Magnesium- und Aluminiumlegierungen in strukturellen Anwendungen

I. Einführung

Leichtmetalle sind in der modernen Technik sehr wichtig. Sie tragen dazu bei, den Kraftstoffverbrauch zu senken und die Leistung von Alltagsmaschinen zu verbessern. Bei vielen Produkten werden heute leichtere Metalle verwendet, um die Effizienz und Festigkeit zu erhöhen. Zwei beliebte Werkstoffe sind Magnesium und Aluminium.

II. Physikalische und mechanische Eigenschaften

Ein wichtiger Faktor ist die Dichte. Magnesium hat eine Dichte von etwa 1,74 Gramm pro Kubikzentimeter. Im Vergleich dazu liegt die Dichte von Aluminium bei etwa 2,70 Gramm pro Kubikzentimeter.

Als nächstes betrachten wir die Festigkeit und Steifigkeit. Aluminiumlegierungen haben im Allgemeinen eine höhere Streckgrenze und Zugfestigkeit. Viele Aluminiumlegierungen haben beispielsweise eine Streckgrenze von mehr als 270 Megapascal. Im Gegensatz dazu liegen die Streckgrenzen von Magnesiumlegierungen oft bei 150-200 Megapascal. Die Steifigkeit wird anhand des Elastizitätsmoduls gemessen. Aluminium hat einen Elastizitätsmodul von etwa 70 Gigapascal, während der von Magnesium niedriger ist. Das bedeutet, dass Aluminium höhere Belastungen aushalten kann, bevor es sich verbiegt.

Auch die thermische und elektrische Leitfähigkeit spielt eine Rolle. Aluminium leitet Wärme und Elektrizität gut. Viele Aluminiumlegierungen werden in Wärmetauschern und elektrischen Leitern verwendet. Magnesium hat eine geringere Leitfähigkeit. Daher eignet sich Aluminium besser für Anwendungen, bei denen die Wärmeübertragung oder die elektrischen Leitungen wichtig sind.

III. Korrosionsverhalten

Korrosion ist eine allgemeine Herausforderung für alle Metalle. Sowohl Magnesium- als auch Aluminiumlegierungen haben ihre eigenen Korrosionsmechanismen. Magnesium ist reaktiver. Es neigt dazu, schneller zu korrodieren, insbesondere in feuchter oder salzhaltiger Umgebung. Zum Schutz von Magnesiumkomponenten sind oft spezielle Oberflächenbehandlungen und Beschichtungen erforderlich.

Aluminium bildet von Natur aus eine zähe Oxidschicht. Diese Schicht schützt es in vielen Situationen vor weiterer Korrosion. Einige Aluminiumlegierungen erfordern jedoch einen zusätzlichen Schutz in aggressiven Umgebungen. Beschichtungen und Eloxieren sind gängige Methoden, um die Korrosionsbeständigkeit beider Metalle zu verbessern.

IV. Herstellung und Verarbeitung

Die Verarbeitungsmethoden für Magnesium- und Aluminiumlegierungen sind recht unterschiedlich. Beide Metalle können gegossen, stranggepresst oder geschmiedet werden. Das Gießen ist bei beiden beliebt, da es komplexe Formen ermöglicht. Magnesiumlegierungen erfordern jedoch eine sorgfältige Kontrolle der Gießparameter. Aluminium ist beim Gießen nachsichtiger.

BeimStrangpressen und Schmieden kommen die mechanischen Vorteile beider Metalle zum Tragen. Beim Schmieden entstehen im Allgemeinen stärkere Teile. In vielen Fällen weisen Aluminiumlegierungen bei diesen Verfahren höhere Festigkeitssteigerungen auf.

Die Bearbeitbarkeit ist ein weiterer Bereich, in dem Unterschiede auftreten. Magnesium ist leichter zu bearbeiten. Es bietet höhere Schnittgeschwindigkeiten. Dennoch ist wegen seiner Entflammbarkeit und der Erzeugung feiner Späne besondere Vorsicht geboten. Aluminium lässt sich ebenfalls gut bearbeiten und wird für viele Präzisionsteile verwendet.

Die Fügetechniken variieren je nach Metall. Schweißen ist bei Aluminium üblich. Auch Klebstoffe und Verschraubungen werden häufig verwendet. Magnesium kann durch Schweißen verbunden werden, aber das Verfahren kann schwierig sein. Ingenieure bevorzugen für strukturelle Verbindungen in Magnesiumbauteilen möglicherweise Verschraubungen oder Klebstoffe.

V. Strukturelle Anwendungen von Magnesium- und Aluminiumlegierungen

Beide Metalle werden in vielen alltäglichen Strukturen verwendet.

Im Automobilbau sind Fahrwerksteile, Motorkomponenten und Karosserieteile oft auf eine Gewichtsreduzierung angewiesen. Magnesiumkomponenten werden in Bereichen eingesetzt, in denen jedes Gramm zählt. Aluminium wird häufig für Karosserieteile und Strukturbauteile verwendet, bei denen es auf Festigkeit ankommt.

In der Luft- und Raumfahrt spielt das Gewicht eine große Rolle. Magnesium wird wegen seines geringen Gewichts für unkritische Innenraumteile verwendet. Aluminium wird häufig für Primär- und Sekundärstrukturen gewählt. Viele Teile in Flugzeugen zeigen diese Mischung von Technologien, bei denen Aluminium die erforderliche Festigkeit und den Korrosionsschutz bietet.

Die Unterhaltungselektronik nutzt die Vorteile beider Metalle. Aluminium wird häufig in Laptop-Rahmen und Smartphone-Gehäusen verwendet. Seine Wärmeableitungseigenschaften und seine Festigkeit machen es ideal für eng gepackte Geräte. Magnesium ist zwar weniger gebräuchlich, wird aber in einigen High-End-Geräten verwendet, die ein sehr leichtes Design erfordern.

VI. Wie man zwischen Magnesium- und Aluminiumlegierungen wählt

Magnesiumlegierungen bieten die besten Gewichtseinsparungen. Allerdings sind sie nicht so korrosionsbeständig. Außerdem sind sie in der Regel teurer, da eine spezielle Verarbeitung erforderlich ist.

Aluminiumlegierungen hingegen sind stabiler. Sie bieten eine bessere Korrosionsbeständigkeit in verschiedenen Umgebungen. Aluminium ist leichter verfügbar und lässt sich in den üblichen Herstellungsverfahren einfacher verarbeiten. Der einzige Nachteil ist, dass Aluminium ein wenig schwerer ist als Magnesium. Für viele Konstruktionen ist das zusätzliche Gewicht jedoch akzeptabel.

Häufig gestellte Fragen

F: Warum sollten Leichtmetalle im Maschinenbau verwendet werden?
F: Leichtmetalle senken den Energieverbrauch, verbessern die Leistung und erhöhen die Gesamteffizienz von Konstruktionen.

F: Welches Metall hat eine bessere Korrosionsbeständigkeit?
F: Aluminium hat eine natürliche Oxidschicht, die es korrosionsbeständiger macht als Magnesium.

F: Können beide Metalle im Automobilbau eingesetzt werden?
F: Ja, aber Magnesium reduziert das Gewicht, während Aluminium eine höhere Festigkeit und Haltbarkeit bietet.