Magnesiumlegierungen – eine Übersicht

Während Gusseisen eine Dichte von ca. 7,8 g/cm³ aufweist, haben Aluminiumlegierungen eine Dichte von ca. 2,6 g/cm³.  Magnesium ist aber noch 30% leichter als Aluminium und ist somit mit einer Dichte von 1,7 g/cm³ das leichteste Gusskonstruktionsmaterial.

Magnesiumlegierungen haben ein sehr gutes Verhältnis Festigkeit zu Dichte, sehr leichte mechanische Bearbeitbarkeit (Das Thema Feuerschutz muss beachtet werden!) und exzellente Gießbarkeit. Aus Magnesiumlegierungen lassen sich sehr dünnwandige Bauteile mit engen Fertigungstoleranzen gießen. Da Flüssigmagnesium den Werkzeugstahl nicht angreift, haben die Druckgusswerkzeuge aus Magnesium eine deutlich größere Standzeit im Vergleich zu den Formen für Alu-Druckguss.

Flüssigmagnesium brennt an der Luft. In der Praxis bedeutet das, dass die Schmelze mit einem Schutzgas abgeschirmt werden muss, damit kein Kontakt zwischen der Schmelze und der Luft entsteht.

Es existieren folgende Familien der Magnesiumlegierungen:

  • Magnesium-Aluminium-Zink-Legierungen (AZ-Legierungen). Es sind die am häufigsten verwendeten Magnesiumlegierungen. Die wichtigsten Legierungen sind AZ91 und AZ81 mit 9 und 8% Aluminium und 1% Zink. In den meisten Fällen werden diese Legierungen im Druckgussverfahren vergossen, Sand- und Kokillenguss ist mit diesen Werkstoffen auch möglich. Diese Legierungen erreichen gute mechanische Eigenschaften bei Raumtemperaturen, haben aber eine schlechte Festigkeit bei erhöhten Temperaturen. Temperatureinsatzgrenze für diese Werkstoffe liegt bei ca. 110°C. Aus diesen Legierungen werden diverse Teile für Automobilindustrie, Gehäuse für hochwertige elektronischen Geräte wie Laptops, Kameras, usw.
  • Magnesium-Aluminium-Mangan-Legierungen (AM-Legierungen). Die wichtigsten Vertreter dieser Legierungsfamilie sind AM50 und AM60-Legierungen, die 5 und 6% Aluminium und unter 1% Mn enthalten. Diese Werkstoffe zeichnen sich durch hervorragende Duktilität und sehr hohe Bruchdehnung, was sie für den Einsatz in Sicherheitskomponenten prädestiniert hat. Typische Teile sind Sitzrahmen, Lenkräder, etc. Alu-Mangan-Legierungen können auch nicht bei höheren Temperaturen über 110°C eingesetzt werden.
  • Magnesium-Aluminium-Silizium-Legierungen (AS-Legierungen). Zusatz von Silizium erhöht die Temperatureinsatzgrenze der Aluminiumlegierungen auf ca. 150°C und ermöglicht somit den Einsatz im Motorenbau. Ähnlich wie die AZ und AS-Legierungen, werden die AS-Legierungen hauptsächlich im Druckgussverfahren verarbeitet.
  • Magnesium-Zink-Seltene Erde – Zirconium (ZE-Legierungen). Zusatz von Zirkonium und Seltenen Erden bewirkt eine Steigerung der Festigkeitseigenschaften sowohl bei Raum- als auch bei erhöhten Temperaturen. Einige dieser Legierungen können sogar bis 350°C ohne Verlust der Tragfähigkeit eingesetzt werden, so wie die thoriumhaltige ZT1. Eine weitere positive Wirkung des Zusatzes von Seltenen-Erden und Zirkonium ist praktisch mikrolunkerfreies Gefüge. Diese Legierungen werden im Sandgussverfahren hergestellt. Aufgrund hoher Kosten werden damit fast ausschließlich Teile für Wehrtechnik oder Rennmotoren hergestellt.
  • Magnesium-Seltene Erden- Silber – Zirconium (QE-Legierungen). Die Legierung QE22 (2% Seltene Erden, 2% Silber und unter 1% Zr) hat nach der Lösungsglühung und Warmauslagerung die höchsten Festigkeitswerte aller Magnesiumgusslegierungen. Dieser Werkstoff wird auch im Sandgussverfahren vergossen. Kostenmäßig ist diese Legierung auch sehr teuer.
  • Magnesium-Yttrium-Seltene Erden-Zirconium (WE-Legierungen).  Es sind Legierungen, die entwickelt wurden, um die ZE-Legierungen zu ersetzen und insbesondere den Einsatz vom radioaktiven Thorium zu vermeiden. WE54 und WE43 können bis 250°C verwendet werden. Legierungen dieser Gruppe sind auch sehr teuer, da Seltene Erden und Yttrium teuer sind.

Weiterführende Literatur:

C. Kammer, Magnesium Taschenbuch, Aluminium Verlag, 2000

M. Altmann, A. Below, et al, Магниевые Сплавы, 1 и 2 Томa. „Magnesium Legierungen“, Moskau, Metallurgie-Verlag, 1978