Das Open-Innovation-Forschungs-Cluster

für NE-Metalle an der RWTH Aachen University

Projekt 4

Schmelzereinheit

Der Trend bei Walzprodukten aus Aluminium führt zu geringeren Enddicken und steigenden Anforderungen an die Oberflächengüte. Darüber hinaus führen Leichtbautrends bei Gussbauteilen zu immer dünneren Wandstärken und komplexeren Geometrien bei zeitgleich steigenden mechanischen und thermischen Belastungen. Den wachsenden Anforderungen kann diesbezüglich nur durch kontinuierliche Werkstoffentwicklung und qualitativ höchstwertige Produkte begegnet werden. Werkstoffe, die arm an nichtmetallischen Verunreinigungen sind und fehlerfreie homogene Oberflächen aufweisen, erreichen signifikant bessere mechanische Eigenschaften und führen auch bei zyklischer Beanspruchung zu einer längeren Lebensdauer und verbesserter Betriebsfestigkeit. Einschlüsse wie Aluminiumcarbid Al4C3, Aluminiumoxid Al2O3, Titanborid TiB2, Magnesiumoxid MgO, Abbildung 1, und Spinell MgAl2O4 sind diesbezüglich die häufigsten Vertreter unerwünschter Verunreinigungen in Aluminiumschmelzen.

Die Schmelzereinheit konnte zwar in den letzten Jahrzehnten durch stete Weiterentwicklung von Filtrationstechniken und Schmelzebehandlungen verbessert werden, nichtsdestotrotz ist weiterer Forschungsbedarf hinsichtlich folgender Themengebiete erforderlich:

  • Bildungmechanismen kritischer Einschlüsse
  • Einschlussentwicklung von Beginn ihrer Entstehung bis zum Endprodukt
  • Einschlussquantifizierung in der Schmelze
  • Auswirkungen der Einschlüsse auf die Produkteigenschaften


Um den hohen Anforderungen an die Produkt- und Werkstoffeigenschaften prozesssicher gerecht zu werden, ist es daher zwingend erforderlich, zum einen die Schmelze hinsichtlich ihrer Verunreinigungen zu charakterisieren und einem definierten Reinheitsgrad zuzuordnen und zum anderen anschließend notwendige Schmelzereinigungsverfahren und Behandlungsparameter abzuleiten. Derzeit existieren Messgeräte wie beispielsweise LiMCA, Abbildung 2, PoDFA oder MetalVision, jedoch werden diese nur sehr eingeschränkt zur kontinuierlichen Qualitätskontrolle in der Produktion eingesetzt. Insbesondere halten der Bedarf an Experten zur Messwertaufnahme- und Interpretation, hohe Investitions- und Betriebskosten oder fehlende online Detektion (PoDFA) Betriebe davon ab, diese Verfahren prozessbegleitend einzusetzen. Daher ist das übergeordnete Ziel, des zunächst für einen Zeitraum von 3 Jahren geplanten Projektes, das bestgeeignete Messprinzip für nichtmetallische Einschlüsse in Aluminiumschmelzen zu finden und verschiedene Verfahrensansätze für die gesuchte Messtechnik zu analysieren und hinsichtlich ihrer Eignung im Produktionsumfeld zu bewerten.

Das internationale Projektkonsortium besteht aus den fünf Industriepartnern Aleris, Constellium, Hydro, Nemak und Trimet sowie aus zwei Hochschulinstituten der RWTH Aachen, dem Gießerei-Institut GI und dem Institut für Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling IME.

Abbildung 1: MgO auf Bruchfläche
Abbildung 2: Beispiel eines Messsensors (LiMCA) für die Ermittlung der Schmelzereinheit