Suchen

Max-Planck-Forscher kreieren neues Metall

Revolutionäre Metalllegierung: Fest und doch formbar

| Autor/ Redakteur: Peter Hergersberg, Max-Planck-Gesellschaft / Susanne Reinshagen

Für die Stahlindustrie zeichnet sich ein Ausweg aus einem Dilemma ab: Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Eisenforschung in Düsseldorf präsentieren einen neuartigen metallischen Werkstoff, der gleichzeitig sehr fest und trotzdem gut formbar ist. Bisher ließ sich eine Eigenschaft nur auf Kosten der anderen verbessern. Die Forscher gehen jetzt einen neuen Weg bei der Entwicklung von Werkstoffen.

Firmen zum Thema

Eine Legierung aus Eisen, Mangan, Cobalt und Chrom wird gut formbar, weil in ihr zwei Kristallstrukturen nebeneinander vorliegen können und die eine Struktur sich in die andere umwandeln kann. Das galt in dieser Art von Materialien bislang als schädlich für die Festigkeit. Die beiden Kristallstrukturen sind in diesem Querschnitt des Werkstoffs, der mithilfe der Elektronenrückstreubeugung aufgenommen wurde, an den beiden Farben zu erkennen.
Eine Legierung aus Eisen, Mangan, Cobalt und Chrom wird gut formbar, weil in ihr zwei Kristallstrukturen nebeneinander vorliegen können und die eine Struktur sich in die andere umwandeln kann. Das galt in dieser Art von Materialien bislang als schädlich für die Festigkeit. Die beiden Kristallstrukturen sind in diesem Querschnitt des Werkstoffs, der mithilfe der Elektronenrückstreubeugung aufgenommen wurde, an den beiden Farben zu erkennen.
( Bild: © Nature 2016 / Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH )

Idealerweise sollten Stähle und mit ihnen verwandte metallische Legierungen beides können: Sie dürfen nicht zersplittern, wenn sie etwa im Walzwerk verarbeitet werden oder als Autokarosserie in einen Unfall geraten. Sie müssen also duktil sein, wie Materialwissenschaftler es nennen. Sie sollten aber auch fest sein, damit sie sich nicht schon verformen oder gar brechen, wenn geringe Kräfte auf sie einwirken. Einem Team um Dierk Raabe, Direktor am Max-Planck-Institut für Eisenforschung, und Cemal Cem Tasan, der an diesem Institut eine Forschungsgruppe leitete und mittlerweile Professor am Massachusetts Institute of Technology (MIT) in den USA ist, ist es jetzt gelungen, beide Eigenschaften in einem Material zu kombinieren. Bislang waren sehr duktile metallische Werkstoffe nicht besonders fest und umgekehrt.

„Wir haben bei der Entwicklung dieses Materials eine neue Strategie verfolgt, die generell neue Möglichkeiten für das Design metallischer Werkstoffe schafft“, sagt Dierk Raabe. Das Team setzte bei einem Typ von Materialien an, der in der Werkstoffwissenschaft seit ein paar Jahren untersucht wird, aber für viele Anwendungen bisher zu spröde ist: Legierungen, in die Metallurgen ähnliche Mengen von typischerweise fünf oder mehr verschiedenen Metallen mischen.

Atomares Durcheinander macht Legierungen fest

Da sich die Atome der verschiedenen Elemente ohne erkennbare Ordnung auf die Positionen in den Kristallgittern dieser Stoffe verteilen und die Entropie gewissermaßen ein Maß für die Unordnung ist, heißen die Materialien Hochentropie-Legierungen. Solche Materialien können besonders fest sein, weil das Durcheinander der vielen verschiedenen Atome in einer Struktur die Bewegung von Versetzungen erschwert. Versetzungen sind Fehler im Kristallgitter, die durch einen Kristall wandern, wenn ein Material verformt wird. Die hohe Festigkeit der Legierungen mit der atomaren Unordnung bringt jedoch bislang auch einen Nachteil mit sich: Wenn ein solches Material unter einer Last nachgibt, verformt es sich üblicherweise sehr abrupt und bricht rasch: es verhält sich spröde.

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 44073076)

Das könnte Sie auch interessieren SCHLIESSEN ÖFFNEN
Service wird bei Böhler groß geschrieben: Auf Kundenwunsch wird der Stahl für die Werkzeuge auch entsprechend angearbeitet. Bilder: Munde
Stahl-Werkstoffe

Intelligenter Stahl für Autos von morgen

Atomare Schwingungen und magnetische Anregungen beeinflussen die Stabilität von Stählen bei hohen Temperaturen. Dabei kann man sich die Eisenatome (im Bild als Kugeln dargestellt) als kleine Magneten vorstellen, die bei zunehmender Temperatur ihre Ausrichtung umdrehen (graue Pfeile). Die neu entwickelte Methode erlaubt erstmals die Berechnung des gegenseitigen Einflusses von atomaren Schwingungen und magnetischen Anregungen über den kompletten Temperaturbereich zu berechnen.
Max-Planck-Institut für Eisenforschung

Atomare und magnetische Resonanzen machen Stähle bei Hitze stabil

Werkstoffe

Umformeigenschaften bereits in der Werkstoff-Entwicklung beeinflussen

Archiv: Vogel Business Media; Bild: Max-Planck-Institut für Eisenforschung; ; Bild: MPI für Eisenforschung; Bild: MPIE; © Nature 2016 / Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH; Trumpf; Schuler; Meusburger; picsfive - Fotolia; Bihler; Messe Essen; Eutect / Lebherz; Stefanie Michel; Mack Brooks; Schall; J.Schmalz; Inocon; Zeller + Gmelin; Okamoto Europe; Autoform/Rath; Lantek; Simufact; IKT; Schöller Werk; Vollmer; Wirtschaftsvereinigung Stahl; © earvine95, pixabay; Thyssenkrupp; Esta; IFA; CWS; totalpics; Design Tech; Automoteam; MPA Stuttgart