Qualifizierung eines magnesiumbasierten In-Situ-Nanokomposits für das Strangpressen

Das Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist die Qualifizierung eines neuen nanopartikelverstärkten Magnesiumwerkstoffes für die Umformtechnik. Magnesium bietet mit seiner geringen Dichte große Potenziale im Leichtbau, weist jedoch aufgrund seiner Gitterstruktur nur eine eingeschränkte Umformbarkeit auf. Der Einsatz von keramischen Nanopartikeln in einer Magnesiumschmelze ermöglicht durch eine Orowan-Verstärkung und Kornfeinung eine Steigerung der Festigkeit und teilweise auch der Duktilität im Gussteil, insbesondere mithilfe von Aluminiumnitrid-Partikeln. Die mechanischen Eigenschaften werden maßgeblich durch eine gute Verteilung der Nanopartikel beeinflusst, weshalb die Methode der Einbringung von entscheidender Bedeutung ist. Im Rahmen dieses Vorhabens soll durch die In-Situ-Synthese von Aluminiumnitrid eine Festigkeits- und insbesondere eine Duktilitätssteigerung einer Magnesiumlegierung erzielt werden, um diese für die Umformtechnik nutzbarer zu machen. Dazu werden während des Gießprozesses Vanadiumnitrid-Partikel verschiedener Größen mithilfe von Ultraschallunterstützung in zwei Magnesiumlegierungen eingerührt. Die verwendete Partikelgröße sowie die erzielte Partikelverteilung werden durch mechanische und metallografische Charakterisierungen untersucht und optimiert. Das neue Material wird anschließend für die Warmumformung charakterisiert und im Vergleich zum Ausgangsmaterial in miniaturisierten Strangpressversuchen untersucht, um ein umfassendes Verständnis des Umformverhaltens zu erlangen und ein Prozessfenster zu definieren. In einem weiteren Schritt werden diese Erkenntnisse auf das Strangpressen von anwendungsnahen Geometrien wie Hohl- und Flachprofile übertragen, um den Einfluss der Nanopartikelverstärkung auf die Anisotropie beim Strangpressen zu untersuchen. Die Umformversuche werden dabei durchgehend durch numerische Simulationen unterstützt, mithilfe derer die experimentell ermittelte Gefügeentwicklung parameterabhängig beschreibbar wird. Auf diese Weise wird ein umfassendes Verständnis über die Möglichkeiten beim Einsatz von Nanopartikeln zur Verbesserung der Umformbarkeit von Magnesiumlegierungen erlangt.

Das Projekt wird durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft gefördert.