Potenzial moderner Zink-Druckgusslegierungen ausschöpfen

Zink-Druckgusslegierungen sind schnell, präzise und ressourcenschonend herstellbar – bislang aber kaum für hochbelastete Anwendungen genutzt. Forschende des Fraunhofer LBF haben nun das zyklische Werkstoffverhalten untersucht und ein Bemessungskonzept entwickelt, das den Weg für langlebige, nachhaltige Bauteile aus Zink öffnet – als leistungsfähige und vollständig recycelbare Alternative zu Kunststoff und Aluminium.

„Flussdiagramm zur Lebensdauerberechnung von Bauteilen, bestehend aus drei Hauptbereichen: Simulations-Eingangsdaten (FEM-Berechnung, Gießprozess-Simulation), Experimentelle Eingangsdaten (Spannungs-Dehnungskurve, Schädigungs-Wöhlerlinie, statistische Einflüsse, Mittenspannungsempfindlichkeit, Einfluss aus Gießprozess) und Berechnungsmodelle (Kerbgrundbeanspruchung, örtlicher Spannungs-Dehnungsverlauf, Schädigungsrechnung mit linearer Schadensakkumulation). Grafik: Fraunhofer LBF — Das neue Bemessungskonzept zur Bewertung der Lebensdauer von zyklisch beanspruchten Bauteilen aus Zink-Druckguss erhöht ihr Einsatzpotenzial

Zink-Druckgusslegierungen lassen sich dank des effizienten Warmkammer-Druckgießverfahrens schnell und in großen Stückzahlen fertigen. Aufgrund ihrer hohen Oberflächenqualität kommen sie in zahlreichen Industrien zum Einsatz – etwa für Gehäuse, Verbindungselemente oder Strukturbauteile. Für zyklisch hochbelastete Anwendungen fehlten jedoch bislang belastbare Betriebsfestigkeitsdaten. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF haben dieses Defizit nun geschlossen und das zyklische Werkstoffverhalten verschiedener Zink-Druckgusslegierungen untersucht. Die Ergebnisse wurden in einem neuen Bemessungskonzept zusammengefasst.

Analyse des zyklischen Werkstoffverhaltens

Im Forschungsprojekt „ZynkGuss“ analysierte das Fraunhofer-Team das Materialverhalten der Legierung Zamak 5 (ZP0410) unter Berücksichtigung spannungsmechanischer und technologischer Einflüsse. Schwingfestigkeitsuntersuchungen zeigten, dass vor allem die beim Druckgießprozess entstehende lokale Mikrostruktur einen entscheidenden Einfluss auf die Lebensdauer dünnwandiger Bauteile hat.

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Bemessungskonzept zur Lebensdauerbewertung

Das im Projekt entwickelte Konzept verbindet die Ergebnisse der zyklischen Untersuchungen mit Daten aus der Gießprozesssimulation. Dadurch lassen sich künftig auch hochbeanspruchte Bauteile aus modernen Zink-Druckgusslegierungen realisieren. Die Erkenntnisse fließen zudem in Richtlinien und Normen ein, um sie für die Industrie breit nutzbar zu machen.

Zink-Druckguss als nachhaltige Werkstoffalternative

Mit dem Projektabschluss wurde ein wichtiger Schritt zur Etablierung von Zink-Druckgusslegierungen in anspruchsvollen Anwendungen erreicht. Die Materialien sind vollständig recycelbar, ohne Qualitätsverlust, und bieten damit großes Potenzial im Sinne der Circular Economy. Branchen wie Automobilbau, Gebäudetechnik oder Sicherheits- und Verpackungsindustrie können von den neuen Erkenntnissen profitieren. Moderne Zink-Druckgusslegierungen gelten als leistungsstarke und nachhaltige Alternative zu Kunststoffen – und erfüllen bereits heute künftige EU-Anforderungen an Umweltverträglichkeit und Ressourceneffizienz.