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Die geheime Struktur von Magnesiumlegierungen: Wie beeinflusst das hexagonale Gitter ihre Eigenschaften?
Als leichtestes Material unter den Strukturmetallen weist Magnesiumlegierung eine extrem hohe Festigkeit und geringe Dichte auf, was sie im modernen Maschinenbau immer wichtiger macht. Magnesiumlegierungen, die aus Magnesium und anderen Metallen wie Aluminium, Zink, Mangan usw. synthetisiert werden, weisen aufgrund ihrer einzigartigen hexagonalen Gitterstruktur viele Eigenschaften auf, die sich von anderen Metallen unterscheiden. Diese besondere Kristallstruktur beeinflusst nicht nur seine Materialeigenschaften, sondern bestimmt auch seine Einsatzmöglichkeiten im Automobil, in der Luftfahrt, in der Elektronik und anderen Bereichen.
„Die plastische Verformung des hexagonalen Gitters ist komplizierter als die des kubischen Gitters, was bedeutet, dass die Anwendung und Verarbeitungstechnologie von Magnesiumlegierungen sorgfältig abgewogen werden muss.“
Forschungen zufolge ist die plastische Verformung von Magnesiumlegierungen im Vergleich zu Aluminium, Kupfer und Stahl zwar etwas schwierig, der Anwendungsbereich von Magnesiumlegierungen hat sich jedoch durch eingehende Forschung zu Schmiedelegierungen schrittweise erweitert. Diese Legierungen werden häufig in gegossenen Automobilteilen verwendet, insbesondere in Hochleistungsfahrzeuganwendungen. Das Besondere ist, dass die Festigkeit und Duktilität von Magnesiumgusslegierungen für verschiedene Anforderungen ausreichen und eine hohe Produktionseffizienz im Herstellungsprozess aufweisen.
Arten und Eigenschaften von Magnesiumlegierungen
Die am häufigsten kommerziell erhältlichen Magnesiumlegierungen sind aluminiumhaltige Legierungen, wobei der Aluminiumanteil üblicherweise zwischen 3 % und 13 % liegt. Eine weitere wichtige Legierung ist eine Kombination aus Magnesium, Aluminium und Zink. Gemäß ASTM B275 werden diese Legierungen mit einem Kurzcode identifiziert, der ihre gewichtsgeschätzte chemische Zusammensetzung angibt. Beispielsweise besteht die Legierung AS41 aus 4 % Aluminium und 1 % Silizium, während AZ81 aus 7,5 % Aluminium und 0,7 % Zink besteht. Im Hinblick auf die plastische Verarbeitung weisen diese Legierungen eine bessere Plastizität bei hohen Temperaturen auf, was einer der Gründe für ihre breite Verwendung in der Luft- und Raumfahrttechnik ist.
„Beim Vergleich von Magnesiumlegierungen und Aluminiumlegierungen weisen Magnesiumlegierungen eine geringere Dichte und ein Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht auf, das dem von Aluminiumlegierungen nahekommt.“
Herausforderungen im Herstellungsprozess und ihre Lösungen
Obwohl sich Magnesiumlegierungen besser verarbeiten lassen als viele andere handelsübliche Metalle, weisen sie bei Raumtemperatur ein schlechtes Umformverhalten auf, sodass die Verarbeitung häufig zwischen 450 und 700 Grad Fahrenheit stattfindet. Diese Hochtemperaturverarbeitung verbessert nicht nur die Plastizität des Materials, sondern vermeidet auch die Gefahr eines Sprödbruchs.
Die Schweißbarkeit von Magnesium eignet sich auch für viele Anwendungen; im Gegensatz zu anderen Metallen können Magnesiumlegierungen mit Gas- oder Widerstandsschweißtechniken geschweißt werden. Allerdings muss die Oberfläche vor dem Schweißen gereinigt werden, um die Festigkeit der Schweißverbindung sicherzustellen. Obwohl Magnesiumlegierungen während der Verarbeitung brennbar sind, kann das Brandrisiko bei der Verarbeitung unter geeigneten Bedingungen kontrolliert werden.
Zukünftige Entwicklung und Anwendungspotenzial
Mit eingehender Forschung zu Magnesiumlegierungen entwickeln Wissenschaftler weiterhin neue Technologien, um deren Hochtemperaturleistung und Korrosionsbeständigkeit zu verbessern. In den letzten Jahren wurden Magnesiumlegierungen zunehmend in der Automobil- und Luft- und Raumfahrttechnik eingesetzt, was darauf hindeutet, dass auch deren potenzielle Marktnachfrage steigen wird. Aufgrund ihres hervorragenden Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses spielen Magnesiumlegierungen eine unersetzliche Rolle bei zukünftigen technologischen Fortschritten im Leichtbau.
„Können wir in Zukunft die Schwächen von Magnesiumlegierungen bei hohen Temperaturen und korrosiven Umgebungen überwinden und breitere Anwendungen erreichen?“
