Rissursache in verzinkten Hochleistungsstählen entdeckt

Eine Möglichkeit, Stähle vor dem Rosten zu bewahren, ist die Zinkbeschichtung. Dabei werden die Stahlteile in flüssiges Zink bei etwa 450 °C eingetaucht. Das Zink verbindet sich dann mit der Stahloberfläche und erzeugt eine widerstandsfähige Zinkschicht, die den Stahl vor Korrosion schützt und seine Haltbarkeit erhöht. Beim Schweißen der einzelnen Bauteile kann es jedoch zu Mikrorissen in den Stahlteilen kommen, die durch die Zinkbeschichtung verursacht werden.

Gerade in der Automobilindustrie stellt dies eine Herausforderung dar, da Fahrzeugkarosserien bis zu 5000 Punktschweißnähte aufweisen und die Integrität der verwendeten Materialien entscheidend ist, um Sicherheitsrisiken zu minimieren. Ein tieferes Verständnis der Mechanismen der Flüssigmetallversprödung (LME) ist entscheidend, um präzisere Vorhersagen zur Anfälligkeit für Risse zu treffen und präventive Maßnahmen zu ergreifen.

In diesem Zusammenhang haben Wissenschaftler der BAM ihr Augenmerk auf die Untersuchung der frühen Stadien der Flüssigmetallversprödung gelegt. Ihr Fokus lag auf der Struktur, Thermodynamik und Atomistik an den Grenz- und Oberflächen des Stahls. Sie entwickelten einen innovativen Ansatz, der elektronenmikroskopische Untersuchungsmethoden mit computergestützten Simulationsmodellen, darunter die dichtebasierte Phasenfeldtechnik, die an der BAM entwickelt wird, kombiniert, um Defekte zu erklären.

Mittels dieser Vorgehensweise hat das Forscherteam herausgefunden, dass intermetallische Phasen an den Grenzflächen zwischen den Körnern des Stahls gebildet werden, noch bevor Mikrorisse entstehen. Diese Phasen entwickeln sich durch die Anreicherung von Zink an den Kornrändern und führen zu einer erheblichen Schwächung des Stahls. Basierend auf dieser Erkenntnis verfolgen die Forscher nun Ansätze, um die Zinkanreicherung und Phasenbildung zu kontrollieren und so die Flüssigmetallversprödung zu verhindern. Ihr Ziel ist die Entwicklung von LME-resistenten Hochleistungsstählen, die langlebiger und ressourceneffizienter sind, wodurch sie einen Beitrag zur Förderung einer nachhaltigen und energieeffizienten Produktion in der Automobilindustrie leisten.

Die Forschungsarbeiten wurden in enger Zusammenarbeit mit Partnern wie Arcelor-Mittal Global Research, General Motors, dem Max-Planck-Institut für Eisenforschung und dem Department of Materials Science and Engineering der University of Illinois durchgeführt. Diese Kooperation wurde kürzlich durch eine Auszeichnung des American Iron and Steel Institute (AISI) gewürdigt.