Magnesium

Magnesium – Chemisches Kurzvideo – Welt der Werkstoffe

Geschichte von Mg
Magnesiumverbindungen sind schon lange bekannt und in Gebrauch. Joseph Black untersuchte als erster Magnesium. Michael Faraday stellte 1833 Magnesium durch Elektrolyse her.

Vorkommen

  • immer in gebundener Form
    • Magnesit (MgCO3 )
  • Dolomit (Ca,Mg)CO3
  • gelöst in Wasser
  • gemeinsam mit Ca für die Wasserhärte verantwortlich
    • Meersalz besteht zu 3,7% aus Magnesium
  • Achthäufigstes Element der Erde

Eigenschaften

  • Leichtmetall
    • Dichte: 1738 kg/m³
    • Schmelzpunkt: 650°C
    • Siedepunkt: 1107°C
    • leichtester metallischer Konstruktionswerkstoff
  • Bildet an der Luft Oxidschicht (Passivierung)
    • Korrosion ist ein Problem
    • die Entzündbarkeit kennt jeder, der einen metallischen Bleistiftspitzer angezündet hat
  • Geringe Härte und Festigkeit

Herstellung

  • Hauptsächlich durch Schmelzflusselektrolyse
    • Herstellung aus Magnesiumchlorid
    • Flussmittel: Kaliumchlorid und Calciumchlorid

Verwendung von Mg

  • Reduktionsmittel (Stahlherstellung)
  • Magnesiumlegierungen
  • Magnesiumdruckguss
  • Pyrotechnik

Legierungen

Mg-Al-Zn – Legierungen

  • Gut schweißbar
  • Hohe Zugfestigkeit (bis zu 400 N/mm²)
  • Einsatz im Kraft-, Flugzeug- und Schiffsbau
  • Durch Druckguss lassen sich komplizierte Werkstücke kostengünstig herstellen

Mg in Al-Legierungen

  • Aushärtbar
  • Mg-Anteil bis 5%

Aushärten von Mg-Legierungen

Nach dem Abschrecken ist Al noch zwangsgelöst (übersättigt) im magnesiumreichen Alpha-Mischkristall. Beim Anlassen wandern die Al-Atome an die Korngrenze und bilden eine harte, spröde chemische intermetallische Verbindung (Mg17Al12 – kompliziertes Kristallgitter = wenig Gleitebenen = hart und spröde). Weil diese Kristalle sehr feinverteilt sind, kommt es zu einer deutlichen Festigkeitssteigerung. Diese Phasen können auch im magnesiumreichen Alpha-Mischkristall entstehen (geordnet und ungeordnet)

Einfluss von Al in Mg-Legierungen

Der Aluminiumgehalt führt in Mg-Legierungen aufgrund der Mischkristallbildung bereits bei 4%Al zu einer deutlichen Verfestigung. Durch Lösungsglühen kann die Zugfestigkeit weiter gesteigert werden. Für die Bruchdehnung sind Al-Gehalte über 8% jedoch schon nachteilig.

Mg – Gusslegierungen

  • Hohe Oxidationsempfindlichkeit
    • Tangentiale Eingusssysteme unbedingt vermeiden
    • Fallhöhe des Schmelzstroms gering halten
      • eventuell sogar das größte Volumen in den Oberkasten setzen
    • nach Möglichkeit keine runde Gestaltung der Einläufe
    • Keine scharfen Umlenkungen in der Kavität
    • Gießlauf soll während des Gießens vollständig gefüllt sein!

Mg – Al – Zn – Legierungen

Das wäre natürlich ein dreidimensionales Diagramm. Hier ist es quasibinär dargestellt, weil der Zinkgehalt mit 1% „fixiert“ ist. Wird hier allerdings nicht erklärt. Das geht eher nur „face to face“

Quelle: Prof. R. Schmidt Fetzer, IMET TU Clausthal

Abhängigkeit des E-Moduls vom Sn-Gehalt von Mg-Sn-Legierungen

Der ß-Kristall hat einen höheren E-Modul als der Alpha- und der Gamma-Kristall, daher tritt bei ca. 72% Sn ein Maximum auf.