Forschung
Beim Punktschweißen von verzinkten Stahlbauteilen kann es zu Mikrorissen in den Verbindungsstücken kommen. Neue Forschungserkenntnisse geben Aufschluss zu den Ursachen. - © stock.adobe.com
11.09.2023

Ursachen von Rissen in verzinkten Hochleistungsstählen entdeckt

Ursachen von Rissen in verzinkten Hochleistungsstählen entdeckt: BAM-Forschung verbessert Sicherheit von Autoteilen

Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) hat neue Erkenntnisse zu den Ursachen von Flüssigmetallversprödung (Liquid-Metal Embrittlement, LME) von Stählen gewonnen. Die Forschung konzentrierte sich auf zinkbeschichtete Hochleistungsstähle, die insbesondere in der Automobilindustrie eingesetzt werden. Die Ergebnisse ermöglichen es, innovative Legierungslösungen zu entwickeln, die LME unterdrücken und so den Weg für einen breiten Einsatz in der Industrie ebnen können.

Zinkbeschichtungen sind unerlässlich, um Stähle vor Korrosion zu schützen. Dabei werden Stahlkomponenten in ein Bad aus geschmolzenem Zink bei Temperaturen von etwa 450 °C getaucht. Das Zink reagiert anschließend mit der Oberfläche des Stahls und bildet eine robuste Zinkschicht auf der Oberfläche, die ausgezeichneten Korrosionsschutz bietet und die Lebensdauer des Stahls verlängert.

Rissbildung stellt Automobilindustrie vor Herausforderungen

Doch beim Schweißen der einzelnen Verbindungsstücke kann die Zinkbeschichtung zu Mikrorissen an den Stahlteilen führen. „LME ist ein seit Jahrzehnten bekanntes Problem, das auch bei verzinkten Stählen auftritt“, so Prof. Robert Maaß von der BAM. Das ist gerade in der Automobilindustrie eine Herausforderung, wo Fahrzeugkarosserien bis zu 5.000 Punktschweißnähte aufweisen, und die Integrität der verwendeten Materialien wichtig ist, um Sicherheitsrisiken zu minimieren.

Um präzisere Vorhersagen zur Rissanfälligkeit zu treffen und präventive Maßnahmen ergreifen zu können, ist ein tieferes Verständnis der Mechanismen der Flüssigmetallversprödung entscheidend. Neue Methoden zur Materialcharakterisierung und Simulationstechniken können dazu beitragen, die Ursachen zu identifizieren und Lösungsansätze zu entwickeln.

© stock.adobe.com/stockddvideo
© stock.adobe.com/stockddvideo
Innovative Forschungsmethode soll Stähle langlebiger machen

Forscherinnen und Forscher der BAM haben sich daher auf die Untersuchung der frühen Stadien der Flüssigmetallversprödung konzentriert. Hierbei lag der Fokus auf der Struktur, Thermodynamik und Atomistik an den Grenz- und Oberflächen des Stahls. Sie haben einen innovativen Ansatz entwickelt, der elektronenmikroskopische Untersuchungsmethoden mit computergestützten Simulationsmodellen, u.a. der sogenannten dichtebasierten Phasenfeldtechnik, die an der BAM entwickelt wird, kombiniert, um Defekte zu erklären.

Mit Hilfe dieser Herangehensweise hat das Forscherteam entdeckt, dass an den Schnittstellen zwischen den Körnern des Stahls intermetallische Phasen gebildet werden, bevor Mikrorisse auftreten. Diese Phasen entstehen, wenn sich Zink an den Kornrändern anreichert. Dadurch wird der Stahl erheblich geschwächt. Mit dieser Erkenntnis werden nun Ansätze verfolgt, in denen die Zinkanreicherung und Phasenbildung kontrolliert werden, um damit die Flüssigmetallversprödung zu verhindern.

„Unsere Erkenntnisse ermöglichen es, LME-resistente, fortschrittliche Hochleistungsstähle zu entwickeln, die langlebiger und ressourceneffizienter sind", resümiert das Team um Robert Maaß, Reza Darvishi Kamachali und Tilmann Hickel. „So leistet unsere Forschung einen wichtigen Beitrag zu einer nachhaltigen und energieeffizienten Automobilproduktion.“

Die Forschung wurde in Zusammenarbeit mit den Partnern ArcelorMittal Global Research, General Motors, dem Max-Planck-Institut für Eisenforschung und dem Department of Materials Science and Engineering der University of Illinois durchgeführt, und kürzlich von dem American Iron and Steel Institute (AISI) mit einem Preis gewürdigt.

(Quelle: Presseinformation der Bundesanstalt für Materialforschung BAM)

Schlagworte

AutomobilbauFlüssigmetallversprödungHochleistungsstähleKarosseriebauPunktschweißenSchweißenSchweißtechnik

Verwandte Artikel

Der neue Produktionsprozess mit der EHLA3D-Technologie ermöglicht es, komplexe Geometrien effizient zu produzieren, mit hochfesten Materialien zu beschichten oder zu reparieren.
02.07.2024

Eine neue Dimension der Additiven Fertigung

Vom Laserauftragschweißen zur Additiven Fertigung: Ein Forschungsprojekt hat das Potenzial, die Materialverarbeitung mit EHLA3D zu revolutionieren.

Additive Fertigung EHLA EHLA3D Extremes Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen Fertigungstechnik Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen Kreislaufwirtschaft Laserauftragschweißen Lasertechnologien Luftfahrt Raumfahrt Schweißtechnik Werkzeugbau
Mehr erfahren
29.06.2024

Kunststoffe im Automobilbau: Auf dem Weg zur Kreislaufwirtschaft

Kunststoffe bleiben im Automobilbau unverzichtbar. Doch wie kann die Nutzung in Zukunft nachhaltiger werden, bis hin zu einer funktionierenden Kreislaufwirtschaft? Das di...

AI Automobilbau KI Kunststoffe Leichtbau Nachhaltigkeit
Mehr erfahren
Mit dem richtigen Schweißbrenner lässt sich ein optimales Schweißergebnis in Verbindung mit maximaler Produktivität erzielen.
28.06.2024

Wirtschaftlich und prozesssicher schweißen – wie geht das?

Der Schweißbrenner wird oft unterschätzt und ist doch so wichtig für den Schweißprozess. Wie sich ein optimales Schweißergebnis in Verbindung mit maximaler Produktivität...

Schweißbrenner Schweißtechnik Verschleiß
Mehr erfahren
Achim Liebenau, Jens Brill, Hilko Malek, Dirk Zimmermann, Uwe Kloss.
26.06.2024

Brillgruppe übernimmt Korsing Schweißtechnik

Im Zuge einer zukunftsorientierten Nachfolgeregelung gibt die Korsing Schweißtechnik GmbH ihren Zusammenschluss mit der BRILLGRUPPE bekannt. Diese bedeutende Entwicklung...

Arbeitsschutz Handwerksbedarf Industriebedarf Schweißtechnik Schweißzusatzwerkstoffe
Mehr erfahren
Vielseitig einsetzbar: Die Speedglas Schweißmasken der Serie G5-03 sind für unterschiedliche Schweiß-und Schleifaufgaben geeignet.
25.06.2024

Die neue 3M Speedglas Schweißmaske G5-03

3M hat die die fünfte Generation der 3M Speedglas Schweißschutzmasken entwickelt, um besseren Komfort und sichereres Arbeiten zu gewährleisten. Dazu gehört die G5-03 – ei...

Arbeitsschutz Arbeitssicherheit Schweißerhelme Schweißermasken Schweißmasken Schweißtechnik
Mehr erfahren