q&more
Meine Merkliste
my.chemie.de  
Login  

News

Wissenschaftler entwickeln Stahl mit knochenähnlichen Eigenschaften

Neuer Stahl birgt enormes Potential für die Sicherheit von Strukturwerkstoffen

M. Wang, Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH

Max-Planck-Wissenschaftler entwickeln Stahl mit knochenähnlichen Eigenschaften

14.03.2017: 1998 ereignete sich eins der schwersten Zugunglücke Deutschlands in Eschede, Niedersachsen. Ein Radreifen brach und brachte den Zug zur Entgleisung. Grund hierfür war Materialermüdung. Stetige Belastung bestimmter Bauteile beispielsweise in Zügen, Flugzeugen oder auch Kraftwerken, birgt ein hohes Risiko für Materialermüdung und letztendlich -bruch. Bisherige Versuche dieses Risiko zu mindern, bauen auf kostspielige Sicherheitsmaßnahmen, die die statistische Lebensdauer von Bauteilen beachten. Die Mikrostruktur der verwendeten Materialien wurde jedoch, aufgrund der vielfältigen möglichen Facetten von Materialermüdung, nicht grundlegend verändert. Inspiriert durch die exzellenten Eigenschaften von Knochen bezüglich Ermüdung, hat ein internationales Team rund um Materialwissenschaftler des Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE) in Düsseldorf, einen Stahl entwickelt, der in seiner Struktur dem menschlichen Knochen ähnelt und dadurch einen ähnlich hohen Ermüdungswiderstand aufweist.

Wenn ein Material regelmäßig belastet wird, bilden sich in jedem Material auf der Mikro- und Nanoebene feinste Risse, die mit der Dauer der Belastung fortschreiten und zum Materialversagen führen können. Das Ziel des internationalen Forscherteams war es, ein Material zu entwickeln, welches auf der Mikro- und Nanoebene die Ausbreitung dieser Risse frühestmöglich stoppt. Das Ergebnis ist eine Legierung aus Eisen, Mangan, Nickel und Aluminium. Diese besteht aus verschiedenen metastabilen Phasen, die in Nanometer-großen Lamellen geordnet sind. Eine Phase ist eine Kristallstruktur, in welcher die Atome in einem Metall angeordnet sind. Durch Beeinflussung dieser Struktur ist es möglich, die Eigenschaften des Metalls grundlegend zu beeinflussen. Die Materialwissenschaftler passten die Struktur der Grenzen zwischen den einzelnen Phasen, der sogenannten Grenzflächen, und die Stabilität der Phasen so an, dass der neu entwickelte Stahl resistent gegen multiple Rissbildung auf der Mikroebene ist. „Um zu prüfen, ob die exzellenten Ermüdungseigenschaften unseres Stahls auch wirklich auf die lamellenartige Mikrostruktur zurückzuführen sind, haben wir ihn mit konventionellen Stählen verglichen“, so Dierk Raabe, Direktor am MPIE und einer der Autoren der Science-Publikation. In zahlreichen Experimenten verglich das Team rund um Raabe die Ermüdungseigenschaften des neuen Stahls mit denen von Dual-Phasen-Stählen, die typischerweise für Kraftfahrzeuge verwendet werden, mit perlitischen Stählen, welche in Stahlseilen für Brücken angewendet werden, und mit TRIP-Stählen, die vor allem in Fahrzeugkarossen Anwendung finden. Zudem veränderten die Forscher testweise die Mikrostruktur ihrer Legierung erneut und beobachteten die Verschlechterung der Ermüdungsresistenz. Auf diese Art bestätigten die Forscher ihre Annahme, dass der verbesserte Ermüdungswiderstand des neu entwickelten Stahls auf dessen lamellenartige, multiphasen Mikrostruktur zurückzuführen ist.

Geplant sind nun weitere Optimierungsschritte, unter anderem durch thermodynamische und kinetische Verbesserungen zur weiteren Stabilisierung der austenitischen Phasen, um die bestmögliche Ermüdungsresistenz herzustellen. Das Team aus Forschern des Max-Planck-Instituts für Eisenforschung, der Kyushu University Japan und des Massachusetts Institute of Technology, USA, geht davon aus, dass sie unter Anwendung des gleichen Materialaufbaus auch weitere Legierungen verbessern können. Somit birgt diese Strategie enormes Potential die Sicherheit von Strukturwerkstoffen, welche zyklischer Belastung ausgesetzt sind, zu optimieren.

Originalveröffentlichung:
M. Koyama, Z. Zhang, M. Wang, D. Ponge, D. Raabe, K. Tsuzaki, H. Noguchi, C. C. Tasan; "Bone-like crack resistance in hierarchical metastable nanolaminate steels"; Science; 10 Mar 2017:Vol. 355, Issue 6329, pp. 1055-1057.

Fakten, Hintergründe, Dossiers

  • Massachusetts Insti…

Mehr über MPI für Eisenforschung

  • News

    Sauerstoff: Fluch und Segen für nanokristalline Legierungen

    Plastische Verformung und Pulververarbeitungstechniken werden gebraucht, um kostengünstig nanostrukturierte Materialien mit maßgeschneiderter Zusammensetzung herzustellen. Diese Verfahren ermöglichen zudem Metalle zu kombinieren, die sich mit herkömmlichen Verfahren nicht mischen lassen. Da ... mehr

    Atomare Einblicke in die Elektrokatalyse

    Elektrokatalysatoren sind für viele industrielle Prozesse wichtig, da sie die Umwandlung von elektrischer Energie in chemische Energie fördern und so dazu beitragen, überschüssige elektrische Energie aus erneuerbaren Energiequellen zu speichern. Wasserstoff wird für die Speicherung von chem ... mehr

    „Gummimetalle“ ebnen den Weg für neue Anwendungen

    Ein Metall das sich Kaugummi-artig verbiegen lässt und somit den Weg für neue industrielle Anwendungen zum Beispiel in der Luftfahrt eröffnet. Solche „Gummimetalle“ existieren, doch war der Mechanismus hinter diesem einzigartigen Verhalten bisher ungeklärt. Wissenschaftler vom Max-Planck-In ... mehr

Mehr über Max-Planck-Gesellschaft

  • News

    Grüne Chemie: Nachhaltige p-Xylol-Produktion

    Limonade, Saft und Mineralwasser kommen oft in PET-Flaschen daher. Diese sind zwar praktisch und zweckmäßig, ihre Herstellung ist jedoch komplex und nicht unbedingt nachhaltig. Das Ausgangsmaterial für Terephthalsäure, die zur Herstellung von gesättigten Polyestern wie PET (Polyethylenterep ... mehr

    Design zuverlässiger nano- und mikroelektronischer Systeme

    Silizium verhält sich spröde wie Glas, dennoch ist es das Material auf das wir uns täglich in einer Vielzahl von wichtigen Anwendungen verlassen - egal ob es sich um die Elektronik in unserem Handy handelt, die Datenspeicher in unseren Laptops oder wichtige Sensoren im Auto. Seit kurzem hat ... mehr

    Bakterien hinterlassen Signatur in Darmkrebszellen

    Manche Bakterien verursachen Schäden im Erbgut infizierter Zellen, die zu Krebs führen könnten. Dass die Mikroben aber tatsächlich die Ursache einer Krebserkrankung sind, ist schwer nachzuweisen, da Krebs oft erst Jahre später ausbricht. Forscher suchen daher nach einer Signatur, die Bakter ... mehr

q&more – die Networking-Plattform für exzellente Qualität in Labor und Prozess

q&more verfolgt den Anspruch, aktuelle Forschung und innovative Lösungen sichtbar zu machen und den Wissensaustausch zu unterstützen. Im Fokus des breiten Themenspektrums stehen höchste Qualitätsansprüche in einem hochinnovativen Branchenumfeld. Als moderne Wissensplattform bietet q&more den Akteuren im Markt einzigartige Networking-Möglichkeiten. International renommierte Autoren repräsentieren den aktuellen Wissenstand. Die Originalbeiträge werden attraktiv in einem anspruchsvollen Umfeld präsentiert und deutsch und englisch publiziert. Die Inhalte zeigen neue Konzepte und unkonventionelle Lösungsansätze auf.

> mehr zu q&more

q&more wird unterstützt von:

 

Ihr Bowser ist nicht aktuell. Microsoft Internet Explorer 6.0 unterstützt einige Funktionen auf Chemie.DE nicht.