Potenzial von modernen Zink-Druckgusslegierungen ausschöpfen
Dank des effizienten Warmkammer-Druckgießverfahrens können Bauteile aus
Zink-Gusslegierungen in kurzer Zeit in großen Stückzahlen produziert
werden und kommen aufgrund ihrer hohen Oberflächen- und Bauteilqualität in
vielen Industrien zum Einsatz. Als Strukturelemente, Getriebegehäuse,
Verbindungselemente oder Gehäuse für Sensorik und Elektronik - nicht
jedoch für anspruchsvolle, zyklisch hoch belastbare Anwendungen.
Hierzu
fehlen zuverlässige Betriebsfestigkeits-Kennwerte. Um dies zu ändern,
haben Forschende aus dem Fraunhofer LBF das zyklische Werkstoffverhalten
verschiedener Zink-Druckgusslegierung untersucht und in einem
Bemessungskonzept zusammengefasst.
Das Warmkammer-Druckgießverfahren ist aufgrund seiner kurzen Zykluszeiten
und hohen Produktivität das wichtigste Fertigungsverfahren für Bauteile
aus Zink-Werkstoffen. Im Vergleich zu Aluminium zeichnen sich Zink-
Druckgusslegierungen durch ihren niedrigen Schmelzpunkt und die
Möglichkeit aus, dünnwandigere Gussteile mit hoher Oberflächenqualität und
Maßhaltigkeit herzustellen. Allerdings werden Zink-Druckgusslegierungen
aufgrund fehlender Kennwerte und Bemessungsmethoden für die Beschreibung
des zyklischen Werkstoffverhaltens selten für zyklisch hochbelastete
Bauteile eingesetzt. Dieses Potenzial soll gehoben werden.
Analyse des zyklischen Werkstoffverhaltens von Zink-Druckgusslegierungen
Um eine Grundlage zur Abschätzung des Bauteilverhaltens unter zyklischer
Beanspruchung zu schaffen, haben Forschende aus dem Fraunhofer-Institut
für Betriebsfestigkeit und Sytemzuverlässigkeit LBF in dem Projekt »Zynk-
Guss« das zyklische Werkstoffverhalten für die Legierung Zamak 5 (ZP0410)
unter Berücksichtigung des spannungsmechanischen, technologischen sowie
statistischen Größeneinfluss ermittelt. Dehnungsgeregelte
Schwingfestigkeitsuntersuchung
zeigten das plastische Verformungsverhalten. Den größten Einfluss auf die
Schwingfestigkeit hat gerade bei dünnwandigen Strukturen die durch den
Druckgießprozess ausgeprägte lokale Mikrostruktur, was metallographische
Untersuchungen an Proben und Bauteilen verdeutlicht haben.
Bemessungskonzept zur Bewertung der Lebensdauer
Die Fraunhofer-Experten befassen sich mit dem gesamten
Bauteilentwicklungsprozess und mit der Übertragbarkeit der
Forschungsergebnisse für die Anwender-Industrien. Auch in Richtlinien und
Normen fließe die Ergebnisse ein. Ein zentrales Ergebnis von »ZynkGuss«
ist ein neues Bemessungskonzept, dass die zyklischen Untersuchungen und
Ergebnisse aus der Gießprozesssimulation berücksichtigt. Diese Resultate
zeigen, dass moderne Zink-Druckgusslegierungen auch für hochbeanspruchte
Anwendungen geeignet sind.
Potenzial für Zink-Druckgusslegierungen als Kunststoff-Ersatz in einer
Circular Economy
Der erfolgreiche Projektabschluss ist ein entscheidender Schritt, um Zink-
Druckgusslegierungen in anspruchsvollen Anwendungen zu etablieren. Die
Ergebnisse helfen, das Potenzial dieser Werkstoffe im Hinblick auf
Nachhaltigkeit und Leichtbau voll auszuschöpfen. Ingenieure, Hersteller,
Entscheidungsträger im Gebäudebereich (Fenster, Türen, Schlösser und
Sicherheitstechnik) und der Automobilbranche, taktil und optische
hochwertige Flächen sowie Sicherheitsbauteile wie Gurtstraffer, können
profitieren. Der große Vorteil von Zink-Druckguss Legierungen: sie sind zu
100 Prozent recyclebar. Im Vergleich zu Aluminium ist kein Downcycling
durch Verunreinigungen zu erwarten. Sie sind leistungsstark und erfüllen
aller Voraussicht nach die strengen, bald in Kraft tretenden EU-
Richtlinien. Diese »Super«-Materialien sind eine Alternative zu nicht
recyclingfähigen Kunstoffen beispielsweise bei hochwertigen Verpackungen.
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