen Werkstoff optimierten Bandgussverfahren entstehen Platten, die zu Strukturteilen für Sitze geschmiedet werden. Die Gewichtsersparnis beträgt im Vergleich zu Aluminium bei gleicher Belastbarkeit bis zu 30 %.

Das Bandguss-Verfahren macht die wirtschaftliche Herstellung von Magnesium-Walzhalbzeugen möglich. Bilder: LMpv

Bandguss kappt Herstellkosten

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Magnesium-Walzhalbzeuge machen das Umformen und Zerspanen ultraleichter Teile möglich. Potenzielle Einsatzfelder sind Luft- und Raumfahrt, der Maschinenbau sowie die Elektronik- und Automobilbranche. In erster Linie hing dieser Einsatz bislang von den Kosten des Materials ab. Gleichzeitig sind in der Luftfahrt gerade solche Eigenschaften wie Festigkeit, Beständigkeit gegen Hitze und Bruchdehnung gefragt. Die Leichtmetall-Produktion+Verarbeitung GmbH (LMpv) hat mit Blick auf beide Faktoren ein Bandguss-Verfahren entwickelt, in dem sich Magnesiumbleche, -platten und -blöcke wirtschaftlich aus der Standard-Knetlegierung AZ31 und weiteren Legierungen herstellen lassen. Dafür werden Magnesiummasseln in einem Tiegel geschmolzen und die Schmelze auf einem gekühlten Band vergossen. Durch die gleichmäßige und schnelle Erstarrung über die gesamte Bandbreite bildet sich eine homogene, feinkristalline und porenfreie Werkstoffstruktur. Diese hat im Vergleich zu Magnesiumbrammen ausgewogene mechanische Eigenschaften und lässt sich besser verformen. Das derart hergestellte, endkonturnahe Magnesiumband wird aus der Gießhitze heraus durch das Walzgerüst gefahren und auf Endmaß produziert. Im Vergleich zur konventionellen Fertigung von Magnesiumplatten, bei der Brammen erwärmt und ausgewalzt werden, wobei zwischen den einzelnen Walzstichen immer wieder Wärmeenergie zugeführt werden muss, reduziert das Verfahren den Energieaufwand. Außerdem macht der kürzere und verlustarme Prozess mit weniger Arbeitsschritten eine kostengünstige Herstellung möglich.
Zurzeit fertigt das LMpv die Magnesium-Halbzeuge kundenspezifisch in einer Breite bis 450 mm. Daraus entstehen zerspante oder umgeformte Bauteile, wobei das Unternehmen seine Kunden von der Auslegung bis hin zum Produkt begleitet. Bei Schmiedeteilen aus Magnesium kann durch die zum Unternehmensverbund gehörende Weisensee Warmpressteile GmbH in Eichenzell auch die Serienfertigung aus einer Hand erfolgen.

Aktiv ist die LMpv auch im Bereich der Werkstoff- und Verfahrensentwicklung beziehungsweise .optimierung. Gemeinsam mit dem GKSS Geesthacht, der Aida Development GmbH, der TU Clausthal und der Weisensee arbeitet das Unternehmen an einem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie geförderten Projekt. Inhalt ist die Entwicklung eines Magnesiummatrix-Verbundwerkstoffs (Mg-MMC), dessen Verarbeitung im Energie sparenden Bandguss-Verfahren zu Walzhalbzeugen sowie die Verifizierung anhand schmiedetechnisch hergestellter Bauteile für den zivilen Flugzeugbau von morgen. Es handelt sich dabei um Strukturbauteile für Flugzeugsitze, bei denen durch den Mg-MMC gegenüber dem gängigen Werkstoff Aluminium bis zu 30 % Gewicht bei gleicher Belastbarkeit eingespart werden soll. Erforderlich dafür ist eine entsprechende Anpassung der Materialeigenschaften hinsichtlich der Festigkeit bis 350 MPa, der Bruchdehnung von mindestens 8 % und der Hitzebeständigkeit des Magnesiums. Diese erfolgt durch die Einbringung spezieller MMC-Partikel in die Schmelze.
Entscheidend für den kommerziellen Einsatz des neuen Werkstoffs sind eine homogene Verteilung der Partikel im MMC und die Ausbildung einer stabilen Partikel-Matrix-Grenzfläche. Entsprechende Materialien werden in einem für den Mg-MMC optimierten Bandgussverfahren zu Platten mit bis zu 50 mm Dicke und mindestens 400 mm Breite verarbeitet. Schwerpunkte der Verfahrensoptimierung, für die die TU Clausthal und die LMpv verantwortlich zeichnen, liegen in der Homogenisierung der Schmelze, dem Arbeiten unter der Beaufschlagung von Schutzgas, dem Kühlprozess sowie der oxidfreien Aufbringung der Schmelze auf das Kühlband. Aus den Mg-MMC-Platten stellt die Weisensee den Vorgaben entsprechende Schmiedeteile her. An diesen Werkstücken werden bei Aida Materialtests durchgeführt und die Zulassungsfähigkeit des Werkstoffs für die zivile Luftfahrt geprüft und dokumentiert. Bei Anwendungen in der Flugzeug-Innenausstattung trägt der neue Werkstoff durch die Gewichtsreduzierung direkt dazu bei, die CO2-Emissionen um 50 % sowie Stickoxid-Emissionen um 80 % zu senken. Diese Ziele wurden in der Vision 2020 des Advisory Councils for Aeronautics Research in Europe vereinbart.