Leichtmetalle Komplettiertes Eigenschaftsprofil bei Magnesiumhalbzeugen

Bei der Zerspanbarkeit von Walzhalbzeugen aus der Magnesiumlegierung AZ31 wurden Fortschritte erzielt. Sie ist inzwischen ähnlich produktiv wie die Aluminiumbearbeitung. Damit bieten Magnesiumblöcke und -platten ein Eigenschaftsprofil, das nicht nur aufgrund des niedrigen spezifischen Gewichts besticht.

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Niedriges spezifisches Gewicht und einfaches Recycling – aufgrund dieser Eigenschaften wird der Konstruktionswerkstoff Magnesium für viele Branchen immer attraktiver. Ein weiterer Grund liegt in der mechanischen Bearbeitbarkeit. Insbesondere bei Walzhalbzeugen aus der Knetlegierung AZ31 wurden bezüglich der Zerspanbarkeit große Fortschritte gemacht. Der Halbzeughersteller LMPV, Oranienburg bei Dessau, sieht daher für die Herstellung von Prototypen und maßgenaue Serienteile im Leichtbau einen wachsenden Anwendungsbereich (Bild 1).

Bereits in den 30er-Jahren des letzten Jahrhunderts wurde der Werkstoff Magnesium vielfältig industriell verwendet. Eine legendäre Anwendung sind Motorblöcke für den VW-Käfer. Aufgrund des spezifischen Gewichts von 1,74 g/cm3 ermöglicht Magnesium, um bis zu einem Drittel leichter Bauteile im Vergleich zu Aluminium herzustellen. Im Gegensatz zu Kunststoff und anderen polymeren Werkstoffen ist das Leichtmetall praktisch zu 100 % recycelbar.

Magnesiumhalbzeuge ergeben homogenere Bauteileigenschaften als gegossene Bauteile

Walzhalbzeuge aus der Magnesiumlegierung AZ31 werden vorwiegend im Bandgießverfahren hergestellt. Das Verfahren erzeugt ein feinkristallines, gleichmäßiges Gefüge und eine porenfreie Struktur. Daraus ergeben sich laut LMPV homogenere mechanische Bauteileigenschaften auf einem höheren Festigkeitsniveau im Vergleich zu gegossenen Magnesiumteilen. Dieses Eigenschaftsprofil bildet die Basis für eine höhere Zug- und Druckbelastbarkeit. Außerdem sieht der Halbzeughersteller darin den Hauptgrund für eine bessere mechanische Bearbeitbarkeit – sowohl bei Zerspanen als auch in der Umformtechnik.

LMPV stellt auf der Legierung AZ31 Bleche, Platten und Blöcke her. Die Halbzeuge können endkonturnah bearbeitet werden. Das reduziert beispielsweise den Arbeitsaufwand für Zerspaner, die das Leichtmetall nicht nur aufgrund des niedrigen spezifischen Gewichts bearbeiten. Typische Anwendungskriterien für spanend hergestellte Magnesiumteile liegen nach Angaben von LMPV auch in der hohen Steifigkeit, der guten Wärmeleitfähigkeit, Schall- und Vibrationsdämpfung sowie in der EMV-Abschirmung.

Schnittkräfte bei Legierung AZ 31 sind niedriger als bei anderen Metallen

Die Legierung AZ 31 lässt sich nass und trocken zerpanen (Bild 2 – siehe Bildergalerie). Den Angaben zufolge wird meist eine sehr gute Oberflächenqualität bei der Zerspanung erreicht. Das gelte beim Bearbeiten sowohl mit geometrisch bestimmten, als auch mit geometrisch unbestimmten Schneiden.

Im Vergleich zu anderen Metallen sind die Schnittkräfte bei Magnesiumlegierungen niedriger. Das reduziert den Werkzeugverschleiß, wodurch die Werkzeugstandzeit verlängert wird. So stellt LMPV im Vergleich zur Aluminiumzerspanung eine um fünf- bis zehnfach längere Standzeit fest. Alternativ dazu könne bei gleicher Werkzeuglebensdauer die Schnittgeschwindigkeit erheblich gesteigert werden.

Bei der Bearbeitung von Magnesiumlegierungen in Hochleistungszentren rät der Halbzeughersteller, mit Kühlschmierstoffen (KSS) zu arbeiten. Das intensive die Kühlung an der Schneidzone zwischen Werkzeug und Werkstück, ermögliche eine höhere Schnittgeschwindigkeit und verbessere die Oberflächengüte und Maßgenauigkeit. Mittlerweile gibt es für die Zerspanung von Magnesiumlegierungen nichtwassermischbare und wassermischbare Kühlschmierstoffe am Markt, teilweise auch als Minimalmengenschmierstoffe. Das geeignetste KSS-Produkt hänge von der jeweiligen Bearbeitung ab. Unter Beachtung der berufsgenossenschaftlichen Regeln (BGR) für Sicherheit und Gesundheit lässt sich die Magnesiumlegierung AZ31 laut LMPV ähnlich gut wie Aluminiumwerkstoffe bearbeiten.

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