Die Verringerung des Gewichts von Bauteilen im Transportwesen ist ein wesentlicher Beitrag, um die CO2-Klimaziele zu erreichen. In dem am 21.3.2018 eröffneten CD-Labor sollen neue Aluminiumlegierungen für komplexe Leichtbauteile für die Massenfertigung entwickelt werden.

Bei der Eröffnung des CD-Labors v.l.n.r.: Stadtrat Willibald Mautner, Priv.-Doz. Dr. Helmut Kaufmann, Technikvorstand AMAG, CD-Labor-Leiter assoz.Prof. Dr. Stefan Pogatscher, Rektor Wilfried Eichlseder, Univ.Prof. Dr. Reinhart Kögerler (Präsident der Christian Doppler Forschungsgesellschaft)

Das zentrale Thema des Christian Doppler Labors für Fortgeschrittene Aluminium-Legierungen ist die Gewährleistung einer nachhaltigeren Mobilität. „Die globalen Notwendigkeiten zur Reduktion der CO ₂-Emissionen und zur Einsparung von Energie führen zu einem enormen Druck, die Möglichkeiten des Werkstoffleichtbaus auszubauen“, erklärt assoz.Prof. Dr. Stefan Pogatscher vom Lehrstuhl für Nichteisenmetallurgie.

Bundesministerium für Digitalisierung und Wirtschaftsstandort fördert Zukunftsthemen
„Forschung an Aluminiumlegierungen, die in der Fertigung weich und im Einsatz hochfest sind, ist ein wichtiger Beitrag zur Entwicklung der Leichtbauweise im Transportwesen. Durch die Zusammenarbeit von Wissenschaft und Wirtschaft im CD-Labor entsteht neues Wissen und damit auch die Grundlage für die weitere Expansion eines wichtigen heimischen Unternehmens im Luftfahrtbereich“, sagt Bundesministerin für Digitalisierung und Wirtschaftsstandort Dr. Margarete Schramböck.

In Christian Doppler Labors wird anwendungsorientierte Grundlagenforschung auf hohem Niveau betrieben, hervorragende Wissenschafter kooperieren dazu mit innovativen Unternehmen. Für die Förderung dieser Zusammenarbeit gilt die Christian Doppler Forschungsgesellschaft international als Best-Practice-Beispiel. Christian Doppler Labors werden von der öffentlichen Hand und den beteiligten Unternehmen gemeinsam finanziert. Wichtigster öffentlicher Fördergeber ist das Bundesministerium für Digitalisierung und Wirtschaftsstandort (BMDW).

Mobilität energieeffizienter machen
Besonders Leichtmetalle, wie Aluminium, in Form von Aluminium-Knetlegierungen – im Gegensatz zu Gusslegierungen – eignen sich zur Bearbeitung durch plastische Verformung (z. B. Tiefziehen). In der Luftfahrt sind Aluminium-Legierungen schon länger etabliert, wohingegen im Fahrzeugbau in der Vergangenheit Aluminium-Knetwerkstoffe meist nur in teuren Fahrzeugen Anwendungen fanden. Die gesetzlichen Regulative fordern jedoch den steigenden Einsatz auch in der Massenfertigung von Fahrzeugen der Mittelklasse, um CO ₂-Emissionen in wesentlichen Mengen eindämmen zu können.
Aluminiumwerkstoffe können jedoch den schwereren Stahl derzeit in der Massenanwendung nicht einfach ersetzen, da das Verhältnis von Festigkeit zu Formbarkeit bei Aluminium-Legierungen noch ungünstiger ist. „Komplexe Leichtbau- und Designteile erfordern eine hohe Formbarkeit des Materials bei gleichzeitiger Festigkeit, um z.B. bei Unfällen oder Hagelschauern möglichst wenig Schaden zu nehmen“, erläutert Pogatscher. Die meisten industriell relevanten metallphysikalischen Mechanismen, welche die Festigkeit steigern, verringern gleichzeitig die Duktilität bzw. die Formbarkeit (Festigkeits-Duktilitäts-Paradigma).

Suche nach neuen Aluminium-Legierungen
Im CD-Labor für Fortgeschrittene Aluminium-Legierungen werden zwei Ansätze verfolgt, um in diesem Punkt entscheidende Verbesserungen zu erreichen. Zum einen erfolgt die Entwicklung „schaltbarer“ Legierungen. Diese sollen im Prozessablauf während der Formgebung eine geringe Festigkeit und im Endzustand eine hohe Festigkeit aufweisen. Ziel ist es, eine besonders hohe Kontrolle über den Schaltprozess von einem gut formbaren und weichen zu einem sehr festen Zustand zu erlangen und diesen Ansatz auf verschiedene Knetlegierungsklassen anzuwenden. Das Verständnis der zugrundeliegenden kinetischen Vorgänge soll über experimentelle Beobachtung bis hin zur Simulation der Bewegung einzelner Atome erweitert werden. Zum anderen wird versucht, die Festigkeit und die Duktilität mit industriell anwendbaren Mitteln zu verbessern. Dies geschieht durch eine Kombination der Vorteile unterschiedlicher Klassen von Aluminium-Knetlegierungen, welche optimale Formbarkeit bzw. Festigkeit aufweisen, und mittels einer Mikrostrukturoptimierung. „Es wird nach neuen Aluminium-Legierungen gesucht, welche eine gesteigerte Festigkeits-Duktilitäts-Kombination erreichbar machen.

Auf diese Weise sollen kostengünstige und somit für die Massenfertigung geeignete Legierungen identifiziert werden, welche den hohen Anforderungen an ihre Formbarkeit bzw. Duktilität bei gleichzeitig hoher Festigkeit gerecht werden“, meint Pogatscher abschließend.

Weitere Informationen
Assoz.Prof. Dipl.-Ing. Dr. Stefan Pogatscher
Lehrstuhl für Nichteisenmetallurgie
E-Mail: stefan.pogatscher(at)unileoben.ac.at
Tel.: +43 3842 402-5228