Logo Leibniz Universität Hannover
Logo: ZFM – Zentrum für Festkörperchemie und Neue Materialien
Logo Leibniz Universität Hannover
Logo: ZFM – Zentrum für Festkörperchemie und Neue Materialien
  • Zielgruppen
  • Suche
 

ZFM-Mitglieder vorgestellt: Was macht eigentlich... Prof. Maier am Institut für Werkstoffkunde (IW)?

Leichtbau und Heavy Metal – ein Besuch bei den Werkstoffkundlern

Das PZH in Garbsen - hier ist auch das IW angesiedelt

In Garbsen bei Hannover stehen auf der grünen Wiese die Bauten des Produktionstechnischen Zentrums Hannover, kurz PZH. Neben anderen sitzt hier das Institut für Werkstoffkunde (IW), das Prof. Hans Jürgen Maier leitet. Am IW werden moderne, metallische Werkstoffe entwickelt. Benötigt werden diese Materialien, um daraus Maschinen und Anlagen zu bauen. In einem aktuellen Projekt werden zum Beispiel Bohrwerkzeuge konstruiert, bei denen eine Keramikschneide in einen Hartmetallschaft eingelötet wird. Andere Projekte befassen sich damit, Prozessketten zu optimieren. Wie der Fall des unten beschriebenen Presshärtens zeigt – ein Thema, welches das IW zusammen mit dem Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen (IFUM) bearbeitet. Hier geht es darum, in möglichst kurzer Zeit Stahlbleche im warmen Zustand umzuformen. Angewandt wird das Presshärten typischerweise im Automobilbau. Aber auch eher "filigrane" Anwendungen spielen am IW eine Rolle: Im Bereich Biomedizintechnik werden neue Magnesiumlegierungen für Stents gesucht. Stents sind kleine Röhren aus Metallgewebe, mit denen Blutgefäße aufgedehnt werden, um Gefäßverengungen vorzubeugen. Bei Dauerimplantaten wie z. B. künstlichen Hüftgelenken interessieren Beschichtungen, die sich im Körper mit der Zeit auflösen und dabei das Knochenwachstum fördern.

Strangpressen von Leichtmetall-Profilen

Stranggepresste Leichtmetall-Profile
Stranggepresste Leichtmetall-Profile

Leichtgewichte – Am IW wird unter anderem an neuen Leichtbauwerkstoffen geforscht. Besonders interessieren daher Legierungen, die Magnesium und Aluminium enthalten. In der institutseigenen Gießerei werden diese Versuchslegierungen zu Blöcken gegossen. Spätere Anwendungen setzen voraus, dass die Werkstoffblöcke anschließend in Form gebracht werden. Dafür bedient man sich des Strangpressens: Mit einer Kraft von maximal 10 MN wird das Metall zu Profilen geformt. Erhalten lassen sich mit der Anlage ganz unterschiedliche Profiltypen: Rund- oder Vierkantstangen, Flachprofile, U-, I- oder L-Formen oder Geometrien, die speziell für eine bestimmte Anwendung ausgesucht werden.

In der IW-Gießerei (Foto: IW)
In der IW-Gießerei (Foto: IW)
Die Kurzhub-Frontlader-Strangpresse (Firma SMS EUMUCO) bietet Industriestandard.
Die Kurzhub-Frontlader-Strangpresse (Firma SMS EUMUCO) bietet Industriestandard.
Nach dem Pressen verbleiben Reste der Legierungsblöcke, die so genannten Pressstempel.
Nach dem Pressen verbleiben Reste der Legierungsblöcke, die so genannten Pressstempel.

Presshärten

Beim Presshärten geht es darum, Bleche im warmen Zustand umzuformen – eingesetzt wird das Verfahren vor allem im Automobilbau. Es spart Kosten und Resourcen: Man erreicht mit weniger Material die gleiche oder sogar eine größere Festigkeit als mit herkömmlichen Umformverfahren. 
Zunächst wird beim Presshärten das Blech auf etwa 950 °C erwärmt und dann mit einer Hydraulikpresse zu einem Hutprofil umgeformt, wobei es abkühlt. Der Name des Verfahrens erklärt sich damit, dass das Bauteil in dem Warmformwerkzeug auch gehärtet wird.

Am Institut für Werkstoffkunde bzw. dem Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen wird versucht, diesen Prozess zu optimieren. Daher werden die Bleche bereits der Presse entnommen, bevor die Wärmebehandlung abgeschlossen ist. Die Temperatur beträgt zu diesem Zeitpunkt noch etwa 240 °C. Die Restwärme wird dem Profil anschließend entzogen, indem man es mit Wasser besprüht. Das passiert in einem Zweiphasen-Sprayfeld. Auf diese Weise wird der Zyklus verkürzt und die Presse steht schneller für das nächste Blech bereit.
Eine andere Aufgabenstellung besteht darin, in einem Bauteil lokal verschiedene Eigenschaften zu erzeugen. Dazu wird das Profil bei ca. 500 °C der Presse entnommen und im Sprayfeld gezielt vergütet. So erhält man Bereiche hoher Festigkeit neben weichen Zonen – und das im gleichen Bauteil. Eingesetzt in der Fahrgastzelle eines Autos, kann ein solches Profil sowohl Stabilität bieten als auch Energie aufnehmen, sollte es zum Unfall kommen.

Heißes Eisen: Das rotglühende Stahlblech wird aus dem Ofen entnommen...
Heißes Eisen: Das rotglühende Stahlblech wird aus dem Ofen entnommen...
... und in die Presse gelegt. Die Temperatur liegt bei ca. 800 °C.
... und in die Presse gelegt. Die Temperatur liegt bei ca. 800 °C.
2500 kN formen aus dem flachen Blech ein Profil.
2500 kN formen dann aus dem flachen Blech ein Profil.

Hinweis

Fotos: Christian Schröder, sofern nicht anders gekennzeichnet