Kürzlich habe ich bei Quality Digest ein Webinar darüber gehalten, wie die aktuellen Trends in der Automobilindustrie die Anforderungen an die Materialanalyse verändern und wie man sich darauf einstellen kann. Während des Webinars haben wir einige Fragen in die Runde gestellt. Es war interessant zu hören, dass über 50 Prozent der Teilnehmer bereits heute die Auswirkungen der Lightweighting-Trends in der Automobilindustrie in ihren täglichen Betriebsabläufen spüren. Über 75 Prozent von ihnen gaben jedoch an, zur Überprüfung der Werkstoffspezifikationen bisher keine optische Emissionsspektrometer, LIBS (Laser Induced Breakdown Spectrometer)-Geräte oder RFA-Geräte für eine PMI (Positive Material Identification) einzusetzen.
Die Automobilindustrie stellt jedoch höchste Anforderungen an die Qualität ihrer Komponenten – höhere Standards gibt es wahrscheinlich nur in der Luftfahrtindustrie. Sicherheitsaspekte spielen eine sehr wichtige Rolle. Viele Komponenten müssen daher in der Lage sein, hohe Aufprallenergien aufzunehmen. Andere Komponenten erfordern dagegen eine hohe konstruktive Steifigkeit, so dass hier besonders auf die richtige Festigkeit geachtet werden muss. Es wird daher zunehmend wichtiger, eine zuverlässige Eingangskontrolle durchzuführen und Spektrometer bei der Metallanalyse einzusetzen, nicht zuletzt aufgrund der Tatsache, dass entlang der gesamten Lieferkette immer wieder neue Werkstoffe eingeführt werden.
In jüngerer Zeit haben Aluminium und Magnesium verstärkt Einzug in den Automobilbau gehalten, denn sie sind leicht, vergleichsweise kostengünstig, und sie besitzen viele Eigenschaften, die in der Branche gefragt sind. Sie lassen sich in komplexe Komponenten, wie Motorenbauteile, Getriebegehäuse und Strukturteile, umformen. Auch die aktuellen gesetzlichen Rahmenbedingungen tragen ihren Teil zu dem wachsenden Einsatz leichterer Metalle bei. Dieser Trend wird anhalten, doch wird er sich vorübergehend verlangsamen, bis sich die Volkswirtschaften weltweit wieder erholt haben und die Produktionen wieder hochgefahren werden.
Dank seines um zwei Drittel geringeren Gewichtes als Stahl hat sich Aluminium im Laufe der letzten Jahre zum Shooting Star unter den Automobilwerkstoffen entwickelt, ein Trend, der sich sicherlich noch eine Zeit lang fortsetzen wird. Es wird erwartet, dass bis 2022 knapp 100 kg des in einem durchschnittlichen Fahrzeug verbauten Aluminiums schwerere Bauteile ersetzt haben werden. Dementsprechend wird bis 2025 die Automobilindustrie ein Viertel des gesamten jährlichen Aluminiumverbrauchs – nämlich 30 Millionen Tonnen – für sich beanspruchen.
Noch leichter als Aluminium ist Magnesium, und zwar um 36 Prozent. Darüber hinaus ist es das Baumetall mit der höchsten spezifischen Festigkeit. Es kann leicht und mehrfach recycelt werden. Seitdem Felgen erstmals aus Magnesium hergestellt wurden, wird es auch zunehmend anstelle von Stahl oder Aluminium für Gehäuse oder Raumfachwerkkonstruktionen verwendet. Gegenwärtig wird mehr als die Hälfte des verbrauchten Magnesiums als Legierungsmittel in Aluminiumlegierungen eingesetzt. Gusswerkstoffe auf Mg-Al-Basis werden für zahlreiche Komponenten, wie Gehäuse für Kupplungen und Getriebe, Lenkräder und Auflager, verwendet.
Allerdings hat Magnesium auch einige Nachteile. Es ist spröde und weniger kriechbeständig als Aluminium. Weltweit befassen sich jedoch Forschungsteams mit der Verbesserung dieser Eigenschaften. Einem Team an der Monash University in Melbourne, Australien, hat ein Verfahren entwickelt, mit dem das Gefüge von Magnesium so verändert werden kann, dass es weniger spröde ist. So kann reines Magnesium ohne Rissbildung bei Raumtemperatur in jede beliebige Form umgeformt werden. Ein Team des US-amerikanischen Energieministerium angeschlossenen hat ein Verfahren entwickelt, das die Energieaufnahme und Duktilität von Magnesium verbessert und dem Werkstoff so weitere Einsatzmöglichkeiten im Automobilbau eröffnet.
Wer gedacht hat, dass sich die Stahlindustrie ihrem Schicksal als aussterbende Branche tatenlos ergibt, hat sich sehr getäuscht. Stahl ist ein zuverlässiger, reichlich vorhandener und bewährter Werkstoff, und die Stahlhersteller haben große Anstrengungen unternommen, Teile der Marktanteile, die sie den aufstrebenden Konkurrenzwerkstoffen überlassen mussten, wieder zurückzugewinnen.
Stahlhersteller arbeiten an der Entwicklung super-leichter Stahlwerkstoffe, die fester, preisgünstiger und kaum schwerer als Aluminium sind. Die Ergebnisse sind schon greifbar. Mit der Markteinführung dieser neuen Werkstoffe wird spätestens 2021 gerechnet. Höhere Festigkeit bei geringeren Kosten sind natürlich Verlockungen für den Markt. Sollten die neuen Stahlwerkstoffe tatsächlich so einschlagen, wie von der Branche prognostiziert, könnte sich das für Aluminium und Magnesium erwartete Wachstum jedoch relativieren.
Bei der Entwicklung neuer Legierungen und zur sicheren Einhaltung der geforderten, gleichzeitig zunehmend anspruchsvoller werdenden Spezifikationen ist es unerlässlich, die Schmelze mit Genauigkeiten im ppm-Bereich zu analysieren. Das neueste Funkenspektrometer von Hitachi High-Tech bietet eine in dieser Geräteklasse bisher unerreichte Analyseleistung.
Das OE750 deckt die gesamte Bandbreite an Metallen bei niedrigsten Nachweisgrenzen ab und bietet dabei eine Leistungsfähigkeit, die sonst nur bei deutlich teureren Geräten zu finden ist. Das Gerät kann zudem zur Unterstützung von QA- und QC-Programmen eingesetzt werden, indem es zum Beispiel Begleit- und Spurenelemente bei der Eingangskontrolle misst und prüft, ob Normen, wie etwa die Stahlnormen ASTM E415 und E1086, eingehalten werden.
Weitere Informationen zum OE750 finden Sie hier.
Die Automobilindustrie erlebt zurzeit einen Wandel. Vielleicht haben Sie sich bereits gefragt, wie sich diese Veränderungen möglicherweise auf den Markt auswirken, den Sie bedienen? Oder was die E-Mobilität für die Metallhersteller und -zulieferer bedeutet? Auch neue gesetzliche Rahmenbedingungen haben möglicherweise weitreichende Konsequenzen für die gesamte automobile Lieferkette. Wenn Sie Antworten auf diese Fragen suchen, dann können Sie unseren Leitfaden „Materialanalyse in der Automobilindustrie“ herunterladen.
Der Autor
Mikko Järvikivi ist Head of Global Product Management bei Hitachi High-Tech Analytical Science. Mikko Järvikivi hat an der Aalto-Universität in Finnland ein Studium in Chemical Engineering als M.Sc (Tech.) absolviert. Seit 15 Jahren ist er im Bereich Materialanalyse - Schwerpunkt Handgeräte tätig.
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Fallstudie: Werkstoffanalyse von Wälzlagerprodukten mit dem X-MET8000 RFA Handgerät bei Kugellager-Express
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