Forschung
Beim Punktschweißen von verzinkten Stahlbauteilen kann es zu Mikrorissen in den Verbindungsstücken kommen. Neue Forschungserkenntnisse geben Aufschluss zu den Ursachen. - © stock.adobe.com
11.09.2023

Ursachen von Rissen in verzinkten Hochleistungsstählen entdeckt

Ursachen von Rissen in verzinkten Hochleistungsstählen entdeckt: BAM-Forschung verbessert Sicherheit von Autoteilen

Die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) hat neue Erkenntnisse zu den Ursachen von Flüssigmetallversprödung (Liquid-Metal Embrittlement, LME) von Stählen gewonnen. Die Forschung konzentrierte sich auf zinkbeschichtete Hochleistungsstähle, die insbesondere in der Automobilindustrie eingesetzt werden. Die Ergebnisse ermöglichen es, innovative Legierungslösungen zu entwickeln, die LME unterdrücken und so den Weg für einen breiten Einsatz in der Industrie ebnen können.

Zinkbeschichtungen sind unerlässlich, um Stähle vor Korrosion zu schützen. Dabei werden Stahlkomponenten in ein Bad aus geschmolzenem Zink bei Temperaturen von etwa 450 °C getaucht. Das Zink reagiert anschließend mit der Oberfläche des Stahls und bildet eine robuste Zinkschicht auf der Oberfläche, die ausgezeichneten Korrosionsschutz bietet und die Lebensdauer des Stahls verlängert.

Rissbildung stellt Automobilindustrie vor Herausforderungen

Doch beim Schweißen der einzelnen Verbindungsstücke kann die Zinkbeschichtung zu Mikrorissen an den Stahlteilen führen. „LME ist ein seit Jahrzehnten bekanntes Problem, das auch bei verzinkten Stählen auftritt“, so Prof. Robert Maaß von der BAM. Das ist gerade in der Automobilindustrie eine Herausforderung, wo Fahrzeugkarosserien bis zu 5.000 Punktschweißnähte aufweisen, und die Integrität der verwendeten Materialien wichtig ist, um Sicherheitsrisiken zu minimieren.

Um präzisere Vorhersagen zur Rissanfälligkeit zu treffen und präventive Maßnahmen ergreifen zu können, ist ein tieferes Verständnis der Mechanismen der Flüssigmetallversprödung entscheidend. Neue Methoden zur Materialcharakterisierung und Simulationstechniken können dazu beitragen, die Ursachen zu identifizieren und Lösungsansätze zu entwickeln.

© stock.adobe.com/stockddvideo
© stock.adobe.com/stockddvideo
Innovative Forschungsmethode soll Stähle langlebiger machen

Forscherinnen und Forscher der BAM haben sich daher auf die Untersuchung der frühen Stadien der Flüssigmetallversprödung konzentriert. Hierbei lag der Fokus auf der Struktur, Thermodynamik und Atomistik an den Grenz- und Oberflächen des Stahls. Sie haben einen innovativen Ansatz entwickelt, der elektronenmikroskopische Untersuchungsmethoden mit computergestützten Simulationsmodellen, u.a. der sogenannten dichtebasierten Phasenfeldtechnik, die an der BAM entwickelt wird, kombiniert, um Defekte zu erklären.

Mit Hilfe dieser Herangehensweise hat das Forscherteam entdeckt, dass an den Schnittstellen zwischen den Körnern des Stahls intermetallische Phasen gebildet werden, bevor Mikrorisse auftreten. Diese Phasen entstehen, wenn sich Zink an den Kornrändern anreichert. Dadurch wird der Stahl erheblich geschwächt. Mit dieser Erkenntnis werden nun Ansätze verfolgt, in denen die Zinkanreicherung und Phasenbildung kontrolliert werden, um damit die Flüssigmetallversprödung zu verhindern.

„Unsere Erkenntnisse ermöglichen es, LME-resistente, fortschrittliche Hochleistungsstähle zu entwickeln, die langlebiger und ressourceneffizienter sind", resümiert das Team um Robert Maaß, Reza Darvishi Kamachali und Tilmann Hickel. „So leistet unsere Forschung einen wichtigen Beitrag zu einer nachhaltigen und energieeffizienten Automobilproduktion.“

Die Forschung wurde in Zusammenarbeit mit den Partnern ArcelorMittal Global Research, General Motors, dem Max-Planck-Institut für Eisenforschung und dem Department of Materials Science and Engineering der University of Illinois durchgeführt, und kürzlich von dem American Iron and Steel Institute (AISI) mit einem Preis gewürdigt.

(Quelle: Presseinformation der Bundesanstalt für Materialforschung BAM)

Schlagworte

AutomobilbauFlüssigmetallversprödungHochleistungsstähleKarosseriebauPunktschweißenSchweißenSchweißtechnik

Verwandte Artikel

Pem Einpressbefestiger
30.03.2026

Die Vorteile der Einpresstechnik bei dünnen Blechen

Schweißen, Einpresstechnik oder Clinchen, das ist häufig die Frage, wenn es darum geht, Bauteile aus Metall miteinander zu verbinden.

Automobilindustrie Bolzenschweißen Clinchen Einpresstechnik Fertigung Schweißen Serienfertigung Verbindungstechnik
Mehr erfahren
29.03.2026

Materialschonende Reinigung mit dem Laser

Das mobile Laserstrahlreinigungsgerät Eneska laserclean 300 von joke Technology GmbH reinigt zugleich schnell und materialschonend und kann in vielen Anwendungsbereichen...

Arbeitsschutz Beschichtungen Blechverarbeitung Kleben Kunststoffe Laserstrahl Laserstrahlreinigung Schweißen Verunreinigung
Mehr erfahren
29.03.2026

Kunststoff bleibt zentraler Werkstoff für automobile Zukunft

Der neue Veranstaltungsort und die neuen Konzepte des PIAE-Kongress fanden positive eine Resonanz. Themen wie Nachhaltigkeit, Qualität und Recyclingfähigkeit rückten in d...

Automobilbau Automobilindustrie KI Kunststoffe Leichtbau Nachhaltigkeit Polypropylen Recycling Zulieferer
Mehr erfahren