DE19915237A1

DE19915237A1 - Deformation element, useful as a crash or impact absorber element, consists of a ductile, energy absorbent lithium or preferably magnesium alloy

Info

Publication number: DE19915237A1
Application number: DE1999115237
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Sebastian; Soenke Schumann; Heinz Haferkamp; Peter Juchmann
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1999-04-03
Filing date: 1999-04-03
Publication date: 2000-10-05
Also published as: EP1171331A1; WO2000059760A1

Abstract

Deformation element is made of a lithium or magnesium alloy. Independent claims are also included for: (i) a deformation element consisting of a ductile, energy absorbent metallic material of \} 2.5 g/cm<3> density, especially a lithium or magnesium alloy, the material having an absorbed impact energy of \- 33 J as measured on a notch-free specimen at room temperature; (ii) a deformation element consisting of a ductile, energy absorbent metallic material of \} 2.5 g/cm<3> density, especially a lithium or magnesium alloy, the material exhibiting a specific absorbed deformation energy of \- 5000 Nm/kg and/or an absorbed deformation energy of \- 3000 Nm as measured on cylindrical tubes of 100 mm outside diameter and 2 mm wall thickness over a 200 mm deformation path at room temperature in a quasi-static deformation test and/or a dynamic crash test; and (iii) an assembly of support elements and deformation elements as described above.

Description

Die Erfindung betrifft Deformationselemente aus duktilen metallischen Leichtwerkstoffen, insbesondere aus Magnesiumlegierungen, und deren Verwendung.The invention relates to deformation elements made of ductile metallic Light materials, in particular magnesium alloys, and their use.

Deformationselemente werden heute in Fahrzeugen aus Legierungen auf Basis Aluminium oder Stahl in Fahrzeugen eingesetzt, um z. B. als Pralldämpfer die zerstörerischen Kräfte eines Aufpralls oder Unfalls zu mildern, die Zerstörung des Fahrzeugs zu verringern und die Insassen zu schützen. Ein solcher Pralldämpfer wird in EP-A-0 486 058 beschrieben. Deformationselemente können grundsätzlich auch in der Bahntechnik und in Geräten und Anlagen eingesetzt werden, insbesondere zum Schutz dieser in öfter oder im Gefahrenfall besonders belasteten Bereichen. Hierbei kommt es im Halbzeug bzw. Bauteil überwiegend zu Stoß-, seltener im ganzen Element zu Zug- oder zu Druck- und Zugbelastungen. Die Belastungen sollen so weit als möglich von den Deformationselementen aufgefangen und möglichst wenig an angrenzende Elemente weitergeleitet werden. Sie können spontan, schnell oder langsam, kontinuierlich, dynamisch, wiederholt oder einmalig eintreten. Die Belastungen sind meistens mehrachsig.Deformation elements are used today in vehicles based on alloys Aluminum or steel used in vehicles to z. B. as an impact damper mitigate the destructive forces of an impact or accident, the destruction of the Reduce the vehicle and protect the occupants. Such an impact damper is in EP-A-0 486 058. Deformation elements can in principle also in the Railway technology and used in equipment and systems, especially for protection this in areas that are particularly frequently used or in the event of danger. Here it comes in the semi-finished product or component predominantly to impact, less often in the whole element to tensile or to pressure and tensile loads. The loads should be as far as possible from the Deformation elements caught and as little as possible to adjacent elements to get redirected. They can be spontaneous, fast or slow, continuous, occur dynamically, repeatedly or once. The loads are mostly multi-axis.

Metallische Leichtwerkstoffe werden zukünftig für den Leichtbau von Kraftfahrzeugen und Flugzeugen immer mehr eingesetzt werden, um das Gewicht von zusätzlichen Elementen aufgrund steigender Komfort- und Sicherheitsstandards - insbesondere bei neuen schadstoffärmeren Automobilen - ausgleichen zu können. Sie sind auch für transportable oder aus anderem Grund besonders leicht gebaute Geräte und Anlagen von Interesse. Der Leichtbau ermöglicht dabei in besonderem Maße die Konstruktion von energiesparenden Fahr- und Flugzeugen wie z. B. des 3-Liter-Kraftfahrzeugs. Magnesiumlegierungen sind aufgrund ihrer sehr geringen Dichte etwa im Bereich von 1,2 bis 1,9 g/cm³, vereinzelt auch hinab bis zu etwa 0,9 g/cm³, als metallische Konstruktionsmaterialien von hohem Interesse, vor allem für den Fahrzeug- und Flugzeugbau. Unter den Herstellungsverfahren kommt beim Urformen dem Druckgießen und beim Umformen dem Strangpressen, Pressen, Schmieden und Walzen zukünftig eine stark wachsende Bedeutung zu, da mit diesen Verfahren Leichtbauelemente herstellbar sind wie z. B. Crashelemente, Pralldämpfer, Prallschilde und Prallträger bzw. entsprechende Bauteile für Flugzeuge.In the future, metallic lightweight materials will be used more and more for the lightweight construction of motor vehicles and airplanes in order to be able to compensate for the weight of additional elements due to increasing comfort and safety standards - especially in new low-emission automobiles. They are also of interest for transportable devices or systems that are particularly light-weight for other reasons. The lightweight construction enables the construction of energy-saving vehicles and planes such as. B. the 3-liter motor vehicle. Because of their very low density, magnesium alloys are of great interest as metallic construction materials, especially for vehicles, in the range from 1.2 to 1.9 g / cm ³ , in some cases even down to about 0.9 g / cm ³ . and aircraft construction. Among the manufacturing processes, die-casting and extrusion, pressing, forging and rolling will become increasingly important in the future, since lightweight construction elements such as e.g. B. crash elements, impact absorbers, impact shields and impact carriers or corresponding components for aircraft.

Die Kaltverformbarkeit der kommerziell gebräuchlichen Magnesiumlegierungen ist aufgrund der hexagonalen Kristallstruktur und der damit zusammenhängenden geringen Duktilität begrenzt. Polykristallines Magnesium sowie die meisten Magnesiumlegierungen verhalten sich bei Raumtemperatur spröde. Für etliche Anwendungen bzw. für bestimmte Herstellverfahren von Halbzeugen aus Magnesiumlegierungen ist neben guten mechanischen Eigenschaften wie hoher Zugfestigkeit ein duktiles Verhalten notwendig. Ein verbessertes Umform-, Energieaufnahme- und Deformationsverhalten bedingt eine höhere Duktilität und ggf. auch eine höhere Festigkeit und Zähigkeit. Hierfür sind Magnesiumlegierungen mit diesen Eigenschaften zu entwickeln bzw. deren Herstellverfahren weiterzuentwickeln, weil viele Werkstoffvarianten mit dem Herstellzustand stark variierende Werkstoffeigenschaften aufweisen.The cold formability of the commercially available magnesium alloys is due to the hexagonal crystal structure and the related small Ductility limited. Polycrystalline magnesium as well as most Magnesium alloys behave brittle at room temperature. For quite a few Applications or for certain manufacturing processes from semi-finished products In addition to good mechanical properties, magnesium alloys are just as high Tensile strength requires ductile behavior. An improved forming, Energy absorption and deformation behavior requires higher ductility and possibly also higher strength and toughness. Magnesium alloys are used for this to develop these properties or to further develop their manufacturing processes, because many material variants vary greatly with the state of manufacture Have material properties.

Als Duktilität wird das Vermögen eines Werkstoffes zu bleibender Formänderung bezeichnet, das beim einachsigen Zustand nach dem Spannungs-Dehnungs-Diagramm im Idealfall völlig ohne elastischen Anteil ist. Dieses Vermögen wird durch den Eintritt des Bruches begrenzt. Im allgemeinen gilt die im Zugversuch bis zum Bruch erreichte bleibende Dehnung als Duktilität. Als Maß für die Duktilität können ferner auch die Schlagarbeit und Kerbschlagarbeit mit jeweils etwas anderer Aussage angesehen werden. Diese Eigenschaften lassen sich gemäß EN 10 002, Teil 1, bzw. gemäß DIN 50115 und 50116 ermitteln. Die Bruchdehnung A = A_plast kennzeichnet die Formänderung mit ihrem plastischen Anteil bei einer weitgehend einachsigen Belastung, zusätzlich kann entsprechend dem Spannungs-Dehnungs-Diagramm der elastische Anteil der Dehnung A_elast sowie die Summe des elastischen und plastischen Anteils D = ΣA = A_elast + A_plast ermittelt werden. Ein hochplastischer Werkstoff wird als duktil bezeichnet.Ductility is the ability of a material to undergo a permanent change in shape, which in the uniaxial state is ideally without any elastic component according to the stress-strain diagram. This property is limited by the occurrence of the break. In general, the permanent elongation achieved in the tensile test up to fracture is considered ductility. Impact work and notch impact work, each with a slightly different statement, can also be regarded as a measure of ductility. These properties can be determined in accordance with EN 10 002, Part 1, or in accordance with DIN 50115 and 50116. The elongation at break A = A _plast characterizes the change in shape with its plastic part under a largely uniaxial load; in addition, according to the stress-strain diagram, the elastic part of the strain A _elast and the sum of the elastic and plastic part D = ΣA = A _elast + A _plast can be determined. A highly plastic material is called ductile.

Die Elastizität bezeichnet den elastischen Anteil des Spannungs-Dehnungs-Diagrammes entsprechend dem Hook'schen Gesetz, wo bei idealen linear-elastischen Verhältnissen noch keine bleibende Formänderung auftritt. The elasticity denotes the elastic part of the stress-strain diagram according to Hook's law, where ideal linear-elastic relationships no permanent shape change occurs yet.

Weiterhin kann das Streckgrenzen-Verhältnis V als Verhältnis der Fließspannung F = R_P02 zur Zugspannung Z = R_m angegeben werden. Somit ergeben sich zwei die Elastizität, zwei die Plastizität sowie zwei deren Verhältnis zueinander kennzeichnende Werte für die weitgehend einachsige Belastung. Hierbei ergibt das Verhältnis des elastischen mit dem plastischen Anteil der Dehnung die beste Annäherung an die Realität.Furthermore, the yield point ratio V can be specified as the ratio of the yield stress F = R _P02 to the tensile stress Z = R _m . This results in two values for the largely uniaxial load that characterize the elasticity, two the plasticity and two their relationship to one another. The ratio of the elastic to the plastic part of the stretch gives the best approximation to reality.

Eine Möglichkeit der Bestimmung der Energieaufnahme bei mehrachsiger Belastung ohne Trennung der elastischen und plastischen Anteile ist ein Crashversuch z. B. an rohrförmigen Profilen. Die Formänderung z. B. eines zylindrischen Rohres, die Ausbildung von Faltenbeulen oder Rissen, die Aufsplittung des belasteten Rohrendes in mehrere spanartige Verformungen und die Verkürzung oder Verbiegung kennzeichnen die Art und den Grad der Energieaufnahme. Die Schlagarbeit und die Kerbschlagarbeit können einen Hinweis auf die Energieaufnahme und Verformbarkeit geben, letztere bei mehrachsiger Belastung. Ein Schluß von einachsigen auf mehrachsige Eigenschaften bzw. Verhältnisse ist jedoch nur teilweise möglich.One way of determining the energy consumption under multi-axis loading Without separating the elastic and plastic parts, a crash test is e.g. B. on tubular profiles. The shape change z. B. a cylindrical tube, the Formation of folds or cracks, the splitting of the loaded pipe end in characterize several chip-like deformations and the shortening or bending the type and degree of energy consumption. The hammer work and the notch impact work can give an indication of energy consumption and ductility, the latter at multi-axis load. A conclusion from uniaxial to multiaxial properties or relationships is only partially possible.

Die Schlagarbeit ist vor allem ein Maß für die Energieaufnahme eines Halbzeuges und für plastisches Verhalten, also für die Verformbarkeit und Verformungsgeschwindigkeit. Eine hohe Schlagarbeit ist daher wesentlich für den Einsatz von Deformationselementen wie z. B. Crashelementen, Pralldämpfern, Prallschilden und Prallträgern. Die Schlagarbeit - gemessen an ungekerbten Proben - ist u. a. aufgrund höherer Absolutwerte für Magnesiumlegierungen aussagekräftiger als die Kerbschlagarbeit und betrifft eine weitgehend einachsige Belastung. Die Kerbschlagarbeit, die immer an gekerbten Proben bestimmt wird, kennzeichnet auch die Fehleranfälligkeit eines Werkstoffes bei dreiachsiger Belastung. Ihre Aussagekraft ist insbesondere dann geringer, wenn die Ausführung der Kerbe die Werte der Kerbschlagarbeit wesentlich beeinflußt. Die Schlagarbeit und die Kerbschlagarbeit werden bei dynamischer Belastung gemessen und können einen Hinweis auf die Energieaufnahme und Verformbarkeit geben. Zug- und Druckversuche erfolgen im Vergleich hierzu unter quasistatischen Belastungen. Ein Schluß von einachsigen auf mehrachsige Eigenschaften bzw. Verhältnisse ist nur teilweise möglich.The impact work is above all a measure of the energy consumption of a semi-finished product and for plastic behavior, i.e. for deformability and rate of deformation. A high impact work is therefore essential for the use of deformation elements such as B. crash elements, impact absorbers, impact shields and impact carriers. The Impact work - measured on notched specimens - is sometimes a. due to higher Absolute values for magnesium alloys are more meaningful than the impact energy and concerns a largely uniaxial load. The impact work that is always on notched specimens is also identified as being susceptible to failure Material with triaxial load. Your informative value is particularly then less if the execution of the notch significantly affects the values of the impact energy influenced. The impact work and the notch impact work become more dynamic Load measured and can be an indication of energy intake and Give formability. In comparison, tensile and compression tests are carried out at quasi-static loads. A conclusion from uniaxial to multiaxial Properties or relationships are only partially possible.

Die im folgenden aufgeführten Werte gemessen an Proben in einem bestimmten Herstellungszustand geben daher die aktuellen Werkstoffeigenschaften wieder. Sie gewähren einen Hinweis auf das Umformverhalten, das vorher beim Umformen aufgetreten war. Es ist in diesem Zustand ein Schluß auf die Eigenschaften und das Verhalten eines Halbzeuges oder sogar eines Bauteiles mit diesem ggf. weiter veredelten Halbzeug im späteren Einsatz gut möglich. Weiterhin ist ein Schluß von den Werkstoffeigenschaften umgeformter Legierungen möglich, die z. B. durch Biegen, Drücken, Drückwalzen, Streckziehen, Tiefziehen, Innenhochdruckumformen oder Walzprofilieren zu weiterverarbeiteten Halbzeugen geformt werden sollen. Da die Veränderung der Werkstoffeigenschaften vom gegossenen zum stranggepreßten Zustand ähnlich der Veränderung der Werkstoffeigenschaften vom gegossenen zum geschmiedeten, gewalzten oder einem ähnlichen umgeformten Zustand ist, ist daher auch ein Schluß auf einen anderen Umformzustand möglich.The values listed below measured on samples in a particular The state of manufacture therefore reflects the current material properties. she provide an indication of the forming behavior that previously existed when forming had occurred. In this state it is a conclusion on the properties and that Behavior of a semi-finished product or even a component with this possibly further refined semi-finished products are possible in later use. Furthermore, a conclusion from the Material properties of formed alloys possible, e.g. B. by bending, Pressing, pressure rolling, stretch drawing, deep drawing, hydroforming or Roll forming should be formed into processed semi-finished products. Since the Change in material properties from cast to extruded Condition similar to the change in material properties from cast to is forged, rolled or a similar deformed condition it is also possible to draw a conclusion on another state of deformation.

Für den Einsatz von Leichtbauelementen wird üblicherweise auf die elastischen Eigenschaften (Steifigkeit) abgehoben, soweit es nicht wie z. B. bei einem Unfall auf die Verformungseigenschaften und damit auf die Energieaufnahme des Elementes und auf das plastische Verhalten ankommt. Daher spielen bezüglich der u. U. mehrfachen Umformung insbesondere die plastischen und für den Einsatz die plastischen oder/und elastischen Eigenschaften eine Rolle. Diese Eigenschaften sind für den Einsatz in der Regel auf die jeweilige Umgebungstemperatur, also im Extremfall im Bereich von -40°C bis +90°C, an einzelnen Stellen im Fahr- oder Flugzeug jedoch auf die örtlich noch tieferen oder höheren Temperaturen abzustellen. Der Belastungszustand ist jedoch meistens mehrachsig. Der Schluß von einachsigen auf mehrachsige Belastungszustände ist umso eher möglich, je mehr ein eher isotropes Gefüge vorliegt.For the use of lightweight components, the elastic is usually used Properties (stiffness) lifted, as far as it is not such. B. in an accident on the Deformation properties and thus on the energy absorption of the element and on the plastic behavior arrives. Therefore, regarding the u. U. multiple Forming in particular the plastic and for use the plastic or / and elastic properties matter. These properties are for use in the Usually to the respective ambient temperature, in extreme cases in the range of -40 ° C up to + 90 ° C, at individual points in the vehicle or plane, however, locally turn off lower or higher temperatures. However, the load condition is mostly multi-axis. The conclusion from uniaxial to multiaxial Stress conditions are all the more possible the more an isotropic structure is present.

Für die Herstellung derartiger Automobilelemente bietet sich insbesondere die Herstellung durch Druckgießen bzw. Strangpressen, Schmieden oder/und Walzen an. Voraussetzung für den Einsatz von Halbzeugen aus Magnesiumlegierungen bzw. von daraus oder damit hergestellten Bauteilen im Automobil kann die Erfüllung bestimmter Eigenschaftsprofile je nach Anwendung sein wie z. B. bei Deformationselementen eine Zugfestigkeit des Leichtwerkstoffs von mindestens 100 MPa, vorzugsweise von mindestens 130 MPa, zusammen mit einer Bruchdehnung gemessen bei Raumtemperatur von mindestens 15%, vorzugsweise von mindestens 18%. Je höher die Zugfestigkeit, Bruchdehnung und weitere Eigenschaften, die auf hohe Duktilität und Energieaufnahme hinweisen, sind, umso geeigneter sind diese Halbzeuge bzw. Bauteile in der Regel für den Einsatz. Ferner sind höhere Festigkeitswerte und eine höhere Duktilität auch eine Erleichterung und teilweise auch Voraussetzung für die Umformung gegossener Rohlinge bzw. für die weitere Umformung bereits umgeformter Rohlinge oder Halbzeuge. Je höher diese Eigenschaften im gegossenen bzw. pulverkompaktierten Zustand sind, desto höher sind diese üblicherweise auch im umgeformten Zustand. Eine höhere Duktilität kann das Umformen bzw. das erneute Umformen, insbesondere das Strangpressen, erleichtern. Daher ist eine Bruchdehnung von mindestens 10% auch für die nachfolgenden Herstellungsschritte zu Elementen aus Magnesiumlegierungen hilfreich. Daher wird aus mehreren Gründen eine Zugfestigkeit von mindestens 150 MPa gemessen bei Raumtemperatur, vorzugsweise von mindestens 180 MPa, zusammen mit einer Bruchdehnung von mindestens 18%, vorzugsweise von mindestens 20%, besonders bevorzugt von mindestens 25%, empfohlen. Üblicherweise beträgt die Bruchdehnung bei den kommerziell gebräuchlichen Magnesiumlegierungen gemessen bei Raumtemperatur weniger als 12 %.For the production of such automotive elements, the Manufactured by die casting or extrusion, forging and / or rolling. Prerequisite for the use of semi-finished products made of magnesium alloys or components made from it or parts of it in automobiles can meet certain requirements Property profiles depending on the application such as B. with deformation elements Tensile strength of the light material of at least 100 MPa, preferably of at least 130 MPa, together with an elongation at break measured at Room temperature of at least 15%, preferably at least 18%. The higher the tensile strength, elongation at break and other properties due to high ductility and Indicate energy consumption, the more suitable these semi-finished products or components are usually for use. There are also higher strength values and a higher one Ductility is also a relief and sometimes also a prerequisite for forming cast blanks or for the further forming of blanks that have already been formed or semi-finished products. The higher these properties in the cast or are powder compacted state, the higher these are usually in the reshaped condition. A higher ductility can the forming or the renewed Forming, especially extrusion, easier. Therefore there is an elongation at break of at least 10% also for the subsequent manufacturing steps for elements Magnesium alloys helpful. Therefore, tensile strength becomes apparent for several reasons of at least 150 MPa measured at room temperature, preferably of at least 180 MPa, together with an elongation at break of at least 18%, preferably of at least 20%, particularly preferably of at least 25%, recommended. The elongation at break is usually commercial Common magnesium alloys measured at room temperature less than 12 %.

Die Dichte der gebräuchlichen Aluminiumlegierungen, insbesondere der Knetlegierungen, liegt bei 2,64 bis 3,44 g/cm³ und ist damit für metallische Leichtwerkstoffe nicht ganz gering. Die Dichte der weiteren gebräuchlichen Leichtwerkstoffe wie z. B. Titanlegierungen ist noch höher, wenn von Magnesiumlegierungen abgesehen wird.The density of the common aluminum alloys, in particular the wrought alloys, is between 2.64 and 3.44 g / cm ³ and is therefore not quite low for lightweight metallic materials. The density of the other common lightweight materials such. B. Titanium alloys is even higher if magnesium alloys are not used.

Es ergeben sich grundsätzlich verschiedene Möglichkeiten zur Steigerung der Duktilität und somit der Bruchdehnung bei Magnesiumlegierungen und verwandten Leichtwerkstoffen:
Basically, there are various options for increasing the ductility and thus the elongation at break in magnesium alloys and related lightweight materials:

1. A very limited possibility of this increase results from the optimization of the Manufacturing process in connection with heat treatment processes and / or via optimized manufacturing parameters e.g. B. in extrusion. However, it is important for Reshaping z. B. by extrusion that the possibly occurring dynamic recrystallization does not lead to coarse grain formation. Because the Energy absorption and the mechanical properties of an alloy should be considered in the As a rule, the smaller the average grain size, the larger it will be. Target one Alloy development can be done by modifying the structure Forming temperature-stable precipitates and / or stabilizing the Structure by influencing grain growth to be as fine as possible and to produce the lowest possible porosity.
2. When the crystal structure of the Mg main phase changes from the hexagonally closest Ball packing on the cubic body-centered crystal structure z. B. due to a higher addition of a doping element such. B. at least 10.8 wt% Li a homogeneous β-lithium-magnesium without additional doping elements To produce mixed crystal occurs an improved elongation at break and a better one Formability at room temperature due to an increased number of Sliding systems. However, strength and Deteriorate corrosion resistance.
3. Since grain boundaries and other structural inhomogeneities or structural defects such. B. Inclusions, pores, coarse deposits, oxide streaks and segregations in the Movement of dislocations can act as barriers, a refinement of the Structure, a reduction of structural inhomogeneities / defects or one Avoiding certain structural homogeneities / errors to increase the Strength, elongation at break and energy consumption. The However, relationships are very complex in individual cases. The grain refinement is a important tool to activate further deformation systems that a Grain boundary gliding and new flow processes at room temperature allow and thus improve ductility. This can be done by adding grain refining additives or / and from heterogeneous nucleation during solidification of cast materials Alloys are made with certain additives.

Selbst die handelsüblichen Mg-Gußlegierungen bzw. Mg-Knetlegierungen sind im gegossenen und ggf. danach umgeformten, insbesondere stranggepreßten, gepreßten, gewalzten oder/und geschmiedeten und ggf. danach wärmebehandelten Zustand üblicherweise bisher von relativ geringer Duktilität und geringem Energieaufnahmevermögen. Für die preiswerte Herstellung von Halbzeugen, insbesondere für Fahrzeuge und Flugzeuge, besteht Bedarf an geeigneten Legierungen und einfachen Verfahren zur Herstellung von Magnesiumlegierungen mit etwas erhöhter Festigkeit und stark erhöhter Duktilität.Even the commercially available Mg casting alloys or wrought magnesium alloys are in the cast and, if necessary, subsequently formed, in particular extruded, pressed, rolled or / and forged and if necessary thereafter heat-treated condition Usually previously relatively low ductility and low Energy absorption. For the inexpensive manufacture of semi-finished products, There is a need for suitable alloys, in particular for vehicles and airplanes and simple processes for the production of magnesium alloys with somewhat increased Strength and greatly increased ductility.

Da das Interesse an Mg-Knetlegierungen erst in den letzten Jahren etwas größer geworden ist, steht bisher nur eine begrenzte Anzahl an Legierungen für den großtechnischen Einsatz zur Verfügung. Das sind Legierungen auf Basis Mg-Al-Zn wie z. B. AZ31, AZ61 und AZ80, auf Basis Mg-Zn-Zr wie z. B. ZK40 und ZK60 oder auf Basis Mg-Mn wie z. B. M1.Since the interest in wrought magnesium alloys has only increased somewhat in recent years only a limited number of alloys has been available for the large-scale use available. These are alloys based on Mg-Al-Zn such as e.g. B. AZ31, AZ61 and AZ80, based on Mg-Zn-Zr such as. B. ZK40 and ZK60 or based Mg-Mn such as B. M1.

Haferkamp, Bach, Bohling & Juchmann (Proc. 3^rd Int. Magnesium Conf. Manchester April 10-12, 1996, The Institute of Materials, London 1997, ed.: G. W. Lorimer) bzw. Haferkamp, Bach & Juchmann ("Stand und Entwicklungstendenzen dichtereduzierter Magnesium-Werkstoffe", Vortrag bei der Fortbildungsveranstaltung "Magnesium - Eigenschaften, Anwendungen, Potentiale" der Deutschen Gesellschaft für Materialkunde Clausthal-Zellerfeld 1997) beschreiben Lithium-haltige Magnesiumlegierungen auf Basis MgLi ohne und mit Al, AlZn, Ca, Si, SiCa, AlCa, CaAlZn bzw. SiAlZn. Hierbei werden für die Bruchdehnung bzw. Zugfestigkeit Werte für MgLi40at%Al6at% z. B. von 19% bzw. etwa 255 MPa, für MgLi40at%Si3at% 28% bzw. etwa 160 MPa sowie für MgLi40at% 42 % bzw. etwa 129 MPa angegeben. Aufgrund der für jene Versuche verwendeten kleinen Laborstrangpresse sind jedoch die Umformgeschwindigkeit und der Umformgrad gering gewesen.Haferkamp, Bach, Bohling & Juchmann (Proc. 3 ^rd Int. Magnesium Conf. Manchester April 10-12, 1996, The Institute of Materials, London 1997, ed .: GW Lorimer) or Haferkamp, Bach & Juchmann ("Stand und Trends in the development of density-reduced magnesium materials ", lecture at the advanced training event" Magnesium - Properties, Applications, Potentials "of the German Society for Materials Science Clausthal-Zellerfeld 1997) describe lithium-containing magnesium alloys based on MgLi without and with Al, AlZn, Ca, Si, SiCa , AlCa, CaAlZn or SiAlZn. For the elongation at break or tensile strength, values for MgLi40at% Al6at% z. B. of 19% or about 255 MPa, for MgLi40at% Si3at% 28% or about 160 MPa and for MgLi40at% 42% or about 129 MPa. Due to the small laboratory extrusion press used for those experiments, however, the forming speed and the degree of forming were low.

Ferner wurden von Haferkamp, Bach, Bohling & Juchmann bei der Magnesium- Konferenz in Garmisch-Partenkirchen 1992 (Magnesium Alloys and Their Applications, Eds.: B. L. Mordike & F. Hehmann, Oberursel 1992, 243-250) Werte der Bruchdehnung und Zugfestigkeit vorgetragen, die bei MgLiAl, ggf. mit Zn, zu Werten bis 31% und 226 MPa sowie 25% und 240 MPa führten.Furthermore, Haferkamp, Bach, Bohling & Juchmann at the Magnesium Conference in Garmisch-Partenkirchen 1992 (Magnesium Alloys and Their Applications, Eds .: B. L. Mordike & F. Hehmann, Oberursel 1992, 243-250) Elongation at break values and tensile strength carried forward, that of MgLiAl, possibly with Zn, to values up to 31% and 226 MPa as well as 25% and 240 MPa led.

Es bestand daher die Aufgabe, Deformationselemente aus einem metallischen Leichtwerkstoff bzw. einen Verbund mit mindestens einem Deformationselement unter Auswahl der für diese Einsatzzwecke am ehesten wirkenden Parameter vorzuschlagen, wobei die Deformationselemente eine möglichst hohe Duktilität und Energieaufnahme sowie eine möglichst geringe Dichte aufweisen sollen und darüber hinaus auch möglichst einfach und kostengünstig hergestellt werden sollen. Es bestand ferner die Aufgabe, metallische Leichtwerkstoffe anzugeben, die für die Fertigung von Deformationselementen aufgrund ihrer sehr hohen Duktilität und Energieaufnahme und sehr geringen Dichte besonders geeignet sind.There was therefore the task of forming elements from a metallic one Light material or a composite with at least one deformation element below Propose the selection of the parameters that are most likely to work for these purposes, the deformation elements having the highest possible ductility and energy absorption and should have as low a density as possible and moreover should be manufactured as simply and inexpensively as possible. There was also the Task to specify metallic lightweight materials that are used for the production of Deformation elements due to their very high ductility and energy consumption very low density are particularly suitable.

Die Aufgabe wird gelöst mit einem Deformationselement aus einem metallischen Werkstoff mit einer Dichte von nicht mehr als 2,5 g/cm³ sowie von hoher Duktilität und Energieaufnahme, insbesondere aus einer Lithium- oder Magnesiumlegierung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es im wesentlichen aus einem Leichtwerkstoff besteht, dessen Schlagarbeit gemessen an ungekerbten Proben bei Raumtemperatur mindestens 33 J beträgt, vorzugsweise mindestens 66 J, besonders bevorzugt mindestens 90 J, ganz besonders bevorzugt mindestens 105 J. Vorzugsweise beträgt die Dichte nicht mehr als 2,3 g/cm³, besonders bevorzugt nicht mehr als 2,1 g/cm³. The object is achieved with a deformation element made of a metallic material with a density of not more than 2.5 g / cm ³ and with high ductility and energy absorption, in particular from a lithium or magnesium alloy, which is characterized in that it consists essentially of a light material consists whose impact energy measured at unnotched specimens at room temperature is at least 33 J, preferably at least 66 J, more preferably at least 90 J, most preferably not less than 105 J. preferably, the density is more than 2.3 g / cm ^3, particularly preferably not more than 2.1 g / cm ³ .

Die Aufgabe wird außerdem gelöst mit einem Deformationselement aus einem metallischen Werkstoff von hoher Duktilität und Energieaufnahme, insbesondere aus einer Lithium- oder/und Magnesium-haltigen Legierung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Werkstoff bei einer Messung der Energieaufnahme im quasistatischen Deformationsversuch oder/und dynamischen Crashversuch bei Raumtemperatur an zylindrischen Rohren von 100 mm Außendurchmesser und 2 mm Wandstärke bei einem Deformationsweg von 200 mm eine spezifische Deformationsarbeit von mindestens 5.000 Nm/kg aufnimmt, vorzugsweise von mindestens 10.000 Nm/kg, besonders bevorzugt von mindestens 18.000 Nm/kg, ganz besonders bevorzugt von mindestens 19.000 Nm/kg, oder/und eine Deformationsarbeit von mindestens 3.000 Nm, vorzugsweise von mindestens 5.000 Nm, besonders bevorzugt von mindestens 5.000 Nm, ganz besonders bevorzugt von mindestens 8.000 Nm. Ferner wird die Aufgabe gelöst mit einem Deformationselement aus einer Lithium- oder Magnesiumlegierung, das im wesentlichen aus dieser Legierung bestehen kann.The task is also solved with a deformation element from a metallic material of high ductility and energy absorption, in particular from an alloy containing lithium and / or magnesium, which is characterized in that that the material when measuring the energy consumption in quasi-static Deformation test and / or dynamic crash test at room temperature cylindrical tubes with 100 mm outer diameter and 2 mm wall thickness at one Deformation path of 200 mm a specific deformation work of at least 5,000 Nm / kg, preferably at least 10,000 Nm / kg, especially preferably of at least 18,000 Nm / kg, very particularly preferably of at least 19,000 Nm / kg, or / and a deformation work of at least 3,000 Nm, preferably of at least 5,000 Nm, particularly preferably of at least 5,000 Nm, very particularly preferably of at least 8,000 Nm. Furthermore, the task solved with a deformation element made of a lithium or magnesium alloy, which can essentially consist of this alloy.

Das Deformationselement besteht vorteilhafterweise im wesentlichen aus einem Werkstoff mit einer Zugfestigkeit von mindestens 100 MPa, besonders bevorzugt von mindestens 130 MPa, ganz besonders bevorzugt von 180 MPa, und einer Bruchdehnung gemessen an Zugproben von mindestens 15%. Es besteht weiterhin vorzugsweise im wesentlichen aus einem Werkstoff von mindestens 18% unabhängig von seiner Zugfestigkeit, besonders bevorzugt von mindestens 22%, ganz besonders bevorzugt von mindestens 26%.The deformation element advantageously consists essentially of a Material with a tensile strength of at least 100 MPa, particularly preferably of at least 130 MPa, very particularly preferably of 180 MPa, and one Elongation at break measured on tensile specimens of at least 15%. It still exists preferably essentially independent of a material of at least 18% its tensile strength, particularly preferably at least 22%, very particularly preferably of at least 26%.

Das Deformationselement weist vorzugsweise einen plastischen Anteil der Spannung bestimmt in Zugversuchen nach dem Spannungs-Dehnungs-Diagramm von mindestens 50 MPa auf.The deformation element preferably has a plastic portion of the stress determined in tensile tests according to the stress-strain diagram of at least 50 MPa.

Es hat sich gezeigt, daß die Modifizierung von Korngrößen und Phasenverteilungen über das Zulegieren von Begleitelementen wie Lithium hilfreich ist unter Erzeugung von deutlich festeren oder/und duktileren Magnesiumlegierungen. Vor allem ein Zusatz von Lithium hat sich als günstig zur Weiterentwicklung von Magnesiumlegierungen für Deformationselemente erwiesen. Daher ist es empfehlenswert, daß das Deformationselement im wesentlichen aus einer Legierung besteht, die ausgewählt ist aus der Gruppe von Legierungen auf Basis AM, AZ oder ZE, ggf. mit einem Lithiumzusatz. Vorzugsweise besteht das Deformationselement im wesentlichen aus einer Magnesiumlegierung mit einem Gehalt an Li von mindestens 1 Gew.-%, besonders bevorzugt von mindestens 5 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt von mindestens 11 und höchstens 30 Gew.-%. Es kann im wesentlichen aus einer Magnesiumlegierung bestehen auf Basis von 10 bis 17 Gew.-% Li, insbesondere aus einer solchen mit 1 bis 6 Gew.-% Al und jeweils 0 bis 4 Gew.-% Mn, Si, Zn oder/und bis zu 1 Gew.-% mindestens eines Seltenerdelements einschließlich Y. Insbesondere bei einem höheren Gehalt an Lithium ist es empfehlenswert, daß die Magnesiumlegierung einen Anteil von mindestens 10 Vol.-% einer kubisch raumzentrierten Mg-reichen Phase enthält, vorzugsweise mehr als 60 Vol.-%, besonders bevorzugt mehr als 80 Vol.-%, ganz besonders bevorzugt mehr als 90 Vol.-%.It has been shown that the modification of grain sizes and phase distributions the alloying of accompanying elements such as lithium is helpful to produce significantly stronger and / or more ductile magnesium alloys. Above all an addition of Lithium has proven to be beneficial for the further development of magnesium alloys Deformation elements proved. It is therefore recommended that the Deformation element consists essentially of an alloy that is selected from the group of alloys based on AM, AZ or ZE, possibly with a Lithium additive. The deformation element preferably consists essentially of a magnesium alloy with a Li content of at least 1% by weight, especially preferably of at least 5% by weight, very particularly preferably of at least 11 and at most 30% by weight. It can essentially be made of a magnesium alloy consist of 10 to 17 wt.% Li, in particular one with 1 to 6 % By weight of Al and in each case 0 to 4% by weight of Mn, Si, Zn or / and up to 1% by weight at least of a rare earth element including Y. Especially at a higher content Lithium, it is recommended that the magnesium alloy have a share of contains at least 10% by volume of a body-centered, magnesium-rich phase preferably more than 60% by volume, particularly preferably more than 80% by volume, entirely particularly preferably more than 90% by volume.

Das Deformationselement kann im wesentlichen aus einem länglichen, rohrförmigen oder/und gewinkelten Formkörper bestehen, insbesondere aus einem linearen, gewinkelten oder gebogenen Profilelement. Vorzugsweise weist es einen rohrförmigen - insbesondere kreisrunden oder polygonalen, T-förmigen oder U-förmigen Profilquerschnitt auf. Es kann auch mit einem Träger, insbesondere mit einem Längs- oder/und Querträger, verbunden sein.The deformation element can essentially consist of an elongated, tubular or / and angled shaped bodies, in particular of a linear, angled or curved profile element. It preferably has a tubular - in particular circular or polygonal, T-shaped or U-shaped Profile cross section on. It can also be used with a carrier, in particular with a longitudinal or / and cross members.

Bei der Beanspruchung des Deformationselements ist es von Vorteil, wenn es bei einer schnellen oder sehr schnellen mechanischen Belastung ohne scharfkantigen Bruch oder/und ohne Risse deformiert. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn es bei einer schnellen oder sehr schnellen mechanischen Belastung zu einem gebogenen oder/und gefalteten Element deformiert, wobei die Ausbildung von einer oder mehreren Faltenbeulen bevorzugt wird, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind.When the deformation element is stressed, it is advantageous if it deforms during rapid or very rapid mechanical loading without sharp-edged breakage and / or without cracks. Furthermore, it is advantageous if it deforms to a bent or / and folded element during rapid or very rapid mechanical loading, the formation of one or more buckling bumps being preferred, as shown in FIG. 3.

Ein Verbund aus Tragelementen und Deformationselementen, der mindestens ein Deformationselement enthält, kann dazu beitragen, daß die Deformation der Tragelemente und ggf. weiterer, damit verbundener Elemente z. B. bei einem Unfall deutlich weniger belastet bzw. zerstört werden. Dies wird auch an der Energieaufnahme durch die Ausbildung von Faltenbeulen deutlich. Der Verbund mit mindestens einem Deformationselement kann hergestellt werden durch mindestens ein wärmearmes oder wärmeeinbringendes Fügeverfahren wie z. B. Kleben, Nieten, Stecken, Anpressen, Einpressen, Clinchen, Falzen, Schrumpfen oder Schrauben oder/und mindestens ein wärmeeinbringendes Fügeverfahren wie z. B. Verbundgießen, Verbundschmieden, Verbundstrangpressen, Verbundwalzen, Löten oder Schweißen, insbesondere Strahlschweißen oder Schmelzschweißen, bei dem das Deformationselement mit mindestens einem Tragelement oder einem anderen Deformationselement verbunden wird.A composite of support elements and deformation elements, the at least one Deformation element contains, can contribute to the deformation of the Supporting elements and possibly other associated elements such. B. in an accident are significantly less polluted or destroyed. This is also due to the energy intake through the formation of wrinkles. The association with at least one Deformation element can be made by at least one low heat or heat-generating joining process such. B. gluing, riveting, plugging, pressing, Pressing in, clinching, folding, shrinking or screwing and / or at least one heat-generating joining process such. B. composite casting, composite forging, Composite extrusion, composite rolling, soldering or welding, in particular Beam welding or fusion welding, in which the deformation element with connected to at least one support element or another deformation element becomes.

Als Verfahren zur Herstellung von Deformationselementen sind grundsätzlich alle Verfahren des Ur- oder/und Umformens geeignet, vorzugsweise Gießverfahren bzw. das Strangpressen, Walzen und Schmieden. Das Deformationselement weist nach einem Umformverfahren wie den eben genannten vorteilhafterweise ein deutlich rekristallisiertes Gefüge und damit verbunden bessere Werkstoffeigenschaften auf. Die hierbei zu verwendenden Verfahrensschritte, Parameter, Bedingungen und Anlagen sind dabei grundsätzlich bekannt. Vorzugsweise wurde das Deformationselement bei der Herstellung stranggepreßt, geschmiedet oder/und gewalzt und weist ein deutlich rekristallisiertes Gefüge auf. Eine höhere Duktilität kann das Umformen, insbesondere das Strangpressen, Pressen, Schmieden und Walzen, erleichtern. Daher ist eine Bruchdehnung der umzuformenden Ausgangslegierungen von mindestens 5%, vorzugsweise von mindestens 10%, auch für die Herstellung von Elementen aus Leichtwerkstoffen hilfreich.Basically, all are methods for producing deformation elements Process of primary and / or forming suitable, preferably casting process or the Extrusion, rolling and forging. The deformation element has one Forming process such as the one just mentioned is advantageously clear recrystallized structure and associated better material properties. The process steps, parameters, conditions and systems to be used here basically known. The deformation element was preferably used in the Manufacturing extruded, forged and / or rolled and clearly shows recrystallized structure. Forming, in particular, can be more ductile making extrusion, pressing, forging and rolling easier. Hence one Elongation at break of the starting alloys to be formed of at least 5%, preferably of at least 10%, also for the manufacture of elements Light materials helpful.

Process for the production of extruded profiles

Es wird vorzugsweise von hochreinen, kommerziell erhältlichen Legierungen ausgegangen. Ggf. werden diese Legierungen durch Zusätze auflegiert. Dabei können die hochreinen auflegierten Legierungen beim Schmelzprozeß geringe Mengen an Verunreinigungen aus dem Tiegel aufnehmen. Die Legierungen können beispielsweise in einem Nickel- und Chromfreien Stahltiegel unter einer Schutzgasatmosphäre, z. B. von Ar oder/und SF₆, erschmolzen werden.It is preferable to start from high-purity, commercially available alloys. Possibly. these alloys are alloyed with additives. The high-purity alloys can absorb small amounts of contaminants from the crucible during the melting process. The alloys can, for example, in a nickel and chrome-free steel crucible under a protective gas atmosphere, for. B. of Ar and / or SF ₆ , are melted.

Voraussetzung für die Weiterverarbeitung von Magnesiumlegierungen durch Strangpressen, Pressen oder/und Schmieden ist die Herstellung geeigneter Vormaterialien z. B. in Form von Blöcken, Bolzen oder Brammen. Ein üblicherweise gut geeignetes Verfahren ist die Herstellung der Bolzen oder Brammen durch Sand- oder Kokillenguß mit einer ausreichend großen Bearbeitungszugabe. Die gegossenen Bolzen bzw. Brammen können zunächst durch Wärmebehandlung bei z. B. 350°C über 12 h homogenisiert werden, um Seigerungen im Gefüge zu beseitigen, das z. T. heterogene Gefüge zu verbessern und die Preßbarkeit zu erhöhen. Danach können die homogenisierten Bolzen bzw. Brammen mechanisch auf die erforderlichen Abmessungen bearbeitet werden. Prerequisite for the further processing of magnesium alloys by Extrusion, pressing and / or forging is more suitable for production Materials z. B. in the form of blocks, bolts or slabs. A usually good one A suitable method is the production of the bolts or slabs by sand or Chill casting with a sufficiently large machining allowance. The cast bolts or slabs can first by heat treatment at z. B. 350 ° C over 12 h be homogenized to eliminate segregations in the structure, the z. T. heterogeneous Improve structure and increase the pressability. Then you can homogenized bolts or slabs mechanically to the required Dimensions are edited.

Das Strangpressen der Magnesiumlegierungen kann in den gleichen Strangpreßanlagen erfolgen, die für das Strangpressen von Aluminiumlegierungen eingesetzt werden, sowohl über das direkte, als auch über das indirekte Strangpressen. Nur bei der Werkzeuggestaltung (Matrize) ist das Verformungsverhalten spezifisch zu berücksichtigen. Scharfkantige Einläufe, wie sie bei Aluminiumlegierungen zum Einsatz kommen, sind bei Magnesiumlegierungen zu vermeiden, da sonst die Gefahr von Oberflächenrissen auftritt. In vielen Fällen wird ein Einlaufwinkel von ca. 50° für die Matrize für Magnesiumlegierungen verwendet.The extrusion of the magnesium alloys can be carried out in the same extrusion plants which are used for the extrusion of aluminum alloys, both direct and indirect extrusion. Only with the Tool design (die), the deformation behavior is specific to consider. Sharp-edged inlets, such as those used for aluminum alloys should be avoided with magnesium alloys, otherwise there is a risk of Surface cracking occurs. In many cases, an inlet angle of approx. 50 ° for the Matrix used for magnesium alloys.

Mit den erfindungsgemäßen Legierungen können Voll- und Hohlprofile und andere Formkörper in einfachen oder komplizierten Querschnitten bzw. Formen ohne Probleme stranggepreßt oder in anderer Weise umgeformt werden. Vorzugsweise werden die umgeformten Halbzeuge anschließend einer Wärmebehandlung unterzogen, die beispielsweise im Bereich von 100 bis 200°C liegen kann, insbesondere über 0,5 bis 24 h. Diese Wärmebehandlung wirkte sich bei den untersuchten Lithium-freien Magnesiumlegierungen jedoch weniger oder sogar fast nicht aus, während sie bei den Lithium-haltigen Magnesiumlegierungen, vor allem bei einem Gehalt von mindestens 0,5 Gew.-% Aluminium, eine deutliche Verbesserung der Energieaufnahme ergeben kann, da das Strangpressen oft noch nicht zu ausreichend stabilen Gefügezuständen führt und noch eine stärkere Bildung feinverteilter Ausscheidungen möglich ist. Danach können die Halbzeuge bei Bedarf gerichtet, wärmebehandelt, z. B. durch Biegen, Drücken, Drückwalzen, Streckziehen, Tiefziehen, Innenhochdruckumformen oder Walzprofilieren weiter verformt oder/und oberflächenbehandelt werden. Die Halbzeuge können auf die erforderlichen Abmessungen gebracht, entgratet und gesäubert werden. Sie können beispielsweise mit einer Schutzschicht oder einem Überzug versehen werden.Solid and hollow profiles and others can be made with the alloys according to the invention Moldings in simple or complicated cross sections or shapes without problems extruded or otherwise formed. Preferably the formed semifinished products are then subjected to a heat treatment can be, for example, in the range from 100 to 200 ° C., in particular above 0.5 to 24 H. This heat treatment had an effect on the lithium-free investigated Magnesium alloys, however, less or almost not, while they are used in the Lithium-containing magnesium alloys, especially with a content of at least 0.5 % By weight aluminum, can result in a significant improvement in energy consumption, since the extrusion often does not lead to sufficiently stable structural conditions and even more formation of finely divided excretions is possible. After that you can if necessary, the semi-finished products are straightened, heat-treated, e.g. B. by bending, pressing, Spinning rolling, stretch drawing, deep drawing, hydroforming or roll profiling further deformed and / or surface treated. The semi-finished products can be made on the necessary dimensions brought, deburred and cleaned. You can for example, be provided with a protective layer or a coating.

Das Deformationselement oder der Verbund mit mindestens einem Deformationselement kann verwendet werden als Crashabsorber, Crashrohr, Pralldämpfer, Prallschild, Prallträger, als Element eines Geräte-, Anlagen-, Fahrzeug oder Flugzeugrahmens, als rahmenartige zwei- oder dreidimensionale Zelle, in der Automobil- und Bahntechnik, in Schiffen und Kaianlagen, im Apparate- und Maschinenbau, in transportablen Geräten und Anlagen, als Halbzeug oder Bauteil im Automobil oder Flugzeug. The deformation element or the composite with at least one Deformation element can be used as a crash absorber, crash tube, Impact absorber, impact shield, impact carrier, as an element of a device, system, vehicle or aircraft frame, as a frame-like two- or three-dimensional cell in which Automotive and rail technology, in ships and quays, in apparatus and Mechanical engineering, in portable devices and systems, as a semi-finished product or component in Automobile or airplane.

Als Halbzeuge im Sinne dieser Anmeldung werden Formkörper verstanden, die noch nicht für ihren jeweiligen Anwendungszweck fertiggestellt und einsatzfähig sind. Als Bauteile werden dagegen die für den beabsichtigten Einsatzzweck geeigneten Formkörper bezeichnet. Beide Begriffe gehen jedoch fließend ineinander über, da es sich bei dem gleichen Formkörper für den einen Einsatzzweck um ein Halbzeug, für den anderen aber bereits um ein Bauteil handeln kann. Ferner wird aus Gründen der sprachlichen Vereinfachung nicht überall im Text streng zwischen Halbzeug und Bauteil unterschieden bzw. beides gleichzeitig angeführt, obwohl beides gemeint sein kann.For the purposes of this application, semi-finished products are understood to be shaped bodies that still are not finished and ready for use for their respective application. As Components, on the other hand, become the ones suitable for the intended purpose Designated shaped body. However, both terms merge seamlessly into one another as it the same molded body for one purpose is a semi-finished product for but others can already be a component. Furthermore, for the sake of Linguistic simplification is not strictly everywhere in the text between semi-finished product and component distinguished or both listed at the same time, although both can be meant.

characters

Fig. 1 gibt im Längsschnitt den Aufbau der Deformationsanlage 1 des Instituts für Fahrzeugtechnik der Universität Braunschweig schematisch wieder. Auf einem Längsträger 2 ist eine hydraulische Presse 3 mit einer Meßeinrichtung 4 und 5 mit einem Wegaufnehmer, vier Kraftmeßelementen und einem Querkraftmeßelement 6 sowie einem Wegaufnehmer für kleine Deformationen 7 auf der einen Seite des Längsträgers 2 angeordnet. Auf der anderen Seite des Längsträgers 2 ist ein Stützbock 8 mit einer Halterung 9 für Profile und ähnliche Proben wie dem zu testenden Crashrohr 10 und mit nicht dargestellten Kraftmeßelementen sowie mit einer Kalibriereinheit 11 für den Wegaufnehmer 7 montiert. Fig. 1 schematically shows in longitudinal section the structure of the deformation system 1 of the Institute of Vehicle Technology at the University of Braunschweig. On a longitudinal beam 2 , a hydraulic press 3 with a measuring device 4 and 5 with a displacement sensor, four force measuring elements and a transverse force measuring element 6 and a displacement sensor for small deformations 7 is arranged on one side of the longitudinal beam 2 . On the other side of the longitudinal beam 2 , a support bracket 8 with a holder 9 for profiles and similar samples such as the crash tube 10 to be tested and with force measuring elements (not shown) and with a calibration unit 11 for the displacement transducer 7 is mounted.

Die Fig. 2a/b stellen die Meßergebnisse bei quasistatischen Deformationsversuchen an der Deformationsanlage im Kraft-Weg-Diagramm (f über s) und im Diagramm der spezifischen Deformationsarbeit über dem Weg (d über s) für die getesteten Werkstoffe dar. Die Figuren zeigen die Ergebnisse für die Magnesiumlegierungen MgAl3Zn1 (C) und MgLi15.5Al2.5Zn0.8 (D) sowie zum Vergleich für Stahl St35 (A) und für die Aluminiumlegierung AlMgSi0.5 (B). Die regelmäßigen dynamischen Kurvenverläufe in Fig. 2a sprechen offensichtlich für die Ausbildung einer entsprechenden Zahl von Faltenbeulen.The Fig. 2a / b represent the results when the quasi-static deformation tests on the deformation device in force-path diagram (f over s) and in the diagram of the specific deformation work over the distance (d via sec) for the materials tested. The figures show the Results for the magnesium alloys MgAl3Zn1 (C) and MgLi15.5Al2.5Zn0.8 (D) as well as for comparison for steel St35 (A) and for the aluminum alloy AlMgSi0.5 (B). The regular dynamic curve profiles in FIG. 2a obviously speak for the formation of a corresponding number of fold bumps.

Fig. 3 gibt die Crashrohre aus der Legierung MgLi15.5Al2.5Zn0.8 nach dynamischen Versuchen im Fallwerk in Abhängigkeit von der Wärmebehandlung vor dem Crashversuch wieder. Links: Ohne Wärmebehandlung - ohne Faltenbeulen. Zweites Bild von links: Mit Wärmebehandlung bei 100°C 2 h. Drittes Bild von links: Mit Wärmebehandlung bei 150°C 4 h bei leicht asymmetrischer Belastung. Rechts: Mit Wärmebehandlung bei 150°C 4 h bei symmetrischer Belastung. Fig. 3 shows the crash tubes are again made of the alloy MgLi15.5Al2.5Zn0.8 according to dynamic tests in the case of work function of the heat treatment prior to the crash test. Left: Without heat treatment - without wrinkles. Second picture from left: With heat treatment at 100 ° C for 2 h. Third picture from left: With heat treatment at 150 ° C for 4 h with slightly asymmetrical load. Right: With heat treatment at 150 ° C for 4 h with symmetrical loading.

Fig. 4 zeigt ein im dynamischen Crashversuch deformiertes Crashrohr aus der Legierung MgLi15.5Al2.5Zn0.8 mit Faltenbeulen. FIG. 4 shows a crash tube made of the alloy MgLi15.5Al2.5Zn0.8 deformed in the dynamic crash test with buckling bulges.

Examples

Die folgenden erfindungsgemäßen Beispiele stellen ausgewählte Ausführungsformen dar, ohne die Erfindung einzuschränken.The following examples according to the invention represent selected embodiments without restricting the invention.

Bei den im folgenden benutzten Legierungsbezeichnungen kennzeichnet A Al, E mindestens ein Seltenerdelement SE, wobei Y auch zu den Seltenerdelementen gerechnet wird, M oder MN Mn, S Si und Z Zn mit Gehaltsangaben in Gew.-% Zn - üblicherweise mit Gehaltsangaben in Gew.-%, soweit nichts anderes vermerkt ist. Bei allgemein gebräuchlichen Legierungsangaben wie z. B. AZ31 werden durch die Zahlen wie für die jeweilige Legierung üblich nur größenordnungsmäßige Gehalte angegeben, die in relativ breitem Maß branchenüblich variieren können.In the alloy designations used below, A denotes Al, E at least one rare earth element SE, where Y also belongs to the rare earth elements M or MN Mn, S Si and Z Zn with contents in% by weight Zn - Usually with content in% by weight, unless otherwise noted. At general alloy information such as B. AZ31 are by the numbers As is usual for the respective alloy, only the order of magnitude specified, which can vary in a fairly wide range customary in the industry.

Die Legierungen wurden als hochreine kommerziell erhältliche Legierungen oder üblicherweise aus hochreinen Ausgangslegierungen wie z. B. AM-, AZ- oder AS- Legierungen durch Zugabe von Reinstmagnesium bzw. hochreinem Lithium auflegiert. Die Legierungen wurden in einem Stahltiegel unter der Schutzgasatmosphäre eines Ar- SF₆-Gemisches erschmolzen. Der Abguß der für das nachfolgende Strangpressen erforderlichen Rohlinge erfolgte in eine zylindrische Stahlkokille mit Bearbeitungszugabe. Die erzielten Elementgehalte wurden spektroskopisch überprüft. Bei allen Legierungen ist darauf geachtet worden, daß das Gefüge der Gußkörper möglichst homogen ist, da dies die Duktilität empfindlich beeinflussen kann.The alloys were produced as high-purity, commercially available alloys or usually from high-purity starting alloys such as, for. B. AM, AZ or AS alloys by adding high-purity magnesium or high-purity lithium. The alloys were melted in a steel crucible under the protective gas atmosphere of an Ar-SF ₆ mixture. The blanks required for the subsequent extrusion were cast in a cylindrical steel mold with machining allowance. The element contents achieved were checked spectroscopically. With all alloys, care has been taken to ensure that the structure of the castings is as homogeneous as possible, as this can have a sensitive effect on ductility.

Danach wurden die Bolzen für die Herstellung von Strangpreßprofilen auf 70 mm Durchmesser abgedreht und auf 120 mm Länge gebracht bzw. für die Herstellung von Crashrohren durch Strangpressen auf 218 mm Durchmesser abgedreht und auf die erforderliche Länge gebracht. Die Bolzen wurden anschließend einer Homogenisierungsbehandlung bei z. B. 350°C über 12 h ausgesetzt, um Seigerungen im Gefüge zu beseitigen und die Preßbarkeit zu erhöhen. Seigerungen können zu einer ungleichmäßigen Verformung und bei kritischen Strangpreßbedingungen zu Rissen bzw. zu lokalen Aufschmelzungen führen, was schlechte Oberflächenqualitäten bedingen kann. Bei weniger gut homogenisierten Bolzen ist ein unnötig hoher Preßdruck beim Strangpressen erforderlich. Then the bolts for the production of extruded profiles were made to 70 mm Diameter turned and brought to a length of 120 mm or for the production of Crash tubes turned to 218 mm diameter by extrusion and onto the brought required length. The bolts then became one Homogenization treatment in e.g. B. 350 ° C over 12 h exposed to segregations eliminate in the structure and increase the pressability. Segregations can lead to a uneven deformation and under critical extrusion conditions to cracks or lead to local melting, which results in poor surface qualities can. With less well homogenized bolts, there is an unnecessarily high pressing pressure Extrusion required.

A) Extruded profiles and examination of their in a pilot plant mechanical properties

Danach wurden die homogenisierten Bolzen auf die jeweilige Strangpreßtemperatur, die "Temperatur des Bolzens", aufgeheizt, durchgewärmt und in einer 400 t- Horizontalpresse stranggepreßt. Die Temperatur des Bolzens ist dabei jene Temperatur, die der Bolzen bei Eintritt in die Strangpresse aufweist. Es wurden etliche der Herstellparameter systematisch variiert. Die Verfahren zur Herstellung von Strangpreßprofilen aus den erfindungsgemäßen Legierungen werden in einer am gleichen Tag vom gleichen Anmelder beim Deutschen Patent- und Markenamt eingereichten Patentanmeldung im Detail beschrieben; jene Anmeldung gilt durch ihre Benennung als in vollem Umfang in diese Anmeldung einbezogen.The homogenized bolts were then brought up to the respective extrusion temperature "Temperature of the bolt", heated, warmed up and in a 400 t Horizontal press extruded. The temperature of the bolt is the temperature which the bolt has when it enters the extrusion press. Several of the Manufacturing parameters vary systematically. The process of making Extruded profiles from the alloys according to the invention are in a same day by the same applicant at the German Patent and Trademark Office patent application filed described in detail; that registration is valid through your Designation as fully included in this application.

Je nach Probe wurde bei den Lithium-haltigen Legierungen und deren Lithium-freien Ausgangslegierungen eine Strangpreßtemperatur im Bereich von 150 bis 300°C und für das Aufheizen des Bolzens eine Aufheizzeit im Bereich von 50 bis 110 min eingestellt. Je nach Probe wurde bei einem Rezipientendurchmesser von 74 mm eine Rezipiententemperatur im Bereich von 180 bis 259°C, ein Matrizendurchmesser im Bereich von 15 bis 18 mm, ein Preßverhältnis A/A₀ im Bereich von 16,9 bis 24,3, ein Umformgrad ϕ = In(A₀/A) im Bereich von 2,8 bis 3,2, eine Stempelgeschwindigkeit im Bereich von 191 bis 419 mm/min. eine Strangpreßgeschwindigkeit v im Bereich von 3,2 bis 9,0 m/min. ein Preßdruck zu Beginn des Strangpressens im Bereich von 15,2 bis 24,3 MPa und ein Preßdruck zum Ende des Strangpressens im Bereich von 10,0 bis 14,8 MPa gewählt.Depending on the sample, an extrusion temperature in the range from 150 to 300 ° C. and a heating time in the range from 50 to 110 min were set for the lithium-containing alloys and their lithium-free starting alloys. Depending on the sample, with a recipient diameter of 74 mm, a recipient temperature in the range from 180 to 259 ° C., a die diameter in the range from 15 to 18 mm, a compression ratio A / A ₀ in the range from 16.9 to 24.3, a degree of deformation ϕ = In (A ₀ / A) in the range from 2.8 to 3.2, a stamp speed in the range from 191 to 419 mm / min. an extrusion speed v in the range of 3.2 to 9.0 m / min. a compression pressure at the start of the extrusion in the range from 15.2 to 24.3 MPa and a compression pressure at the end of the extrusion in the range from 10.0 to 14.8 MPa.

Die stranggepreßten Profile wurden durch Fräsen und Drehen bearbeitet zu Rundzugproben (d₀ = 5 mm, l₀ = 5 . d₀, kleiner Proportionalitätsstab, nach DIN 50 125), Druckproben (d₀ = 10 mm, l₀ = 2 . d₀, nach DIN 50 106), Schlagbiegeproben (10 × 10 × 55 mm, nach DIN 50 116) und Kerbschlagbiegeproben (nach DIN 50 115). Pro Legierung und Versuch wurden jeweils 5 dieser Proben hergestellt und getestet. Bei allen Proben wurde die Längsrichtung so gewählt, daß sie mit der Richtung des Strangpressens übereinstimmt. The extruded profiles were processed by milling and turning into round specimens (d ₀ = 5 mm, l ₀ = 5. D ₀ , small proportionality bar, according to DIN 50 125), pressure tests (d ₀ = 10 mm, l ₀ = 2. D ₀ , according to DIN 50 106), impact bending tests (10 × 10 × 55 mm, according to DIN 50 116) and notched impact bending tests (according to DIN 50 115). 5 of these samples were produced and tested per alloy and test. For all samples, the longitudinal direction was chosen so that it coincided with the direction of extrusion.

Beim Zugversuch wurden Zugfestigkeit R_m, Dehngrenze = Streckgrenze R_P0,2 und Bruchdehnung A bei einer Zuggeschwindigkeit von 0,5 mm/min bestimmt. Beim Druckversuch wurden Werte der Druckfestigkeit R_Dm, Stauchgrenze R_D0,2 und Stauchung A_D bei einer Druckgeschwindigkeit von 0,5 mm/min gewonnen. Der Beginn der plastischen Verformung (Dehn- bzw. Stauchgrenze) wurde graphisch ermittelt. Die maximal anwendbare Schlagenergie betrug 150 J. Alle Messungen fanden bei Raumtemperatur statt.In the tensile test, tensile strength R _m , yield strength = yield strength R _P0.2 and elongation at break A were determined at a tensile speed of 0.5 mm / min. Values of the compressive strength R _Dm , compression limit R _D0.2 and compression A _D at a printing speed of 0.5 mm / min were obtained in the compression test. The beginning of the plastic deformation (expansion or compression limit) was determined graphically. The maximum applicable impact energy was 150 J. All measurements took place at room temperature.

Bei den Tabellen bedeuten "Guß" = Material im Gußzustand und "extr." = Gußmaterial, das anschließend durch Homogenisieren und Strangpressen (Extrudieren) umgeformt wurde, "B" = erfindungsgemäßes Beispiel und "VB" = Vergleichsbeispiel nach dem Stand der Technik.In the tables, "casting" = material in the as-cast state and "extr." = Casting material, which is then reshaped by homogenization and extrusion "B" = example according to the invention and "VB" = comparative example according to the State of the art.

Tabelle 1a Table 1a

Mittelwerte der Meßergebnisse der mechanischen Versuche an Lithiumhaltigen Magnesiumlegierungen und deren Ausgangslegierungen Average values of the measurement results of the mechanical tests on lithium-containing magnesium alloys and their starting alloys

Tabelle 1b Table 1b

Mittelwerte der aus dem Spannungs-Dehnungs-Diagramm errechenbaren Werte der Zugversuche für Lithium-haltige Magnesiumlegierungen und für deren Ausgangslegierungen Average values of the tensile tests values calculated from the stress-strain diagram for lithium-containing magnesium alloys and for their starting alloys

Beispielhaft sollen die Magnesiumlegierungen auf Basis AZ31 und ZE angesprochen werden:The magnesium alloys based on AZ31 and ZE should be mentioned as examples become:

Bei dem mit Lithium auflegierten Werkstoff AZ31 werden deutlich höhere Zähigkeiten an ungekerbten Schlagproben sowie deutlich höhere Bruchdehnungen ermittelt als an undotierten Proben, wobei die höchste Duktilität bei der im wesentlichen zweiphasigen Legierung AZ31Li15.5 auftrat. Dagegen fiel die Zugfestigkeit mit dem Lithium-Gehalt ab. Die Druckfestigkeit ist bei Proben im Gußzustand proportional mit dem Lithium-Gehalt, bei extrudierten Proben jedoch bei mittleren Lithium-Gehalten am höchsten.The AZ31 material, which is alloyed with lithium, has significantly higher toughness notched impact tests and significantly higher elongations at break than at undoped samples, the highest ductility in the essentially two-phase Alloy AZ31Li15.5 occurred. In contrast, the tensile strength decreased with the lithium content. For samples in the as-cast state, the compressive strength is proportional to the lithium content, highest for extruded samples, however, with medium lithium contents.

Bei den Legierungen ZE10 und ZE10Li3.7 stiegen alle mechanischen Eigenschaften bei Proben im Gußzustand mit dem Lithium-Gehalt drastisch an. Bei den entsprechenden stranggepreßten Proben nahmen die mechanischen Eigenschaften mit Ausnahme von Zugfestigkeit und Streckgrenze mit dem Lithium-Gehalt deutlich zu. Die Legierung ZE10Li3.7 zeigte sehr hohe Werte der Schlagarbeit: An einzelnen Proben wurden bis zu 140 J gemessen; andere Proben wurden durch das Widerlager der Prüfmaschine gezogen, ohne komplett zu brechen: Dann konnte kein Meßwert der Schlagarbeit ermittelt werden.All mechanical properties increased with the ZE10 and ZE10Li3.7 alloys Samples in the as-cast state with the lithium content drastically. With the corresponding extruded samples took the mechanical properties except for Tensile strength and yield strength with the lithium content increase significantly. The alloy ZE10Li3.7 showed very high values of the impact work: Up to Measured 140 J; other samples were taken through the abutment of the testing machine pulled without breaking completely: Then no measured value of the impact work be determined.

Die an den gegossenen und stranggepreßten Proben ermittelten Festigkeitswerte waren weitaus höher als erwartet. Überraschenderweise war auch das Verformungsvermögen dieser Legierungen sehr hoch. Ferner war es überraschend, daß die Werkstoffeigenschaften der modifizierten Legierungen erstaunlich wenig in Abhängigkeit von den Strangpreßbedingungen variierten, was für eine Fertigung vorteilhaft ist. Ferner war es überraschend, daß die Schlagarbeit der Legierung ZE10 derart hoch lag.The strength values determined on the cast and extruded samples were much higher than expected. The deformability was also surprising of these alloys very high. It was also surprising that the The material properties of the modified alloys are surprisingly little dependent varied from the extrusion conditions, which is advantageous for production. Further it was surprising that the impact energy of the ZE10 alloy was so high.

B) In an industrial plant extruded pipes and crash tests on the crash tubes made therefrom

Es wurden zylindrische Hohlprofile in einer großtechnischen Anlage durch Abgießen in Kokillen auf 230 mm Durchmesser, Abdrehen auf 218 mm Durchmesser, Homogenisieren bei 150°C über 4 h, Strangpressen im Temperaturbereich von 200°C bis 350°C - und bei Lithium-haltigen Legierungen daran anschließende Wärmebehandlung - hergestellt in Form von zylindrischen Rohren mit einem Außendurchmesser von 100 mm, einer Wandstärke von 2 mm und einer Länge von 500 mm bzw. 200 mm. Hierzu wurden die in Tabelle 3 angeführten Legierungen eingesetzt.Cylindrical hollow profiles were cast in a large-scale plant Molds on 230 mm diameter, turning on 218 mm diameter, Homogenize at 150 ° C for 4 h, extrusion in the temperature range of 200 ° C up to 350 ° C - and for lithium-containing alloys Heat treatment - made in the form of cylindrical tubes with a Outside diameter of 100 mm, a wall thickness of 2 mm and a length of 500 mm or 200 mm. The alloys listed in Table 3 were used for this.

Neben einem Stahl und einer Aluminiumlegierung wurden Magnesiumlegierungen unterschiedlichen Lithiumgehalts geprüft und die Magnesiumlegierung AZ31 = MgAl3Zn1 als Referenzlegierung verwendet. Bei einem Lithiumgehalt von 12 at% bzw. entsprechend gemessen von 3,6 Gew.-% lag die MgLi-reiche Phase in der hexagonalen Kristallstruktur vor, bei einem Lithiumgehalt von 40 at% bzw. entsprechend gemessen von 15,5 Gew.-% in der kubischen Kristallstruktur und bei einem Lithiumgehalt von 21at% bzw. entsprechend gemessen von 6,8 Gew.-% teilweise in der hexagonalen und teilweise in der kubischen Kristallstruktur,In addition to a steel and an aluminum alloy, magnesium alloys different lithium content tested and the magnesium alloy AZ31 MgAl3Zn1 used as reference alloy. With a lithium content of 12 at% or correspondingly measured from 3.6% by weight, the MgLi-rich phase was in the hexagonal Crystal structure before, with a lithium content of 40 at% or measured accordingly of 15.5% by weight in the cubic crystal structure and with a lithium content of 21at% or measured accordingly from 6.8% by weight partly in the hexagonal and partly in the cubic crystal structure,

Die Crashrohre können auch als Crashabsorber bezeichnet werden, weil sie in diesen Versuchen die gesamte eingebrachte Energie aufgenommen haben. Die Crashrohre aus den verschiedenen Legierungen wurden in einer Versuchsreihe durch quasistatische Belastung und in einer anderen Versuchsreihe durch dynamische Belastung getestet. Die Belastung der Crashrohre erfolgte in deren Längsrichtung durch möglichst lineare Belastung gegen die vordere Stirnfläche des Crashrohres. The crash tubes can also be called crash absorbers because they are in these experiments have absorbed all of the energy introduced. The Crash tubes made of different alloys were tested in a series due to quasi-static loading and in another series of tests dynamic load tested. The crash tubes were loaded in their Longitudinal direction by linear load against the front face of the crash tube.

Die Prüfung der Hohlprofile in Form dieser zylindrischen Rohre aus verschiedenen Legierungen erfolgte in der Deformationsanlage des Instituts für Fahrzeugtechnik der Universität Braunschweig im quasistatischen Druckversuch bei Raumtemperatur. Die hydraulische Presse wurde mit einer Geschwindigkeit von bis zu 2 mm/s, die dann auch der Deformationsgeschwindigkeit entsprach, in Richtung auf das Crashrohr ausgefahren. Ihre maximale Druckkraft konnte 900 kN betragen. Die Deformationsarbeit wurde unter Berücksichtigung der Dichte auf die spezifische Deformationsarbeit umgerechnet. Die ursprünglich 500 mm langen Crashrohre wurden um bis zu etwa 400 mm gestaucht, und dann wurden die Versuche abgebrochen, so daß eine Verkürzung auf bis zu etwa 100 mm erreicht wurde.Testing the hollow profiles in the form of these cylindrical tubes from various Alloys were made in the deformation facility of the Institute of Vehicle Technology the University of Braunschweig in quasi-static pressure tests Room temperature. The hydraulic press was at a speed of up to 2 mm / s, which then corresponded to the rate of deformation, in Extended towards the crash tube. Their maximum compressive force could be 900 kN be. The deformation work was made taking the density into account specific deformation work converted. The originally 500 mm long Crash tubes were compressed by up to about 400 mm, and then the Experiments canceled, so that a shortening to about 100 mm is achieved has been.

Die dynamische Prüfung dieser Hohlprofile erfolgte im Fallwerk des Instituts für Mechanik der Universität Hannover bei Raumtemperatur. Ein Fallgewicht von 120 kg wurde als geführter quaderförmiger Stempel über 4 m Fallhöhe auf das unten auf einer Basisfläche stehende Crashrohr senkrecht fallen gelassen. Die Wegmessung wurde mit einem Lasertriangulometer durchgeführt. Die Fallgeschwindigkeit beim Auftreffen des Fallgewichtes auf die Stirnfläche des Crashrohres betrug 8,7 m/s. The dynamic testing of these hollow profiles was carried out in the case work of the Institute for Mechanics of the University of Hanover at room temperature. A falling weight of 120 kg was a guided cuboid stamp over 4 m drop to the bottom crash tube standing on a base surface dropped vertically. The Path measurement was carried out with a laser triangulometer. The Falling speed when the falling weight hits the end face of the Crash tube was 8.7 m / s.

Tabelle 2a Table 2a

Meßergebnisse der quasistatischen Deformationsversuche Results of the quasi-static deformation tests

Tabelle 2b Table 2b

Meßergebnisse der dynamischen Deformationsversuche Measurement results of the dynamic deformation tests

Manche der Lithium-haltigen Legierungen zeigten bei hohem Lithiumgehalt eine unerwartet starke Abhängigkeit der Werkstoffeigenschaften von der Art der Wärmebehandlung. So war die Legierung AZ31Li40at% = MgLi15.5Al2.5Zn0.8 einerseits ohne eine Wärmebehandlung nach dem Strangpressen in einem vergleichsweise spröden Zustand, so daß ein derartiges im Crashversuch getestetes Crashrohr mehrfach in Längsrichtung des Rohres in der Nähe der durch den Aufprall belasteten Stirnseite aufriß und in Abschnitten nach außen umgebogen wurde. Wenn jedoch ein derartiges Rohr bei einer Wärmebehandlung nach dem Strangpressen bei z. B. 150°C über 4 h in einen hochplastischen Zustand überführt war, so ergab sich ein noch stärkeres Zusammenstauchen und die Ausbildung von unter günstigen Bedingungen erstaunlich regelmäßig ausgebildeten Faltenbeulen (Fig. 3 und 4).Some of the lithium-containing alloys showed an unexpectedly strong dependence of the material properties on the type of heat treatment when the lithium content was high. The alloy AZ31Li40at% = MgLi15.5Al2.5Zn0.8, on the one hand, was in a comparatively brittle state without heat treatment after extrusion, so that such a crash tube, which had been tested in a crash test, tore open several times in the longitudinal direction of the tube in the vicinity of the end face subjected to the impact and was bent outwards in sections. However, if such a tube in a heat treatment after extrusion at z. B. 150 ° C over 4 h in a highly plastic state, there was an even stronger compression and the formation of surprisingly regularly formed bumps under favorable conditions ( Fig. 3 and 4).

Es war erstaunlich, daß ein recht gleichmäßiges starkes Faltenbeulen im dynamischen Crashversuch bei der Legierung MgLi15.5Al2.5Zn0.8 erzeugt werden konnte. Leicht angedeutete Faltenbeulen ließen sich im dynamischen Crashversuch mit den Legierungen MgLi6.8Al2.8Zn0.9 und MgLi3.7Zn1.3SE1gewinnen. Es ist vorteilhaft, Faltenbeulen zu erzeugen, weil dadurch das Aufreißen und scharfkantige Ecken und Kanten vermieden werden und die Verletzungsgefahr deutlich verringert wird. Die Deformationsarbeit bzw. die spezifische Deformationsarbeit unterschieden sich je nach Wärmebehandlung jedoch nur geringfügig.It was astonishing that a fairly even, strong wrinkle in the wrinkles dynamic crash test with the alloy MgLi15.5Al2.5Zn0.8 are generated could. Slightly hinted fold bumps could be found in the dynamic Crash test with the alloys MgLi6.8Al2.8Zn0.9 and Win MgLi3.7Zn1.3SE1. It is beneficial to create wrinkles because this avoids tearing and sharp-edged corners and edges and the risk of injury is significantly reduced. The deformation work or the specific deformation work differed depending on the heat treatment however only marginally.

Ferner ist es vorteilhaft, Sicken, kleine Aussparungen, Kerben oder andere Schwächungen im Bereich der belasteten Stirnfläche der Crashrohre oder besser dicht unterhalb einzubringen, um dort eine Schwächung des Halbzeugs und somit einen definierten Verformungsbeginn und eine Senkung der anfänglich maximalen Trägerkraft zu erreichen. Hierbei ist es insbesonders das Ziel gewesen, den Anfangspeak der Belastung, der im Kraft-Weg-Diagramm erkennbar ist, so abzusenken, daß das anfängliche Maximum und die späteren Maxima dieser Kurve möglichst ähnlich hoch zu liegen kommen, so daß die Hüllkurve über diese Maxima sich einer Rechteckkurve annähert. Das ergibt dann z. B. für einen Verbund aus Fahrzeugrahmen und Deformationselement(en) eine auf den Rahmen übertragbare mittlere Kraft, die nicht zu hoch ist und die auch die Insassen nicht mehr so stark belastet wie bei einem sehr hohen Anfangspeak. Von daher ist es auch gut, hohe Grade der Stauchung zu erzielen, da die Energieaufnahme das Integral aus Kraft und Stauchung ist, bei der die auf den Rahmen übertragene und nicht aufgrund der Energieaufnahme aufgenommene Kraft nicht zu hoch liegen darf. Die Legierungen AZ31 und MgLi15.5Al2.5Zn0.8 ließen sich auf etwa 20% der Ausgangslänge zusammenstauchen, wobei die Versuche dort abgebrochen wurden. Ein Teil der bei diesen Versuchen eingesetzten Crashrohren wies dabei 6 Sicken unterhalb der vorderen Stirnfläche auf.It is also advantageous to have beads, small recesses, notches or others Weakening in the area of the loaded face of the crash tubes or better to be inserted just below to weaken the semi-finished product and thus a defined start of deformation and a lowering of the initial maximum To achieve carrier force. Here it was particularly the goal that Initial peak of the load, which can be seen in the force-displacement diagram, see above lower that the initial maximum and the later maxima of this Curve should be as high as possible, so that the envelope over it Maxima approaches a rectangular curve. This then gives z. B. for one Composite of vehicle frame and deformation element (s) one on the Frame transferable average force that is not too high and that also Occupants are no longer burdened as much as with a very high initial peak. Of therefore it is also good to achieve high degrees of compression, since the Energy intake is the integral of strength and compression, in which the on the Frame transmitted and not absorbed due to energy consumption Force must not be too high. AZ31 and MgLi15.5Al2.5Zn0.8 alloys could be compressed to about 20% of the original length, with the Attempts were canceled there. Part of these attempts The crash tubes used had 6 beads below the front face on.

Mit einzelnen der erfindungsgemäßen Crashrohre konnte ein Versagensbild wie bei Aluminiumlegierungen und Stählen erzielt werden. Sowohl bei quasistatischer, als auch bei dynamischer Beanspruchung konnten bei einem Teil der Magnesiumlegierungen erste oder viele gut ausgebildete Faltenbeulen erzeugt werden. Relativ spröde Magnesiumlegierungen wie AZ31 zeigten kein Faltenbeulen und nur eine relativ geringe Energieaufnahme. Je nach Legierung und Wärmebehandlung konnte die Ausscheidungsstruktur der Legierung und damit die Kraft-Weg-Kennlinie sowie die spezifische Deformationsarbeit beeinflußt werden.With some of the crash tubes according to the invention, a failure pattern like be achieved with aluminum alloys and steels. Both quasi-static, as well as with dynamic stress could in part of the Magnesium alloys produced first or many well-formed wrinkles become. Relatively brittle magnesium alloys such as AZ31 showed no Wrinkle bulges and only a relatively low energy consumption. Depending on the alloy and heat treatment could remove the alloy and thus influencing the force-displacement characteristic as well as the specific deformation work become.

Claims

1. Deformation element made of a metallic material with a density of not more than 2.5 g / cm ³ and of high ductility and energy absorption, in particular of a lithium or magnesium alloy, characterized in that it consists essentially of a light material, the impact work measured at least 33 J at room temperature on notched samples.

2. Deformation element made of a metallic material of high ductility and Energy consumption, in particular from a lithium and / or magnesium-containing Alloy, characterized in that the material when measuring the Energy absorption in the quasi-static deformation test or / and dynamic Crash test at room temperature on cylindrical tubes of 100 mm Outside diameter and 2 mm wall thickness with a deformation path of 200 mm a specific deformation work of at least 5,000 Nm / kg or / and takes up a deformation work of at least 3,000 Nm.

3. Deformation element made of a lithium or magnesium alloy.

4. Deformation element according to one of the preceding claims, characterized characterized in that its material has an elongation at break measured on tensile samples of at least 18%.

5. Deformation element according to one of the preceding claims, characterized characterized in that it consists essentially of an alloy which is selected from the group of alloys based on AM, AZ or ZE, if necessary with a lithium additive.

6. Deformation element according to one of the preceding claims, characterized characterized in that its material has a tensile strength of at least 100 MPa and has an elongation at break of at least 15%.

7. Deformation element according to one of the preceding claims, characterized characterized in that its material has a magnesium content of at least 60 % By weight.

8. Deformation element according to one of the preceding claims, characterized characterized in that its material is a magnesium alloy with a Li content of at least 1% by weight, in particular one with 1 to 6 % By weight of Al and in each case 0 to 4% by weight of Mn, Si, Zn or / and up to 1% by weight at least one rare earth element SE including Y.

9. Deformation element according to one of the preceding claims, characterized characterized in that its material is a magnesium alloy, which is a proportion of at least 10% by volume of a body-centered, magnesium-rich phase contains.

10. Deformation element according to one of the preceding claims, characterized characterized in that it is extruded, forged or / and during manufacture was rolled and has a clearly recrystallized structure.

11. Deformation element according to one of the preceding claims, characterized characterized in that it consists essentially of an elongated, tubular or / and angled molded body, in particular consists of a linear, angled or curved profile element.

12. Deformation element according to claim 11, characterized in that there is a tubular - in particular circular or polygonal, T-shaped or U- has shaped profile cross section.

13. Deformation element according to one of the preceding claims, characterized characterized in that it has a carrier, in particular a longitudinal or / and cross member, is connected.

14. Deformation element according to one of the preceding claims, characterized characterized that it is at a fast or very fast mechanical Load deformed without sharp-edged breakage and / or without cracks.

15. Deformation element according to one of the preceding claims, characterized characterized that it is at a fast or very fast mechanical Load deformed into a bent and / or folded element, preferred with one or more bumps.

16. Composite of support elements and deformation elements, thereby characterized in that it has at least one deformation element according to one of the Claims 1 to 15 contains.

17. Composite according to claim 16, characterized in that at least one Deformation element by at least one low-heat or heat-generating joining process such. B. gluing, riveting, plugging, pressing, Pressing in, clinching, folding, shrinking or screwing or / and at least a heat-generating joining process such. B. composite casting, Composite forging, composite extrusion, composite rolling, soldering or Welding, in particular beam welding or fusion welding, with was connected to at least one support element or deformation element.

18. Use of a deformation element or a composite with at least a deformation element according to one of claims 1 to 17 as Crash absorber, crash tube, impact damper, impact shield, impact carrier, as an element of one Device, system, vehicle or aircraft frame, as a frame-like two or three-dimensional cell, in automotive and rail technology, in ships or Quay systems, in apparatus and mechanical engineering, in portable devices and Plants, as semi-finished products or components in automobiles or planes.