Mehrfaches Biegen von Magnesium frischt seine innere Reibung auf
Privatdozent Dr.-Ing. habil. Werner Riehemann, Diplomphysiker Fausi Abed El-Al und Diplomphysiker Jürgen Göken vom Institut für Werkstoffkunde und Werkstofftechnik der TU Clausthal berichten in einem Beitrag für das "Journal of Alloys and Compounds" (voraussichtlicher Erscheinungstermin Juli 2000) über Alterungserscheinungen der inneren Reibung in Magnesium, einem sehr leichten Metall, das zukünftig vermehrt in der Luftfahrt und im Automobilbau eingesetzt werden wird.
Die Dämpfung hängt von der angeregten Amplitude der inneren Dehnung ab. Messungen bei größeren Dehnungen führen zur Erhöhung der Dämpfung auch bei kleinen Dehnungen.
Versetzungsmodell, das die Messergebnisse erklären kann. Die Versetzungslinie kann unter dem Einfluß einer mechanischen Wechseldehnung zwischen verschiedenen Kristalldefekten, die wie Hindernisse wirken, ausbauchen.
Sie können in ihrer Arbeit zeigen, daß die innere Reibung in Magnesium:
- von dem Reinheitsgrad,
- der thermischen Vorbehandlung,
- der Anzahl der zyklischen Belastungswechsel,
- vom Zeitpunkt der Messung nach einer Belastung abhängt.
Die anfänglich vorhandenen Dämpfungseigenschaften können durch mehrfaches Biegen wieder hergestellt werden. Die eingangs vorhandene innere Reibung wird "aufgefrischt".
Mit diesen Forschungsergebnissen können in Zukunft die Dämpfungseigenschaften eines Metalles präziser erfaßt, vorhergesagt und somit die Einsatzgebiete hoch oder niedrig dämpfender Magnesiumlegierungen erweitert werden.
Dämpfungseigenschaften von Metallen können gezielt durch die Zugabe bestimmter Legierungselemente, welche die Versetzungen festhalten, verändert werden. Versetzungen sind linienförmige Kristallfehler, die als Orte erhöhter innerer Spannung mittels äußerer Belastung durch das Kristallgefüge bewegt werden können. In einem Bild gesprochen: Legierungselemente wirken wie viele kleine Stühle auf einem Teppich, die eine Welle in dem Teppich blockieren. Die Versetzung baucht zwischen den Legierungsatomen bei wechselnder Belastung je nach Dichte der Legierungsatome unterschiedlich stark aus und führt so zu unterschiedlich starker Dämpfung.
Wenn Schwingungen an Maschinen oder Instrumenten unterdrückt werden sollen, sind hoch dämpfende Metalle gefragt, beispielsweise für Schiffsschrauben, bei Strickmaschinen oder als Ventile in Vakuumpumpen zur Erhöhung der Lebensdauer und zur Lärmreduzierung. Ein schwingendes Bauteil kommt um so besser wieder zur Ruhe, wenn seine Schwingungsenergie rasch in Wärme umgewandelt werden kann. Die Abklingrate der Schwingungen ist ein Maß seiner Dämpfung und damit seiner inneren Reibung.
Metalle mit geringer innerer Reibung hingegen werden u. a. für Präzisionswaagen benötigt, denn hohe innere Reibungen gehen immer mit einer Relaxation, einem langsamen, zeitlich umkehrbaren Formverlust des Bauteils einher. Die Feder einer Hochpräzisionswaage darf aber nicht, je nachdem wann man sie abliest, unterschiedliche Werte anzeigen.
Die Clausthaler Forschungsergebnisse tragen dazu bei, Magnesiumwerkstoffe maßgeschneidert für unterschiedliche Forderungen an Dämpfung oder Relaxation zu entwerfen.
Weitere Informationen:
PD Dr.rer.nat. Dr.-Ing. habil. W. Riehemann Agricolastraße 6, D-38678 Clausthal-Zellerfeld, Deutschland, Telefon: +49-5323-72 2603, Telefax: +49-5323-72 3148, EMail: werner.riehemann@tu-clausthal.de
