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Druckguss Potenzial von Zink-Druckgusslegierungen ausschöpfen

Quelle: Fraunhofer LBF 2 min Lesedauer

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Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF
GGB Heilbronn GmbH
Heraeus AMLOY Technologies GmbH

Forschende aus dem Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF haben das zyklische Werkstoffverhalten verschiedener Zink-Druckgusslegierung untersucht und in einem Bemessungskonzept zusammengefasst.

Das neue Bemessungskonzept zur Bewertung der Lebensdauer von zyklisch beanspruchten Bauteilen aus Zink-Druckguss erhöht ihr Einsatzpotenzial. (Bild: Fraunhofer LBF)
Das neue Bemessungskonzept zur Bewertung der Lebensdauer von zyklisch beanspruchten Bauteilen aus Zink-Druckguss erhöht ihr Einsatzpotenzial.
(Bild: Fraunhofer LBF)

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 das Bauteilverhalten unter zyklischer Beanspruchung abzuschätzen, haben Fraunhofer-Forschende in dem Projekt „Zynk-Guss“ das zyklische Werkstoffverhalten für die Legierung Zamak 5 (ZP0410) unter Berücksichtigung des spannungsmechanischen, technologischen sowie statistischen Größeneinfluss ermittelt. Dehnungsgeregelte Schwingfestigkeitsuntersuchungen auf servo-hydraulischen Versuchsständen zeigten das plastische Verformungsverhalten.

Das neue Bemessungskonzept zur Bewertung der Lebensdauer von zyklisch beanspruchten Bauteilen aus Zink-Druckguss erhöht ihr Einsatzpotenzial. (Bild: Fraunhofer LBF)
Das neue Bemessungskonzept zur Bewertung der Lebensdauer von zyklisch beanspruchten Bauteilen aus Zink-Druckguss erhöht ihr Einsatzpotenzial.
(Bild: Fraunhofer LBF)

Den größten Einfluss auf die Schwingfestigkeit hat gerade bei dünnwandigen Strukturen die durch den Druckgießprozess ausgeprägte lokale Mikrostruktur. Das haben metallographische Untersuchungen an Proben und Bauteilen verdeutlicht.

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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